Energia do Sol

A energia que vem do Sol

Enio Bueno Pereira

Divisão de Geofísica Espacial, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Sérgio Colle

Laboratório de Energia Solar, Universidade Federal de Santa Catarina

A exploração intensiva das reservas esgotáveis de combustíveis fósseis e os prejuízos ambientais trazidos pelo uso desses recursos energéticos pressupõem um cenário preocupante para o próximo século. Nesse contexto, assume crucial importância a busca de fontes de energia alternativas, em especial renováveis e não-poluentes, como a solar e a eólica. Diversos países já investem na opção solar, investigando desde as características do fluxo de radiação solar que chega à Terra até a tecnologia necessária para viabilizar, em termos técnicos e econômicos, o aproveitamento dessa energia. O Brasil também participa dessa 'corrida' para o futuro, com estudos como, por exemplo, a avaliação da eficácia de pequenos módulos solares em regiões remotas e o mapeamento do potencial energético solar existente no país, indispensável ao estabelecimento de uma política nacional para o setor.

O interesse pela utilização da radiação solar como fonte de energia alternativa cresceu muito na duas últimas décadas, por razões econômicas, principalmente após a crise do petróleo de 1973, quando os estudos nessa área receberam grande impulso nos Estados Unidos e na Europa. Hoje, esse interesse está adquirindo maior dimensão, abrangendo não só o aproveitamento dessa radiação como fonte de energia limpa e renovável, mas também o conhecimento do clima e de suas mudanças -- uma questão crucial, que envolve a própria manutenção da vida na Terra. Hoje, muitos países, inclusive o Brasil, já buscam nas energias solar e eólica opções para o problema energético do próximo século, e têm razões de sobra para isso. A demanda energética mundial depende quase totalmente (cerca de 80%) dos combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral e gás natural), recursos esgotáveis. Além disso, o uso de tais combustíveis está associado a riscos ambientais ainda não completamente avaliados, mas preocupantes. Cerca de 30 bilhões de toneladas de CO2 (dióxido de carbono, ou gás carbônico), CO (monóxido de carbono), SO2 (dióxido de enxofre) e NOx (óxidos de nitrogênio), além de aerossóis (matéria sólida em suspensão), são injetados por ano na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis para gerar energia elétrica, aquecimento, refrigeração etc. A energia nuclear, outra alternativa para substituição das fontes convencionais, já mostrou suas limitações, sobretudo no ponto de vista ambiental -- sem contar o 'fantasma' da proliferação de armas nucleares, que já assombrou o planeta em passado recente. Em vista das restrições, os Estados Unidos têm mantido em estado estacionário os recursos para o setor, enquanto aumenta, em países europeus, a tendência a reduzir investimentos (como na Alemanha) ou abandonar de vez a opção nuclear (como na Noruega).

A energia do Sol

O aproveitamento da energia solar é um projeto viável, tanto em termos técnicos quanto econômicos. O elevado custo, principal obstáculo para sua utilização em escala comercial, já está

sendo vencido. Especialistas nessa tecnologia prevêem uma queda de até seis vezes no preço do quilowatt (kW) obtido a partir de energia solar até o ano 2015 (ver 'Energia e potência'). Mas o uso dessa energia ainda enfrenta dois grandes problemas: a intermitência, pois depende do ciclo diurno e de variações aleatórias de insolação (causadas principalmente por nuvens), e o baixo rendimento de energia por unidade de superfície.No Brasil, a média mensal da energia solar que incide diariamente sobre cada m2 da superfície varia, dependendo do local e da época do ano, entre 9 e 27 megajoules (MJ), que correspondem a 2,5 a 7,5 quilowatts-hora (kWh). Embora seja inesgotável e não ofereça riscos ambientais, essa energia ainda é aproveitada de modo muito incipiente no país: para secagem de alimentos, na indústria do sal e em outras atividades.

O desenvolvimento científico e tecnológico decorrente de elevados investimentos, principalmente nos Estados Unidos, Alemanha, Austrália, Japão, Itália e Israel, tem contribuído para que novas tecnologias de fabricação e produção de equipamentos de conversão da energia solar aumentem a competitividade dessa forma de energia em relação às formas convencionais -- hidráulica, nuclear e termofóssil. Estima-se que 1 km2 de placas de células fotovoltaicas possam produzir até 100 megawatts (MW) de energia elétrica, o que equivale a um sétimo da potência de uma turbina da hidrelétrica de Itaipu. As células fotovoltaicas, ou fotoelétricas, são dispositivos semicondutores que produzem uma corrente elétrica quando expostos à luz. A vantagem em relação à energia hidrelétrica é que a planta solar pode ser instalada em terras de baixa qualidade e gera energia de maneira descentralizada, reduzindo os gastos de distribuição. A produção mundial de energia fotovoltaica cresceu de 4 MW, em 1980, para mais de 60 MW em 1991. A partir da última crise do petróleo (1973), o custo dos módulos de energia solar por watt de pico produzido (Wp) caiu cerca de 10 vezes, atingindo hoje no mercado internacional valor inferior a US$ 4 por Wp. Isso significa que cada kWh de energia produzido, incluídos outros custos, sai por menos de US$ 0,28. Espera-se que efeitos de produção em escala reduzam tais cifras, no final da próxima década, até os valores competitivos de US$ 1 por Wp, ou US$ 0,08 por kWh. Para comparação, as energias convencionais custam hoje entre US$ 0,06 e US$ 0,12 dólar por kWh, sem considerar custos de recuperação ambiental associados. A primeira barreira a ser vencida para que a energia solar se torne competitiva é o custo das células fotovoltaicas, fabricadas em geral de silício onocristalino, e o baixo rendimento da conversão energética. Um sistema fotovoltaico central inclui módulos de células interligados, um subsistema que controla o acionamento, desligamento e proteção das células e um conversor de corrente contínua para alternada, sincronizado com a freqüência e amplitude da rede elétrica convencional. Existem, no entanto, opções mais simples (sistemas individuais), usados na eletrificação de zonas rurais e remotas. No Brasil, tais sistemas -- com apenas um painel fotovoltaico, uma bateria-reguladora, uma luminária fluorescente e duas ou três tomadas para rádio e televisor -- estão sendo testados em diversas áreas,