Formas de Aproveitamento da Energia Solar

A radiação solar é considerada uma fonte de energia renovável e não poluente. É cada vez mais utilizada para produção de energia eléctrica, para aquecimento de águas e para cozinhar, tanto por benefícios económicos como por poder ser utilizada em zonas de difícil acesso onde não há instalações eléctricas.
Em zonas desérticas, a radiação solar chega a ser focalizada para provocar a evaporação de grandes quantidades de água, de modo a que o vapor faça mover turbinas, gerando energia eléctrica.
Existem outras ameaças ao ambiente que podem afectar o futuro aproveitamento da energia solar. O escurecimento global, resultante das emissões poluentes de carbono e aerossóis, leva a que a intensidade da radiação solar que atinge a superfície terrestre seja cada vez menor.

Painéis solares fotovoltaicos
Um painel solar é um conjunto de células ligadas entre si que permitem a produção de energia eléctrica quando expostas à radiação solar. Cada uma dessas células é feita de um material semicondutor, que permite o fluxo de electrões apenas numa direcção, e gera uma corrente eléctrica devido ao efeito fotovoltaico.
A maioria dos painéis fotovoltaicos é constituída por uma camada exterior transparente, duas camadas de células de silício cristalino e um polímero base. A camada superior de silício é coberta por uma grelha metálica que recolhe os electrões e tem uma carga eléctrica negativa (silício tipo n). Já a camada inferior (silício tipo p) tem uma carga eléctrica positiva. Estas duas camadas são separadas por uma junção electricamente carregada que permite que os electrões transitem da camada inferior para a superior. Quando o painel é atingido pela radiação solar, parte dos fotões desta são absorvidos pelas camadas de silício, causando a libertação de alguns electrões. Estes atingem a superfície do painel, sendo recolhidos pelo circuito eléctrico externo, que os conduz à carga anexa (lâmpada, bateria, etc.). Estes electrões são depois reconduzidos até à camada inferior de silício. Quanto maior a intensidade da luz solar recebida (maior número de fotões), maior será o número de electrões libertados, sendo a produção de energia superior.
O material semicondutor pode não ser o silício cristalino, apesar de este ser o mais utilizado. Existem também os painéis de silício amorfo, como os das máquinas de calcular, e os denominados painéis de filmes finos. Para aplicações espaciais, utilizam-se outros materiais mais caros mas mais eficientes como o arsenieto de gálio.
Uma instalação de electricidade solar é constituída pelos painéis solares e outros acessórios como estruturas de instalação, cablagem, electrónica de controlo e, nos sistemas autónomos, baterias para acumular energia para uso posterior. Como não têm partes móveis, a sua manutenção consiste apenas numa limpeza ocasional da sujidade acumulada, assim como a monitorização das baterias. Quando não há sol, pode utilizar-se a energia acumulada em baterias ou, no caso de o sistema estar ligado à rede eléctrica, utilizar electricidade proveniente da mesma.
O tempo de vida de um painel solar eléctrico é normalmente de 25 anos, enquanto que os outros componentes da instalação, como as baterias ou circuitos electrónicos de controlo, têm uma duração útil de entre 3 a 15 anos. Quando chegam ao fim de vida útil, os painéis podem ser desmontados e os seus vários componentes reciclados ou reutilizados.
Apesar de nos anos setenta ter havido um grande investimento no seu desenvolvimento e um aumento considerável da sua utilização, devido à subida repentina e acentuada do preço dos combustíveis fósseis, a energia eléctrica solar só alcançou uma grande popularidade na última década. Este regresso à ribalta é devido a uma cada vez maior consciencialização do impacto da utilização de combustíveis fósseis e das emissões de gases poluentes no aumento do efeito de estufa e nas mudanças climáticas que hoje enfrentamos, mas também ao desenvolvimento da tecnologia e da indústria, que permite agora a utilização particular de painéis solares para produção de energia eléctrica.
Durante muitos anos, a indústria de painéis solares teve como mercado ideal os países subdesenvolvidos, onde existem milhões de pessoas sem acesso a electricidade, porém, recentemente, mudou o seu público-alvo. Ainda assim, o grande entrave à utilização em massa de energia eléctrica solar continua a ser o mesmo: o custo dos equipamentos. Segundo vários estudos, este obstáculo só poderá ser ultrapassado quando a procura aumentar de tal forma que o preço baixe até se tornar competitivo com o da electricidade convencional, ou quando o desenvolvimento tecnológico permitir a construção de painéis solares com matérias-primas e processos industriais menos dispendiosos.

Painéis/colectores solares térmicos
Os colectores solares térmicos utilizam a energia solar para aquecer água de um reservatório, que depois pode ser utilizada para aquecimento de ambientes e piscinas e para fins domésticos. Devem ser utilizados em conjunto com um esquentador ou caldeira, visto que a radiação solar em algumas épocas do ano não é suficiente para que a água atinja uma temperatura muito elevada. Apesar disso, permitem reduzir as emissões de gases poluentes resultantes da queima de gás natural, assim como as despesas mensais de electricidade ou gás para aquecimento de água.
O funcionamento de um colector solar baseia-se no efeito de estufa: a radiação solar incidente faz aquecer um fluido que circula no interior de tubos absorvedores metálicos, geralmente de cobre. Este fluido é normalmente uma mistura de água e glicol, sendo que os tubos metálicos são habitualmente revestidos de crómio negro para maximizar a absorção de energia, assim como o aumento da temperatura do fluido. O fluido aquecido circula depois por tubos que estão em contacto com um reservatório de água, levando ao seu aquecimento.
As placas de vidro deste tipo de painéis são transparentes à radiação solar, mas possuem um revestimento interior que não permite a emissão de radiação infra-vermelha para o exterior, provocando assim um efeito de estufa no interior do colector. Este revestimento, em conjunto com os restantes materiais isolantes do painel, leva a que o rendimento do colector seja máximo.
Existem vários tipos de painéis solares térmicos no mercado. Os colectores planos são geralmente utilizados para aquecimento de água para utilização doméstica, dado que permitem o armazenamento de água com temperaturas até 60 ºC e são de custo mais baixo. As suas coberturas de vidro de segurança conferem uma maior durabilidade e protegem o colector das condições climatéricas, além de que possuem um melhor isolamento térmico. Já os colectores de borracha sem cobertura são utilizados para aquecimento de água de piscinas ao ar livre apenas no Verão, dado que só funcionam com temperaturas exteriores superiores a 15 ºC. Estes últimos são de baixo custo, mas têm a desvantagem de terem bastantes perdas térmicas para o exterior.

Fornos solares

O forno solar é um equipamento que, ao concentrar os raios solares numa zona, permite aquecer o que aí for colocado, permitindo confeccionar alimentos e esterilizar água, entre outras utilizações. Os fornos solares são utilizados desde há muito tempo na Índia, China, Quénia, Afeganistão e Senegal, por exemplo, ou seja, em zonas onde existe escassez de combustíveis sólidos como a lenha e o carvão. Cerca de dois terços da população mundial depende diariamente de lenha para satisfação das suas necessidades energéticas, o que nas populações mais pobres representa dinheiro que poderiam utilizar para comprar alimentos. Além disso, a utilização de lenha como combustível leva a um abate anual nas florestas tropicais da ordem dos 20.000 a 25.000 km2.

Veja mais informação em Solar Cooking (em inglês).

Estufas
Uma estufa constitui um ambiente melhorado que permite a cultura de plantas não rústicas numa determinada zona, isto é, que não estão adaptadas às condições climatéricas da área. O calor originado pela acumulação de radiação solar devido à cobertura de vidro ou plástico assegura o desenvolvimento destas plantas, aumentando a produção em relação ao cultivo no meio natural.

Fontes de informação:
http://solar.fc.ul.pt/solar.htm
http://www.paineissolares.gov.pt/faq.html
http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=41&ID_area=8&ID_sub_area=26
http://ecoarkitekt.com/energias-alternativas/colectores-solares/
http://www.lamtec-id.com/energias/paineis.php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Escurecimento_global
http://www.amigosdomindelo.pt/energia/sol.htm
http://www.jorgeneto.eprofes.net/forno_solar.htm
http://www.loja.jardicentro.pt/product_info.php?products_id=383
Caldeira, Helena; Bello, Adelaide (2007), “Ontem e Hoje – Física e Química A – Física”, Porto: Porto Editora