Energia fotovoltaica: saiba como funciona a energia solar e seus benefícios para o meio ambiente

Paulo Nogueira
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18-10-2021 16:59:37
em Energia Renovável, Energia Solar
energia eólica parque eólico sol energia limpa sustentável Imagem: Energia Solar gerada pela luz e Calor do Sol. Fonte: Canva

A energia solar é uma forma de energia gerada pelo calor e luz do sol, que pode ser utilizada por meio de diversas tecnologias. As tecnologias solares convertem a luz do sol em energia elétrica por meio de painéis fotovoltaicos (PV) ou de espelhos que concentram a radiação solar, ou seja, de forma térmica.

Essa energia gerada pode ser utilizada para gerar eletricidade ou também ser armazenada em baterias ou armazenamento térmico.

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Por ser considerada uma das fontes de energia limpa e renovável, a energia solar tem se tornado cada vez mais atraente por causa do seu suprimento inesgotável e seu caráter não poluente, em total contraste com os combustíveis fósseis finitos, carvão, petróleo e gás natural. 

A quantidade de luz solar que atinge a terra é muito superior as necessidades de energia atuais e previstas da população mundial. Com apenas uma hora e meia de incidência solar na superfície da terra é suficiente para lidar com o consumo de energia do mundo por um ano inteiro.

O processo de funcionamento para a produção de energia elétrica, a partir da energia solar, pode ser feita por dois sistemas: heliotérmico ou fotovoltaico.

O sistema heliotérmico converte, primeiramente, a energia solar em energia térmica e, em seguida, em energia elétrica. Já o sistema fotovoltaico converte a energia solar diretamente em energia elétrica.

Como funciona uma usina de energia fotovoltaica
Imagem: Como funciona uma usina de energia fotovoltaica. Fonte: Portal Solar

A produção da energia solar fotovoltaica é prática, além de bastante econômica e segura para obtenção de energia limpa.

A energia solar pode ser utilizada na sua residência, após a instalação de um kit gerador de energia solar fotovoltaico. Isso proporciona mais comodidade para você, que não precisa se preocupar tanto com a conta de energia elétrica.

Outro setor em que a instalação da energia solar traz bastante benéficos é para as indústrias e comércios. Eles são altamente beneficiados pois demanda um alto consumo de energia.

Há ainda a utilização de energia solar pelas propriedades rurais, trazendo uma grande vantagem principalmente para irrigação, bombeamento de água, refrigeração, secagem de grãos, dentre outras finalidades.

Passo a passo de como é fabricado um painel solar
Imagem: Passo a passo de como é fabricado um painel solar. Fonte: Portal Solar

O processo de fabricação do painel solar começa com a limpeza do vidro (1). Esta limpeza é feita por uma máquina especial por um processo de osmose reversa para garantir que não se forme “bolhas” no painel solar depois de laminado e pronto.

Depois é feita a interlocução das células fotovoltaicas (2), que consiste em uma das etapas mais críticas do processo. É nesta etapa que as células são interconectadas por fios condutores de cobre ou alumínio, onde cada voltagem possui uma quantidade determinada de séries e células, que são unidas por meio de uma máquina de solda especial.

Em seguida, vem a montagem da matriz de células (3), também conhecido como “layup”. Esta fase consiste no processo de coletar as séries de células fotovoltaicas interconectadas e posicionar sobre o vidro e o EVA.

Após este trabalho é realizada a interconexão manual (4). Desta forma, as strings de células são soldadas criando uma ligação elétrica entre elas.

Feito isso, é hora do posicionamento do EVA e backsheet (5), que praticamente consiste em colocar uma segunda folha de EVA sobre a matriz de células e do backsheet sobre o EVA.

Na sequência, inicia-se o processo de laminação do painel solar (6). É durante este processo que o EVA derrete / funde e forma uma junção perfeita entre as camadas e assim protege as células das intempéries.

Assim que o painel solar sai da laminadora, sobra um pouco de material nas laterais do painel. Então, através de uma ferramenta especial é feito o corte da rebarba (7).

Logo em seguida é instalada a caixa de junção (8), que é fixada com o uso de silicone como selante.

Para finalizar são fixadas as molduras de alumínio (9) para dar robustez e garantir a proteção do vidro para o painel e o painel estará pronto para a última etapa da linha de produção, que são os testes e inspeção (10). Caso ocorra tudo bem durante a fase de testes e inspeção, os painéis solares serão separados e empacotados (11).

Tipos de painéis solares

Os principais tipos de painéis solares são os painéis monocristalinos, policristalinos e de película (filme) fina.

Tipos de painéis solares
Imagem: Tipos de painéis solares. Fonte: Sunergia

A principal diferença entre os painéis mono e poli é que os painéis de silício monocristalino são feitos com células solares de um único cristal de silício, enquanto os painéis de silício policristalino são feitos da fusão de vários cristais de silício.

A tecnologia monocristalina é facilmente reconhecida olhando de perto, pois possuem uma cor uniforme característica da alta pureza do silício. Por serem feitos com um único cristal de silício, os painéis monocristalinos são mais eficientes, porém são mais caros do que os painéis policristalinos.

Suas principais diferenças são o apelo estético, o custo e a eficiência. Nos painéis policristalinos, os cristais de silício são fundidos em um bloco preservando a formação de múltiplos cristais (daí o nome poli cristalino).

Já os painéis solares de película (filme) fino, ou TFPV, é composto por várias camadas finas de material fotovoltaico sobre um substrato. Eles também podem ser categorizados de acordo com o material fotovoltaico que é depositado sobre o substrado, sendo eles: silício amorfo (a-Si), telureto de cádmio (CdTe), cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS) e células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV).

Dependendo da tecnologia do painel solar de pélicula fina, sua eficiência é considerada mediana, representando uma média entre 7 – 13% de eficiência. Este tipo de painel representa aproximadamente 20% do mercado mundial de fabricação de paíneis solares fotovoltaicos, sendo sua maioria de silício cristalino.

Parques solares fotovoltaicos: entenda o que é um parque solar, como funciona e conheça todos os parques solares do Brasil

Um parque solar, também conhecido como usina solar ou complexo solar é uma grande central que utiliza milhares de placas fotovoltaicas ou outras tecnologias para a produção de uma grande quantidade de energia elétrica, e posteriormente, distribuir essa energia em alta tensão para diversos consumidores.

Deve-se observar o local de instalação do parque solar, pois ela impacta diretamente na forma de conexão.

De forma geral, os parques solares são fixados no solo através de estruturas específicas, mas também podem ser construídos em “trackers”, que são estruturas que permitem que as células acompanhem o movimento do sol.

O parque solar funciona de maneira semelhante ao sistema de energia solar fotovoltaica residencial, absorvendo a energia do sol e transformando-a em energia elétrica.

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Veja como é a instalação no telhado de energia solar
Tenha a visão 360º de um parque eólico

Quantos parques solares têm no Brasil?

Parque Solar São Gonçalo
Imagem: Parque Solar São Gonçalo. Fonte: Exame

O primeiro parque solar do Brasil foi a usina de Tauá, construída em 2011 no município de Tauá, sertão do Ceará. Ela foi o primeiro parque solar no país a gerar energia elétrica em escala comercial suficiente para abastecer, na época, aproximadamente 650 casas populares, o que correspondia a uma capacidade inicial de geração de energia de 1000kWp (1MWp).

Segundo os dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), o Brasil possui atualmente 4.403 usinas fotovoltaicas em operação com uma potência outorgada total de aproximadamente 3,84 GW.

Além dessas, existem também 81 usinas em fase de construção, que somam mais de 3,1 GW, e ainda 686 projetos não iniciados, totalizando cerca de 26,7 GW.

As principais usinas de energia solar que já estão em operação no Brasil, de acordo com a potência operacional, são:

  • Parque Solar São Gonçalo – 608 megawatts – São Gonçalo (PI);
  • Complexo Solar Pirapora – 321 megawatts – Pirapora (MG);
  • Parque Solar Nova Olinda – 292 megawatts – Ribeira do Piauí (PI);
  • Complexo Solar Ituverava – 292 megawatts – Tabocas do Brejo Velho (BA);
  • Complexo Solar Pereira Barreto – 252 megawatts – Pereira Barreto (SP);
  • Parque Solar Lapa – 168 megawatts – Bom Jesus da Lapa (BA);
  • Central Fotovoltaica Juazeiro Solar – 156 megawatts – Juazeiro (BA);
  • Usina solar Guaimbê – 150 megawatts – Guaimbê (SP);
  • Usina solar Apodi – 132 megawatts –Quinxeré (CE);
  • Parque solar Paracatu – 132 megawatts – Paracatu (MG);
  • Usina solar de Tauá – 1 megawatts – Tauá (CE).

Conheça a listagem completa de todos os parques solares do Brasil clicando aqui.

Como é feito uma placa solar fotovoltaica

O processo de fabricação de painéis solares envolve as melhores tecnologias que visam a eficiência e durabilidade por décadas do produto.  Uma placa solar fotovoltaica consiste em células solares (fotovoltaica), vidro, EVA, folha traseira e moldura.

Veja quais são os principais materiais utilizados na fabricação de painéis solares:

Célula fotovoltaica

Célula Fotovoltaica
Imagem: Célula Fotovoltaica. Fonte: Portal Solar

A célula fotovoltaica é a parte mais importante do painel solar, pois é através dela que a reação físico-química transforma a luz solar em energia elétrica. Ela é produzida a partir de uma “fatia” de cristal de silício extremamente puro. A célula fotovoltaica representa um pouco mais da metade do custo do painel solar.

Vidro fotovoltaico (vidro especial)

Vidro Fotovoltaico
Imagem: Vidro Fotovoltaico. Fonte: Portal Solar

O vidro fotovoltaico precisa ser de boa qualidade, pois ele precisa resistir as mais fortes chuvas de granizo. Desta forma, ele não é um vidro comum.

Trata-se de um vidro temperado especial revestida com uma substância antirreflexiva, especialmente desenvolvido para proporcionar menos reflexão e deixar o máximo de luz passar através dele. Ele representa aproximadamente 10% do custo da fabricação do painel solar.

Filme encapsulante para o painel solar – EVA

Filme Encapsulante para o Painel Solar
Imagem: Filme Encapsulante para o Painel Solar. Fonte: Portal Solar

O filme encapsulante, ou acetato-vinilo de etileno (que deriva do inglês Ethylene Vinyl Acetat – EVA), é um material selante específico para painéis solares.

A função do filme encapsulante é fornecer proteção as células fotovoltaicas contra o envelhecimento causado pelos raios UV, temperaturas extremas e umidade. Com relação ao custo de fabricação do painel solar, este componente representa aproximadamente 8% do custo total.

Backsheet

Backsheet painel solar
Imagem: Backsheet painel solar. Fonte: Portal Solar

O blacksheet é um material plástico robusto cuja função é proteger os componentes internos do painel solar, ou seja, proteger as células fotovoltaicas. Ele representa aproximadamente 8% do custo de fabricação e vai na parte de trás do painel solar.

Caixa de junção

Caixa de Junção Painel Solar
Imagem: Caixa de Junção Painel Solar. Fonte: Portal Solar

A caixa de junção, ou PV Juction Box, é uma espécie de gabinete localizado atrás do painel solar, grudada com um adesivo silicone ou fita dupla face especial. Sua função consiste em interconectar os painéis solares quando instalados no telhado.

Ela possui dentro diodos de by-pass que vão garantir a segurança e o bom funcionamento do painel solar. Seu custo representa aproximadamente 6% do valor total de fabricação do painel solar.

Molduras do painel solar de alumínio anodizado

Molduras Painel Solar Alumínio Anodizado
Imagem: Molduras Painel Solar Alumínio Anodizado. Fonte: Portal Solar

O frame do painel solar, ou seja, toda a parte que fica ao redor do painel é adicionada uma moldura de alumínio anodizado. Ela é especialmente fabricada para agregar robustez ao painel e proteger a sua integridade contra situações adversas.

Sua espessura não deve ser menor do que 4 cm e seu custo representa aproximadamente 4% do valor total de fabricação do painel solar.

Cenários e perspectivas do mercado global de energia solar

A energia renovável se expandiu em um ritmo muito rápido em duas décadas, com grandes adições principalmente de energia solar e eólica, além de ser muito eficiente.

O mercado global de energia solar foi avaliado em $ 52,5 bilhões em 2018 e está projetado para atingir $ 223,3 bilhões em 2026, crescendo a um CAGR de 20,5% de 2019 a 2026.

Segundo a Agência Internacional de Energia, essas fontes de energia devem se expandir nos próximos anos em um ritmo muito mais rápido do que antes.

Mercado Global de Energia Solar
Imagem: Mercado Global de Energia Solar. Fonte: Allied Market Research

A China está no centro da oferta e demanda renováveis ​​globais, respondendo por cerca de 40% do crescimento da capacidade renovável global por vários anos.

Em 2020, a participação da China aumentou para 50% pela primeira vez devido à pressa em concluir os projetos antes que os subsídios governamentais fossem eliminados.

A China é o maior fabricante de painéis solares e turbinas eólicas, bem como o maior fornecedor de matérias-primas como silício, vidro, aço, cobre e materiais de terras raras necessários para construí-los.

O Brasil vem evoluindo algumas posições no ranking mundial de países que mais investem em energia fotovoltaica, bem como no ranking geral de países, no que diz respeito à capacidade de geração de energia solar, onde chegou a ocupar a 16ª posição no ranking mundial de capacidade instalada. 

Além disso, a energia solar traz inúmeros benefícios ambientais para o Brasil, pois se boa parte da população tiver acesso a instalação de sistemas fotovoltaicos em casas e empreendimento, não será mais necessário inundar áreas imensas de florestas para construir usinas hidroelétricas.

A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) e a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR) divulgaram um gráfico sobre a energia solar no Brasil com o ranking dos estados que utilizam essa fonte renovável de energia em todo o território brasileiro.

O gráfico mostra que grande parte dos sistemas fotovoltaicos estão instalados nas regiões Sudeste, Sul e Nordeste do Brasil.

Energia fotovoltaica no Brasil
Imagem: Energia fotovoltaica no Brasil. Fonte: Absolar
Energia fotovoltaica no Brasil
Imagem: Energia fotovoltaica no Brasil. Fonte: Absolar

Impactos ambientais e benefícios da energia solar para a preservação do meio ambiente

A eletricidade produzida por painéis solares é limpa, renovável, infinita, não faz barulho e é livre de emissões.Mudar a geração de energia para fontes renováveis ​​é um pilar fundamental dos esforços globais para alcançar a neutralidade de carbono.

Os painéis solares não emitem absolutamente nada de CO2, contribuindo significativamente, para a redução da pegada de carbono.

A energia solar é uma fonte eficaz de energia não convencional e uma solução sustentável conveniente que contribui para o combate do aumento das emissões do efeito estufa e do aquecimento global.

O crescimento do mercado de energia solar deve-se pelo aumento de poluição ambiental e pela oferta de incentivos governamentais no mundo inteiro, com redução de impostos para instalação de painéis solares.

A diminuição do custo da tecnologia para fabricação dos painéis solares foi outro fator determinante para o aquecimento do mercado de energia solar.

Além disso, esse crescimento também tem sido ocasionado pela diminuição da pegada hídrica, que alimentou a demanda do setor de geração de energia por diversos anos.

Diferente das usinas hidrelétricas, onde muitos subprodutos são emitidos na atmosfera, ameaçando o ar natural de que dependemos para respirar, a energia solar, por sua vez, produz uma energia limpa, com impacto zero no meio ambiente.

Por fim, assim como os sistemas fotovoltaicos instalados em casas, no agronegócio, estabelecimentos comerciais e indústrias, os parques solares também possuem uma durabilidade muito boa, correspondendo a 25 anos de vida útil dos painéis solares.

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Paulo Nogueira
Com formação técnica, atuei no mercado de óleo e gás offshore por alguns anos. Hoje, eu e minha equipe nos dedicamos a levar informações do setor de energia brasileiro e do mundo, sempre com fontes de credibilidade e atualizadas.
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