🦃 😍 📯 A energia solar é um recurso enorme, inesgotável e limpo. 👩🏿‍✈️ 👨🏾‍💻 😿

A geração de energia solar é uma alternativa limpa à eletricidade proveniente de combustíveis fósseis, sem poluição do ar e da água, sem poluição ambiental global e sem ameaças à saúde pública. Apenas 18 dias ensolarados na Terra contêm a mesma quantidade de energia que é armazenada em todas as reservas de carvão, petróleo e gás natural do planeta. Fora da atmosfera, a energia solar contém cerca de 1300 watts por metro quadrado. Depois que atinge a atmosfera, cerca de um terço dessa luz é refletida de volta ao espaço, enquanto o restante continua a seguir a superfície da Terra.

Média em toda a superfície do planeta, um metro quadrado coleta 4,2 quilowatts-hora de energia todos os dias, ou o equivalente aproximado de energia de quase um barril de petróleo por ano. Os desertos, com ar muito seco e pouca cobertura de nuvens, podem receber mais de 6 quilowatts-hora por dia por metro quadrado, em média, durante o ano.

Convertendo energia solar em eletricidade

Os painéis fotovoltaicos (PV) e a concentração de energia solar (CSP) dos objetos de captura da luz solar podem transformá-lo em eletricidade utilizável. Os telhados fotovoltaicos tornam a energia solar viável em quase todas as partes dos Estados Unidos. Em locais ensolarados, como Los Angeles ou Phoenix, um sistema de 5 quilowatts gera uma média de 7.000 a 8.000 quilowatts-hora por ano, o que é aproximadamente equivalente ao uso de eletricidade em uma casa típica dos EUA.

Em 2015, quase 800.000 sistemas fotovoltaicos foram instalados nos telhados dos Estados Unidos. Projetos fotovoltaicos de larga escala usam painéis fotovoltaicos para converter a luz solar em eletricidade. Esses projetos geralmente têm saídas na faixa de centenas de megawatts e são milhões de painéis solares instalados em uma grande área de terra.

Como funcionam os painéis solares

Os painéis solares fotovoltaicos (PV) são baseados em alta, mas surpreendentemente simples tecnologia que converte a luz solar diretamente em eletricidade.

Em 1839, o cientista francês Edmond Becquerel descobriu que alguns materiais emitiam faíscas de eletricidade quando atingidos pela luz solar. Pesquisadores descobriram que em um futuro próximo essa propriedade, chamada efeito fotoelétrico, poderá ser usada; A primeira célula fotovoltaica (PV) foi produzida a partir de selênio no final do século XIX. Em 1950, os cientistas do Bell Labs revisaram a tecnologia e, usando silício produzido em células solares, conseguiram converter a energia da luz solar diretamente em eletricidade.

Componentes da célula fotovoltaica

Os componentes mais importantes de uma célula fotovoltaica são duas camadas de material semicondutor, geralmente composto de cristais de silício. A cristalização do silício em si não é um bom condutor de eletricidade; portanto, impurezas são intencionalmente adicionadas a ele - um processo chamado estágio de dopagem.

A camada inferior das células solares geralmente consiste em boro dopado, que em conjunto com o silício cria uma carga positiva (p), enquanto a camada superior dopada com fósforo, interagindo com o silício, cria uma carga negativa (n).

Elétrons extras da camada n podem deixar seus átomos, enquanto a camada p captura esses elétrons. Os raios de luz "expulsam" os elétrons dos átomos da camada n, após o que voam para a camada p para ocupar lugares vazios. Dessa maneira, os elétrons correm em círculo, deixando a camada p, passando pela carga e retornando à camada n.

drones movidos a energia solar

Cada célula gera muito pouca energia (alguns watts), para que sejam agrupados em módulos ou painéis. Os painéis são usados como unidades separadas ou agrupados em matrizes maiores.

Mudar para um sistema elétrico com muita energia solar oferece muitos benefícios.

O custo dos painéis solares está diminuindo rapidamente (em 1970, -1 kWh de eletricidade gerada com a ajuda deles custa US $ 60, em 1980 - US $ 1, agora -20-30 centavos). Devido a isso, a demanda por painéis solares cresce 25% ao ano, e o volume anual de baterias vendidas excede (em potência) 40mW. Atualmente, a eficiência das células solares, que chegou a 18% em condições de laboratório em meados dos anos 70, é de 28,5% para elementos feitos de silício cristalino e 35% para placas de duas camadas feitas de arseneto de gálio e antimodo de gálio. Elementos promissores foram desenvolvidos a partir de materiais semicondutores de filme fino (1-2 mícrons de espessura): embora sua eficiência seja baixa (não superior a 16%), o custo é muito baixo (não mais que 10% do custo dos painéis solares modernos). Em breve, os cientistas sugerem que o custo de 1 kWh será de 10 centavos,que colocará a energia solar em primeiro lugar na independência energética de muitos países.

Perovskita reduzirá o custo da energia solar

Em 2013, as notícias se espalharam pelas vastas extensões da rede: o mineral perovskita revolucionará a indústria solar. O uso de perovskita em vez de silício reduzirá o custo da produção de eletricidade usando painéis solares. A perovskita (titanato de cálcio) foi descoberta no início do século XIX nas montanhas do Ural, em homenagem a L.A. Perovsky (um famoso amante de minerais). Como um componente da fotocélula começou a ser usado em 2009.

As baterias são cobertas por uma inovadora célula fotoelétrica de baixo custo, cuja principal vantagem é que ela pode converter muito mais partes da luz solar em energia. Os perovskitas são uma estrutura cristalina que absorve a luz solar com a máxima eficiência. Segundo estimativas preliminares, o uso de baterias à base de perovskita pode reduzir o custo de um quilowatt de energia em sete vezes.

“A principal vantagem das novas células solares não é tanto em eficiência quanto no fato de que o material é muito barato. Baterias à base de perovskita que não usam silício podem tornar a energia solar realmente massiva. ”

Energia solar para data center

10% de toda a eletricidade gerada no mundo é consumida por farms de servidores. Como redes com eficiência energética e fontes de energia renováveis estão sendo implementadas em todos os setores, os data centers não foram deixados de fora. O impacto negativo dos farms de servidores no meio ambiente está nos lábios dos ambientalistas. Portanto, os proprietários dos datacenters procuram reduzir o impacto negativo de seus datacenters, recorrendo a tecnologias avançadas de economia de energia e "verdes" para gerar eletricidade, incluindo refrigeração gratuita, sistemas de capacidade de geração local baseados em fontes de energia renováveis.

Como saída - uma usina de energia solar próxima ao farm de servidores, nos países onde as condições climáticas o permitem. É ideal para farms de servidores implantados nos trópicos ou subtrópicos. Afinal, o uso de painéis solares no telhado do data center, além de fornecer "energia verde", também ajudará a reduzir a carga de calor no edifício, pois a sombra que eles criam minimiza a quantidade de calor absorvido pelo telhado. A usina de energia solar reduzirá o efeito negativo geral do data center no meio ambiente e aumentará a confiabilidade dos data centers localizados em regiões onde são observadas interrupções na operação da rede elétrica central.

uma grande usina de energia renovável perto do data center da Apple em Maiden, Carolina do Norte (EUA)

A Switch, juntamente com a empresa de energia Nevada Power, iniciou a construção de uma estação solar de estação de comutação de 100 MW perto de Las Vegas. Na mídia americana, o Switch é chamado de "causadores de problemas" no mercado de data centers comerciais, este é um dos maiores players do setor. A empresa está envolvida na construção e suporte de instalações de data center - edifícios e infraestrutura de engenharia sem equipamento de computação adequado; seu principal modelo de interação com o cliente é a colocação.

A maior usina termelétrica de 400 MW do mundo, Ivanpa

Em 2015, os Estados Unidos e o Japão começaram a desenvolver um novo mecanismo para alimentar o data center através da energia solar. O projeto envolve a exploração de novas possibilidades "... usando várias capacidades de geração baseadas em energia solar e sistemas da classe HVDC (alta tensão DC) usados para distribuir a energia gerada pelos painéis solares no nível do data center". Essa combinação de HVDC e painéis solares permitirá implantar um único sistema de energia de backup baseado em baterias, enquanto será possível economizar em custos operacionais e de capital.

Interessante

O arquiteto alemão Andre Broesel, da Rawlemon, criou uma bateria solar na forma de uma bola de vidro em movimento. Ele o chama de um gerador de nova geração que capta o número máximo de raios, pois é equipado com um sistema de rastreamento solar e sensores de mudança climática, 35% mais eficazes do que os painéis solares comuns.

A empresa japonesa de energia Shimizu Corporation anunciou em 2015 sua intenção de construir uma grande usina de energia solar no satélite natural do nosso planeta - a Lua. Uma usina em forma de anéis com painéis solares cercará a Lua, seguindo o exemplo do planeta Saturno, e transmitirá energia para a Terra. A Shimizu Corporation espera 13 mil terawatts de energia / ano de uma estação solar. O custo e a data de início dessa construção do espaço ainda não são conhecidos.

O Instituto de Arquitetura Avançada da Catalunha desenvolveu um painel solar que pode funcionar em plantas, musgo e solo. A vantagem desta tecnologia é a rejeição de materiais tóxicos e metais pesados na produção de painéis solares. Utiliza bactérias especiais em pequenas células de combustível localizadas no solo, sob as raízes das plantas. As bactérias são necessárias para gerar energia barata em mini-baterias. As plantas fornecerão o ciclo de vida das bactérias e a água servirá como combustível para todo o sistema. Um sistema tão inovador pode funcionar em áreas onde não há muita luz do sol se você substituir plantas por musgo, uma vez que pode crescer na sombra.