O aumento da energia solar sustentável
A energia solar é uma fonte de energia ecológica. Saiba o que os raios solares podem fazer para fornecer energia e ainda ajudar a preservar o planeta.
O que é a energia solar?
A energia solar é a energia que vem do sol. O calor e a luz do sol são canalizados e usados para gerar eletricidade ou energia termal para uma série de necessidades domésticas, comerciais e outras necessidades operacionais. A produção de um sistema de energia solar é medida em watts.
A energia solar, também conhecida como geração solar ou radiação solar, é a fonte renovável de energia mais abundante. Uma fonte de energia renovável é a que pode ser regenerada. Ao contrário dos combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão), essa fonte de energia não é esgotada após um uso. Além disso, a energia eólica, hidroelétrica e geotermal são outros exemplos de fontes renováveis.
É surpreendente saber que as tecnologias de energia solar não são uma descoberta da era moderna: As pessoas vêm usando raios solares desde o Século VII a.C., quando os seres humanos usaram lupas e raios de sol para acender fogueiras e queimar formigas. É claro que, desde então, houve grandes desenvolvimentos e avanços nas tecnologias de energia solar.
Aqui está uma breve visão geral e linha do tempo da energia solar, de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos:
- Em 1767, o cientista suíço Horace de Saussure criou o primeiro coletor solar do mundo.
- O físico francês Edmond Becquerel descobriu, em 1839, o efeito fotovoltaico, que ocorre quando a luz ou a energia radiante produz uma tensão ou uma corrente elétrica.
- Décadas depois, o matemático francês Augustin Mouchot registrou patentes de motores movidos a energia solar.
- Em 1883, o inventor de Nova York Charles Fritts, criou uma célula solar com uma camada fina de ouro que atingiu uma taxa de conversão de energia de 1 a 2% (para referência, a maioria das células solares modernas operam a uma taxa entre 15 a 20%), de acordo com a revista Smithsonian sobre painéis solares. O inventor Edward Weston teve duas patentes de células solares cinco anos depois.
- Albert Einstein publicou um artigo sobre o efeito fotoelétrico no início dos anos 1900.
- Em 1954, a Bell Telephone Laboratories produziu uma célula solar de silício — a primeira célula que poderia converter energia suficiente para operar equipamentos elétricos diários com 4% (e 11% posteriormente) de eficiência. Seis anos depois, a Hoffman Electronics atingiu 14% de eficiência.
- Nos anos 1970, o Dr. Elliot Berman projetou uma célula solar menos cara, resultando em uma redução de preço de USD$ 20 por watt.
- Paul MacCready criou uma aeronave a energia solar (a primeira do tipo) com 16.000 células solares e a levou da França para a Inglaterra em 1981.
- Em 1998, o cientista Subhendu Guha foi pioneiro na invenção de telhas solares flexíveis que convertem a luz do sol em eletricidade para telhados.
- A partir dos anos 2000, grandes avanços continuam a ser feitos na capacidade e na eficiência das tecnologias de energia solar.
Hoje, a “energia solar é a fonte mais rápida e acessível das novas eletricidades” no Estados Unidos, de acordo com o Energy.gov, com 3 milhões de instalações no país. Além disso, globalmente, a energia solar também está em alta para uso doméstico e industrial.
Um exemplo comum de energia solar são os painéis solares pretos e retangulares que você vê em alguns painéis de casas. As empresas adotaram essa forma de geração solar. Até mesmo a Disney World tem uma instalação solar em forma de Mickey Mouse composta por 48.000 painéis solares fora do seu parque temático Epcot.
As tecnologias solares continuaram a evoluir e a melhorar ao longo dos anos. Este artigo fornecerá uma visão geral da energia solar, como ela funciona, as vantagens de usá-la e o futuro da energia solar.
Como a energia solar é coletada e armazenada?
Fotovoltaica (PV)
Envolve o uso de um dispositivo (pense em painéis solares) para absorver a luz do sol e transformá-la em energia elétrica. Esses dispositivos são conhecidos como células solares e são conectados para formar unidades maiores que geram energia.
Energia solar de concentração (CSP)
Coleta energia do sol para criar calor, que é usado para gerar eletricidade. Essa tecnologia usa espelhos para focar ou "concentrar" a energia da luz.
Aquecimento e resfriamento solar (SHC)
Coleta energia do sol e a usa para fornecer serviços de aquecimento e resfriamento para residências e empresas. Essa tecnologia usa um coletor solar, uma tubulação isolada e um reservatório de água quente.
Componentes de armazenamento de energia solar
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Baterias
O núcleo dos sistemas de armazenamento de energia. Dois tipos comuns de baterias são: as baterias de óxido de lítio níquel manganês cobalto e as baterias de fosfato de ferro de lítio.
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Subpainéis de carga crítica
Permite que você decida quais dispositivos essenciais serão alimentados no caso de uma queda de energia.
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Painéis solares
Usado para recarregar baterias. Filme fino, PERC, policristalino e monocristalino são tipos diferentes de painéis solares.
Do que os painéis solares são feitos? O núcleo dos painéis solares contém silício, o material semicondutor mais comum usado em células PV, revestimento de vidro, estrutura de metal e outro hardware para montar o painel e dar suporte à funcionalidade dele.
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Inversores
Usado para converter a corrente alternada para a corrente contínua (painéis solares e baterias convertem a corrente contínua em corrente alternada).
Armazenamento de energia solar
De acordo com a Green Building Elements, há três maneiras de armazenar energia solar:
Armazenamento da bateria
Normalmente, as baterias de íon de lítio são usadas para armazenar energia solar.
Armazenamento de energia mecânica
O ar compactado (forçado em um recipiente, como um reservatório e distribuído conforme necessário), hidrelétrica com armazenamento com bomba (água enviada por meio de geradores de turbinas para produzir energia quando há uma demanda) e o flywheel (excesso de energia usado para fornecer energia quando necessário) são três variações desse tipo de sistema de armazenamento.
Armazenamento termal
Usa água e sal fundido em um reservatório isolado para conter energia.
Também há um “armazenamento virtual,” um processo pelo qual você aquece ou resfria um prédio antes de um pico previsto de demanda elétrica. Em seguida, o edifício armazena essa energia para o momento necessário.
Para obter uma lista completa de termos e definições, veja o Glossário de Energia Solar no Departamento de Energia dos Estados Unidos.
Vantagens da energia solar
Quais são as vantagens da energia solar? Há algumas, incluindo o bem-estar ambiental, as oportunidades de emprego e os créditos tributários. Aqui está uma visão geral de alguns dos principais benefícios:
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É melhor para o meio ambiente do que fontes de energia tradicionais
O planeta provavelmente é a primeira coisa que vem à mente ao considerar os benefícios da energia solar. As fontes renováveis, como a energia solar, ajudam a reduzir a dependência do mundo em combustíveis fósseis, reduzir nossa pegada de carbono e fornecer eletricidade sem poluição tóxica.
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Os custos de manutenção da energia solar melhoraram
Embora a instalação inicial possa ter um custo muito alto para algumas residências, os custos de manutenção diminuíram ao longo dos anos. Especificamente, na última década, o custo para instalar a energia solar reduziu em 60%. (No entanto, os custos podem depender de fatores como as restrições de cadeia de fornecimento e região.)
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Há vantagens fiscais para os sistemas de energia solar
Mudar para energia solar pode ser bom para o seu bolso (no futuro). Por exemplo, o governo dos EUA oferece um crédito tributário federal para energia solar que pode ser aplicado nos custos de instalação de um sistema fotovoltaico solar. Os governos estaduais e locais também podem oferecer programas para ajudar a compensar o preço mais alto.
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As tecnologias de energia solar evoluíram
As tecnologias de armazenamento e equipamento melhoraram muito com os anos. Hoje, os painéis solares produzem mais energia por mais tempo (com eficiência em torno de 20%) e duram até 30 anos.
Há muitos pontos positivos abrangentes para o uso de energia solar em sua casa ou empresa. No entanto, essa fonte de energia tem suas limitações. Aqui estão algumas desvantagens ao usar a energia solar:
- A poluição ainda preocupa. Embora a energia solar seja uma solução mais ecológica para o meio ambiente do que a queima de combustíveis fósseis, alguns dos materiais e produtos químicos usados no processo de fabricação da célula PV produzem resíduos perigosos.
- Pode ser caro instalar. Embora a energia solar possa economizar dinheiro no futuro, a instalação inicial e o equipamento podem ser caros.
- Há limitações de serviço. Como a energia é gerada quando o sol está visível, determinadas horas do dia e condições meteorológicas (como céu encoberto) não são ideais para energia solar.
- Outros impactos ambientais. O uso da água e da terra e a possível perda de habitat devem ser considerados ao dimensionar sistemas de energia solar.
Ao pular esse último ponto, a energia solar traz oportunidades ecológicas para a indústria e os negócios. Por exemplo, ferramentas e aplicativos emergentes podem ajudar as organizações a visualizar simulações de reservatório para aumentar as taxas de ocorrência de detalhamento e atualizar as redes elétricas para recursos de energia distribuídos para reduzir custos e expandir possibilidades. Também houve grandes avanços ao usar computação quântica para otimização de geração de energia.
Como implementar energia solar
Antes de implementar a energia solar, faça uma pesquisa. Você deve calcular os custos da sua área, conferir descontos e créditos tributários disponíveis, explorar diferentes sistemas e conferir as avaliações das empresas de instalação do sistema. Tecnicamente, você pode instalar os painéis solares por conta própria, mas considere se essa é a melhor opção para você.
Se você for um proprietário de negócios, terá várias considerações ao fazer a migração para a energia solar, incluindo o que usa eletricidade em seu local de trabalho (o sistema de resfriamento e aquecimento, máquinas, equipamentos etc.). Embora, assim como as famílias, você eventualmente tenha economia de custos, fazer a mudança para a energia solar provavelmente será um investimento inicial de tempo e dinheiro. No entanto, há soluções IoT de energia disponíveis para ajudá-lo a reduzir os custos operacionais, otimizando a oferta e a demanda e monitorando a manutenção de ativos de rede.
Para a instalação em casa, a maioria das pessoas provavelmente consideraria o preço alto como o maior obstáculo para começar a usar a energia solar. Por exemplo, o custo de um sistema de painel solar em uma casa de tamanho médio nos EUA—após qualquer crédito tributário solar—varia de USD$ 11.144 a USD$ 14.696 e cerca de USD$ 200 a USD$ 250 por painel para um pequeno projeto de faça você mesmo, de acordo com o Consumer Affairs. Alguns guias expandem ainda mais a variação, listando os custos entre USD$ 10.000 e USD$ 25.000 nos EUA. Também há "custos flexíveis" a serem considerados, como permitir e instalar custos de mão de obra. Você pode optar por conceder painéis solares, o que significa que você não precisa pagar pelos custos de instalação, manutenção ou reparo, mas há prós e contras a serem considerados.
O preço inicial pode ser difícil para a maioria das residências, e demora muito até começar a recuperar o investimento (em média, você verá um retorno sobre seu investimento em sete a 12 anos). Mas a economia também pode ser significativa: A energia solar pode economizar entre USD$ 600 e USD$ 2.000 em custos de eletricidade por ano, de acordo com a HomeGuide. Além disso, algumas instalações custam menos do que as figuras listadas. O tamanho da sua casa (uma propriedade maior geralmente indica um preço mais alto), seu nível de consumo de energia e os tipos de tecnologias que você escolhe para seu sistema são três fatores principais que influenciarão os custos. Sites como Solar Estimate permitem inserir seu CEP ou escolher sua localização no mapa virtual para ajudar a determinar os custos de instalação de painéis solares em sua casa.
Você também pode optar por incorporar energia solar em sua vida diária de várias maneiras, tanto grande quanto pequena. Você também não precisa gastar muito dinheiro para começar a usar a energia solar. Por exemplo, você pode comprar uma capa movida a energia solar para seu smartphone, lanternas de carregamento solar para seu kit de emergência de carro ou uma bateria solar para sua próxima viagem de acampamento em alguns casos, por menos de USD$ 100. Fora dos painéis solares, também há outras opções para colocar a energia solar em sua casa. Os proprietários de casas podem usar dispositivos com energia solar para aquecer a piscina e instalar luzes solares para iluminação do jardim ou patio à noite. Você também pode usar a geração solar em sua vida profissional. Quer trabalhar remotamente, fora do escritório? Leve um carregador portátil de painel solar para carregar o notebook enquanto você trabalha em uma cafeteria.
O futuro da energia solar
O futuro da energia solar é brilhante (trocadilho intencional), porque:
- Faz bem para o planeta. A energia solar é sustentável e ecológica.
- Energia limpa é o caminho. Após 2035, 50% da geração de energia será renovável.
- Está se tornando mais acessível e eficiente. Espera-se que o preço dos sistemas de energia solar continue diminuindo, enquanto o serviço continua melhorando.
- Ajuda a criar novas empresas e empregos. Espera-se um grande crescimento do setor e das vagas de emprego nesse espaço.
Até esse último ponto, as carreiras no campo de energia renovável estão crescendo. Esse setor emprega mais de 3 milhões de pessoas nos EUA e 11 milhões de pessoas globalmente, de acordo com o Environmental and Energy Study Institute. O número de empregos em energia solar varia nos EUA. Por exemplo, há 211 empregos em energia solar registrados na Dacota do Norte versus mais de 10.000 no Texas, de acordo com a SEIA (Solar Energy Industries Association). No entanto, o espaço da energia solar consiste em engenheiros, pesquisadores, funcionários de usinas solares, instaladores de equipamentos e uma variedade de outros profissionais em empregos em todo o país.
As empresas também estão cogitando a energia solar e outras fontes renováveis. Grandes empresas de tecnologia anunciaram iniciativas de responsabilidade social e metas ambientais para suas organizações. Por exemplo, a Microsoft se comprometeu com o consumo de água positivo e negativo de carbono até 2030. Os consumidores se importam cada vez mais com a responsabilidade social corporativa, portanto, esperam que mais organizações desenvolvam políticas em torno do compromisso com a sustentabilidade em um futuro próximo.
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Perguntas frequentes
- A energia solar é a energia do sol que pode ser gerada em eletricidade. É uma fonte renovável de energia, o que significa que é reabastecida e não esgotada após um uso único. A energia solar tem uma variedade de usos e pode ser usada para fornecer energia a edifícios, aquecer a água, carregar eletrônicos e dispositivos aplicáveis e muito mais. A energia solar também é conhecida como geração solar ou radiação solar. Saiba mais >
- A energia solar pode ser usada tanto doméstica quanto comercialmente. Em um nível residencial, por exemplo, ela pode fornecer energia, água quente e aquecimento e resfriamento a casas. Algumas empresas usam energia solar em escritórios, fábricas ou fazendas. Além disso, os governos podem fornecer serviços públicos e instalações como iluminação, estacionamentos, transporte e escolas com energia solar.
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O uso de energia solar tem várias vantagens. Além de ser limpa e renovável, a energia solar reduz nossa pegada de carbono coletiva porque a própria geração solar produz zero emissões. A energia solar também pode ser vantajosa. Por exemplo, os avanços tecnológicos estão tornando os sistemas de energia solar cada vez mais acessíveis e, ao longo do tempo, esses sistemas podem reduzir drasticamente as contas de serviços. Além disso, a energia solar é escalonável, ela pode ser usada para fornecer energia a uma única residência ou a uma comunidade inteira. Por fim, os sistemas de energia solar podem ser instalados em praticamente qualquer local, até mesmo em áreas remotas, o que significa que a energia pode ser fornecida em locais que não têm acesso à eletricidade.
- Primeiro, há três tecnologias principais usadas para utilizar a energia solar: PV (fotovoltaica), CSP (energia solar de concentração) e aquecimento e resfriamento solar (SHC). Depois que ela foi explorada, você precisará de alguns componentes básicos para armazená-la: baterias, painéis solares, subpainéis de carga crítica e inversores. Em seguida, há três maneiras de armazenar energia solar: bateria, energia mecânica e armazenamento termal. Dependendo das suas necessidades e da finalidade do uso da energia solar (digamos, para fornecer energia para uma casa de 110 m² versus uma propriedade grande afastada da cidade), seu processo pode ser diferente.
- Os custos iniciais de instalação nos Estados Unidos podem custar de USD$ 10.000 a USD$ 25.000 para uma casa residencial, pode ser caro para muitos consumidores. No entanto, alguns países têm programas governamentais que podem ajudá-lo a compensar os custos de começar a usar a energia solar. Isso pode incluir recursos para criar um sistema econômico ou como proteger créditos tributários disponíveis. Levará algum tempo (cerca de uma década), mas você deve recuperar os custos de um sistema de painel solar e ver a economia refletida na sua conta de eletricidade. Dependendo de fatores como o custo do sistema de energia solar e o tamanho da sua propriedade, sua economia de custo de eletricidade pode ser de algumas centenas de dólares a alguns milhares de dólares por ano.
- A energia solar é uma das formas mais sustentáveis de energia disponíveis atualmente. Não só é abundante e renovável, o sol fornece energia suficiente todos os dias para atender à nossa demanda de energia global atual por um ano inteiro, mas também pode ser gerada de forma econômica e em grande escala. A geração solar não produz emissões de gás de efeito estufa, requer custos mínimos de manutenção depois que os painéis solares forem instalados e fornece energia sem risco de contaminação da água ou ar.
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