Princípios e Aplicações da Conversão de Energia Solar

Mecanismos de Conversão Térmica Solar

Os métodos de conversão térmica da energia solar se fundamentam na absorção da energia radiante por uma superfície negra. Este pode ser um processo complexo, que varia segundo o tipo de material absorvente. Envolve difusão, absorção de fótons, aceleração de elétrons e múltiplas colisões, mas o efeito final é o aquecimento. Ou seja, a energia radiante de todas as qualidades (todas as amplitudes de onda) se transforma em calor. As moléculas das superfícies se excitam, ocorrendo um incremento na temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8 e 0,98 (os 0,2 ou 0,02 restantes são refletidos).

Parte deste movimento molecular (ou deste calor) se transmite a outras partes do corpo por condução e parte é emitida de novo ao meio ambiente mediante processos convectivos e radiantes. A emissão de calor (perda de calor) depende da diferença de temperatura entre a superfície e o ambiente. Em consequência, à medida que a superfície se aquece, aumenta a perda de calor. Quando o regime de admissão de calor radiante é igualado ao de perda de calor, alcança-se uma temperatura de equilíbrio.

Se a superfície da placa do absorvedor for coberta com uma placa de cristal (com um espaço de ar de 20–30 mm), a perda de calor é muito reduzida, sem grande diminuição na admissão de calor. Isto se deve à transmitância seletiva do cristal, que é muito transparente para radiações solares de alta temperatura e onda curta, mas virtualmente opaco para radiações infravermelhas de amplitude de onda maiores, emitidas pela placa do absorvedor a cerca de 100 °C.

Aplicações Usuais da Energia Solar

A conversão térmica da energia solar e suas aplicações serão mais detalhadamente abordadas no transcorrer desta apresentação. Antes, porém, exporemos um apanhado geral das aplicações mais usuais de todos os métodos de captação acima descritos.

Tratemos inicialmente dos sistemas de aproveitamento térmico. O calor recolhido nos coletores pode destinar-se a satisfazer numerosas necessidades, desde a obtenção de água quente para o consumo doméstico ou industrial, o aquecimento de casas, escolas, fábricas, até a climatização de piscinas.

Outra das mais promissoras aplicações do calor solar será a refrigeração durante as épocas mais quentes, precisamente quando há mais insolação. De fato, para obter um resfriamento é necessário um "foco quente", o qual pode perfeitamente ter sua origem em um coletor solar. Em países árabes já funcionam condicionadores de ar que utilizam eficazmente a energia solar.

As aplicações agrícolas são muito amplas. Plantas de purificação ou dessalinização de água, secadores e estufas podem funcionar com uma grande economia de energia, ou mesmo sem nenhum consumo de energia.

Células Solares e Eletrificação (Fotovoltaica)

As células solares, dispostas em painéis, já produziam eletricidade nos primeiros satélites espaciais e, atualmente, são uma solução para a eletrificação rural, com clara vantagem sobre outras alternativas. A energia elétrica obtida a partir destas células pode ser usada de maneira direta, como para se retirar água de um poço com uma bomba elétrica, ou ser armazenada em acumuladores para ser utilizada durante a noite. É possível, inclusive, inserir a energia excedente na rede geral, obtendo um importante benefício.