Energia fotovoltaica é uma forma de energia renovável obtida a partir da radiação solar e convertida em eletricidade através do uso de células fotovoltaicas. Essas células, geralmente feitas de materiais semicondutores como o silício, capturam fótons de luz solar e geram corrente elétrica.
O processo de geração elétrica de um sistema fotovoltaico começa com painéis solares , que consistem em múltiplas células fotovoltaicas conectadas em série ou paralelo. Quando a luz solar atinge as células, os elétrons no material semicondutor ficam excitados e se movem, criando uma corrente elétrica direta.
Essa corrente é coletada e enviada através de fios para um inversor, que converte a corrente contínua em corrente alternada , que é a forma de eletricidade usada em residências e na indústria.
Definição de energia fotovoltaica
Energia fotovoltaica é uma forma de energia renovável que converte luz solar em eletricidade usando o efeito fotovoltaico. Esse processo ocorre em células fotovoltaicas, geralmente feitas com materiais semicondutores, como o silício, que geram corrente elétrica quando expostas à radiação solar.
Essa tecnologia é usada em sistemas de geração distribuída, como painéis solares em residências, e em usinas solares de grande porte para abastecer a rede elétrica. Sua principal vantagem é aproveitar uma fonte inesgotável de energia sem gerar emissões poluentes, o que a torna uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis.
Como funciona a energia fotovoltaica?
A energia solar fotovoltaica funciona convertendo diretamente a luz solar em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico. Esse processo ocorre em células fotovoltaicas, geralmente feitas de silício, um material semicondutor. Quando a luz solar atinge essas células, os fótons transferem sua energia para os elétrons no material, gerando uma corrente contínua.
Para uso em aplicações domésticas e industriais, a eletricidade gerada é canalizada para um inversor, que converte a corrente contínua em corrente alternada, compatível com a rede elétrica e dispositivos elétricos.
Dependendo do sistema, a energia pode ser consumida no momento, armazenada em baterias ou injetada na rede elétrica. Por ser uma fonte renovável e limpa, a energia fotovoltaica é uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis.
Componentes de uma instalação fotovoltaica
Um sistema fotovoltaico consiste em vários componentes que trabalham juntos para converter radiação solar em eletricidade utilizável.
Veja como funciona um sistema solar fotovoltaico básico:
Painéis solares
Os painéis solares, também conhecidos como painéis fotovoltaicos, são compostos de células fotovoltaicas contendo materiais semicondutores, geralmente silício. Quando fótons de luz solar atingem as células, eles excitam elétrons no material semicondutor e geram uma corrente contínua.
Fiação e conexões
Os painéis solares são conectados em série ou paralelo para aumentar a corrente ou a voltagem conforme necessário. Cabos elétricos e conectores especiais são usados para interconectar os painéis e criar um conjunto solar.
Inversor de energia
A corrente elétrica gerada pelos painéis solares é corrente contínua (CC), mas a maioria dos dispositivos e a rede elétrica usam corrente alternada (CA). Portanto, um inversor é usado para converter corrente contínua em corrente alternada. O inversor de energia também controla e monitora o desempenho do sistema.
Medidor bidirecional e sistema de conexão à rede (se aplicável)
Em alguns sistemas fotovoltaicos, especialmente aqueles conectados à rede elétrica, um medidor bidirecional é usado para medir a quantidade de eletricidade gerada e a quantidade de eletricidade consumida. Se o sistema estiver conectado à rede, o excesso de eletricidade gerada pode ser enviado à rede, e o medidor registra essa produção adicional.
Baterias (opcional)
Algumas instalações solares incluem baterias para armazenar o excesso de eletricidade gerada durante o dia e usá-la à noite ou em períodos de baixa radiação solar.
As baterias permitem a autossuficiência energética e o uso da eletricidade gerada mesmo quando a luz solar não está disponível.
Vantagens da energia fotovoltaica
Os sistemas fotovoltaicos oferecem diversas vantagens em comparação com outras fontes de energia. Aqui estão algumas das principais vantagens desta tecnologia:
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Energia renovável e sustentável: A energia fotovoltaica é baseada na radiação solar, uma fonte inesgotável de energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, que são limitados e contribuem para o esgotamento dos recursos naturais, a energia solar é uma opção sustentável a longo prazo.
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Zero emissões e ecologicamente correto: Durante a geração de eletricidade usando painéis solares, nenhuma emissão de gases de efeito estufa ou poluentes são liberados no meio ambiente. Isso contribui para reduzir a pegada de carbono e mitigar as mudanças climáticas. -
Economia de custos a longo prazo: uma vez instalado, um sistema fotovoltaico pode gerar eletricidade gratuita a partir do sol. Isso permite reduzir ou até mesmo eliminar a dependência da rede elétrica convencional e reduzir os custos de energia a longo prazo.
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Independência energética: a instalação de painéis solares permite que os usuários gerem sua própria eletricidade. Isso proporciona independência energética e reduz a vulnerabilidade a possíveis quedas de energia.
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Ampla aplicabilidade e escalabilidade: Os sistemas fotovoltaicos podem ser adaptados a diferentes necessidades e escalas, desde instalações residenciais até projetos de grande porte.
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Baixa manutenção: os painéis solares exigem manutenção mínima. Geralmente, é necessário apenas limpá-los periodicamente para garantir que a radiação solar chegue até eles de forma eficiente.
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Geração distribuída: Os sistemas fotovoltaicos podem ser instalados em áreas próximas ao ponto de consumo, o que reduz perdas na transmissão e distribuição de energia elétrica, otimiza a eficiência e contribui para a estabilidade da rede elétrica.
Países com maior produção de energia fotovoltaica
A porcentagem de energia elétrica gerada pela energia solar fotovoltaica no mundo tem experimentado um crescimento significativo nos últimos anos. Segundo dados da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA), no final de 2020, a capacidade instalada de energia solar fotovoltaica no mundo atingiu 773 gigawatts (GW).
De acordo com o relatório Renewables 2021 da Agência Internacional de Energia (AIE), em 2020, a energia solar fotovoltaica foi responsável por cerca de 3% da geração global de eletricidade em todo o mundo.
Abaixo está uma tabela mostrando alguns dos principais países em termos de geração de energia fotovoltaica em 2022.
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País |
Capacidade instalada de energia fotovoltaica (GW) |
Porcentagem de energia solar em comparação com outras fontes de energia |
|
China |
252 |
12,7% |
|
EUA |
110 |
3,4% |
|
Japão |
67 |
9,7% |
|
Alemanha |
52 |
11,8% |
|
Índia |
45 |
4,2% |
|
Austrália |
20 |
7,3% |
|
Coréia do Sul |
16 |
2,9% |
|
França |
12 |
2,7% |
|
Itália |
20 |
8,6% |
|
Espanha |
10 |
7,3% |
Eficiência dos painéis fotovoltaicos
Atualmente, a melhor taxa de conversão de luz solar em eletricidade é de cerca de 21,5%.
Dependendo da construção, os painéis fotovoltaicos podem produzir eletricidade a partir de uma faixa específica de frequências de luz. No entanto, geralmente não consegue cobrir todo o alcance solar. Especificamente, as células fotoelétricas não conseguem converter luz ultravioleta , infravermelha e luz fraca ou dispersa em eletricidade.
Uma maneira de aumentar a eficiência dos painéis solares seria iluminá-los com luz monocromática; eficiências muito maiores poderiam ser obtidas.
Portanto, outro conceito de design é dividir a luz em diferentes comprimentos de onda. Uma vez separados, direcione-os para diferentes células sintonizadas nessas faixas. Uma instalação deste tipo é capaz de aumentar a eficiência elétrica em 50%.
Exemplos de usos e aplicações
O objetivo dos sistemas fotovoltaicos é a produção de eletricidade que pode ser utilizada em diversas aplicações. Aqui estão alguns exemplos:
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Geração de energia elétrica em larga escala. Existem grandes usinas de energia conectadas diretamente à rede elétrica que podem gerar centenas de megawatts. No entanto, essas fazendas solares são construídas usando concentradores solares e operam como uma usina termelétrica.
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Sistemas integrados em telhados e edifícios: Esses sistemas podem ser para autoconsumo de energia elétrica, mas também podem ser conectados à rede pública.
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Eletrificação rural. Este tipo de aplicação solar é usado em vilas rurais onde as linhas de energia estão longe da população.
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Iluminação pública e rodoviária.
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Sistemas autônomos para alimentar pequenos dispositivos, como calculadoras, carregadores solares de celular, etc.
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No transporte: alguns veículos elétricos têm sistemas solares integrados para alimentar um motor elétrico e obter potência de propulsão.
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Torres de comunicação e sinalização que utilizam dispositivos elétricos que não consomem grandes quantidades de energia elétrica e que são difíceis de conectar à rede de distribuição elétrica.
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Uso em naves espaciais e estações espaciais , já que as fontes de energia disponíveis no espaço são escassas.
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Sistemas de bombeamento de água.
Tipos de instalações fotovoltaicas
As instalações fotovoltaicas são divididas em duas categorias principais de acordo com sua relação com a rede elétrica:
Sistemas conectados à rede elétrica pública
Esses sistemas fotovoltaicos são conectados à rede elétrica pública. Nessa abordagem, os painéis solares geram eletricidade quando a luz solar está disponível. Se a produção de eletricidade exceder a demanda local no momento, o excedente é injetado na rede elétrica. Em troca, o proprietário do sistema pode receber créditos ou compensação pela eletricidade gerada, o que geralmente é chamado de "medição líquida".
Essa abordagem é comum em áreas urbanas e comerciais e pode incluir grandes usinas fotovoltaicas ou parques solares que geram eletricidade em larga escala.
Sistemas off-grid
Os sistemas off-grid são independentes da rede elétrica pública e são utilizados para autoconsumo em locais que não têm acesso à rede elétrica ou em aplicações específicas. Esses sistemas geram eletricidade a partir da energia solar e a armazenam em baterias para uso posterior.
Eles são usados em casas isoladas, estações meteorológicas remotas, iluminação pública em áreas rurais ou locais remotos e em situações onde não é possível ou econômico conectar-se à rede elétrica convencional.