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Energia Fotovoltaica

energia fotovoltáica

Para chegarmos ao uso da energia fotovoltáica atualmente, precisamos voltar um pouco no tempo, e saber como o homem foi aos poucos descobrindo novas fontes de energia para dar evolução e continuidade aos trabalhos que executava.

Vamos lá!

As primeiras fontes de energia

A energia fotovoltaica está entre as energias mais limpas.
A energia fotovoltaica está entre as energias mais limpas.

A primeira energia usada pelo homem foi a energia solar, quando usava o sol para derreter o gelo e transformar em água, curtir o couro dos animais para transformar em vestimenta, para secar as roupas e para aquecer-se. Depois passou a usar a energia eólica para movimentar os barcos, os moinhos e para bombear água.

Conforme as necessidades foram surgindo, junto foi preciso encontrar mais formas de acelerar os processos de conclusão dos trabalhos, inclusive pela grande necessidade de competitividade que sempre habitou a alma humana. Para ser competitivo era necessário possuir técnicas que agilizassem os trabalhos.

Surgiu então a energia hidráulica proveniente do uso da água, e em paralelo a força dos grandes animais como energia de tração. Mais adiante surgiu o uso do carvão nas indústrias e nos transportes. O carvão gerava a energia a vapor que era usada nas locomotivas e nas caldeiras.

Logo depois, no século XIX, foi descoberto que o petróleo, um combustível fóssil e nocivo conhecido desde a pré-história, podia através da gasolina e seus derivados serem usados como propulsor de várias máquinas, equipamentos e transportes.

No século XX a energia retirada do núcleo dos átomos, a energia nuclear, passou a ser usada e seu combustível é o urânio, aumentando os riscos de degradação do meio ambiente, juntamente com o carvão e com o petróleo.

A necessidade de energia limpa

As únicas energias limpas, sustentáveis e renováveis são a solar, a eólica e a hidráulica. Por isso, a partir do sol, foi desenvolvida a energia fotovoltaica.

A queima do carvão e do petróleo é a causadora do efeito estufa e alteração do clima no planeta, enquanto o urânio por causa das explosões dos reatores nas usinas nucleares, como aconteceu em Chernobyl em 1986, pode causar danos também irreversíveis à natureza e ao ser humano, por causa das partículas de radioatividade que ficam suspensas no ar.

O maior risco que a energia nuclear pode causar à humanidade é o das bombas nucleares. Seu poder de destruição é incalculável, podendo destruir uma cidade inteira como aconteceu em Hiroshima e Nagasaki. Depois disso, muitos testes ainda acontecem. Infelizmente a energia fotovoltaica não é a mais difundida e utilizada no planeta.

Como surgiu a energia fotovoltáica

Os primeiros efeitos fotovoltaicos foram descobertos no século XIX, no ano de 1838 pelo físico francês Alexandre Becquerel, que deram origem às atuais células de energia fotovoltaica. Ele fazia experiências com uma bateria eletrolítica, cujos eletrodos eram de platina, quando percebeu que a corrente aumentava quando exposta ao sol.

A energia fotovoltaica foi largamente pesquisada, tendo vários cientistas em épocas diferentes que fizeram descobertas relativas ou até mesmo diretamente ligadas a esse tipo de energia. Como vimos acima, começou em 1839 e até hoje continua a ser estudada e aperfeiçoada, embora infelizmente, apenas 1% da energia mundial seja usada na forma de energia fotovoltaica.

Por ser a energia fotovoltaica de alto custo, foi em 2011 com o crescimento do número de fábricas solares na China que o preço começou a cair, passando a custar $1,25 por watt para módulos fotovoltaicos de silício. No mesmo ano, a SunPower, empresa americana, comercializa o primeiro painel solar convencional, com uma eficiência superior a 20%.

Energia fotovoltaica 3D

Como a finalidade é aperfeiçoar, em 2012 foi criada a primeira célula de energia fotovoltaica 3D. E por que foi criada uma célula 3D para capturar mais fótons e gerar mais energia?

Nem todos os fótons que atingem a célula são transformados em energia. Uma grande parte se reflete e depois se perde. Com a célula 3D o aproveitamento dos fótons é maior, e também, consegue reduzir os painéis solares em peso, tamanho, tornando-os mais simples e eficientes.

O que torna os painéis de energia fotovoltaica 3D mais eficientes, é que são providos de nanotubos de carbono de diversos tamanhos. Essa diferença de tamanho cria espaços que aprisionam uma quantidade maior de fótons, fazendo com que sejam mais eficientes no funcionamento. Ao capturar mais luz e acomodar em formato 3D, é possível diminuir o tamanho dos painéis.

Além de serem 3D esses painéis também são móveis e se ajustam constantemente sua posição e acompanham o movimento do sol, capturando assim mais luz e consequentemente armazenam mais energia o que faz com que sua duração seja por maior tempo.

Essa tecnologia permitirá que os painéis solares de energia fotovoltaica de satélites e naves espaciais sejam menores e mais leves, permitindo que as naves levem mais carga e se tornem menos caras para o lançamento.

A energia fotovoltaica pode ser armazenada em painel monocristalino ou policristalino, sendo que o material usado para armazenar a energia é o silício, e a pureza do silício vai interferir no desempenho do painel.

Tipos de Painel Solar de energia fotovoltaica

Há vários tipos de painéis de energia fotovoltáica.
Há vários tipos de painéis de energia fotovoltáica.

Existem vários tipos de painéis de energia fotovoltaica, sendo que a escolha vai depender da necessidade de cada um. Existem fatores que influenciam na escolha dos painéis, como, eficiência, espaço disponível, custo e garantia.

Portanto, antes de escolher é necessário analisar as necessidades e pesquisar cada um dos modelos disponíveis, para que haja o retorno esperado. Abaixo estão relacionados alguns modelos

Painel Solar Fotovoltaico de Silício Monocristalino

Painel de energia Fotovoltaica de Silício Monocristalino
Painel de energia Fotovoltaica de Silício Monocristalino

A eficiência da tecnologia monocristalina é de 15% a 22%. Além de ser a mais eficiente é a mais antiga usada comercialmente. O silício usado é de alta pureza, o que confere ao painel uma cor uniforme. Este tipo de painel possui forma arredondada. Neste painel, o silício é fundido a partir de um único cristal de alta pureza, daí o nome monocristalino.

Os modelos são dois: com anti-reflexo, sendo que a cor fica entre o azul escuro, quase preto, e sem anti-reflexo, cuja cor é cinza ou azul acinzentado.

  • Vantagens: é o mais eficiente; ocupa menos espaço; vida útil além de 30 anos; funcionam bem mesmo com pouca luz.
  • Desvantagens: são mais caros; o processo utilizado para produzir o silício (Método Czochralski) resulta em uma grande perda do silício, fazendo com que precise ser reciclado.

Painel Solar Fotovoltaico de Silício Policristalino

Painel de Energia Fotovoltaica de Silício Policristalino.
Painel de Energia Fotovoltaica de Silício Policristalino.

Este painel, também produzido com silício, tem como diferença do monocristalino o método utilizado na fundição dos cristais. Neste, os cristais de silício são fundidos em um bloco preservando os vários cristais, daí o nome policristalino. Os blocos são fatiados em células e são mais fáceis de serem produzidos do que o mono.

A partir de 1981 começaram a surgir no mercado. A eficiência fica em torno de 14% a 20%, possui formato quadrado, a técnica usada para confecção é a fundição de polisilício, e também existem dois modelos; com anti-reflexo e sem anti-reflexo.

  • Vantagens: menor quantidade de resíduo de silício gerada durante a confecção; mais baratos que os monocristalinos; vida útil de mais de 30 anos.
  • Desvantagens: menor eficiência; menos watts por hora por metro quadrado.

Esses dois acima especificados são os mais comumente usados tanto na indústria como em residências. Porém, existem outros tipos, como: Painéis Solares de Filme Fino; Painéis Solares de Silício Amorfo; Painéis Solares de Telureto de Cádmio; Painéis Solares de Seleneto de Cobre, de Índio e de Gálio; Células Fotovoltaicas Orgânicas; painéis Solares Híbridos.

Como podemos constatar, já existem muitos tipos de painéis solares de energia fotovoltaica, sendo que o que apenas ainda falta, é o incentivo dos governos para a ampliação do uso e um menor custo para que seja possível num futuro que esperamos não esteja tão longe, ser usado em todo tipo de construção