A energia solar é qualquer tipo de energia gerada pelo sol.

A energia solar é criada pela fusão nuclear que ocorre ao sol. A fusão ocorre quando os prótons de átomos de hidrogênio colidem violentamente no núcleo e no fusível do sol para criar um átomo de hélio.

Esse processo, conhecido como reação em cadeia PP (próton-proton), emite uma enorme quantidade de energia. Em seu núcleo, o sol fuga cerca de 620 milhões de toneladas de hidrogênio a cada segundo. A reação em cadeia do PP ocorre em outras estrelas do tamanho do nosso sol e fornece energia e calor contínuos. A temperatura dessas estrelas fica a cerca de 4 milhões de graus na escala de Kelvin (cerca de 4 milhões de graus Celsius, 7 milhões de graus Fahrenheit).

Em estrelas que são cerca de 1,3 vezes maior que o sol, o ciclo CNO impulsiona a criação de energia. O ciclo CNO também converte hidrogênio em hélio, mas depende de carbono, nitrogênio e oxigênio (C, N e O) para fazê -lo. Atualmente, menos de dois por cento da energia do Sol é criado pelo ciclo CNO.

A fusão nuclear pela reação em cadeia PP ou ciclo CNO libera enormes quantidades de energia na forma de ondas e partículas. A energia solar está constantemente fluindo para longe do sol e em todo o sistema solar. A energia solar aquece a Terra, causa vento e clima e sustenta a vida de plantas e animais.

A energia, o calor e a luz do sol fluem na forma de radiação eletromagnética (EMR).

O espectro eletromagnético existe como ondas de diferentes frequências e comprimentos de onda. A frequência de uma onda representa quantas vezes a onda se repete em uma certa unidade de tempo. Ondas com comprimentos de onda muito curtos se repetem várias vezes em uma determinada unidade de tempo, por isso são de alta frequência. Por outro lado, as ondas de baixa frequência têm comprimentos de onda muito mais longos.

A grande maioria das ondas eletromagnéticas é invisível para nós. As ondas de alta frequência emitidas pelo sol são raios gama, raios-X e radiação ultravioleta (raios UV). Os raios UV mais prejudiciais são quase completamente absorvidos pela atmosfera da Terra. Os raios UV menos potentes viajam pela atmosfera e podem causar queimaduras solares.

O sol também emite radiação infravermelha, cujas ondas são muito mais baixas. A maior parte do calor do sol chega como energia infravermelha.

Passo entre infravermelho e UV é o espectro visível, que contém todas as cores que vemos na Terra. O vermelho da cor tem os comprimentos de onda mais longos (mais próximos do infravermelho) e Violet (mais próximo de UV) o mais curto.

Energia solar natural

Efeito de estufa
As ondas infravermelhas, visíveis e UV que alcançam a Terra participam de um processo de aquecimento do planeta e tornar a vida possível-o chamado "efeito de estufa".

Cerca de 30 % da energia solar que chega à Terra é refletida de volta ao espaço. O resto é absorvido na atmosfera da Terra. A radiação aquece a superfície da Terra e a superfície irradia parte da energia de volta na forma de ondas infravermelhas. À medida que aumentam através da atmosfera, eles são interceptados por gases de efeito estufa, como vapor de água e dióxido de carbono.

Os gases de efeito estufa prendem o calor que reflete de volta à atmosfera. Dessa forma, eles agem como as paredes de vidro de uma estufa. Esse efeito de estufa mantém a terra quente o suficiente para sustentar a vida.

Fotossíntese
Quase toda a vida na Terra depende da energia solar para alimentos, direta ou indiretamente.

Os produtores confiam diretamente na energia solar. Eles absorvem a luz solar e a convertem em nutrientes através de um processo chamado fotossíntese. Os produtores, também chamados de autotróficos, incluem plantas, algas, bactérias e fungos. Os autotróficos são a base da teia alimentar.

Os consumidores dependem de produtores de nutrientes. Herbívoros, carnívoros, onívoros e detritivores dependem de energia solar indiretamente. Herbívoros comem plantas e outros produtores. Carnívoros e onívoros comem produtores e herbívoros. Os detritivores decompõem a matéria vegetal e animal, consumindo -a.

Combustíveis fósseis
A fotossíntese também é responsável por todos os combustíveis fósseis da Terra. Os cientistas estimam que cerca de três bilhões de anos atrás, os primeiros autotróficos evoluíram em ambientes aquáticos. A luz solar permitiu que a vida vegetal prosperar e evoluir. Depois que os autotróficos morreram, eles se decompuseram e mudaram -se mais profundamente para a terra, às vezes milhares de metros. Esse processo continuou por milhões de anos.

Sob pressão intensa e altas temperaturas, esses restos se tornaram o que conhecemos como combustíveis fósseis. Os microorganismos tornaram -se petróleo, gás natural e carvão.

As pessoas desenvolveram processos para extrair esses combustíveis fósseis e usá -los para energia. No entanto, os combustíveis fósseis são um recurso não renovável. Eles levam milhões de anos para se formar.

Aproveitando a energia solar

A energia solar é um recurso renovável, e muitas tecnologias podem colhê -lo diretamente para uso em residências, empresas, escolas e hospitais. Algumas tecnologias de energia solar incluem células e painéis fotovoltaicos, energia solar concentrada e arquitetura solar.

Existem diferentes maneiras de capturar radiação solar e convertê -la em energia utilizável. Os métodos usam energia solar ativa ou energia solar passiva.

As tecnologias solares ativas usam dispositivos elétricos ou mecânicos para converter ativamente a energia solar em outra forma de energia, geralmente calor ou eletricidade. As tecnologias solares passivas não usam dispositivos externos. Em vez disso, eles aproveitam o clima local para aquecer estruturas durante o inverno e refletem o calor durante o verão.

Fotovoltaica

A fotovoltaica é uma forma de tecnologia solar ativa que foi descoberta em 1839 pelo físico francês de 19 anos, Alexandre-Edmond Becquerel. Becquerel descobriu que, quando colocou o cloreto de prata em uma solução ácida e o expôs à luz solar, os eletrodos de platina ligados a ele geraram uma corrente elétrica. Esse processo de geração de eletricidade diretamente a partir da radiação solar é chamado de efeito fotovoltaico, ou fotovoltaica.

Hoje, a fotovoltaica é provavelmente a maneira mais familiar para aproveitar a energia solar. Matrizes fotovoltaicas geralmente envolvem painéis solares, uma coleção de dezenas ou até centenas de células solares.

Cada célula solar contém um semicondutor, geralmente feito de silício. Quando o semicondutor absorve a luz do sol, ele derruba os elétrons. Um campo elétrico direciona esses elétrons soltos para uma corrente elétrica, fluindo em uma direção. Contatos de metal na parte superior e inferior de uma célula solar direcionam essa corrente para um objeto externo. O objeto externo pode ser tão pequeno quanto uma calculadora movida a energia solar ou tão grande quanto uma usina.

A fotovoltaica foi amplamente utilizada na nave espacial. Muitos satélites, incluindo a Estação Espacial Internacional (ISS), apresentam “asas” reflexivas de painéis solares. O ISS possui duas asas de matriz solar (serras), cada uma usando cerca de 33.000 células solares. Essas células fotovoltaicas fornecem toda a eletricidade à ISS, permitindo que os astronautas operem a estação, vivam com segurança no espaço por meses a cada vez e conduzem experimentos científicos e de engenharia.

As usinas fotovoltaicas foram construídas em todo o mundo. As maiores estações estão nos Estados Unidos, Índia e China. Essas usinas de energia emitem centenas de megawatts de eletricidade, usados ​​para fornecer casas, empresas, escolas e hospitais.

A tecnologia fotovoltaica também pode ser instalada em menor escala. Os painéis e células solares podem ser fixadas nos telhados ou nas paredes externas dos edifícios, fornecendo eletricidade para a estrutura. Eles podem ser colocados ao longo de estradas para rodovias leves. As células solares são pequenas o suficiente para alimentar dispositivos ainda menores, como calculadoras, medidores de estacionamento, compactadores de lixo e bombas de água.

Energia solar concentrada

Outro tipo de tecnologia solar ativa é a energia solar concentrada ou a energia solar concentrada (CSP). A tecnologia CSP usa lentes e espelhos para focar (concentrar) a luz solar de uma grande área em uma área muito menor. Essa intensa área de radiação aquece um fluido, que por sua vez gera eletricidade ou alimenta outro processo.

Os fornos solares são um exemplo de energia solar concentrada. Existem muitos tipos diferentes de fornos solares, incluindo torres de energia solar, calhas parabólicas e refletores de Fresnel. Eles usam o mesmo método geral para capturar e converter energia.

As torres de energia solar usam heliostatos, espelhos planos que se voltam para seguir o arco do sol pelo céu. Os espelhos são dispostos em torno de uma “torre coletora” central e refletem a luz do sol em um raio de luz concentrado que brilha em um ponto focal na torre.

Em projetos anteriores de torres de energia solar, a luz solar concentrada aquecia um recipiente de água, que produzia vapor que alimentava uma turbina. Mais recentemente, algumas torres de energia solar usam líquido de sódio, que possui maior capacidade de calor e mantém calor por um longo período de tempo. Isso significa que o fluido não apenas atinge temperaturas de 773 a 1.273k (500 ° a 1.000 ° C ou 932 ° a 1.832 ° F), mas pode continuar a ferver a água e gerar energia mesmo quando o sol não estiver brilhando.

Calhas parabólicas e refletores de Fresnel também usam CSP, mas seus espelhos são moldados de maneira diferente. Os espelhos parabólicos são curvos, com uma forma semelhante a uma sela. Os refletores de Fresnel usam tiras planas e finas de espelho para capturar a luz solar e direcioná -lo para um tubo de líquido. Os refletores de Fresnel têm mais área de superfície do que calhas parabólicos e podem concentrar a energia do sol a cerca de 30 vezes sua intensidade normal.

As usinas solares concentradas foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. A maior instalação do mundo é uma série de plantas no deserto de Mojave, no estado dos EUA, na Califórnia. Esse sistema de geração de energia solar (SEGS) gera mais de 650 gigawatt-hora de eletricidade todos os anos. Outras plantas grandes e eficazes foram desenvolvidas na Espanha e na Índia.

A energia solar concentrada também pode ser usada em uma escala menor. Ele pode gerar calor para fogões solares, por exemplo. Pessoas em aldeias de todo o mundo usam fogões solares para ferver água para saneamento e cozinhar alimentos.

Os fogões solares oferecem muitas vantagens sobre os fogões a lenha: eles não são um risco de incêndio, não produzem fumaça, não requerem combustível e reduzem a perda de habitat nas florestas onde as árvores seriam colhidas para combustível. Os fogões solares também permitem que os moradores busquem tempo para educação, negócios, saúde ou família durante o tempo que foi usada anteriormente para reunir lenha. Os fogões solares são usados ​​em áreas tão diversas quanto Chade, Israel, Índia e Peru.

Arquitetura solar

Ao longo de um dia, a energia solar faz parte do processo de convecção térmica, ou o movimento do calor de um espaço mais quente para um mais frio. Quando o sol nasce, começa a aquecer objetos e material na terra. Ao longo do dia, esses materiais absorvem o calor da radiação solar. À noite, quando o sol se põe e a atmosfera esfriou, os materiais liberam seu calor de volta à atmosfera.

As técnicas passivas de energia solar aproveitam esse processo natural de aquecimento e resfriamento.

Casas e outros edifícios usam energia solar passiva para distribuir calor eficiente e barato. Cálculo de "massa térmica" de um edifício é um exemplo disso. A massa térmica de um edifício é a maior parte do material aquecida ao longo do dia. Exemplos de massa térmica de um edifício são madeira, metal, concreto, argila, pedra ou lama. À noite, a massa térmica libera seu calor de volta à sala. Sistemas de ventilação eficazes - Hallways, janelas e dutos de ar - distribuem o ar aquecido e mantêm uma temperatura interior moderada e consistente.

A tecnologia solar passiva está frequentemente envolvida no design de um edifício. Por exemplo, no estágio de planejamento da construção, o engenheiro ou arquiteto pode alinhar o edifício com o caminho diário do sol para receber quantidades desejáveis ​​de luz solar. Esse método leva em consideração a latitude, a altitude e a cobertura típica de nuvens de uma área específica. Além disso, os edifícios podem ser construídos ou adaptados para ter isolamento térmico, massa térmica ou sombreamento extra.

Outros exemplos de arquitetura solar passiva são telhados frios, barreiras radiantes e telhados verdes. Os telhados frios são pintados de branco e refletem a radiação do sol em vez de absorvê -la. A superfície branca reduz a quantidade de calor que atinge o interior do edifício, o que, por sua vez, reduz a quantidade de energia necessária para resfriar o edifício.

Barreiras radiantes funcionam de maneira semelhante aos telhados frios. Eles fornecem isolamento com materiais altamente reflexivos, como papel alumínio. A folha reflete, em vez de absorve, calor e pode reduzir os custos de resfriamento em até 10 %. Além de telhados e sótãos, as barreiras radiantes também podem ser instaladas sob os pisos.

Os telhados verdes são telhados completamente cobertos de vegetação. Eles requerem solo e irrigação para apoiar as plantas e uma camada impermeável abaixo. Os telhados verdes não apenas reduzem a quantidade de calor que é absorvida ou perdida, mas também fornece vegetação. Através da fotossíntese, as plantas em telhados verdes absorvem dióxido de carbono e emitem oxigênio. Eles filtram os poluentes da água da chuva e do ar e compensam alguns dos efeitos do uso de energia nesse espaço.

Os telhados verdes têm sido uma tradição na Escandinávia há séculos e recentemente se tornaram populares na Austrália, Europa Ocidental, Canadá e Estados Unidos. Por exemplo, a Ford Motor Company cobriu 42.000 metros quadrados (450.000 pés quadrados) de seus telhados de plantas de montagem em Dearborn, Michigan, com vegetação. Além de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, os telhados reduzem o escoamento de águas pluviais, absorvendo vários centímetros de chuva.

Os telhados verdes e os telhados frios também podem neutralizar o efeito "Ilha do calor urbano". Nas cidades movimentadas, a temperatura pode ser consistentemente maior que as áreas circundantes. Muitos fatores contribuem para isso: as cidades são construídas de materiais como asfalto e concreto que absorvem o calor; Os edifícios altos bloqueiam o vento e seus efeitos de resfriamento; E grandes quantidades de calor residual são geradas pela indústria, tráfego e altas populações. Usando o espaço disponível no telhado para plantar árvores ou refletir o calor com telhados brancos, pode aliviar parcialmente os aumentos de temperatura local nas áreas urbanas.

Energia solar e pessoas

Como a luz solar brilha apenas por cerca de metade do dia na maior parte do mundo, as tecnologias de energia solar precisam incluir métodos para armazenar a energia durante o horário escuro.

Os sistemas de massa térmica usam cera de parafina ou várias formas de sal para armazenar a energia na forma de calor. Os sistemas fotovoltaicos podem enviar excesso de eletricidade para a rede elétrica local ou armazenar a energia em baterias recarregáveis.

Existem muitos prós e contras a usar energia solar.

Vantagens
Uma grande vantagem de usar a energia solar é que é um recurso renovável. Teremos um suprimento constante e ilimitado de luz solar por mais cinco bilhões de anos. Em uma hora, a atmosfera da Terra recebe luz solar suficiente para alimentar as necessidades de eletricidade de todo ser humano na Terra por um ano.

A energia solar está limpa. Depois que o equipamento de tecnologia solar é construído e implementado, a energia solar não precisa de combustível para funcionar. Também não emite gases de efeito estufa ou materiais tóxicos. Usar energia solar pode reduzir drasticamente o impacto que temos no meio ambiente.

Existem locais onde a energia solar é prática. Casas e edifícios em áreas com grandes quantidades de luz solar e baixa cobertura de nuvens têm a oportunidade de aproveitar a energia abundante do sol.

Os fogões solares oferecem uma excelente alternativa à cozinha com fogões a lenha-em que dois bilhões de pessoas ainda confiam. Os fogões solares oferecem uma maneira mais limpa e segura para higienizar a água e cozinhar alimentos.

A energia solar complementa outras fontes renováveis ​​de energia, como energia eólica ou hidrelétrica.

Casas ou empresas que instalam painéis solares bem -sucedidos podem realmente produzir excesso de eletricidade. Esses proprietários ou proprietários de negócios podem vender energia de volta ao fornecedor elétrico, reduzindo ou até eliminando as contas de energia.

Desvantagens
O principal impedimento do uso da energia solar é o equipamento necessário. O equipamento de tecnologia solar é cara. A compra e a instalação do equipamento pode custar dezenas de milhares de dólares para casas individuais. Embora o governo geralmente ofereça impostos reduzidos para pessoas e empresas usando energia solar, e a tecnologia pode eliminar as contas de eletricidade, o custo inicial é muito íngreme para muitos considerarem.

O equipamento de energia solar também é pesada. Para adaptar ou instalar painéis solares no teto de um edifício, o teto deve ser forte, grande e orientado para o caminho do sol.

A tecnologia solar ativa e passiva depende de fatores que estão fora de nosso controle, como clima e cobertura de nuvens. As áreas locais devem ser estudadas para determinar se a energia solar seria ou não eficaz nessa área.

A luz solar deve ser abundante e consistente para que a energia solar seja uma escolha eficiente. Na maioria dos lugares da Terra, a variabilidade da luz solar dificulta a implementação como a única fonte de energia.