A 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 da 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 contínua.
Essa corrente é coletada e enviada através de fios até um inversor, que converte corrente contínua em corrente alternada , que é a forma de eletricidade utilizada nas residências e na indústria.
Partes e funcionamento de uma instalação fotovoltaica
Um sistema fotovoltaico consiste em vários componentes que trabalham juntos para converter a radiação solar em eletricidade utilizável.
O seguinte descreve como funciona um sistema básico de energia solar fotovoltaica:
Painéis solares
Os painéis solares, também conhecidos como painéis fotovoltaicos, são constituídos por células fotovoltaicas que contêm materiais semicondutores, geralmente silício. Quando os fótons da luz solar atingem as células, eles excitam os elétrons do material semicondutor e geram uma corrente elétrica direta.
Fiação e conexões
Os painéis solares são conectados em série ou paralelo para aumentar a corrente ou tensão conforme necessário. Cabos elétricos e conectores especiais são usados para interligar os painéis e criar um painel solar.
Investidor
A corrente elétrica gerada pelos painéis solares é corrente contínua (CC), mas a maioria dos dispositivos e a rede elétrica utilizam corrente alternada (CA). Portanto, um inversor é usado para converter corrente contínua em corrente alternada. O inversor 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 utilizado para medir a quantidade de eletricidade gerada e a quantidade de eletricidade consumida. Se o sistema estiver conectado à rede elétrica, o excesso de eletricidade gerada pode ser enviado para a 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 utilizá-la à noite ou em horários 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:
- Energia renovável e sustentável: A energia fotovoltaica baseia-se na radiação solar, uma fonte inesgotável de energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, cuja disponibilidade é limitada e contribui para o esgotamento dos recursos naturais, a energia solar é uma opção sustentável a longo prazo.
- Emissões zero e amigo do ambiente: Durante a geração de eletricidade através de painéis solares, não são libertadas emissões de gases com efeito de estufa ou poluentes no ambiente. Isto contribui para reduzir a pegada de carbono e mitigar as alterações climáticas.
- Economia de custos a longo prazo: Uma vez instalado, um sistema fotovoltaico pode gerar eletricidade gratuitamente a partir do sol. Isto permite reduzir ou mesmo eliminar a dependência da rede elétrica convencional e reduzir os custos de energia a longo prazo.
- Independência energética: a instalação de painéis solares permite aos utilizadores gerar a sua própria eletricidade. Isto proporciona independência energética e reduz a vulnerabilidade a potenciais cortes de energia.
- Ampla aplicabilidade e escalabilidade: Os sistemas fotovoltaicos podem ser adaptados a diferentes necessidades e escalas, desde instalações residenciais até projetos de grande escala.
- Baixa manutenção: Os painéis solares requerem manutenção mínima. Geralmente, só é necessário limpá-los periodicamente para garantir que a radiação solar caia de forma eficiente.
- Geração distribuída: Os sistemas fotovoltaicos podem ser instalados em áreas próximas ao ponto de consumo, o que reduz as 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
O percentual 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 em todo o mundo atingiu 773 gigawatts (GW).
De acordo com o relatório Renováveis 2021 da Agência Internacional de Energia (AIE), em 2020, a energia solar fotovoltaica foi responsável por cerca de 3% da geração global de eletricidade no mundo.
Abaixo segue uma tabela com alguns dos principais países em termos de geração de energia fotovoltaica em 2022.
|
País |
Capacidade instalada de energia fotovoltaica (GW) |
Porcentagem de energia solar em comparação com outras fontes de energia |
|
China |
252 |
12,7% |
|
Estados Unidos |
110 |
3,4% |
|
Japão |
67 |
9,7% |
|
Alemanha |
52 |
11,8% |
|
Índia |
Quatro cinco |
4,2% |
|
Austrália |
vinte |
7,3% |
|
Coreia do Sul |
16 |
2,9% |
|
França |
12 |
2,7% |
|
Itália |
vinte |
8,6% |
|
Espanha |
10 |
7,3% |
Eficiência dos painéis fotovoltaicos
Atualmente, a melhor taxa de conversão da luz solar em eletricidade gira em torno de 21,5%.
Dependendo da construção, os painéis fotovoltaicos podem produzir eletricidade a partir de uma faixa específica de frequências de luz. De qualquer forma, em geral não consegue cobrir toda a faixa solar. Especificamente, as células fotoelétricas não podem converter luz ultravioleta , infravermelha e luz baixa ou difusa em eletricidade.
Uma forma de aumentar a eficiência dos painéis solares seria iluminá-los com luz monocromática, podendo ser obtidas eficiências muito maiores.
Portanto, outro conceito de design é dividir a luz em diferentes comprimentos de onda. Uma vez separados, direcione-os para células diferentes sintonizadas nessas faixas. Uma instalação deste tipo é capaz de aumentar a eficiência elétrica em 50%.
Exemplos de usos e aplicações
A finalidade dos sistemas fotovoltaicos é a produção de eletricidade que pode ser utilizada em múltiplas aplicações. aqui estão alguns exemplos:
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Geração de energia elétrica em grande escala. Existem grandes usinas conectadas diretamente à rede elétrica que podem gerar centenas de megawatts. No entanto, estes parques solares são construídos através de concentradores solares e funcionam como uma central térmica.
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Sistemas integrados em coberturas e edifícios: Estes sistemas podem ser de autoconsumo eléctrico mas também podem ser ligados à rede pública.
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Eletrificação rural. Este tipo de aplicação solar é utilizado em aldeias rurais onde as linhas de energia estão muito distantes da população.
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Iluminação de ruas e rodovias.
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Sistemas independentes para alimentar pequenos dispositivos como calculadoras, carregadores solares móveis, etc.
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Nos transportes: alguns veículos elétricos integraram sistemas solares para acionar um motor elétrico e obter energia motriz.
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Torres de comunicações 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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Utilização em naves espaciais e estações espaciais , uma vez 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 dividem-se em duas categorias principais de acordo com a sua relação com a rede elétrica:
Sistemas ligados à rede elétrica pública
Esses sistemas fotovoltaicos estão conectados à rede elétrica pública. Nesta abordagem, os painéis solares geram eletricidade quando a luz solar está disponível. Se a produção de electricidade exceder a procura local nesse momento, o excedente é injectado na rede eléctrica. Em troca, o proprietário do sistema pode receber créditos ou compensação pela eletricidade gerada, muitas vezes chamada de “medição líquida”.
Esta abordagem é comum em áreas urbanas e comerciais e pode incluir grandes centrais fotovoltaicas ou parques solares que geram eletricidade em grande escala.
Sistemas fora da rede
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 residências isoladas, estações meteorológicas remotas, iluminação de estradas em áreas rurais ou locais remotos e em situações onde não é possível ou rentável conectar-se à rede elétrica convencional.