Eneria Solar

Contents

1. Introdução 1

2. O sol 2

3. Formas e sistemas de aproveitamento da energia solar 6

3.1. Aproveitamentos Térmicos 7

3.1.1. Coletor solar 7

3.1.2. Concentrador solar 7

3.2. Conversão direta da radiação solar em energia elétrica 9

4. Energia Fotovoltaica 11

4.1. O efeito Fotovoltaico 11

4.2. Tipos de células fotovoltaicas 16

4.2.1. Células Fotovoltaicas de Silício Cristalizado 16

4.2.2. Células Fotovoltaicas de Película Fina (Thin-Film) 18

4.2.3. Células Fotovoltaicas Híbridas 21

4.3. Sistema Fotovoltaico 22

4.3.1. Sistema Fotovoltaico Autônomo 23

4.3.2. Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (on-grid) 25

4.4. Impactos ambientais 27

4.5. Vantagens e desvantagens 27

4.6. A energia fotovoltaica no Brasil 28

1. Introdução

A exploração intensa das reservas esgotáveis de combustíveis fósseis e os danos causados ao meio ambiente apresentam um cenário preocupante para o próximo século. Nesse contexto assume crucial importância a busca de fontes alternativas de energias renováveis e não poluentes, como a solar e a eólica.

A energia solar fotovoltaica já é viável em diversas aplicações, mas, como sistema autônomo para uso doméstico, não consegue competir com o preço da energia elétrica das concessionárias via rede pública de distribuição, devido principalmente ao alto investimento inicial requerido e custo de manutenção do sistema de armazenamento.

Concerns regarding present energy systems are therefore growing because of the inherent risks connected with security of supply and potential international conflicts, and on account of the potential damage they can do to the natural environment in many and diverse ways. World public opinion, international and national institutions, and other organizations are increasingly aware of these risks, and they are pointing to an urgent need to fundamentally transform present energy systems onto a more sustainable basis.

A major contribution to this transformation can be expected to come from solar radiation, the prime energy resource. In several regions of the world the seeds of this possible transformation can be seen, not only at the technological level, but also at policy levels. For example, the European Union has policies and plans to obtain 20% of its energy needs through renewable energy by 2020.

The German Advisory Council on Global Change (WBGU) has conducted an analysis of energy needs and resources in the future to the years 2050 and 2100 (Fig. 10.1) which points to a major contribution by solar energy to global energy needs in the long term. This scenario is based on the recognition that it is essential to move energy systems towards sustainability worldwide, both in order to protect the natural life-support systems on which humanity depends and to eradicate energy poverty in developing countries. Of course, this new solar era can be envisioned mainly because of the tremendous scientific and technological advances made during the last century and the ongoing research and development.

By 2100 oil, gas, coal and nuclear, as shown in Fig. 10.1, will provide less than 15% of world energy consumption while solar thermal and photovoltaic will supply about 70%. Key elements of this long-term scenario are the energy efficiency and energy intensity policies that will make the contribution of renewable and solar energy a substantial factor. Those policies will deeply transform the building and construction, industry and transport sectors, increasing their reliance on renewable energy resources.

2. O sol

A energia solar vem do Sol, um gigantesco reator atômico formado por aproximadamente 80% de hidrogênio, 20% de hélio e apenas 0,01% de outros materias.

Dentro do sol acontecem várias reações envolvendo núcleos atômicos, sendo que a reação de fusão é a principal delas. No núcleo do Sol, onde a temperatura e pressão fornecem o ambiente adequado às reações nucleares, quatro núcleos atômicos (prótons) de hidrogênio se fundem, formando uma partícula alfa (núcleo de hélio). A partícula alfa mantém 70% da massa dos prótons de hidrogênio, enquanto que os 30% restantes da massa inicial são liberados na forma de energia. Essa energia viaja do núcleo do sol, por um processo de convecção, passando por todas as camadas do sol se transformando em luz e calor.

A energia liberada pelo sol em um segundo (5 milhões de toneladas de matéria) seria suficiente para suprir o consumo da humanidade, do seu aparecimento na terra até os dias de hoje. É claro que toda essa energia não chega à Terra, mas o potencial que chega anualmente é muito superior à soma de todas as formas de energia e consumo humano no mesmo período.

O sol emite energia a uma taxa de 3.8x1023 kW. Desse total, apenas uma pequena fração, aproximadamente 1.8x1014 kW é interceptada pela Terra, que está localizado a cerca de 150 milhões de quilômetros do sol. Cerca de 60% desta quantidade ou 1.08x1014 kW atinge a superfície da terra. O resto é refletida de volta para o espaço e absorvida pela atmosfera. Mesmo que apenas 0,1% dessa energia pudesse ser convertida em uma eficiência de apenas 10% seria quatro vezes a capacidade de geração total mundial de cerca de 3000 GW. Olhando de outra forma, a radiação solar total anual que incide sobre a Terra é mais de 7500 vezes o consumo mundial de energia primária anual total de 450 EJ (450x1018 J).

A quantidade de Irradiância Solar que chega à Terra depende da distância entre o Sol e a Terra, que varia de acordo ao movimento de translação da Terra em torno do Sol. Essa Irradiância tem valores entre 1325 W/m² e 1420 W/m² com o valor médio, chamado de constante solar, em torno de 1367 W/m² acima da atmosfera terrestre.

A energia solar que chega à superfície da terra é influenciada pela atmosfera terrestre, que diminui a intensidade da radiação solar através dos efeitos de reflexão, absorção e dispersão. Mesmo em um dia claro de sol forte,