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Energia fotovoltaica: como funciona e importância© Fornecido por eCycle
Energia solar não é tudo igual. A energia fotovoltaica é aquela obtida da conversão direta da luz solar em eletricidade utilizando uma tecnologia baseada no efeito fotovoltaico, o qual ocorre naturalmente em alguns tipos de materiais, chamados semicondutores. Ela pode ser gerada para autoconsumo em instalações pequenas ou para abastecer estabelecimentos e indústrias em grandes usinas solares.
Dessa maneira, além de poderem ser instaladas em residências, as células solares podem ser conectadas à rede elétrica, auxiliando na diminuição de custos. Há casos em que os painéis produzem mais energia do que necessário, possibilitando sua venda para a rede elétrica. Entenda mais sobre os tipos de energia solar e como funciona a energia fotovoltaica.
O que é energia fotovoltaica?
Energia solar é a radiação solar capaz de produzir calor, causando reações químicas, ou gerar energia elétrica. Essa energia é comumente utilizada em aquecedores de água e de ambientes e na produção de energia elétrica para equipamentos eletrônicos.
Quais são os tipos de energia solar e suas diferenças?
Basicamente, a energia solar pode se obtida por três tipos de tecnologias:
- Sistemas de aquecimento e resfriamento solar, que coletam o calor do Sol (energia térmica) para fornecer água quente ou resfriar e aquecer o ar de ambientes;
- A energia heliotérmica (energia solar concentrada ou energia termo solar) é utilizada para alimentar turbinas elétricas de escala utilitária;
- Energia fotovoltaica, que converte a luz solar em energia elétrica. Sendo a célula fotovoltaica (ou solar) a unidade fundamental do processo de conversão da luz solar em energia elétrica.
Qual é a principal diferença entre o sistema solar térmico e o sistema solar fotovoltaico?
A principal diferença entre estes sistemas é que o térmico apenas esquenta a água que passa por ele, enquanto o sistema de energia solar fotovoltaico produz eletricidade, permitindo uma maior variedade de usos.
Qual tipo de energia solar é melhor?
Diferentes necessidades exigem diferentes soluções. No entanto, a energia fotovoltaica é mais versátil que as demais, o que geralmente compensa seu custo inicial mais elevado.
Como funciona a energia fotovoltaica?
Durante o dia, a radiação solar pode ser diretamente convertida em eletricidade por células solares (ou células fotovoltaicas). Nestas células, uma pequena voltagem elétrica é gerada cada vez que a luz atinge a junção entre o metal e um semicondutor, como o silício, ou a junção entre dois semicondutores diferentes.
Mais detalhadamente, os fótons (partículas da luz solar) atingem e ionizam o material semicondutor do painel solar, liberando os elétrons mais externos de suas ligações atômicas. Por conta da estrutura do semicondutor, os elétrons liberados são forçados em uma direção, criando uma corrente elétrica. Este efeito foi relatado pela primeira vez pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel.
A quantidade de energia gerada por uma única célula fotovoltaica é geralmente de apenas dois watts. Porém, ao conectar um grande número de células, formando módulos fotovoltaicos que em conjunto estruturam painéis fotovoltaicos, é possível gerar centenas ou até milhares de quilowatts de energia elétrica, seja em uma usina fotovoltaica ou em um sistema de energia solar residencial.
A eficiência da maior parte das células fotovoltaicas atuais é de aproximadamente 15% a 20%, o que faz necessária a junção de um grande número de células, mesmo para uma produção moderada de energia. Isso acontece porque parte do espectro luminoso é refletido, uma parte (o infravermelho) é muito fraca para gerar eletricidade e outra (o ultravioleta) gera calor em vez de eletricidade.
Ainda assim, pequenos módulos fotovoltaicos podem ser utilizados em dispositivos que demandam pequenas quantidades de energia, como relógios de pulso e calculadoras.
Quais são os tipos de energia solar fotovoltaica?
A geração de energia solar fotovoltaica pode acontecer por meio de diferentes tecnologias, conheça as principais:
Painel solar monocristalino
Feito de células de silício monocristalino (um cristal de silício por célula), apresenta alto rendimento. Saiba mais sobre esta tecnologia na matéria:
Placa solar policristalina
Como o nome indica, nesse caso há mais de um cristal de silício por célula. Sua eficiência é menor que a da tecnologia anterior. Leia a matéria Painel solar policristalino: o que é e propriedades e descubra mais informações sobre esta tecnologia.
Painel de filme fino
Neste caso, o material semicondutor é depositado diretamente sobre uma superfície de vidro ou de metal. Sua manufatura é menos custosa (os painéis são mais baratos) mas muito menos eficientes.
Energia solar fotovoltaica de concentração
Utilizam lentes e espelhos que refletem energia solar concentrada para células de alta eficiência. Para ser eficaz, essa tecnologia requer luz solar direta e, portanto, necessita também dos chamados “seguidores solares”. Assim, essa tecnologia possui células mais caras, mas devido a sua eficiência, são necessárias em menor quantidade, o que reduz os custos do sistema.
Fotovoltaica integrada em edifícios
Serve como a camada externa de alguma construção e para a geração de eletricidade para uso in situ ou para exportar para a rede. É uma tecnologia útil para reduzir os custos com materiais de construção e eletricidade, assim como reduzir a poluição e contribuir para o apelo estético da construção.
O que é um sistema de energia fotovoltaica?
Um sistema fotovoltaico define o modelo a ser seguido durante a instalação do kit de energia solar fotovoltaico. Existem dois tipos de sistemas que se distinguem pela conexão com a rede de distribuição de energia elétrica: on-grid e off-grid.
Energia fotovoltaica off-grid
O sistema off-grid de energia solar, também chamado de sistema autônomo ou isolado, não é conectado à rede de distribuição de energia elétrica. 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.
Energia fotovoltaica on-grid
O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa ser injetado na rede de distribuição de energia elétrica, tendo o inversor solar on-grid como principal diferencial. Dessa forma, seu kit não dispõe de bateria para o armazenamento de eletricidade. Além disso, seu inversor tem a função adicional de sincronizar o sistema com a rede pública.
Com essa função, toda energia solar on-grid excedente é mandada para a rede elétrica da distribuidora de energia. A energia excedente, por sua vez, é convertida em créditos de energia. Assim, esses créditos podem ser utilizados quando a irradiação solar não for suficiente para suprir a demanda elétrica do estabelecimento em questão.
Quais são as vantagens e desvantagens da energia fotovoltaica?
Como toda forma de produção de energia elétrica, a energia solar fotovoltaica possui vantagens e desvantagens que devem ser consideradas antes de sua aquisição e utilização.
Vantagens da energia fotovoltaica
Fonte de energia renovável
A energia solar fotovoltaica é uma das energias renováveis que mais crescem no mundo. O Sol é uma fonte de energia praticamente inesgotável e utilizá-la para a produção de eletricidade é uma forma de evitar emissões de gases do efeito estufa e frear as mudanças climáticas, contribuindo para o desenvolvimento sustentável.
Contas de luz
A redução da dependência da rede de energia fará sua conta de luz diminuir bastante. Essa redução depende do sistema solar utilizado e de como ele é utilizado.
Manutenção reduzida
Sistemas solares não exigem muita manutenção. Basicamente, eles só precisam ser limpos duas vezes ao ano. Desta forma, exceto pelos custos de instalação, são poucos os gastos com o sistema.
Desvantagens da energia fotovoltaica
Custo inicial
Apesar dos baixos custos de manutenção, o custo inicial ainda é alto. É necessário adquirir, além dos painéis, as baterias, os cabos, o inversor ou microinversores e arcar com a instalação do sistema. Entretanto, com o avanço da tecnologia, esses custos têm sido reduzidos e facilitados. Você pode fazer uma simulação a partir de poucas informações e, se necessário, você pode realizar o financiamento do seu sistema de energia fotovoltaica.
Custo de armazenamento
Em sistemas off-grid, você precisa armazenar a energia obtida durante o dia para utilizá-la à noite, o que pode ser bem caro. Mas em sistemas on-grid é possível vender a energia não utilizada para a rede e obter descontos em sua conta de luz.
Espaço
A eficiência do seu sistema dependerá em grande parte da quantidade de placas solares disponíveis, e estas ocupam espaço sobre o telhado. Se o seu consumo de energia elétrica é alto, mas seu telhado é pequeno, isso pode ser um problema.
Poluição
A fabricação, transporte e instalação dos painéis solares são associadas a emissões de gases do efeito estufa. Ademais, na manufatura de uma placa fotovoltaica são utilizados produtos perigosos, os quais, se não descartados corretamente, podem poluir o meio ambiente.
Além disso, alguns dos seus componentes não são passíveis de reciclagem. Assim, apesar de renovável, esse tipo de energia não é 100% sustentável. Entenda melhor essa questão nas matérias:
Energia fotovoltaica no Brasil
A energia solar no Brasil, assim como no mundo, tem crescido rapidamente. Como efeito disso, a legislação e o mercado de energia precisaram se atualizar nos últimos anos. Em janeiro de 2022, foi sancionada a Lei nº 14.300, que instituiu o marco legal da micro e minigeração distribuída, o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE) e o Programa de Energia Renovável Social (PERS).
Com essa lei, fica estabelecida uma regra tarifária para sistemas on-grid, como compensação pelo uso da infraestrutura da rede elétrica. Porém, para quem já possuía um sistema de energia fotovoltaica instalado antes da lei, ou realizou a instalação em até 12 meses após sua publicação, está isento da cobrança até 2045.
A partir de 2023 há uma fase de transição de cinco anos, na qual uma parte da taxa da energia solar será cobrada conforme o ano de instalação do sistema:
- 15% até 2023;
- 30% até 2024;
- 45% até 2025;
- 60% até 2026;
- 75% até 2027;
- 90% até 2028.
Apesar da taxação, o custo-benefício da energia solar fotovoltaica se mantém. Especialmente considerando que, com o avanço das mudanças climáticas, o preço da energia de hidrelétricas deve aumentar nos próximos anos.
Qual é o custo da energia fotovoltaica?
Antes de adquirir um sistema de energia fotovoltaica residencial, primeiro é necessário saber a dimensão que este precisa ter (quantas placas solares utilizar). Com base nisso, é possível estimar um preço.
Primeiramente, você precisa saber seu gasto médio mensal em kWh. Colete essa informação das contas de luz dos últimos 12 meses. Obtenha a média somando os valores e dividindo o resultado por 12.
Feito isso, é necessário saber se a classificação da rede é monofásica, bifásica ou trifásica. Esta informação também pode ser obtida na conta de energia elétrica. A depender da classificação da sua rede, um valor diferente de kWh deve ser deduzido do consumo médio:
- Monofásica: reduza 30 kWh;
- Bifásica: reduza 50 kWh;
- Trifásica: reduza 100 kWh.
Com o gasto médio mensal ajustado, divida o valor por 30 para obter seu gasto médio diário. Guarde este número!
Consulte o Atlas Brasileiro de Energia Solar para descobrir a irradiação solar disponível em sua região. Como exemplo, considere o valor de 3,98. Divida o seu gasto médio diário pelo valor da irradiação solar. Para chegar no valor em watts, multiplique o resultado obtido por mil.
O cálculo final é feito dividindo esse valor pela potência das placas solares que irá utilizar (456 watts, por exemplo) e, assim, irá descobrir a quantidade de painéis solares necessários para o seu sistema.
Mas você não precisa fazer conta alguma, se não quiser, nem ter conhecimento especializado sobre energia solar, pois você pode utilizar um simulador de projeto solar fotovoltaico, o que te fornecerá uma informação muito mais precisa.
