Ao longo de toda a história o homem sempre utilizou a energia que vem do Sol

ENERGIA SOLAR

1 INTRODUÇÃO

Ao longo de toda a história o homem sempre utilizou a energia que vem do Sol. Através dele são supridas necessidades básicas de aquecimento, iluminação e alimentação (via fotossíntese e cadeias alimentares). Entretanto, o uso do Sol como fonte direta para a produção de eletricidade, tem início na primeira metade do século XX. De acordo com Tolmasquim (2016), com esta finalidade, têm-se dois tipos de tecnologias de geração: a fotovoltaica, que consiste na conversão direta da luz em eletricidade; e a heliotérmica, que é uma forma de geração termelétrica, na qual um fluido é aquecido a partir da energia solar para produzir vapor.

Ainda segundo Tolmasquim (2016), as duas tecnologias combinadas representam uma parcela pequena da matriz energética global, mas merecem destaque especial pelas suas perspectivas positivas. Dessas duas tecnologias, a fotovoltaica é a que vem conquistando mais mercado nos últimos anos, representando 98% da capacidade instalada entre as duas fontes.

Segundo o Ministério de Minas e Energia, o Brasil tem cerca de 70% de sua matriz elétrica baseada em energia hidráulica, e mais recentemente outras fontes de energia, como a biomassa, a eólica e a nuclear vêm recebendo estímulos. Neste trabalho requisitado pela disciplina Eletricidade, será apresentado o conceito de energia solar, os princípios de funcionamento e as vantagens e desvantagens do uso da energia solar.

2 CONCEITO DE ENERGIA SOLAR

Como já fora dito anteriormente, o homem sempre se aproveitou da energia do sol. No início do processo de civilização, o uso da energia solar, pela humanidade se deu através da agricultura e da pecuária, as quais por meio do aproveitamento controlado da fotossíntese e da cadeia alimentar processam a energia direta do Sol (TOLMASQUIM, 2016). Ainda de acordo com esse autor, há diversas outras maneiras de aproveitamento da energia solar, sendo a iluminação e o calor, talvez, as mais evidentes para a população.  

De acordo com Tolmasquim (2016), a energia solar pode ser conceituada:

A energia proveniente do Sol é uma forma de energia renovável e praticamente inesgotável que pode ser aproveitada pela sociedade para suprir suas necessidades energéticas. De toda energia solar que chega a Terra, aproximadamente metade atinge a superfície, totalizando cerca de 885 milhões de TWh/ano (IEA, 2014a), mais de 8.000 vezes o consumo final total de energia mundial em 2013 (IEA, 2015). Esses valores conferem à fonte solar, considerando seus múltiplos usos, o maior potencial técnico de aproveitamento frente a outras fontes renováveis (TOLMASQUIM, 2016).

De acordo com o portal energia.com (2016), a energia solar é a energia produzida pelo Sol e é convertida em energia útil por seres humanos, quer para a produção de eletricidade ou de calor algo (como as suas principais aplicações). Anualmente, o Sol produz 4 milhões de vezes mais energia do que consumimos, o seu potencial é ilimitado.  Um segundo o sol produz mais energia (internamente) que toda energia usada pela humanidade desde o começo dos tempos. Uma outra forma de se exprimir esta imensa grandeza energética, basta dizer que a energia que a terra recebe por ano vinda do sol, representa mais que 15000 vezes o consumo mundial anual de energéticos.

Ainda segundo o portal, 15% da energia emitida pelo sol que chega a Terra é refletida de volta para o espaço. Outros 30% são perdidos na evaporação da água a qual sobe para a atmosfera produzindo chuva. A energia solar é também absorvida pelas plantas, pela terra e oceanos. A energia restante, para manter o equilíbrio energético do planeta, deve então ser emitida sob a forma de radiação térmica.

Apesar da energia solar estar disponível de forma absolutamente gratuita, seu aproveitamento ainda é limitado. O problema é que a energia solar apresenta-se sob a forma disseminada e a sua captação, pelo menos para potências elevadas, requer instalações complexas e dispendiosas. O aproveitamento da energia solar poderá a longo prazo tornar-se como a grande solução para todos os problemas energéticos do mundo.

2.1 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

2.1.1 ENERGIA FOTOVOLTAICA

Tolmasquim (2016) define a energia solar fotovoltaica, como sendo a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade e tem como base o efeito fotovoltaico. Ainda de acordo com esse autor, o efeito fotovoltaico, apresentado por Edmond Becquerel em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz.

Semicondutores são caracterizados pela presença de bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (bandas de valência e bandas de condução) e de outra totalmente vazia (banda proibida ou gap). À temperatura de 0 K, a banda de valência em semicondutores é totalmente preenchida, enquanto a banda de condução se encontra vazia. Já à temperatura ambiente, há energia necessária para que alguns elétrons atravessem o gap e passem para a banda de condução. Entretanto, essa quantidade de elétrons é pequena, sendo necessário realizar o processo conhecido como dopagem para utilização do semicondutor na produção de energia elétrica.

Segundo Tolmasquim (2016), o semicondutor mais usado é o silício, encontrado em abundância na crosta terrestre. Seus átomos se caracterizam por possuírem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma rede cristalina. Ao se adicionar átomos com cinco elétrons de ligação, como o fósforo, por exemplo, haverá um elétron em excesso, que não poderá ser emparelhado e ficará "sobrando", fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto permite que, com pouca energia, este elétron seja liberado, indo para a banda de condução. Diz-se assim, que o fósforo é um “dopante” doador de elétrons e denomina-se dopante n ou impureza n.

Se, por outro lado, são introduzidos átomos com apenas três elétrons de ligação, como é o caso do boro, “faltará” um elétron para satisfazer as ligações com os átomos de silício da rede. Esta falta é denominada “buraco” ou “lacuna”. Da mesma forma, é demandada pouca energia para que um elétron de um sítio vizinho possa ocupar esta posição, fazendo com que o “buraco” se desloque. Diz-se, assim, que o boro é um “aceitador de elétrons” ou um dopante p. Se, partindo de um silício puro, forem introduzidos átomos de boro em uma metade e de fósforo na outra, será formado o que se chama junção pn.