Sobre Energia Solar : Definição de energia solar

A energia solar gera energia renovável ou "verde" aproveitando a luz e o calor do sol.

Os painéis solares, também conhecidos como células fotovoltaicas, são a forma mais comum de aproveitar a energia solar.

Eles são quase de ponta a ponta em usinas de energia solar para capturar a luz do sol em campos extensos.

Você ocasionalmente os encontrará no topo de edifícios.

Materiais semicondutores são usados para fazer as células.

Os raios solares liberam elétrons de seus átomos quando atingem as células.

Isso permite que os elétrons fluam livremente pela célula, resultando na geração de eletricidade.

Os coletores solares podem produzir eletricidade para milhares de pessoas ao mesmo tempo em uma escala muito maior.

As usinas de energia solar térmica empregam uma variedade de métodos para gerar eletricidade a partir do sol.

A energia do sol é utilizada para ferver a água, que então alimenta uma turbina a vapor, que gera eletricidade semelhante ao carvão ou usinas nucleares.

Tecnologias solares

A energia solar pode ser aproveitada usando três tecnologias diferentes:

1. Fotovoltaicos (PV), que convertem luz diretamente em eletricidade.

2. Concentrating solar power (CSP), que usa energia solar térmica para alimentar turbinas elétricas em grande escala.

3. Sistemas de aquecimento e resfriamento solar (SHC) que coletam energia térmica e a usam para aquecer ou resfriar água e ar.

Fotovoltaica (PV)

Fotovoltaica (PV) A energia solar libera elétrons nesses materiais, que podem ser induzidos a se mover através de um circuito elétrico, operando dispositivos ou transmitindo eletricidade para a rede.

Os aparelhos fotovoltaicos podem ser utilizados para alimentar tudo, desde calculadoras a sinais de trânsito, bem como residências e grandes empresas comerciais.

Como funciona a tecnologia fotovoltaica (PV)?

Os fótons ionizam o material semicondutor do painel solar, fazendo com que os elétrons externos quebrem suas ligações atômicas.

Os elétrons são conduzidos em uma direção pela estrutura semicondutora, resultando em um fluxo de corrente elétrica.

As células solares feitas de silício cristalino não são 100% eficientes, em parte porque apenas comprimentos de onda específicos da luz podem ser absorvidos.

Parte do espectro de luz chega a ser refletido, enquanto outros (infravermelho) são muito fracos para gerar eletricidade e outros ainda (ultravioleta) geram energia térmica em vez de eletricidade.

Tecnologia fotovoltaica em outras formas

Existem duas formas básicas de tecnologia PV, além do silício cristalino (c-Si):

• PV de filme fino é um segmento pequeno, mas em rápida expansão, do negócio solar comercial.

  Muitas empresas de filmes finos estão começando a fazer experiências com novas tecnologias.

  Eles são menos eficientes do que os módulos c-Si, embora geralmente sejam mais baratos.

  Matrizes fotovoltaicas concentradas são encontradas principalmente no deserto a sudoeste dos Estados Unidos.

  Eles refletem a energia solar concentrada em células de alta eficiência usando lentes e espelhos.

• Fotovoltaica integrada ao edifício

funcionam como a camada externa da estrutura e geram energia para uso no local ou exportação para a rede.

Eles exigem luz solar direta e dispositivos de rastreamento para serem mais bem-sucedidos.

Os sistemas BIPV podem economizar dinheiro em materiais e eletricidade, reduzir a poluição e melhorar o apelo estético de um edifício.

Concentração de energia solar (CSP)

As usinas CSP empregam espelhos para concentrar a energia do sol, que é então usada para alimentar turbinas a vapor tradicionais ou mesmo motores para gerar eletricidade.

A energia térmica concentrada de uma planta CSP pode ser armazenada e utilizada para gerar eletricidade sempre que necessário, de dia ou de noite.

Nos Estados Unidos, aproximadamente 1.815 megawatts (MWac) de instalações CSP estão atualmente operacionais.

Calha Parabólica

Os espelhos curvos concentram a energia do sol em um tubo receptor que opera ao longo do centro da calha em sistemas de calha parabólica.

Um fluido de transferência de calor de alta temperatura (como óleo sintético) absorve a energia do sol no tubo receptor, aquece a água e produz vapor passando por um trocador de calor em temperaturas de 750 ° F ou mais.

Para gerar eletricidade, o vapor alimenta uma tradicional usina de turbina a vapor.

Milhares de fileiras paralelas de valas unidas como uma série de loops são posicionadas no eixo norte-sul para que as calhas possam rastrear o sol da direção leste para a direção oeste em um campo coletor solar típico.

Módulos coletores individuais variam em elevação de 15-20 pés a 300-450 pés.

Refletor Fresnel Linear Compacto

CLFR é baseado em tecnologias de espelhos curvos, mas com longas filas paralelas de espelhos planos mais baratos.

A energia do sol é concentrada em receptores elevados, que são constituídos por uma estrutura de tubos por meio dos quais a água flui.

A luz solar concentrada pode ferver a água, resultando em vapor de alta pressão que pode ser usado diretamente em usinas de energia e aplicações industriais de vapor.

Torre de Força

Um sistema receptor central é usado em sistemas de torres de energia, permitindo temperaturas operacionais mais altas e, consequentemente, maior eficiência.

O sol é rastreado ao longo de dois eixos por espelhos controlados por computador (chamados helióstatos), concentrando a energia solar no receptor no topo de uma torre alta.

A energia concentrada é utilizada para aquecer o fluido de transferência a mais de 1.000 graus Fahrenheit para gerar vapor e alimentar um gerador de energia central.

Esses projetos podem incorporar armazenamento de energia de maneira rápida e econômica, permitindo a geração de energia 24 horas por dia.

Dish-Engine

A superfície de uma antena parabólica é coberta por espelhos, que concentram a luz do sol no receptor fixado em um ponto focal.

Ao contrário de outras tecnologias CSP que usam vapor para gerar energia por meio da turbina, este sistema do motor prato aciona um motor usando um fluido de trabalho como o hidrogênio aquecido a 1.200 ° F no receptor.

Para rastrear o sol, cada prato gira ao longo de dois eixos.

Os requisitos mais importantes para as centrais de energia solar de concentração

• Financiamento - O financiamento de projetos é o aspecto mais difícil de qualquer infraestrutura de produção de energia em escala de serviço público, incluindo CSP.

• Áreas de alta radiação solar - a energia do sol não deve ser muito difusa para ser focada nela.

  Uma intensidade normal direta (DNI) da energia do sol é usada para determinar isso.

• Trechos contíguos de terra com pouca cobertura de nuvens - usinas CSP com capacidades de 100 MW e maior função de forma mais eficiente e, portanto, econômica.

  Embora a quantidade de terra necessária varie dependendo da tecnologia, uma instalação típica de CSP requer 5 a 10 acres por MW de capacidade.

  O armazenamento de energia térmica é possível devido à maior área de terra.

• Recursos hídricos - como usinas termelétricas semelhantes, como carvão, gás natural e nuclear, a maioria dos sistemas CSP requer água para resfriamento.

  Para limpar a coleção e as superfícies do espelho, é necessária apenas uma pequena quantidade de água.

  As instalações de CSP podem usar sistemas de resfriamento úmido, seco e híbrido para aumentar a eficiência na geração de energia e conservação de água.

• Acesso de transmissão disponível e próximo - as usinas CSP devem ser construídas em terreno apropriado para geração de eletricidade e ter acesso adequado a uma rede de transmissão rapidamente sobrecarregada e antiquada.

  A construção de instalações de energia solar em escala de utilidade requer acessibilidade a linhas de transmissão de alta utilidade para transportar eletricidade aos consumidores finais da usina de energia solar.

  Grande parte do sistema de transmissão existente da Southwest está no limite, e uma nova transmissão é desesperadamente necessária.

Os sistemas SHC (aquecimento e resfriamento solar) são um tipo de sistema de aquecimento e resfriame

Os sistemas de aquecimento e resfriamento solar (SHC) capturam a energia térmica do sol e a utilizam para produzir água quente, aquecimento de ambientes, resfriamento e aquecimento de piscinas em ambientes residenciais, comerciais e industriais.

Eletricidade e gás natural não são mais necessários devido a essas tecnologias.

Soluções de aquecimento e resfriamento solar estão sendo fabricadas e instaladas em todo o mundo, reduzindo drasticamente nossa dependência de combustíveis importados.

Para expandir esse setor de crescimento rápido e gerador de empregos, os governos precisam de políticas sábias.

Armazenamento de energia solar

Os painéis solares têm uma desvantagem com a qual até os evangelistas solares mais entusiastas podem concordar: eles só geram energia quando o sol está brilhando.

Por outro lado, o pico de uso de energia ocorre à noite, coincidindo com a menor geração solar e resultando em um problema de oferta e demanda.

Por outro lado, os painéis solares freqüentemente produzem energia suficiente durante as horas de baixa demanda, quando o sol está brilhando, para atender ao pico de demanda durante o dia.

Isso significa que o armazenamento eficaz de energia solar pode fornecer uma ampla gama de benefícios para proprietários e empresas.

Este artigo abordará os benefícios do armazenamento de energia solar, como ele funciona e como pode ajudar.

Quais são as vantagens do armazenamento de energia solar?

Armazenar o excesso de energia é fundamental para extrair o máximo do sistema de painel solar.

Pode levar a economia de custos, redes de energia mais eficazes e menores emissões de combustíveis fósseis.

Existem várias vantagens em armazenar energia solar:

1. Balanceamento de carga elétrica

Se a eletricidade não for armazenada, deve ser consumida imediatamente após ser gerada.

O armazenamento de energia permite que a geração excedente seja armazenada para os picos de demanda.

Quando se trata de energia renovável, armazenar o excesso de energia significa permitir que as luzes permaneçam acesas mesmo quando o sol se põe ou o vento pára de soprar.

Dito de forma simples, o armazenamento de energia permite um reservatório de energia que será carregado quando a demanda for baixa e a geração for alta, e então liberado quando a demanda aumentar e a geração diminuir.

2. Preenchendo as lacunas.

O armazenamento de energia solar de curto prazo garante um fluxo constante de energia durante interrupções do gerador, como manutenção de rotina ou nuvens passageiras.

3. Resiliência energética.

De incêndios florestais a tempestades extremas, a rede elétrica está sujeita a distúrbios e interrupções.

Ao descentralizar onde adquirimos nossa energia, o armazenamento de energia solar oferece uma bolha protetora durante eventos catastróficos.

Qual é a melhor forma de armazenar energia solar?

O armazenamento de energia solar pode ser classificado em três partes: térmica, bateria e mecânica.

Vamos dar uma olhada em cada um separadamente.

O que é armazenamento térmico?

O armazenamento de energia térmica absorve e retém o calor do sol usando uma variedade de materiais, como água ou sal fundido.

Este meio aquecido é mantido no tanque isolado até a hora de uso, que normalmente é para ferver água para a produção de energia.

O que é armazenamento de bateria?

Baterias eletroquímicas também podem ser usadas para armazenar energia solar.

Quando a energia solar é injetada em uma bateria, a energia é armazenada por meio de um processo químico entre os componentes da bateria.

Quando a bateria se esgota, a reação é revertida, permitindo que a corrente saia da bateria.

As baterias de íon-lítio são o tipo mais comum de bateria utilizado em aplicações solares, assim como a nova tecnologia de bateria está se desenvolvendo rapidamente, prometendo soluções de armazenamento de bateria escalonáveis adicionais mais baratas.

De fato, em 2025, o armazenamento anual de energia no Reino Unido deve chegar a quase 7,5 GW, um aumento de seis vezes em relação a 2020, criando um valor de mercado de mais de US $ 7,3 bilhões.

O que é armazenamento mecânico?

Para gerar eletricidade, o armazenamento de energia mecânica usa a energia potencial de um objeto.

A energia elétrica excedente é transformada em energia mecânica, que então é convertida de volta em energia para uso posterior.

Dispositivos mecânicos de armazenamento de energia são divididos em três categorias:

• Volante. Essa abordagem aproveita a energia excedente para girar o volante, que então cria eletricidade para atender à demanda de pico.

• Hidro bombeado. A água é bombeada para cima para um reservatório acima dos geradores de turbina em hidro bombeado.

  Quando há uma demanda significativa de energia, a água pode circular pelas turbinas e produzir eletricidade.

• Ar comprimido. O ar comprimido é injetado em grandes embarcações, como tanques ou formações subterrâneas, com essa tecnologia de armazenamento de energia.

  Durante o pico de demanda, o ar é descarregado para gerar energia.

O armazenamento de energia solar mais eficaz

Não existe uma resposta única para o armazenamento de energia solar.

As opções de armazenamento de energia solar dependem de suas necessidades e recursos.

Vamos dar uma olhada em algumas das alternativas mais comuns de armazenamento de energia solar para uso comercial e residencial.

Armazenamento de energia solar comercial

O armazenamento mecânico e térmico são soluções viáveis para empresas de serviços públicos e outras empresas com orçamentos maiores do que os indivíduos.

Mesmo que esses sistemas de armazenamento possam ser caros, eles auxiliam as concessionárias de serviços públicos a atender às demandas de pico de energia.

• Armazenamento de energia em rede com baterias de última geração. Nos Estados Unidos, 2020 foi um ano marcante para o novo armazenamento de energia.

  O país instalou 476 MW de armazenamento adicional apenas no 3º trimestre, um aumento de 240% em relação ao recorde total do trimestre anterior.

  Embora a maioria das novas implantações sejam sistemas de armazenamento FTM (front-of-the-meter) de 1 hora, eles fornecem um vislumbre promissor do futuro do armazenamento comercial de energia solar.

• Ar comprimido. De acordo com as estimativas governamentais mais recentes, o ar comprimido custa US $ 105 por kWh, o que o torna a alternativa de armazenamento mecânico mais econômica para aplicações em grande escala.

• Hidro bombeado. A energia solar que não é consumida pode ser aproveitada para bombear água para cima, gerando uma grande quantidade de energia potencial.

  A hidroeletricidade custa cerca de US $ 165 / kWh no momento, o que a torna a segunda melhor opção para armazenamento de energia mecânica em grande escala.

  No entanto, como uma nova hidrelétrica bombeada envolve custos iniciais substanciais e obstáculos regulatórios consideráveis, ela só é viável em locais específicos.

Armazenamento de energia solar residencial

A economia de custos, a resiliência e a descentralização da produção de eletricidade (às vezes conhecida como "usinas de energia virtuais") são apenas algumas das vantagens da energia solar residencial.

No entanto, as soluções comerciais de armazenamento de energia que descrevemos acima são provavelmente proibitivamente caras para o proprietário médio.

Felizmente, o armazenamento em bateria pode agora fornecer às residências uma solução econômica e confiável para armazenar energia solar.

As baterias de íon-lítio são de longe a escolha mais popular para armazenar energia solar em casa.

Eles são baratos (e cada vez mais baratos), são discretos e podem ser usados para uma variedade de propósitos.

As baterias de água salgada e as baterias de chumbo-ácido são mais dois tipos de baterias usadas frequentemente em residências.

Independentemente do tipo de bateria, as baterias de backup permitem que os proprietários preservem energia durante os períodos de alta produção e baixa demanda (por exemplo, durante o dia de trabalho) para uso durante os períodos de alta demanda quando a geração diminui.

Os benefícios do armazenamento de energia solar doméstico são semelhantes aos do armazenamento de energia solar em grande escala, resultando em resiliência, eletricidade ininterrupta e economia de custos.

Essas vantagens são repassadas ao proprietário.

Então, exatamente como funcionam as baterias?

As baterias são o dispositivo que converte energia química em energia elétrica.

Eles são compostos de dois eletrodos, um ânodo e um cátodo, que é formado por materiais condutores e separados por um separador.

O eletrólito, uma substância química que compreende íons, fica entre o ânodo e o cátodo, reagindo com os elementos condutores do cátodo e do ânodo para produzir uma corrente elétrica.

As reações químicas redox (oxidação-redução) nos eletrodos fazem com que os íons viajem entre os dois eletrodos e os elétrons sejam liberados de um eletrodo.

Os elétrons livres se acumulam em um eletrodo, levando a cargas diferentes que os elétrons tentarão equilibrar movendo-se para o outro eletrodo.

O separador, por outro lado, impede que eles se movam, interrompendo efetivamente o circuito elétrico.

Os elétrons podem se mover entre os eletrodos depois que o circuito é formado (o ânodo e o cátodo estão ligados), e a bateria está efetivamente esgotada.

Vários tipos de baterias

As baterias vêm em uma variedade de características químicas, ciclos de vida, densidade de energia, temperaturas de operação e parâmetros de densidade de energia.

A seguir estão as tecnologias de bateria mais comuns:

• Chumbo-ácido (PbA)

• Níquel-hidreto metálico (NiMH)

• Níquel-Cádio (NiCd)

• Íon-lítio (íon-lítio)

• Sódio-Enxofre (NaS)

• Carbono-Zinco f) Zinco-Bromo

Resumo da definição de energia solar

À medida que mais pessoas mudam para energia renovável e verde, é crucial entender os benefícios e desvantagens de cada uma.

Antes de mudar para uma fonte de energia moderna e mais ecológica, tente chegar a um orçamento que você e sua família possam pagar.

Em seguida, calcule quanto a escolha da energia solar custará a longo prazo e quanto você economizaria.

Faça uma lista das vantagens e desvantagens que são especiais para você e sua família, para que possa entender melhor quais soluções são mais úteis para você do que outras.