O poder do sol
O sol é a fonte de energia mais importante do nosso planeta. A quantidade de energia que os raios solares entregam na superfície global é mais que 10000 vezes maior que a necessidade mundial, incluindo todos os tipos de consumo como para residências, consumo e transporte.
De toda a radiação emitida pelo sol, somente uma fração é interceptada pela terra, e mesmo esta pequena fração é ainda filtrada pela nossa atmosfera, criando as condições ideais para a vida no nosso planeta.
Apenas para ter uma ideia da potência solar, a temperatura na superfície do mesmo é estimada em cerca de 5800 ºC, enquanto na terra, mesmo na região mais quente, a temperatura ambiente raramente passa de 50 ºC.
Durante a evolução humana, as populações ao redor do mundo descobriram inúmeros usos para esse magnífico potencial. Para as tribos nômades primitivas, por exemplo, a caça e coleta sazonal foi se adaptando gradualmente com a observação de como as coisas mudavam dependendo da estação do ano (maior ou menor disponibilidade de sol). Quando as primeiras civilizações começaram a desenvolver a agricultura, o entendimento dos ciclos do sol e sua influência nas colheitas, além dos métodos primitivos de secagem de alimentos, foram fundamentais para a perpetuação desses povos.
A posição da terra e sua rotação ao redor do sol forma as diferentes estações e climas de cada região de nosso planeta. A formação de ventos e os ciclos de chuva também ocorrem devido à irradiação solar incidente na terra, que então aquece imensas massas de ar, assim como gera a evaporação de água de oceanos, rios e lagos, criando ciclos atmosféricos dinâmicos que percebemos na forma de nuvens e chuvas.
Todos os seres vivos dependem do sol de alguma forma para sobrevivência. O processo de fotossínteses por exemplo, que é responsável pelo crescimento das plantas, é baseado na absorção de pequenas quantias de radiação solar ao longo do tempo. As plantas então conseguem fixar dióxido de carbono da atmosfera e utilizar nutrientes do solo para seu próprio crescimento.
O sol influencia completamente a forma como vivemos. Períodos de calor e frio, assim como as variações climatológicas ao longo do ano têm relação direta com a posição do sol durante esse determinado período. Nas regiões próximas à linha do Equador, a quantidade de horas de sol é relativamente constante ao longo do ano, enquanto em localidades com alta latitudes como o norte da Europa e os extremos sul e norte das Américas os dias podem ser tão curtos como poucas horas no inverno, até mais de 20 horas durante o verão. Devido à essa grande variação, aprendemos a entender os ciclos solares para adaptar nossa forma de viver de acordo com as condições existentes.
As casas, por exemplo, podem ser construídas com janelas maiores ou menores de forma a aumentar ou reduzir a influência solar na temperatura do ambiente interno. Uma casa construída em uma região fria pode ter a posição otimizada para que haja maior absorção de energia solar durante os dias frios.
Novas tecnologias de materiais e métodos de construção foram desenvolvidas nas últimas décadas para aproveitar melhor o potencial solar para diversas finalidades como iluminação natural, aquecimento e ventilação passiva, aquecimento de água doméstica, e ultimamente para geração de eletricidade.
Esse desenvolvimento coincide com o rápido crescimento populacional e a crescente demanda de energia em várias formas: eletricidade, calor, frio, transporte, etc. Vários países vêm investindo consideráveis quantias em tecnologias mais limpas para produção de energia. As tecnologias para aproveitamento da energia solar já estão sendo usadas como alternativa para os combustíveis fósseis e podem prover diversos serviços:
- Geração de energia térmica na forma calor com sistemas que podem prover temperaturas desde 30 ºC utilizando coletores simples até mais de 2000 ºC usando métodos de concentração da irradiação solar;
- Geração de energia elétrica;
- Sistemas de resfriamento/climatização;
- Tratamento de água e processos de dessalinização de água do mar;
- Geração dos chamados combustíveis solares, que são compostos como hidrogênio (H2) e gases sintéticos que são gerados a partir do uso da energia solar, e podem substituir os combustíveis fósseis;
A alternativa mais simples e eficiente de substituir o uso de eletricidade ou combustíveis é a implementação de aquecedores solares para água. Este tipo de sistema já é popular em muitos países e existem várias alternativas no mercado. A economia com a conta e energia em locais com boa irradiação pode chegar a mais de 40% ao instalar um aquecedor solar para substituir os chuveiros elétricos.
Uma das tecnologias solares que mais ganham popularidade nos últimos tempos é a fotovoltaica, também chamada de FV. Essa tecnologia se baseia em painéis feitos com materiais semicondutores que geram corrente elétrica e voltagem através da absorção da radiação solar. Essa tecnologia é a mais promissora para geração de eletricidade no local de consumo, e já existe diversos países implementando programas de incentivo para o seu uso tanto residencial como em grande escala. As alternativas de painéis disponíveis no mercado possuem eficiências entre 15 a 20 % e existem inúmeros centros de pesquisa e empresas buscando aumentar a eficiência e reduzir os custos de fabricação e instalação. Como o sol não está sempre disponível, o uso de baterias está se tornando uma alternativa interessante para o armazenamento de energia para uso em outros momentos. Esta solução pode trazer eletricidade para zonas remotas sem acesso à rede elétrica.
Outro interessante grupo de tecnologias para o uso da irradiação solar são os sistemas de Concentração Solar de Potência (CSP). Um sistema CSP utiliza espelhos com diferentes formatos e rastreamento para concentrar a radiação solar em uma região focal que pode ser uma linha ou um ponto, e nessa região produzir temperaturas suficientes para geração de vapor que pode então ser usado para gerar eletricidade em turbinas convencionais. Um campo solar CSP tem a capacidade de gerar vapor a temperaturas e pressões similares à gerada por usinas termelétricas, substituindo a necessidade de queima de combustíveis fósseis. Inúmeros projetos de escala entre 50 MW até mais de 300 MW já existem em operação em vários países, principalmente na Espanha e Estados Unidos. A energia térmica gerada ao longo do dia pode ser armazenada e algumas plantas têm capacidade de gerar eletricidade por 24 horas durante os dias de verão.
A energia solar de concentração também pode ser usada para gerar calor para processos industriais. Atualmente trabalho em uma empresa especializada nesse tipo de sistema e a cada dia buscamos novas formas de integração em plantas industriais novas ou já em operação. As temperaturas produzidas podem chegar a 400 ºC para geração de vapor, ar aquecido ou óleo térmico, dependendo das necessidades do cliente. O consumo de energia para o setor industrial representa cerca de 1/3 da demanda total mundial de energia, sendo cerca de 75% dessa demanda é usada na forma de calor.
Conclusão
A energia solar pode contribuir de forma significativa para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e mitigar os efeitos da mudança climática.
Ainda existe um longo caminho de aprendizado para o uso mais amplo da energia solar, mas o futuro já nos aponta a direção para essa fonte inesgotável que pode satisfazer as nossas necessidades energéticas.
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Muito obrigado pela leitura e pelo suporte!
