A importância da energia solar
Na Terra, a energia do sol é crítica para a ocorrência dos processos físicos e está na base da vida, dela dependendo a existência e a dinâmica da generalidade dos ecossistemas. Sem acesso contínuo a essa fonte de energia, que é absorvida pelas plantas verdes e algas e utilizada para fixar dióxido de carbono e água em açúcares simples através da fotossíntese, todas os ecossistemas esgotariam a energia neles armazenada, deixando assim de funcionar e de sustentar vida.
A energia solar incidente na Terra excede as necessidades energéticas mundiais, pelo que o seu aproveitamento tem um forte potencial para satisfazer pedidos atuais e futuros de energia elétrica. Todavia, a radiação solar não incide sobre toda a Terra da mesma forma, devido à inclinação do eixo do Planeta, sendo superior no equador. Na Europa, a radiação é maior nos países do sul, como seja Portugal onde o número médio anual de horas de sol varia entre 2200 e 3000 h (por contraponto, por exemplo, com a Alemanha, onde tal valor é de 1200 a 1700 h).
A energia solar incidente na Terra excede as necessidades energéticas mundiais, pelo que o seu aproveitamento tem um forte potencial para satisfazer pedidos atuais e futuros de energia elétrica. Todavia, a radiação solar não incide sobre toda a Terra da mesma forma, devido à inclinação do eixo do Planeta, sendo superior no equador. Na Europa, a radiação é maior nos países do sul, como seja Portugal onde o número médio anual de horas de sol varia entre 2200 e 3000 h (por contraponto, por exemplo, com a Alemanha, onde tal valor é de 1200 a 1700 h).
A energia solar fotovoltaica e o seu funcionamento
A energia solar fotovoltaica utiliza a radiação solar para gerar energia elétrica, para o que recorre a tecnologia baseada no efeito fotoelétrico através do qual certos materiais são capazes de absorver fotões (partículas luminosas) e libertar eletrões. O efeito fotoelétrico foi descrito pela primeira vez em 1839 pelo francês Alexandre Edmond Becquerel.
Atualmente, o aproveitamento do efeito fotoelétrico utiliza um dispositivo semicondutor (célula fotovoltaica), geralmente de silício. As células de silício monocristalino são obtidas a partir de um único cristal de silício puro e alcançam uma eficiência máxima, enquanto as células obtidas a partir de silício policristalino ou de silício amorfo são menos eficientes.
Quando a luz solar incide sobre as células fotovoltaicas, os seus átomos libertam eletrões, que, fluindo através da célula geram eletricidade. A célula fotovoltaica é concebida de modo a que os eletrões se movam numa dada direção, gerando energia elétrica em corrente contínua (CC). Em seguida, um inversor converte a CC em corrente alternada (CA), passível de ser injetada na rede elétrica.
Os sistemas fotovoltaicos incluem desde estruturas simples instaladas em edifícios, com capacidade de alguns kW a várias dezenas de kW, maioritariamente direcionados para o autoconsumo, até grandes centrais de produção centralizada de energia elétrica para injeção na rede, em que as estruturas estão assentes no solo ou flutuam em superfícies aquáticas, nomeadamente, albufeiras.
Algumas das primeiras utilizações fotovoltaicas tiveram lugar no espaço, em satélites, como seja no satélite Vanguard I que, em 1958, utilizou um pequeno painel de 1 W que permitiu manter as comunicações operacionais por mais de 6 anos. A energia solar fotovoltaica pode ainda ser utilizada a uma escala muito pequena, para alimentar vários aparelhos, como relógios, rádios, lanternas, iluminação, sinalização, parquímetros, etc.
Atualmente, o aproveitamento do efeito fotoelétrico utiliza um dispositivo semicondutor (célula fotovoltaica), geralmente de silício. As células de silício monocristalino são obtidas a partir de um único cristal de silício puro e alcançam uma eficiência máxima, enquanto as células obtidas a partir de silício policristalino ou de silício amorfo são menos eficientes.
Quando a luz solar incide sobre as células fotovoltaicas, os seus átomos libertam eletrões, que, fluindo através da célula geram eletricidade. A célula fotovoltaica é concebida de modo a que os eletrões se movam numa dada direção, gerando energia elétrica em corrente contínua (CC). Em seguida, um inversor converte a CC em corrente alternada (CA), passível de ser injetada na rede elétrica.
Os sistemas fotovoltaicos incluem desde estruturas simples instaladas em edifícios, com capacidade de alguns kW a várias dezenas de kW, maioritariamente direcionados para o autoconsumo, até grandes centrais de produção centralizada de energia elétrica para injeção na rede, em que as estruturas estão assentes no solo ou flutuam em superfícies aquáticas, nomeadamente, albufeiras.
Algumas das primeiras utilizações fotovoltaicas tiveram lugar no espaço, em satélites, como seja no satélite Vanguard I que, em 1958, utilizou um pequeno painel de 1 W que permitiu manter as comunicações operacionais por mais de 6 anos. A energia solar fotovoltaica pode ainda ser utilizada a uma escala muito pequena, para alimentar vários aparelhos, como relógios, rádios, lanternas, iluminação, sinalização, parquímetros, etc.
Componentes principais de uma central solar fotovoltaica ligada à rede elétrica
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Particularidades do funcionamento de uma central fotovoltaica
Num dado lugar, a trajetória e a elevação do sol variam durante o dia e ao longo do ano, pelo que o ângulo de incidência da radiação solar varia constantemente. Deste modo, a inclinação dos painéis solares tem de ter em consideração a localização geográfica dos mesmos de modo a maximizar a produção de eletricidade. Em Portugal, a melhor orientação dos painéis quando fixos é a direção sul, com um ângulo de inclinação de 30 a 35º. Com o objetivo de aumentar a produção de energia, algumas das centrais fotovoltaicas instaladas em estruturas assentes no solo incluem seguidores solares (na nomenclatura inglesa, trackers), que permitem orientar as fileiras dos painéis, possibilitando o seguimento do movimento diário do sol na direção este/oeste pelos painéis.
A eficiência das células fotovoltaicas aumenta, ainda que de modo pouco sensível, com incrementos da radiação solar, mas decresce com aumentos da temperatura ambiente e, mais ainda, da temperatura no interior dos módulos solares.
A eficiência das células fotovoltaicas aumenta, ainda que de modo pouco sensível, com incrementos da radiação solar, mas decresce com aumentos da temperatura ambiente e, mais ainda, da temperatura no interior dos módulos solares.
Outras utilizações da energia do sol
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Além da tecnologia fotovoltaica, a energia solar é utilizada nos sistemas solares térmicos para fornecer água quente e aquecimento ambiental, sendo para o efeito utilizados painéis solares térmicos, muito distintos dos fotovoltaicos.
Os sistemas térmicos podem também gerar eletricidade em aproveitamentos termoelétricos os quais recorrem a técnicas para concentrar a energia do sol como fonte de calor. Esse calor é depois usado para produzir vapor de água que, acionando uma turbina, permite gerar eletricidade através de um processo em tudo afim ao que ocorre nas centrais termoelétricas alimentadas por combustíveis fósseis. |
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Vantagens da energia fotovoltaica
- Energia 100 % renovável e inesgotável;
- Elevada disponibilidade de recurso em Portugal;
- Contribuição para reduzir a emissão de CO2 e outros GEE;
- Contribuição para que Portugal atinga vários compromissos e metas internacionais no domínio da descarbonização e da autonomia energética;
- Diminuição da dependência externa por via redução de importação de combustíveis fósseis para queima em centrais termoelétricas;
- Geração de energia elétrica de baixo custo, indutora da eletrificação de consumos energéticos fósseis (e.g., mobilidade elétrica) e de setores económicos mais competitivos (e.g., indústria transformadora) ou até inovadores (e.g., data-centers).
- Modularidade, permitindo a instalação de sistemas com diferentes dimensões, desde a instalação de painéis em telhados até grandes centros de produção de eletricidade centralizada;
- Eficiência de conversão de energia superior a 20%;
- Tecnologia já madura, com reduzidos custos de investimento e operacionais;
- Contribuição para a criação de empregos verdes e para dinamizar a economia local, tanto no período de obra, como na fase de exploração e manutenção.
Situação atual e perspetivas de desenvolvimento do solar fotovoltaico em Portugal
A primeira central fotovoltaica portuguesa foi implantada em 2006, em Serpa (central Hércules), com 11 MW de potência instalada. Fruto do crescimento notório da potência instalada, sobretudo a partir do ano 2020, o solar fotovoltaico representava já 15,8% (ou 3,9 GW) da potência total instalada em Portugal no final de 2023 (24,6 GW), gerando nesse mesmo ano cerca de 12% (ou 5,5 GWh) da energia elétrica produzida no sistema electroprodutor nacional (45 GWh).
Evolução da potência solar fotovoltaica instalada em Portugal (fonte de dados: DGEG)
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Evolução da energia fotovoltaica produzida em Portugal (fonte de dados: DGEG)
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A tecnologia solar fotovoltaica é a que tem maior potencial de progressão em Portugal e em muitas regiões da Terra, não apenas pela disponibilidade de recurso (radiação solar), mas também pelo desenvolvimento tecnológico continuado, que tem permitido equipamentos cada vez mais eficientes. Acresce que, em comparação com as duas outras tecnologias renováveis de produção de eletricidade de maior uso, a hídrica e a eólica, é a que tem hoje menor taxa de penetração face ao potencial identificado em estudos especializados.
De acordo com a o Plano Nacional de Energia e Clima para 2030 (PNEC 2030) em vigor, o setor eletroprodutor português deverá dispor no final da presente década de uma potência fotovoltaica total instalada de 9 GW, muito acima, portanto, dos 3,9 GW antes mencionados. Caso venha a ser aprovada a revisão do PNEC 2030, presentemente em discussão, a meta dos 9,0 GW poderá mais do que duplicar, dentro do mesmo horizonte temporal de sete anos.
Seja qual for a meta que venha a ser fixada para o crescimento do solar fotovoltaico português, existem obstáculos a superar, de entre os quais se destacam i) a necessidade de expansão da rede de transporte e distribuição de energia elétrica, ii) a compatibilização de uso de solos com as regras de ordenamento do território, iii) a agilização dos processos de licenciamento e iv) a colocação em mercado da energia elétrica produzida pelos novos centros eletroprodutores em termos que compensem o risco e remunerem o capital alocado pelos investidores nessas novas instalações solares.
Seja qual for a meta que venha a ser fixada para o crescimento do solar fotovoltaico português, existem obstáculos a superar, de entre os quais se destacam i) a necessidade de expansão da rede de transporte e distribuição de energia elétrica, ii) a compatibilização de uso de solos com as regras de ordenamento do território, iii) a agilização dos processos de licenciamento e iv) a colocação em mercado da energia elétrica produzida pelos novos centros eletroprodutores em termos que compensem o risco e remunerem o capital alocado pelos investidores nessas novas instalações solares.
