Usina Solar (Tubarão/SC)

Problematização

A energia elétrica é amplamente utilizada pelas sociedades de consumo e pela indústria. Todos os países, desenvolvidos ou em desenvolvimento, necessitam de energia elétrica para que possam manter, ampliar e movimentar as suas economias. No entanto, a geração de energia elétrica causa impactos no meio ambiente e o seu uso afeta de maneira determinante o modo de vida dos cidadãos. Com a crescente preocupação das autoridades mundias com relação aos impactos ambientais, a geração e o consumo de energia elétrica são temas que vem sendo amplamente discutidos.

A crescente preocupação com as questões ambientais tem motivado o desenvolvimento de soluções, tanto na área de geração de eletricidade, quanto nos hábitos de consumo desta forma de energia. Por conta deste amplo interesse em minimizar os impactos ambientais, vem sendo desenvolvidas e aprimoradas diversas técnicas para geração de energia elétrica e redução do consumo de energia. Um dos aspectos mais explorados nestas novas soluções diz respeito ao aproveitamento da energia solar. Esta energia pode ser aproveitada a partir de duas formas: a captação de luz, para geração de energia elétrica; a captação do calor, para redução do consumo de energia elétrica.

O aproveitamento do calor proveniente do Sol permite reduzir o consumo de energia elétrica. Os dispositivos utilizados para captar o calor do Sol costumeiramente o transferem para a água, de maneira que esta possa ser utilizada em chuveiros ou em piscinas, evitando que a energia elétrica tenha de ser utilizada para produzir o aquecimento daquela massa de água. Em climas frios, o calor captado do Sol pode ser utilizado para aquecer o interior de ambientes.

De outra forma, o aproveitamento da luz solar para geração de energia elétrica envolve dispositivos mais sofisticados, o que demanda o uso de tecnologias mais elaboradas. Neste processo estão envolvidas grandes empresas e o uso de materiais especiais. Estes dispositivos são denominados de células fotovoltaicas e por envolverem tecnologias e materiais bem particulares, podem ter impactos ambientais e sociais.

Apesar de ser apresentada como uma excelente alternativa, a obtenção de energia elétrica, em especial a partir do uso de células fotovoltaicas, envolve impactos no meio ambiente. Alguns impactos são diretos e outros são indiretos. No entanto, estes impactos não são facilmente perceptíveis. Devido a esta sutileza é comum que esta modalidade de obtenção de energia seja apresentada com bastante entusiasmo para a sociedade.

Ao contrário das formas comumente utilizadas para geração de energia elétrica, tais como as usinas hidrelétricas, termoelétricas e parques eólicos, a obtenção de eletricidade a partir de células fotovoltaicas pode ser feita em escala menor, estando ao alcance do cidadão, o uso doméstico desta tecnologia, possibilitando que ele gere a sua própria energia elétrica.

Portanto, de forma direta ou indireta, o uso desta tecnologia tem impactos na sociedade. Então, para que o cidadão possa ter um melhor posicionamento frente a estas questões, é necessário certo conhecimento sobre esta tecnologia.

Para entender melhor a questão da geração de energia elétrica a partir da luz solar é importante, dentre outros aspectos, que tenhamos a compreensão de quanta energia é possível obter em relação ao quanto é preciso investir, tanto em termos econômicos, quanto em termos de impacto ambiental e de que forma o uso desta tecnologia pode afetar o modo de vida dos cidadãos. Dito de outra forma, é preciso que a sociedade tenha clareza acerca da relação custo x benefício do uso desta tecnologia, pois cada vez mais ela será oferecida à sociedade como uma alternativa para as questões envolvidas com a geração de energia elétrica. Além disso, como já foi mencionado, esta tecnologia já está disponível no mercado para aquisição em escala doméstica, estando, portanto, ao alcance do cidadão.

Para inciarmos as discussões sobre este tema, <b>[http://www.sociedadedosol.org.br/apresentacao/ assista a uma vídeo-aula clicando aqui]</b>. Este material foi produzido pela ONG Sociedade do Sol.

Diante do quadro traçado a partir da vídeo-aula, levantamos as seguintes questões para estabelecer uma relação custo x benefício para o uso da energia solar:

1. O aproveitamento da energia solar é favorável no Brasil?
2. Quais impactos ambientais estão envolvidos na captação e aproveitamento da energia solar?
3. Do ponto de vista econômico, o aproveitamento da energia solar estará ao alcance de todas as camadas sociais?
4. A tecnologia envolvida nestes processos é dominada pelo Brasil?
5. Existe pesquisa científica desenvolvida no Brasil? São financiadas pelo governo ou pela iniciativa privada?

Energia Solar Térmica

Aproveitamento da energia térmica do Sol

A energia térmica do Sol pode ser aproveitada para aquecimento da água e de ambientes. Para captação da energia térmica, são utilizados painéis coletores,cuja fabricação e instalação não envolve, necessariamente, tecnologias complexas. Há, no mercado, grande oferta de dispositivos desse tipo, bem como grande variedade de fabricantes.

Apesar de se limitar basicamente ao aquecimento da água, o aproveitamento da energia térmica do Sol pode ter um impacto social positivo e bastante significativo.Para entender como, assista o vídeo de uma reportagem realizada pelo jornalismo da TV Globo (http://m.youtube.com/watch?v=PPYVYUlxNHY).

Questões para discussão

1. De acordo com a reportagem, as famílias de baixa renda enfrentam um grande problema relacionado ao consumo de energia elétrica. Que problema é este?
2. Segundo especialistas, os chuveiros são responsáveis por que parcela da fatura de energia elétrica nas residências?
3. De que forma o uso de aquecedores solares pode contribuir para amenizar este problema?
4. Durante a reportagem foram mencionados alguns valores: o custo do coletor solar disponível no mercado; o salário do entrevistado; o custo necessário para confecção do coletor solar de baixo custo. Assista novamente o vídeo e anote estes valores e analise-os. A alternativa proposta pelos pesquisadores da Unicamp é realmente uma boa alternativa?
5. A entidade responsável pelo projeto apresentado na reportagem era de iniciativa privada ou pública? Este aspecto é importante? Por que?
6. O consumo de energia elétrica envolve um custo para os consumidores. Por outro lado, a privação do uso da energia elétrica pode provocar uma série de problemas sociais. Procure listar alguns destes problemas sociais e discuta-os com seus colegas.

Para saber mais

Conhecidos pela sigla ASBC (ou CSBC), os aquecedores solares de baixo custo (ou coletores solares de baixo custo) podem ser facilmente construídos e instalados. Com o objetivo de estarem ao alcance das famílias de baixa renda, vários projetos vem sendo desenvolvidos em universidades ou por organizações não governamentais. Uma dessas organizações não governamentais é a entidade Sociedade do Sol. Acesse o link e explore o sítio desta ONG para conhecer os outros projetos desenvolvidos por ela. Liste-os aqui.

A Física dos aquecedores solares

Para melhor entender como a energia térmica do Sol pode ser aproveitada é preciso conhecer os processos de transmissão de calor. O vídeo abaixo foi elaborado pela ONG Sociedade do Sol e está disponível em seu sítio. Ele ilustra todas as etapas da confecção do aquecedor solar, bem como os conceitos físicos envolvidos no funcionamento deste dispositivo.

Condução

A condução térmica é um processo de transferência de energia térmica que ocorre preferencialmente em meios sólidos. Um corpo sólido pode ser entendido como se a sua estrutura fosse formada por pequenas partículas, muito próximas umas das outras. Esta proximidade estabelece uma grande força de ligação entre as partículas. A partir desta simples interpretação pode-se explicar uma série de propriedades dos corpos sólidos, como por exemplo, formato definido, volume definido e resistência à perfurações. Neste estado físico, as partículas, dada a sua proximidade, são capazes de melhor distribuir a energia térmica ao longo da estrutura do corpo, dado a proximidade entre as partículas.

incluir imagem conducao

É importante notar que o fato de uma substância encontrar-se no estado sólido não significa necessariamente que ela ira conduzir bem o calor. Por exemplo, um pedaço de isopor, embora esteja no estado sólido, a substância que compõem o corpo é tal que age como um isolante térmico, ou seja, dificulta bastante a condução de calor através de sua estrutura. Por outro lado, os metais, de maneira geral, são excelentes condutores de calor, pois o calor flui fácil e rapidamente ao longo de estrutura metálica. Isto pode ser observado quando uma panela metálica é colocada sob a chama de um fogão. Se o cabo da panela for metálico, perceberemos o aquecimento desta parte da panela ao tocá-la com as mãos, embora a chama do fogo esteja aquecendo diretamente o fundo da panela. Dizemos que a energia térmica está sendo conduzida por toda a estrutura da panela. Portanto, são dois os fatores importantes para que um corpo seja um bom condutor de calor: 1) deve estar no estado sólido e 2) deve ser feito de um material condutor de calor.

Convecção

A convecção térmica é um processo de transferência de energia térmica que ocorre exclusivamente em meios fluídos, ou seja, meios líquidos ou gasosos. Nos meios fluídos, a separação entre as partículas é bem maior do que nas estruturas sólidas. O grande distanciamento entre as partículas enfraquece as ligações entre elas, dificultando a transferência de energia térmica por condução. Dito de outra forma, quando uma massa fluída recebe energia térmica, esta energia fica localizada em uma determinada porção da massa fluída (justamente aquela porção que recebeu calor). Esta porção de matéria fluída, por reter a energia térmica, tem sua temperatura aumentada, o que provoca uma expansão em seu volume (corpos aquecidos experimentam aumento de volume), provocando uma diminuição de sua densidade. Assim, aquela porção fluída que recebe energia térmica fica menos densa e vai se deslocar para as regiões superiores da massa fluída. Por sua vez, aquela porção fluída que se encontra na parte superior apresenta uma temperatura mais baixa, estando portanto mais densa, e por isso, desce para a parte mais baixa da massa fluída. A esse movimento de massas fluidas (porção quente subindo e porção fria descendo), chamamos correntes de convenção.

incluir imagem convecao

Radiação

Como sabemos, a Terra é iluminada pelo Sol. Ao ficarmos expostos ao Sol durante uma dia ensolarado, sentimos o calor. Contudo, como este calor poderia estar chegando até a Terra? Sabe-se que entre o Sol e a Terra não há nenhum meio material, ou seja, entre o Sol e a Terra há vácuo. Dessa forma, o calor que sentimos não pode estar chegando até nós nem por condução, nem por convecção. Esta constatação nos leva a concluir que a transmissão de calor pode ocorrer por algum outro tipo de processo, que não requer, necessariamente, um meio material para se estabelecer. Este processo de transmissão de calor é conhecido como radiação térmica. Todos os corpos aquecidos emitem radiação térmica que, ao serem absorvidas por um outro corpo, provocam nele uma elevação de temperatura. Dessa forma, o Sol é capaz de aquecer os corpos aqui na Terra.

A radiação térmica tem uma natureza semelhante a luz visível, mas não pode ser captada pelos nossos olhos. Em nosso corpo, o sentido que nos permite detectar as radiações térmicas é o tato, ou seja, sentimos o calor através da pele. Outro aspecto relevante esta relacionado com a cor dos objetos que recebe a radiação térmica. Nota-se que as cores mais escuras absorvem mais a radiação térmica, fato que pode ser facilmente constatado quando saímos a rua com uma camiseta preta (ou outra cor escura) em um dia ensolarado. Ao contrário, quando vestimos roupas claras em um dia ensolarado, a absorção da radiação térmica é bastante reduzida.

Questões para discussão

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Para saber mais

Você pode aprender mais sobre como as partículas de um corpo interagem, nos estados sólido, líquido ou gasoso. Para utilizar a simulação, clique aqui para iniciar o download.

Que alternativas estão disponíveis para aproveitamento da energia solar na forma de calor?
Existem dispositivos de baixo custo e de fácil confecção?
A economia no consumo de energia é expressiva? Justifica o emprego destes dispositivos?

Parques Solares

A Usina Solar de Tubarão/SC

O segundo maior parque solar da América Latina, e o maior do Brasil, encontra-se na cidade de Tubarão em Santa Catarina. O vídeo abaixo nos trás um breve relato sobre a usina solar.<ref>http://www.youtube.com/watch?v=XNh////SnYkgyuc.</ref>