Vivemos todos os dias em contato com a energia mais expressiva do planeta, a do sol. E o Brasil tem fortes motivos para utilizar essa energia gerada em abundância, já que é um dos países mais ricos no mundo em incidência de raios solares, principalmente nas regiões Norte e Nordeste. Apesar disso, a geração de energia solar é ainda pequena e um dos principais motivos é a falta de investimentos em pesquisas para desenvolver sistemas mais eficientes, que poderiam assegurar o uso eficiente da energia solar.
“A pesquisa em energia solar está restrita a alguns centros de pesquisa, com recursos modestos. No momento, começam a surgir fontes de financiamento mais significativas e esperamos colher os frutos de tais investimentos nos próximos anos”, diz a pesquisadora Elizabeth Marques Duarte Pereira, hoje coordenadora do Green Solar, grupo que é referência em estudos sobre energia solar, da PUC-MG.
Ao longo dos anos o maior desafio para a ciência nessa área, foi, e ainda é, desenvolver equipamentos que convertam, com eficiência e baixo custo, a radiação solar em eletricidade. Talvez esteja aí a razão da tímida geração de eletricidade a partir da energia solar que o país possui.
Transformar energia solar em elétrica depende fundamentalmente de uma unidade chamada de célula fotovoltaica, que converte diretamente a radiação solar em eletricidade. Os primeiros estudos sobre esses componentes foram realizados em 1839.
As células fotovoltaicas são constituídas basicamente de materiais semicondutores. O silício é o material mais empregado e está entre os oito elementos químicos mais abundantes do planeta ao lado do ferro, do oxigênio, magnésio, níquel, enxofre, cálcio e alumínio e têm sido explorado para diversas utilizações. Em busca de uma maior equilíbrio ambiental, a ciência vem buscando materiais alternativos e com maior eficiência energética.
A eficiência do atual sistema de energia solar ainda é baixa se comparada a de outras fontes de geração de eletricidade. Existe apenas um fabricante no Brasil de tecnologia fotovoltaica, mas sua capacidade é ociosa por falta de mercado. Se houvesse um aumento da demanda, preços seriam mais baixos, pois o custo de produção do equipamento seria mais baixo.
Tudo isso exige uma série de ações como investimentos pesados nas indústrias para nacionalização dos equipamentos e também em centros de pesquisas de energias renováveis, e ainda abertura de linhas de crédito para facilitar a aquisição dos equipamentos. Esses são os desafios, a curto e longo prazo, para ampliar o sistema de geração de energia renovável dentro do modelo energético brasileiro.
Projetos pilotos que utilizam os sistemas fotovoltaicos estão conectados à rede elétrica do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da USP e no sistema do Cepel (Centro de Pesquisas em Energia Elétrica), da Eletrobrás, no Rio de Janeiro. A instalação faz parte de uma pesquisa que estuda a viabilidade econômica do sistema. “No caso dessa tecnologia acho que o desafio maior, a curto prazo, é político, depois vem a questão econômica e, por fim, o desenvolvimento técnico, diz a professora Eliane Fadigas, do Departamento de Engenharia e Automação Elétrica, da Escola Politécnica da USP.
Hoje, no Brasil, a aplicação em maior escala da energia que vem do sol está no uso de aquecedor solar para substituir o chuveiro elétrico. Mesmo assim a utilização ainda é pequena perto do potencial oferecido, pois o custo do aquecedor é elevado comparado com o preço do chuveiro elétrico.
Mesmo o chuveiro tendo potência elétrica alta e crescente, o que representa maior consumo de energia elétrica, a diferença de preço é significativa. O valor de um chuveiro chega a ser 15 vezes menor que o de um aquecedor. Uma aparelhagem instalada em uma residência de médio porte tem um custo final de R$ 300,00 por metro quadrado, enquanto um chuveiro elétrico é vendido no mercado por R$ 20,00 em média.
No Brasil, existem cerca de 30 fabricantes de aquecedor solar. Os aparelhos oferecidos são desenvolvidos com tecnologia nacional, mas ainda depende de material importado.
Nos últimos dois anos, 600 mil metros quadrados de coletores foram instalados no país. Só em Belo Horizonte 860 prédios funcionam com aquecimento solar. São 250 sistemas coletivos de médio e grande portes, capazes de aquecer acima de 2 mil litros de água por dia, em residências, hospitais e hotéis.
O modelo exige altos investimentos para o aproveitamento ideal, em contrapartida, apresenta muitas vantagens: contribui diretamente na redução de demanda de eletricidade no horário de pico, minimiza o impacto ambiental e mantém o abastecimento contínuo de água quente, pelo fato da energia solar não precisar ser transportada. Essa fonte renovável de energia oferece, ainda, entre outros benefícios, economia nos investimentos governamentais.
Uma das principais políticas de incentivo ao desenvolvimento de fontes alternativas, começou mais efetivamente em 94, com o Prodeem (Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios). O programa do governo federal, coordenado pelo Ministério de Minas e Energia, foi criado para atender localidades isoladas da rede elétrica convencional.
A iniciativa garantiu a instalação de 8 mil equipamentos, a maioria alimentado por energia solar. Os dispositivos foram instalados em prédios públicos, centros comunitários, escolas e postos de saúde. Mas a falta de manutenção deixou boa parte dos equipamentos sem funcionar. O Ministério de Minas e Energia recomendou, depois de uma auditoria, a reformulação do programa.
A nova fase prevê que as concessionárias de energia elétrica fiquem responsáveis por ensinar a comunidade a lidar com os sistemas de geradores de energia alternativa. Com a revitalização do Prodeem, cerca de 600 cidades do Nordeste serão beneficiadas. A ação do Programa é direcionada às populações mais pobres, um benefício que gera também saúde e melhor qualidade de vida garantindo o desenvolvimento das comunidades com as instalações de casas de farinha e hortas comunitárias, e fixando o homem em sua região, reduzindo a migração para as áreas urbanas.
Outras iniciativas de estatais e concessionárias de energia elétrica promovem o desenvolvimento de tecnologias de energia solar no Brasil, como os estudos desenvolvidos nos principais centros de pesquisas e universidades públicas do país.
O Laboratório de Energia Solar (LES), da Universidade Federal da Paraíba, é uma das entidades pioneiras no estudo do aproveitamento da energia solar no Brasil. Com trabalhos publicados desde 1973 participou do desenvolvimento nacional de aquecedores solares.
O equipamento, desenvolvido ao longo dos anos por vários centros de pesquisa do país, ganha formas e tecnologias diversificadas. O Centro Incubador de Empresas Tecnológicos (Cietec), da Universidade de São Paulo, em parceria com o Instituto de Pesquisas Energéticas Nucleares (Ipen) e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), desenvolveu o Aquecedor Solar de Baixo Custo para substituir o chuveiro elétrico em comunidades pobres.
Outra tecnologia desenvolvida com canos de plásticos (PVC), oferece temperatura de até 75ºC para um banho. O sistema “faça você mesmo” foi desenvolvido pelo engenheiro eletrônico Augustin Woelz, fundador da ONG Sociedade do Sol. Woelz, coloca o projeto à disposição de qualquer pessoa ou entidade pela internet, pelo site. O sistema pode ser montado a um custo médio de R$ 100,00.
A Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) desenvolveu um sistema de refrigeração solar. O projeto, criado em 1999, atende os pequenos produtores de leite que não têm acesso à energia elétrica e precisam conservar o leite produzido para a comercialização. A pesquisa desenvolvida pela equipe do Departamento de Engenharia Mecânica da UFPE recebeu consultoria do introdutor do sistema no Brasil, Rogério Kluppel. O departamento recebeu também novos recursos do Banco do Nordeste, e desde 2001 está aperfeiçoando o projeto de refrigeração para leite em temperatura mais adequada. “O refrigerador consegue chegar a uma temperatura de 7ºC, mas a intenção é conseguir 5ºC, temperatura ideal para conservar o leite”, explica a coordenadora do projeto, Ana Rosa Mendes Primo.
Na Unicamp, o Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem desenvolve um projeto com células fotoeletroquímicas de plástico para conversão de energia solar em elétrica. Os dispositivos são promissores substitutos das células fotovoltaicas de silício. A pesquisa é um avanço fundamental na busca de materiais alternativos e mais eficientes para o processo de conversão da radiação solar em eletricidade.
O Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais trabalha no projeto de construção e operação de um secador solar para produtos agrícolas. A secagem artificial não é economicamente viável para os pequenos produtores, por causa os altos custos de aquisição e operação do aparelho. Já o secador solar com métodos de secagem eficientes e com baixos custos, vem sendo testado nas últimas décadas. Foram desenvolvidos secadores com princípios de funcionamento diversos. O protótipo da UFMG utiliza uma chaminé solar como secador.
Foram feitos ensaios com produtos agrícolas mostrando que a chaminé solar reduz consideravelmente o tempo de secagem e promove escoamento de ar quente sem a necessidade de meios adicionais ou externos. O que não acontece com a maioria dos modelos desenvolvidos, que trabalham através de bombeamento, forçando a saída do ar.
O novo modelo ainda está em estudo. “Nossa experiência com o protótipo mostrou a necessidade de investigações mais detalhadas e adequação geométrica ao material a ser secado. Mas os primeiros resultados já são positivos”, diz o coordenador do projeto, Márcio Fonte Boa Cortez.
O Grupo de Estudos em Energia da PUC- MG, conhecido como Green Solar, trabalha com pesquisa, ensino e extensão em energia Solar. O grupo desenvolve, em parceria com a prefeitura de Belo Horizonte e a Eletrobras, projetos sociais com uso de aquecedores solares.
Atualmente o Green desenvolve um projeto para fornecer banho quente a mais de 5 mil garis. Para isso serão instalados em onze regionais da capital mineira, aquecedores solares de água, diminuindo assim o consumo de energia elétrica.
Além desse, outros projetos sociais deram credibilidade ao departamento coordenado pela professora Elizabeth Pereira. Este ano, o Green ganhou o primeiro simulador solar da América Latina, um aparelho que vai ajudar ainda mais nas pesquisas sobre energia solar.
O equipamento é composto por oito lâmpadas de 5.000W, o que equivale a 50 lâmpadas comuns. O aparelho possui abrangência semelhante à da radiação solar, criando as mesmas condições climáticas dos raios solares, só que controlada. “A independência que teremos das condições climáticas, que limitam muitas vezes a continuidade dos trabalhos experimentais e ensaios, irá agilizar e potencializar os resultados já obtidos”, conta Pereira.
O simulador solar foi doado ao Green pela Eletrobras que, através do Banco Mundial, trouxe o aparelho do Instituto Fraufoner, na Alemanha, considerado o mais avançado em estudos sobre energia solar. “Parcerias estão sendo estabelecidas com centros de pesquisa internacionais, criando-se condições adequadas à realização de novos projetos”, destaca a professora.
Fonte: www.comciencia.br
É a energia produzida e emitida pelo Sol devida à reações atômicas que ocorrem em seu interior. São reações onde a radiação consegue transformar átomos de hidrogênio em átomos de hélio.
Ela ocorre da seguinte maneira: em cada segundo, o Sol transforma aproximadamente 596 milhões de toneladas de hidrogênio em aproximadamente 592 milhões de toneladas de hélio, e o a matéria que resta, 4 milhões de toneladas, é transformada em energia e emitida para o espaço na forma de fótons (partículas de luz).** Com isso, o Sol produz continuamente 390 sextilhões (390x1021) de quilowatts de potência. Para compararmos, imaginem o mesmo volume de água que as cataratas do Niágara (19 bilhões de litros por hora) em gasolina, durante um período de 200 milhões de anos. Essa energia é produzida pelo sol em uma hora.
Mesmo com essa imensa quantidade de energia produzida pelo Sol, a Terra recebe apenas 2x10-9 , mas ainda assim, isso corresponde a 1500 quatrilhões de quilowatts-hora (o equivalente a 10 bilhões de Itaipus).
Como já foi visto, é apenas uma pequena quantidade de energia que a Terra recebe em comparação com o total de energia produzido por essa estrela, e ainda assim há perda de energia dentro da atmosfera terrestre: 34% da energia é difundidos no espaço pelos gases e poeiras da atmosfera ou refletidos pelas nuvens e volta para o espaço; 19% são absorvidos pelas diferentes camadas da atmosfera e os outros 47% chegam a Terra e são absorvidos na forma de calor. A energia que atinge a superfície terrestre, a partir daí, vão para inúmeras atividades do homem.
Vivemos rotineiramente em contato com a fonte mais expressiva de energia de nosso planeta e quase nunca consideramos sua importância como solução para nossos problemas de suprimentos energéticos, sem poluir nem ameaçar nosso meio sócio-ambiental.
Atualmente uma das mais utilizadas e viáveis formas de aproveitamento da energia solar é o aquecimento de água em residências,piscinas,hotéis, indústrias, edifícios, propriedades rurais ou qualquer outra aplicação que necessite de água quente. E quando se pensa em água quente com economia, a energia solar reforça ainda mais essa visão.
É muito fácil. O coletor solar é instalado normalmente sobre o telhado. O reservatório térmico e a caixa d'água fria, sempre que possível, ficam abaixo do mesmo.Para passar a água quente é preciso colocar uma tubulação própria, de cobre ou termoplástica. Assim, onde tiver água quente, como nos chuveiros, ficam duas tubulações, a de água fria e a de água quente.
Numa visão geral e ampla, a energia solar é a fonte absoluta de vida do nosso planeta, mas, avaliando seu aproveitamento no armazenamento cotidiano para o uso doméstico / comercial / industrial, ela pode chegar a substituir qualquer outro sistema de energia convencional, com a diferença de não agredir o meio ambiente por ser totalmente natural.
Com sistemas fototérmicos, o uso desta alternativa energética se estende a residências, piscinas, hotéis, indústrias, propriedades rurais, grandes obras em geral ou onde houver a necessidade de aquecimento de água.
Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar é composto de placas coletoras solares e reservatório térmico (Boiler).
As placas coletoras são responsáveis pela absorção
da radiação solar.
O calor das placas é transmitido para a água que circula no
interior de suas tubulações de cobre.
O reservatório térmico é um recipiente para armazenamento
da água aquecida. São cilindros de cobre ou inox, isolados termicamente
com poliuretano expandido sem CFC. Desta forma, a água permanece aquecida
e pronta para o uso a qualquer hora do dia.
Em sistemas mais simples, a água circula entre os coletores e o reservatório através de um mecanismo natural chamado termosifão. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria “empurra” a água quente gerando a circulação.
Esses sistemas são chamados da circulação natural ou termosifão. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas, sendo então chamada de circulação forçada ou bombeada, que é normalmente mais utilizada em piscinas e sistemas de grandes volumes.
PRÓ: útil como fonte complementar em residências e áreas rurais distantes da rede elétrica central. Índice zero de poluição.
CONTRA: A tecnologia deixa desejar e o custo de instalação é alto, com preço proibitivo para produção em média e larga escalas. Só funciona bem em áreas muito ensolaradas.
A fabricação das células fotovoltaicas (nome dado para os transdutores por causa do efeito que ocorre neles - o efeito fotovoltaico) é parecida com a produção de chips de computadores, baseada em materiais semicondutores. A matéria-prima básica para a fabricação das células é o silício. Ele é purificado (extração de impurezas inerentes ao silício) e fundido com cristal cilíndrico.
Depois, esse cilindro é cortado por uma serra de dentes de diamante em fatias muito finas. Essas lâminas passam por etapas de limpeza e recozimento em fornos de alta temperatura, quando se difunde fósforo sobre elas.
A reunião de uma camada contaminada com fósforo ao silício constitui a junção semicondutora responsável pelo funcionamento da célula fotovoltaica, que é constituída por dois semicondutores: um do tipo N (possui excesso de elétrons livres) e uma do tipo P (possui falta de elétrons, chamadas lacunas). A constituição dessa junção faz com que impeça que os elétrons livres e lacunas se recombinem, estabelecendo, assim, uma ddp entre os terminais da célula.
Depois de tudo isso há uma impressão das pistas metálicas captadoras da energia elétrica liberada; a célula está pronta para ser montada em painéis. O painel fotovoltaico é constituído de aproximadamente trinta e seis células solares.
Depois de fabricado, o painel, exposto à fonte de luz, os fótons liberados pela fonte excitam os elétrons do semicondutor e esses elétrons se deslocam, gerando corrente elétrica.
A corrente elétrica produzida ao ligarmos uma carga (uma lâmpada, por exemplo) entre os terminais dos painéis não depende do calor (pelo contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua temperatura aumenta) e sim da quantidade de luz incidente e da área da célula. As células solares continuam a operar mesmo sob céu nublado.
Não podemos considerar a energia que o Sol fornece ao homem apenas a energia física, mas também a energia psicológica (como fonte de inspiração para criações sobretudo religiosas) que este astro fornece, e esta forma o homem já usava, principalmente, na antigüidade. Na China antiga, os imperadores eram considerados "filhos do Sol", no Egito faraônico, baseado neste astro, foi criado um calendário solar e apareceram dois deuses: Re (ou Ra) representava o astro solar enquanto Aton representava o disco solar, na Grécia antiga, se atribui a Aristarco a criação do primeiro relógio de sol. A criação gerada em torno do Sol também chega a épocas mais recentes, em filmes ou livros de ficção, como Aventuras extraordinárias de um cientista russo, de Henri de Graffigny.
Durante muitos anos (desde a pré-história até a segunda metade do século XX) o homem usou indiretamente essa energia: apenas com os 19% da energia absorvida pela atmosfera (que é responsável pela mudança de tempo e, consequentemente, mudança na distribuição de chuvas) e com a energia utilizada pelos vegetais na fotossíntese, produzindo combustíveis para o corpo humano, adquirido pela digestão.
O aproveitamento direto da energia solar começou a acontecer nos EUA
em 1959, como forma de geração de energia elétrica para
os satélites. Hoje, a energia solar pode participar de relógios
e calculadoras até aquecimento da água doméstica, aquecimento
e a climatização de locais, nos fornos solares, ser transformada
em energia mecânica (no bombeamento de água) ou ser transformada
em energia elétrica diretamente, graças às células
fotovoltaicas.
A energia solar tornou-se como uma forma atrativa, pois foi a forma buscada
para lugares isolados, distantes das redes elétricas, na alimentação
de equipamentos importantes de telemedições e telecomunicações
para o abastecimento de energia elétrica sem grandes custos, como a
combustão do diesel (vejamos como a alta do petróleo afeta o
uso da energia solar).
Partindo do princípio da equivalência entre massa e energia, expressado pela conhecida fórmula E=mc2 , onde c é a velocidade da luz e m a massa. Como a luz (o que aparece geralmente com todas as radiações magnéticas) transporta uma energia igual ao produto da constante de Planck por sua freqüência, podemos considerá-la como sendo formada por corpúsculos sem massa (os fótons), mas dotados de energia que se movimentam à velocidade da luz (cerca de 300000 km/s).
Quando os fótons colidem com a superfície da vela, entra em ação um princípio denominado conservação da quantidade de movimento, segundo o qual o produto da massa multiplicada pela velocidade do sistema formado pelos dois corpos permanece constante antes e depois do choque. Em outras palavras, esse princípio diz que se a vela for iluminada pela luz solar como se estivesse sendo bombardeada por uma infinidade de fótons, estes, ao colidirem com a superfície são desviados (refletidos ou absorvidos), gerando assim uma pressão e dando origem a um empuxo.
A intensidade e a orientação do empuxo dependem do inverso do quadrado da distância Sol-vela. Ao aumentar a distância do Sol, a força, como acontece com a diminuição aparente da superfície da vela, diminui quadraticamente porque os fótons emitidos pelo Sol vão se dispersando. A intensidade e orientação também dependem da superfície da vela, do ângulo de incidência radiação-vela e das características de refleção-absorção do material do qual ela é feita. Se a vela é perfeitamente refletora, a força é duas vezes maior do que no caso de ser perfeitamente absorvente.
Para ter uma idéia das pequeninas forças em jogo, devemos pensar que a 150 milhões de km, a Terra ao Sol, a força exercida pela pressão da luz que incide perpendicularmente a uma vela perfeitamente refletora a 10.000 m2 (1 hectare, igual a área de um quadrado de 100 m de lado) é de aproximadamente 0,09 newton (cerca de 9 gramas na Terra). A pergunta que nos ocorre imediatamente é: com uma força tão pequena, como se conseguiria chegar, por exemplo, a Marte? E como será possível fazê-lo a curto prazo?
A resposta é muito simples. No espaço não existe atrito e por isso basta uma pequena força de aceleração para obter contínuos aumentos de velocidade (que chegará a ser bastante alta). Além disso, em sua hipotética viagem a Marte, a nave não partirá de uma situação de repouso, pois no momento do lançamento ela estará movimentando-se em torno do Sol com a mesma velocidade da Terra (30 km/s, igual a 180.000 km/h)
PRÓ: útil como fonte complementar em residências e áreas rurais distantes da rede elétrica central. Índice zero de poluição.
CONTRA: A tecnologia deixa desejar e o custo de instalação é alto, com preço proibitivo para produção em média e larga escalas. Só funciona bem em áreas muito ensolaradas.
Fonte: www.soaresoliveira.br
