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O que é energia solar e como funciona o processo de geração de eletricidade?

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O que é a energia solar?

A energia solar é a energia eletromagnética cuja fonte é o sol. Ela pode ser transformada em energia térmica ou elétrica e aplicada em diversos usos. As duas principais formas de aproveitamento da energia solar são a geração de energia elétrica e o aquecimento solar de água.

Para a produção de energia elétrica são usados dois sistemas: o heliotérmico, em que a irradiação é convertida primeiramente em energia térmica e posteriormente em elétrica; e o fotovoltaico, em que a irradiação solar é convertida diretamente em energia elétrica.

Energia heliotérmica ou energia solar concentrada (CSP)

Segundo o Ministério de Minas e Energia, o Brasil tem cerca de 70% de sua matriz elétrica baseada em energia hidráulica, e mais recentemente outras fontes de energia, como a biomassa, a eólica e a nuclear vêm recebendo estímulos.

Em vista de condições hidrológicas desfavoráveis, com períodos de estiagem cada vez mais prolongados, a energia heliotérmica se apresenta como uma alternativa. Ainda mais se considerarmos que os períodos de seca estão associados ao aumento do potencial solar devido à baixa interferência de nuvens e radiação solar mais intensa.

Há vários tipos de coletores e a escolha do tipo apropriado depende da aplicação. Os mais utilizadas são: o cilindro parabólico, a torre central e o disco parabólico.

Como funciona?

Os coletores solares são equipamentos que captam a radiação solar e a convertem em calor, transferindo este calor para um fluido (ar, água, ou óleo, em geral). Os coletores possuem uma superfície refletora, que direciona a radiação direta a um foco, onde está localizado um receptor. Uma vez tendo absorvido o calor, o fluido escoa pelo receptor.

Energia solar fotovoltaica

A energia fotovoltaica é aquela na qual a irradiação solar é transformada diretamente em energia elétrica, sem passar pela fase de energia térmica (característica do sistema heliotérmico)

Como funciona?

As células fotovoltaicas (ou células solares) são feitas a partir de materiais semicondutores (normalmente o silício). Quando a célula é exposta à luz, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons (partículas de energia presentes na luz solar).

Os elétrons livres são transportados pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico. Este campo elétrico é formado na área de junção dos materiais, por uma diferença de potencial elétrico existente entre esses materiais semicondutores. Os elétrons livres são levados para fora da célula solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica.

Ao contrário do sistema heliotérmico, o sistema fotovoltaico não requer alta irradiação solar para funcionar. Contudo, a quantidade de energia gerada depende da densidade das nuvens, de forma que um número baixo de nuvens pode resultar em uma maior produção de eletricidade em comparação a dias de céu completamente aberto, devido ao fenômeno da reflexão da luz solar.

A eficiência da conversão é medida pela proporção de radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as células mais eficientes proporcionam 25% de eficiência.

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, o governo atualmente desenvolve projetos de geração de energia fotovoltaica para suprir as demandas energéticas das comunidades rurais e isoladas. Estes projetos focam algumas áreas como: bombeamento de água para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura; iluminação pública; sistemas de uso coletivo (eletrificação de escolas, postos de saúde e centros comunitários); atendimento domiciliar.

O aproveitamento térmico

Outra forma de aproveitamento de radiação solar é o aquecimento térmico. O aquecimento térmico a partir de energia solar pode ser feito por meio de um processo de absorção da luz solar por coletores, que são normalmente instalados nos telhados das edificações e residências (conhecidos como painéis solares).

Como a incidência de radiação solar sobre a superfície terrestre é baixa, é necessário instalar alguns metros quadrados de coletores.

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), para atender o suprimento de água aquecida em uma residência de três a quatro moradores, são necessários 4 m² de coletores. Apesar da demanda por esta tecnologia ser predominantemente residencial, também existe o interesse de outros setores, como edifícios públicos, hospitais, restaurantes e hotéis.

Se você tem interesse em instalar um sistema de aquecimento solar na sua residência, a eCycle te ajuda. Confira o Guia para a instalação de energia solar em casa.

Quais são os prós e os contras da energia solar?

A energia solar é considerada uma fonte de energia renovável e inesgotável. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o processo de geração de energia elétrica a partir da energia solar não emite dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO2) – todos gases poluentes com efeitos nocivos à saúde humana e que contribuem para o aquecimento global.

A energia solar também se mostra vantajosa em comparação a outras fontes renováveis, como a hidráulica, pois requer áreas menos extensas do que hidrelétricas.

O incentivo à energia solar no Brasil é justificado pelo potencial do país, que possui grandes áreas com radiação solar incidente e está próximo à linha do Equador.

As regiões semiáridas do nordeste brasileiro são ideias para a geração de energia heliotérmica, pois atendem às condições de alta irradiação solar e baixa pluviosidade.

Uma desvantagem da energia heliotérmica no entanto, é que, apesar de não exigir áreas tão extensas quanto as hidrelétricas, ainda requer grandes espaços. Portanto, é crucial que se faça a análise do local mais apropriado para a implantação, uma vez que haverá a supressão da vegetação. Além disso, como já mencionado, o sistema heliotérmico não é indicado para todas as regiões, pois é considerado bastante intermitente.

A não dependência da alta irradiação é uma grande vantagem do sistema fotovoltaico, o que contribui para que seja apontado como uma outra alternativa.

No caso da energia fotovoltaica, a desvantagem mais frequentemente apontada é o alto custo de implantação e a baixa eficiência do processo, que varia de 15% a 25%.

No entanto, outro ponto de extrema importância a ser considerado na cadeia produtiva do sistema fotovoltaico é o impacto socioambiental causado pela matéria prima mais comumente usada para compor as células fotovoltaicas, o silício.

A mineração do silício, assim como qualquer outra atividade de mineração, tem impactos para o solo e a água subterrânea da área de extração. Além disso, é imprescindível que sejam proporcionadas boas condições ocupacionais aos trabalhadores, a fim de evitar acidentes de trabalho e desenvolvimento de doenças ocupacionais. A Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (Iarc) aponta, em relatório, que a sílica cristalina é cancerígena, podendo causar câncer de pulmão ao ser cronicamente inalada.

O relatório do Ministério de Ciência e Tecnologia aponta outros dois pontos importantes relacionados ao sistema fotovoltaico: o descarte dos painéis deve receber destinação apropriada, uma vez que este apresentam potenciais de toxicidade; e a reciclagem de painéis fotovoltaicos também não atingiu um nível satisfatório até o momento.

Outro ponto importante é que, apesar do Brasil ser o segundo maior produtor de silício metálico do mundo, perdendo apenas para a China, a tecnologia para a purificação do silício a nível solar ainda está em fase de desenvolvimento. Um problema recentemente identificado, principalmente em plantas heliotérmicas, é a queima não intencional de pássaros que passam pela região.

Portanto, mesmo sendo renovável e não emitindo gases, a energia solar ainda esbarra em empecilhos tecnológicos e econômicos. Apesar de promissora, a energia solar se tornará viável economicamente apenas com a cooperação entre setores públicos e privados, e com o investimento em pesquisas para o aprimoramento das tecnologias que englobam o processo produtivo, desde a purificação do silício até o descarte das células fotovoltaicas.

Cientistas usam pele de tilápia (peixe) para o tratamento de queimadura

Link: http://mashable.com/2017/05/25/tilapia-skin-treats-severe-burns/#jNAEBPX67aqm

Doctors are using tilapia skin to treat severe burns
Researchers in Brazil are trying out a new treatment for severe burns using tilapia skin, a procedure they say can be a cheaper and more effective alternative to human skin grafts.

Outro link: http://www.dailymail.co.uk/health/article-4033254/Doctors-using-FISH-SKIN-treat-burn-victims-pioneering-new-treatment-heal-wounds.html

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Startup usa acelerador de partículas para fabricar painéis solares mais baratos

Uma startup criou um método para usar um acelerador de partículas para fatiar finas fatias de silício, processo que ajudaria a reduzir o custo da fabricação de painéis solares em mais de 60% ao eliminar resíduos em 50 a 100 vezes.

A companhia, Rayton Solar, lançou uma campanha de equity crowdfunding no mês passado, que conseguiu levantar mais de US$ 844 mil. Além disso, levantou, de forma geral, US$ 2,4 milhões de uma meta de US$ 50 milhões.

Bill Nye, o apresentador da série televisiva “Bill Nye, The Science Guy”, visitou a sede da Rayton, em Santa Mônica, Califórnia e concordou em também apoiar a startup. Ele participou de um vídeo em que explica o processo por trás do acelerador de partícula para fabricar as bolachas de silício (assista abaixo).

A Rayton Solar foi fundada em 2012 quando Andrew Yakub, então designer de engenharia do Particle Beam Physics Laboratory na Universidade da Califórnia (UCLA), viu a necessidade para um método mais econômico para produzir bolachas de silício, a base para painéis solares.

Além de trabalhar na UCLA, em Los Angeles, Yakub estava à frente de uma companhia de instalação solar que, na época, se baseava em um programa de subsídio federal que fazia a instalação solar a um custo efetivo. Com o programa de concessão prestes a expirar, Yakub queria inventar uma célula solar mais barata e mais eficiente.

A matéria-prima da maioria das células solares convencionais hoje é o silício cristalino. Enquanto o silício é o segundo elemento mais abundante na Terra, ele precisa, primeiro, ser refinado no forno a temperaturas tão altas como 1.800 graus Celsius e sofre outros processos químicos caros antes de atingir a pureza solar de 99,999%, o que lhe permite coletar luz que pode ser transformada em eletricidade.

Uma vez que se encontra em forma cristalina, fabricantes usam serras de diamante para fatiar lingotes do cristal de silício a ser usado nas células solares, que formarão os painéis solares. O processo de serragem, entretanto, consegue transformar até metade do material em pó e as bolachas de silício produzidas são até de 200 microns de espessura.

Yakub ainda diz que patenteou um método para fatiar os lingotes de silício usando um acelerador de partícula próton , que produz uma bolacha de apenas três mícrons de espessura e sem desperdício de material.

Segundo o empreendedor, o acelerador de partícula próton custa cerca de US$ 2 milhões. Mas mesmo com o investimento, fabricantes disseram que conseguiriam obter uma redução de 60% nos custos de fabricação das bolachas de silício.

Um acelerador de partícula, disse Yakub, consegue produzir bolachas de silício o suficiente para fabricar seis megawatts de células solares por anos, que é suficiente para equipar mil casas com painéis solares.

Atualmente, células de silício finas como um papel filme já são usadas para fabricar um pequeno número de painéis solares. O processo de fabricação – chamado de deposição de vapor – pode ser mais lento e mais caro do que a produção tradicional de silício cristalino.

“Isso emprega o uso de um substrato cristalino onde o silício novo cresce lentamente na parte superior a 30-50 microns. Este método é lento e intensivo em termos de energia, mas igualmente requer o uso de silício com 30-50 mícrons de espessura”, explica Yakub. “Em Rayton, usamos uma técnica bem conhecida para cultivar uma grande bolha cristalina única (o lingote) e, em seguida, esfoliar uma fina camada de 3 mícrons de silício fora dela. Nós usamos uma técnica “de cima para baixo” enquanto o método de deposição de vapor é uma técnica “de baixo para cima”.

Uma vez que o crescimento de um único lingote de cristal já é usado em escala industrial e produzido mundialmente, a Rayton Solar não experimenta as mesmas complicações do método de crescimento usado na produção de células solares finas.

Uma questão que surge sobre o corte de silício para apenas 3 mícrons de espessura é que sua eficiência, ou capacidade de coletar fótons de luz, fica muito reduzida. Como a tecnologia de corte é tão eficiente, no entanto, pode ser usado silício de grau eletrônico ou de flutuação, que tem uma eficiência muito maior em comparação com o silício padrão usado para células solares.

“O silício da zona de flutuação é 10 vezes mais caro como matéria-prima, mas usamos 100 vezes menos, então, torna-se mais econômico”, explica Yakub. “Assim, o processo da Rayton cria painéis solares que são 25% mais eficientes do que o padrão da indústria”.

A Yakub, cuja empresa é privada, planeja executar a campanha de angariação de fundos no próximo ano e depois licenciar a tecnologia de aceleração de partículas para fabricantes de painéis solares.

“Nosso plano é provar que isso funciona com uma máquina em uma escala comercial como uma prova de conceito”, disse ele. “Então podemos licenciar a tecnologia para fabricantes maiores.”

Link: http://idgnow.com.br/internet/2017/02/23/startup-usa-acelerador-de-particulas-para-fabricar-paineis-solares-mais-baratos/