Entenda o que é energia solar, como funciona e os fatores que influenciam na geração
O que é Energia Solar?
A energia solar é a energia que tem como fonte o Sol. Podendo ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. Porém as duas principais maneiras de aproveitar essa energia são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar da água.
Nas últimas décadas a energia solar obteve significativos avanços. Tendo como principal destaque a geração fotovoltaica, que apresentou um intenso desenvolvimento, resultando no aumento significativo da participação da energia solar na matriz energética mundial.
Como funciona a Energia Solar?
Para entender as etapas da produção de energia solar é importante saber que a produção de energia elétrica pode ser feita a partir de dois tipos de sistemas.
O primeiro chamado de heliotérmico (termo solar), produz energia indiretamente, pois converte a radiação solar em energia térmica, para se transformar em mecânica e, por fim, em energia elétrica.
O segundo, e mais utilizado, recebe o nome de fotovoltaico, que converte a radiação solar diretamente em energia elétrica utilizando placas solares.
A fonte de Energia
Como já mencionado, a fonte da energia solar é o Sol, uma estrela de tamanho médio composta de gases incandescentes.
A energia irradiada por ele é consequência das reações de fusão nuclear dos átomos de Hidrogênio (representam cerca de 75% da composição do Sol) para formar Hélio (cerca de 25% da composição do Sol).
Já a taxa de energia emitida pelo Sol é aproximadamente constante há bilhões de anos com uma potência atual da ordem de 3,86 . 1026 W. A temperatura efetiva na superfície do Sol é da ordem de 5.505° C.
A energia irradiada pelo Sol cobre uma ampla faixa do espectro eletromagnético. Essa energia produzida chega parcialmente à Terra em forma de ondas magnéticas, que se encontram majoritariamente na faixa de comprimentos de onda entre visível e infravermelho.
Sua radiação depende de diversos fatores. Entre eles estão: as condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do ar etc.), a disponibilidade de radiação solar, a posição no tempo (hora do dia e época do ano) e a latitude local.
Fatores que influenciam a geração de energia solar
#1 Radiação solar
A radiação solar ocorre em todas as direções e pode chegar à superfície de três formas:
- Direta: Chega à superfície da terra sem mudar de direção.
- Difusa: Chega à superfície sem uma direção definida, após ter sido dispersada pelas moléculas e partículas presentes na atmosfera.
- Refletida: Chega à superfície e foi previamente refletida pelo solo ou superfícies adjacentes, verticais ou horizontais.
Em um dia com céu azul, sem nenhuma nuvem, pelo menos 20% da radiação que atinge a superfície é difusa. Já em um dia totalmente nublado, a radiação é 100% difusa e não há nenhuma radiação direta.
A radiação refletida está relacionada ao albedo (coeficiente de reflexão da radiação refletida) de uma superfície. Ou seja, quanto mais clara uma superfície mais radiação ela reflete, e por consequência maior é o albedo e quanto mais escura, mais radiação ela absorve e menor é o albedo.
A geração de energia solar está diretamente relacionada a radiação que chega na superfície terrestre. É por isso que em dias ensolarados gera-se mais energia do que em dias nublados.
#2 Latitude Local
O Brasil tem grande potencial para energia solar. Isto se deve ao seu posicionamento geográfico.
Por estar localizado próximo à linha do Equador, o país recebe alta incidência de sol durante todo o dia, com pouca variação ao longo das estações do ano, em função das características de translação do planeta.
Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, o país recebe, durante todo o ano, mais de 3 mil horas de brilho do sol, correspondendo a uma incidência solar diária que pode ir de 4.500 a 6.300 Wh/m². Como mostra a Figura a seguir.
Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar
Para se ter uma ideia, no local menos ensolarado do Brasil é possível gerar 40% mais eletricidade solar que o lugar mais ensolarado da Alemanha, que é um dos líderes no uso da energia fotovoltaica. Mesmo assim, a energia solar ainda é pouco aproveitada no Brasil, correspondendo a aproximadamente 1% da nossa matriz energética.
#3 Posição no Tempo (hora do dia e época do ano)
A duração do dia e a quantidade de energia solar incidente em um ponto qualquer da superfície terrestre apresenta variabilidade temporal característica de dois ciclos: o ciclo anual e o ciclo diário.
O ciclo anual ocorre como consequência da inclinação em 23,45 graus do eixo axial da Terra com relação ao plano orbital do planeta em torno do Sol.
A duração do dia varia ao longo do ano para diferentes latitudes e está intrinsecamente relacionada com as estações do ano.
Por convenção, as estações são determinadas pelos solstícios e equinócios:
- solstícios ‐ momento em que o Sol atinge o maior grau de afastamento angular do equador, no seu aparente movimento no céu. Sendo no hemisfério Sul o solstício de inverno dia 21 ou 23 de junho e o solstício de verão dia 21 ou 23 de dezembro.
- equinócios ‐ momento em que os dias e as noites têm duração igual (12 horas) em ambos os hemisférios, visto que o plano da órbita da Terra ao redor do Sol cruza o equador celeste. Esse fenômeno ocorre em dois dias do ano (21 de março e 22 de setembro).
Nas datas de equinócios, a radiação solar incide com a mesma intensidade sobre os dois hemisférios sendo que o equinócio de março estabelece o início do outono enquanto o equinócio em setembro corresponde o início da primavera no hemisfério Sul.
O verão no hemisfério Sul ocorre quando o polo Sul está voltado para o Sol. O inverno ocorre quando o polo Sul está voltado para a direção oposta à do Sol. Como apresentado na figura abaixo.
Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar
Portanto, o ciclo anual impacta na geração solar devido a duração dos dias. Já que no inverno os dias são mais curtos, e por isso a geração acaba sendo reduzida. Diferente do verão, onde os dias são mais longos e há mais tempo para geração solar.
Em relação ao ciclo diário, o momento no qual a irradiância solar atinge seu valor máximo de aproximadamente 1.000 W/m2 é 12h (meio dia solar), momento do dia em que o Sol está na posição mais elevada de modo que a radiação solar percorre a menor trajetória na atmosfera, em condições de céu claro.
#4 Condições Atmosféricas
Apenas aproximadamente 51% da radiação solar que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície da Terra, pois a atmosfera terrestre absorve e espalha parte da radiação. Quando a atmosfera absorve radiação terrestre ela se aquece e eventualmente irradia esta energia, para cima e para baixo, onde é novamente absorvida pela Terra. A figura abaixo representa este fenômeno.
Fonte: Atlas Brasileiro de Energia
Este efeito ocorre porque a Terra tem uma temperatura superficial bem menor que a do Sol, fazendo com que a radiação terrestre tenha comprimentos de onda maiores que a radiação solar, situados no intervalo infravermelho. Além disso, os gases presentes na atmosfera absorvem energia.
O vapor d’água e o dióxido de carbono (CO2) são os principais gases absorvedores dessa radiação. O vapor d’água absorve aproximadamente 5 vezes mais radiação terrestre que todos os outros gases combinados e responde pelas temperaturas mais altas na baixa troposfera, onde está mais concentrado.
Como já vimos, a radiação está diretamente ligada à geração de energia solar. Assim, em condições climáticas de muita nebulosidade grande parte da radiação é absorvida ou espalhada, impactando na geração. Já o contrário, em condições de baixa nebulosidade, favorece-se a geração de energia solar.
Panorama da Energia Solar no Brasil
A energia solar no Brasil vem crescendo devido aos inúmeros benefícios econômicos e ambientais que esse tipo de energia oferece.
De acordo com Associação Brasileira de Energia Fotovoltaica (ABSOLAR), em 2021 a energia solar centralizada já representa 1,8% da matriz elétrica brasileira, com 3.327MW de potência instalada.
Contando com a Geração Distribuída a potência instalada de energia fotovoltaica no país chega a 5.485,4 MW e engloba diversas classes de consumo, tendo maior destaque residencial, comercial e serviços, rural e industrial.
Conclusão
Vimos que a geração de energia solar é influenciada por fatores como a radiação solar, a latitude local, a posição no tempo e as condições atmosféricas, além de entender o funcionamento e panorama deste tipo de energia no Brasil.
Nosso país possui condições climáticas e geográficas propícias para a obtenção de energia fotovoltaica, uma vez que o território é atingido por altos níveis de radiação solar na maior parte do tempo. Somando-se às vantagens e caráter sustentável deste tipo de energia, tem-se um mercado em ascensão.
Gostou da nossa explicação? Acesse nosso blog para ficar por dentro de assuntos como estes. Estamos também nas redes sociais LinkedIn , Instagram e Facebook. Acompanhe!
