Foto de Federico Beccari na Unsplash
Não há uma definição exata para energia, mas na física trata-se de um conceito extremamente importante e que representa a capacidade de realizar trabalho ou de desempenhar uma ação. A palavra também é utilizada em outras áreas científicas, como a biologia e a química.
Ela desempenha um papel essencial em todos os setores da vida, sendo a grandeza mais importante da física. Os seres vivos dependem da energia para sobreviver e a obtém através da alimentação, em forma de energia química. Além disso, os organismos também a recebem através do Sol.
A energia é uma grandeza única, mas, dependendo de como se manifesta, recebe diferentes denominações. Em resumo, as fontes de energia podem ser classificadas em renováveis e não renováveis, de acordo com a capacidade natural de reposição de recursos. Saiba mais sobre os principais tipos e fontes de energia na física:
A cinética está relacionada com o estado de movimento de um corpo. Esse tipo de energia depende da massa e do módulo da velocidade do mesmo. Quanto maior o módulo da velocidade do corpo, maior é a quantidade de energia cinética. Quando o corpo está em repouso, ou seja, o módulo da velocidade é nulo, a energia cinética é nula.
A potencial está associada à posição que um corpo ocupa ou à deformação de um sistema elástico. No primeiro caso, ela recebe o nome de potencial gravitacional, enquanto no segundo de potencial elástica.
A energia potencial gravitacional depende da massa, da gravidade e da altura do ponto em que o corpo está sendo analisado. Já a energia potencial elástica deriva da constante elástica e da deformação da mola em questão.
Energia mecânica é aquela que pode ser transferida por meio de força. Basicamente, ela pode ser entendida como a soma da energia cinética e potencial de um corpo.
A energia mecânica permanece constante na ausência de forças dissipativas, apenas ocorre a conversão entre suas formas cinética e potencial.
A térmica ou energia interna é definida como a soma da cinética e potencial associada aos elementos microscópicos que constituem a matéria. Os átomos e moléculas que formam os corpos apresentam movimentos aleatórios de translação, rotação e vibração. Esse movimento é chamado de agitação térmica. A variação de energia térmica de um sistema ocorre através de trabalho ou de calor.
Teoricamente, a térmica está ligada com o grau de movimentação de partículas subatômicas. Quanto maior for a temperatura de um corpo maior é a sua energia interna. Quando um corpo com maior temperatura entra em contato com outro corpo com menor temperatura, ocorre transferência de calor.
A elétrica é a energia produzida a partir das cargas elétricas das partículas subatômicas. As cargas, ao se deslocarem, geram corrente elétrica, criando o que chamamos de eletricidade.
A energia sonora é transmitida através do ar, por um movimento molecular entre dois ou mais objetos, provocando uma onda sonora. A onda sonora consiste em regiões de compressão das moléculas (moléculas próximas, pressão maior) e regiões de rarefação das moléculas (moléculas afastadas, pressão menor). O som pode ser produzido quando dois objetos estão em direções opostas ou, se estiverem na mesma direção, possuem velocidades diferentes.
As ondas da fala e outros sons comuns são ondas complexas, produzidas em muitas frequências de vibração diferentes. Ao chegar no ouvido, a energia sonora transforma-se em sinais elétricos, que seguem por nervos até o cérebro e assim percebemos o som.
A energia nuclear é a energia produzida nas usinas termonucleares. O princípio de funcionamento de uma usina termonuclear é a utilização do calor para gerar eletricidade. O calor é proveniente da divisão do núcleo dos átomos de urânio em duas partes, processo chamado de fissão nuclear.
A radiação é bastante usada na medicina, raios-X, radioterapia, mas também se associa a efeitos negativos como bombas atômicas e lixo nuclear.
Combustíveis fósseis é a denominação dada a um grande grupo de combustíveis não renováveis e que foram formados há milhares de anos. Tal formação se deu a partir de restos de animais e vegetais. Esses recursos têm um papel importante na sociedade.
Isso porque representam mais de 75% da demanda energética mundial, sendo utilizados em veículos, indústrias e residências. Estão incluídos nessas fontes o carvão mineral, gás natural, petróleo e seus derivados, como óleo diesel e gasolina.
A energia solar é formada por uma gama de ondas que podem ser captadas pelos olhos. Além disso, é percebida pelas plantas, que a utilizam no processo de fotossíntese. Os raios de luz, que são uma forma de radiação eletromagnética, chegam até os nossos olhos, atingem a retina e geram um sinal elétrico que segue pelos nervos até o cérebro.
Além disso, ela pode ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. Por isso, é necessário compreender como a energia solar funciona e seus conceitos.
Este tipo refere-se à conversão de radiação solar em eletricidade ou calor, tendo o Sol como fonte. Assim, ela pode ser dividida em três tipos: energia fotovoltaica, heliotérmica e fototérmica.
A energia solar fotovoltaica trata-se da conversão de radiação solar diretamente em eletricidade. Esse processo se dá pelo uso de uma célula fotovoltaica, feita de silício. O conjunto dessas células, associadas em série ou paralelo, forma um painel de energia solar, principal componente do sistema fotovoltaico. Da mesma forma, o conjunto de painéis solares forma um gerador fotovoltaico.
Por outro lado, a energia heliotérmica é caracterizada pelo uso de coletores, que captam a radiação solar e a convertem em calor. Esse calor é usado para aquecer um fluido e, a partir da movimentação de turbinas pelo seu vapor, a eletricidade é gerada.
Já a energia fototérmica refere-se à captação de luz solar para aquecer a água de residências e prédios por meio de placas e um aquecedor solar.
Um kit fotovoltaico geralmente contém alguns componentes essenciais para a usina de energia solar. Eles são 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.
Um sistema fotovoltaico aponta o modelo em que o kit de energia solar fotovoltaico deve seguir na sua instalação. Existem dois modelos, que se diferenciam pela conexão com a rede de distribuição de eletricidade.
O sistema off-grid de energia solar, também chamado de sistema autônomo ou isolado, não é conectado à rede de distribuição de eletricidade. 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.
O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa estar conectado à rede de distribuição de eletricidade (geração distribuída). O inversor solar on-grid, por sua vez, é o seu componente 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.
Formado por um conjunto de células fotovoltaicas, o painel possui elétrons que, ao serem atingidos pela luz solar, agitam-se, formando uma corrente elétrica. Dessa maneira, a eletricidade é gerada por meio do efeito fotovoltaico.
Ao serem instalados, os painéis devem estar posicionados de forma a receber a maior quantidade de energia solar possível. Ela é calculada a partir dos dados de irradiação solar e irradiância solar do local.
Os painéis solares também podem ser fabricados em outros modelos para suprir diferentes necessidades. Alguns exemplos são como 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.
A instalação de energia solar se dá por meio de placas, que compõem o bloco gerador. A placa solar monocristalina 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 solar 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, Consequentemente, isso diminui a eficiência do painel solar.
A principal diferença entre as placas monocristalinas e policristalinas está no modo de produção e composição de suas células de silício (Si). Isso faz com que a quantidade de quilowatts-hora produzidos oscilem de acordo com cada material. Enquanto a primeira produz mais eletricidade por metro quadrado, a última produz menos.
Assim, são necessários mais painéis solares policristalinos para gerar a mesma quantidade de energia elétrica produzida por painéis monocristalinos. O preço do painel solar, por sua vez, pode variar de acordo com a forma de manipulação do silício.
O uso do sistema fotovoltaico resulta em diversas vantagens para o consumidor e o meio ambiente. Os benefícios para o consumidor envolvem a valorização do imóvel, independência energética, retorno do investimento e baixo custo de manutenção. 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. Além disso, destaca-se a destinação final de painéis usados, que não possuem uma reciclagem de painel solar acessível.
Apesar de seu alto custo de instalação, empresas de energia solar são as mais promissoras para o futuro e as que recebem mais investimentos. Além disso, este tipo de energia é um dos mais fáceis de ser implantado nos próprios estabelecimentos que querem reduzir suas emissões de CO2.
A lei 14300/22 foi feita para regular a geração de energia solar no Brasil. Ela institui o Marco Legal para a mini e microgeração de energia. Da mesma forma, a lei estabelece diretrizes para instalação, taxação, potência máxima e geração compartilhada para energia solar residencial e fazenda de energia solar.
Na física, o termo conservação se refere a algo que não muda. Isso significa que a variável de uma equação que representa uma grandeza conservativa é constante ao longo do tempo. Além disso, esse sistema diz que a energia não se perde, não se forma e nem pode ser destruída: ela apenas se transforma.
A unidade de energia definida pelo Sistema Internacional de Unidades é o joule (J). Ele se define como o trabalho realizado por uma força de um Newton em um deslocamento de 1 metro. No entanto, ela também pode ser descrita em outras unidades:
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