Quando na escola aprendemos que, além da água, precisávamos que o sol brilhasse sobre a Mãe Terra para ajudar a sustentar a vida em todos os seus diferentes tipos e formas. Isso incluía a vida animal e vegetal que o habita, além de cultivar nossas plantações para alimento. Mas também podemos usar a energia luminosa radiante do sol para produzir calor, luz e energia na forma de eletricidade, utilizando a vasta energia solar do sol.
Raios eletromagnéticos na forma de energia radiante são constantemente emitidos para o espaço pela ação de queima do sol. Esses raios viajam pelo espaço em todas as direções, enquanto alguns alcançam a superfície da Terra. A energia radiante emitida pelo sol chega à Terra em um período muito curto de tempo.
Na verdade, a quantidade de energia solar que chega à superfície da Terra a cada hora do dia é maior do que nossa demanda total por energia em um ano inteiro. Enquanto o sol brilha 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 efeitos práticos, podemos considerarEnergia SolarComo poder do sol.
A Terra recebe a energia radiante do sol na forma de ondas eletromagnéticas. A quantidade de radiação solar que realmente cai sobre a superfície da Terra em qualquer local e horário depende de muitos fatores, como o horário 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 disponível para uso em um sistema de energia solar é apenas uma pequena parte da radiação solar total recebida pela Terra acima de sua atmosfera. Isso ocorre principalmente porque as nuvens, a atmosfera em si e as condições do solo podem absorver ou refletir a maior parte dessa energia solar de volta para o céu e o espaço.
A Terra é essencialmente um enorme coletor de energia solar que recebe grandes quantidades de energia do Sol. Essa energia solar pode ser usada diretamente como energia solar usando um painel solar fotovoltaico, e indiretamente como energia eólica, de marés ou de ondas. A energia solar é um recurso de energia renovável, inesgotável e disponível localmente em todo o planeta. Mas, para coletar energia solar de forma mais eficaz, os receptores de energia solar precisam de luz solar direta e não refletida, tornando-os ineficazes em condições nubladas.
A potência bruta do nosso sol, que alcança 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, vindo de um céu sem nuvens com cerca de 1000 watts por metro quadrado (1,0 kW/m²) ou um pouco menos.
Isso significa então que a irradiância solar que chega à superfície da Terra é composta por cerca de 70% de luz solar direta e cerca de 30% de luz solar difusa, porque a atmosfera e as nuvens agem 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 espalhamento sobre a radiação solar que chega, resultando em parte dela sendo refletida de volta para o espaço em todas as direções devido ao ar, nuvens, chuva e névoa. Nuvens, compostas por partículas líquidas e de água congelada, vão se dispersar e refletir a radiação solar de volta para o espaço, como vemos em dias nublados e monótonos.
Além disso, a refletividade da superfície da Terra varia conforme 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 d'água, dióxido de carbono e ozônio.
Como descrito acima, a radiação solar é tanto dispersa quanto refletida em todas as direções ao passar pela atmosfera. Essa dispersão pode chegar a 60% do valor total que alcança a atmosfera terrestre através do espaço. A radiação solar direta, no entanto, projeta sombras, pois é direcional vindo diretamente do sol. A posição e 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 e sem nuvens no meio do deserto, a energia solar disponível ao nível do solo pode chegar a 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 máxima quantidade 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 solar para uma direção ao sul, onde o sol está mais brilhante, e talvez ajustá-lo para diferentes estações para acompanhar 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 água ou para produzir eletricidade, depende principalmente da quantidade de irradiância solar recebida em cada local da superfície da Terra, e isso variará tanto com o tempo quanto com as estações do ano, 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 do sol 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.
Portanto, o sol é mais forte no céu durante os meses de verão do que durante 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 ocorrendo no hemisfério sul. A energia solar concentrada nos ajuda a superar algumas dessas deficiências.
Dito tudo isso, energia solar suficiente do sol brilha sobre a Terra em uma hora para atender a todas as nossas necessidades durante um ano inteiro, e o primeiro passo para determinar a viabilidade de qualquer sistema energético alternativo é fazer uma estimativa realista de quanta energia e que tipo de energia realmente é necessária. Dedicar um tempo para pensar nisso e planejar corretamente um sistema de energia solar garantirá que o sistema finalizado, 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 do sol em casa. Bem, agora sabemos por cima que as tecnologias solares convertem o poder infinito da energia do sol em calor, luz e energia. Um dos melhores usos da energia solar é o uso de energia fotovoltaica para gerar eletricidade. Energia solar ativa refere-se à geração de energia elétrica usando energia solar, e existem duas formas diferentes de fazer isso.
Existem enormes usinas comerciais em uso hoje que usam energia solar para aquecer água e produzir vapor, que depois é usado para gerar eletricidade, assim como em usinas de carvão fóssil ou nucleares. Outro método é usar grandes áreas de células fotovoltaicas conectadas entre si para formar painéis solares que podem gerar eletricidade em altas tensões e correntes.
Para um sistema solar doméstico, não é necessário gastar grandes quantias projetando sistemas fotovoltaicos mecânicos muito elaborados; muitos iniciantes começam apenas com projetos fotovoltaicos simples "caseiros" para economizar dinheiro ao encerrar os fotovoltaicos em uma caixa de madeira para energia solar concentrada.
A energia solar é usada para converter a energia da luz solar em um meio energético armazenável e transportável, como eletricidade, usando painéis solares fotovoltaicos. Fotovoltaicos (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 analisar a fotovoltaica com mais detalhes e ver como ela converte a energia do sol em energia solar utilizável.
No próximo tutorial desta seção sobre "energia solar", vamos analisar as células solares e ver como elas podem converter a luz solar na forma de fótons em energia elétrica para nossas casas.