O aproveitam ento da energia gerada pelo Sol é hoj e, sem som bra de dúvidas, um a das prom issoras alternativas energéticas deste m ilênio. E quando se fala em energia, deve- se lem brar que o Sol é responsável pela origem de praticam ente todas as out ras font es. Não seria nenhum a gafe afirm ar que as fontes de energia são, em últim a inst ância, derivadas do Sol.
Dentro do sol, m assa é convert ida di- ret am ent e em energia pelo processo de fusão nuclear, onde pequenas m assas geram enor- m es quantidades de energia. Este potencial, ilustrado por E = m c2, onde E é a quantia de
energia criada, m é a m assa da m atéria des- truída e c é a velocidade da luz. De fato, o sol gera um a m assiva quantia de 3.94 x 1023 kW
todo o dia, alcançando tem perat uras de 5.700 º C. Essa energia é irradiada e leva aproxim a- dam ente 8 m inutos para cobrir seus 129 m ilhões de km de j ornada até nos alcançar aqui na Terra; porém , graças a atm osfera, parte dessa energia é absorvida e difundida.
O Sol fornece anualm ente, para a at- m osfera terrestre, 1,5 x 1018 kWh de energia, o
que corresponde a 10000 vezes o consum o m undial de energia neste período. Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela m anutenção da vida na Terra, a radiação solar constitui- se num a inesgotável fonte energét ica,
havendo um enorm e potencial de ut ilização por m eio de sistem as de captação e conversão em outra form a de energia ( térm ica, elétrica, etc.) .
De toda a radiação solar que chega às cam adas superiores da atm osfera, apenas um a fração at inge a superfície t errest re, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela at - m osfera. Esta fração que at inge o solo é cons- tituída por um a com ponente direta e por um a com ponente difusa ( que sofre algum tipo de espalham ent o) . Not adam ent e, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à hori- zont al, haverá um a t erceira com ponente refle- tida pelo am biente do entorno ( solo, vegeta- ção, obstáculos, terrenos rochosos, etc.) . O coeficient e de reflexão destas superfícies é de- nom inado de albedo.
Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos de nebulosi- dade, o recurso energét ico solar apresent a grande variabilidade, induzindo, conform e o caso, ao uso conj unt o com out ros sistem as. O princípio básico est á ent ão em capt urar essa luz, sej a através de células fotovoltaicas ou concentradores, de acordo com o uso.
Term o Solar
Circuitos térm icos solares usam os raios do sol para aquecer líquidos ou m esm o sólidos, que então são usados em sistem as de t ransferência de calor para gerar vapor; isso alim enta um gerador. Os m ateriais aquecidos podem ser usados para operar um a m áquina diretam ente, e é o princípio básico do funcio- nam ento da energia term o-solar.
Colet ores com o estes t ipicam ent e aquecem fluidos ( água ou ar, por exem plo) a tem peraturas que variam de 150 a 200 F ( 66 a 93 º C) . A eficiência de tais coletores varia de 20 a 80 % . Quando são requeridas tem pera- t uras m ais alt as, um colet or concentrador é usado. Estes colet ores reflet em e concent ram luz solar de um a grande área. Podem os m os- trar, com o exem plo desse dispositivo, um que foi inst alado nos Pireneus, na França, e t em vá- rios acres de espelhos enfocados em um único pont o. A energia que se concent ra no pont o é 3.000 vezes m aior que qualquer espelho do sistem a, e a unidade produz tem peraturas de até 3.630 F (2.000 º C) . Outra estrutura, cha- m ada "Power Tower" pert o de Barst ow, Califórnia, gera 10000 kW de eletricidade. Aqui, o forno age com o um a caldeira e gera vapor para um a turbina- elétrica a vapor.
Em coletores concentradores sofistica- dos, com o este instalado na Califórnia, cada espelho é girado por um heliostato que dirige os raios do sol do espelho para o ponto de con- centração. Motores de posicionam ento, e seus controladores fazem de tais sistem as caros. Colet ores m enos caros produzem t em perat uras abaixo destes, m as ainda bem m ais altas que a dos conhecidos com o Flat- Plat e. Por exem plo, reflet ores parabólicos que se concentram a luz solar em t ubos de cano escuros pode produzir tem peraturas fluidas de cerca de 400 a 550 F ( 200 a 290 º C) e podem concentrar a energia solar em até 50 vezes a sua força original. I m - port ante m encionar que t am bém exist e o uso da energia term o- solar at ravés de colet ores planos.
O concent rador solar Power Tower, na Califórnia.
Fot oelét rica
Tidas antes com o enredo de film es de ficção científica, o uso de células de energia fotovoltaica foi inicialm ente m eio de alim enta- ção dos satélites am ericanos. Hoje, a form a m ais banal dessa energia é encontrada nos re- lógios e calculadoras solares.
Estas células, pequenas lâm inas delga- das recobert as por um a cam ada de décim os de m ilím etro de um m aterial sem icondutor, com o o silício, conseguem fazer a conversão da luz em eletricidade. Quando expostas a um a fonte de luz ( no caso, o Sol), os fótons ( partículas de luz) excit am os elétrons do sem icondutor. Com a energia absorvida dos fót ons, os elét rons passam para a banda de condução do átom o e
criam corrente elét rica. As células são depois agrupadas para form ar os painéis solares. Essa form a de produzir energia não causa danos ao m eio am biente, não polui e norm alm ent e não precisa de m ovim entos de m áquinas para fun- cionar.
Porém , ainda não possui status de “ solução” para os problem as energéticos do m undo. Ainda é um a energia cara, com parada com a proveniente de petróleo, usinas nuclea- res ou hidrelét ricas. Mais um a vez, foi a pri- m eira grande crise do petróleo que trouxe a tona a idéia de se usar tal energia com ercial- m ente. Naquela época, a produção de energia fotovoltaica custava nos Estados Unidos cerca de US$ 60,00 kW/ hora. Com o desenvolvi- m ento em laboratórios e o aum ento da produção, pode custar hoj e até US$ 0,30 kW/ hora, e m esm o assim o preço é cinco vezes superior ao das form as de energia convencio- nais. Este é um dos m otivos pelo qual não se pensa em subst it uir usinas por painéis solares, fazendo o m undo todo viver à luz do Sol. A energia fotovoltaica sim plesm ente apresenta m elhores soluções para problem as que as ou- t ras fontes de energia foram m enos eficientes em resolver.
Painel de células fotovoltaicas.
No princípio dos anos 80, a m atéria- prim a das células fotovolt aicas, o caríssim o silício m onocrist alino, t inha grau de eficiência de 10% . Na fabricação em escala industrial, esse índice subiu para 15 % . Um silício m ono- crist alino é um crist al perfeit o, com seus ele- m entos dispostos de form a ordenada, com o os apartam entos de um prédio. Custa caro porque m uita energia é gasta para produzi- lo Existe
tam bém o silício policristalino, m ais barato, porque consom e m enos energia em sua produ- ção, onde os grãos são m aiores e m ais desor- ganizados, com o se em lugar de um prédio houvesse um m ont e de casas sobrepost as. O policristalino ganha no fator custo, m as perde na eficiência: o rendim ento m áxim o obtido fica em t orno de 14% .
A idéia que m ove as pesquisas e as aplicações da energia fotovoltaica não é subs- tituir toda fonte de energia do m undo pela so- lar. Mesm o assim , os pesquisadores com olhos no fut uro divisam grandes usinas fot ovolt aicas instaladas em regiões desérticas com grande insolação. A estocagem da eletricidade produ- zida se daria pela produção de hidrogênio por eletrólise — hidrogênio que poderia se tornar no próxim o século o principal com bustível utili- zado pelo hom em . A curt o prazo, a energia fo- tovoltaica tem a vantagem de ser autônom a. Ela é produzida e consum ida no m esm o lugar, sem necessit ar de ligação a redes de distribui- ção de energia. Um a residência dotada de pai- néis solares poderia at é vender o possível ex- cesso de energia que produzisse.
O Brasil dispõe de energia fotovoltaica desde 1978, quando a Telebrás im portou a tec- nologia solar para eletrificar um a de suas esta- ções ret ransm issoras no interior de Goiás. Nessa m esm a época, a Marinha tam bém ado- tou o sistem a para a eletrificação de seus sina- lizadores e bóias. A partir de 1980, com a cria- ção da Heliodinâm ica, o Brasil não só passou a produzir células e painéis solares, com o t am - bém com eçou a exportar células para países com o Í ndia, Canadá, Alem anha e Est ados Uni- dos. Um dos proj et os pioneiros da Heliodinâm ica foi a criação de um sistem a foto- voltaico de bom beam ento de água, im plantado em Caicó no Rio Grande do Nort e, em 1981. Os agricultores de um a fazenda no sertão passa- ram a dispor de água o ano todo para a la- voura.
Ainda que lentam ente, o sistem a j á chegou a outras localidades do Nordeste e até m esm o à I lha de Maraj ó, onde além de irrigar a terra, abastece bebedouros para o consum o do gado. No Pantanal Mato- grossense, m uitas fa- zendas estão equipadas com células solares. Só que nesses lugares elas alim ent am sistem as de radiocom unicação, refrigeração, ilum inação, t elevisores e recepção de sinais via sat élit e por antenas parabólicas. É um a opção bem m ais barata em longo prazo do que fazer chegar até lá a rede elétrica, ou m esm o fornecer energia com um gerador a diesel. Mas o investim ento
inicial para a im plantação dos painéis ainda é m aior do que o exigido para a energia conven- cional, o que lim ita sua aplicação a proj etos subsidiados pelo governo ou a part iculares de alto poder aquisitivo.
Em bora todo o país tenha um clim a propício ao uso da energia fotovoltaica, a Região Nordeste é a que m elhor se adapta a sua aplicação, por ter m uito sol brilhando e deficiência de energia instalada. A aplicação m ais im port ante, porém , é fornecer energia em lugares isolados, dist antes das redes elét ricas, o que em longo prazo pode significar um a solu- ção para países subdesenvolvidos.
Os principais fatores que influenciam nas caract eríst icas elétricas de um painel são a intensidade lum inosa e a tem peratura das cé- lulas. A corrente gerada nos m ódulos aum enta linearm ente com o aum ent o da int ensidade lum inosa. Por out ro lado, o aum ent o da t em - peratura na célula faz com que a eficiência do m ódulo caia abaixando assim os pontos de operação para potência m áxim a gerada.