As Princípios de Transformação da Energia Solar em outras Energia

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- Conceito de Energia no Sentido Geral

Poucas palavras suportam tantos sentidos e definições como energia. No Século IV a.C., Aristóteles em sua obra Metafísica, identificava energia como uma realidade em movimento. Na acepção moderna, energia corresponde ao conceito desenvolvido juntamente com a Termodinâmica a partir de meados do Século XIX e utilizado para descrever uma ampla variedade de fenómenos físicos. Uma definição usual, encontrada em muitos livros, afirma que “energia é a medida da capacidade de efectuar trabalho”. A rigor, esta definição não é totalmente correcta e aplica-se apenas a alguns tipos de energia, como a mecânica e a eléctrica, que, em princípio são totalmente conversíveis em outras formas de energia. Este modo de se definir energia perde o sentido ao ser aplicado ao calor, forma de energia que é apenas parcialmente conversível em trabalho. De fato, quando está a temperaturas próximas à do ambiente, o calor pouco vale como trabalho. Portanto, essa definição não é completa, (PINHO & GALDINO, 2014).

Em 1872, Maxwell propôs uma definição que pode ser considerada mais correcta do que a anterior: “energia é aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança”. Esta definição refere-se a mudanças de condições, a alterações do estado de um sistema e inclui duas ideias importantes: as modificações de estado implicam em vencer resistências e é justamente a energia que permite obter estas modificações de estado. Assim, para elevar uma massa até uma determinada altura, aquecer ou esfriar um volume de gás, transformar uma semente em planta, ler este texto, enfim, qualquer processo que se associe a alguma mudança, implica em se ter fluxos energéticos, (DELIZOICOV & ANGOTTI, 1992).

- Conceito de Energias Renováveis

Este tipo de energia utiliza-se numa escala muito larga. Não é possível um fim temporal para a sua utilização como, por exemplo, o calor emitido pelo Sol, a existência do vento, dos marés ou dos cursos de água sendo assim consideradas, justamente, inesgotáveis, mas são limitadas em termos da quantidade de energia que é possível extrair em cada momento.

Segundo (CRUZ, 2001) energias renováveis define como sendo “uma fonte de energia ilimitada, uma vez que a sua utilização não irá implicar a sua disponibilidade futura”. Energias renováveis são formas de energias naturais que não esgotam quando as usamos no nosso dia-a-dia e não sabemos até que ponto elas terminaram. Elas renovam-se por si mesmas em cada instante de tempo de sua existência na natureza.

Segundo Quelhas (2008, p. 5) afirma que “energia renovável é aquela que é obtida à partir de fontes naturais capazes de se regenerar como é o caso da energia solar, da biomassa, hidráulica e eólica entre outras”. E neste trabalho iremos debruçar pontos fundamentais da energia solar, como já foi mostrado na introdução do mesmo trabalho.

- Conceito de Energia Solar

Os planetas são iluminados naturalmente pelo Sol para aquecimento do ambiente através da penetração ou absorção da radiação solar. O Sol considera-se uma fonte de energia de quase todas as fontes de energias renováveis, também designadas formas indirectas de energia solar.

Ainda a radiação solar pode ser utilizada directamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos e o ambiente, pode ainda ser convertida directamente em energia eléctrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais (painéis) entre os quais se destacam o termoeléctrico e o Fotovoltáico.

Logo a energia solar segundo QUELHAS (2008) “considerada uma fonte renovável e inesgotável que emite raios electromagnéticos que pode ser transformada em energia térmica ou eléctrica”. Esta se deve a fusão de dois átomos de hidrogénio no núcleo do sol e se transformam no Hélio.

- Geração da Energia Solar

Na natureza encontramos duas formas de geração da energia solar, sendo uma fotovoltaica, que consiste no uso de painéis solares, que são mais usados no nosso país e em várias residências que se encontram fora da rede eléctrica da EDM[1].

O Sol como fonte de energia, este fornece na forma de radiação. No centro do Sol ocorre um processo de fusão nuclear, no qual, dois núcleos de Hidrogénio se fundem originando em Hélio libertando maior quantidade de energia. Durante este processo uma parte da massa é transformada em energia radiada para o espaço em grande quantidade desta sob forma das ondas electromagnéticas. O Sol é assim, um enorme reactor de fusão. Tendo em conta que o Sol se encontra a 143 milhões de km da Terra apenas uma pequena fracção da energia irradiada está disponível (há uma quantidade energética de 1018 kWh/ano). No entanto, a energia fornecida pelo Sol durante um quarto de hora é superior a energia utilizada, ao nível mundial durante um ano, (CRUZ, 2001).

A energia solar pode ser gerada por outros mecanismos com base nos estudos já feitos. Podemos encontrar as explicações nas bases astronómicas e meteorológicas. Aqui a energia irradiada pelo Sol, para a atmosfera terrestre encontra em estado constante. Esta energia irradiada descreve-se como a constante solar relativa a uma área de 1 m2. Tal constante está sujeita a pequenas alterações, provocadas pela variação da actividade solar e com a excentricidade da orbita da Terra. Estas variações que detectam para a gama dos raios UV[2] são menores que 5%, e não são significativas para as aplicações de tecnologia solar. O valor médio da constante solar é . Os astrofísicos consideram que o Sol tem aproximadamente 5 bilhões de anos. Com uma expectativa de existência de 10 bilhões de anos o Sol pode ser considerado como fonte de energia para os próximos 5 bilhões de anos. Assim, de uma perspectiva humana o Sol apresenta uma disponibilidade energética ilimitada, (WOLFGANG, 1994).[pic 1]

Convém ainda conceituar a irradiação solar segundo CRUZ (2001) que diz: “é uma unidade de densidade de energia usualmente expressa em kWh/m2/dia ou kWh/m2/ano, tratando-se do valor da energia solar ao longo de certo período”. Esta unidade da energia solar é dada em um determinado período de tempo sendo (dia, semana, mês ou ainda ano). A energia solar pode ser convertida e, electricidade através do efeito fotoeléctrico (conversão fotovoltaica).

Ainda este processo considera-se sendo caro e pouco eficiente, muito embora tenhamos tido progressos contínuos nas últimas décadas.