Energia solar residencial: tipos de sistema de energia, vantagens e como fazer acontecer

Energia fotovoltaica ou térmica? Entenda tudo sobre as diferenças entre elas e saiba o tipo mais adequado ao seu caso

Planeta Terra

Petróleocarvão são fontes de energia muito utilizadas, mas extremamente poluentes (queima libera para a atmosfera o gás carbônico - CO2 - principal gás do efeito estufamaterial particulado, que faz mal à saúde, entre outros problemas ambientais). Assim, buscando unir eficiência energética e baixos impactos sobre o planeta, busca-se cada vez mais a utilização de energias renováveis (também chamadas de energias alternativas), como eólica, hidráulica, biomassa, solar e geotérmica. Nesse meio, a energia solar tem se destacado e sendo cada vez mais explorada, tanto para geração no ramo empresarial quanto em sistemas residenciais.

O que é a energia solar?

A definição de energia solar é a energia eletromagnética, cuja fonte é o sol. Por esse motivo, é considerada uma fonte de energia sustentável e limpa, que não produz resíduos para além dos componentes do kit, e traz benefícios ambientais no que diz respeito à redução de emissões de gases de efeito estufa, reduzindo assim a pegada de carbono do consumidor final.

Ela pode ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. As duas principais formas de aproveitamento da energia solar são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar de água.

Para a produção de energia elétrica através da energia solar, são usados dois sistemas: o heliotérmico, em que a radiação é convertida primeiramente em energia térmica e posteriormente em elétrica (utilizada principalmente em usinas, o que faz com que não seja abordada nessa matéria); e o fotovoltaico, em que a radiação solar é convertida diretamente em energia elétrica. Já a energia solar térmica é obtida pela captação da radiação eletromagnética e sua transformação em calor (energia térmica), que não é transformado em energia elétrica posteriormente, como acontece no sistema heliotérmico.

Abaixo você poderá encontrar um resumo das características e diferenças entre os dois principais tipos de energia solar residenciais: a energia fotovoltaica e a de aproveitamento térmico.

Energia fotovoltaica

A energia fotovoltaica tem como conceito a geração de energia elétrica de forma não convencional, ou seja, através da radiação solar, sem que esta precise passar pela fase de energia térmica (característica do sistema heliotérmico), sendo essa a principal diferença entre a energia fotovoltaica e as demais energias solares.

Assim como no heliotérmico, no sistema de energia solar fotovoltaica existem vários modelos de coletores (ou painéis solares), que apresentam maior ou menor eficiência energética. Os mais comuns são os monocristalinos, policristalinos e os de filme fino.

Os principais componentes de um sistema de energia fotovoltaica são os painéis, a estrutura de suporte, os controladores de carga, inversores e baterias.

Lembre-se de garantir que os componentes utilizados tenham a certificação do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), que realizou a implementação da Portaria n.º 357 em 2014, com o objetivo de estabelecer regras para os equipamentos de geração de energia fotovoltaica.

O tempo de retorno do investimento, no sistema fotovoltaico é variável, e depende da quantidade de energia que o imóvel demanda. Apesar disso, a vantagem do sistema caseiro é quanto o usuário poderá economizar: uma vez atingido este tempo de retorno, a conta de energia não precisará mais ser paga. Energia do sol se transforma em eletricidade “grátis”! Uma boa grana pode acabar indo para a poupança em vez de ser gasta sem trazer muitos benefícios.

Como funciona?

Painéis ou placas solares são sistemas de microgeração de energia compostos por células fotovoltaicas. Um conjunto de painéis forma um módulo solar. As células fotovoltaicas (ou células solares) são feitas a partir de materiais semicondutores (normalmente o silício). Quando a célula de uma placa é exposta à luz e capta sua energia, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons (partículas de energia presentes na luz solar).

Os elétrons livres são transportados em fluxo pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico. Este campo elétrico é formado na área de junção dos materiais, por uma diferença de potencial elétrico existente entre esses materiais semicondutores. Os elétrons livres são levados para fora da célula solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica.

Ao contrário do sistema heliotérmico, o sistema fotovoltaico não requer alta irradiação solar para seu funcionamento. Contudo, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens, de forma que um número baixo de nuvens pode resultar em uma maior produção de eletricidade em comparação a dias de céu completamente aberto, devido ao fenômeno da reflexão da luz solar.

A eficiência da conversão é medida pela proporção de radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as células mais eficientes proporcionam 25% de eficiência.

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, o governo atualmente desenvolve projetos de geração de energia fotovoltaica para suprir as demandas energéticas das comunidades rurais e isoladas. Estes projetos focam algumas áreas como: bombeamento de água para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura; iluminação pública; sistemas de uso coletivo (eletrificação de escolas, postos de saúde e centros comunitários); atendimento domiciliar.

Há ainda dois tipos diferentes de sistemas fotovoltaicos: os conectados à rede (on-grid ou grid-tie) ou os isolados da rede (off-grid ou autônomos). Uma das principais diferenças entre eles é a composição do kit, sendo que o primeiro não possui dispositivos para armazenamento da energia, ou seja, dispensa o uso da bateria (onde a energia é comumente armazenada em sistemas off-grid) e do controlador de carga. Outra diferença importante entre eles é que o primeiro precisa, necessariamente, estar conectado à rede convencional de distribuição de energia, enquanto o segundo não, podendo ser instalado em regiões mais remotas.

Para os sistemas conectados à rede (on-grid), há a Lei 10.438/02, que prevê benefícios econômicos na forma de créditos de energia àqueles que produzirem em sua própria residência mais energia do que ela demanda, ou seja, uma economia imediata no dinheiro que seria referente ao pagamento da conta de energia elétrica para os meses em que a residência gerar menos energia do que ela precisa.

Infelizmente, ainda há poucos incentivos e linhas de financiamento desse tipo de energia no Brasil, que ainda são de difícil acesso e pouca aplicabilidade. Espera-se que, com a subida do consumo de sistemas de energia fotovoltaica, surjam novos incentivos, mais aplicáveis e acessíveis à habitação comum.

Aproveitamento térmico

Outra forma de aproveitar a radiação solar é o aquecimento térmico. O aquecimento térmico a partir de energia solar pode ser feito por meio de um processo de absorção da luz solar por coletores, que são normalmente instalados nos telhados (rooftop) das edificações, condomínios, residências dentre outras construções.

Como a incidência de radiação solar sobre a superfície terrestre é baixa, é necessário instalar alguns metros quadrados de coletores. Cada modelo de coletor (que pode ser plano aberto, fechado, ou tubular à vácuo), possui uma eficiência energética característica, e pode aquecer a água a temperaturas específicas. Sendo assim, há sempre um modelo mais indicado, dependendo da intenção de aplicação da água aquecida (que pode ser para banhos, piscinas, aquecimento de ambientes, dentre outros).

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), para atender o suprimento de água aquecida em uma residência de três a quatro moradores, são necessários 4 m² de coletores. Apesar da demanda por esta tecnologia ser predominantemente residencial, também existe o interesse do setor comercial, como edifícios públicos, hospitais, restaurantes, hotéis, e outras empresas, sejam de grande ou pequeno porte.

O tempo de retorno do investimento em energia solar térmica tende a variar, acontecendo geralmente em um intervalo que vai de 18 a 36 meses. A vida útil de um aquecedor solar é estimada por volta de 240 meses, fazendo com que o sistema seja bastante vantajoso e econômico.

Como funciona?

O princípio de funcionamento do aproveitamento térmico através da energia solar é mais simples: a superfície do painel possui aletas feitas de cobre ou alumínio, comumente pintadas de uma cor escura para maior absorção da radiação solar. Assim, estas aletas captam essa radiação para então transformá-la em calor. O calor é absorvido pelo fluido presente no interior dos painéis (geralmente a água), que é em seguida transportado por bombeamento através de tubos isolados, até que chegue ao depósito de água quente (reservatório térmico ou boiler).

O depósito de água quente é composto por material isolante, que impede o resfriamento da água, permitindo que seja fornecida água quente mesmo em períodos sem sol, como à noite.

Há ainda um sistema auxiliar de aquecimento (que pode ser elétrico ou a gás), que atua garantindo que haja água quente mesmo nos momentos em que a radiação solar não é suficiente para aquecê-la completamente.

Quais são os prós e os contras da energia solar?

A energia solar é considerada uma fonte de energia renovável e inesgotável. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o processo de geração de energia elétrica a partir da energia solar não emite dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO2) - todos gases poluentes com efeitos nocivos à saúde humana e que contribuem para o aquecimento global.

A energia solar também se mostra vantajosa em comparação a outras fontes renováveis, como a hidráulica, pois requer áreas menos extensas do que hidrelétricas. A energia solar é também de instalação rápida e é um sistema totalmente silencioso.

O incentivo à energia solar no Brasil é justificado pelo potencial do país, que é um excelente mercado para este setor energético por possuir grandes áreas com radiação solar incidente e está próximo à linha do Equador. Além disso, de acordo com o GBC Brasil (Green Building Council), uma outra vantagem da instalação da energia solar é a valorização imobiliária (imóveis sustentáveis se valorizam em até 30%).

As regiões semiáridas do nordeste brasileiro são ideais para a geração de energia heliotérmica, pois atendem às condições de alta irradiação solar e baixa pluviosidade.

A não dependência da alta irradiação é uma grande vantagem do sistema fotovoltaico, o que contribui para que seja apontado como uma outra alternativa.

No caso da energia fotovoltaica, a desvantagem mais frequentemente apontada é sua implantação, que ainda custa relativamente caro. Além do custo, há também a baixa eficiência do processo, que varia de 15% a 25%.

No entanto, outro ponto de extrema importância a ser considerado na cadeia produtiva do sistema fotovoltaico é o impacto socioambiental causado pela matéria-prima mais comumente usada na fabricação das células fotovoltaicas, o silício.

A mineração do silício, assim como qualquer outra atividade de mineração, tem impactos para o solo e a água subterrânea da área de extração. Além disso, é imprescindível que sejam proporcionadas boas condições ocupacionais aos trabalhadores, a fim de evitar acidentes de trabalho e desenvolvimento de doenças ocupacionais. A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) aponta, em relatório, que a sílica cristalina é cancerígena, podendo causar câncer de pulmão ao ser cronicamente inalada.

O relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia aponta outros dois pontos importantes relacionados ao sistema fotovoltaico: o descarte dos painéis deve receber destinação apropriada, uma vez que estes apresentam potenciais de toxicidade; e a reciclagem de painéis fotovoltaicos também não atingiu um nível satisfatório até o momento.

Outro ponto importante é que, apesar do Brasil ser o segundo maior produtor de silício metálico do mundo, perdendo apenas para a China, a tecnologia para a purificação do silício a nível solar ainda está em fase de desenvolvimento.

Portanto, mesmo sendo renovável e não emitindo gases, a energia solar ainda esbarra em empecilhos tecnológicos e econômicos. Apesar de promissora, a energia solar se tornará viável economicamente, apresentando redução no preço apenas com a cooperação entre setores públicos e privados, e com o investimento em pesquisas para o aprimoramento das tecnologias que englobam o processo produtivo, desde a purificação do silício até o descarte das células fotovoltaicas.

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