Panorama de Energia Elétrica Fotovoltaica do Brasil e no Mundo

Panorama de Energia Elétrica Fotovoltaica do Brasil e no Mundo

Gabriel Caetano
CEFET RJ
Angra dos Reis,Br
[e-mail]

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Lucas Oliveira
CEFET RJ
Angra dos Reis,Br
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Shah Gomes
CEFET RJ
Angra dos Reis,Br
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Abstract— The increased problems caused by pollution from the exploitation of fossil fuels and non-renewable fuels add a worrying warning signal about the environmental conditions reserved for future generations. On the other hand, the importance of the search for the improvement of the efficient use of alternative sources of renewable and non-polluting energies, such as solar energy and wind energy, arises.

Keywords—Photovoltaic, Solar, Energy.

1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

O aumento dos problemas causados pela poluição resultante da exploração de reservas de combustíveis fósseis e não renováveis liga um sinal de alerta preocupante sobre as condições ambientais reservadas para as futuras gerações. Em contrapartida, surge a importância da busca pela melhoria do aproveitamento eficiente de fontes alternativas de energias renováveis e não poluentes, como a energia solar e a energia eólica. A energia solar é denominada uma fonte renovável de energia, das quais são chamadas deste modo por terem reservas ilimitadas ou se renovarem constantemente a ponto de crescer ou manter o nível atualmente disponível. É chamada de energia solar a energia proveniente da luz do sol, ela pode ser obtida através de placas solares que desempenham a função de captar a energia luminosa e transformá-la em energia térmica ou elétrica [1].

Basicamente, pode-se utilizar a energia solar das seguintes formas:

• Energia térmica: Placas solares absorvem a energia térmica do sol e transmitem o calor para a água, que por sua vez fica armazenada em reservatórios térmicos (boilers). Pode ser utilizada para aquecer água em residências, piscinas ou indústrias [1].

• Placas solares fotovoltaicas: Células fotoelétricas feitas de material semicondutor (geralmente cristais de silício), absorvem os fótons da luz do sol que, quando entram em contato com os átomos do silício provocam o deslocamento dos elétrons livres do material, gerando uma corrente elétrica [1].

1. CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL

A energia solar fotovoltaica foi, até o ano de 2018, foco de desenvolvimento devido aos benefícios que tal energia promete. Por mais que os sistemas fotovoltaicos não apresentem um alto rendimento na produção de energia em larga escala, conseguiu ultrapassar as expectativas de muitos e superou as apostas de especialistas, apresentando uma capacidade instalada além do que se esperava [2].

Com esse crescimento, algumas questões são abordadas para analisar a viabilidade da implementação deste tipo de energia e seus benefícios, quando comparado a outros meios de produção. Por mais que a energia solar fotovoltaica seja definida como uma energia limpa, ao analisar todo o seu ciclo de vida pode-se encontrar que esse processo acaba por gerar resíduos, isso por conta da vida útil dos dispositivos que fazem parte de todo o seu sistema e pelos mesmos serem compostos de materiais.

Ao final de 2016, foi estimado que o fluxo acumulado de resíduos da indústria solar tenha chegado a 43.500-250.000 toneladas. Isso representa 0,1à 0,6 por cento da massa acumulada de todos os painéis instalados atualmente, equivalente a 4 milhões de toneladas [2].

Para avaliar esta discussão sobre resíduos, é importante avaliar a durabilidade média dos equipamentos fotovoltaicos. A expectativa de vida útil e durabilidade dos painéis solares depende da garantia de cada fabricante. Entretanto, é calculado, em média, em um período de 25 anos [3]. Em 2018, com os constantes progressos tecnológicos, os painéis fabricados são mais robustos e têm maior durabilidade. A perda de eficiência deles é muito pequena: os fabricantes garantem 90 por cento da potência até o décimo segundo ano e 80 por cento em 25 anos [4].

Porém, o sistema é composto de demais equipamentos, e um deles que precisa de uma maior conscientização ambiental, por conta de seu processo de fabricação, e por ser fabricado a partir de elementos em sua maioria tóxicos e poluentes, são as baterias. Em geral, elas possuem uma vida útil de 4 a 5 anos de funcionamento, podendo esta variar de acordo com o tipo de bateria utilizada no sistema [4].

Os tipos são basicamente três: Baterias estacionárias comuns, que possuem a vida útil entre 4 a 5 anos; as baterias OPzS ( Ortsfest PanZerplatte Flüssig ), que apesar de possuírem uma vida útil maior (10 anos), são perigosas e necessitam de todo um estudo do local onde serão alocadas, já que elas geram gases explosivos; e as Baterias AGM( Absorbent glass mat )que não liberam gás e possuem um ótimo desempenho podendo ter uma vida útil superior à 10 anos, porém apresentam um custo elevado [4].

Quanto maior for a manutenção e preservação deles, maior será a sua vida útil, o que acarreta em uma geração menor de resíduos à longo prazo. Tal problema se intensifica ainda mais na região, por não ter um local especializado para o depósito destes tipos de resíduos, nem uma indústria voltada para a reciclagem destes. O tipo de sistema fotovoltaico que se torna mais viável é o chamado Sistema Conectado (on grid/grid tie), o qual não trabalha com bancos de baterias, por ser conectado diretamente a rede elétrica. Ao substituir os bancos de baterias pelo sistema grid tie, tem-se uma geração de resíduos muito menor a médio e longo prazo já que as baterias, elementos que apresentam menor vida útil e maior risco de poluição do sistema, são retirados do projeto. Obtém-se uma maior viabilidade do projeto sob o ponto de vista ambiental.

1. FUNCIONAMENTO DO PAINEL SOLAR

        A energia solar fotovoltaica é a energia obtida por meio da conversão direta da luz em eletricidade através do efeito fotovoltaico.

Existem na natureza materiais classificados como semicondutores, que se caracterizam por possuírem uma banda de valência totalmente preenchida por elétrons e uma banda de condução totalmente vazia às temperaturas muito baixas. Uma propriedade fundamental para as células fotovoltaicas é a possibilidade de fótons, na faixa do visível, com energia superior ao gap do material, excitarem elétrons de forma que estes passem a banda de condução. Esse efeito, que pode ser observado em semicondutores puros, também chamados de intrínsecos, não garante por si só o funcionamento de células fotovoltaicas. Para obtê-las é necessária uma estrutura apropriada para que os elétrons excitados possam ser coletados, gerando uma corrente útil.