Teoria de funcionamento energia solar fotovoltaica

A vantagem da utilização de energias renováveis é evidente. Saiba como funciona uma das formas de aproveitamento da energia solar, os sistemas fotovoltaicos, e acompanhe o desenvolvimento e as dificuldades da sua aplicação em Portugal.

A descoberta do efeito fotovoltaico remonta a 1839, sendo atribuída a Edmund Bacquerel. No entanto, só em meados dos anos 50, nos Laboratórios Bell e RCA, foram desenvolvidas as tecnologias fotovoltaicas actualmente empregues.

Funcionamento dos sistemas fotovoltaicos

Nos sistemas fotovoltaicos a radiação solar é convertida em energia eléctrica por intermédio dos chamados semicondutores, que são configurados em elementos denominados células fotovoltaicas.

Os semicondutores feitos de silício são os mais usados na construção das células e o seu rendimento possível razoável é, actualmente, de cerca de 25-30%.

Uma vez que cada célula produz uma corrente contínua de intensidade relativamente fraca, procede-se à sua associação para obter, após encapsulamento, um conjunto denominado módulo fotovoltaico.

O agrupamento de módulos, colocados numa mesma estrutura de suporte, forma um painel. Quando incide luz solar com energia suficiente sobre estas estruturas, produz-se uma corrente de electrões, obtendo-se assim energia eléctrica utilizável.

Impactos ambientais da energia solar fotovoltaica

Em termos de produção de electricidade, os painéis fotovoltaicos devolvem a energia empregue na sua construção em cerca de três anos, e emitem, relativamente a uma central térmica convencional, cerca de 20% menos CO2 para a mesma quantidade de electricidade produzida.

Os impactos ambientais mais importantes ocorrem nas fases de produção, construção e desmantelamento dos sistemas.Na construção de células fotovoltaicas utilizam-se diversos materiais perigosos para o ambiente e saúde e é consumida uma quantidade apreciável de energia, a que está ligada a emissão de poluentes atmosféricos, nomeadamente de gases de estufa.

Alguns tipos de células (ex. CdTe e CIS) utilizam matérias primas raras, o que, em caso do fabrico em grande escala, pode contribuir para a deplecção de recursos naturais. São ainda produzidos resíduos sólidos, alguns dos quais perigosos, requerendo um manuseamento e deposição controlados.

A magnitude dos impactes associados à implementação deste tipo de sistemas depende de factores como a sua dimensão, eficiência e natureza da área de implantação.

Um dos principais impactes da instalação de grandes parques fotovoltaicos resulta da ocupação de solo e das alterações causadas aos ecossistemas presentes e à paisagem em termos visuais. Os sistemas de pequena dimensão, sobretudo quando instalados em telhados ou fachadas, têm impactes visuais reduzidos.

O desmantelamento dos painéis fotovoltaicos pode representar um risco para o ambiente, devido à perigosidade dos materiais que os constituem.

Vantagens e desvantagens da energia solar fotovoltaica

As principais vantagens atribuídas aos sistemas fotovoltaicos são a facilidade de manutenção (apenas é necessário proceder-se periodicamente à sua limpeza); a possibilidade de armazenar a electricidade gerada em baterias; os impactes relativamente reduzidos, principalmente na fase de operação e a contribuição para a redução da dependência externa, em termos de importação de combustíveis fósseis.

Em relação às desvantagens referem-se os custos de implementação associados; as condicionantes inerentes à natureza da energia solar – as alterações de luz ao longo das 24 horas, a presença de condições climatéricas desfavoráveis (chuva, nuvens) e o sombreamento causado por árvores ou edifícios – que reduzem o output do sistema; a necessidade de manutenção e substituição de baterias e os impactes negativos durante as fases de produção, construção e desmantelamento.

A energia fotovoltaica em Portugal

Capacidade instalada e aplicações

Na União Europeia, Portugal é, depois da Grécia e da Espanha, o país com maior potencial de aproveitamento de energia solar.

Com mais de 2300 horas/ano de insolação na Região Norte, e 3000 horas/ano no Algarve, o nosso país dispõe de uma situação privilegiada para o desenvolvimento deste tipo de energia, que não se tem, no entanto, verificado.

Além do elevado investimento inicial, a insuficiência e falta de adequabilidade dos incentivos que têm vindo a ser atribuídos, a carência de regulamentos específicos e de normas de qualidade aplicadas aos instaladores e aos equipamentos, têm dificultado o desenvolvimento das aplicações fotovoltaicas no nosso país.

Na figura 1 encontra-se representada a evolução da capacidade de energia fotovoltaica instalada, por tipo de aplicações, entre os anos 1984 e 2000.

Figura 1. Evolução da capacidade de energia fotovoltaica instalada entre 1984 e 2000

No final de 2000, a capacidade total instalada de energia fotovoltaica era de cerca de 1000 kWp (0,1% do nosso parque electroprodutor).

Até 1997 os sistemas destinavam-se quase exclusivamente a aplicações autónomas (electrificação de localidades rurais remotas, telecomunicações, bombagem de água, iluminação).

Este sector é ainda predominante: 52% dos sistemas instalados no sector doméstico e 20% no sector dos serviços (sobretudo na área das comunicações).

Nos últimos três anos, verificou-se um aumento considerável das aplicações com ligação à rede em edifícios, que correspondem a 26% da potência total instalada, para o que muito contribuiu o Programa Sunflower da BP.

Neste sector, os sistemas fotovoltaicos podem fornecer electricidade aos edifícios, contribuir para a sua iluminação e ajudar a controlar a ventilação.

Entre as aplicações da tecnologia fotovoltaica no nosso país, podem referir-se as seguintes:

• abastecimento de energia à localidade de Vale da Rosa, no Concelho de Alcoutim, que dista cerca de 5 km das aldeias mais próximas (P = 2 kW) (Ano instalação: 1984-85);
• sinalização marítima (bóias e faróis) (P = 10 kW) (Ano instalação: 1989-96);
• demonstração (bombagem de água, iluminação) no INETI, em Lisboa (P = 2 kW) (Ano instalação: 1989);
• electrificação e iluminação pública em Castro Daire (P = 20 kW) (Ano instalação: 1990-91);
• demonstração (bombagem de água, iluminação) na FCT/UNL, na Caparica (P = 15 kW) (Ano instalação: 1992);
• torres de vigia florestal (P = 9 kW) (Ano instalação: 1993-97);
• aplicação de um sistema com ligação à rede de baixa tensão, num edifício da EDP Distribuição, em Setúbal (P = 10 kW) (Ano instalação: 1993);
• retransmissores de TV (sistemas híbridos) na região Centro (P = 33 kW) (Ano instalação: 1993-98);
• bombagem de água para uma cooperativa em Palmela (P = 10 kW) (Ano instalação: 1995);
• retransmissores de telefones celulares (P = 9 kW) (Ano instalação: 1996-97);
• parquímetros em Lisboa (P = 7 kW) (Ano instalação: 1996-97);
• aplicação de um sistema com ligação à rede de baixa tensão, num edifício da EDP em Faro (P = 5 kW) (Ano instalação: 1997);
• estações de serviço da BP (14 sistemas ligados à rede) (P = 250 kW) (Ano instalação: 1998-2000);
• combinação da energia fotovoltaica com as energias eólica e diesel (P = 42 kW / 55 kW / 3×15 kVA), para fornecer electricidade a cinco localidades do município de Ourique (Ano instalação: 2000).

Perspectivas Futuras da energia solar fotovoltaica

De acordo com a Directiva Comunitária relativa à produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis (a publicar), Portugal deverá conseguir, em 2010, produzir 1200 MW de energia eléctrica a partir de fontes renováveis que não a energia eólica e as mini-hídricas, o que representa uma multiplicação por 100 da actual capacidade instalada em relação a “outras energias renováveis”, designação onde se inclui a fotovoltaica.

Se se mantiver a taxa actual de crescimento anual deste sector (25%), em 2010 Portugal conseguirá apenas que este contribua com cerca de 10 MWp.

Apesar de hoje em dia a energia solar fotovoltaica ser utilizada principalmente em sistemas independentes para fornecer electricidade a localidades rurais remotas, em equipamentos de bombagem para irrigação agrícola, e em sistemas de telecomunicações, a tendência futura é que as aplicações com ligação à rede eléctrica pública se imponham, nomeadamente no que diz respeito à integração dos sistemas fotovoltaicos em edifícios, devido ao elevado índice de cobertura da rede eléctrica.

Prevê-se ainda o aumento do número de sistemas integrados, à semelhança do que está a ser desenvolvido para a Federação Portuguesa de Futebol, concretamente para o centro de estágio das selecções nacionais em Sintra, onde se integra a utilização de energia fotovoltaica e de biomassa.

O futuro do aproveitamento da energia fotovoltaica em Portugal dependerá, entre outros aspectos, da criação de legislação própria para as suas aplicações, nomeadamente para a agilização do processo de licenciamento, regulamentação da ligação à rede de baixa tensão e criação de um tarifário diferenciado; da certificação de instaladores e equipamentos; da criação de uma rede de assistência aos sistemas instalados e da aposta que for feita na investigação e no desenvolvimento tecnológico.

Bibliografia

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Paes, Pedro S. (2001). Energia Solar Fotovoltaica: Breve Panorâmica da Situação em Portugal; Workshop Energia Solar Fotovoltaica; Lisboa; 12 de Julho de 2001.