Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, a energia solar é a fonte principal de vida na Terra e é a origem da maioria das fontes de energia renováveis: energia eólica, hidrelétrica, da biomassa e das ondas e correntes marinhas.
Todos os aspectos da nossa vida diária envolvem o uso de energia: o transporte, a produção de alimentos e o abastecimento de água (bombeamento), assim como o aquecimento das nossas casas e escritórios. Para esses fins, os combustíveis fósseis, tais como o petróleo, o carvão e o gás natural são os mais empregados, apesar da energia solar absorvida pela Terra em um ano seja o equivalente a 20 vezes a energia armazenada em todas as reservas de combustíveis fósseis no mundo e dez mil vezes superior ao consumo atual.
A energia solar pode ser aproveitada de diversas maneiras. Além das formas simples empregadas para secar produtos, esquentar água ou aquecer edifícios (o que é conhecido como energia térmica solar) podemos utilizar a energia do sol para produzir eletricidade (eletricidade solar ou energia fotovoltaica).
O que fazer com a energia do Sol Pode-se obter calor mediante coletores térmicos e eletricidade por meio de células fotovoltaicas, apesar dos processos terem diferentes tecnologias e aplicações.
Fotovoltaica é a energia solar gerada por células fotoelétricas, capazes de transformar a luz em um potencial elétrico sem sofrer um efeito térmico (aproveita-se entre 9% e 14% da energia do Sol). Por outro lado, a energia térmica é obtida com coletores solares ou placas solares térmicas, que transformam em calor cerca de 40% a 60% da matéria-prima recebida.
O coletor solar é composto por tubulações ou superfícies de cobre unidas entre si por canais paralelos de menor diâmetro. Estes últimos levam aletas de cobre que transmitem o calor para o tubo pelo qual circula um fluido (normalmente água com anticongelante) que o transporta. Para atingir maior rendimento, todo o conjunto é apoiado sobre uma lâmina de cobre escurecida que absorve a energia.
Todo este conjunto é introduzido em uma caixa, com um cristal na face superior e um isolamento na face inferior, que diminui a perda de energia para o exterior. Estima-se que um sistema de quatro metros quadrados de placa solar e um boiler (200 l) da energia gerada é suficiente para cobrir o consumo de água quente de uma família de quatro pessoas. A energia solar fotovoltaica é uma solução para o problema da eletrificação rural por suas vantagens em relação a outras alternativas. Não contamina nem produz ruídos, não precisa de combustível nem de manutenção e, embora com menor rendimento, os sistemas solares funcionam também nos dias nublados, captando a luz filtrada através das nuvens.
Energia barata, mas apenas a médio prazo O principal problema quanto ao aproveitamento da matéria-prima irradiada pelo Sol é o fator econômico. Apesar do custo de um sistema convencional de gás ou eletricidade para esquentar água ser de um baixo custo inicial, estes sistemas consomem uma energia que cada vez terá um maior valor. O custo de uma instalação solar para o aquecimento de água para uma família de quatro pessoas é de aproximadamente US$ 1.000, mas há de se levar em consideração que a conta do gás ou da energia deverá ser paga periodicamente, enquanto que o abastecimento de energia solar é gratuito.
Nesses casos, estima-se que a recuperação do investimento começa no terceiro ano de uso, para posteriormente amortizar completamente o investimento, mantendo uma despesa mínima com manutenção e com energia auxiliar em climas onde os invernos são mais frios.
É possível que no futuro as administrações governamentais forneçam incentivos fiscais e descontos para estimular os usuários deste tipo de instalação, seguindo o exemplo dos países desenvolvidos e como uma maneira de demonstrar a estes novos mercados uma forma de consciência a respeito do tema ambiental.
Para difundir a energia solar Utilizar lâminas e tubos de cobre, que têm uma maior condução térmica que o aço, especialmente na fabricação da placa trocadora de calor. Para uma maior absorção do calor solar, oxida-se o cobre na cor preta sem necessidade de tintas.
Realizar os controles de qualidade de coletores solares e módulos fotovoltaicos para garantir um maior rendimento e atingir uma durabilidade de pelo menos trinta anos com uma manutenção mínima.
Considerar nas normas de edificação a possibilidade de uma futura instalação solar. Assim, as áreas livres ficariam habilitadas e seria facilitada uma pré-instalação durante a própria construção do edifício ou da casa.
Incorporar nos novos edifícios coletores de energia solar para, no mínimo, o aquecimento da água e a eletrificação básica (iluminação de emergência, áreas de estacionamentos subterrâneos).
Oferecer ao usuário a oportunidade de autogerar parte da energia elétrica que consome, possibilitando a instalação de módulos fotovoltaicos conectados diretamente à rede de distribuição elétrica.
Implantar uma educação-cidadã focada no combate ao crescente consumo energético. Realizar comparações de rentabilidade econômica da energia solar em relação a outras alternativas de forma completa, ou seja, sem esquecer os custos sociais e de prevenção de riscos de algumas instalações (por exemplo as centrais térmicas), que se apresentam como mais econômicas que a alternativa solar.
O COBRE NA ENERGIA SOLAR O Sol é uma fonte inesgotável de recursos, mas é contestável se a espetacular revolução tecnológica que vivemos serviu para aproveitar esta opção energética, especialmente frente ao crescente desgaste e incerteza dos preços das fontes de energia tradicionais. Nos últimos tempos notamos um aumento de instalações de energia solar térmica por causa de dois fatores. Por um lado, a sensibilidade crescente da sociedade quanto à necessidade de substituir os combustíveis fósseis. Por outro lado, os avanços nos sistemas, que permitem melhorar a qualidade e reduzir os custos.
O aquecimento de água mediante energia solar, além de ser uma alternativa ecológica, transformou-se em uma tecnologia economicamente atraente e competitiva.
O cobre participa de todo o processo de coleta de energia solar, desde a construção de coletores, que captam e transferem a energia, até a condução de fluidos em altas temperaturas. Alé disso, o metal mantém ótimas condições de higiene nas tubulações graças às suas condições físicas e à sua ação bactericida.
As vantagens desta fonte de energia são incríveis É limpa e inesgotável. Pode ainda nos liberar da dependência do petróleo e de outras alternativas menos seguras (centrais nucleares) e mais contaminantes (centrais térmicas). Seu ponto fraco é o fato da radiação solar no inverno, quando mais energia precisamos, ser menor. Por outro lado, é imprescindível desenvolver a tecnologia de captação, armazenagem e distribuição de energia solar para que possa ser competitiva em relação ao resto das opções energéticas.
Energia solar térmica na Europa A energia solar térmica vive seu auge na Europa. A superfície total de coletores instalados no final de 2000 atingiu 10,4 milhões de metros quadrados, um aumento na produção de água quente estimado em 9,7 %,em relação a 1999.
Dos valores citados, destaca-se o fato que apenas três países (Alemanha, Grécia e Áustria) participam de 75,3% do total da superfície instalada. Já a Espanha, apesar de sua insuperável situação climática para a aplicação desta tecnologia, encontra-se em sexta posição quanto à superfície instalada.
Estão na vanguarda do uso da tecnologia países como Alemanha, Áustria, Noruega, Dinamarca (com clima continental e em princípio menos propício ao aproveitamento da energia solar térmica e que requerem coletores de maior eficiência) e outros países com climas mais benignos, como Grécia, França e Portugal.
O aumento da superfície instalada deve-se, sem dúvida alguma, ao surgimento de programas estatais e autonômicos destinados a promover o uso de energias renováveis e a diversificação de energia. Cabe destacar o programa do governo alemão Solar na klar (solar, sim! Claro!), que pretende atingir a cifra de 55 milhões de metros quadrados no final do ano 2010 (isto nos faz lembrar uma campanha européia semelhante dos anos 80 dizia nuclear’ não, obrigado). Na Espanha encontra-se em funcionamento o programa PROSOL, promovido pela Junta de Andalucía. O objetivo da Comissão Européia é chegar a 100 milhões de m2 instalados no ano 2010 (Livro Branco das Energias Renováveis, dezembro 1997), mas com a tendência atual, tudo indica que não será possível atingir essas estimativas.
O sol Todo o calor da Terra, exceto o obtido no interior dos átomos, vem, em última análise, do Sol. Além de aquecer a Terra, o Sol fornece a energia utilizada pelas plantas na síntese do alimento que fornece o combustível necessário às funções e aos animais que o comem. O calor do Sol produz a evaporação da água dos oceanos, formando as nuvens que caem sob a forma de chuva sobre as montanhas e descendo correm para o mar. O homem coloca turbinas no caminho por onde passa a água, transformando sua energia em energia elétrica.
Os demais combustíveis utilizados pelo homem como gás, petróleo, carvão ou madeira são remanescentes ou produtos de organismos cuja energia original foi derivada do Sol.
O carvão, o gás natural e o petróleo, chamados combustíveis fósseis, têm reservas limitadas. Talvez a solução do problema esteja diante de nós quando olhamos para o céu – o próprio Sol, que por milhões de anos nos tem fornecido sua energia.
A luz solar proporciona ao Brasil em cada dois dias energia igual a todas as reservas remanescentes de combustíveis fósseis. Como utilizar essa energia, entretanto, é que é o problema. Uma vez que ela nos alcança de forma tão difusa. Para transformá-la numa fonte eficiente de energia, ela deve ser captada e concentrada, como numa fornalha solar, processo este que custa muito caro.
A escuridão e o mau tempo também causam interrupções constantes na recepção da irradiação regular da energia do Sol. Por conseguinte, as mais importantes aplicações industriais da força solar ainda estão bem distantes, mas em pequena escala ela já é utilizada com êxito.
A energia solar pode ser usada de várias maneiras. A luz solar pode ser captada por espécies de estufas colocadas nos telhados das residências, que aquecem a água que passa por elas através de serpentinas. Pode ser aproveitada através de um forno solar, que concentra os raios solares por meio de espelhos curvos. Ou também por meio de células fotovoltáicas, que convertem diretamente a energia solar em energia elétrica. Este processo tem grande aplicação em satélites artificiais.
Painel solar O aquecimento da água para ser aproveitada nas residências e feito com uma caixa semelhante a uma estufa, coberta com vidro. A radiação solar incide na parte transparente do coletor. Parte dessa radiação atinge a chapa de alumínio pintada de preto no interior da caixa. A pintura preta aumenta a absorção da energia incidente.
Fixada à placa de alumínio encontra-se a tubulação de água. Pelo processo de condução, parte do aquecimento da placa é transmitido para a água. Uma vez aquecida, a água na tubulação fica menos densa e sobe indo para o reservatório. Ao mesmo tempo, a água mais fria desce da parte inferior do reservatório. A água quente, pronta para o consumo, é retirada da parte superior do reservatório, e uma nova quantidade de água é introduzida na parte inferior.
O mesmo princípio pode ser utilizado para o aquecimento e refrigeração de residências.
A casa tem suas paredes de face sul (hemisfério norte) pintadas de preto às quais se superpõem paredes de vidro: a radiação atravessa o vidro e aquece a parede, dando origem a uma coluna ascendente de ar quente entre ambas. Com aberturas convenientes no sistema, o ar pode circular no interior da casa, aquecendo-a ou resfriando-a. Como a parede retém o calor por várias horas, o sistema continua a funcionar durante a noite e nos períodos nublados do dia.
Forno solar Um exemplo de aplicação do forno solar está em Odeillo, nos Pirineus franceses, um colossal espelho parabólico (formado por 9.500 espelhos planos individuais), com a altura de um edifício de sete andares, focaliza os raios solares em um forno dentro da torre do coletor, fazendo-o alcançar temperaturas de até 3.800º C, o suficiente para abrir um furo de 30 cm de diâmetro numa chapa de aço de 3/8 de polegada de espessura, em apenas 60 segundos
Células solares fotovoltaicas A energia solar é usada também na geração contínua de eletricidade. Para isso utilizam-se as “células solares”, desenvolvidas nos anos 50 pela companhia norte americana Bell Telephone para emprego em satélites artificiais.
Apresentam uma eficiência de da ordem de 18%, pois a maior parte da energia solar se perde sob a forma de calor. As células solares são semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas (pequenas porcentagens de boro ou arsênio).
Com isso, formam-se no condutor regiões de tipo N e do tipo P, com propriedades diferentes: na região N há excesso de elétrons enquanto na região P apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. Quando atinge o cristal, a luz excita os seus elétrons, que tendem a se deslocar pelo semicondutor, o que resulta numa corrente contínua.
Se a utilidade das células solares é grande nos satélites artificiais, o mesmo não pode ser dito em relação às aplicações terrestres, pois elas não possuem capacidade de armazenamento, os custos de sua fabricação são bastantes elevados e apresentam uma eficiência de conversão muito baixa. Para operar um aquecedor elétrico de 500 W, por exemplo, seriam necessários 2,5 m2 de células, mesmo que sobre elas incidisse a radiação máxima do Sol.
Definição A energia solar é a fonte primordial de energia do planeta, uma vez que todas as formas de energia existentes são originadas da ação de radiação solar sobre a Terra. Esta radiação, que incide sobre a superfície do planeta, é cerca de 10.000 vezes superior à demanda bruta de energia atual da humanidade.
Para o aproveitamento da energia solar, a Petrobras realiza projetos de aplicação térmica para aquecimento de água, e fotovoltaica (processo em que é transformada em energia elétrica através de um módulo fotovoltaico, sem dispositivos mecânicos intermediários), para a geração de energia elétrica em suas unidades operacionais.
Em diversas cidades brasileiras, a energia térmica já é usada para aquecimento de água em residências e instalações comerciais. Esta fonte energética é altamente benéfica para a sociedade, pois permite a substituição do uso de chuveiros elétricos e a redução do consumo de derivados de petróleo. A energia solar fotovoltaica é utilizada em nichos onde seu alto custo é compensado pelos benefícios da redução da logística de suprimento de energia, geralmente em locais remotos.
