Como funciona a energia solar: do sol à tomada

A energia solar funciona assim: a luz do sol atinge as células de silício de um painel, faz os elétrons se movimentarem e gera eletricidade em corrente contínua. Essa energia pode ser usada na hora, guardada em uma bateria ou convertida em energia de tomada por um inversor. Neste guia, explicamos cada etapa sem complicação.

Você vai entender o que acontece dentro da placa solar, para que serve cada componente do sistema, a diferença entre energia solar residencial e portátil e por que o tempo de recarga muda tanto de um dia para o outro.

O que é energia solar?

Energia solar é o aproveitamento da luz e do calor do sol para gerar eletricidade ou aquecer água e ambientes. É uma fonte renovável: não se esgota com o uso, não emite gases durante a geração e está disponível em praticamente todo o território brasileiro.

Existem três formas principais de aproveitar o sol, e é comum confundi-las:

• Fotovoltaica: transforma a luz diretamente em eletricidade, usando placas solares. É a tecnologia dos telhados solares e dos painéis portáteis, e o foco deste artigo.
• Térmica: usa o calor do sol para aquecer água, como nos aquecedores solares com coletores no telhado. Não gera eletricidade.
• Heliotérmica: concentra o calor do sol com espelhos para produzir vapor e movimentar turbinas. É usada em grandes usinas.

Como a placa solar transforma luz em eletricidade?

Pelo efeito fotovoltaico. A luz do sol é formada por partículas de energia chamadas fótons. Quando elas atingem a célula de silício da placa, liberam elétrons, que passam a circular em um único sentido. Esse movimento organizado de elétrons é a corrente elétrica.

O fenômeno foi observado pela primeira vez em 1839, pelo físico francês Edmond Becquerel. O segredo está na construção da célula: ela tem duas camadas de silício tratadas de formas diferentes, uma com excesso de elétrons e outra com falta deles. Entre as duas surge um campo elétrico que empurra os elétrons liberados pela luz sempre na mesma direção.

Cada célula sozinha gera pouca tensão, cerca de meio volt. Por isso a placa solar reúne várias células ligadas entre si, somando tensão e potência. É esse conjunto, protegido por um revestimento resistente, que você vê em um painel.

Quais são as peças de um sistema de energia solar?

Um sistema solar completo tem quatro partes: o painel, que gera a energia; o controlador de carga, que regula a entrada; a bateria, que armazena; e o inversor, que transforma corrente contínua em energia de tomada, em 110V ou 220V. A energia percorre essas etapas nessa ordem.

O controlador de carga é o que impede a bateria de receber energia demais ou de forma instável, já que a produção do painel varia com cada nuvem que passa. A bateria resolve o maior limite do sol: ele não brilha à noite. E o inversor existe porque painéis e baterias trabalham em corrente contínua, enquanto os aparelhos de tomada usam corrente alternada.

Parte da energia se perde em cada conversão, principalmente no inversor. Por isso a energia que chega à tomada é sempre um pouco menor do que a energia armazenada na bateria.

Qual a diferença entre energia solar on-grid, off-grid e portátil?

O sistema on-grid é ligado à rede da distribuidora e serve para reduzir a conta de luz. O off-grid funciona isolado, com baterias, em locais sem rede elétrica. O sistema portátil usa um painel dobrável e uma estação de energia que você leva para qualquer lugar, sem instalação.

Um detalhe que surpreende muita gente: o sistema on-grid comum desliga quando falta luz na rua. É uma exigência de segurança, para não mandar energia para a rede enquanto técnicos fazem reparos. Quem quer energia durante apagões precisa de bateria, seja em um sistema off-grid, híbrido ou portátil.

Quais são os tipos de placa solar?

Os principais são monocristalino, policristalino e filme fino. O monocristalino é feito de um único cristal de silício e oferece a maior eficiência por área, por isso é o preferido em painéis portáteis. O policristalino costuma ser mais barato e um pouco menos eficiente. O filme fino é leve e flexível, mas rende menos.

Dentro do monocristalino, existem tecnologias que aproveitam ainda melhor a luz. Duas aparecem com frequência em painéis portáteis:

• PERC: adiciona uma camada na parte de trás da célula que reflete de volta a luz que atravessou o silício, dando a ela uma segunda chance de gerar energia.
• HPBC: leva os contatos elétricos para a parte de trás da célula. Sem as linhas metálicas na frente, sobra mais área livre para receber a luz.

Na prática, para quem vai carregar o painel na mala do carro, o que mais importa é gerar bastante energia ocupando pouco espaço e pesando pouco. É por isso que os painéis dobráveis usam células monocristalinas.

O que significa "sol pleno" e por que a recarga varia?

Sol pleno é a condição de referência usada para medir painéis: luz intensa, de 1.000 watts por metro quadrado, com a célula a 25°C. É a potência de um meio-dia claro. Como o sol muda ao longo do dia e das estações, a geração real quase sempre fica abaixo da potência escrita no painel.

Um painel de 40W entrega seus 40W nessa condição ideal. Às 8 horas da manhã, no fim da tarde ou com o céu encoberto, a luz é mais fraca e a potência cai. Por isso os fabricantes informam o tempo de recarga em "horas de sol pleno", e não em horas de dia claro.

Uma hora de sol pleno equivale a 1.000 watt-hora de energia solar por metro quadrado. A boa notícia é que o Brasil é muito bem servido. Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, publicado pelo INPE, o Nordeste recebe em média cerca de 5,5 kWh por metro quadrado por dia, o equivalente a mais de cinco horas de sol pleno diárias. Mesmo as regiões com menos sol no país ficam acima de países europeus que são referência no uso da energia solar.

Quais são as vantagens e as limitações da energia solar?

As vantagens são energia renovável, silenciosa, sem emissão de gases na geração e com pouca manutenção. As limitações são a dependência do clima, a ausência de geração à noite e a necessidade de bateria para guardar energia. Entender esses limites é o que permite dimensionar bem qualquer sistema.

Como funciona a energia solar portátil?

Funciona como um sistema off-grid em miniatura. O painel dobrável faz o papel das placas do telhado, e a estação de energia portátil reúne em um só equipamento o controlador de carga, a bateria e o inversor. Você abre o painel no sol, conecta o cabo e a estação guarda a energia para usar quando quiser.

Na Armer Energy, os pares foram pensados para trabalhar juntos. O GEN300 aceita painéis de 12 a 28V pela entrada solar, até 40W, com proteção contra sobretensão acima de 30V. Enquanto recebe energia do sol, ele pode continuar alimentando seus aparelhos pelas 7 saídas, incluindo a tomada de 300W.

Como aproveitar melhor um painel solar portátil?

Posicione o painel de frente para o sol, sem nenhuma sombra, e reajuste o ângulo ao longo do dia. Deixe a estação de energia na sombra, em local seco e ventilado, e confira se a tensão do painel é compatível com a entrada da estação antes de conectar.

• Siga o sol. Pela manhã, o sol vem do leste; à tarde, do oeste. Girar o painel algumas vezes por dia mantém os raios chegando de frente.
• Use o suporte integrado para inclinar o painel. Deitado no chão, ele recebe a luz de lado em boa parte do dia.
• Separe painel e estação. O painel precisa de sol direto; a estação, de sombra. O cabo com conector MC4 permite essa distância.
• Aproveite o meio do dia. Entre o fim da manhã e o meio da tarde está a luz mais forte, ideal para recarregar.
• Limpe a superfície com pano macio e úmido. Nada de produtos abrasivos.
• Respeite os limites da estação. Tensão acima do limite da entrada solar pode danificar o equipamento. Ao ligar painéis em série, some as tensões e compare com o que a estação aceita.

Quer usar tudo isso na prática? No artigo dicas para acampar com segurança, mostramos como a energia portátil ajuda a manter celular, lanterna e GPS funcionando durante a viagem.

Perguntas frequentes sobre energia solar