Gestão Ambiental : TECNOLOGIAS APLICADAS E A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

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TECNOLOGIAS APLICADAS E A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
RESUMO
O presente artigo relata um breve histórico da energia solar fotovoltaica, seus fundamentos teóricos e práticos e revela seu uso como fonte de energia limpa, conceituando seus mecanismos e bases de funcionamento. Pautaremos também sobre o uso de fonte de energias limpas como forma de minimizar os impactos ambientais causados pelas ações antrópicas, diminuindo assim a emissão de poluentes causada pelo constante uso de fontes não renováveis, como combustíveis fósseis. Trataremos das questões causadoras de embargo do uso de energia solar na nossa região revelando barreiras políticas, sociais e econômicas que impedem que o uso da mesma seja disseminado de forma popular e a baixo custo. Por fim dissertaremos os avanços tecnológicos das células fotovoltaicas, seu uso na nossa região, a relação custo benefício, sem esquecer o retorno à natureza, uma vez que se fará o bom uso da mesma sem alterar o meio ambiente. Da mesma forma o setor financeiro é beneficiado através do uso de formas sustentáveis de eletricidade, diminuindo o gasto na conta de luz e recebendo créditos na concessionária. 
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Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica. Energia limpa. Painéis. Sustentabilidade. Tecnologia.
1. A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
 
É inegável que vivemos numa era tecnológica, onde quase tudo é mecanizado ou adaptado automaticamente, uma vez que o homem vive numa eterna busca por satisfazer suas necessidades. Para isso vai modificando a natureza, moldando nela suas vontades, construindo suas ideias e devastando cada vez mais. Assim como os avanços tecnológicos trouxeram comodidade e conforto, contribuíram significativamente para o aumento da poluição ambiental. Visto que quanto mais produzimos bens de consumo, mais resíduos são gerados e na maioria das vezes descartados de forma incorreta no meio ambiente.
Seguido da Revolução Industrial, e da expansão do capitalismo, a partir da descoberta de novas fontes de energia antes nunca usadas, como os combustíveis fósseis, carvão mineral, centrais hidroelétricas, e outros, houve o aumento violento da devastação ambiental resultada do descaso com a utilização desordenada dos recursos naturais. Pois equivocadamente não havia nenhuma preocupação em preservar. Anos mais tarde percebeu-se o grande estrago; a gigantesca “Pegada Ecológica” causada pela Revolução Industrial, desencadeando acontecimentos catastróficos que alertaram a humanidade para a repressão de suas ações relacionadas à natureza.
Um dos bens naturais que mais sofrem danos são os recursos hídricos, pois são utilizados em larga escala, seja na agricultura, no abastecimento doméstico ou na produção energética, da qual se faz necessária a construção de usinas hidrelétricas causando enorme devastação ecológica e social nas regiões onde são instaladas. Mas mesmo assim tais instalações continuam no topo, como principal meio de se obter energia elétrica para abastecimento mundial, uma vez que é fonte geradora de capital e renda de grandes empresas do ramo. 
Existem motivos mais que suficientes para haver uma grande mudança de comportamento da humanidade em relação à natureza e seu modo de vida, uma vez que dependemos dela inteiramente para nossa sobrevivência. Seus recursos, antes tidos como inesgotáveis não o são, os mesmos sendo finitos podem até se extinguir se nenhuma providência for tomada em relação à sua conservação. Uma das formas de mitigar tal devastação é uso de energias limpas capazes de funcionar de forma sustentável, sem causar impactos ou danos, visando atingir a demanda atual, mas com a preocupação de conservação da biosfera para gerações futuras.
A energia solar fotovoltaica é um dos caminhos ecologicamente corretos da forma de lograr dos bens naturais, sem que esses sejam destruídos. Sua captação em nada polui o meio, é uma fonte de energia isenta de poluentes, abundante e de ótima produção no nosso país devido a sua localização no globo. 
 
 	
2. PRIMÓRDIOS DA ENERGIA SOLAR
A princípio, seu uso era limitado às pesquisas científicas. Sua utilização foi fundamental para o desenvolvimento de pesquisas espaciais, lançamentos de sondas e até mesmo diversos satélites e naves utilizaram painéis fotovoltaicos para se abastecerem no espaço. Mas depois de anos e anos de pesquisas e experimentos tecnológicos e científicos, foi sendo moldada para sua utilização doméstica e mais comum, tornando-a viável, confiável e economicamente vantajosa.
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 (Daryl Chapin dos Laboratórios Bell)
Em meados do século XIX, o físico francês Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891), observando alguns experimentos dos seus estudos sobre efeitos fotoquímicos e aspectos espectroscópicos das radiações solares e da luz elétrica, usando eletrodos e o fenômeno da fosforescência (1839), descobriu o efeito fotovoltaico, componente principal da célula fotovoltaica. Mas nessa época seus estudos não conseguiram divulgar a ideia de energia solar, pois suas placas eram feitas a base de platina e prata, metais que ainda não eram suficientemente condutores do efeito fotovoltaico. Mais tarde, em 1884, Charles Fritts, baseando-se nos estudos de Becquerel, usou selênio (não metal muito utilizado em aplicações eletrônicas) para produzir o efeito fotovoltaico. Contudo conseguiu apenas 1% de eficiência. 
Em 1905 Albert Einstein conseguira explicar a energia solar, o que mudou para sempre a concepção de energia elétrica no Mundo. Mesmo assim, só houve avanço 
significativo na área a partir de 1954,quando os pesquisadores Calvin Fuller (químico), Gerald Pearson (físico) e Daryl Chapin (engenheiro), todos do laboratório da Bell em Murray Hill, Estados Unidos, conseguiram então fazer funcionar a primeira célula de captação de luz solar com 6% de eficiência, enquanto procuravam encontrar uma forma de alimentação para as redes de comunicação da empresa, gerando 5 mW de potência elétrica. Mais tarde foi utilizada como fonte de alimentação de uma rede telefônica em Americus, na Geórgia. 
Segundo a Solerg “Em 1978 a produção industrial de módulos fotovoltaicos já alcançava a marca de 1 MW/ano. Mas foi nos últimos anos que houve um crescimento significativo na produção mundial: 1995-80 MW/ano, 2000-280 MW/ano, 2004-1.250 MW/ano com expectativa de mais de 2.60 MW em 2006.” (www.solenerg.com.br/sistemas-fotovoltaicos-conceitos-básicos).
A partir de 1958 a NASA passou a utilizar painéis fotovoltaicos em seus equipamentos enviados ao espaço. Diferentes das células convencionais, as que são utilizadas para captar energia solar no espaço, são fabricadas de Gálio e Arsênio; materiais 33,9% mais eficientes para este tipo de uso. Mas infelizmente seu alto custo impede que seja produzido comercialmente, o que seria relevante, visto que a sua eficácia seria bem maior.
	
	
	
Fabiana Dos Santos Borges/Jacivaldo Alves De Lima
Tutor externo: Prof. Pedro Gonçalves
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI – Gestão Ambiental (0361/3) – Seminário Interdisciplinar III 20/05/2018
3. SISTEMA DE FUNCIONAMENTO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
 
Segundo dados da Agência Internacional de Energia (IEA, International Energy Agency), 2017 foi o Ano Do Nascimento Da Era Da Energia Solar Fotovoltaica No Mundo, segundo a Agência, essa é a fonte de energia limpa que teve um aumento de 50% durante 2017 em relação a 2016, sendo a China o maior contribuinte para isso. Como afirma o presidente da IEA, “Vivemos o nascimento de uma nova era no mundo da energia solar fotovoltaica, e o seu crescimento será maior do que qualquer outra tecnologia até ao ano de 2022” Heymi Bahar.
Tal energia é obtida através da captação direta de raios solares em uma célula (dispositivo eletrônico a base de materiais semicondutores, silício e outros elementos usados para captação e conversão de luz solar em energia elétrica). 
Atualmente existem vários tipos de painéis solares, porém,em média 80% deles levam Si em sua composição, mas o que define sua eficiência em relação à captação de energia solar é o alinhamento das moléculas de Silício, ou seja, quanto mais alinhadas maior captação, quanto menos, menor absorção (grau de pureza: fator importantíssimo para definir o preço do painel). O de silício simples é o mais usado, seguido do de silício monocristalino e por último o de silício policristalino. Há também painéis fabricados em filme fino, os quais tem estética mais atraente, que podem ser de Silício amorfo (a-Si), Telureto de cádmio (CdTe), Cobre, Índio e Gálio seleneto (CIS / CIGS), ou ainda de Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV).
Os painéis voltados para o norte captam a luz solar e enviam para o inversor, assim são convertidos em energia elétrica e distribuídos em correntes contínuas ou alternadas pronto para uso. 
Quanto ao modo de distribuição, pode ser On Grid (compartilhado com a rede elétrica de distribuição), ou Off Grid( somente para a casa).
Esses painéis são feitos de material muito resistente, contendo vidro especial e moldura de alumínio capaz de suportar até mesmo uma chuva de granizo.
TABELA COMPARATIVA DOS SISTEMAS ON GRID E OFF GRID
 
Existem basicamente cinco tipos de sistemas fotovoltaicos de aproveitamento de energia solar:
1) Residencial
2) Comercial
3) Industrial
4) Isolados/autônomos
5) Híbridos 
 
O sistema fotovoltaico não requer muitos mecanismos para funcionar. Nele são usados painéis, conversor, controladores de carga e bateria. Seu custo pode ser mais elevado quando instalado em larga escala, como é o caso das instalações comerciais e industriais. 
 Então a diferença entre os vários tipos de ligação e uso de energia solar está na potência gerada por cada sistema. Numa residência a potência pode variar de 1kwp a 10kwp.
 O funcionamento do sistema fotovoltaico comercial e o industrial são parecidos, uma vez também são ligados à rede de distribuição (on grid), gerando créditos na conta de luz (10kwp a 100kwp comercial e 100kwp a 1000kwp no industrial). Nesses existem um investimento bastante alto, por se tratar de produção em alto nível, para ser distribuído a uma demanda maior que a doméstica.
Os sistemas isolados geralmente usam corrente contínua, ou seja, alimentam diretamente um aparelho específico, estes são muito utilizados em lugares remotos onde não há alternativa de geração de eletricidade, como é o caso de regiões ribeirinhas ou desertificadas. São muito comuns para uso doméstico.
O híbrido foi criado com o intuito de arrefecer os painéis, pois quando muito quentes eles não funcionam muito bem, reduz a eficácia de energia em 75%, assim pode ser usado para aquecer água e ao mesmo tempo produzir eletricidade. Muito utilizado em residências e empresas.
Nos dias que correm a energia solar está muito mais presente, estamos vivenciando a era da evolução das energias limpas pelo mundo, igualmente no mundo das inovações já existem até estacionamentos solares para recarregar carros elétricos; solução criada pela CSEM BRASIL.
4. ENERGIA LIMPA, RENOVÁVEL E SUSTENTÁVEL.
O sol é uma grande fonte de energia natural, responsável pela existência da maioria dos ciclos de vida na Terra, sendo um recurso que ainda estará disponível pelos próximos milhões de anos. Através da luz emanada pelo sol, na forma de fótons, e captada por painéis direcionados podemos usufruir desse bem maravilhoso que a natureza pode nos proporcionar, afinal o sol é o combustível da existência da nossa biosfera e de seus recursos.
O uso dessa forma de tecnologia, no seu atual estado de desenvolvimento tem viabilidade econômica ainda muito cara, apenas os de pequeno porte, como sistemas rurais que são de baixo custo, uma vez que seus componentes levam alta tecnologia em sua fabricação.
Estudos recentes demonstram o aumento da eficiência dos módulos fotovoltaicos e diminuição dos custos de produção e comercialização, o que traz boas expectativas quanto ao aumento do uso dessa tecnologia e sua expansão.
Ultimamente, segundo dados do Portal Da Energia/Energias Renováveis, no ano de 2009 foi criado o projeto “Solar Tiles” da Universidade do Minho e da universidade Nova de Lisboa, considerado como um dos mais inovadores projetos na área da energia solar, no qual se explorava o aproveitamento da energia solar através de telhas fotovoltaicas que seriam menores, mais bonitas esteticamente e menos pesadas. Tal invenção já ganhou mercado e já podem ser adquiridas, empresas italianas e americanas já estão trabalhando em sua produção e comercialização, como indicam as notícias do portal energia:
Duas grandes empresas italianas se uniram para desenvolver as telhas fotovoltaicas, a Area Industrie Ceramiche e a REM, denominaram o novo produto como Tegola Solare o modelo já conquistou toda a Europa, cidades como Veneza obtém diversas telhas solares em seus telhados, a Espanha e Portugal também começaram a instalação das telhas em algumas cidades, um avanço significativo em prol da sustentabilidade (portal da energia/energias renováveis).
 
As telhas são mais eficientes e modernas, cobrem toda a área superior da casa atingida pelo sol, e assim como os painéis, possui tecnologia eletrônica à base de silício, feita de cerâmica e contendo quatro células fotovoltaicas por telha, sendo instalado embaixo do telhado juntamente com o conversor, seu manuseio é simples, pois aparentam telhas comuns, mas com um diferencial de aproveitamento de energia limpa e sustentável. Seu potencial é quase duas vezes maior, porém por causa do valor de mercado, as células convencionais ainda continuam agradando aos consumidores. 
Segundo a IEA a estimativa é que ate 2022 espera-se que o uso de energias renováveis atinja os 1000GW, o mesmo é dizer que corresponderá à metade da produção das atuais centrais térmicas, que demoraram quase 80 anos a serem construídas!
 
 “Vivemos o nascimento de uma nova era no mundo da energia solar fotovoltaica, e o seu crescimento será maior do que qualquer outra tecnologia até ao ano de 2022”.
 Heymi Bahar, da IEA.
 
As fontes de energia limpa estão cada vez mais ganhando espaço no mercado, atualmente existem vários tipos delas, solar eólica, maremotriz, biomassa e outros. Mas dentre elas a mais elogiada como ecologicamente correta é a energia solar. Em nada polui utiliza-se de luz solar abundante, assim não necessita de nenhum processo que gere perdas ao meio. Por ter como fonte de geração o sol não emite poluente além de ser inesgotável. Outra vantagem que se encontra no uso de energias limpas é também as linhas de créditos especiais para quem quer produzir energia fotovoltaica, seja pessoa física ou jurídica. No Brasil, vários Bancos de investimentos já contam com esse incentivo às energias limpas.
Uma novidade que promete abalar o mercado das células fotovoltaicas é a noticias de que no final de 2017 os EUA, juntamente com o DOE-Departamento De Energia Dos Estados Unidos autorizou a comercialização de células fotovoltaicas 40% mais eficientes na conversão de energia solar em energia elétrica. Somado a sua alta eficiência, as IMM, também são mais leves e bem mais finas em relação aos painéis convencionais. Trata-se de células que somente são utilizadas em satélites espaciais, aeronaves solares, chamadas de IMM (Invertede Metamorphic Multijunction Solar Cell). Patenteadas pela NREL-Laboratório Nacional de Energias Renováveis dos EUA e vendidas pela MicroLink Devices, terão potência que poderá atingir 3000 w/Kg! O melhor de tudo isso é que segundo o acordo feito pelo Departamento De Energia dos EUA, será reduzido o custo da tecnologia para facilitar a aquisição do produto a fim de expandir o mercado.
A energia solar fotovoltaica não é só utilizada em tetos e telhados, podem ser igualmente usada em carros elétricos, aquecedores de água e outros. Contudo, não devemos confundir a energia solar fotovoltaica - a conversão de luz solar em energia elétrica, com a energia solartérmica - a conversão de luz solar em calor, para sistemas de aquecimento.
Um fator importantíssimo que nos impulsiona a fazer uso de fontes de energia renováveis é acima de tudo a responsabilidade com o meio ambiente, a segurança de não estar prejudicando a vida no planeta, visto que o aproveitamento da luz solar não gera insumos, nem rejeitos, não produzem resíduos nem contaminadores. Além do que a vida útil de um painel pode chegar a até 25 anos! 
Como qualidade idealizadora da energia fotovoltaica pode-se citar a economia financeira relacionada ao investimento em longo prazo e a contribuição para a diminuição da emissão de carbono na atmosfera. Se compararmos ao uso de energia hidrelétrica (energia elétrica convencional).
5. A ENERGIA FOTVOLTAICA NO BRASIL
“Panorama de um cenário insólito: país mantém desaproveitado seu índice de insolação elevadíssimo – por falta de políticas do estado e boicote das distribuidoras privadas (por Heitor Scalambrini Costa - publicado em 03/09/2015).”
Uma das maiores barreiras para o uso da energia solar fotovoltaica é o custo acentuado, seguido da falta de incentivo político e financeiro por parte do Estado, uma vez que as grandes empresas distribuidoras de energia elétrica sofreriam queda nos lucros. Ainda assim temos a barreira cultura, muitos povos não entendem o funcionamento da mesma, e por isso preferem não arriscar, continuando assim a confiarem na distribuição comum de eletricidade. 
Somando-se a isso alguns pesquisadores e ambientalistas desacreditam nessa inovação por afirmarem que necessita de grande quantidade de minerais para fabricação de painéis, sendo assim gera um impacto nos recursos naturais não renováveis, da mesma maneira que grandes usinas poderiam interferir nos ecossistemas locais. Há ainda outros cientistas que avaliam precisamente que a energia consumida para fabricação dos painéis é maior do que a que por eles pode ser produzida.
Para Carolina Reis, diretora do Portal Solar o investimento vale a pena mesmo nas cidades com menor irradiação. 
“O sistema tradicional de distribuidoras não oferece nenhum retorno financeiro para o usuário final. Hoje, os sistemas de captação solar têm uma durabilidade de cerca de 25 anos, o que os torna mais baratos sob qualquer comparação. Ou seja, a energia solar é mais barata que a energia que você compra de sua distribuidora”, disse.
 
De fato a energia solar é a mais vantajosa sobre todos os aspectos, em relação à energia gerada numa hidrelétrica, pois se compararmos a produção da primeira que acontece a partir do aproveitamento da infração de luz, com o da segunda - retirada da velocidade da água em barragens, logo veremos que para se construir uma usina de geração de energia fotovoltaica, não houve nenhum dano ao meio enquanto que para se construir uma usina hidrelétrica, acontecem vários processos impactantes a sociedade e aos ecossistemas ali presentes.
Algumas regiões do país tem mais facilidade de aquisição da energia solar do que outras. A maior parte disso deve-se a má administração pública, a pobreza de alguns estados e a localização de outros. Os estados brasileiros que mais fazem uso dessa tecnologia são: 
 
	1º Minas Gerais – 35.499,60 kW
	2º Ceará – 20.619,47 kW
	3º Rio Grande do Sul – 19.285,79 kW
	4º São Paulo – 16.845,69 kW
	5º Rio de Janeiro – 12.680,80 kW
	6º Santa Catarina – 9.895,65 kW
	7º Paraná – 8.363,13 kW
	8º Mato Grosso – 6.855,06 kW
	9º Pernambuco – 4.539,57 kW
	10º Goiás – 3.938,30 kW
6. CONCLUSÃO
 
Como podemos ver, o aproveitamento de luz solar para ser convertido em energia elétrica é um acontecimento antigo, que contou com a contribuição de vários cientistas ao longo de décadas, contudo não deixou de ser repaginado. Uns retoques aqui outros ali, e assim cada dia surgem novas possibilidades para a disseminação da sustentabilidade. Os painéis agora se tornaram antiquados, uma vez que novas tecnologias aparecem cada dia mais para revolucionar o mercado de energia solar fotovoltaica.
Os países bem desenvolvidos como Estados Unidos e China começaram a investir alto na geração de energia solar fotovoltaica, apostando nela como mitigadora dos impactos ambientais causados pelo constante uso de energias poluidoras. Desde 2009 houve um aumento significativo do uso dessas energias no Brasil, e atualmente, com a crise financeira, apareceram oportunidades para sua disseminação, visto que podem gerar lucros às empresas que nelas investem. 
Na região ribeirinha no interior norte do estado do Pará, alguns investidores já comercializam seu “mini kit” (contendo um painel) de energia solar para povos isolados, onde o acesso à eletricidade era praticamente impossível. 
O crescimento das tecnologias voltadas a preservação ambiental vai avançando aos poucos, e quando menos se espera pode nos levar a fatos surpreendentes. Criar alternativas de energia limpa para amenizar a poluição ambiental e diminuir a emissão de CO2, pode ser mais simples do que se pensa. Um exemplo disso é uma cooperativa de geração energia solar fotovoltaica ligada à distribuidora do estado, criada por um grupo de empresários na cidade de Paragominas estado do Pará, objetivando benefícios de descontos nas contas de luz dos cooperados (os chamados créditos de energia), trazendo economia as empresas participantes; isto é sustentabilidade!
A implantação da energia solar talvez um dia possa substituir a energia hidrelétrica; pois a mesma é abundante e de fácil captação, estamos caminhando para isso, mas por enquanto muitos são os obstáculos a serem ultrapassados até que cheguemos a esse patamar. Fatores como o alto custo benefício, a disputa por poder político ligado ao capitalismo e a falta de incentivo do estado propagam dificuldades quanto ao uso da energia fotovoltaica. 
Contudo, os pesquisadores da área estão otimistas quanto aos avanços científicos e tecnológicos da energia solar fotovoltaica a nível mundial, uma vez que a maioria dos países desenvolvidos tem apostado cada vez mais nessa tecnologia, restando a cada um de nós reavaliarmos nosso papel na sociedade, crentes que um dia iremos extinguir de uma vez por todas os problemas ambientais que causamos a esse planeta. 
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