Radiação solar: definição, tipos e importância

A radiação solar, importante para o funcionamento da vida na Terra, corresponde à energia proveniente do Sol

A radiação solar é a energia proveniente do Sol emitida por meio de ondas eletromagnéticas. Ela é a principal fonte de calor para a Terra e condutora da fotossíntese das plantas. Assim, a radiação solar é considerada essencial para vários processos dentro da atmosfera, hidrosfera e biosfera.

Toda superfície terrestre recebe radiação solar em pelo menos alguma época do ano, com uma intensidade de até 1366 kW/m². A incidência da luz do Sol depende de vários fatores, como localização geográfica, hora do dia, estação, paisagem local e clima.

Na perspectiva de um desenvolvimento sustentável para a mitigação das mudanças climáticas, a radiação solar tornou-se importante para a geração de energia solar. Tal energia faz parte de um conjunto de energias renováveis e limpas que busca diminuir o uso de combustíveis fósseis.

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Como a radiação solar chega na Terra?

Ao passar pela atmosfera terrestre, a radiação solar pode sofrer diferentes processos. Nessa perspectiva, ela pode ser classificada em três tipos, de acordo com a forma que chega até a superfície terrestre.

• Radiação solar difusa: quando a radiação é absorvida, dispersa ou refletida, devido à presença de moléculas do ar, vapor d’ água, nuvens, poluição e fumaça.
• Radiação solar direta: quando a radiação chega à superfície sem nenhuma interferência, ou seja, sem estar difusa.
• Radiação solar refletida: quando a energia solar sofre o processo de reflexão na superfície.

Devido ao formato geoide da Terra, a radiação solar chega à superfície em diferentes ângulos, variando de 0º a 90º. Quando a luz solar está a 90º (vertical) em relação à superfície, a região recebe a quantidade máxima de energia, e vice-versa. 

Dessa forma, quanto mais inclinados os raios solares são, mais tempo demoram para atingir a Terra, tornando-se mais dispersos e difusos. Por isso, as regiões polares recebem menos luz solar.

Assim, o Sol emite ondas eletromagnéticas de forma curta para a Terra, que são enfraquecidas ao atingirem as nuvens e outros corpos. Depois, elas alcançam a superfície terrestre, onde são absorvidas ou refletidas. Quando refletidas, as ondas voltam ao exterior da atmosfera com forma longa.

Quais são os três tipos de radiação solar?

A radiação solar possui um espectro eletromagnético, do qual são emitidos três tipos de raios solares: ultravioleta, infravermelho e luz visível. Eles se diferenciam, principalmente, pelos seus comprimentos de onda e frequências.

Raio ultravioleta

A radiação ultravioleta (UV) corresponde à radiação com comprimento de onda de 200 a 400 nm (nanômetros). Ela compõe 9% de toda energia do Sol que chega ao planeta Terra. 

Por ser a radiação mais energética emitida pelo Sol, ela também é considerada a mais perigosa para a saúde humana e de outros organismos. Apesar disso, grande parte dos raios ultravioletas é barrada pela camada de ozônio. Dessa forma, destaca-se também a importância de preservar essa camada protetora para evitar maior incidência de raios UV na superfície terrestre.

Os raios ultravioleta podem ser divididos em três categorias: UVA, UVB e UVC. Com comprimento de 320 a 400 nm, os raios UVA têm a maior incidência no planeta Terra e incidem de forma uniforme durante todos os dias em todas as estações do ano, mesmo durante épocas de baixa luminosidade.

Os raios UVB possuem comprimento de onda de 280 a 320 nm e são parcialmente absorvidos pela camada de ozônio, tendo maior incidência no verão. Eles são extremamente prejudiciais a quase todos os tipos de vida na Terra e responsáveis por queimaduras solares e até lesões na pele. 

Já os raios UVC, com comprimento de onda menor que 280 nm, são os mais nocivos para a biosfera. No entanto, eles são completamente absorvidos pela camada de ozônio, não atingindo a superfície da Terra.

Raio infravermelho

A radiação infravermelha (IV) é caracterizada por seu comprimento de onda de 700 nm a 1 milímetro. Seu nome se deve a sua frequência de onda, que é menor do que a da luz vermelha. 

Grande parte de sua energia está associada à transmissão de calor, por meio da sensação de aumento da temperatura. Ela funciona a partir do aumento de oscilação de suas moléculas, provocando emissões de radiação em forma de calor. A radiação IV também pode ser emitida por qualquer corpo quente. 

Ela compõe cerca de 50% da energia vinda do Sol e a maior parte é absorvida pela atmosfera. Portanto, seu equilíbrio é essencial para manter a temperatura e clima da Terra.

Luz visível

Diferente das duas primeiras, a luz visível (ou luz branca) é a única possível de ser vista a olho nu. Isso acontece porque os fótons dessa radiação são capazes de atingir o olho humano. 

O comprimento de onda pode ir de 400 nm a 700 nm, sendo classificado pelas cores do arco-íris. As cores mais quentes representam maior comprimento e as mais frias, menor comprimento.

Quais são as vantagens e desvantagens da radiação solar?

A radiação solar é essencial para manter a vida na Terra. Além de ser a principal fonte de calor do planeta, ela fornece energia para a fotossíntese de plantas e outros organismos cloroplastos e influencia o ritmo circadiano dos seres vivos.

Além disso, a radiação solar incidente é um fator essencial para o funcionamento do ciclo da água, já que ela tem o papel vaporizante. A água, por sua vez, é o recurso natural fundamental para toda a vida no planeta, participando de todos os processos físicos, químicos e biológicos existentes. 

Para a saúde humana, a luz solar pode trazer enormes benefícios, como:

• Melhorar a qualidade do sono;
• Reduzir o estresse;
• Manter os ossos fortes, devido a vitamina D presente;
• Ajudar na perda de peso;
• Melhorar o sistema imune.

Muitos estudos também indicam que tomar banho de sol está ligado ao combate à depressão e ao aumento da expectativa de vida. 

Por outro lado, a exposição sem proteção aos raios UV pode causar alguns prejuízos. Um estudo publicado na revista científica Dermato-Endocrinology pontuou alguns riscos que a exposição à radiação solar apresenta para a saúde, como câncer e manchas na pele.

Com isso, é importante destacar o uso de protetor solar e roupas com proteção contra os raios UV. Dessa forma, é possível aproveitar os benefícios da luz solar sem agredir a saúde. 

O que é energia solar?

A radiação solar virou matéria-prima para a produção de uma tecnologia renovável de geração de eletricidade: a energia solar. Por isso, é necessário compreender tudo sobre energia solar, como os tipos de energia solar, seus conceitos e, principalmente, o que é energia fotovoltaica e como ela funciona.

Essa energia refere-se à conversão de radiação solar em eletricidade ou energia térmica, tendo o Sol como fonte de energia solar. Assim, ela pode ser dividida em três tipos: energia fotovoltaica, heliotérmica e fototérmica.

Analisando o que é energia fotovoltaica, pode-se dizer que a energia solar fotovoltaica trata-se da conversão de radiação solar diretamente em eletricidade. Esse processo se dá pelo uso de uma célula fotovoltaica, feita de silício. O conjunto dessas células, associadas em série ou paralelo, forma um painel de energia solar, principal componente do sistema fotovoltaico. Da mesma forma, o conjunto de painéis solares forma um gerador fotovoltaico.

Por outro lado, a energia heliotérmica é caracterizada pelo uso de coletores, que captam a radiação solar e a convertem em calor. Esse calor é usado para aquecer um fluido e, a partir da movimentação de turbinas pelo seu vapor, a eletricidade é gerada.

Já a energia fototérmica refere-se à captação de luz solar para aquecer a água de residências e prédios por meio de placas e um aquecedor solar. 

O que contém em um kit de energia solar?

Um kit de energia solar geralmente contém alguns componentes essenciais para a usina solar, que são separados em três blocos: o bloco gerador, o bloco de condicionamento de potência e o bloco de armazenamento.

Bloco gerador: painel solar, cabos, estrutura de suporte.

Bloco de condicionamento de potência: inversor solar, ou microinversor solar e controladores de carga.

Bloco de armazenamento: baterias.

O gerador de energia solar é uma das partes mais importantes do sistema.  

Sistemas fotovoltaicos

Um sistema fotovoltaico aponta o modelo em que o kit de energia solar fotovoltaico deve seguir na sua instalação. Existem dois modelos, que se diferenciam pela conexão com a rede de distribuição de energia elétrica.

Off-grid

O sistema off-grid de energia solar, também chamado de sistema autônomo ou isolado, não é conectado à rede de distribuição de energia elétrica. Ele é usado para propósitos específicos e pequenos, como bombeamento de água e iluminação pública. Dessa maneira, a energia solar off-grid excedente gerada é armazenada em baterias e utilizada em momentos com pouca ou nenhuma incidência de luz solar.

On-grid

O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa estar conectado à rede de distribuição de energia elétrica (geração distribuída), tendo o inversor solar on-grid como principal diferencial. Dessa forma, o kit solar on-grid não dispõe de bateria para o armazenamento de eletricidade e o inversor solar, ou inversor on-grid, tem a função de sincronizar com a rede pública. 

Com essa função, toda energia solar on-grid excedente é mandada para a rede elétrica da distribuidora de energia, sendo convertida em créditos de energia. Assim, esses créditos podem ser utilizados quando a irradiação solar não for suficiente para suprir a demanda. 

Como a placa solar funciona?

Para compreender como funciona a energia solar, é essencial saber a função da placa solar. Formado por um conjunto de células fotovoltaicas, a placa possui elétrons que, ao serem atingidos pela luz solar, agitam-se, formando uma corrente elétrica. Dessa maneira, a eletricidade é gerada por meio do efeito fotovoltaico.

Ao serem instalados, os painéis devem estar posicionados de forma a receber a maior taxa de energia solar possível, que é calculada a partir dos dados de irradiação solar e irradiância solar do local.

Os painéis solares também podem ser fabricados em outros modelos para suprir diferentes necessidades, como na forma de telha solar, ou telha fotovoltaica, na forma de refletor de energia solar e como lâmpada de energia solar. Dessa maneira, o preço da placa solar varia em relação a sua forma e composição.

Como saber a irradiação solar por cidade?

Tipos de placas solares

A instalação de energia solar se dá por meio de placas, que compõem o bloco gerador. A placa solar monocristalina caracteriza-se por suas células fotovoltaicas de coloração preta com bordas arredondadas. Cada célula é constituída por um cristal inteiro de silício, o que torna essas células mais potentes que as placas solares policristalinas. Para a produção do painel solar monocristalino, a solidificação do silício deve ser feita cuidadosamente, o que encarece o custo desse painel fotovoltaico.

O painel solar policristalino, no entanto, é uma placa de energia solar com a vida útil de 25 a 35 anos, suas células fotovoltaicas têm a cor azul e bordas retas. Sua resistência ao aumento de temperatura é maior e suas células são feitas de vários cristais de silício fundidos, o que diminui a eficiência do painel solar.

Qual a diferença entre placas monocristalinas e policristalinas?

A principal diferença entre as placas monocristalinas e policristalinas está no modo de produção e composição de suas células de silício (Si), bem como na quantidade de quilowatts-horas produzidos. Enquanto a primeira produz mais eletricidade por metro quadrado, a última produz menos. Isso significa que são necessários mais painéis solares policristalinos para gerar a mesma quantidade de energia elétrica produzida por painéis monocristalinos. Assim, o preço do painel solar pode variar de acordo com a forma de manipulação do silício.

No entanto, isso não significa que o painel solar policristalino é de qualidade inferior. Tudo depende da demanda energética, quantidade de espaço disponível, preferência de cor e poder econômico do cliente.

Diferença entre placa solar monocristalina e policristalina

Vantagens e desvantagens do uso de energia solar

O uso do sistema de energia fotovoltaica resulta em diversas vantagens para o consumidor e o meio ambiente. Os benefícios da energia solar para o consumidor envolvem a valorização do imóvel, independência energética, retorno do investimento e baixo custo de manutenção da usina solar. Nessa perspectiva, destacam-se também as vantagens para o meio ambiente devido ao fato de sua fonte ser renovável, inesgotável e limpa.

Por outro lado, a energia solar possui um alto custo de implantação e baixa eficiência (de 10% a 25%). Da mesma forma, é importante ressaltar os impactos ambientais causados pelos resíduos de silício e sua mineração, bem como a destinação final de painéis usados, que não possuem uma reciclagem de painel solar acessível.

Apesar de seu alto custo de instalação, empresas de energia solar são as mais promissoras para o futuro e as que recebem mais investimentos. Além disso, este tipo de energia é um dos mais fáceis de ser implantado nos próprios estabelecimentos que querem reduzir suas emissões de CO2.

O Sol pode ser considerado uma fonte de energia limpa?

O Sol, estrela central do Sistema Solar, pode ser considerado uma fonte de energia limpa, já que seu uso não libera resíduos prejudiciais ao meio ambiente diretamente, apesar de gerar resíduos das placas fotovoltaicas. Mas, então, a energia solar é renovável ou não renovável? Ela é considerada uma energia renovável, pois a fonte dos painéis da usina fotovoltaica, ou solar, não esgota.

O que diz a legislação?

A lei 14300/22 de energia solar foi feita para regular a geração de energia solar no Brasil, instituindo, também, o Marco Legal para a mini e microgeração dessa energia. Ela estabelece diretrizes para instalação, taxação, potência máxima e geração de energia compartilhada para energia solar residencial, usina solar e fazenda de energia solar.

A lei determina que a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) é responsável por oferecer um formulário-padrão para solicitação de mini e microgeração distribuída e todas as informações necessárias para a elaboração do projeto solar ao consumidor. 

Sancionado em 2022, o Marco Legal da Micro e Minigeração de Energia  passou a taxar os créditos de energia, antes não taxados, para cobrir despesas da distribuidora com infraestrutura e investimentos. Além disso, essa lei criou o Programa de Energia Renovável Social (PERS), que tem como objetivo criar um financiamento de energia solar e de outras fontes renováveis para consumidores de baixa renda.

Para potência máxima, foi estabelecido um limite de até 3 MW para fontes não despacháveis (em que a energia não pode ser armazenada), e até 5 MW para fontes despacháveis (em que a energia pode ser acionada a qualquer momento, por ser armazenada).