Energia solar: o que é, para que serve, como funciona e benefícios
O Sol é uma das mais importantes fontes de energia. Utilizado há vários milênios pela humanidade como fonte de calor, há algum tempo ele já vem sendo usado também para produzir energia e6létrica: a energia solar.
Apesar de ser cada vez mais popular no Brasil, a energia solar costuma gerar algumas dúvidas frequentes entre os consumidores. O que é, como ela funciona, qual é a capacidade de produção, principais tipos, entre outras questões.
Para você que busca sobre o que é energia solar, seja para um trabalho escolar ou para entender mais sobre a sua definição, tecnologias e benefícios, o Portal Solar reuniu aqui todas as informações que você precisa.
Continue a leitura e entenda tudo sobre o assunto!
O que é energia solar?
Energia solar é a energia que vem da luz e do calor do sol. Sendo uma fonte alternativa, renovável e sustentável de energia que provém da radiação eletromagnética (luz e calor) emanada diariamente pelo sol. Essa energia pode ser utilizada por diferentes tecnologias, como aquecedores solares, painéis fotovoltaicos e usinas heliotérmicas (ou termossolares).
Hoje em dia, o conceito de energia solar é comumente associado à geração limpa de eletricidade pelos painéis de energia fotovoltaica (painéis fotovoltaicos), que transformam a luz do Sol diretamente em energia elétrica.
Na energia solar fotovoltaica, quando as partículas de energia da luz do Sol (fótons) incidem sobre os painéis solares, ocorre a geração de uma corrente elétrica que pode ser direcionada e utilizada para alimentar residências, empresas e indústrias, tanto na cidade quanto em áreas rurais.
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Para que serve a energia solar?
A energia proveniente do Sol é indispensável para a manutenção da vida na Terra e serve como catalisadora de todos os processos térmicos, dinâmicos e químicos, sejam eles naturais (como a fotossíntese ou o ciclo hidrológico) ou artificialmente desenvolvidos pelo homem.
Desde as primeiras civilizações, o homem também utilizava a energia solar para realizar diferentes trabalhos, como a geração de fogo através do calor dos raios de Sol concentrados por meio de vidros ou espelhos.
Hoje, a energia solar representa para o homem a sua maior e mais segura fonte de energia renovável para a geração limpa de eletricidade e calor, sem grandes impactos ao meio ambiente e com grande capacidade de aproveitamento.
Entre as principais utilizações da energia solar estão:
- Geração de eletricidade
- Aquecimento de água
- Aquecimento de ambientes
- Processos industriais
- Bombeamento de água
- Recarga de carros elétricos
- Produção de hidrogênio
Como funciona a energia solar?
A energia solar funciona da seguinte forma: ela é produzida dentro dos sistemas compostos pelos painéis e inversores. Os módulos fotovoltaicos (também conhecidos como placas solares) conseguem captar a luz do sol, transportando essa energia para o inversor solar, onde é transformada em energia elétrica. Ou seja, a energia é gerada a partir do efeito fotovoltaico.
As placas solares são constituídas por células fotovoltaicas, feitas de materiais semicondutores, como o silício, para converter a luz solar diretamente em eletricidade.
Há ainda outras formas de energia solar, como a energia térmica e outras. Apesar de terem funcionamentos diferentes, o princípio é o mesmo: a partir da exposição aos raios solares, o sistema consegue captar a energia necessária para funcionar e chegar ao efeito desejado.
São utilizados coletores solares para absorver o calor do sol e aquecer um fluido, que pode ser usado para gerar vapor e, posteriormente, eletricidade em uma turbina, ou para aquecimento direto de água e ambientes.
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Quais os tipos de energia solar?
Existem as mais variadas formas de aproveitar a energia solar como uma fonte de energia renovável. Os principais tipos de energia solar utilizados são a energia solar fotovoltaica, a energia solar térmica e a energia heliotérmica (termossolar).
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Energia solar fotovoltaica
A energia solar fotovoltaica é a transformação direta da luz do Sol em energia elétrica por meio de células fotovoltaicas (foto à direita), que são fabricadas a partir de materiais semicondutores, sendo o Silício (Si) o mais utilizado.
Quando os fótons da luz solar incidem sobre as células fotovoltaicas, eles energizam os elétrons do seu material semicondutor, que se movimentam gerando uma corrente elétrica.
Os módulos fotovoltaicos utilizados para gerar energia fotovoltaica em casas e empresas são compostos por dezenas de células, que são ligadas em série e seguramente encapsuladas dentro da moldura para garantir proteção e durabilidade. Popularmente, os módulos fotovoltaicos são conhecidos como placas solares.
Desta forma, a capacidade de geração elétrica do módulo fotovoltaico (placa solar) é igual à soma das capacidades de cada célula voltaica.
Para atender ao consumo elétrico de um imóvel, basta calcular a quantidade necessária de placas solares, que serão interligadas para formar o painel fotovoltaico e, depois, conectadas ao inversor e demais equipamentos do sistema solar fotovoltaico.
O sistema solar fotovoltaico utiliza um kit de energia fotovoltaica composto por:
- painéis solares;
- inversor solar;
- string box;
- sistema de fixação das placas solares (conhecidos popularmente como placas solares);
- conectores e cabeamentos.
A energia fotovoltaica já existe há mais de 100 anos e é a fonte de energia limpa que mais cresce no mundo. Hoje ela é utilizada em milhões de residências e empresas com sistemas fotovoltaicos, assim como em grandes projetos de usinas solares para geração elétrica centralizada controlada por governos.
No Brasil, o número de instalações de energia solar fotovoltaica disparou nos últimos anos em resposta aos aumentos da conta de luz, além da queda de preços da tecnologia e da facilidade de acesso por meio do financiamento solar.
Energia solar térmica
A energia solar térmica também é muito utilizada em todo o mundo por meio dos sistemas de aquecimento solar, conhecidos como aquecedores solares.
Com o uso de coletores solares (placas de aquecimento solar), esses sistemas captam o calor presente na radiação solar e o transferem para o aquecimento da água (ou outro tipo de líquido) armazenada em seu reservatório (boiler) que será utilizada posteriormente na casa ou empresa.
A tecnologia de aquecedores solares já está presente no Brasil desde a década de 1970, tendo se popularizado entre casas e empresas e aplicada em diversos programas sociais de moradia.
É importante atentar que, embora seja possível gerar eletricidade a partir da energia solar térmica, isto não ocorre nos aquecedores solares. Os sistemas de aquecimento solar térmico apenas captam e transferem o calor da radiação solar.
Energia solar heliotérmica
A energia heliotérmica, ou Energia Solar Concentrada (Concentrated Solar Power - CSP), é outra forma de utilizar o Sol para gerar energia elétrica, mas neste caso através do calor de sua radiação.
Uma usina de energia heliotérmica, também chamada de termossolar, utiliza centenas ou milhares de espelhos (heliostatos) para captar os raios de Sol e refleti-los de forma concentrada em um único ponto, no qual é fixado um receptor que contém um líquido. Com o calor dos raios de Sol concentrados, o líquido se aquece e gera vapor, o qual é escoado e utilizado para alimentar as turbinas que geram energia elétrica por meio da energia mecânica.
Repare que o funcionamento de uma usina termossolar é bem parecido com o de uma térmica tradicional, a única diferença é a fonte de calor utilizada para gerar o vapor, que neste caso é a luz limpa e gratuita do sol.
Embora apresentem bom rendimento na geração elétrica e consigam armazenar o calor para uso durante a noite, as usinas de energia heliotérmica estão longe da popularidade alcançada pelas usinas solares fotovoltaicas, em grande parte por conta da queda de preços destas e de certos perigos ambientais relacionados às termossolares.
Energia solar é uma fonte primária ou secundária?
A energia solar é considerada uma fonte de energia primária, pois é originada na natureza e utilizada de forma direta. Desta forma, portanto, a energia elétrica ou a energia térmica geradas a partir da energia solar são consideradas fontes de energia secundárias.
Ou seja, fontes de energia primárias consistem em toda forma de energia oriunda da natureza, enquanto fontes secundárias são os produtos de processos de transformação de energia primária criados pelo homem.
As fontes de energia primária apresentam diversas vantagens, especialmente a energia solar, que está ampla e facilmente disponível para captação em todo o mundo de forma gratuita, o que permite utilizá-la para a realização de diferentes trabalhos de forma muito mais econômica e sustentável, como a geração de energia limpa por painéis fotovoltaicos.
Qual a potência da energia solar?
A potência da energia solar refere-se à capacidade dos sistemas solares de gerar eletricidade ou calor. Ela depende da capacidade de captação e produção. Ou seja, além das condições naturais de luminosidade e calor do Sol de acordo com o dia e a época do ano, também dependerá do sistema instalado, como as características dos painéis e a capacidade de armazenamento da energia.
A potência nominal de um painel solar fotovoltaico é medida em watt-pico (Wp), que representa a produção de energia sob condições ideais de teste (radiação de 1000 W/m², temperatura de 25°C e massa de ar 1.5). Já a potência de um sistema de energia solar térmica é medida em BTUs ou quilowatts térmicos (kWth).
Entre os fatores que influenciam a potência da energia solar estão:
- Irradiação solar: a quantidade de radiação solar recebida em uma determinada área afeta diretamente a potência gerada pelos sistemas solares.
- Ângulo e orientação dos painéis: o ângulo de inclinação e a orientação dos painéis solares em relação ao sol influenciam a eficiência e a potência gerada.
- Eficiência dos painéis: a eficiência dos painéis fotovoltaicos, que pode variar de cerca de 15% a mais de 22% para os painéis de última geração, afeta a quantidade de eletricidade gerada.
- Sombreamento e obstruções: sombras de árvores, prédios ou outras obstruções podem reduzir significativamente a potência gerada pelos painéis solares.
Quais os benefícios da energia solar?
Há diversos benefícios da energia solar, tanto para a sustentabilidade do meio ambiente quanto para o bolso dos consumidores, que podem experimentar uma grande economia em seu consumo mensal de energia elétrica das distribuidoras.
Algumas das principais são:
- é uma fontes de energia renovável e alternativa;
- é uma energia limpa (sem emissões);
- amplamente disponível em todo o mundo, especialmente em países tropicais, como o Brasil;
- pode ser utilizada em regiões isoladas que não têm acesso à rede;
- fonte gratuita, energia mais barata de produzir;
- tecnologias de painéis solares com longa vida útil, baixa manutenção e rápida queda de preços.
Entenda melhor sobre alguns dos benefícios da energia solar, abaixo!
Para o meio ambiente
A energia solar é uma das principais fontes renováveis e alternativas para geração de energia limpa disponíveis ao homem.
Sistemas fotovoltaicos convertem a luz do Sol em eletricidade sem emitir quaisquer gases ou resíduos poluentes.
Ou seja, a instalação de painéis solares em sua casa ou empresa ajuda a combater as emissões de gases do efeito estufa do setor elétrico do nosso país, que ainda depende de fontes não renováveis, como as termelétricas.
Exemplo:
- Um sistema fotovoltaico padrão de 6kWp vai evitar a emissão de gases poluentes durante toda a sua vida útil de 30 anos, o equivalente a plantar árvores em 10 campos de futebol inteiros;
- Este mesmo sistema economizaria água de 6 piscinas olímpicas em comparação a uma hidrelétrica;
- Economia de 79 toneladas de carvão queimado, sem emissão de poluentes;
- Economia de 500.000km rodados com gasolina, sem emissão de poluentes.
Benefícios sociais
A energia solar oferece uma série de benefícios sociais significativos que vão além da simples geração de energia. Estes benefícios abrangem diversas áreas, incluindo saúde pública, economia, meio ambiente e qualidade de vida.
- Inclusão Energética: a energia solar pode fornecer eletricidade a comunidades isoladas e rurais que não têm acesso à rede elétrica convencional, melhorando a qualidade de vida dessas populações.
- Criação de Empregos Locais: a instalação e manutenção de sistemas de energia solar geram empregos em diversas etapas, incluindo fabricação, instalação, operação e manutenção.
- Custos Energéticos Menores: a energia solar pode reduzir significativamente os custos com eletricidade para famílias de baixa renda, permitindo que recursos financeiros sejam direcionados para outras necessidades essenciais.
- Autossuficiência Energética: comunidades e famílias podem se tornar mais autossuficientes, reduzindo a dependência de fontes de energia caras e pouco confiáveis.
- Redução da Poluição: a substituição de fontes de energia poluentes, como carvão e diesel, por energia solar reduz a emissão de poluentes atmosféricos, melhorando a qualidade do ar e a saúde pública.
- Condições de Vida Mais Saudáveis: com acesso à eletricidade, é possível melhorar as condições de saneamento, refrigeração de alimentos e medicamentos, e acesso à água potável, promovendo uma melhor saúde geral.
- Atração de Investimentos: a adoção de energia solar pode atrair investimentos para as regiões que implementam essas tecnologias, promovendo o desenvolvimento econômico local.
- Apoio a Pequenos Negócios: pequenos empreendimentos podem se beneficiar do acesso a uma fonte de energia confiável e econômica, facilitando o crescimento de negócios locais e o empreendedorismo.
- Resiliência a Desastres: sistemas de energia solar descentralizados aumentam a resiliência energética de comunidades frente a desastres naturais, oferecendo uma fonte de energia alternativa em situações de emergência.
- Redução da Dependência de Importações: a energia solar reduz a dependência de combustíveis fósseis importados, promovendo a segurança energética.
- Iluminação Pública: a iluminação pública solar melhora a segurança e a mobilidade nas comunidades, especialmente em áreas com infraestrutura elétrica deficiente.
Para os consumidores
A energia do Sol pode ser usada para obter calor ou eletricidade, portanto é uma excelente forma de economizar dinheiro! Quem utiliza aquecedores solares, sistemas fotovoltaicos ou mesmo iluminação natural reduz o consumo da rede e pode economizar milhares de reais todos os anos.
Um sistema de energia solar fotovoltaica pode resultar em até 90% de economia mensal com a conta de luz. Esse valor poupado garante o retorno do investimento em poucos anos ao consumidor.
Incentivos fiscais
Para estimular a difusão dessa fonte no Brasil, foram criados incentivos fiscais para tornar financeiramente mais viável e vantajosa a instalação. Entre eles estão:
- Isenção de ICMS
- Desconto no IPTU
- Inclusão no programa Minha Casa, Minha Vida
- Isenção de imposto de importação
- Redução do imposto de renda sobre a venda do imóvel
Por que investir em energia solar?
A energia solar é uma maneira mais econômica e sustentável de conseguir energia. Ou seja, além de representar mais economia na conta de energia elétrica, ela é uma forma de contribuir com a preservação do meio ambiente.
Seja em ambientes residenciais ou industriais, a energia solar pode ser facilmente produzida, já que os sistemas de captação podem ser instalados em diferentes superfícies.
No site do Portal Solar, você tem acesso à nossa calculadora, que permite a você simular de forma rápida e prática as principais características do sistema fotovoltaico que você precisa para atender o consumo da sua casa ou empresa e economizar na sua conta de luz.
Principais desafios da energia solar?
A energia solar, apesar de seus inúmeros benefícios, enfrenta diversos desafios que precisam ser superados para que seu potencial seja plenamente realizado. Os principais são:
- A integração de grandes quantidades de energia solar na rede elétrica existente pode ser complexa e exigir atualizações significativas na infraestrutura de transmissão e distribuição.
- Políticas e regulamentos inconsistentes entre diferentes regiões ou países podem criar incertezas para investidores e desenvolvedores de projetos solares.
- A adoção da energia solar pode ser limitada pela falta de conhecimento ou pela resistência a mudanças nas comunidades.
- A formação de mão de obra qualificada para a instalação e manutenção de sistemas solares é essencial para o crescimento do setor.
- Garantir a durabilidade dos componentes, especialmente dos inversores e baterias, é crucial para a viabilidade econômica a longo prazo dos sistemas solares.
- A alta concentração da manufatura de equipamentos na China resulta em impactos logísticos e financeiros para a cadeia de fornecimento global.
Em quais setores a energia solar mais se aplica?
A energia solar tem uma ampla gama de aplicações em diversos setores, contribuindo para a geração de eletricidade, aquecimento e outros usos específicos. Os principais setores que fazem uso da energia solar são:
- Residencial
- Comercial
- Industrial
- Agricultura
- Infraestrutura Pública
- Educação e Saúde
- Transporte
- Militar e Defesa
- Tecnologia e Telecomunicações
- Geração de Hidrogênio
Quais países mais utilizam energia solar?
A China é o país do mundo com maior capacidade instalada de energia solar fotovoltaica. De acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável (Irena, na sigla em inglês), a nação asiática encerrou 2023 com 609 GW de capacidade instalada.
10 países com mais energia solar
- China: 609 GW
- EUA: 137 GW
- Japão: 87 GW
- Alemanha: 81 GW
- Índia: 72 GW
- Brasil: 37 GW
- Austrália: 33 GW
- Itália: 29 GW
- Espanha: 28 GW
- Coreia do Sul: 27 GW
Energia solar no Brasil
Localizado próximo à Linha do Equador, o Brasil recebe altos índices de radiação solar em todo o seu território que se traduzem em um potencial enorme para o uso de sistemas de energia solar.
Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar - 2ª edição, realizado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Aéreas (INPE) e outras organizações, o país apresenta altas médias anuais de irradiação, especialmente no chamado cinturão solar, faixa que engloba estados do Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste.
Isso torna a energia solar uma ótima fonte alternativa para o Brasil, que pode utilizá-la para diversificar a sua matriz elétrica de forma sustentável e eficiente. Na última década, o uso da energia solar fotovoltaica cresceu exponencialmente em todo o país.
De acordo com dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), o Brasil superou 36 GW de potência instalada de energia solar fotovoltaica ao final de 2023.
O número, que leva em conta 11 GW de usinas de grande porte (geração centralizada) e 25 GW nos sistemas de produção própria de energia instalados em residências e empresas (geração distribuída), equivale a 16,3% da matriz elétrica do país.
Energia solar no mundo
Outros países no mundo também têm potencial de uso de energia solar e estão aumentando a geração desse tipo de energia, como é o caso da China.
A China, inclusive, é o país que está na liderança em termo de energia solar, com uma capacidade instalada que chega a 254 Gigawatts (GW).
Países como Estados Unidos e Japão também figuram nas primeiras colocações de geração de energia solar, com aproximadamente 73,8 GW e 68,7, respectivamente.
Quais são os métodos para se obter energia solar?
A obtenção de energia solar pode ser feita de forma direta ou indireta, com sistemas de uso passivo ou ativo da radiação do sol. Saiba mais sobre energia solar direta e indireta.
Direta
Os métodos diretos são os que apresentam apenas uma etapa para converter a energia solar no trabalho ou energia desejados pelo homem. Exemplo: energia solar fotovoltaica, que é a energia elétrica gerada diretamente quando os fótons de luz atingem a célula fotovoltaica.
Indireta
Os métodos indiretos são os que precisam de duas ou mais etapas para converter a energia solar ao tipo de energia que deseja utilizar. Um bom exemplo de método indireto é a energia heliotérmica, que utiliza os raios do sol de forma concentrada para aquecer líquidos e gerar vapor, o qual alimenta turbinas que geram energia mecânica para depois convertê-la em energia elétrica.
Sistemas passivos e ativos para uso de energia solar
Os sistemas passivos utilizam a energia solar de forma direta, por meio de uma estufa que transfere o calor do sol para o ar, mantendo o ambiente quente, ou mesmo por uma simples janela que permite a entrada de luz.
Já os sistemas ativos utilizam a radiação solar de forma indireta por meio de equipamentos mecânicos e elétricos que transferem ou transformam a energia solar no tipo de energia desejada. Por exemplo, um aquecedor solar, que transfere a energia térmica do sol para aquecer a água, ou um painel fotovoltaico, composto de células solares que convertem a luz do sol em energia elétrica.
O futuro da energia solar
O crescimento do mercado de energia solar é motivado por diversos fatores, mas principalmente pelos altos preços da energia elétrica no Brasil e os constantes aumentos na conta de luz.
Outros fatores incluem a queda de preços dos sistemas fotovoltaicos, as linhas de financiamento facilitadas, as condições climáticas favoráveis no país, o baixo custo de manutenção do sistema fotovoltaico e o fator da sustentabilidade.
O crescimento do mercado de energia solar, mesmo que acelerado, ainda não está nem perto de chegar ao potencial que o mercado de energia possui aqui no Brasil. O total de telhados solares instalados ainda é menos do que 2% das unidades consumidoras, o que abre uma margem muito grande para que o mercado cresça cada vez mais.
Além disso, o avanço da eletrificação da frota de automóveis, necessidade de descarbonização de setores da economia e o desenvolvimento da indústria do hidrogênio verde tendem a elevar a demanda por energia elétrica renovável e a energia solar é a fonte mais adequada para atender esse cenário, em razão de sua versatilidade e baixos custos. Assim a perspectiva é que a energia solar seja a principal fonte de eletricidade do país até 2050.
Agora, você já entendeu tudo sobre energia solar, acesse a nossa calculadora e descubra como economizar até 90% na sua fatura de energia!
