Energia fotovoltaica, como funciona?

O surgimento das energias renováveis ​​andou de mãos dadas com o aproveitamento do sol, mas como funciona a energia fotovoltaica e como ela chega à sua casa?

O sol, essa bola incandescente que ocupa o nosso céu e em torno da qual praticamente todas as culturas humanas que já existiram giraram, giram e girarão (literal e literalmente). Uma veneração cultural e religiosa que, longe de ser banida por uma humanidade cada vez menos mística, está se transformando em exploração científica por meio da energia. E o fato é que essa estrela de 4,603 bilhões de anos — quase adulta em comparação com a idade de outras estrelas — é vital para a vida na Terra (não achamos necessário explicar o porquê neste momento), mas também para a produção de energia limpa, sustentável e inesgotável: a fotovoltaica. Assim, em poucas décadas, passamos de viver de costas para o sol — do ponto de vista energético — a vivenciar uma febre fotovoltaica na qual começamos a aproveitar o potencial do nosso rei sol para gerar eletricidade. Mas você já se perguntou como funciona a energia solar fotovoltaica? Bem, hoje vamos esclarecê-lo. Passe protetor solar, estamos começando.

Talvez a primeira e mais necessária coisa a fazer seja esclarecer o que é energia solar fotovoltaica. Esse tipo de energia é obtido pela conversão da radiação solar em eletricidade, graças ao chamado efeito fotoelétrico; que consiste basicamente na emissão de elétrons (que posteriormente se transformarão em eletricidade) como resultado da radiação eletromagnética que incide sobre um material, neste caso as células fotovoltaicas localizadas na superfície dos painéis fotovoltaicos, independentemente de seu tamanho e tecnologia. Estes, por sua vez, possuem uma série de camadas de material eletricamente semicondutor, seja silício ou outros materiais, recobertas por uma camada vítrea que permite a passagem da radiação solar e minimiza as perdas de energia, embora atualmente a eficiência máxima seja de 20% nas instalações mais avançadas. Dessa forma, os raios solares que permanecem no interior ficam “presos” dentro do painel fotovoltaico graças à geração de um campo elétrico que percorre um circuito elétrico que percorre a instalação elétrica. Agora temos nossos queridos raios solares, cuja intensidade determinará – dentro dos limites de capacidade de nossa instalação – a potência que seremos capazes de gerar, presos em nosso circuito elétrico graças à “mágica” da ciência. Agora é hora de convertê-los em energia elétrica real que possamos utilizar. Bem, à medida que os fótons “presos” liberam elétrons, eles geram cada vez mais eletricidade através do circuito do painel fotovoltaico, que não consegue utilizar todos os elétrons gerados e os redireciona de volta para o chamado painel negativo para que possam reentrar posteriormente no processo. Assim, esse processo cíclico permite a produção do que conhecemos como corrente contínua, que é armazenada em baterias para posteriormente ser convertida em corrente alternada (aquela que consumimos em casa) graças ao trabalho do segundo grande protagonista da nossa explicação: os inversores de tensão.

Esses inversores são fundamentais, pois sem eles seria impossível aproveitar a energia solar fotovoltaica. Assim, o funcionamento desses dispositivos iguala a corrente elétrica à que podemos encontrar em qualquer tomada de uma casa, graças à transição de CC para CA. A explicação para essa necessidade de inverter a corrente é que a corrente contínua, como o próprio nome indica, oferece um fluxo regular que corre de forma unidirecional, enquanto a corrente alternada funciona graças a uma potência e direção que mudam constantemente com diferentes intervalos que formam picos e vales de potência. Dessa forma, os inversores mudam constantemente a direção da corrente contínua para a corrente alternada; assim podemos aproveitá-la para nosso uso doméstico, já que é muito mais fácil adaptar a voltagem específica de nossos aparelhos à corrente alternada.

Energia solar e sua contribuição global

Bem, é neste momento que, para continuar com a explicação, temos que parar em quais tipos de instalações fotovoltaicas existem. Basicamente, podemos dividi-las em dois grandes grupos:

• Instalações fotovoltaicas conectadas à rede elétrica
• Instalações fotovoltaicas não conectadas à rede elétrica

Vejamos as diferenças de funcionamento e quais outros elementos entram em funcionamento para garantir seu uso.

Instalações solares fotovoltaicas conectadas à rede elétrica

Este tipo de instalações, sejam de autoconsumo (aquelas que instalamos em nossas casas particulares para nos abastecermos de energia “gratuita”) ou de uma instalação central (uma grande instalação que gera energia solar fotovoltaica e a distribui para diferentes consumidores), estão interligadas com a grande rede elétrica; permitindo que se alimente dos seus excedentes (no caso do autoconsumo) e da produção (no caso das centrais elétricas).

Instalações solares fotovoltaicas não conectadas à rede elétrica

Esta segunda classificação é a menos comum, mas muito presente em mundos como o da agricultura, bem como em locais remotos ou de difícil acesso. Basicamente, são instalações que operam nas chamadas “ilhas de energia” para satisfazer a procura energética de instalações autónomas. Assim, este tipo de instalações fotovoltaicas, muito mais simples na sua operação, uma vez que não requerem aparelhagem adicional por não estarem ligadas à rede elétrica principal, podem atuar como geradores de energia elétrica para iluminação, para sistemas de irrigação de plantações ou como suporte para outros sistemas de geração, como os geradores a diesel.

Para isso, e voltando ao ponto em que a energia já passou pelo painel solar e está armazenada com segurança na nossa bateria, estas instalações requerem outro elemento adicional que as diferencia em termos de funcionamento: os reguladores. Este elemento funciona basicamente como um sistema de proteção da bateria contra sobrecargas elétricas ou possíveis usos ineficientes ou irresponsáveis ​​da energia armazenada. Dessa forma, as baterias, bem protegidas, despejam a energia na rede elétrica autônoma (fiação e instalação doméstica/agrícola/industrial) e esta a utiliza. É muito fácil.

Energia fotovoltaica: sustentável e barata

Até muito recentemente, o debate sobre a energia fotovoltaica, assim como sobre outras fontes de energia renováveis, era abrangente. As nuvens que ameaçavam cobrir o “céu fotovoltaico” ensolarado não eram nada mais do que dúvidas sobre sua própria viabilidade como fonte de energia. Como qualquer tecnologia, a energia fotovoltaica pagou o preço de custos extras em sua fase inicial, que, após vários anos em que demonstrou sua versatilidade, conseguiu superar graças à maturidade tecnológica e à queda sustentada dos preços de instalação.

Assim, há apenas dois anos, um marco na história da energia solar fotovoltaica ocorreu quando a  Agência Internacional de Energia (AIE) publicou seu relatório anual de energia de 2020 (World Energy Outlook), onde considerou que a energia solar não é apenas competitiva e eficiente, mas também “a eletricidade mais barata da história”; isso é algo. A chave para isso é o custo de capital para projetos de energia solar, que permite que a energia solar seja produzida a um preço inferior a US$ 20 por megawatt-hora e, por esse motivo, torna-se um dos motivos pelos quais as entidades financiadoras veem com bons olhos o fornecimento de capital para promover novos projetos solares, dada sua alta rentabilidade.

Hoje, a capacidade de geração de energia fotovoltaica atingiu a barreira psicológica de 1.000 GW graças à contribuição de um excelente curso de 2021, no qual 168 GW de capacidade foram adicionados à rede elétrica global. Isso é confirmado pelo relatório Perspectivas do Mercado Global para Energia Solar da SolarPower Europe, que também destaca que este é o nono ano consecutivo em que a indústria fotovoltaica quebra seu recorde anual de instalações. Uma tendência que deve se repetir em 2022, quando as previsões apontam para instalações de energia solar superiores a 200 GW pela primeira vez.