Qual é o futuro da energia solar?

No século 21, a energia solar já se tornou parte da vida cotidiana. De piscinas com aquecimento solar a residências movidas ao sol, há muitos exemplos que demonstram a aplicação útil da energia limpa, segura e sustentável do sol. À medida que cresce a preocupação com os efeitos da queima de combustíveis fósseis e a possibilidade de esgotar fontes de energia não renováveis, o futuro da energia solar parece brilhante. A partir de 2013, a tecnologia não está isenta de problemas e, até o momento, as aplicações têm sido em escala relativamente pequena, mas há muita pesquisa em andamento nessa área e houve vários desenvolvimentos muito promissores.

Aproveitando a energia solar

O Sol é potencialmente uma enorme fonte de energia limpa e renovável. Alguns estimam que a luz solar possa produzir 10.000 vezes mais energia do que a Terra usava na virada do século XXI. No entanto, existem grandes desafios tecnológicos a serem enfrentados no aproveitamento eficaz dessa energia. Existem várias tecnologias disponíveis e em desenvolvimento que usam a luz solar para fornecer energia.

A luz solar pode ser usada simplesmente para aquecer a água, que é usada para fornecer aquecimento central às residências. Como alternativa, ele pode ser usado para gerar eletricidade usando células fotovoltaicas (PV) dispostas em painéis solares. Um terceiro método é concentrar a luz solar em um alvo para gerar calor, que pode ser usado diretamente para fins industriais, ou para fornecer eletricidade.

Painéis solares

Esses painéis dependem do efeito fotoelétrico, onde certas substâncias produzem uma pequena corrente elétrica quando expostas à luz. As células fotovoltaicas são construídas para explorar esse efeito, e os painéis solares consistem em grandes matrizes desses dispositivos posicionados para receber o máximo de luz solar possível. Juntos, eles podem gerar quantidades significativas de eletricidade. Embora, a partir de 2013, sejam relativamente ineficientes, normalmente têm custos muito baixos de operação e manutenção e podem ser muito eficazes no fornecimento de energia para residências. Uma grande quantidade de pesquisas está sendo realizada para melhorar a eficiência e construir células a partir de materiais mais baratos.

A maioria dos painéis solares consiste em células fotovoltaicas de silício cristalino, que são 18-24% eficientes na conversão da luz solar em eletricidade. Várias alternativas, no entanto, estão sob investigação. As células de filme fino podem ser produzidas a partir de uma variedade de materiais. Embora atualmente sejam menos eficientes do que as células fotovoltaicas padrão, são leves, flexíveis e mais baratas de fabricar. As células multifuncionais podem atingir uma eficiência de mais de 43%. Eles são estruturados para que diferentes partes da célula sejam sintonizadas para capturar a luz do sol em faixas específicas de comprimento de onda, em vez de ter um único receptor que perde uma parte da energia disponível.

Outra área promissora é a célula solar sensível ao corante (DSSC), às vezes chamada de célula de Gratzel, em homenagem a Michael Gratzel, que a desenvolveu pela primeira vez na década de 1990. Eles usam um corante para capturar energia solar e produzir um fluxo de elétrons, que são reabastecidos através de uma camada de eletrólito líquido abaixo. Embora sejam potencialmente baratos de produzir, eles são apenas cerca de 12% eficientes e há problemas de durabilidade que podem afetar o uso comercial. Por exemplo, o líquido pode congelar em condições frias ou expandir quando está quente e pode vazar. Pesquisadores desenvolveram uma versão da célula na qual o eletrólito líquido problemático é substituído por um material sólido, abrindo caminho para painéis solares baratos e duráveis.

Além do desenvolvimento de células fotovoltaicas mais baratas e mais eficientes, uma parte importante do futuro da energia solar reside na construção de novos edifícios e na modernização de muitos mais antigos. Alguns especialistas prevêem que a maioria, se não todos, novos edifícios terão painéis solares instalados nos telhados. Uma vez que estes também são facilmente montados, muitos edifícios mais antigos podem receber atualizações para funcionar com energia solar. Especialistas e ambientalistas esperam que a construção de energia verde seja incentivada pelos governos por meio de generosos incentivos fiscais, isenções e subsídios para o uso de energia alternativa.

Os painéis solares em um telhado podem, em algumas áreas, fornecer a totalidade ou a maioria das necessidades de energia de uma casa. Nos casos em que as pessoas moram em acomodações de vários andares, no entanto, a quantidade de espaço no telhado é muito pequena se comparada ao número de residências. Embora pequenas aplicações individuais possam aliviar um pouco a tensão da rede elétrica, se o Sol fornecer as necessidades de energia das cidades e indústrias, seu futuro deve estar em grandes estações geradoras de eletricidade movidas a energia solar.

O maior problema enfrentado pelo aproveitamento da energia solar usando células fotovoltaicas é o espaço necessário para a construção das usinas. Uma planta é composta por milhares de painéis solares, não muito diferentes dos atualmente instalados em residências de energia alternativa. Por esse motivo, eles exigem uma área constantemente ensolarada e uma quantidade considerável de espaço. Atualmente, uma das maiores centrais elétricas do mundo cobre mais de 16 milhas quadradas (16,9 km ² ) e gera eletricidade suficiente para operar cerca de 200.000 casas. Alguns especialistas sugerem que, para fornecer energia a todos os Estados Unidos, seria necessária uma área de aproximadamente 160 milhas por lado, provavelmente em algum lugar no clima desértico do sudoeste americano.

Alternativas aos painéis solares

Existem várias outras possibilidades para o aproveitamento em larga escala da energia solar. Um exemplo é a concentração da tecnologia de energia solar (CSP). Em vez de gerar eletricidade diretamente, eles concentram a luz solar para aquecer a água, fornecendo vapor para acionar uma turbina que produz eletricidade exatamente como uma usina convencional. Eles podem consistir em matrizes de espelhos parabólicos que focalizam a luz do sol em um tubo linear cheio de líquido. Como alternativa, o calor do Sol pode ser focado por um espelho parabólico para aquecer um fluido que aciona um motor Stirling, que fornece a energia mecânica para a geração de eletricidade.

Outro sistema comprovado é a "torre de energia", na qual uma variedade de espelhos planos de rastreamento solar concentra o calor do Sol em um recipiente de líquido usado para fornecer vapor a um gerador. Várias usinas estão em operação, produzindo de 10 a 20 megawatts de eletricidade. As usinas futuras podem fornecer até 200 megawatts.

O futuro

Uma tendência encorajadora relacionada ao futuro da energia solar é que muitos dos maiores inovadores do mundo estão optando por concentrar seus talentos e fundos na melhoria da tecnologia de energia alternativa. Muitos esquemas de premiação - financiados por vários governos ao redor do mundo - se concentram no fornecimento de energia solar economicamente e em larga escala. Em muitos países, os cidadãos recebem incentivos financeiros para mudar para fontes de energia “verdes” e instalar seus próprios painéis solares.

Embora, a partir de 2013, existam muitos sinais encorajadores de que os governos estejam reconhecendo a necessidade de fontes alternativas de energia e promovendo pesquisas sobre energia solar, a resposta está em parte nas mãos dos cidadãos do mundo. O que os cidadãos comuns escolhem comprar e apoiar influenciará as tendências do futuro. Ao instalar painéis solares, doar para organizações de pesquisa envolvidas em energias alternativas, obter um diploma universitário em um assunto relacionado e votar em medidas que promovam o desenvolvimento de energia alternativa, qualquer pessoa pode dizer o futuro da energia solar.