A História e Conceitos de Geração da Energia

4 ENERGIA FOTOVOLTAICA

4.1 História e Conceitos de Geração da Energia Fotovoltaica

Em 1839, foi o ano em que Alexandre Edmond realizou a descoberta da energia solar, que, ao realizar experiências utilizando eletrodos identificou que quando ficavam expostos a raios solares, os mesmos geravam uma leve diferença de potencial, fenômeno este que foi batizado de efeito fotovoltaico (EBES, 2011).

Somente em 1884, ano este que foi desenvolvida a primeira célula fotovoltaica que utilizava selênio, que possuía uma baixa eficiência de apenas 1%. Somente quando Albert Einstein realizou uma explicação sobre diversos estudos científicos que houve uma significativa evolução no processo de geração de energia solar fotovoltaica. Mas foi em 1954, 115 anos depois que foi desenvolvida pelo laboratório da Bell com a ajuda de diversos pesquisadores a primeira célula fotovoltaica, que utilizava silício com uma eficiência de aproximadamente 6% (EBES, 2011).

A geração de energia fotovoltaica acontece quando as células fotovoltaicas são expostas aos raios solares, e tais células os absolvem e os convertem em energia elétrica, mas para que isso ocorra existem diversos processos que são exemplificados a seguir (VILLALVA; GAZOLI, 2012).

Primeiramente, recorre-se como exemplo à célula de silício cristalino, que é comumente encontrada no mercado. A mesma é composta por material semicondutor do tipo P e N, camada positiva e negativa, que possuem uma isolação de material antirreflexo que ajuda na absorção da luz do sol, quando expostas aos raios solares, tem por finalidade a recepção dos fótons, que são emitidos pelo sol, através dos raios solares, que permitem a liberação dos elétrons, movimentando-se para a sua parte inferior de forma ordenada, gerando o efeito fotoelétrico. Para se alcançar níveis de tensão para consumo é necessário interligar as células fotovoltaicas formando os módulos ou painéis fotovoltaicos, e assim consegue-se tratar a potência gerada de modo a se realizar processos de conversão com maior eficiência e menores perdas com chaveamento (VILLALVA; GAZOLI, 2012).

Figura 1. Ilustração de um sistema de geração de energia elétrica. Esquema que, de forma didática, exemplifica o hardware de um sistema de geração fotovoltaico.

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Fonte: (Brito, 2007).

A Figura 1 de forma simples ilustra um sistema fotovoltaico que a forma de onda da energia gerada é controlada por controladores de cargas que são responsáveis pela estabilização da geração, os painéis solares geram corrente continua (CC) e essa corrente é convertida em corrente alternada (CA) pelos inversores que são responsáveis por proporcionarem a sincronização da forma de onda da energia gerada, esses inversores são dimensionados conforme a demanda e podem trabalhar em sincronismo com a rede elétrica e também é possível utilizar bancos de baterias para se armazenar energia.

4.2 Cenário do Sistema de Geração Solar no Brasil

O território Brasileiro possui abundantes e diversificadas oportunidades de exploração energética. É um país privilegiado por estar inserido em uma região, geográfica e ecologicamente diversificada, contando com diversos climas, fontes correntes de água, zonas costeiras e oceânicas, reservatórios fósseis, incidência de correntes de ar (ventos) em áreas específicas, e grande incidência de raios solares no território brasileiro.

Tabela 1. Crescimento de produção e representatividade na Matriz Energética Brasileira

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Fonte: Elaborado pelos autores. (Extraído de Resenha Energética Brasileira 2018 – ano base 2017, editada pelo Ministério de Minas e Energia) (MME, 2018).

Como análise da Tabela 1, de autoria do Ministério de Minas e Energia – (MME) (MME, 2018), pode-se inferir que a energia solar é uma opção com grande potencial de crescimento no mundo e principalmente no Brasil, que busca se estruturar através de programas governamentais de incentivo ao estudo e criação de tecnologias e regulamentações que promovem o movimento das pessoas jurídicas, e até as físicas, ao objetivo traçado pelo governo para o crescimento da fatia energética de origem solar.

Registre-se o grande crescimento em porcentagem entre os anos de 2016 e 2017 da energia solar: 875,6%. Contudo, comparando-se à produção de energia eólica, que registrou um aumento de 26,5% no mesmo período, pode-se perceber que a energia solar ainda é uma fonte energética pouco explorada em relação a outras renováveis. A tabela ainda indica que as fontes não renováveis como óleo, gás natural, carvão tiveram retração na produção como resultado das políticas de produção energética renovável. (MME, 2018)

Apesar de a energia solar ser uma fatia pequena da matriz energética brasileira, pode-se ver que o crescimento é considerável em relação as matrizes energéticas que não são renováveis.

Alguns projetos implantados no Brasil podem ser citados, dentre eles a instalação de 5 MWp em painéis fotovoltaicos em regiões isoladas através do Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios entre 1994 e 2002, que atendia instalações comunitárias, como postos de saúde e escolas, nestes locais (SILVA, 2014).

4.3 Energia Fotovoltaica

A matéria utilizada para fabricação das células fotovoltaicas é o silício, pois têm competitividade no mercado. O processo de fabricação das placas se inicia com o derretimento da sílica (SiO²), que posteriormente é solidificada de modo que haja um arranjo perfeito dos átomos de silício através de um processo conhecido como processo de Csocharlski. Após a formação do cilindro sólido do silício, este cilindro é fatiado e dopado a 1° camada com impurezas de fósforo, o que gera o polo negativo e a 2° camada é dopada com impurezas de boro formando o polo positivo da placa, formando-se assim uma junção p-n. Esse processo forma as células fotovoltaicas, conhecidas como monocristalinas (HINRICHS; KLEINBACH; REIS, 2011).

As células fotovoltaicas são as mais comumente disponibilizadas no mercado para uso em processos de conversão de energia solar em eletricidade, pois a técnica utilizada em sua fabricação possui alto grau de confiabilidade (CRESESB, 2005).

Um grande empecilho na produção desse tipo de célula está no alto custo de produção e no consumo elevado de energia. Na fabricação desse tipo de célula exige-se um alto grau de pureza sendo estabelecido um valor na faixa de bilionésimo por cento. É utilizado processos químicos para atingir a pureza exigida (OLIVEIRA, 2008)