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

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

Este processo, conhecido como reação em cadeia PP (próton-próton), emite uma enorme quantidade de energia.No seu núcleo, o Sol funde cerca de 620 milhões de toneladas métricas de hidrogénio por segundo.A reação em cadeia PP ocorre em outras estrelas que têm aproximadamente o tamanho do nosso Sol e fornece-lhes energia e calor contínuos.A temperatura dessas estrelas é de cerca de 4 milhões de graus na escala Kelvin (cerca de 4 milhões de graus Celsius, 7 milhões de graus Fahrenheit).

Em estrelas cerca de 1,3 vezes maiores 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 fazer isso.Atualmente, menos de dois por cento da energia solar é criada 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 flui constantemente para longe do sol e por todo o sistema solar.A energia solar aquece a Terra, causa o vento e o clima e sustenta a vida vegetal e animal.

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 determinada unidade de tempo.Ondas com comprimentos de onda muito curtos se repetem várias vezes em uma determinada unidade de tempo, portanto são de alta frequência.Em contraste, as ondas de baixa frequência têm comprimentos de onda muito mais longos.

A grande maioria das ondas eletromagnéticas são invisíveis para nós.As ondas de maior frequência emitidas pelo sol são os raios gama, os raios X e a radiação ultravioleta (raios UV).Os raios UV mais nocivos são quase completamente absorvidos pela atmosfera terrestre.Os raios UV menos potentes viajam pela atmosfera e podem causar queimaduras solares.

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

Imprensado entre o infravermelho e o UV está o espectro visível, que contém todas as cores que vemos na Terra.A cor vermelha tem os comprimentos de onda mais longos (mais próximos do infravermelho) e o violeta (mais próximo do UV), os mais curtos.

Energia Solar Natural

Efeito estufa
As ondas infravermelhas, visíveis e UV que chegam à Terra participam de um processo de aquecimento do planeta e de possibilitação da vida – o chamado “efeito estufa”.

Cerca de 30% da energia solar que chega à Terra é refletida de volta ao espaço.O resto é absorvido pela 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 sobem na atmosfera, são interceptados por gases de efeito estufa, como vapor d'água e dióxido de carbono.

Os gases de efeito estufa retêm o calor que é refletido de volta para a atmosfera.Desta forma, funcionam como as paredes de vidro de uma estufa.Este efeito estufa mantém a Terra quente o suficiente para sustentar a vida.

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

Os produtores dependem diretamente da energia solar.Eles absorvem a luz solar e a convertem em nutrientes por meio 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 dos produtores para obter nutrientes.Herbívoros, carnívoros, onívoros e detritívoros dependem indiretamente da energia solar.Os herbívoros comem plantas e outros produtores.Carnívoros e onívoros comem produtores e herbívoros.Os detritívoros decompõem a matéria vegetal e animal ao consumi-la.

Combustíveis fósseis
A fotossíntese também é responsável por todos os combustíveis fósseis da Terra.Os cientistas estimam que há cerca de três mil milhões de anos, os primeiros autotróficos evoluíram em ambientes aquáticos.A luz solar permitiu que a vida vegetal prosperasse e evoluísse.Depois que os autotróficos morreram, eles se decompuseram e se aprofundaram na Terra, às vezes milhares de metros.Este processo continuou por milhões de anos.

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

As pessoas desenvolveram processos para extrair esses combustíveis fósseis e utilizá-los como 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-la 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 a radiação solar e convertê-la em energia utilizável.Os métodos usam energia solar ativa ou energia solar passiva.

As tecnologias solares ativas utilizam dispositivos elétricos ou mecânicos para converter ativamente a energia solar em outra forma de energia, na maioria das vezes calor ou eletricidade.As tecnologias solares passivas não utilizam dispositivos externos.Em vez disso, aproveitam o clima local para aquecer estruturas durante o inverno e refletir o calor durante o verão.

Fotovoltaica

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

Hoje, a energia fotovoltaica é provavelmente a forma mais familiar de aproveitar a energia solar.As 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 solar, ele libera elétrons.Um campo elétrico direciona esses elétrons soltos em uma corrente elétrica, fluindo em uma direção.Contatos metálicos 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 de energia.

A energia fotovoltaica foi amplamente utilizada pela primeira vez em naves espaciais.Muitos satélites, incluindo a Estação Espacial Internacional (ISS), apresentam “asas” largas e reflexivas de painéis solares.A ISS possui duas asas de painéis solares (SAWs), cada uma usando cerca de 33.000 células solares.Estas células fotovoltaicas fornecem toda a eletricidade à ISS, permitindo aos astronautas operar a estação, viver em segurança no espaço durante meses seguidos e realizar experiências científicas e de engenharia.

Centrais fotovoltaicas foram construídas em todo o mundo.As maiores estações estão nos Estados Unidos, Índia e China.Essas usinas emitem centenas de megawatts de eletricidade, usadas para abastecer residências, empresas, escolas e hospitais.

A tecnologia fotovoltaica também pode ser instalada em menor escala.Painéis e células solares podem ser fixados em telhados ou paredes externas de 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, parquímetros, compactadores de lixo e bombas d’água.

Energia Solar Concentrada

Outro tipo de tecnologia solar ativa é a energia solar concentrada ou energia solar concentrada (CSP).A tecnologia CSP utiliza lentes e espelhos para focar (concentrar) a luz solar de uma área grande para uma área muito menor.Esta 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 Fresnel.Eles usam o mesmo método geral para capturar e converter energia.

As torres de energia solar usam helióstatos, espelhos planos que giram para seguir o arco do sol no céu.Os espelhos estão dispostos em torno de uma “torre coletora” central e refletem a luz solar em um raio concentrado de luz que brilha em um ponto focal da torre.

Em projetos anteriores de torres de energia solar, a luz solar concentrada aquecia um recipiente com água, que produzia vapor que alimentava uma turbina.Mais recentemente, algumas torres de energia solar utilizam sódio líquido, que tem maior capacidade térmica e retém o calor por mais tempo.Isto significa que o fluido não só atinge temperaturas de 773 a 1.273 K (500° a 1.000° C ou 932° a 1.832° F), mas pode continuar a ferver água e gerar energia mesmo quando o sol não está brilhando.

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

As usinas de energia solar concentrada foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980.A maior instalação do mundo é uma série de fábricas no deserto de Mojave, no estado americano da Califórnia.Este Sistema Gerador de Energia Solar (SEGS) gera mais de 650 gigawatts-hora de eletricidade todos os anos.Outras fábricas grandes e eficazes foram desenvolvidas na Espanha e na Índia.

A energia solar concentrada também pode ser usada em menor escala.Pode gerar calor para fogões solares, por exemplo.As pessoas nas aldeias de todo o mundo utilizam fogões solares para ferver água para saneamento e para cozinhar alimentos.

Os fogões solares oferecem muitas vantagens em relação aos fogões a lenha: não representam risco de incêndio, não produzem fumaça, não requerem combustível e reduzem a perda de habitat em florestas onde as árvores seriam colhidas como combustível.Os fogões solares também permitem que os moradores aproveitem o tempo para educação, negócios, saúde ou família durante o tempo que anteriormente era usado para coletar lenha.Os fogões solares são usados ​​em áreas tão diversas como Chade, Israel, Índia e Peru.

Arquitetura Solar

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

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

Casas e outros edifícios utilizam energia solar passiva para distribuir calor de forma eficiente e barata.O cálculo da “massa térmica” de um edifício é um exemplo disso.A massa térmica de um edifício é a maior parte do material aquecido 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 o calor de volta para o ambiente.Sistemas de ventilação eficazes – corredores, janelas e dutos de ar – distribuem o ar aquecido e mantêm uma temperatura interna moderada e consistente.

A tecnologia solar passiva está frequentemente envolvida no projeto de um edifício.Por exemplo, na fase de planejamento da construção, o engenheiro ou arquiteto pode alinhar o edifício com a trajetória diária do sol para receber as quantidades desejáveis ​​de luz solar.Este método leva em consideração a latitude, altitude e cobertura de nuvens típica de uma área específica.Além disso, os edifícios podem ser construídos ou reformados para terem 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 solar 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.

As barreiras radiantes funcionam de forma semelhante aos telhados frios.Eles fornecem isolamento com materiais altamente refletivos, como folha de alumínio.A folha reflete, em vez de absorver, o calor e pode reduzir os custos de resfriamento em até 10%.Além de telhados e sótãos, também podem ser instaladas barreiras radiantes sob os pisos.

Telhados verdes são telhados totalmente cobertos por vegetação.Eles requerem solo e irrigação para sustentar as plantas e uma camada impermeável por baixo.Os telhados verdes não só reduzem a quantidade de calor que é absorvido ou perdido, mas também fornecem vegetação.Através da fotossíntese, as plantas nos 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 naquele espaço.

Os telhados verdes são uma tradição na Escandinávia há séculos e recentemente se tornaram populares na Austrália, na Europa Ocidental, no Canadá e nos Estados Unidos.Por exemplo, a Ford Motor Company cobriu 42.000 metros quadrados (450.000 pés quadrados) dos telhados de sua fábrica 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 ao absorver vários centímetros de chuva.

Telhados verdes e telhados frios também podem neutralizar o efeito de “ilha de calor urbana”.Em cidades movimentadas, a temperatura pode ser consistentemente mais alta do que nas áreas circundantes.Muitos fatores contribuem para isso: as cidades são construídas com materiais como asfalto e concreto, que absorvem calor;edifícios altos bloqueiam o vento e os seus efeitos de arrefecimento;e grandes quantidades de calor residual são geradas pela indústria, pelo tráfego e por grandes populações.Utilizar o espaço disponível no telhado para plantar árvores, ou refletir o calor com telhados brancos, pode aliviar parcialmente o aumento da temperatura local nas áreas urbanas.

Energia Solar e Pessoas

Como a luz solar brilha apenas durante cerca de metade do dia na maior parte do mundo, as tecnologias de energia solar têm de incluir métodos de armazenamento de energia durante as horas escuras.

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

Existem muitos prós e contras no uso da energia solar.

Vantagens
Uma grande vantagem do uso da energia solar é que ela é um recurso renovável.Teremos um fornecimento constante e ilimitado de luz solar durante mais cinco mil milhões de anos.Em uma hora, a atmosfera da Terra recebe luz solar suficiente para abastecer as necessidades de eletricidade de todos os seres humanos na Terra durante um ano.

A energia solar é limpa.Depois que o equipamento de tecnologia solar é construído e instalado, a energia solar não precisa de combustível para funcionar.Também não emite gases de efeito estufa ou materiais tóxicos.O uso da 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 muita luz solar e baixa cobertura de nuvens têm a oportunidade de aproveitar a energia abundante do sol.

Os fogões solares constituem uma excelente alternativa à cozinha com fogões a lenha – dos quais ainda dependem dois mil milhões de pessoas.Os fogões solares fornecem uma maneira mais limpa e segura de higienizar a água e cozinhar alimentos.

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

Casas ou empresas que instalam painéis solares bem-sucedidos podem, na verdade, produzir eletricidade em excesso.Esses proprietários ou empresários podem vender energia de volta ao fornecedor de energia elétrica, reduzindo ou até mesmo eliminando as contas de energia.

Desvantagens
O principal impedimento ao uso da energia solar é o equipamento necessário.Os equipamentos de tecnologia solar são caros.A compra e instalação do equipamento pode custar dezenas de milhares de dólares para residências individuais.Embora o governo muitas vezes ofereça impostos reduzidos a pessoas e empresas que utilizam energia solar, e a tecnologia possa eliminar as contas de electricidade, o custo inicial é demasiado elevado para muitos considerarem.

Os equipamentos de energia solar também são pesados.Para reformar ou instalar painéis solares no telhado de um edifício, o telhado deve ser forte, grande e orientado na direção do sol.

Tanto a tecnologia solar activa como a passiva dependem de factores que estão fora do nosso controlo, como o clima e a cobertura de nuvens.As áreas locais devem ser estudadas para determinar se a energia solar seria ou não eficaz naquela 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 torna difícil implementá-la como única fonte de energia.