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29/06/2021 | domtotal.com

Tecnologia e energia solar

O futuro da utilização da energia solar obviamente passa pelo investimento em pesquisa

José Antonio de Sousa Neto
José Antonio de Sousa Neto

Jose Antonio de Sousa Neto e Klebert Kinsey de Oliveira Félix*

Implementar novas tecnologias para compor a matriz energética do país torna-se inevitável em função de um risco latente de crise energética que se estende por décadas e com períodos esporádicos de maior apreensão. A potencial crise hídrica que se delineia ao longo deste ano de 2021 alertou a todos, mais uma vez, para a crise do setor. Assim como na saúde e na educação, a falta de investimentos adequados em infraestrutura, incluindo o setor energético, ao longo de décadas e agravado principalmente a partir de 2002 até 2016, deixou um legado muito negativo ao país. Tanto do ponto de vista da infraestrutura física em si mesma, como do ponto de vista ético e moral.

As fontes de energia renováveis vêm ganhando destaque no cenário econômico. O desenvolvimento das tecnologias e a redução dos custos de instalação e manutenção faz com que, por exemplo, projetos de micro geração de energia venham se tornando cada vez mais viáveis e atrativos. Consumidores residenciais e comerciais podem gerar parte da eletricidade consumida e reduzir o custo com energia.

A luz irradiada pelo sol fornece energia abundante que pode ser aproveitada, ainda que em dias nublados. Em seus primórdios, a tecnologia possuía um custo muito elevado. Nos últimos anos, porém, o custo dos painéis solares vem sendo reduzido de forma significativa, possibilitando um maior acesso a essa fonte de energia. Em um país como o nosso que possui elevadas taxas de radiação solar, a energia fotovoltaica vem ganhando destaque. O Brasil como um todo - principalmente as regiões / estados com maior proximidade à Linha do Equador - recebe altos níveis de radiação maximizando a taxa geração do sistema.

A micro geração de energia fotovoltaica pode ser um elemento complementar relevante da matriz energética do país. Entre seus benefícios há, em muitos casos, a possibilidade de aproximar a fonte geradora da fonte consumidora, tornando mais acessível a energia no ponto de consumo, reduzindo as perdas de transmissão, diminuindo o custo do KW/h e aumentando sua atratividade como alternativa tecnológica.

Os altos índices de radiação solar que chegam à atmosfera terrestre interagem com ela e criam o fenômeno conhecido como atenuação. Esse fenômeno é essencial, pois reduz os índices de radiação ultravioleta, possibilitando a vida e promovendo a absorção e espalhamento da radiação. Essa radiação espalhada sobre a superfície da Terra pode ser aproveitada. A geração de eletricidade pode advir de sistemas de conversão direta, em que a energia estará disponível imediatamente, ou indireta, em que o aproveitamento só ocorre após uma ou mais etapas. No caso das células fotovoltaicas, o silício passa por processos que o tornam capaz de converter a radiação em eletricidade. O silício apresenta ainda boa versatilidade e tem dominado o mercado. Pode ser monocristalino, policristalino ou em forma de filme, ampliando assim o número de possibilidades e alternativas para  sistemas de geração de energia fotovoltaica (Pes, Martins & Pereira, 2019. Energia Solar: Fundamentos para otimização da geração fotovoltaica. INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais).

A utilização de sistemas de geração de eletricidade baseados em sistemas fotovoltaicos começou na década de 1950 em aplicações espaciais. Posteriormente, se tornou relevante em aplicações no setor de telecomunicações para suprir a energia das estações repetidoras, e nos anos 1980, com o intuito de fornecer energia para instalações rurais distantes das redes de energia e cujo custo de montar uma rede para levar eletricidade a essas localidades superava o do sistema fotovoltaico (UFB – Ghirardi, 2003). Esta última situação ainda é frequente em nosso país e é um fator importante no que concerne à política ambiental e desenvolvimento sustentável do agronegócio no país. Este desenvolvimento exige uma combinação balanceada de terras adequadas (ou que possam ser desenvolvidas para se tornarem adequadas), recursos hídricos e energia elétrica (por exemplo, em muitos casos, para a movimentação de pivôs).

A tecnologia de geração de energia elétrica a partir de sistemas fotovoltaicos possui elevado potencial no Brasil. Os sistemas podem ser vultosas plantas com painéis instalados em estruturas no solo e com inclinação para reduzir a refração da luz que incide sobre o painel, permitindo ainda o maior aproveitamento da energia e alta capacidade de fornecimento, ou em sistemas simples residenciais para atender a demanda do consumidor. Regiões brasileiras com menor incidência solar são capazes de gerar mais eletricidade que os locais mais ensolarados de diversos países.

Potencial de geração solar fotovoltaica no Brasil Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar 2ª EdiçãoPotencial de geração solar fotovoltaica no Brasil Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar 2ª Edição

Já são muitas as tecnologias para geração fotovoltaica e novos aperfeiçoamentos e tecnologias continuam a surgir. Os painéis fotovoltaicos mais tradicionais são compostos por módulos com células de silício combinados com boro, gerando um componente positivo, e com o fósforo que determina o componente negativo da célula. Os módulos são interligados por meio de ligações elétricas seriadas ou paralelas. Os módulos podem ser constituídos de células mono ou policristalinas, de acordo com a característica desejada no painel e diferenciando também o rendimento final.

Composição da célula fotovoltaica. Fonte: Composição da célula fotovoltaica. Fonte: "Energia solar fotovoltaica: Uma breve revisão"Por fim, os painéis mais tradicionais são montados em perfil metálico para garantir a rigidez e a eles são adicionadas lâminas de vidro e material emborrachado, também conhecido como EVA, para proteção de condições climáticas.

Sem querer ou mesmo poder esgotar um assunto tão rico neste breve texto, podemos citar também a terceira geração da tecnologia das chamadas células orgânicas fotovoltaicas ou filme orgânico fotovoltaico. Trata-se de uma opção com baixa emissão de gases na sua fabricação e grande aplicabilidade, com vasta possibilidade de customização. O filme pode ser aplicado em fachadas já existentes dos edifícios, o que reduz a incidência de luz no interior do prédio e a consequente diminuição da temperatura interna. Isto agrega um duplo benefício para a tecnologia que, além de gerar energia elétrica, possibilita uma economia nos sistemas de refrigeração.Painel fotovoltaico. Fonte: Painel fotovoltaico. Fonte: "Energia solar fotovoltaica: uma breve revisão" (Machado & Miranda, 2015) - Revista Virtual de Química

Filme orgânico fotovoltaico Fonte: Sunew -2018 Sunew Células Fotovoltaicas OrgânicasFilme orgânico fotovoltaico Fonte: Sunew -2018 Sunew Células Fotovoltaicas OrgânicasOutra inovação na geração fotovoltaica que chamou a atenção da comunidade científica nos últimos anos ao elevar sua eficiência em 20%, se refere às células solares conhecidas como perovskitas (PSCs). Esse índice de eficiência indica o quanto da energia solar que incide na superfície da célula é convertida em energia elétrica (Szostak, Castro, Marques, & Nogueira, 2017 - Journal of Photonics for Energy). Estas células são fabricadas com materiais como o chumbo e utilizam técnicas de baixo custo. Apesar das suas vantagens em relação à célula de silício, é uma tecnologia que ainda tem grandes desafios a serem superados para viabilizar sua comercialização, a exemplo da baixa durabilidade de seu material. Esse tipo de célula foi produzido no Brasil pela primeira vez pelo Instituto de Química da Unicamp sem a colaboração de grupos estrangeiros, o que possibilita autonomia do país na tecnologia. Outro fator relevante é que a célula produzida alcançou eficiência de 13%, assemelhando-se à célula de silício (Filho, 2016 - Jornal da Unicamp).

Vale ainda mencionar também a tecnologia amplamente conhecida, Concentrating Solar Power - CSP. Essa tecnologia é baseada num sistema de painéis que promovem a reflexão dos raios solares que incidem sobre o solo, concentrando-os numa torre. A concentração desses raios fornece calor que muda o sal do estado sólido para o estado líquido, o que possibilita a geração mesmo em períodos noturnos, já que o sal líquido pode ser armazenado para utilizar quando não há incidência solar. Após essa mudança de estado, ele percorre dutos que passam em uma caldeira que possui em seu interior uma serpentina com água. Essa água é então aquecida se tornando vapor que, por sua vez, movimenta uma turbina e esta gera a energia elétrica (IEA). Para que o sistema CSP seja viável, é necessária uma incidência solar anual a partir de 2 mil Kwh/m2 e baixa nebulosidade, o que no Brasil ocorre em algumas regiões de Minas Gerais e nos estados nordestinos.

Planta de um CSPPlanta de um CSPFinalmente, se queremos pensar em um caminho promissor no que concerne à energia solar, provavelmente um dos direcionamentos mais inteligentes e ao mesmo tempo humilde é "plagiar" a própria natureza. Em outras palavras, aproveitar os milhões de anos de evolução do design de captação da energia solar pela natureza do próprio planeta. Estamos falando do que é conhecido como Biomimicry, ou a arte de usar o mundo natural como base de designs e projetos desenvolvidos pelo homem. Por exemplo, já há mais de uma década, o professor Henry Dreyfus de Energia no MIT, Daniel Nocera, iniciou um trabalho interessante nesta área. Inspirado pela fotossíntese realizada pelas plantas, Nocera e Matthew Kanan, um pós-doutorado no laboratório de Nocera, desenvolveram um processo inovador que busca fazer com que a energia do sol seja usada para dividir a água em gases hidrogênio e oxigênio. Mais tarde, o oxigênio e o hidrogênio podem ser recombinados dentro de uma célula de combustível, criando eletricidade sem carbono para abastecer as casas ou os carros elétricos, de dia ou de noite. Obviamente há um caminho considerável a ser percorrido para poder estar disponível comercialmente, mas é bom saber que é uma das possibilidades que estão no horizonte.

Para os leitores que tiverem mais interesse sobre o tema, sugerimos ainda o link onde poderão encontrar vários exemplos de potenciais Biomimicry. Dentre muitas pesquisas podemos mencionar o estudo de  asas de borboletas como inspiração para células solares de alto desempenho, o estudo dos olhos de insetos que inspiram a estrutura de novas células para painéis solares e o aproveitamento do design e estrutura das veias das folhas de plantas a partir das quais os cientistas esperam desenvolver células solares supereficientes.

O futuro da utilização da energia solar obviamente passa pelo investimento em pesquisa. Também nesta área o Brasil, se quiser, tem um grande potencial para gerar valor à ciência e obter os benefícios econômicos e sociais dela derivada através da inovação e da engenharia que os "traduzem" de forma aplicada.

*Jose Antonio de Sousa Neto é professor da EMGE (Escola de Engenharia e Ciência da Computação). Klebert Kinsey de Oliveira Félix é executivo da Santa Casa de Montes Claros e Mestre pela FPL

O texto reflete a opinião pessoal do autor, não necessariamente do Dom Total. O autor assume integral e exclusivamente responsabilidade pela sua opinião.



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