Geradores a Energia Solar através do sistema fotovoltaico
Como funciona o sistema de captação de energia solar?
Se o aquecimento solar é a forma mais conhecida de aproveitar a energia do Sol, o sistema fotovoltaico é o mais comentada do momento!
Se a termo solar precisa de um aparato enorme para seu funcionamento, a usina solar fotovoltaica é a mais simples de operar. Então vamos entender como essa tecnologia do sistema fotovoltaico?
Resumindo, o sistema fotovoltaico gera energia elétrica diretamente da energia radiante do Sol, abastecendo desde uma bomba d’água até grandes usinas de geração centralizada.
Em uma residência essa energia pode suprir todos os aparelhos elétricos ou em uma indústria gerar toda a energia elétrica necessária para seu funcionamento.
A energia solar fotovoltaica consiste em transformar a energia radiante do Sol em energia elétrica.
E diferente da termo solar que transforma em térmica, depois em mecânica para pôr fim obter elétrica, ela faz isso direto, sem a necessidade de uma turbina para girar e utilizando apenas dois equipamentos.
Mas para entender como funciona um sistema fotovoltaico, primeiro precisamos conhecer dois importantes princípios físicos envolvidos. O efeito fotoelétrico e o efeito fotovoltaico.
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez pelo físico francês, Edmund Bequerel, em 1839, que descobriu que certos materiais produziriam pequenas quantidades de corrente elétrica quando expostos à luz. Em 1905, Albert Einstein publicou um artigo que descrevia o efeito fotoelétrico, no qual a tecnologia fotovoltaica se baseia, este artigo foi tão importante que em 1921 esse magnífico físico foi premiado com o Nobel de física.
O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, quando exposto a uma radiação eletromagnética de frequência específica. Calma que eu vou explicar melhor. Por exemplo, as ondas de rádio, infravermelho, luz, ultravioleta e raio X são ondas eletromagnéticas e cada uma tem sua frequência específica. O efeito fotoelétrico ocorre quando uma dessas ondas incide sobre um determinado material que irá liberar cargas elétricas, são essas cargas as responsáveis por transmitir a energia elétrica.
Já o efeito fotovoltaico é baseado no surgimento de uma voltagem, como há entre os polos de uma pilha, que surge em um material especial, chamado de semicondutor, quando ele é exposto à luz.
De modo bem simplificado, a construção de uma célula fotovoltaica é projetada explorando o efeito fotoelétrico, para produzir o efeito fotovoltaico.
Agora que entendemos o efeito fotovoltaico, fica mais fácil compreender esse tipo de sistema.
Existem vários tipos desses sistemas, para os mais diversos fins mas todos eles possuem pontos em comum e características que os diferencia.
A principal semelhança está na utilização de dois importantes equipamentos, os painéis fotovoltaicos e os inversores.
Os painéis são os geradores de energia elétrica do sistema, existem diversas tecnologias utilizadas na produção dos painéis, sendo os de silício cristalino os mais comuns no mercado, possuindo uma eficiência satisfatória e um custo mais baixo.
Esses painéis são constituídos por várias células fotovoltaicas, que são wafers de silício ultra puro, são muito sensíveis e trincam com facilidade, por isso são protegidos por uma moldura de alumínio anodizado, e um vidro fotovoltaico especial, além de outras camadas de proteção.
Mas existem outras tecnologias, por exemplo, os diversos painéis solares de filme fino, como o silício amorfo, telureto de cádmio e CIGS. Há também os painéis de células de multijunção e outras tecnologias emergentes como as células orgânicas e a badalada Piróskit (Perovskite), com potencial de reduzir os custos, aumentar a eficiência e as aplicações das células fotovoltaicas.
Outro ponto comum em praticamente todos os sistemas fotovoltaicos é o inversor. Ele é o equipamento responsável por converter a corrente continua gerada pelos painéis em corrente alternada, que é utilizada pela maioria dos aparelhos elétricos, além da corrente elétrica, o inversor também ajusta a tensão e a frequência para que fique adequada aos equipamentos que serão alimentados. O inversor também recebe outras funções secundárias, mas extremamente importantes, como fazer o monitoramento da geração de energia, medir e monitorar a tensão e a corrente elétrica e proteger o sistema de ilhamento e de alguns surtos. Essas funções secundárias podem variar entre os diferentes tipos de inversores, mas estão presentes principalmente naqueles que são conectados à rede elétrica da distribuidora de energia.
Assim como os painéis também existem vários tipos de inversores, os mais utilizados são os inversores de string, os microinversores e os inversores com otimizadores de potência. Mas ainda existem os inversores centralizados das grandes usinas, os inversores de sistemas desconectados da rede da distribuidora e os inversores híbridos. O modelo mais apropriado vai depender de uma gama de fatores que devem ser analisados pelo projetista do sistema.
Assim como existem semelhanças entre sistemas fotovoltaicos há também características importantes que o diferenciam, como o tipo de apoio para os momentos de baixa ou nenhuma geração de energia, por exemplo, a noite ou em dias chuvosos. Por isso dividimos os sistemas fotovoltaicos em três tipo, os sistema Ongrid, Offgrid e Híbrido.
O sistema ongrid é ligado à rede elétrica de um imóvel e consequentemente na rede da distribuidora de energia. A energia gerada abastece os equipamentos que estão consumindo energia e o excedente é enviado para a rede da distribuidora, gerando créditos de energia para serem usados em momentos em que há pouca ou nenhuma geração. Além disso, a energia injetada na rede da distribuidora abastece os imóveis no entorno com energia limpa e de qualidade.
Isso sem considerar as grandes usinas fotovoltaicas, cuja energia elétrica gerada é usada para abastecer cidades, fazendo, cada vez mais, parte da matriz energética brasileira.
O sistema offgrid é completamente separado da rede da concessionária, pode alimentar um ou até vários equipamentos, sendo muito útil onde a rede elétrica está muito distante. Geralmente nos sistemas offgrid o apoio é feito por um banco de baterias que fornece a energia para o funcionamento dos equipamentos, sendo que os painéis solares têm a função de manter as baterias carregadas. Alguns sistemas offgrid mais simples podem dispensar o uso do inversor, como algumas bombas d’água e sistemas de iluminação, que utilizam um controlador de carga e equipamentos desenvolvidos para corrente contínua.
Por fim, os sistemas híbridos, que de forma geral é uma junção do ongrid e do offgrid. Esse sistema está conectado à rede da distribuidora e possui um banco de baterias, que podem entrar em funcionamento em caso de desconexão da rede elétrica, durante a noite ou em horários de tarifas diferenciadas, como a nova tarifa branca.
Embora pareça ser o melhor dos mundos, o custo das baterias ainda são muito altos e podem inviabilizar completamente o negócio.
Resumindo, a energia solar fotovoltaica transforma a energia radiante do sol direto em energia elétrica podendo suprir a demanda de energia para um equipamento, um imóvel particular ou até para uma cidade!
O grande diferencial da energia solar fotovoltaica é ser acessível e possuir uma grande variedade de aplicações. A ampliação do uso da energia solar fotovoltaica é bom para todo mundo e vamos continuar falando sobre isso, semanalmente, aqui no canal.
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