A ascensão da energia solar sustentável
A geração solar é uma fonte de energia amiga do ambiente. Saiba o que os raios solares podem fazer para abastecer e ajudar a preservar o planeta.
O que é a energia solar?
A energia solar é a energia oriunda do sol. O calor e a luz do sol são aproveitados e utilizados para gerar eletricidade ou energia térmica para uma variedade 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 de energia renovável mais abundante. Uma fonte de energia renovável é uma fonte de energia que pode ser regenerada. Ao contrário dos combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão), esta fonte de energia não se esgota após uma utilização. A energia eólica, hídrica e geotérmica são outros exemplos de energias renováveis.
Talvez se surpreenda ao saber que as tecnologias de energia solar não são uma descoberta da era moderna: As pessoas utilizam a energia solar desde o século VII a.C., quando os humanos utilizavam lupas e os raios solares para fazer fogo e queimar formigas. É claro que, desde essa altura, tem havido grandes desenvolvimentos e avanços nas tecnologias de energia solar.
Eis um breve resumo e uma cronologia da energia solar, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA:
- Em 1767, o cientista suíço Horace de Saussure construiu o primeiro coletor solar do mundo.
- Edmond Becquerel, um físico francês, descobriu o efeito fotovoltaico - quando a luz ou a energia radiante produz uma tensão ou corrente elétrica - em 1839.
- Décadas mais tarde, o matemático francês Augustin Mouchot registou patentes para motores movidos a energia solar.
- Em 1883, o inventor nova-iorquino Charles Fritts criou uma célula solar, revestindo selénio com uma fina camada de ouro, que atingiu uma taxa de conversão de energia de 1 a 2 por cento (para referência, a maioria das células solares modernas funciona a uma taxa entre 15 a 20 por cento), de acordo com a Smithsonian Magazine. O inventor Edward Weston recebeu duas patentes para células solares cinco anos mais tarde.
- Albert Einstein publicou um artigo sobre o efeito fotoelétrico no início do século XX.
- Em 1954, os Laboratórios Bell Telephone produziram uma célula solar de silício - a primeira célula capaz de converter energia suficiente para fazer funcionar equipamento elétrico do dia a dia - com uma eficiência de 4% (e mais tarde de 11%). Seis anos mais tarde, a Hoffman Eletronics atingiu uma eficiência de 14%.
- Na década de 1970, o Dr. Elliot Berman concebeu uma célula solar menos dispendiosa, o que resultou numa redução do preço para 20 dólares por watt.
- Paul Macready construiu um avião movido a energia solar (o primeiro do seu género) com 16 000 células solares e voou-o de França para Inglaterra em 1981.
- Em 1998, o cientista Subhendu Guha inventou as telhas solares flexíveis que convertem a luz solar em eletricidade para os telhados.
- Na década de 2000 e nos anos seguintes, continuam a registar-se grandes progressos na capacidade e eficiência das tecnologias de energia solar.
Atualmente, "a energia solar é a nova fonte de eletricidade de mais rápido crescimento e mais acessível" nos Estados Unidos, de acordo com Energy.gov, com 3 milhões de instalações no país. A nível mundial, a energia solar também está a aumentar, para uso doméstico e industrial.
Um exemplo quotidiano e popular de energia solar são os painéis solares pretos e retangulares que se veem nos telhados de algumas casas. As empresas também adotaram esta forma de produção de energia solar - até a Disney World tem uma instalação solar em forma de Rato Mickey composta por 48 000 painéis solares no exterior do seu parque temático Epcot.
As tecnologias solares têm continuado a evoluir e a melhorar ao longo dos anos. Este artigo apresenta uma visão geral da energia solar, como funciona, as vantagens da sua utilização e o futuro da energia solar.
Como é que a energia solar é recolhida e armazenada?
Fotovoltaica (PV)
Envolve a utilização de um dispositivo (por exemplo, painéis solares) para absorver a luz solar e transformá-la em energia elétrica. Estes dispositivos são conhecidos como células solares e são ligados para formar unidades maiores que geram energia.
Energia solar concentrada (CSP)
Recolhe a energia do sol para criar calor, que é depois utilizado para gerar eletricidade. Esta tecnologia utiliza espelhos para focar ou "concentrar" a energia luminosa.
Aquecimento e arrefecimento solar (SHC)
Recolhe a energia do sol e utiliza-a para fornecer serviços de aquecimento e arrefecimento a casas e empresas. Esta tecnologia utiliza um coletor solar, tubagens isoladas e um depósito de água quente.
Componentes do armazenamento de energia solar
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Baterias
O núcleo dos sistemas de armazenamento de energia. Existem dois tipos comuns de baterias: as de lítio-níquel-manganês-cobalto e as de lítio-ferro-fosfato.
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Subpainéis de carga críticos
Permitem-lhe decidir que dispositivos essenciais permanecem ligados em caso de falta de eletricidade.
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Painéis solares
Utilizados para recarregar baterias. Película fina, PERC, policristalino e monocristalino são diferentes tipos de painéis solares.
De que são feitos os painéis solares? No seu núcleo, os painéis solares contêm normalmente silício (o material semicondutor mais comum utilizado nas células fotovoltaicas), uma cobertura de vidro, uma estrutura metálica e outro hardware para manter o painel unido e suportar a sua funcionalidade.
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Inversores
Utilizados para converter corrente alternada em corrente contínua (os painéis solares e as baterias convertem corrente contínua em corrente alternada).
Armazenamento da energia solar
De acordo com a Green Building Elements, existem três formas de armazenar a energia solar:
Armazenamento da bateria
As baterias de iões de lítio são mais frequentemente utilizadas para armazenar energia solar.
Armazenamento mecânico de energia
O ar comprimido (forçado para um recipiente, como um tanque, e distribuído conforme necessário), a energia hidroelétrica por bombagem (água empurrada através de turbinas geradoras para produzir energia quando há procura) e o volante de inércia (excesso de energia que é utilizado para fornecer energia quando necessário) são três variações deste tipo de sistema de armazenamento.
Armazenamento térmico
Utiliza sal fundido e água num tanque isolado para armazenar energia.
Existe também o "armazenamento virtual", um processo através do qual se aquece ou arrefece um edifício antes de se prever um pico de procura de eletricidade. O edifício armazena então esta energia para quando for necessária.
Para obter uma lista completa de termos e definições, consulte o Glossário de Energia Solar no Departamento de Energia dos EUA.
Vantagens da energia solar
Então, quais são as vantagens da energia solar? São muitas, incluindo o bem-estar ambiental, oportunidades de emprego e créditos fiscais. Segue-se uma visão geral de alguns dos principais benefícios:
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É melhor para o ambiente do que as fontes de energia tradicionais
O planeta é provavelmente a primeira coisa que nos vem à cabeça quando consideramos os benefícios da energia solar. As energias renováveis, como a energia solar, ajudam a reduzir a dependência do mundo em relação aos combustíveis fósseis, reduzem a nossa pegada de carbonoe fornecem eletricidade sem causar poluição tóxica.
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Os custos de manutenção da energia solar melhoraram
Embora a instalação inicial possa ter um custo proibitivo para alguns agregados familiares, os custos de manutenção têm vindo a diminuir ao longo dos anos. Especificamente, na última década, o custo de instalação da energia solar desceu 60 por cento. (No entanto, os custos podem depender de fatores como a região e as restrições da cadeia de abastecimento).
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Os sistemas de energia solar oferecem vantagens fiscais
A mudança para a energia solar pode ser vantajosa para a sua carteira (a longo prazo). Por exemplo, o governo dos EUA oferece um crédito fiscal federal para a energia solar que pode ser aplicado aos custos de instalação de um sistema solar fotovoltaico. O Estado e outros governos locais também podem oferecer programas que ajudam a compensar o custo elevado.
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As tecnologias de energia solar evoluíram
Os equipamentos e as tecnologias de armazenamento melhoraram muito ao longo dos anos. Atualmente, os painéis solares produzem mais energia durante mais tempo (com uma eficiência de cerca de 20%) e duram até 30 anos.
A utilização da energia solar na sua casa ou empresa tem muitos pontos positivos. No entanto, esta fonte de energia não está isenta de limitações. Eis alguns dos inconvenientes da utilização da energia solar:
- A poluição ainda é uma preocupação. Embora a energia solar seja uma solução mais amiga do ambiente do que a queima de combustíveis fósseis, alguns dos produtos químicos e materiais utilizados no processo de fabrico das células fotovoltaicas produzem resíduos perigosos.
- A instalação poderá ser dispendiosa. Embora a energia solar possa poupar dinheiro no futuro, a instalação inicial e o equipamento podem ser caros.
- Existem limitações de serviço. Uma vez que a energia é gerada quando o sol está a brilhar, certas horas do dia e condições climatéricas (como o céu nublado) não são ideais para a energia solar.
- Outros impactos ambientais. A utilização da água, a utilização do solo e a potencial perda de habitat são considerações a ter em conta aquando da expansão dos sistemas de energia solar.
Partindo deste último ponto, a energia solar apresenta oportunidades amigas do ambiente para a indústria e as empresas. Por exemplo, as ferramentas e aplicações emergentes podem ajudar as organizações a visualizar simulações de reservatórios para aumentar as taxas de sucesso das perfurações e a atualizar as redes elétricas para recursos de energia distribuída, a fim de reduzir os custos e expandir as possibilidades. Também se registaram grandes avanços na utilização da computação quântica para a otimização da produção de energia.
Como implementar a energia solar
Antes de implementar a energia solar, faça a sua pesquisa. Deve calcular os custos para a sua área, verificar os descontos e créditos fiscais disponíveis, explorar diferentes sistemas e consultar as avaliações das empresas de instalação de sistemas. Tecnicamente, pode instalar painéis solares autonomamente, mas terá de ponderar se essa é a melhor opção para si.
Se é proprietário de uma empresa, terá várias considerações a ter em conta quando mudar para a energia solar, incluindo o que utiliza eletricidade no seu local de trabalho (o sistema de refrigeração e aquecimento, maquinaria, equipamento, etc.). Tal como acontece com os agregados familiares, a mudança para a energia solar irá provavelmente implicar um investimento inicial de tempo e dinheiro. No entanto, existem soluções de energia IoT disponíveis para ajudar a reduzir os custos operacionais, ao mesmo tempo que otimiza a oferta e a procura e monitoriza a manutenção dos ativos da rede.
Para a instalação em casa, a maioria das pessoas consideraria provavelmente que o preço elevado é o maior obstáculo para começar a utilizar a energia solar. Por exemplo, o custo de um sistema de painéis solares numa casa de dimensão média nos EUA - depois de eventuais créditos fiscais - varia entre 11 144 e 14 696 dólares, e cerca de 200 a 250 dólares por painel para um pequeno projeto de bricolage, segundo a Consumer Affairs. Alguns guias alargam ainda mais o intervalo, listando os custos entre 10 000 e 25 000 dólares nos EUA. Há também "custos indiretos" a considerar, como os custos de licenciamento e de mão de obra de instalação. Pode optar por alugar painéis solares - o que significa que não tem de pagar os custos de instalação, manutenção ou reparação - mas há prós e contras a considerar.
O preço inicial pode ser elevado para a maioria dos agregados familiares, e há algum tempo de espera até atingir o período de retorno do investimento no painel solar (em média, o retorno do investimento será alcançado num período entre sete a 12 anos). Mas as poupanças também podem ser significativas: A energia solar pode poupar aos residentes dos EUA entre 600 e 2000 dólares em custos de eletricidade por ano, de acordo com a HomeGuide. Além disso, algumas instalações custam menos do que os valores indicados. O tamanho da sua casa (uma propriedade maior indica geralmente um preço mais elevado), o seu nível de consumo de energia e os tipos de tecnologias que escolher para o seu sistema são três fatores principais que influenciam os custos. Sites como o Solar Estimate permitem-lhe introduzir o seu código postal ou escolher a sua localização no mapa virtual para ajudar a determinar os custos de instalação de painéis solares na sua casa.
Também pode optar por incorporar a energia solar na sua vida quotidiana de várias formas, independentemente da dimensão. Também não precisa de gastar muito dinheiro para começar a utilizar a energia solar. Por exemplo, pode comprar uma capa para o seu smartphone alimentada a energia solar, lanternas com carregamento solar para o kit de emergência do seu carro ou um fogão solar para a sua próxima viagem de campismo - em alguns casos, por menos de 100 dólares. Para além dos painéis solares, existem também outras opções para alimentar a sua casa com energia solar. Os proprietários podem utilizar dispositivos alimentados a energia solar para aquecer a sua piscina e instalar luzes solares para iluminar o seu quintal ou pátio à noite. Também pode utilizar a geração de energia solar na sua vida profissional. Quer trabalhar à distância, fora do local de trabalho? Leve um carregador portátil de painéis solares para alimentar o seu computador portátil enquanto trabalha no exterior, num café.
O futuro da energia solar
O futuro da energia solar é brilhante (trocadilho intencional), porque:
- É bom para o planeta. A energia solar é sustentável e respeitadora do ambiente.
- A energia limpa é o rumo que o mundo está a tomar. Após o ano 2035, 50 por cento da produção de energia será renovável.
- Está a tornar-se mais acessível e eficiente. Prevê-se que o preço dos sistemas de energia solar continue a baixar, enquanto o serviço continua a melhorar.
- Ajuda a criar novas empresas e empregos. Espera-se que o crescimento da indústria e do emprego prosperem neste espaço.
Relativamente a este último ponto, as carreiras no domínio das energias renováveis estão em plena expansão. Este setor emprega mais de 3 milhões de pessoas nos EUA e 11 milhões de pessoas a nível mundial, de acordo com o Environmental and Energy Study Institute. O número de empregos no setor da energia solar varia nos EUA. Por exemplo, existem 211 empregos no setor da energia solar no Dakota do Norte e mais de 10 000 no Texas, de acordo com a Solar Energy Industries Association (SEIA). No entanto, o setor da energia solar é constituído por engenheiros, investigadores, operadores de centrais solares, instaladores de equipamento e uma variedade de outros profissionais com empregos em todo o país.
As empresas também estão a olhar para a energia solar e outras energias renováveis. As grandes empresas de tecnologia anunciaram iniciativas de responsabilidade social e objetivos ambientais para as suas organizações. Por exemplo, A Microsoft comprometeu-se a ser positiva em termos de água e negativa em termos de carbono até 2030. Os consumidores também se preocupam cada vez mais com a responsabilidade social das empresas, pelo que se espera que mais organizações desenvolvam políticas em torno do seu compromisso com a sustentabilidade num futuro próximo.
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Perguntas mais frequentes
- A energia solar é a energia do sol que pode ser transformada em eletricidade. É uma fonte de energia renovável, o que significa que pode ser reabastecida e não se esgota após uma única utilização. A energia solar tem uma variedade de utilizações e pode ser utilizada para alimentar edifícios, aquecer água, carregar aparelhos eletrónicos e dispositivos aplicáveis, entre outros. A energia solar é também conhecida como geração solar ou radiação solar. Saiba mais >
- A energia solar pode ser utilizada tanto a nível doméstico como comercial. A nível residencial, por exemplo, pode fornecer eletricidade, água quente, aquecimento e arrefecimento às casas. Algumas empresas utilizam a energia solar para o funcionamento dos seus escritórios, fábricas ou quintas. Além disso, os governos podem fornecer energia a serviços e instalações públicas - tais como iluminação pública, parques de estacionamento, transportes e escolas - com energia solar.
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A utilização da energia solar tem várias vantagens. Para além de ser abundante e renovável, a energia solar reduz a nossa pegada de carbono coletiva, uma vez que a própria produção de energia solar não produz emissões. A energia solar também pode ser rentável. Por exemplo, os avanços tecnológicos estão a tornar os sistemas de energia solar cada vez mais acessíveis e, com o tempo, estes sistemas podem reduzir drasticamente as faturas de serviços públicos. Além disso, a energia solar é escalável - pode ser utilizada para alimentar uma única residência ou uma comunidade inteira. Finalmente, os sistemas de energia solar podem ser instalados em praticamente qualquer local, mesmo em áreas remotas, o que significa que a energia pode ser fornecida em locais que não têm acesso à eletricidade.
- Em primeiro lugar, existem três tecnologias principais utilizadas para aproveitar a energia solar: fotovoltaica (PV), energia solar concentrada (CSP) e aquecimento e arrefecimento solar (SHC). Uma vez aproveitada, são necessários alguns componentes básicos para a armazenar: baterias, painéis solares, subpainéis de carga crítica e inversores. Depois, há três formas de armazenar a energia solar: bateria, energia mecânica e armazenamento térmico. Dependendo das suas necessidades e da utilização da energia solar (por exemplo, para alimentar uma casa suburbana de 110 metros quadrados ou um grande estabelecimento fora da rede), o processo pode ser diferente.
- Os custos iniciais de instalação - nos Estados Unidos, entre 10 000 e 25 000 dólares para uma casa residencial - podem ser caros para muitos consumidores. No entanto, alguns países têm programas governamentais que podem ajudar a compensar os custos de começar a utilizar a energia solar. Isto pode incluir recursos para a construção de um sistema eficiente em termos de custos ou para a obtenção de créditos fiscais disponíveis. Demorará algum tempo (cerca de uma década), mas deverá recuperar os custos de um sistema de painéis solares e ver as poupanças refletidas na sua fatura de eletricidade. Dependendo de fatores como o custo do seu sistema de energia solar e o tamanho da sua propriedade, a poupança nos custos de eletricidade pode ir de algumas centenas de dólares a alguns milhares de dólares por ano.
- A energia solar é uma das formas de energia mais sustentáveis atualmente disponíveis. Não só é abundante e renovável - o sol fornece energia suficiente todos os dias para satisfazer a nossa atual procura global de energia durante um ano inteiro - como também pode ser produzida economicamente e em grande escala. A produção solar não produz emissões de gases com efeito de estufa, requer custos de manutenção mínimos após a instalação dos painéis solares e fornece energia sem risco de contaminação da água ou do ar.
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