Como funciona a energia solar

Você sabe como funciona a energia solar? Ela funciona a partir de tecnologias que captam a luz e o calor do sol para a geração de eletricidade (fotovoltaica e heliotérmica) ou para o aquecimento de líquidos (térmica).

Hoje, esses sistemas já são muito utilizados por residências e empresas em todo o Brasil, sendo uma ótima opção para reduzir a conta de luz com o uso de uma energia alternativa, renovável e limpa.

Existem 3 tipos de energia solar:

1. fotovoltaica;
2. térmica;
3. heliotérmica (energia solar concentrada).

Cada uma funciona de forma diferente: a fotovoltaica funciona por meio de placas solares que transformam a luz do sol diretamente em energia elétrica; a térmica utiliza o calor do sol para aquecer água; e a heliotérmica usa o calor da radiação para gerar o vapor que alimenta turbinas que geram eletricidade.

Nesta página, o Portal Solar te mostra como a energia do sol funciona em cada um desses sistemas para lhe ajudar na escolha da melhor opção para a sua residência ou empresa.

Confira!

Antes de entendermos o funcionamento dos sistemas de energia fotovoltaica, devemos compreender o que é o efeito fotovoltaico, que é o processo responsável pela geração da energia elétrica solar.

De forma simples, o efeito fotovoltaico é o surgimento de uma corrente elétrica dentro da estrutura de um material semicondutor quando este é exposto às partículas de energia (fótons) da radiação eletromagnética (luz).

As placas solares (módulos fotovoltaicos) são compostas por dezenas de células fotovoltaicas fabricadas a partir de materiais semicondutores, sendo o silício (Si) o mais comum deles.

Quando a luz do sol incide sobre a placa solar, os fótons energizam os elétrons dos átomos de silício das células solares, fazendo com que eles se desloquem pelas diferentes camadas do dispositivo e criem a corrente elétrica contínua que chamamos de energia solar fotovoltaica.

Confira o artigo completo sobre: tipos de energia solar

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Como funciona a energia solar fotovoltaica?

A energia solar fotovoltaica funciona a partir de sistemas que transformam a luz do sol diretamente em energia elétrica para atender o consumo de casas, empresas, propriedades rurais, indústrias ou qualquer outro tipo de estabelecimento.

Os sistemas fotovoltaicos funcionam a partir de dois principais equipamentos: o painel solar, que transforma a luz em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico; e o inversor solar, que adapta a corrente elétrica (de CC para CA) da eletricidade gerada pelo painel para que ela possa ser distribuída, utilizada ou armazenada.

Existem três tipos de sistemas de energia solar fotovoltaica que, embora produzam eletricidade da mesma forma, funcionam de forma diferente na forma como lidam com a energia gerada pelo painel, sendo:

• sistema fotovoltaico conectado à rede (on grid);
• sistema fotovoltaico isolado ou autônomo (off grid);
• gerador fotovoltaico híbrido.

Os sistemas fotovoltaicos on grid são conectados à rede elétrica, que recebe o excedente produzido no dia e provê a energia durante a noite. Sistemas fotovoltaicos off grid são isolados da rede e utilizam baterias para armazenar a energia que será consumida na noite. Já os sistemas fotovoltaicos híbridos são uma junção do on grid e off grid, operando na rede ao mesmo tempo em que contam com bateria para armazenamento.

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O que é um sistema de energia solar?

O sistema de energia solar, também conhecido como kit fotovoltaico, é conjunto de equipamentos necessários para converter a luz do Sol em energia elétrica para uso de um imóvel. Ele é composto por:

• painéis solares
• inversor solar
  
• string box
  
• sistema de fixação
  
• conectores e cabeamentos
  

Como funciona o sistema fotovoltaico conectado à rede?

Veja o passo a passo do funcionamento de um sistema de energia solar fotovoltaica conectado à rede (on grid):

1. O painel solar capta a luz e a transforma em energia elétrica.
2. O inversor fotovoltaico adapta a corrente elétrica da energia, para que ela possa ser utilizada.
3. A energia chega ao quadro de luz e é distribuída na sua casa ou empresa.
4. A energia alimenta as luzes e os equipamentos elétricos de todo o seu imóvel.
5. O excesso de energia é injetado na rede elétrica, gerando créditos.

1. O painel solar capta a luz e a transforma em energia elétrica

Ao contato com a luz do sol, o painel solar fotovoltaico instalado sobre o telhado produz energia elétrica por meio efeito fotovoltaico.

O painel solar é formado pela junção dos módulos fotovoltaicos conectados entre si. Em cada projeto, é preciso calcular a quantidade necessária de placas de acordo com o consumo elétrico a ser atendido.

Ou seja, quanto maior o tamanho do painel solar, mais placas fotovoltaicas ele possui e mais energia ele é capaz de gerar. 

2. O inversor fotovoltaico adapta a corrente elétrica da energia

Antes de poder ser utilizada, a eletricidade produzida pelo painel solar precisar passar pelo inversor fotovoltaico, equipamento que adapta a sua corrente ao padrão da nossa rede elétrica, de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA).

Ou seja, é o inversor solar que torna a energia elétrica gerada pelo painel fotovoltaico apta a alimentar televisores, computadores, eletrodomésticos e quaisquer outros equipamentos elétricos da sua casa ou empresa.

3. A energia chega ao quadro de luz e é distribuída na sua casa ou empresa

A energia elétrica que sai do inversor solar vai para o "quadro de luz" e é distribuída para atender ao consumo do seu imóvel.

Como esta energia é gerada por você, não existe custo na sua utilização. Portanto, é possível utilizá-la como alternativa à eletricidade que você compra da distribuidora para reduzir o gasto com a conta de luz.

Um sistema fotovoltaico pode atender toda a demanda elétrica de um imóvel, desde pequenas residências até grandes empresas e indústrias.

Para isso, entretanto, é necessário que o sistema seja projetado de acordo com o consumo e características de cada imóvel, assim como os fatores climáticos da região onde será instalado.

O ideal é solicitar orçamentos de empresas experientes que vão até o seu local para coletar os dados necessários para o seu sistema fotovoltaico.

4. A energia alimenta as luzes e equipamentos elétricos de todo o seu imóvel

A eletricidade produzida pelo sistema é capaz  de atender os mais variados tipos de consumo elétrico de uma casa ou empresa, desde lâmpadas e aparelhos de ar condicionado, até televisores, aparelhos de som, computadores e demais equipamentos conectados na tomada.

5. O excesso de energia é injetado na rede elétrica, gerando créditos

Normalmente, durante o dia, o painel solar fotovoltaico irá produzir mais energia do que aquela consumida no imóvel nesse período. Nos sistemas fotovoltaicos on grid, este excedente de energia é injetado na rede elétrica.

Na hora da instalação do sistema fotovoltaico on grid, o seu relógio de luz antigo é substituído por um novo modelo "bidirecional", que mede a entrada e a saída de energia.

Desta forma, a distribuidora local consegue computar, mês a mês, a quantidade de energia que você injetou na sua rede, assim como a energia que você consumiu dela durante a noite ou em momentos de pouca luz do sol, quando o seu painel solar não opera ou produz menos energia. 

A eletricidade que o seu sistema fotovoltaico injeta na rede vira créditos de energia para você. Para cada um quilowatt-hora (kWh) de energia fornecido à rede pelo seu sistema, você recebe um crédito de energia que compensa o mesmo um kWh de energia consumida da rede.

Todos os meses, a distribuidora detalha na sua fatura a quantidade de créditos gerados e consumidos, assim como qualquer saldo restante, que continua válido por até 60 meses.

Quando você instala um sistema fotovoltaico on grid capaz de atender todo o consumo elétrico da sua casa ou empresa, os créditos gerados no mês serão suficientes para compensar tudo o que você consumiu da distribuidora, o que pode ajudar a economizar energia elétrica em até 95% no valor da fatura.

Em outras palavras: você produz energia limpa com a luz do sol e reduz a sua conta de luz!

Os créditos de energia são fruto da regulamentação da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) para o segmento de Geração Distribuída (GD), possuindo regras específicas de compensação para cada classe de consumidores (residencial, comercial ou industrial).

Assista ao vídeo sobre como funciona a energia solar

Como funciona o sistema fotovoltaico off-grid?

Os sistemas de energia solar fotovoltaica off grid também são chamados de autônomos e funcionam com baterias que armazenam a produção diurna para ser utilizada à noite, dispensando a conexão com a rede elétrica.

Ou seja, o sistema fotovoltaico off grid pode atender sozinho ao consumo elétrico de uma casa ou empresa quando a luz solar não está disponível, até mesmo em locais sem acesso à rede.

Aliás, o uso de sistemas solares off-grid é especialmente vantajoso em locais remotos como uma alternativa aos tradicionais geradores a diesel, pois permitem uma geração elétrica muito mais econômica e sustentável.

Os sistemas fotovoltaicos off grid funcionam com o uso de um controlador de carga, equipamento que gerencia o abastecimento das baterias com a energia do painel solar. Depois, o inversor puxa a energia das baterias e converte a sua corrente para que ela possa atender o consumo.

Como funciona o sistema fotovoltaico híbrido?

Os sistemas fotovoltaicos híbridos são uma junção das configurações on grid e off grid. Eles funcionam conectados à rede elétrica, injetando ou puxando energia dela, mas também contam com bateria para armazenar parte da energia que é utilizada quando o sistema opera isolado da rede.

Para isso, os sistemas fotovoltaicos híbridos precisam utilizar dois inversores, um do tipo on grid e outro do tipo off grid, ou então, um inversor híbrido que consiga operar nas duas configurações de maneira alternada.

Ou seja, um sistema híbrido de energia solar fotovoltaica que está operando junto à rede pode, a qualquer momento, passar a operar na configuração off grid, utilizando a energia da bateria para suprir o consumo do imóvel, como em casos de interrupção no fornecimento da distribuidora, por exemplo.

Como funciona a energia solar térmica?

Os sistemas de energia solar térmica funcionam a partir de placas (coletores) que captam o calor da radiação solar e o transferem para aquecer água, a qual é armazenada em reservatórios térmicos (acumulador solar) para ser utilizada posteriormente. 

 A energia solar térmica funciona da seguinte forma:

1. Coletores solares térmicos instalados sobre o telhado captam o calor da radiação solar e o transferem para aquecer a água em seu interior;
2. A água é transportada para um reservatório térmico (acumulador solar);
3. Durante a noite, a água quente armazenada no acumulador solar é utilizada.

A tecnologia dos aquecedores solares é bem difundida no Brasil, utilizada principalmente em residências para substituir o uso de aquecedores elétricos de chuveiros.

O número de coletores e o tamanho do reservatório térmico de um aquecedor solar são definidos de acordo com o volume de água quente utilizada na residência.

Como funciona a energia solar concentrada (energia heliotérmica)?

A energia heliotérmica (energia solar concentrada ou concentrated solar power, CSP em inglês) funciona a partir de espelhos (heliostatos) que captam e convergem a luz solar até um receptor, o calor dessa radiação aquece o líquido dentro do receptor até a sua ebulição para criar o vapor que, depois, irá alimentar as turbinas para geração de eletricidade.

A energia heliotérmica é, portanto, uma forma indireta de gerar energia elétrica a partir da energia solar. Ela é utilizada por meio de grandes usinas, chamadas de termossolares, que utilizam centenas ou milhares de espelhos.

Veja detalhadamente como funciona a energia termossolar:

1. Os espelhos (coletores ou heliostatos) acompanham a direção do sol, refletindo sua luz e concentrando-a em um determinado ponto;
2. Neste ponto é posicionado um receptor por onde irá manter-se ou passar um fluido térmico;
3. O calor dos raios solares concentrados aquece o líquido no interior do receptor para criar vapor;
4. Em seguida, o vapor é direcionado por tubulações até o ponto de alimentação das turbinas elétricas;
5. Na última etapa, uma usina heliotérmica funciona como uma termoelétrica tradicional, com as turbinas alimentando o gerador que transforma energia mecânica em energia elétrica.
   

Como utilizar a energia solar?

Como vimos, podemos utilizar a energia solar para gerar e armazenar calor ou eletricidade através de tecnologias simples e eficientes. O uso delas também traz mais sustentabilidade, uma vez que permitem atender nosso consumo por meio do sol, nossa maior e mais confiável fonte de energia renovável.

Desde os anos 1970, a energia solar térmica já era utilizada por aquecedores solares de água no Brasil e eles continua se espalhando até hoje. Nos últimos anos, a tecnologia que pegou força foi a dos sistemas fotovoltaicos on grid, que geram energia elétrica e podem suprir o consumo de casas e empresas para uma economia de até 95% na conta de luz.

Esses sistemas de autoconsumo fazem parte da Geração Distribuída (GD), segmento que reúne mais de um milhão de consumidores no Brasil hoje. Os painéis fotovoltaicos também são usados nos projetos de grandes usinas solares que se espalham pelo mundo todo, no Brasil especialmente na região Nordeste, que apresenta melhores condições de radiação solar.

A economia, sustentabilidade e eficiência são as principais vantagens do uso de sistemas fotovoltaicos, térmicos e heliotérmicos. Além dos projetos em telhados de casas e empresas, esse tipo de energia ainda pode ser usado em diversos tipos de projetos, como sistemas de irrigação em áreas rurais, iluminação pública ou geração em comunidades ribeirinhas.

Como utilizar energia solar de modo seguro?

Qualquer sistema de energia solar consiste em uma tecnologia que deve ser integrada ao sistema elétrico da sua residência ou empresa. Portanto, a única forma de utilizar essa energia com total segurança é por meio do trabalho técnico especializado.

Para instalar e utilizar um sistema de energia solar fotovoltaica no Brasil, é preciso seguir as normas da ANEEL e da distribuidora local que irá receber a conexão do gerador.

Também é preciso cuidar da manutenção do sistema fotovoltaico, que embora seja pouca, deve ser feita para garantir o bom funcionamento e evitar riscos de acidentes.

Após a instalação da energia solar, como funciona sua manutenção?

Existem duas manutenções necessárias nos sistemas de energia solar fotovoltaica: a preventiva e a preditiva.

A manutenção preditiva consiste no acompanhamento visual do estado dos equipamentos e monitoramento do histórico de geração do sistema para se antecipar em caso de alguma eventualidade. Já a manutenção preventiva consiste na manutenção e limpeza das placas solares e do inversor.

As manutenções preventivas são feitas por time técnico no máximo duas vezes ao ano e possuem baixo custo.

A limpeza do painel solar é aconselhável a cada 6 meses. Em locais com muita poeira e/ou com baixos índices de chuva, o ideal é que o processo seja feito a cada 4 meses.

A importância de manter cuidados com o seu sistema de energia solar

Manter cuidados com um sistema de energia solar é crucial para garantir sua eficiência e durabilidade. Limpeza regular dos painéis, inspeções periódicas e manutenção adequada ajudam a maximizar a geração de energia, prolongar a vida útil do sistema e assegurar um retorno econômico sustentável ao longo do tempo.

Qual é a durabilidade do seu sistema de energia solar

A garantia padrão de eficiência de um painel solar é de 25 anos funcionando com 80% de seu desempenho original.

Principais sinais de desgaste do seu sistema de energia solar

Os principais sinais de desgaste em um sistema de energia solar incluem uma diminuição significativa na produção de energia, rachaduras ou danos visíveis nos painéis solares, conexões elétricas soltas ou corroídas, e falhas nos inversores. Monitorar regularmente o desempenho e realizar inspeções visuais pode ajudar a identificar potenciais problemas antes que afetem gravemente o funcionamento do sistema.

Conheça os componentes de um sistema de energia solar

O sistema de energia solar on-grid - que está conectado à rede elétrica - é composto por painéis solares, inversor, conectores e cabeamentos, caixa de junção e sistema de fixação.  ainda pode contar com baterias e controladores de carga. Além desses componentes, um sistema off-grid – autônomo e desconectado da rede – ainda pode contar com controlador de carga e baterias.

Painéis solares

O painel solar fotovoltaico é o dispositivo responsável por captar a luz emitida pelo Sol e transformá-la em energia elétrica.

Inversores

O inversor solar tem a função de converter a energia elétrica gerada pelos painéis de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA), possibilitando o uso da energia elétrica gerada pela energia solar fotovoltaica. Além disso, ele garante a segurança do sistema e medir a energia produzida pelos painéis solares.

Baterias

A bateria é o equipamento responsável pelo armazenamento da energia produzida pelo sistema de energia solar, permitindo o uso em momentos em que não há geração, ou seja, durante a noite.

Controladores de carga

O controlador de carga é um dos mais importantes componentes de um sistema de energia solar off grid, ou autônomo. Ele é o equipamento responsável por preservar a vida útil das baterias estacionárias, protegendo-as dos efeitos da sobrecarga ou descarga abrupta.

Cuidando do seu sistema de energia solar

Práticas de prevenção e manutenção podem garantir a eficiência e longevidade de um sistema de energia solar. Confira algumas ações importantes para cuidar do seu equipamento fotovoltaico:

Realize manutenções preventivas

Práticas de manutenção preventiva são fundamentais para impedir danos aos equipamentos. Elas incluem ações como limpeza, inspeções visuais, monitoramento de desempenho, verificação de conexões elétricas e proteção contra intempéries.

Verifique a água

Certifique-se de que todos os componentes do sistema estejam protegidos contra condições climáticas adversas, como tempestades, chuvas intensas e ventos fortes. Também é importante checar a ocorrência de acúmulo de água nos painéis, o que pode causar interferência na produção de energia. Esse problema pode ser evitado com a placa solar instalada no ângulo correto.

Analise as baterias

Caso o sistema de energia solar conte com baterias, é essencial realizar manutenção regular e monitoramento para garantir o desempenho adequado do armazenamento de energia. Isso inclui inspeção visual em relação a corrosão, vazamentos ou danos físicos, verificação da tensão e temperatura e verificação das conexões elétricas.

Mantenha seu sistema de energia solar limpo

Remova poeira, sujeira e detritos dos painéis solares para garantir a eficiência na captação de luz solar.

Manutenções preditivas devem ocorrer com determinada frequência

A frequência das manutenções preditivas em um sistema de energia solar pode variar com base em vários fatores, incluindo o tipo de componentes instalados, as condições ambientais locais e as recomendações do fabricante. No entanto, aqui estão algumas diretrizes gerais:

Verificação mensal: realize verificações visuais simples, como inspeção de cabos, conexões e limpeza dos painéis solares.

Verificação trimestral: monitore o desempenho do sistema usando dados de monitoramento remoto e verifique a tensão e a temperatura das baterias.

Verificação semestral: realize testes de capacidade das baterias para avaliar seu estado de saúde e a inspeção detalhada de conexões elétricas.

Verificação anual: avaliação do estado de carga (SOC) e do estado de saúde (SOH) das baterias. Inspeção de integridade estrutural dos painéis solares.

Entre 2 e 5 anos: substituição de componentes desgastados, se necessário. Atualização de software de monitoramento, se aplicável.

Lembre-se de que essas são apenas diretrizes gerais, e é fundamental seguir as recomendações específicas do fabricante do sistema solar e de seus componentes. Além disso, a implementação de sistemas de monitoramento remoto avançados pode permitir uma resposta mais rápida a problemas potenciais, ajustando a frequência das manutenções com base nos dados em tempo real.

Contrate apenas empresas especializadas

Agende inspeções regulares apenas com profissionais qualificados para avaliação mais aprofundada e ajustes técnicos. Uma manutenção feita de forma inadequada por causar danos ao equipamento.

Posicione corretamente os painéis solares

O posicionamento do painel solar tem uma grande importância na captação de energia, de modo que utilizar a direção correta pode fazer com que seu projeto permite uma maior eficiência de geração.

No Brasil, a melhor direção do painel solar fotovoltaico é a voltada para o norte. Isso tendo em vista que, no hemisfério sul, o Sol nasce no Leste, sobe se inclinando ao norte e se põe no oeste.

Em relação ao ângulo de inclinação, normalmente o ideal é que seja igual ao da latitude.  Exemplo: a Latitude do Rio de Janeiro é 22°, portanto a melhor posição possível para um painel fotovoltaico é face norte a 22° de inclinação. 

Verifique os dados de energia

Utilize sistemas de monitoramento para acompanhar a produção de energia e identificar variações que possam indicar problemas.

Onde descobrir mais sobre como funciona a energia solar?

O Portal Solar, maior website de energia solar do Brasil, disponibiliza uma vasta quantidade de informações sobre como funciona a energia solar, de modo que você possa explorar sua origem, vantagens e desvantagens, tipos e muito mais!