Glauco Diniz Duarte – Como energia solar é convertida em eletricidade

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, a energia solar é a energia eletromagnética cuja fonte é o sol. Ela pode ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. As duas principais formas de aproveitamento da energia solar são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar de água.

Para a produção de energia elétrica são usados dois sistemas: o heliotérmico, em que a irradiação é convertida primeiramente em energia térmica e posteriormente em elétrica; e o fotovoltaico, em que a irradiação solar é convertida diretamente em energia elétrica.

Energia heliotérmica ou energia solar concentrada (CSP)
Segundo o Ministério das Minas e Energia, o Brasil tem cerca de 70% de sua matriz elétrica baseada em energia hidráulica. Mais recentemente, outras fontes de energia, como a biomassa, a eólica e a nuclear, passaram a receber estímulos.

Em vista de 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 devido à baixa interferência de nuvens e à radiação solar mais intensa.

Energia solar fotovoltaica
A energia fotovoltaica é aquela na qual a irradiação solar é transformada diretamente em energia elétrica, sem passar pela fase de energia térmica (característica do sistema heliotérmico).

Como funciona – As células fotovoltaicas (ou células solares) são feitas a partir de materiais semicondutores (normalmente o silício). Quando a célula é exposta à luz, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons (partículas de energia presentes na luz solar). Os elétrons livres são transportados pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico. Este campo elétrico é formado na área de junção dos materiais, por uma diferença de potencial elétrico existente entre esses materiais semicondutores. Os elétrons livres são levados para fora da célula solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica.

Ao contrário do sistema heliotérmico, o sistema fotovoltaico não requer alta irradiação solar para funcionar. Contudo, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens, de forma que um número baixo de nuvens pode resultar em uma maior produção de eletricidade em comparação a dias de céu completamente aberto, devido ao fenômeno da reflexão da luz solar.

A eficiência da conversão é medida pela proporção de radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. As células mais eficientes proporcionam 25% de eficiência. Um dos desafios da pesquisa científica é elevar esse percentual.

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, o governo atualmente desenvolve projetos de geração de energia fotovoltaica para suprir as demandas energéticas das comunidades rurais e isoladas. Esses projetos têm finalidades específicas 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.

Aproveitamento térmico
Outra forma de aproveitamento de radiação solar é o aquecimento térmico. O aquecimento térmico a partir de energia solar pode ser feito por meio de um processo de absorção da luz solar por coletores, que são normalmente instalados nos telhados das edificações e residências (conhecidos como painéis solares).

Os coletores captam a radiação solar e a convertem em calor, transferindo esse calor para um fluido (ar, água ou óleo, em geral). Os coletores possuem uma superfície refletora, que direciona a radiação direta a um foco, onde está localizado um receptor. Uma vez tendo absorvido o calor, o fluido escoa pelo receptor. Há vários tipos de coletores e a escolha do tipo apropriado depende da aplicação. Os mais utilizados são: o cilindro parabólico, a torre central e o disco parabólico.

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.

Prós e os contras da energia solar
Como em qualquer outra área tecnológica, o aproveitamento da energia solar não apresenta apenas vantagens. Há algumas desvantagens que precisam ser conhecidas e consideradas – e que, evidentemente, à medida que os sistemas de captação e conversão evoluam, tendem a ser solucionadas e minimizadas.

Pró 1 – ENERGIA LIMPA – A energia solar é considerada uma fonte de energia renovável e inesgotável. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o processo de geração de energia elétrica a partir da energia solar é limpo: não emite dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO2) – todos gases poluentes com efeitos nocivos à saúde humana e que contribuem para o aquecimento global. A energia solar também se mostra vantajosa em comparação a outras fontes renováveis, como a hidráulica, pois requer áreas menos extensas do que hidrelétricas e com impacto ambiental muito menor.

Pró 2 – POTENCIAL DO BRASIL – O incentivo à energia solar no Brasil é justificado pelo potencial do país, que possui grandes áreas com radiação solar incidente e está próximo à linha do Equador. As regiões semiáridas do nordeste brasileiro são ideais para a geração de energia heliotérmica, pois atendem às condições de alta irradiação solar e baixa pluviosidade. Ou seja, permitem um bom aproveitamento durante praticamente todo o ano.

Contra 1 – ÁREAS OCUPADAS – A energia heliotérmica, apesar de não exigir áreas tão extensas quanto as hidrelétricas, ainda requer grandes espaços. Portanto, é crucial que se faça a análise do local mais apropriado para sua implantação, pois poderá exigir a supressão de vegetação. Além disso, o sistema heliotérmico não é indicado para todas as regiões, pois é bastante intermitente.

Já para o sistema fotovoltaico (geração de energia elétrica), sua não dependência da alta irradiação é considerada uma grande vantagem, o que contribui para que seja apontado como uma importante alternativa para a matriz energética brasileira. Sua desvantagem mais expressiva, para os padrões tecnológicos atuais, é o alto custo de implantação e a baixa eficiência do processo, que varia de 15% a 25%. Porém, a pesquisa nessa área continua evoluindo.

Contra 2 – IMPACTO SOCIOAMBIENTAL – Outro ponto de extrema importância a ser considerado na cadeia produtiva do sistema fotovoltaico é o impacto socioambiental causado pela matéria-prima mais comumente usada para compor as células fotovoltaicas, o silício.

A mineração do silício, assim como qualquer outra atividade de extração mineral, tem impactos no solo e na água subterrânea da área em que ocorre. E é imprescindível que sejam proporcionadas boas condições ocupacionais aos trabalhadores, a fim de evitar acidentes de trabalho e o desenvolvimento de doenças ocupacionais. A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) aponta que a sílica cristalina pode causar câncer de pulmão se for cronicamente inalada. Para prevenir esse risco, é fundamental que os trabalhadores usem máscaras com filtros.

O relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia aponta outros dois pontos importantes relacionados ao sistema fotovoltaico: o descarte dos painéis deve receber destinação apropriada, pois apresentam potencial de toxicidade e sua reciclagem ainda não atingiu um nível considerado satisfatório.

Outro ponto importante é que, embora o Brasil seja o segundo maior produtor de silício metálico do mundo, perdendo apenas para a China, a tecnologia para a purificação do silício ainda está em fase de desenvolvimento. Um problema recentemente identificado, principalmente em plantas ou usinas heliotérmicas, é a queima não intencional de pássaros.
Portanto, mesmo sendo renovável e não emitindo gases, a energia solar ainda esbarra em empecilhos tecnológicos e econômicos.

É muito promissora, mas só se tornará viável economicamente com a cooperação entre setores públicos e privados, e com o investimento em pesquisas para o aprimoramento das tecnologias que englobam o processo produtivo, desde a purificação do silício até o descarte e reaproveitamento ou reciclagem das células fotovoltaicas.

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