Como Funciona a energia Solar?

Protótipo do Solar Impulse HB-SIA, aviãomovido a energia solar. Foto: Divulgação

O uso do Sol para produção de energia está cada vez mais presente nas discussões ambientais que tratam da utilização de fontes renováveis e não-poluentes como matrizes energéticas. Porém, o alto custo de fabricação e instalação ainda impede que a energia solar seja amplamente usada no planeta. Mesmo assim, nos últimos anos ela vem apresentando um crescimento significativo - na última década, sua produção aumentou em 40%. "Isso vem acontecendo graças a programas de incentivo em países como Alemanha, Japão e Espanha para ampliar a geração de eletricidade com fontes renováveis, visando reduzir a emissão de gases causadores do efeito estufa", explica o professor Roberto Zilles, do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE-USP). "No Brasil, também já foram formulados e implementados importantes projetos de difusão dessa tecnologia durante a última década, ao mesmo tempo em que se consolidaram grupos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico", completa.

A geração de energia a partir da luz solar está diretamente ligada ao que se chama de "efeito fotovoltaico", observado pela primeira vez em 1893 pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel. "Esse efeito consiste essencialmente na conversão de energia luminosa incidente sobre materiais semicondutores, convenientemente tratados, em eletricidade", esclarece o professor. É com base nele que se produzem os painéis solares, formados por células fotovoltaicas, que são dispositivos semicondutores com essa propriedade de captar a luz do Sol e transformá-la em energia, gerando uma corrente elétrica capaz de circular em um circuito externo. "No início, esse sistema era utilizado somente na geração de energia para satélites", conta Roberto Zilles. "Mas as tecnologias de produção evoluíram a tal ponto que tornou viável seu uso em aplicações terrestres, para fornecimento de energia elétrica em residências isoladas da rede convencional de distribuição". O professor diz que esses sistemas isolados eram inicialmente autônomos, ou seja, não estavam ligados às redes de fornecimento de energia elétrica. "Por isso, eles necessitam quase sempre de um meio para armazenar a energia gerada, como um acumulador eletroquímico, para suprir a demanda quando a geração solar for baixa ou à noite, quando não há incidência de luz solar", diz. Mais recentemente, no entanto, eles vêm sendo utilizados de forma interligada, de modo que a energia gerada pelos painéis solares são entregues diretamente à rede elétrica, não necessitando mais desses acumuladores.

Hoje em dia, nas residências comuns, a energia solar é utilizada principalmente para o aquecimento da água. Além de não poluir o meio ambiente, a fonte pode poupar um bom dinheiro na conta de eletricidade, representando uma economia de até 80%.

A energia solar precisa ser convertida para uso

Existem vários metodos diferentes de como funciona a energia solar. Em sentido lato, quase toda a energia na terra pode ser tecnicamente atribuída à energia solar, mas seria difícil para os seres humanos fazerem uso dela. É a implementação de tecnologia, como coletores de calor e sistemas fotovoltaicos de energia solar que trabalham para que os seres humanos possam ter acesso a energia solar de forma prática. Algumas destas tecnologias é implementada em escala industrial, enquanto a outra tecnologia é projetada especificamente para uso pessoal.

Os dois principais produtos que o sol produz são luz e calor. Como tal, não é de se surpreender que as duas tecnologias utilizadas para fazer energia solar estejam focadas no aproveitamento dos dois produtos. Aquecedores solares de água utilizados em aplicações residenciais, muitas vezes tiram proveito dos coletores de calor. Alternativamente, sistemas fotovoltaicos ou painéis solares, coletam luz e convertêm em eletricidade.

Como com qualquer tipo de energia, a energia solar só pode funcionar quando ela é corretamente convertida de alguma forma. Se se trata de plantas através de um processo natural da fotossíntese, ou através de engenharia humana, a conversão acontece em algum processo. Entropia, ou a segunda lei da dinâmica térmica, afirma que em qualquer conversão, a energia potencial no estado inicial sempre será maior do que a energia potencial no estado convertido. Assim, projetos de energia solar procuram encontrar maneiras de converter essa energia de forma mais eficiente possível.

Para a produção industrial de energia solar, os coletores de calor parecem ser a melhor opção. Estes sistemas são muitas vezes colocados em linhas. Os raios de sol atingiu a superfície altamente reflexiva de calhas, que concentram o calor em uma canalização localizada à frente os refletores. No interior desse tubo um líquido que é aquecido a níveis muito elevados, muitas vezes mais de 3.000 graus centígrados.

O líquido aquecido é então transferido para outro local, onde produz vapor. O vapor é usado para girar turbinas, que é diretamente responsável por fazer a eletricidade. Esta electricidade é então colocada em uma grade, assim podem ser entregues ao usuário final.

Energia fotovoltaica é outro método usado para fazer energia solar em uma aplicação prática. Alguns materiais podem produzir uma faísca elétrica, quando eles são atingidos pela luz. E a eletricidade pode então ser armazenada em baterias, ou ser usada diretamente. Estas são as formas de como a energia solar funciona e é coletada.

Esta tecnologia está avançando rapidamente e se tornar mais eficiente a cada ano.