10.2 GERAÇÃO FOTOVOLTAICA

10.2.1 Aspectos Gerais da Energia Solar

A energia do Sol é originada em sucessivas reações de fusão nuclear. Segundo informado por Shayani (2006), a cada segundo, aproximadamente 6 × 1011 kg de H2 são convertidos em He, com consumo aproximado de massa de 4 × 109 kg e com liberação energética de 4 × 1020 J. De toda essa energia, cerca de 99% são emitidos na forma de radiação eletromagnética, sendo que cerca de 9% são de radiação ultravioleta, 40% localizam-se na região visível do espectro e cerca de 50% são de radiação infravermelha, com comprimentos de onda que variam entre 0,2 μm e 3,0 μm (HINRICHS e KLEINBACH, 2003). Sabendo que a massa total do Sol é de aproximadamente 2 × 1030 kg, a projeção para a sua vida útil é de, no mínimo, 10 bilhões de anos (SZE apud SHAYANI, 2006), o suficiente para se considerar, ainda por muito tempo, o Sol como fonte inesgotável de energia e sem nenhum risco de contingenciamentos técnicos, econômicos, militares e/ou políticos.

A Terra tem raio médio de 6.400 km, com superfície de interceptação da luz solar de aproximadamente 1,28 × 108 km2 e recebe, permanentemente sobre a superfície iluminada, 1,748 × 1011 MW. Com isso, anualmente, cerca de 1,531 × 1018 kWh de energia solar atingem a Terra. Essa energia corresponde a mais de 102.000 vezes o consumo mundial de energia elétrica, considerando-o igual a 1,50 × 1013 kWh/ano — correspondente ao consumo mundial de eletricidade em 2005 (SEVERINO, 2008; MME, 2008b) —; e corresponde a mais de 16.600 vezes o consumo mundial de energia, considerando-o igual a 9,20 × 1013 kWh/ano — correspondente ao consumo mundial de energia em 2005 (SEVERINO, 2008; MME, 2008b). Isso significa dizer que, a cada 6 min, a Terra recebe energia solar equivalente a todo o seu consumo anual de energia elétrica e que, a cada 32 min, a Terra recebe energia solar equivalente a todo o seu consumo anual de energia (SEVERINO, 2008). A radiação solar incidente sobre a Terra a cada período de três dias está associada à energia equivalente à armazenada em todas as fontes conhecidas de energia fóssil, como o petróleo, o gás natural e o carvão (ALDABÓ, 2002).

Com todo esse potencial, é possível que sejam concebidos sistemas de geração de energia elétrica que não sejam dependentes dos recursos fósseis e que utilizem somente a radiação solar como fonte energética, seja de forma direta, obtida diretamente dos raios solares, seja de forma indireta, pelo uso de ondas, marés, ventos, força hidráulica e materiais de origem vegetal, como a biomassa, que são produzidos pelo Sol no processo da fotossíntese.

Uma vez na atmosfera terrestre, a radiação solar incidente no limite superior desta sofre, no percurso até o solo, os efeitos cumulativos de reflexões, dispersões e absorções, provocados por flutuações climáticas.

A incidência total da radiação solar sobre um corpo localizado no solo é a resultante da soma das componentes direta, difusa e refletida da radiação. Radiação direta é aquela que provém diretamente do disco solar sem ocorrência alguma de mudança de direção dos raios solares que não seja a ocasionada pela refração atmosférica. Radiação difusa é a recebida por um corpo após a direção dos raios solares ser alterada por reflexões nas nuvens ou espalhamento na atmosfera. Por sua vez, radiação refletida, ou albedo, é aquela recebida por um corpo após reflexão dos raios solares em superfícies adjacentes de prédios, árvores ou solos, sendo bastante dependente da forma e da textura da superfície refletora (REIS, 2003; TIBA, FRAIDENRAICH e BARBOSA, 1999). A Figura 02 mostra as componentes da radiação solar.

Em razão disso, os níveis de radiação solar em um plano horizontal na superfície da Terra sofrem influência de vários fatores, que incluem: (a) as estações do ano, em razão da alteração da inclinação do eixo de rotação da Terra em relação ao plano da órbita em torno do Sol; (b) características da região em que o plano se encontra, tais como a latitude, as condições meteorológicas e a altitude (SEVERINO, 2008).

Existem instrumentos adequados à medição da radiação solar. O piranômetro é o instrumento mais utilizado na medição da radiação total, pois tem o sensor localizado no plano horizontal e recebe, então, radiações provenientes de todas as direções no hemisfério de atuação. Para a medição da radiação direta, utiliza-se o piro-heliômetro, instrumento provido de um dispositivo de acompanhamento do Sol e de um sistema ótico que admite apenas a energia proveniente do disco solar e de um estreito anel adjacente (REIS, 2003).

Em virtude da natureza estocástica da radiação solar incidente na superfície terrestre, é conveniente que se baseia em estimativas e previsões relativas à radiação solar em informações solarimétricas obtidas durante prolongados períodos de tempo. Os dados solarimétricos são apresentados habitualmente sob a forma de energia coletada ao longo de um dia, produzindo uma média mensal ao longo de muitos anos. Nesse contexto, o langley apresenta-se como unidade importante, e as unidades de medição mais freqüentes são langley/dia (Ly/dia), cal/(cm2.dia) e Wh/(m2.dia). Normalmente, a intensidade média diária é medida em W/m2, sendo que 1 Ly/dia ≈ 11,622 Wh/(m2.dia) ≈ 0,48425 W/m2.

Segundo Palz (2002), em condições atmosféricas ótimas — céu claro sem nuvem alguma —, a insolação máxima observada ao meio-dia em um local situado ao nível do mar é de 1 kW/m2. Esse valor atinge 1,05 kW/m2 a 1.000 m de altura e, nas altas montanhas, chega a 1,1 kW/m2. Fora da atmosfera, essa intensidade eleva-se para 1,366 kW/m2, sendo denominada constante solar. Trata-se de um valor médio, porque ela varia com a trajetória da Terra em torno do Sol. Além disso, a radiação solar total incidente varia de um local para outro na superfície terrestre. Enquanto uma superfície horizontal no sul da Europa ocidental recebe a média anual de 1.500 kWh/m2 e, no norte, a média anual varia entre 800 kWh/m2 e 1.200 kWh/m2, uma superfície no deserto do Saara recebe cerca de 2.600 kWh/m2, em média, por ano, o que representa o dobro da média européia.

O Brasil possui ótima radiação solar, principalmente no nordeste. Na região do semi-árido nordestino estão os valores mais altos de radiação, que chegam à faixa de 200 W/m2 a 250 W/m2 de potência contínua, o que equivale à faixa de 1.752 kWh/m2 a 2.190 kWh/m2 por ano de radiação incidente. Com isso, o local pode ser considerado uma das regiões do planeta com maior potencial de geração elétrica a partir da energia solar (SEVERINO, 2008).