Energia solar: entenda o que é e seus usos

Energia solar se mostra uma alternativa sustentável na produção de energia

Com o surgimento de energias de fontes renováveis, muitas pessoas se perguntam o que é energia solar e qual é a definição de energia solar. Um sistema de energia solar utiliza a energia eletromagnética cuja fonte é o Sol. O “sistema de luz solar” pode transformar a energia lançada no espaço pelo Sol em energia térmica ou elétrica e aplicá-la a diversos usos. As duas principais formas de aproveitamento desse tipo de energia são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar da água.

Qual é o conceito de energia solar e quem “inventou” a energia solar?

Antes de saber quem “inventou” a energia solar, primeiro, é preciso entender que essa energia existe naturalmente e depende da luz e do calor do Sol. Ela surge da fusão nuclear na estrela (o Sol), quando quatro núcleos de hidrogênio se fundem e formam um núcleo de hélio. Nesse processo, é liberada uma grande quantidade de energia. A seguir, entenda o que é e como funciona a energia solar, quais são as vantagens e desvantagens da energia solar, quais são os três tipos de energia solar e como é a produção de energia solar.

Quem “descobriu” como usar a energia solar?

TTodos os organismos vivos dependem dos raios solares para sobreviver, seja fazendo fotossíntese ou a transformando em nutrientes como a vitamina D, no caso dos seres humanos.

Entretanto, em 1954, o cientista Russell Shoemaker Ohl criou uma nova forma de uso da energia solar. Ele desenvolveu a primeira célula solar capaz de transformar a energia do Sol em eletricidade. Isso deu início ao uso dos painéis solares em 1958.

Qual é a origem da energia solar e quais são os tipos e características da energia solar?

A produção de energia elétrica pode ser feita a partir de dois sistemas. O primeiro, chamado de heliotérmico, converte a radiação solar em energia térmica (calor do Sol) e, posteriormente, em energia elétrica. Já o segundo, que recebe o nome de fotovoltaico, converte a radiação solar diretamente em energia elétrica.

Os proprietários dessa tecnologia têm um método simples para reduzir suas emissões de gases do efeito estufa. A seguir, depois do formulário, confira um resumo sobre as características da energia solar, como ela é gerada e se vale a pena instalá-la em sua casa.

Você também pode usar o simulador solar da Holu para compreender melhor sobre a placa solar, como funciona, o preço da energia solar e, depois, obter um orçamento de energia solar.

Energia heliotérmica ou energia solar concentrada (CSP)

As características da energia solar tornam esse recurso um aliado do Brasil. De acordo com dados do Ministério de Minas e Energia, o país possui cerca de 70% de sua matriz energética baseada em energia hidráulica. No entanto, esses dados também mostram que outras fontes de energia renováveis, como energia eólica, biomassa e solar, vêm recebendo incentivos.

Sob condições hidrológicas desfavoráveis, com períodos de estiagem cada vez mais prolongados, a energia heliotérmica se apresenta como uma alternativa. Ainda mais se considerarmos que os períodos de seca estão associados ao aumento do potencial solar. Isso devido à baixa interferência de nuvens e à radiação solar mais intensa.

Nesse cenário, existem vários tipos de coletores, sendo que a escolha do mais apropriado depende da sua aplicação. Os mais utilizados são o cilindro ou disco parabólico e a torre central.

Os coletores são equipamentos que captam radiação solar e a convertem em calor, transferindo-o para um fluido. Eles possuem superfície refletora, que direciona a radiação para um foco, onde está localizado um receptor. Uma vez tendo absorvido calor, o fluido escoa pelo receptor.

Energia solar fotovoltaica

A energia fotovoltaica é aquela na qual a radiação solar é transformada diretamente em energia elétrica, sem passar pela fase de energia térmica (como seria no sistema heliotérmico).

Sistemas fotovoltaicos

Um sistema fotovoltaico aponta o modelo em que o kit energia solar fotovoltaico deve seguir na sua instalação. Existem dois modelos, que se diferenciam pela conexão com a rede de distribuição de energia elétrica.

Off-grid

O sistema off-grid de energia solar, também chamado de sistema autônomo ou isolado, não é conectado à rede de distribuição de energia elétrica. Ele é usado para propósitos específicos e pequenos, como bombeamento de água e iluminação pública. Dessa maneira, a energia solar off-grid excedente gerada é armazenada em baterias e utilizada em momentos com pouca ou nenhuma incidência de luz solar.

On-grid

O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa estar conectado à rede de distribuição de energia elétrica (geração distribuída), tendo o inversor solar on-grid como principal diferencial. Dessa forma, o kit solar on-grid não dispõe de bateria para o armazenamento de eletricidade e o inversor solar, ou inversor on-grid, tem a função de sincronizar com a rede pública. 

Com essa função, toda energia solar on-grid excedente é mandada para a rede elétrica da distribuidora de energia, sendo convertida em créditos de energia. Assim, esses créditos podem ser utilizados quando a irradiação solar não for suficiente para suprir a demanda. 

Como funciona a energia solar?

A célula fotovoltaica é feita a partir de materiais semicondutores, normalmente silício. Quando a célula é exposta à luz, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons, isto é, partículas de energia presentes na luz solar.

Os elétrons livres são transportados pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico, que é formado na área de junção dos materiais por uma diferença de potencial (DDP). Em seguida, eles são levados para fora das células de energia solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica.

Ao contrário do sistema heliotérmico, o sistema fotovoltaico não requer alta radiação solar para funcionar. Contudo, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens. Um alto número de nuvens pode resultar em uma menor produção de eletricidade em comparação com dias de céu completamente aberto.

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, o governo desenvolve projetos de geração de energia solar fotovoltaica para suprir as demandas energéticas das comunidades rurais e isoladas. Tais projetos focam em áreas como bombeamento de água para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura, iluminação pública, sistemas de uso coletivo (eletrificação de escolas, postos de saúde e centros comunitários) e atendimento domiciliar.

Como os painéis solares funcionam?

Para compreender como funciona a energia solar, é essencial saber como funciona a placa solar e a função do painel solar fotovoltaico, ou módulo fotovoltaico. Formado por um conjunto de células fotovoltaicas, o painel de energia solar possui elétrons. Quando atingidos pela luz solar, eles se agitam, formando uma corrente elétrica. Esse fenômeno é conhecido como efeito fotovoltaico.

Ao serem instalados, os painéis devem estar posicionados de forma a receber a maior quantidade de energia solar possível. Para tanto, são usados os dados de irradiação solar e irradiância solar do local.

Os painéis solares também podem ser fabricados em outros modelos para suprir diferentes necessidades. Por exemplo, na forma de telha solar, ou telha fotovoltaica, na forma de refletor de energia solar e como lâmpada de energia solar. Dessa maneira, o preço da placa solar varia em relação a sua forma e composição.

Tipos de placas fotovoltaicas

A instalação de energia solar se dá por meio de placas, que compõem o bloco gerador. O painel solar monocristalino caracteriza-se por suas células fotovoltaicas de coloração preta com bordas arredondadas. Cada célula é constituída por um cristal inteiro de silício, o que torna essas células mais potentes que as placas solares policristalinas. Para a produção do painel monocristalino, a solidificação do silício deve ser feita cuidadosamente, o que encarece o custo desse painel fotovoltaico.

O painel solar policristalino, no entanto, é uma placa de energia solar com a vida útil de 25 a 35 anos, suas células fotovoltaicas têm a cor azul e bordas retas. Sua resistência ao aumento de temperatura é maior e suas células são feitas de vários cristais de silício fundidos, o que diminui sua eficiência.

Qual a diferença entre placas monocristalinas e policristalinas?

A principal diferença entre as placas monocristalinas e policristalinas está no modo de produção e composição de suas células de silício (Si). Elas também se diferenciam na quantidade de quilowatts-horas produzidos. Enquanto a primeira produz mais eletricidade por metro quadrado, a última produz menos. Isso significa que são necessários mais painéis solares policristalinos para gerar a mesma quantidade de energia elétrica produzida por painéis monocristalinos. Assim, o preço do painel solar pode variar de acordo com a forma de manipulação do silício.

No entanto, isso não significa que o painel solar policristalino é de qualidade inferior ao painel solar monocristalino. Tudo depende da demanda energética, quantidade de espaço disponível, preferência de cor e poder econômico do cliente.

Aproveitamento térmico

Outra forma de aproveitamento da radiação solar é o aquecimento térmico. Ele costuma ser feito por meio de um processo de absorção da luz por coletores solares, que são instalados nos telhados das edificações e residências, atuando como um aquecedor solar.

Como a incidência de radiação solar sobre a superfície terrestre é baixa, é necessário instalar alguns metros quadrados de coletores. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), para atender o suprimento de água aquecida em uma residência de três a quatro moradores, são necessários 4 m2 de coletores.

Apesar da demanda por essa tecnologia ser predominantemente residencial, também existe o interesse de outros setores, como edifícios públicos, hospitais, restaurantes e hotéis.

Se você tem interesse em instalar um sistema de aquecimento solar na sua residência e ser um dos geradores de energia, confira o Guia para a instalação de energia solar em casa.

Vantagens e desvantagens da energia solar

Qual é a importância da energia solar e quais são suas vantagens?

A energia solar apresenta diversas vantagens, principalmente no contexto de mudanças climáticas. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o processo de geração de eletricidade a partir de painéis solares não emite dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e dióxido de carbono. Esses poluentes, com efeitos nocivos à saúde humana, contribuem para o aquecimento global. Por isso, a energia solar pode ser considerada uma fonte de energia renovável.

Além disso, o Brasil recebe grandes quantidades de radiação solar, já que está localizado próximo à linha do Equador. Assim, ele apresenta alto potencial para a geração de eletricidade a partir dessa fonte de energia.

O uso do sistema de energia fotovoltaica resulta em diversas vantagens para o consumidor e o meio ambiente. Os benefícios da energia solar para o consumidor envolvem a valorização do imóvel, independência energética, retorno do investimento e baixo custo de manutenção da usina fotovoltaica. Nessa perspectiva, destacam-se também as vantagens para o meio ambiente devido ao fato de sua fonte ser renovável, inesgotável e limpa. 

Por outro lado, a energia solar possui um alto custo de implantação e baixa eficiência (de 10% a 25%). Da mesma forma, é importante ressaltar os impactos ambientais causados pelos resíduos de silício e sua mineração. A destinação final de painéis usados também é uma problemática, já que não possuem uma reciclagem de painel solar acessível.

Quais são os pontos negativos da energia solar?

Por outro lado, a instalação de painéis solares requer grandes espaços. Dessa maneira, é importante que se faça a análise do local mais apropriado para a implantação da placa solar, uma vez que haverá supressão da vegetação.

Além disso, outro ponto a ser considerado diz respeito ao impacto ambiental causado pela matéria-prima utilizada para compor as células fotovoltaicas: o silício.

A mineração do silício causa diversos impactos ambientais, como poluição do solo e da água. Também é imprescindível que sejam proporcionadas boas condições ocupacionais aos trabalhadores. Isso evita acidentes de trabalho e o desenvolvimento de doenças ocupacionais.

A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) aponta, em relatório, que a sílica cristalina é cancerígena, podendo provocar câncer de pulmão ao ser cronicamente inalada.

O que contém em um kit de energia solar?

As empresas de energia solar geralmente fornecem um kit fotovoltaico com alguns componentes essenciais para a usina solar, separados em três blocos: o bloco gerador, o bloco de condicionamento de potência e o bloco de armazenamento.

Gerador: painel solar, cabos, estrutura de suporte.

Condicionamento de potência: inversor de energia solar, ou microinversor solar, e controladores de carga.

Armazenamento: baterias.

O gerador de energia solar é uma das partes mais importantes do sistema.  

Verdadeiro valor da energia solar

Durante anos, algumas empresas de serviços públicos temeram que os painéis solares aumentassem os custos de eletricidade para pessoas sem painéis. No entanto, uma pesquisa realizada por especialistas da Universidade de Michigan mostrou que os proprietários dessa tecnologia ligada à rede estão, na verdade, subsidiando seus vizinhos.

“Qualquer pessoa que instala um painel solar está sendo um grande cidadão para seus vizinhos e para sua concessionária local”, sugere o líder da pesquisa.

“Os clientes com geração distribuída estão fazendo com que as empresas de serviços públicos não tenham de fazer tantos investimentos em infraestrutura. Ao mesmo tempo, a energia solar reduz as demandas de pico quando a eletricidade é mais cara”.

Além disso, os especialistas descobriram que os proprietários são subcompensados na maior parte dos Estados Unidos. Isso porque o “valor solar” eclipsa a medição líquida e taxas de dois níveis que as concessionárias pagam pela eletricidade solar.

O “valor solar” está se tornando o método preferido para avaliar a economia de sistemas fotovoltaicos vinculados à rede. No entanto, os cálculos são desafiadores e há divergências generalizadas na literatura sobre os métodos e dados necessários para realizá-los.

Para superar essas limitações, os especialistas analisaram estudos anteriores para desenvolver um modelo generalizado. O modelo, por sua vez, é projetado para considerar custos e responsabilidades realistas que as empresas de serviços públicos podem evitar quando pessoas instalam painéis solares ligados à rede.

O que diz a lei 14300/22?

A lei 14300/22 de energia solar foi feita para regular a geração de energia solar no Brasil, instituindo, também, o Marco Legal para a mini e microgeração dessa energia. Ela estabelece diretrizes para instalação, taxação, potência máxima e geração de energia compartilhada para energia solar residencial e fazenda de energia solar.

A lei determina que a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) é responsável por oferecer um formulário-padrão para solicitação de mini e microgeração distribuída e todas as informações necessárias para a elaboração do projeto solar ao consumidor. 

Sancionado em 2022, o Marco Legal da Micro e Minigeração de Energia  passou a taxar os créditos de energia, antes não taxados, para cobrir despesas da distribuidora com infraestrutura e investimentos. Além disso, essa lei criou o Programa de Energia Renovável Social (PERS), que tem como objetivo criar um financiamento de energia solar e de outras fontes renováveis para consumidores de baixa renda.

Para potência máxima, foi estabelecido um limite de até 3 MW para fontes não despacháveis (em que a energia não pode ser armazenada), e até 5 MW para fontes despacháveis (em que a energia pode ser acionada a qualquer momento, por ser armazenada). 

Programas ambientais voluntários

Os Programas Ambientais Voluntários (PAVs), consistem em um conjunto de iniciativas de melhorias ambientais adotadas em uma região ou um setor produtivo. Esses programas, que são ações voluntárias, estimulam o governo local a adotar medidas sustentáveis, através da definição de metas e objetivos.

Os resultados desses programas são pouco avaliados, devido algumas dificuldades, como a coleta de dados necessários. Entretanto, uma pesquisa demonstrou que os programas ambientais voluntários são eficazes no incentivo de sistemas de energia verde, como painéis de energia solar.

Eles proporcionam assistência aos governos para a adoção de medidas de implementação dos sistemas na região. Além disso, oferecem um reconhecimento nacional de sustentabilidade, favorável para a imagem do governo.

Perguntas frequentes

Qual é a vantagem de utilizar a energia solar?

A maior vantagem de utilizar a energia solar é que o processo de geração desse tipo de eletricidade não emite gases-estufa e poluentes nocivos à saúde. Além disso, quem possui este tipo de energia adquire certa independência do sistema de energia convencional.

É normal o inversor desligar durante à noite?

É normal o inversor desligar durante à noite. Isso acontece porque ele é automático, variando o funcionamento conforme a disponibilidade de luz solar.

Quais são os impactos ambientais da energia solar?

A construção de grandes usinas solares pode prejudicar ecossistemas por causa do sombreamento dos módulos no solo. Além disso, existem os impactos gerados pela extração do material das placas.

Como funciona a energia solar em dias de chuva?

Nos dias chuvosos, a produção de energia solar é reduzida em decorrência da diminuição da incidência solar direta.

Qual é a vida útil de uma placa solar?

Em termos gerais, a vida útil de uma placa solar é de 25 a 30 anos. Entretanto, em alguns casos, um painel solar pode durar mais de 40 anos.

Qual é o custo para colocar energia solar em uma residência?

O custo de colocar energia solar em uma residência é calculado com base no número de placas solares necessárias, no uso de outros componentes do sistema e nos valores dos serviços de instalação. Você pode aprender a fazer um cálculo estimado na matéria: “Orçamento para energia solar: como solicitar?”. Entretanto, é muito mais fácil fazer um orçamento sem compromisso preenchendo o formulário localizado nesta matéria.

Qual é o maior problema da energia solar?

O maior problema da energia solar é que, em dias nublados e chuvosos, a eficiência do sistema diminui. Entretanto, o sistema grid zero é capaz de armazenar a energia e melhorar a eficiência deste tipo de fonte energética.

Isso porque os painéis solares dependem da luz solar para gerar energia. Portanto, alguns dias nublados e chuvosos podem ter um efeito perceptível na geração de energia.

Por que a energia solar é tão cara?

Na verdade, a energia solar não é cara. Essa percepção existe porque é alto o seu custo de instalação. Entretanto, em longo prazo, a energia solar é mais barata.

Qual é a diferença entre um painel solar e uma placa solar

Existem meios distintos de se obter eletricidade a partir da luz do Sol. Nesse sentido, as placas solares convertem a radiação solar em energia térmica, que será usada para gerar eletricidade. Por sua vez, os painéis fotovoltaicos transformam a energia do Sol diretamente em energia elétrica. 

Onde usamos a energia solar?

A energia solar pode ser utilizada para demandas elétricas de residências indústrias e para o aquecimento da água.

Como funciona o sistema de energia solar durante à noite?

Durante à noite, o sistema fotovoltaico não produz eletricidade. Entretanto, se você instalar baterias, é possível armazenar a energia produzida durante o dia para ser utilizada durante à noite.