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A Energia que vem do Sol · Tecnologia em foco · Parte 2

By 5 de novembro de 2019 5 Comments

Aproveitando a energia solar

A energia solar é um recurso renovável, e muitas tecnologias podem coletá-lo diretamente para uso em residências, empresas, escolas e hospitais. Algumas tecnologias de energia solar incluem células e painéis fotovoltaicos, energia solar concentrada e arquitetura solar.

Existem diferentes maneiras de capturar a radiação solar e convertê-la em energia utilizável. Os métodos usam energia solar ativa ou energia solar passiva.

As tecnologias solares ativas usam dispositivos elétricos ou mecânicos para converter ativamente a energia solar em outra forma de energia, geralmente calor ou eletricidade. As tecnologias solares passivas não usam dispositivos externos. Em vez disso, eles aproveitam o clima local para aquecer estruturas durante o inverno e refletem o calor durante o verão.

 

Energia fotovoltaica

A energia fotovoltaica é uma forma de tecnologia solar ativa que foi descoberta em 1839 pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel descobriu que quando ele colocava cloreto de prata em uma solução ácida e a expunha à luz solar, os eletrodos de platina presos a ela geravam corrente elétrica. Este processo de geração de eletricidade diretamente da radiação solar é chamado de efeito fotovoltaico, ou fotovoltaico.

Hoje, a energia fotovoltaica é provavelmente a maneira mais familiar de aproveitar a energia solar. As matrizes fotovoltaicas geralmente envolvem painéis solares, uma coleção de dezenas ou mesmo centenas de células solares.

Cada célula solar contém um semicondutor, geralmente feito de silício. Quando o semicondutor absorve a luz solar, solta os elétrons. Um campo elétrico direciona esses elétrons soltos para uma corrente elétrica, fluindo em uma direção. Os contatos de metal na parte superior e inferior de uma célula solar direcionam essa corrente para um objeto externo. O objeto externo pode ser tão pequeno quanto uma calculadora movida a energia solar ou tão grande quanto uma central elétrica.

A energia fotovoltaica foi amplamente utilizada em naves espaciais. Muitos satélites, incluindo a Estação Espacial Internacional, apresentam “asas” amplas e reflexivas de painéis solares. A EEI possui duas asas de matriz solar (SAWs), cada uma usando cerca de 33.000 células solares. Essas células fotovoltaicas fornecem toda a eletricidade à EEI, permitindo que os astronautas operem a estação, morem com segurança no espaço por meses seguidos e conduzam experimentos científicos e de engenharia.

Centrais fotovoltaicas foram construídas em todo o mundo. As maiores estações estão nos Estados Unidos, Índia e China. Essas usinas de energia emitem centenas de megawatts de eletricidade, usadas para abastecer residências, empresas, escolas e hospitais.

A tecnologia fotovoltaica também pode ser instalada em uma escala menor. Painéis e células solares podem ser fixados nos telhados ou paredes exteriores dos edifícios, fornecendo eletricidade para a estrutura. Eles podem ser colocados ao longo das estradas para iluminar as rodovias. As células solares são pequenas o suficiente para alimentar dispositivos ainda menores, como calculadoras, parquímetros, compactadores de lixo e bombas de água.

 

Energia Solar Concentrada

Outro tipo de tecnologia solar ativa é a energia solar concentrada essa tecnologia usa lentes e espelhos para focar (concentrar) a luz do sol de uma área grande em uma área muito menor. Essa área intensa de radiação aquece um fluido, que por sua vez gera eletricidade ou alimenta outro processo.

Os fornos solares são um exemplo de energia solar concentrada. Existem muitos tipos diferentes de fornos solares, incluindo torres de energia solar, vales parabólicos e refletores de Fresnel. Eles usam o mesmo método geral para capturar e converter energia.

As torres de energia solar usam heliostáticos, espelhos planos que se voltam para seguir o arco do sol no céu. Os espelhos estão dispostos em torno de uma “torre coletora” central e refletem a luz do sol em um raio de luz concentrado que brilha em um ponto focal da torre.

Em projetos anteriores de torres de energia solar, a luz solar concentrada aquecia um recipiente de água, que produzia vapor que alimentava uma turbina. Mais recentemente, algumas torres de energia solar usam sódio líquido, que tem uma maior capacidade de calor e retém o calor por um período mais longo. Isso significa que o fluido não apenas atinge temperaturas de 773 a 1.273 K (500 a 1.000 ° C ou 932 a 1.832 ° F), mas pode continuar fervendo água e gerando energia mesmo quando o sol não está brilhando.

Calhas parabólicas e refletores de Fresnel também usam energia solar concentrada, mas seus espelhos têm um formato diferente. Os espelhos parabólicos são curvos, com uma forma semelhante a uma sela. Os refletores Fresnel usam tiras finas e planas de espelho para capturar a luz do sol e direcioná-la para um tubo de líquido. Os refletores de Fresnel têm mais área de superfície do que vales parabólicos e podem concentrar a energia do sol em cerca de 30 vezes a intensidade normal.

As usinas de energia solar concentrada foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. A maior instalação do mundo é uma série de plantas no deserto de Mojave, na Califórnia. Esse sistema de geração de energia solar gera mais de 650 gigawatt-hora de eletricidade a cada ano. Outras plantas grandes e eficazes foram desenvolvidas na Espanha e na Índia.

A energia solar concentrada também pode ser usada em menor escala. Pode gerar calor para fogões solares, por exemplo. As pessoas nas aldeias do mundo inteiro usam fogões solares para ferver água para saneamento e cozinhar alimentos.

Os fogões solares oferecem muitas vantagens sobre os fogões a lenha: eles não representam risco de incêndio, não produzem fumaça, não precisam de combustível e reduzem a perda de habitat em florestas onde as árvores seriam colhidas como combustível. Os fogões solares também permitem que os aldeões busquem tempo para educação, negócios, saúde ou família durante um período anteriormente usado para coletar lenha. Os fogões solares são usados em áreas tão diversas como o Chade, Israel, Índia e Peru.

 

Arquitetura Solar

Ao longo de um dia, a energia solar faz parte do processo de convecção térmica, ou o movimento do calor de um espaço mais quente para um mais frio. Quando o sol nasce, começa a aquecer objetos e materiais na Terra. Ao longo do dia, esses materiais absorvem o calor da radiação solar. À noite, quando o sol se põe e a atmosfera esfria, os materiais liberam seu calor de volta à atmosfera.

As técnicas passivas de energia solar aproveitam esse processo natural de aquecimento e resfriamento.

Casas e outros edifícios usam energia solar passiva para distribuir o calor de maneira eficiente e barata. O cálculo da “massa térmica” de um edifício é um exemplo disso. A massa térmica de um edifício é a maior parte do material aquecido ao longo do dia. Exemplos da massa térmica de um edifício são madeira, metal, concreto, argila, pedra ou lama. À noite, a massa térmica libera seu calor de volta para a sala. Sistemas de ventilação eficazes – corredores, janelas e dutos de ar – distribuem o ar aquecido e mantêm uma temperatura interna moderada e consistente.

A tecnologia solar passiva está frequentemente envolvida no projeto de um edifício. Por exemplo, no estágio de planejamento da construção, o engenheiro ou arquiteto pode alinhar o edifício com o caminho diário do sol para receber quantidades desejáveis ​​de luz solar. Esse método leva em consideração a latitude, altitude e a cobertura típica de nuvens de uma área específica. Além disso, os edifícios podem ser construídos ou adaptados para ter isolamento térmico, massa térmica ou sombreamento extra.

Outros exemplos de arquitetura solar passiva são telhados frios, barreiras radiantes e telhados verdes. Os telhados frios são pintados de branco e refletem a radiação do sol em vez de absorvê-la. A superfície branca reduz a quantidade de calor que atinge o interior do edifício, o que, por sua vez, reduz a quantidade de energia necessária para resfriar o edifício.

Barreiras radiantes funcionam de maneira semelhante aos telhados frios. Elas fornecem isolamento com materiais altamente refletivos, como papel de alumínio. A película o calor e pode reduzir os custos de resfriamento em até 10%. Além de telhados e sótãos, barreiras radiantes também podem ser instaladas sob o piso.

Telhados verdes são completamente cobertos de vegetação. Eles exigem solo e irrigação para apoiar as plantas e uma camada impermeável por baixo. Os telhados verdes não apenas reduzem a quantidade de calor que é absorvida ou perdida, mas também fornecem vegetação. Através da fotossíntese, as plantas nos telhados verdes absorvem dióxido de carbono e emitem oxigênio. Eles filtram poluentes da água da chuva e do ar e compensam alguns dos efeitos do uso de energia naquele espaço.

Os telhados verdes são uma tradição na Escandinávia há séculos e recentemente se tornaram populares na Austrália, Europa Ocidental, Canadá e Estados Unidos. Por exemplo, a Ford Motor Company cobriu 42.000 metros quadrados (450.000 pés quadrados) de seus telhados com plantas em Dearborn, Michigan. Além de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, os telhados reduzem o escoamento de águas pluviais absorvendo vários centímetros de chuva.

Os telhados verdes e os frios também podem neutralizar o efeito “ilha de calor urbano”. Nas cidades movimentadas, a temperatura pode ser consistentemente mais alta do que as áreas circundantes. Muitos fatores contribuem para isso: as cidades são construídas com materiais como asfalto e concreto que absorvem calor; edifícios altos bloqueiam o vento e seus efeitos de resfriamento; e grandes quantidades de calor residual são geradas pela indústria, tráfego e altas populações. Usar o espaço disponível no telhado para plantar árvores, ou refletir o calor com telhados brancos, pode aliviar parcialmente o aumento da temperatura local nas áreas urbanas.

 

Energia Solar e armazenamento

Como a luz solar brilha apenas cerca de metade do dia na maior parte do mundo, as tecnologias de energia solar precisam incluir métodos de armazenamento de energia durante as horas escuras.

Os sistemas de massa térmica usam cera de parafina ou várias formas de sal para armazenar a energia na forma de calor. Os sistemas fotovoltaicos podem enviar excesso de eletricidade para a rede elétrica local ou armazenar a energia em baterias recarregáveis.

 

Vantagens do uso de energia solar

Uma grande vantagem do uso de energia solar é que é um recurso renovável. Teremos um suprimento constante e ilimitado de luz solar por mais 5 bilhões de anos. Em uma hora, a atmosfera da Terra recebe luz solar suficiente para suprir as necessidades de eletricidade de todos os seres humanos na Terra por um ano.

A energia solar é limpa. Depois que o equipamento de tecnologia solar é construído e instalado, a energia solar não precisa de combustível para funcionar. Também não emite gases de efeito estufa ou materiais tóxicos. O uso de energia solar pode reduzir drasticamente o impacto que temos sobre o meio ambiente.

Existem locais onde a energia solar é prática. Casas e edifícios em áreas com grandes quantidades de luz solar e baixa cobertura de nuvens têm a oportunidade de aproveitar a energia abundante do sol.

Os fogões solares são uma excelente alternativa para cozinhar versus fogões a lenha – dos quais ainda dependem 2 bilhões de pessoas. Os fogões solares fornecem uma maneira mais limpa e segura de higienizar a água e cozinhar alimentos.

A energia solar complementa outras fontes renováveis de energia, como energia eólica ou hidrelétrica.

Casas ou empresas que instalam painéis solares podem realmente produzir eletricidade em abundância. Esses proprietários ou empresários podem vender energia de volta ao fornecedor de energia elétrica, reduzindo ou mesmo eliminando as contas de energia.

 

Original em: https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/solar-energy/

Livre tradução: J.S. marketing@spinsolar.com.br

Imagens: https://www.cinexpan.com.br/telhado-verde.html

https://ciclovivo.com.br/inovacao/tecnologia/com-149-dolares-e-possivel-adquirir-um-fogao-portatil-movido-a-energia-solar/

https://www.ecodebate.com.br/2019/08/14/paineis-solares-em-terras-agricolas-poderiam-atender-demanda-energetica-mundial/

 

 

 

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