Uma visão geral sobre a Energia Solar

   Apesar do termo energia solar ser empregado quase que exclusivamente na transformação direta de energia solar em energia elétrica ou térmica “pronta para uso”, existem poucas formas de energia que não dependem, ao menos indiretamente, do Sol. Para exemplificar: biomassa é resultado do crescimento de plantas, que fazem fotossíntese e necessitam de luz para tal; as hidrelétricas dependem dos rios, que por sua vez mantêm-se fluindo graças ao ciclo da água, no qual o Sol tem o papel de fornecer energia para evaporação; energia eólica necessita de vento, que é causado por condições climáticas que, adivinha só, dependem do Sol. A mais conhecida forma de energia que não depende do Sol é a nuclear, que provém da energia resultante da fissão de núcleos atômicos pesados [1].

   Para transformar energia solar em energia elétrica, por exemplo, precisamos dos famosos painéis solares. Um painel solar é composto de unidades menores chamadas células solares. Um célula solar absorve a energia da luz (solar) e a converte em energia elétrica. Essas células são, em sua maioria, feitas à base de silício (Si) cristalino; e não somente silício, mas silício dopado, o que significa que são adicionadas impurezas (outros elementos) na estrutura do cristal, e dependendo de quais elementos são, isso transforma o semicondutor em um semicondutor do tipo p ou do tipo n. Os do tipo n (lembrando negativo) têm mais elétrons livres, e os do tipo p (lembrando positivo) têm mais ausência de elétrons, o que chamamos de “buracos” [1, 2].

   Para formar a célula solar, juntam-se semicondutores do tipo p e n e então conectam-se suas extremidades com um condutor. Quando os fótons* vindos do Sol atingem o semicondutor, elétrons são libertos por efeito fotovoltaico, e devido à junção P-N dos semicondutores, estes viajam da extremidade de um lado para a do outro por meio do material condutor que liga os dois semicondutores, assim gerando corrente elétrica [1, 2]. A descoberta do efeito fotovoltaico é creditada ao físico Alexandre Edmond Becquerel, que descobriu o efeito em 1839 com apenas 19 anos de idade [2].

   Para saber um pouco mais do potencial da energia solar, aqui vão alguns fatos: o Sol irradia na Terra 1,73×10¹⁷ joules de energia a cada segundo na forma de luz, dez mil vezes mais energia do que nós usamos [2]; um deserto de tamanho razoável recebe mais energia solar em 6 horas do que a população mundial usa em 1 ano [3]. Mas então por que não montamos fazendas de painéis solares em desertos, instalamos estes em telhados de casas e em tantas outras localizações e nos baseamos somente em energia solar para viver? Calma lá, não se empolgue tanto, pois há muitos desafios a serem superados sobre o uso viável de energia solar.

   A energia solar não é bem distribuída pelo planeta e é inconsistente, ou seja, não está sempre disponível, afinal, temos dias nublados e, óbvio, as noites; isso requer maneiras eficientes de transportar e armazenar a energia, e boa eficiência das células solares. A maior eficiência atingida em células solares está em torno de 46%, ou seja, 46% da energia solar é convertida em energia elétrica [2], mas a maior parte dos painéis comerciais ainda chegam apenas a 22,6% [4].

   Outro problema é que painéis solares eficientes são muito caros. Uma alternativa que já foi proposta e desenvolvida é o uso de espelhos para focar mais luz em painéis solares, aumentando a energia absorvida enquanto mantém-se o tamanho do equipamento [5]; isso reduz bastante os custos, mas ainda é mais caro comparado a outras formas de energia. Outro problema é que, apesar de ter sido usado como exemplo a energia recebida em desertos, painéis solares não seriam muito eficientes nesse tipo de ambiente, pois sua maior eficiência é atingida em temperaturas abaixo de 25° C, e reduz acima disso.

   Para superar esses desafios, muitas tecnologias e ideias foram desenvolvidas, como: agrovoltaics, em que os painéis são colocados em terrenos com plantações, o que ajuda no arrefecimento dos painéis; photovoltaic trackers, em que sistemas mecânicos fazem o painel acompanhar o movimento do Sol, aumentando em até quase 31% os ganhos energéticos; thermal solar power, em que se usa um tipo de combustível térmico que absorve energia luminosa e a armazena em ligações químicas, podendo ser liberada mais tarde na forma de calor; até mesmo janelas fotovoltaicas, com células solares transparentes, já são uma realidade [5].

   Não vamos deixar de lado as vantagens da energia solar, é claro. Uma das mais perceptíveis é que a energia pode ser gerada no mesmo local onde será usada, o que elimina o problema de perda energética pela transmissão, que pode chegar aos 30% nas linhas de transmissão usadas para outras fontes de energia [1]. O uso de energia solar não emite gases do efeito estufa, o que é muito vantajoso no cenário atual de mudanças climáticas, além de ser uma fonte renovável de energia. Pelas vantagens dessa fonte, existem diversas iniciativas governamentais de diferentes países para o desenvolvimento desse setor energético [6]. Aqui mesmo, no Brasil, a startup Insolar deu início a um projeto nas comunidades do Rio de Janeiro para instalação de painéis solares e capacitação dos moradores sobre a tecnologia de tais, findando criar oportunidades de crescimento nessas comunidades [7].

   Entretanto, nem tudo são flores no campo: os painéis solares têm em sua composição materiais tóxicos ao meio ambiente, e os custos para reciclagem desses equipamentos são tão altos que ainda hoje não existem empresas que façam tal processo, pois não gera lucro [8].

   Pode-se concluir que mesmo sendo uma alternativa energética que parece ser tão boa, a energia solar ainda possui muitos desafios a serem superados para se tornar algo mais confiável dentro da matriz energética mundial. Enquanto novas ideias surgem, junto de suas concretizações, seguimos esperançosos por um futuro mais sustentável e limpo, por um mundo melhor.

Texto por: Bruno Henrique Lisenko Ribeiro.

Referências:

[1] Solar Energy. SciShow YouTube Channel. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=4uPVZUTLAvA>. Acessado em: 28/03/2021.

[2] How do solar panels work? – Richard Komp. TED-Ed YouTube Channel. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=xKxrkht7CpY&list=PLnz0n_OXVqfJ8nuR84XdklgKAtLSYb5rn&index=89>. Acessado em: 28/03/2021.

[3] The beautiful future of solar power | Marjan van Aubel. TED YouTube Channel. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=_lyP_2p5MJc>. Acessado em: 28/03/2021.

[4] SVARC, Jason. Most Efficient Solar Panels 2021. Clean Energy Reviews. <https://www.cleanenergyreviews.info/blog/most-efficient-solar-panels>. Acessado em 29/03/2021.

[5] 5 Inventions Showing Us the Future of Solar Energy. SciShow YouTube Channel. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=XwFB22r9zRo>. Acessado em: 28/03/2021

[6] HAGY, Bill. Federal Funding Suporting Renewable Energy & Energy Efficiency. Solar Today Magazine. Disponível em: <https://ases.org/federal-funding-supporting-renewable-energy-energy-efficiency/>. Acessado em: 28/03/2021.

[7] BATISTOTI, Vitória. Startup democratiza acesso à energia solar em comunidades e capacita moradores. Revista Pequenas Empresas & Grandes Negócios. Disponível em : <https://revistapegn.globo.com/Startups/noticia/2017/07/startup-democratiza-acesso-energia-solar-em-comunidades-e-capacita-moradores.html>. Acessado em: 28/03/2021.

[8] SHELLENBERGER, Michael. If Solar Panels Are So Clean, Why  Do They Producen Só Much Toxic Waste?. Forbes. Disponível em: <https://www.forbes.com/sites/michaelshellenberger/2018/05/23/if-solar-panels-are-so-clean-why-do-they-produce-so-much-toxic-waste/?sh=532a1a18121c>. Acessado em 29/03/2021.