Glauco Diniz Duarte Empresa – como surgiu a energia fotovoltaica

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, estrela Maior do nosso sistema solar, o Sol é a fonte de energia para todos os seres vivos na Terra.

E, desde muito tempo, o homem procurou por formas e tecnologias de captar essa energia para alimentar o seu desenvolvimento. E assim o faz até hoje.

Este artigo visa apresentar uma breve história da energia solar, incluindo as primeiras formas de utilização feitas pelo homem até chegar aos dias (e tecnologias), atuais. Confira.

Origem da Energia Solar: O Sol

De forma mais ampla possível, podemos afirmar que a origem da energia solar remonta ao surgimento do próprio Sol, a cerca de 4,57 bilhões de anos atrás.

É de sua energia que todas as formas de vida na Terra se originaram e se sustenta até hoje, incluindo nós, seres humanos.

Localizado a estimados 150 milhões de quilômetros da Terra, o Sol possui uma massa 332.900 vezes maior que o nosso planeta e é composto principalmente de hidrogênio.

E é esse elemento que alimenta a estrela em seu núcleo, onde a enorme pressão causa a fusão nuclear entre seus átomos, resultando em átomos de Hélio e energia.

Esta energia viaja do interior do sol até a sua superfície (chamada de fotosfera), e daí se irradia em todas as direções.

Explicado por Albert Einstein em 1905, mas só batizado em 1926, os fótons são as partículas elementares da luz responsáveis por carregar a sua energia através do espaço até o nosso planeta.

Os fótons se deslocam a uma velocidade de 300.000 km/s, por isso demoram cerca de 8 minutos para chegar à Terra.

A ciência nos estima que o Sol, como o conhecemos hoje, irá durar cerca de mais de 5 bilhões de anos, ao final dos quais terá consumido toda a sua carga de hidrogênio e então se tornará uma “gigante vermelha”, expandindo sua circunferência em tal nível que acabará por “engolir” a Terra.

Primeiras Utilizações da Energia Solar

Em teoria, é correto afirmar que a raça humana utiliza o poder do sol desde o século VII a.C, como evidenciam provas históricas em que materiais de vidro eram usados como lupa para focalizar a luz do sol e ascender fogueiras.

Com o mesmo propósito fizeram os Romanos e Gregos, no século III a.C, os chamados “espelhos queimadores” em cerimônias religiosas, e os chineses no ano 20d.C.

“Salas solares”, por sua vez, são uma invenção antiga utilizada até os dias de hoje, em que janelas gigantes concentram a luz do sol em um único ponto.

Curiosidade: Essa forma de utilização da energia solar é chamada de passiva, em oposto a ativa que utiliza diferentes tecnologias para sua captação.

Algumas das mais conhecidas salas de termas romanas, especialmente as voltadas para o Sul, eram salas solares.

Esse mesmo uso da energia solar foi utilizado por ancestrais do antigo povo indígena Anasazi, em 1.200 d.C, na América do Norte, os quais, no inverno, acomodavam-se em casas voltadas ao Sul em penhascos para captar o calor do sol.

Muito tempo depois, entre os séculos XVII e XVIII, cientistas conseguiram captar a luz do sol para alimentar fornos portáteis em longas viagens, assim como também a utilizaram para produzir barcos a vapor movidos a energia solar.

Portanto, podemos ver que, mesmo antes de estar popularizada através das tecnologias atuais, a energia solar já era utilizada de diversas formas, sendo uma prática comum da civilização.

A Energia Solar Nos Dias Atuais

Existem diferentes formas e tecnologias para captação e conversão da energia solar, que se diferem entre passivas e ativas, como já explicado.

As tecnologias ativas são as que utilizam dispositivos mecânicos ou elétricos para amplificar ou processar a energia obtida e convertê-la em outra forma de energia, como a elétrica.

São exemplos de tecnologias solares ativas os sistemas de aquecimento solar, os sistemas fotovoltaicos e os concentradores solares térmicos das usinas heliotérmicas.

Já as técnicas de captação passiva de energia solar são aquelas que fazem uso direto da luz solar, sem a necessidade de qualquer tipo de processo ou conversão.

Exemplos desse tipo são a arquitetura solar/bioclimática, como por exemplo um projeto arquitetônico na construção civil que explore um uso melhorado da luz do sol.

Atualmente, as duas tecnologias solares mais utilizadas por consumidores são:

Energia Térmica

A energia solar térmica é uma tecnologia ativa para captação, armazenamento e aproveitamento do calor do sol, não envolvendo nenhuma geração de energia elétrica em seu processo.

Em um sistema de energia solar térmica, popularmente conhecido no Brasil como sistema de Aquecimento Solar, coletores solares térmicos instalados sobre os telhados captam a energia térmica (calor) presente na luz do sol.

Do coletor solar, essa energia então é transferida para um reservatório d’água, chamado de boiler, e usada para aquecer a água lá presente até o momento de sua utilização.

Embora sejam parecidas, as placas solares para aquecimento não devem ser confundidas com as placas de energia solar fotovoltaica utilizadas para geração elétrica.

Energia Fotovoltaica

A energia solar fotovoltaica é a energia elétrica gerada através da conversão direta da luz do sol.

Essa geração é feita através de placas solares fotovoltaicas que captam a luz do sol incidente e difusa, ou seja, a luz que atinge diretamente sobre elas e também a luz ao redor.

Dessa forma, a geração elétrica é possível mesmo em dias nublados ou chuvosos, embora a quantidade de luz recebida pela placa esteja diretamente ligada a sua produção.

Uma placa solar fotovoltaica é composta de várias células fotovoltaicas, unidade básica de geração da tecnologia e a qual é feita de um material semicondutor.

As placas solares, junto com outros equipamentos, compõem os chamados sistemas fotovoltaicos, que hoje já abastecem milhões de casas e empresas no mundo apenas com a energia do sol.

Entre todas as tecnologias para geração de energia renovável, a solar fotovoltaica é disparada a que mais cresceu nos últimos anos, com novos 94 Gigawatts (GW) instalados em 2018, segundo os dados da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA, na sigla em inglês).

Como resultado, hoje a energia solar já ocupa a terceira posição entre as fontes renováveis com maior capacidade instalada, sendo 486 Gigawatts mundiais, atrás apenas da fonte hídrica (1.172 GW) e eólica (564 GW).

Esse crescimento acelerado é reflexo das inúmeras vantagens e benefícios que a tecnologia traz aos consumidores, sendo a economia de até 95% na conta de luz a maior delas.

Uma Breve História da Energia Solar Fotovoltaica

A história começa com Edmond Becquerel, um jovem físico francês que, em 1839, observou e descobriu o efeito fotovoltaico, processo no qual um material gera uma voltagem ou corrente elétrica quando exposto à radiação eletromagnética.

No entanto, somente após Albert Einstein explicar o efeito fotoelétrico em seu trabalho ganhador do Nobel é que se entendeu como a luz produz eletricidade.

Em 1883, o inventor novaiorquino Charles Fritts criou a primeira célula solar feita de selênio finamente revestido de ouro, marcando o início da tecnologia fotovoltaica.

Curiosidade: isso ocorreu um ano após Thomas Edison inaugurar a primeira usina de carvão comercial do mundo.

Segundo relato de Fritts, a invenção produzia uma corrente “contínua, constante e de força considerável”.  A célula, contudo, possuía eficiência máxima de conversão elétrica de apenas 2%.

Atualmente, as células fotovoltaicas possuem eficiência de 15% a 20%.

A chamada tecnologia fotovoltaica foi batizada em homenagem ao físico e químico italiano, Alessandro Volta, reconhecido como o pioneiro da eletricidade e da potência.

Em 1954, cientistas americanos da Bell Laboratories criaram a primeira célula solar de Silício, mais eficiente que o Selênio, com 6% de conversão.

Foram eles: Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson. Introduzidos ao Hall da Fama dos Inventores Nacionais em 2008.

A invenção, entretanto, ainda esbarrava em um problema: seu alto custo. Células solares de silício são caras para produzir e placas solares feitas delas mais ainda.

Entre os anos de 1970 e 1980 a energia solar teve altos e baixos nos Estados Unidos, devido à crise energética no país.

Desde então, a tecnologia vem registrando quedas anuais de seus preços no mundo inteiro.

O futuro da Energia Solar

Hoje, os maiores esforços em torno da tecnologia são feitos em busca de sua maior eficiência, como a célula de Pervoskita, que promete níveis de eficiência bem acima das feitas de silício.

Mas inovações estéticas também foram feitas, como as telhas solares da Tesla, que visam tornar as retangulares placas solares mais agradáveis ​​ou bonitas.

Outra frente neste quesito é a fotovoltaica aplicada à construção, no qual painéis solares flexíveis, ou até mesmo rígidos, são incorporados diretamente no projeto, como carports solares.

A tecnologia solar já percorreu um longo caminho, mas essas inovações mostram que ela está ainda só no começo.

Fatos Importantes da História dos Painéis Solares

Painel Solar no Espaço:

Algumas das primeiras utilizações dos painéis solares foram feitas no espaço, começando em 1958, quando o satélite Vanguard I foi lançado em sua viagem espacial com um painel minúsculo, de 1 Watt, para alimentar o seu rádio.

No mesmo ano, os satélites Vanguard II, Explorer III e o Sputnik-3 também foram lançados com painéis solares ao espaço. Em 1964 e 1966, a NASA foi responsável pelo lançamento do primeiro satélite e estação espacial movidos inteiramente por energia solar gerada por painéis solares, os quais produziam 470 W e 1 kW, respectivamente.

Primeira Casa Solar:

Já em 1973, foi construída a primeira casa alimentada por energia solar, realizado pela Universidade de Delaware, nos EUA, e batizada de “Solar One” (Primeira Solar).

O projeto utilizava um híbrido de energia solar térmica e fotovoltaica, e também contou com a primeira utilização de BIPV (Building Integrated Photovoltaics, ou Fotovoltaica Integrada a Edifícios).

A casa não continha painéis solares, com a tecnologia fotovoltaica sendo integrada ao seu telhado, semelhante as telhas solares da Tesla.

Evolução da Eficiência em Conversão

Entre 1957 e 1960, a Hoffman Eletronics conseguiu quebrar vários recordes de eficiência da fotovoltaica, passando de 8% para 14%.

Em 1985, outra grande conquista foi alcançada pela Universidade de South Wales, nos EUA, a qual conseguiu chegar a uma eficiência de 20% com células solares de silício.

Em 1999, uma pesquisa em conjunto entre o National Renewable Energy Laboratory e a Spectrolab Inc. alcançou uma eficiência de 33.3%, recorde quebrado novamente pela Universidade de South Wales, em 2016, quando conseguiram chegar a uma eficiência de 34.5%.

Todas essas tecnologias, entretanto, ainda estão vários anos de estudo distantes de chegarem ao mercado.

Aviões Movidos Por Energia Solar

Em 1981, o primeiro avião alimentado por energia solar, o Solar Challenger, voou através do canal inglês entre a França e o Reino Unido, pilotado por seu inventor, Paul MacCready.

Em 1998, a aeronave solar por controle remoto “Pathfinder” estabeleceu o recorde de altura após alcançar uma altitude de quase 25.000 km.

Esse recorde foi quebrado pela Nasa em 2001, quando sua aeronave alcançou uma altitude de quase 30.000 km. Em 2016, o suíço Bertrand Piccard foi responsável pela primeira volta ao mundo a bordo do maior avião movido por energia solar de hoje, o Solar Impulse 2.