Energia Solares

INTRODUÇÃO

O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento desta energia tanto como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. A energia solar é abundante e permanente, renovável a cada dia, não polui e nem prejudica o ecossistema é a solução ideal para áreas afastadas e ainda não eletrificadas, especialmente num país como o Brasil onde se encontram bons índices de insolação em qualquer parte do território. De acordo com um estudo publicado em 2007 pelo Conselho mundial de Energia, em 2100, 70% da energia consumida será de origem solar. O objetivo do trabalho é apresentar as formas de aproveitar a energia solar na geração de energia elétrica.

DESENVOLVIMENTO

O EFEITO FOTOVOLTAÍCO

O efeito fotovoltaico, que é a base da geração direta de eletricidade a partir da energia solar é conhecido desde de 1839, através de estudos realizados, Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891). A utilização do efeito fotovoltaico para gerar eletricidade. baseia-se na propriedade de certos materiais existentes na natureza, denominados semicondutores, de possuírem uma banda de valência totalmente preenchida com elétrons e uma banda de condução totalmente vazia a temperaturas muito baixas. Quando os fótons da luz solar na faixa do espectro de radiação visível incidem sobre este material excitam elétrons da banda de valência enviando-os a banda de condução. A energia presente nos fótons é transferida para os átomos liberando estes elétrons com alta energia. Uma barreira consegue impedir que estes elétrons retornem a sua posição anterior podendo-se direciona-los para um circuito elétrico, gerando-se uma tensão e uma corrente elétrica. O elemento semicondutor mais utilizado atualmente é o silício. Quando se adicionam impurezas como o fósforo ou como o boro, criam-se elementos de silício com excesso (tipo N) ou com falta de elétrons (tipo P). Esses elementos podem ser combinados em uma junção pn. Quando os elétrons em excesso do lado n são excitados por fótons solares, atravessam a linha demarcatória formada na junção pn e são impedidos de retornar por uma barreira que se forma na junção. Com isso os elétrons se acumulam do lado p tornado-o um pólo negativo enquanto o lado N torna-se um pólo positivo. Quando se interliga externamente os dois pólos, através de um fio condutor, há passagem de uma corrente elétrica que tende a equilibrar os dois pólos novamente. Se a incidência dos fótons solares sobre a superfície da célula é contínua a corrente elétrica se manterá, transformando a célula em um gerador de eletricidade.

Evolução das células fotovoltaicas

A primeira geração de células fotovoltaicas consiste numa camada única e de grande superfície p-n diodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. Estas células são normalmente feitas utilizando placas de silício. A primeira geração de células constituem a tecnologia dominante na sua produção comercial, representando mais de 86% do mercado.

A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de películas finas de depósitos de semicondutores. A vantagem de utilizar estas películas é a de reduzir a quantidade de materiais necessários para as produzir, bem como de custos. Atualmente (2006), existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telúrico de cádmio, copper indium selenide/sulfide. Tipicamente, as eficiências das células solares de películas são baixas quando comparadas com as de silício compacto, mas os custos de manufatura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte que é necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis.

A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores que dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células foto eletroquímicas e células de nano cristais.

Rendimento de um gerador fotovoltaico

Vários parâmetros podem afetar o rendimento do conjunto de módulos solares fotovoltaicos, também denominado gerador fotovoltaico. O principal deles é o parâmetro radiação solar, que depende fundamentalmente da localização geográfica da instalação bem como de sua inclinação e orientação. A temperatura dos painéis o sombreamento parcial, o descasamento entre painéis, as resistências dos condutores e o estado de limpeza dos painéis também influenciam na performance do sistema gerador fotovoltaico.

Os efeitos da inclinação e orientação dos painéis no rendimento do gerador dependem da razão entre a radiação direta e difusa locais. A inclinação e a orientação exata não são, no entanto, críticas, ao contrário de uma percepção freqüente de que módulos solares somente podem ser instalados em estruturas voltadas para o norte (sul no hemisfério norte), de preferência móveis para poder seguir o sol e que se assemelham mais a um satélite do que a um edifício. Para uma grande variedade de orientações possíveis pode-se atingir um incidência de mais 95% da radiação máxima. Esta afirmação somente é válida para uma superfície livre de obstruções.

Sob certas condições, uma célula solar parcialmente sombreada pode vir a atuar como uma carga, o que pode levar a um aquecimento excessivo da célula e possivelmente a destruição do módulo. Este efeito conhecido como hot spot, pode ser evitado pela instalação de diodos de bypass entre cada célula de um módulo, o que por outro lado leva a uma perda de rendimento.

Painéis Solares Fotovoltaicos

Painéis solares fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia elétrica. Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células solares, assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol, são projetados e fabricados para serem utilizados em ambientes externos, sob sol, chuva e outros agentes climáticos, devendo operar satisfatoriamente nestas condições por períodos de 30 anos ou mais. Sistemas solares fotovoltaicos integrados ao envelope da construção podem ter a dupla função de gerar