Painel solar

Painel Solar

Os painéis solares neste pequeno iate podem carregar baterias de 12 V até 9 Ampéres, no caso de exposição à luz solar directa.

Painéis solares são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia eléctrica ou em energia térmica. Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células solares, assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol. Estas células são, por vezes, e com maior propriedade, chamadas de células fotovoltaicas, ou seja, criam uma diferença de potencial elétrico por ação da luz (seja do Sol ou não). As células solares contam com o efeito fotovoltaico para absorver a energia do sol e fazem a corrente elétrica fluir entre duas camadas com cargas opostas.

Atualmente, os custos associados aos painéis solares tornam esta opção ainda pouco eficiente e rentável. Ainda que não se preveja, a curto prazo, um aumento no uso deste tipo de energia renovável, o aumento do custo dos combustíveis fósseis, e a experiência adquirida na produção de células solares, que tem vindo a reduzir o custo das mesmas, indica que este tipo de energia será tendencialmente mais utilizado.

Índice

[editar] Teoria e Construção

Veja o artigo célula solar para uma descrição da conversão da energia da luz em energia elétrica.

Silício cristalino e arsenito de gálio são os materiais mais frequentemente utilizados na produção de células solares. Os cristais de arsenito de gálio são produzidos especialmente para usos fotovoltaicos, mas os cristais de silício tornam-se uma opção mais econômica, até porque são também produzidos com vista à sua utilização na indústria da microeletrônica. O silício policristalino tem uma porcentagem de conversão menor, mas comporta custos reduzidos.

Quando expostos à luz direta de 1 AU, uma célula de silício de 6 centímetros de diâmetro pode produzir uma corrente de 0,5 ampère a 0,5 volt. O arsenito de gálio é mais eficiente.

Conjuntos de painéis solares podem produzir energia elétrica para locais isolados que tenham boa iluminação

O cristal depois de crescido e dopagem com boro, é cortado em pequenos discos, polidos para regularizar a superficie, a superficie frontal é dopada com fósforo, e condutores metálicos são depositados em cada superfície: um contacto em forma de pente na superfície virada para o Sol e um contacto extenso no outro lado. Painéis solares são construídos dessas células cortadas em formas apropriadas, protegidas da radiação e danos ao manusear pela aplicação de uma capa de vidro e cimentada em um substrato (seja um painel rígido ou um flexível). As conexões elétricas são feitas em série-paralelo para determinar a tensão de saída total. A capa que protege deve ser um condutor térmico, pois a célula aquece ao absorver a energia infra-vermelha do Sol que não é convertida em energia elétrica. Como o aquecimento da célula reduz a eficiência de operação é desejável reduzir este calor. O resultante dessa construção é chamado painel solar.

Um painel solar é um conjunto de células solares. Apesar de cada célula solar prover uma quantia relativamente pequena de energia, um conjunto de células solares espalhadas em uma grande área pode gerar uma quantidade de energia suficiente para ser útil. Para receber maior quantia de energia, os painéis solares devem estar direcionados diretamente para o Sol.

[editar] Produção mundial de energia solar

O pico total de energia produzida por painéis solares é de cerca de 2600 MW no final de 2004. [1] Uma quantia significativa de painéis solares tem sido instalados em muitos países[2], entre eles:

**Energia Solar instalada até o fim de ^[1]**
País	Capacidade PV
	Acumulativo			Instalado em 2004
	Fora da linhas [kW]	Conectados às linhas [kW]	Total [kW]	Total [kW]	Preso às linhas [kW]
Austrália	48 640	6 760	52 300	6 670	780
Áustria	2 687	16 493	19 180	2 347	1 833
Canadá	13 372	512	13 884	2 054	107
França	18 300	8 000	26 300	5 228	4 183
Alemanha	26 000	768 000	794 000	363 000	360 000
Itália	12 000	18 700	30 700	4 700	4 400
Japão	84 245	1 047 746	1 131 991	272 368	267 016
Coréia	5 359	4 533	9 892	3 454	3 106
México	18 172	10	18 182	1 041	0
Países Baixos	4 769	44 310	49 079	3 162	3 071
Noruega	6 813	75	6 888	273	0
Espanha	14 000	23 000	37 000	10 000	8 460
Suíça	3 100	20 000	23 100	2 100	2 000
Reino Unido	776	7 386	8 164	2 261	2 197
Estados Unidos	189 600	175 600	365 200	90 000	62 000

[editar] Grandes usinas solares

**As maiores usinas solares do mundo ^[2]**
Pico de Potencia DC	Localização	Descrição	MWh/ano
11 MW	Serpa, Portugal	52 000 módulos solares
6.3 MW	Mühlhausen, Alemanha	57 600 módulos solares	6 750 MWh
5 MW	Bürstadt, Alemanha	30 000 BP módulos solares	4 200 MWh
5 MW	Espenhain, Alemanha	33 500 módulos solares Shell	5 000 MWh
4.59 MW	Springerville, AZ, EUA	34 980 módulos solares BP	7 750 MWh
4 MW	Geiseltalsee, Merseburg, Alemanha	25 000 módulos solares BP	3 400 MWh
4 MW	Gottelborn, Alemanha	50 000 módulos solares (quando concluída)	8 200 MWh (quando concluída)
4 MW	Hemau, Alemanha	32 740 módulos solares	3 900 MWh
3.9 MW	Rancho Seco, CA, EUA	n.a.	n.a.
3.3 MW	Dingolfing, Alemanha	Módulos solares Solara, Sharp e Kyocera	3 050 MWh
3.3 MW	Serre, Itália	60 000 módulos solares	n.a.

[editar] Aplicações dos Painéis Solares

[editar] Aplicações de baixa-potência

Os painéis solares têm uma pequena parte da produção mundial elétrica, o que atualmente se deve ao custo por watt maior que o dos combustíveis fósseis, aproximadamente dez vezes maior, dependendo das circunstâncias. Tornaram-se rotina em algumas aplicações, tais como as baterias de suporte, alimentação de bóias, antenas, dispositivos em estradas ou desertos, crescentemente em parquímetros e semáforos, e de forma experimental são usados para alimentar automóveis em corridas como a World Solar Challenge através de Austrália. Programas de incentivo em larga escala, oferecendo redução de impostos e incentivos, têm rapidamente surgido em vários países, entre eles a Alemanha, Japão, Estados Unidos e Portugal.

[editar] Painéis solares nas espaçonaves

Visão da Estação Espacial Internacional e seus painéis solares

Provavelmente o uso mais bem sucedido de painéis solares é em espaçonaves, incluindo a maioria das naves que orbitam a Terra e Marte, e naves viajando rumo a direções mais internas do sistema solar. Nas regiões mais afastadas do Sol, a luz é muito fraca para produzir energia o suficiente e geradores térmicos radioisótopos são utilizados.

Os pesquisadores estão desenvolvendo satélites solares: plantas solares espaciais — satélites com um grande número de células fotovoltaicas que iriam enviar a energia captada para a Terra usando microondas ou lasers. As agências espaciais Japonesa e Européia têm anunciado plano de desenvolver este tipo de plantas no primeiro trimestre do século XXI.

Ao contrário dos foguetes químicos, que são impulsionados por uma reacção química no propelante, e usa os gases de exaustão como massa de reacção, alguns métodos de propulsão de espaçonaves têm uma forma de expelir a massa da reacção alimentados por electricidade. Utilizando energia solar ou energia nuclear, esses métodos possuem um impulso específico. A quantidade de massa necessária para a reacção cresce exponencialmente com o aumento da velocidade a ser produzida, porém reduzidamente se o impulso é alto (mas o impulso não deve ser muito alto porque a energia necessária é proporcional para um impulso específico maior). Com a energia solar, a aceleração que pode ser produzida é muito baixa (baixa para um lançamento), mas de muito maior duração. Os tempos de queima são meses ao invés de minutos, o que significa que há mais trabalho desenvolvido com menos massa ejectada. A energia que um painel solar produz por kg, é como um limite superior da potência. Veja também a energia necessária para os métodos de propulsão.

Os painéis solares precisam de grandes extensões de área que possam estar apontadas para o Sol, conforme a nave se move. Mais área exposta significa mais electricidade convertida a partir da energia da luz do Sol. Uma técnica de controlo de potência muito usada em satélites é propositadamente desalinhar os painéis com o Sol. Isto ocorre se as baterias estão completamente carregadas e a quantidade de electricidade consumida é menor que a produzida.

As espaçonaves são construídas de modo a que os painéis solares possam orientar-se independentemente do movimento da nave. Assim se consegue optimizar a produção de energia orientando o painel na direcção da luz, não importando para onde a espaçonave esteja apontando.

Actualmente, a energia solar, além de usada para propulsão, tem sido utilizada em espaçonaves que orbitam o planeta Marte. Como exemplo, o Magellan, o Mars Global Surveyor, e o Mars Observer fazem uso da energia solar, da mesma forma que muitos artefatos que orbitam a Terra, como o Telescópio Espacial Hubble. Para missões futuras, é desejável reduzir a massa dos painéis solares e aumentar a potência gerada por unidade de área. Isto reduzirá a massa total da espaçonave, e possibilitará operações a distâncias maiores do Sol. A sonda espacial Rosetta, lançada em 2 de Março de 2004, usará painéis solares nas proximidades de Júpiter (5,25 UA); anteriormente, o uso mais distante de painéis solares foi com a espaçonave Stardust, à distância de 2 UA.

A energia solar para propulsão é actualmente utilizada na missão lunar Europeia SMART-1, com um impulsionador de efeito de Hall.

A massa dos painéis solares pode ser reduzida utilizando células fotovoltaicas solares de filme fino, feitas de substratos flexíveis. A eficiência pode ser aumentada utilizando novos materiais e concentradores solares que intensificam a luz incidente.

Concentradores fotovoltaicos são dispositivos que intensificam a luz solar nas células. Utilizam lentes planas, chamadas de lentes Fresnel, que capturam uma grande área da luz do Sol e a concentram em um ponto menor. O mesmo princípio é utilizado para gerar fogo com uma lupa em um dia ensolarado.

Os concentradores solares colocam uma dessas lentes em cada célula solar. Isso focaliza a luz do grande concentrador em uma área de célula menor, permitindo que a quantidade de células solares seja reduzida pelo aumento na concentração da luz, reduzindo assim os custos. Os concentradores funcionam melhor quando existe apenas uma fonte de luz e o concentrador pode ser apontado directo para ela. Isso é o ideal no espaço, onde o Sol é a única fonte de luz. As células solares são a parte mais cara dos painéis solares, e esses geralmente são uma parte cara das espaçonaves. Essa tecnologia permite que os custos sejam cortados significativamente devido à utilização de menos material pesado. Ao contrário das aplicações em terra nos pontos fixos, geralmente é preferível gastar mais dinheiro numa tecnologia que produza mais energia para um menor peso, isto porque os custos de lançamento são elevadíssimos. Actualmente (2007), por cada kilograma que se pretenda tirar da influência gravítica terrestre, paga-se mais pelo transporte do material do que o custo do próprio material, mesmo metais preciosos.