Aula 3 - Energia Solar

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O Sol é e sempre foi a principal energia para a manutenção da vida na superfície do planeta Terra
Inicialmente fornecendo subsidio biológico para o crescimento de plantas e vegetais marinhos, estes seres vivos 
serviram de fonte energética para outros animais, tais como o próprio ser humano, que se desenvolveram ao longo do 
curso de vida do nosso planeta.
Esta estrela que nos fornece luz e calor e sustenta a vida em nosso planeta também se mostra capaz de nos fornecer 
elementos para a manutenção do nosso estilo de vida que utiliza em muito a energia elétrica. 
Geração de energia elétrica com uso do Sol
Antes de mais nada devemos entender em que consiste o Sol.
O sol é uma estrela composta por primariamente de hidrogênio (74% de sua massa, ou 92% de seu 
volume) e hélio (24% da massa solar, 7% do volume solar), com traços de outros elementos, incluindo 
ferro, níquel, oxigênio, silício, enxofre, magnésio, néon, cálcio e crômio.
A energia do sol (energia solar) é produzida pelas fusões nucleares de átomos de hidrogênio no núcleo 
da estrela e se propaga pelo espaço em ondas eletromagnética
A energia solar viaja o espaço pela propagação de ondas eletromagnéticas dentre as quais chegam a 
superfície da Terra a luz visível, o ultra violeta, o infravermelho.
O senso comum tende a focar a cabeça das pessoas na produção de energia elétrica fotovoltaica como a 
única forma de se gerar energia elétrico com uso do Sol porém isto não é verdadeiro. Podemos 
aproveitar a energia do espectro infravermelho para produzir energia. Assim podemos dividir a geração 
com uso de energia solar em dois grupos:
Energia Fotovoltaica-
Energia Heliotérmica-
Iremos agora analisar cada uma delas.
Energia Elétrica Fotovoltaica
A energia elétrica fotovoltaica tem experimentado um grande crescimento de seu uso no últimos anos, por 
vários motivos tais como:
Barateamento do valor dos sistemas;-
Aumento do valor da energia elétrica;-
Má qualidade do serviço das concessionária;-
Ausência ou dificuldade de acesso aos serviços de concessionárias.-
A primeira grande utilização da energia fotovoltaica se deu na época das primeiras viagens espaciais, a partir 
de 1958. A partir de 1973 iniciou-se o uso desta energia na superfície terrestre se desenvolvendo até as 
décadas atuais onde se torna cada vez mais economicamente viável.
Efeito fotoelétrico
A geração de energia elétrica com uso da luz solar parte do princípio do efeito fotoelétrico que ocorre em 
semicondutores.
Quando semicondutores puros são expostos a luz, estes experimentos movimentação de seus elétrons e 
lacunas utilizando o efeito dos fótons contidos na luz solar. Porém apenas este efeito não tona possível a 
geração de uma corrente elétrica utilizável.
A parti da dopagem destes semicondutores e da união de laminas dopadas do tipo P e lâminas dopadas do 
tipo N formado uma junção PN é que torna possível a criação de tensões e correntes utilizáveis. Existem 
dispositivos com dopagens especiais que causam uma espécie de efeito avalanche capaz de utilizar poucos 
fótons para gerar grande quantidade de energia elétrica.
A geração de energia fotovoltaica se inicia quando o a luz solar atinge os semicondutores que em geral são 
organizados em células que são posicionados em placas que unem diversas células e as interligam para a 
criação de um sistema padronizado de tensão e potência.
Energia Solar
segunda-feira, 29 de agosto de 2022 20:23
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criação de um sistema padronizado de tensão e potência.
Estas placas solares podem utilizar células monocristalinas ou policristalinas, sendo estas as mais utilizadas 
mas existem outros tipos:
Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino
A tecnologia monocristalina é a mais antiga e possui a eficiência mais alta. Os painéis solares de silício 
monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis olhando de perto. Possuem uma cor uniforme, 
indicando silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados.
Eles são feitos a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de forma cilíndrica), este é 
fatiado como um "salame" fazendo assim, lâminas de silício individuais, que são então tratadas e 
transformadas em células fotovoltaicas. Cada célula fotovoltaica circular tem seus “4 lados” cortados fora 
para otimizar o espaço disponível no painel solar monocristalino e aproveitar melhor a área do painel. O 
painel solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e paralelo:
Eficiência média do painel solar monocristalino: 15 – 22% Técnica: Czochralski Forma: Arredondada Tamanho 
padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15. Cor: azul escuro ou quase preto (com 
antirreflexo), cinza ou azul acinzentado (sem antirreflexo)
Vantagens do painel solar monocristalino
Atualmente os painéis solares monocristalinos possuem a eficiência mais alta dentre as tecnologias 
comercialmente viáveis. 
-
A eficiência dos painéis solares monocristalinos está hoje entre 15% e 22%;-
Painéis solares de silício monocristalino ocupam menos espaço. -
Uma vez que estes painéis solares possuem uma eficiência maior eles necessitam de menos espaço 
para gerar a mesma quantidade de energia elétrica;
-
A vida útil dos painéis monocristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos;-
Tendem a funcionar melhor do que painéis solares policristalinos em condições de pouca luz.-
Desvantagens do painel solar monocristalino
Painéis solares monocristalinos são mais caros. -
Do ponto de vista financeiro, um painel solar que é feito de silício policristalino e, em alguns casos de 
filme fino, pode ser uma escolha melhor para os proprietários que se importam somente com o custo;
-
O processo Czochralski usado para produzir silício monocristalino resulta em grandes lingotes 
cilíndricos. Quatro lados são cortados dos lingotes para fazer as lâminas de silício, e por isso uma 
quantidade significativa do silício não é aproveitada naquela célula e precisa ser reciclado.
-
Painel solar fotovoltaico de silício policristalino
Os primeiros painéis solares à base de silício policristalino, que também são conhecidos como polisilício (p-Si) 
e silício multi-cristalino (mc-Si), foram introduzidos no mercado em 1981. Ambos, mono e poli cristalino são 
feitos de silício, a principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No 
policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de 
múltiplos cristais (daí o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta 
formação múltipla de cristais.
Uma vez fundido, eles são serrados em blocos quadrados e, em seguida, fatiados em células assim como no 
monocristalino, mas é um pouco mais fácil de produzir. Eles são semelhantes aos de um único cristal 
(monocristalino) tanto no desempenho como na degradação, exceto que as células são ligeiramente menos 
eficientes.
Eficiência média do painel solar policristalino: 14 – 20% Técnica: Fundição de polisilício, Aquecimento em 
forma. Forma: Quadrada Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15. Cor: azul 
(com antirreflexo), cinza prateado (sem antirreflexo).
Vantagens do painel solar policristalino
A quantidade de silício residual gerado durante o processo de corte das células fotovoltaicas é menor 
em comparação com monocristalino;
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Painéis policristalinos tendem a ser um pouco mais baratos que os painéis solares monocristalinos;-
A vida útil dos painéis policristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos.-
Desvantagens do painel solar policristalino
A eficiência de painéis solares policristalinos é tipicamente entre 14 e 20%. Isso é devido, 
principalmente, a menor pureza do polisilício. 
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Painéis solares monocristalinos são normalmente mais eficientes;-
Menos Watts/hora por m². -
Você normalmente precisa de uma área maior de painéis policristalinospara gerar a mesma 
quantidade de Watts/m² que o painel monocristalino. Isto não necessariamente significa que o Mono é 
melhor que o Poli.
-
A geração e utilização de energia elétrica fotovoltaica se destaca principalmente como uma forma de 
geração distribuída, ou seja, residências, estabelecimentos comerciais e industrias geram energia 
elétrica para o uso no dia a dia ou para injetar esta energia na rede elétrica existente para aquisição de 
créditos de compensação, o que diminui o valor final da conta de energia elétrica.
Algumas empresas de geração de energia elétrica estão também investindo em grandes áreas, 
principalmente em locais desérticos, nas chamadas fazendas solares, para a geração de grandes 
quantidade de energia elétrica com uso de sistemas fotovoltaicos para a posterior transmissão, 
distribuição e consumo nos sistemas elétricos convencionais.
Em locais remotos, onde não há acesso ao sistema de distribuição de energia elétrica, pode-se montar 
sistemas que sejam capazes de, além de fornecer a energia elétrica do uso do dia, mas também 
armazenar em bancos de baterias para seu uso nos períodos noturnos, chamados sistemas Off-Grid. 
Este sistema esbarra em uma barreira ainda em estudo pelos grandes centros de pesquisa que é o 
tamanho, valor e eficiencia das baterias utilizadas para armazenar energia elétrica.
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Outra forma de se utilizar a energia fotovoltaica é com o método de compensação com uso dos 
chamados sistemas On-Grid.
Nestes sistemas o consumidor final, que deverá estar em locais em que se tenha acesso ao sistema de 
distribuição de alguma concessionária de distribuição de energia elétrica, irá em momentos de baixo 
consumo gerar energia com uso de placas fotovoltaicas, injetar esta energia na rede elétrica. Vale 
ressaltar que esta tensão terá que ser injetada na forma senoidal com uso de inversores de frequência.
A energia injetada na rede elétrica será contabilizada por um relógio medidor bidirecional, e isto irá 
gerar credito que será consumido nos períodos de maior consumo do usuário ou no período noturno em 
que não se possui geração de energia por meio das placas fotovoltaicas.
Segundo um levantamento da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), a energia 
solar se tornou a terceira maior fonte da matriz elétrica brasileira – a frente das termelétricas a gás 
natural e biomassa. A pesquisa também mostra que a tecnologia soma 16,4 gigawatts de capacidade 
aplicada.
Agora, a potência instalada de energia solar no país só fica atrás da hídrica e da eólica. A diferença para 
as fontes de gás natural e biomassa é pequena. Mas o que mais anima o setor é que, nos últimos dez 
anos, esse mercado só experimentou crescimento. Um avanço puxado, principalmente, pela geração de 
energia solar nas casas.
Atualmente, 70% da energia solar produzida por aqui vem de pequenos sistemas instalados nos 
telhados das residências, comércios e propriedades rurais.
Energia Heliotérmica
A geração de energia fotovoltaica se dá pela utilização da luz visível para produção dos efeitos 
fotoeletricos nos semicondutores e então a criação da energia elétrica. Porém como vimos 
anteriormente, o sol irradia para nosso planeta além da luz, o calor por meio da irradiação do 
infravermelho.
Assim sendo, existe a possibilidade de utilizar esta energia como forma de criar meios para geração de 
energia mecânica e posterior geração de energia elétrica do mesmo modo que as termelétricas. A esta 
forma de geração chamamos de geração heliotérmica.
Neste sistema de geração de energia o calor do sol é direcionado para aquecer substancias que irão 
conduzir o calor para que seja possível a o aquecimento de um tanque de água para a criação de vapor 
em alta pressão, este vapor irá ser direcionado a turbinas que irão girar um gerador, Ciclo de Rankine.
Existem basicamente dois tipos de usinas heliotérmicas, as concentradas e as distribuídas
As usinas concentradas, utilizam espelhos eletricamente controlados para direcionar a energia solar ao 
topo de uma torre onde há uma janela que dá acesso a substancia a ser aquecida.
As usinas heliotermicas distribuidas, utilizam uma sequencia de espelhos que direcionam a energia solar 
a um ponto focal proximos a eles, em geral são espelhos concavos. No centro focal destes espelhos há 
uma tubulação que conduz o liquido a ser aquecido.
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Após o aquecimento do liquido, este irá conduzir o calor a caldeira para gerar vapor, assim podemos 
dizer que substituímos a queima de combustíveis fósseis ou outros pela energia provindo do sol.
PRIMEIRA USINA DE ENERGIA TERMOSSOLAR DA 
AMÉRICA LATINA
Usina Heliotérmica em Andaluzia Espanha
 Página 4 de Energia Elétrica e energia Hidraulica 
https://www.youtube.com/watch?v=n8wUkNc1o6M
https://www.youtube.com/watch?v=n8wUkNc1o6M
https://www.youtube.com/watch?v=KT8LZShHDQo