Anualmente a Terra recebe 1,5 x 10¹⁸ kWh de energia solar, forte indicativo de que, além de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, o Sol se constitui numa inesgotável fonte energética havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outras formas de energia, como por exemplo, térmica e elétrica.
A geração da energia depende diretamente dos níveis de radiação solar de cada localidade. Sendo assim, um mesmo sistema implantado em uma região com alto índice de radiação solar apresenta um desempenho melhor do que um sistema de capacidade idêntica implantado em outra região onde os níveis de radiação são menores.
A geração da energia elétrica através Sol se dá pelo efeito fotovoltaico, que ocorre pela incidência dos raios solares (luz) em material semicondutor.
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 por Edmond Becquerel que verificou que placas metálicas, de platina ou prata, mergulhadas num eletrólito produziam uma pequena diferença de potencial quando exposta à luz.
Em 1877 foram realizadas experiências com placas de Selênio, com eficiência de conversão de 1% e, em 1953 utilizou-se o silício, cuja eficiência de conversão foram à época surpreendentes 4% e, logo a seguir, utilizando-se novas técnicas, 6%.
Percebendo-se que o custo das células solares era demasiado elevado, sua utilização só podia ser economicamente competitiva em aplicações muito especiais, como, por exemplo, para produzir eletricidade no espaço.
Inicialmente, os satélites usavam pilhas químicas ou baseadas em isótopos radioativos. Sendo as células fotovoltaicas consideradas curiosidade, foi com grande relutância que a NASA aceitou incorporá-las, como back-up de uma pilha convencional, no Vanguard I, lançado em Março de 1958. A pilha química falhou, mas o pequeno painel com cerca de 100 cm2, que produzia quase 0,1 W, manteve o transmissor de 5 mW em funcionamento muito além de todas as expectativas: o Vanguard I manteve-se operacional durante oito anos.
Depois desta demonstração de confiabilidade, durabilidade e baixo peso, o programa espacial norte-americano adotou as células solares como fonte de energia dos seus satélites seguido pelo programa espacial Russo. Hoje todos os veículos espaciais são equipados com células solares.
Em laboratório a eficiência de conversão de células utilizando silício monocristalino chegaram a 24,7%, enquanto que em células de silício policristalino é superior a 20%.
Uma célula fotovoltaica isoladamente tem capacidade reduzida geração de energia elétrica. Por isso, para se atingir determinados níveis de tensão e corrente se faz necessária a associação de várias células, através de ligações série e paralelo formando-se, assim, os módulos fotovoltaicos.
Quanto a eficiência de conversão dos módulos disponíveis no mercado, os de silício monocristalino apresentam uma eficiência de conversão em torno de 15% a 16% enquanto que os de silício policristalino está em torno de 14% a 15%. Por uma questão de custo de produção os policristalinos são os mais utilizados.
Ao agrupamento de vários módulos dá-se o nome de Painel Solar ou Painel Fotovoltaico. Vários painéis associados compõem um arranjo fotovoltaico.
Ao avaliarmos o Território brasileiro percebemos que ele é extremamente promissor para uso da energia solar. Além de possuir, por conta de sua localização geográfica, ótimos níveis de radiação solar, também dispõe da matéria prima essencial para produção do silício utilizado na fabricação das células fotovoltaicas.
Comparativamente a outros Países onde o us
o de energia solar já se faz mais presente e registrando índices de crescimento anualmente, como Alemanha, Espanha, Estados Unidos, Japão, entre outros, os níveis de radiação solar no Brasil são muito melhores.
Esse fato coloca Brasil na vanguarda em termos de possibilidade de geração de energia limpa, altamente renovável, não poluente, isto é, uma fonte energética ecologicamente correta, e que possa atender ao acelerado crescimento da demanda mundial por energias alternativas. Traduz-se, ainda, em excelente oportunidade de negócio!
PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
Módulos fotovoltaicos – Responsáveis pela captação da luz do sol e conversão em energia elétrica. Os módulos produzem energia em corrente contínua – CC. Podem ser instalados em em telhados, lajes, postes, coberturas de estacionamentos ou em áreas específicas. Também podem ser integrados à edificação podendo substituir o acabamento convencional.
Inversores – Transformam a energia produzida – CC em Corrente Alternada, normalmente utilizada nos equipamentos. São o coração dos Sistemas fotovoltaicos e, no caso de sistemas conectados à rede, responsáveis pelo sincronismo e o monitoramento de Frequência, Tensão e Corrente. Quando não há energia sendo fornecida pela Distribuidora desconectam o sistema Fotovoltaico evitando, assim, o ilhamento.
Baterias – São responsáveis pelo armazenamento da energia. Normalmente em sistemas menores são utilizadas baterias estacionárias de chumbo ácido devido ao seu baixo custo; as ideais são as baterias de níquel cádmio, porém, o seu custo é mais elevado.
Controladores de Carga – Tem como função básica facilitar a máxima transferência de energia do arranjo fotovoltaico para a bateria ou banco de baterias e protegê-las contra cargas e descargas excessivas, aumentando, consequentemente, a sua vida útil. Também são denominados “Gerenciador de Carga”, “Regulador de Carga” ou “Regulador de Tensão”
PERFORMANCE DE UM GERADOR FOTOVOLTAICO
A quantidade de energia produzida por um gerador fotovoltaico depende diretamente da radiação sendo 4 os fatores decisivos na determinação da quantidade de energia gerada: o local da instalação, a inclinação do painel, o desvio azimutal e o nível de sombra do local.
Por isso, sistemas de mesma capacidade podem gerar quantidade de energia completamente diferente, dependendo do local onde são instalados.
CONFIGURAÇÕES BÁSICAS
São três os tipos principais de configuração para os sistemas fotovoltaicos: Os sistemas autônomos ou isolados, híbridos e conectados à rede.
Sua escolha dependerá das restrições de cada projeto, da disponibilidade de recursos energéticos ou ambos.
Sistemas autônomos não são conectados à rede elétrica e podem ou não apresentar fontes de energia complementares à geração fotovoltaica. Quando a configuração não se restringe à geração fotovoltaica, temos os sistemas híbridos.
Fonte: Programa Luz para Todos, Eletrobrás.
Se o sistema é puramente fotovoltaico, então ele é chamado de sistema isolado. Normalmente sistemas autônomos, isolados ou híbridos, necessitam de algum tipo de armazenamento que pode ser em baterias, quando se deseja utilizar aparelhos elétricos nos períodos em que não há geração fotovoltaica ou outras formas de energia.
Exemplos: a) Num sistema de bombeamento de água, onde esta é armazenada em tanques elevados, a energia solar estará armazenada em forma de energia potencial
Gravitacional; b) Sistemas de irrigação são um exemplo de sistema autônomo sem armazenamento, pois toda água bombeada é imediatamente usada.
Sistemas conectados à rede são aqueles em que o arranjo fotovoltaico representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual está conectado. São sistemas não utilizam armazenamento de energia.
A energia gerada pelo sistema solar fotovoltaico e não consumida é lançada na rede da Distribuidora; quando não há geração a energia é fornecida pela Distribuidora.
Sistemas conectados à rede tem custo de implantação menor por dispensar o controlador de carga e o banco de baterias o que faz com que também os custos de manutenção sejam mais reduzidos.
VANTAGENS PARA UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR:
- Confiável
- Limpa
- Silenciosa
- Inesgotável
- Fácil instalação
- Permite expansão modular
- Baixa manutenção – não possuem partes móveis.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES:
- Eficiência energética em empresas
- Eletrificação de Residências Rurais
- Iluminação Pública ou residencial
- Sistemas de emergência e Back up
- Sistemas de Telecomunicações em geral
- Eletrificação de Escolas e Postos de Saúde rurais
- Eletrificação de cercas
- Sinalização de Estradas, torres e ferrovias
- Embarcações marítimas
- Bombeamento de água