Quando na escola aprendemos que, assim como a água, precisávamos que o sol brilhasse na Mãe Terra para ajudar a sustentar a vida em todos os seus diferentes tipos e formas. Isso incluiu a vida animal e vegetal que a habita, bem como para cultivar nossas colheitas para alimentação. Mas também podemos usar a energia luminosa radiante do sol para produzir calor, luz e energia na forma de eletricidade usando a vasta energia solar do sol.
Os raios eletromagnéticos, na forma de energia radiante, estão sendo constantemente emitidos para o espaço pela ação ardente do sol. Esses raios viajam pelo espaço em todas as direções, enquanto alguns atingem a superfície da Terra. A energia radiante emitida pelo sol chega à Terra dentro de um período muito curto de tempo.
De fato, a quantidade de energia solar que atinge a superfície da Terra a cada hora do dia é maior do que nossa demanda total por energia em um ano inteiro. Como o sol queima intensamente no sistema solar 24 horas por dia, 365 dias por ano, a energia solar na forma de "Energia Solar" é classificada como um recurso de energia renovável e, para todos os fins práticos, podemos considerarEnergia Solarcomo o poder do sol.
A Terra recebe a energia radiante do sol na forma de ondas eletromagnéticas. A quantidade de radiação solar que realmente cai na superfície da Terra em qualquer local e hora depende de muitos fatores, como a hora do dia (manhã, tarde ou noite), a época do ano (estações) e a latitude geográfica na superfície da Terra, para citar alguns.
A quantidade de energia radiante que está disponível para uso em um sistema de energia solar é apenas uma quantidade muito pequena da radiação solar total recebida pela Terra acima de sua atmosfera. Isso ocorre principalmente porque as nuvens, a própria atmosfera e as condições do solo que podem absorver ou refletir a maior parte dessa energia solar de volta ao céu e ao espaço.
A Terra é essencialmente um enorme coletor de energia solar que recebe grandes quantidades de energia do sol. Esta energia solar pode ser usada diretamente como energia solar usando um painel solar fotovoltaico, e indiretamente como energia eólica, de maré ou das ondas. A energia solar é um recurso de energia renovável que é inesgotável e está disponível localmente em todos os lugares da Terra. Mas, a fim de coletar energia solar de forma mais eficaz, os receptores de energia solar exigem luz solar direta e não luz solar refletida, tornando-os ineficazes em condições nubladas.
A energia bruta do nosso sol que atinge a atmosfera externa da Terra é de cerca de 1373 Watts por metro quadrado (1,37 kW / m2) acima da camada de nuvens. Essa quantidade é então reduzida pela atmosfera e pelas camadas protetoras para chegar à superfície da Terra ao meio-dia a partir de um céu sem nuvens a cerca de 1000 watts por metro quadrado (1,0 kW / m2) ou um pouco menos.
Isso significa então que a irradiância solar que atinge a superfície da Terra é composta por cerca de 70% de luz solar direta e cerca de 30% difusa, porque a atmosfera e as nuvens estão agindo como filtros gigantes bloqueando e espalhando a energia radiante do sol em todas as direções.
Por exemplo, gases e pequenas partículas de poeira suspensas na atmosfera causarão um efeito de dispersão na radiação solar recebida, resultando em parte dela sendo refletida de volta ao espaço em todas as direções devido ao ar, nuvens, chuva e neblina. As nuvens que são compostas de partículas de água líquida e congelada se espalharão e refletirão a radiação solar de volta ao espaço, como vemos em dias nublados e sem brilho.
Além disso, a refletividade da superfície da Terra varia com os diferentes tipos de materiais que a cobrem, seja areia, neve ou mar, enquanto parte da energia luminosa radiante do sol é absorvida pelos diferentes gases que compõem a atmosfera, como vapor de água, dióxido de carbono e ozônio.
Como descrito acima, a radiação solar é espalhada e refletida em todas as direções ao passar pela atmosfera. Essa dispersão pode chegar a 60% do valor total que atinge a atmosfera da Terra através do espaço. A radiação solar direta, no entanto, projeta sombras, porque é direcional vinda diretamente do sol. A posição e a localização do sol no céu também desempenham um papel importante na eficiência de qualquersistema de energia solar.
Ao meio-dia em um dia claro e ensolarado sem nuvens no meio do deserto, a energia solar disponível no nível do solo pode ser de até 1.000 watts por metro quadrado, ou seja, 1.000W ou 1kW por m2 de área apontando diretamente para o sol, mas para muitos locais ao redor do mundo 600 a 800W por m2 é um valor mais realista.
Para obter a quantidade máxima de energia solar por m2, precisamos compensar a inclinação e o ângulo entre o sol e a Terra e o fato de que não é meio-dia o tempo todo, apontando um coletor de energia solar na direção sul, onde o sol está mais brilhante e talvez ajustá-lo para diferentes estações para rastrear o sol de leste a oeste.
A Viabilidade da Energia Solar
Localização dos Suns
A viabilidade de usar a radiação solar do sol como fonte de energia solar, seja para aquecer a água ou para produzir eletricidade, depende principalmente da quantidade de irradiância solar recebida em qualquer local da superfície da Terra e isso variará com o tempo e as estações, com a Terra como um todo recebendo mais energia solar nos meses de verão de maio a agosto.
A disponibilidade ou ausência da radiação solar dos sóis depende muito da rotação da Terra, pois há menos energia solar disponível à noite do que durante o dia, e também do movimento orbital da Terra, que produz ciclos sazonais do verão ao inverno, com o sol sendo mais alto e mais brilhante.
O sol é, portanto, mais poderoso no céu durante os meses de verão do que os meses de inverno. Além disso, a latitude geográfica desempenha um papel importante na disponibilidade de energia solar suficiente, bem como no estado da atmosfera, cobertura de nuvens, etc., com o maior potencial de geração de energia solar no hemisfério sul. A energia solar concentrada nos ajuda a superar algumas dessas deficiências.
Dito tudo isso, energia solar suficiente do sol brilha na Terra em uma hora para atender a todas as nossas necessidades por um ano inteiro e o primeiro passo para determinar a viabilidade de qualquer sistema de energia alternativa é realizar uma estimativa realista de quanta energia e que tipo de energia é realmente necessária. Ter tempo para pensar sobre isso e planejar corretamente um sistema de energia solar garantirá que o sistema concluído, quando operacional, atenda às necessidades elétricas esperadas e também seja econômico.
Sistemas de Energia Solar
Então, que tipos desistemas de energia solarestão disponíveis para aproveitar o poder dos sóis em casa. Bem, agora sabemos de cima que as tecnologias solares convertem o poder infinito da energia do sol em calor, luz e poder. Um dos melhores usos da energia solar é no uso de energia fotovoltaica para gerar eletricidade. A energia solar ativa refere-se à geração de energia elétrica usando energia solar e existem duas maneiras diferentes de fazer isso.
Existem enormes usinas comerciais em uso hoje que usam energia solar para aquecer a água para produzir vapor, que é então usado para gerar eletricidade, assim como no carvão de combustível fóssil ou usinas nucleares elétricas. Outro método é usando grandes áreas de células fotovoltaicas conectadas entre si para formar painéis solares que podem gerar eletricidade em altas tensões e correntes.
Para um sistema de energia solar baseado em casa, não é necessário gastar grandes somas de dinheiro projetando sistemas solares fotovoltaicos mecânicos muito elaborados, muitos iniciantes começam com apenas projetos fotovoltaicos simples "caseiros" para economizar dinheiro envolvendo a energia fotovoltaica em uma caixa de madeira para energia solar concentrada.
A energia solar é usada para converter a energia da luz solar em um meio de energia armazenável e transportável, como a eletricidade, usando painéis solares fotovoltaicos. A energia fotovoltaica (ou "PV") é a tecnologia que converte a luz diretamente em eletricidade e é o icônico painel solar montado no telhado que a maioria das pessoas associa à energia solar. Existem muitas vantagens e desvantagens da energia solar e no próximo tutorial vamos olhar para a energia fotovoltaica com mais detalhes e ver como converter a energia do sol em energia solar utilizável.
No próximo tutorial desta seção sobre "energia solar", veremos as células solares e veremos como elas podem converter a luz solar na forma de fótons em energia elétrica para nossas casas.