O aporte financeiro anual nas áreas de geração e distribuição de energia elétrica é estimado em U$ 800 bilhões, no mundo. A eletricidade é considerada insumo fundamental para o desenvolvimento econômico e social. Apesar disso, 2 bilhões das 5,7 bilhões de pessoas no mundo não têm qualquer acesso à eletricidade.
A demanda mundial por eletricidade cresce rapidamente, mesmo considerando os impactos negativos que acompanham algumas formas de geração convencional, tais como a nuclear e combustível fóssil. Tudo isso conduziu à necessidade da geração de eletricidade alternativa, com os produtores considerando os recursos renováveis para suprir a demanda sem agregar poluição ambiental.
Outro fator estimulante para novas fontes de energia alternativa é a desregulamentação das atividades do mercado de energia elétrica, que incrementa o desenvolvimento de pequenos produtores e também a competitividade entre as grandes concessionárias.
A energia solar é a fonte de energia menos poluente e menos finita conhecida até o momento. Disponível para a humanidade desde o surgimento da vida na Terra, a energia solar nunca foi aproveitada de forma tão eficiente quanto as outras fontes de energia. E isso considerando que todas as outras fontes de energia renováveis apresentam alguma desvantagem. Providenciar um sistema de suprimento de energia solar confiável é uma tarefa que encontra algumas dificuldades e um certo grau de complexidade.
Atualmente, os sistemas de energia solar mais utilizados são os de aquecimento residencial passivo e fornecimento de energia elétrica para equipamentos autônomos remotos. Essas duas aplicações são representações práticas dos dois métodos de aproveitamento da energia solar: sistema térmico e sistema elétrico (também chamado fotovoltaico). O sistema térmico converte a energia radiante do sol em calor, usando esta energia conforme a aplicação desejada. O sistema elétrico converte a energia radiante do sol diretamente em energia elétrica, que pode ser usada como uma fonte de energia comum.
Outros sistemas menos populares, mas efetivos são: aquecimento de água residencial, alimentador para bombas de recalque de água, repetidores de telecomunicações e fornecimento de energia em dispositivos espaciais. Além do desenvolvimento nessas áreas, aplicações de larga escala estão sendo testadas para utilização num futuro próximo.
A radiação solar incidente no limite superior da atmosfera sofre uma série de reflexões, dispersões e absorções durante o seu percurso até o solo, conforme as variações climáticas. A incidência total da radiação solar sobre um corpo localizado no solo é a soma das componentes direta, difusa e refletida.
A radiação direta é a que não sofre mudança de direção além da provocada pela refração atmosférica. A radiação difusa é aquela recebida por um corpo, após a direção dos raios solares ter sido modificada por reflexão na atmosfera. A radiação refletida depende das características do solo e da posição do elemento receptor.
A disponibilidade da energia solar na superfície da terra varia conforme o local e a época do ano. Muitas aplicações exigem tanto uniformidade quanto constância no suprimento da energia. O maior desafio para o projetista de sistemas de energia solar consiste no estudo e previsão da radiação solar, nos meios utilizados para capturar essa energia e na forma de armazenamento.
Algumas das variações são previsíveis: a variação diurna, que é função do movimento de rotação da Terra em torno do seu eixo; a variação sazonal, que é função da inclinação do eixo da Terra; e a variação anual, que é função da órbita elíptica da Terra em torno do Sol. Outras variações significativas são previsíveis por estatística, tal como a incidência média da radiação solar por um período de tempo. Nesse caso, existem os efeitos da formação de nuvens, poluição atmosférica, pó e nevoeiros.
A quantidade de energia incidente sobre uma superfície plana de um metro quadrado, no período de um dia, é em torno de 0,2 kWh/m2. Isso não é muito quando comparado com a intensidade de outras fontes conhecidas de energia. Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 100 W possui uma intensidade de 12 kWh/m2 e um forno elétrico de 500 W, intensidade de 25 kWh/m2. Logo, o sistema de energia solar necessita de coletores espalhados por uma grande área para que seu rendimento seja razoável.
O armazenamento também representa um desafio econômico quando comparado com as outras formas de energia disponíveis. Mesmo com essas desvantagens, a energia solar constituí-se atualmente numa importante fonte alternativa de energia.
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