Com o desenvolvimento da economia e o progresso da sociedade, as pessoas estão a apresentar exigências cada vez maiores de energia, e a procura de novas fontes de energia tornou-se uma questão urgente que a humanidade enfrenta actualmente. Existem quatro fontes principais de energia eléctrica, nomeadamente a energia térmica, a hidroeléctrica, a nuclear e a eólica. A energia térmica requer a queima de combustíveis fósseis, como o carvão e o petróleo. Por um lado, os combustíveis fósseis têm reservas limitadas, queimam cada vez menos e correm o risco de se esgotarem; por outro lado, a queima emite dióxido de carbono e óxidos de enxofre, conduzindo assim ao efeito estufa e à chuva ácida, o que agrava o ambiente terrestre. A hidroeletricidade inunda grandes quantidades de terra, potencialmente levando a danos ecológicos, e as consequências do colapso de um grande reservatório seriam impensáveis. Além disso, os recursos hídricos de um país são limitados e sujeitos a influências sazonais.
A energia nuclear é certamente limpa em circunstâncias normais, mas no caso de uma fuga nuclear, as consequências podem ser igualmente terríveis. O acidente na central nuclear de Chernobyl, na antiga União Soviética, causou diversos graus de danos a 9 milhões de pessoas; o terremoto de magnitude 9.0 que atingiu Fukushima, no Japão, às 13h46 de 11 de março de 2011, desencadeou um acidente chocante internacional na central nuclear de Fukushima, fazendo com que 30 quilômetros ao redor da usina se tornassem uma terra de ninguém; os recursos marinhos num raio de 5 quilômetros serão afetados em graus variados ou a vida marinha será mutada.
Como uma fonte de energia limpa e renovável, a geração de energia eólica tem uma ampla gama de perspectivas de desenvolvimento. Com grandes reservas de energia eólica, o desenvolvimento extensivo da geração de energia eólica é uma forma eficaz de resolver o fornecimento de energia da China deve ser insuficiente; a geração de energia eólica é uma aplicação de energia limpa e uma forma eficaz de reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
As novas fontes de energia têm de satisfazer duas condições ao mesmo tempo: em primeiro lugar, são abundantes e não se esgotarão; em segundo lugar, são seguras e limpas e não ameaçam os seres humanos nem prejudicam o ambiente. Os dois principais tipos de novas energias encontradas são a energia solar e as células de combustível.
No século XXI, a energia solar será uma das principais fontes de energia do mundo, a fonte de energia mais pura e quase todas as outras fontes de energia do planeta vêm direta ou indiretamente da energia solar. A energia solar é a energia produzida pelo processo contínuo de reacções de fusão nuclear no interior do Sol ou na sua superfície. A energia solar tem as vantagens de ser engenhosa, de longa duração, amplamente distribuída, segura, limpa e tecnologicamente confiável. Como a energia solar pode ser convertida em muitas outras formas de energia, ela tem uma ampla gama de aplicações, incluindo estufas solares, secagem de artigos e fogões solares e aquecedores solares de água na área de utilização térmica. Após anos de desenvolvimento, a energia solar também cresceu consideravelmente.
A electricidade é obtida a partir da energia solar através da conversão fotovoltaica utilizando células solares. É completamente diferente de outras fontes de geração de energia no passado. Para tornar a geração de energia solar verdadeiramente prática, uma é melhorar a eficiência da conversão solar fotovoltaica e reduzir o seu custo, e a outra é realizar a geração de energia solar com a rede de distribuição.
Solar fotovoltaico
A geração de energia solar fotovoltaica é a conversão directa de energia luminosa em electricidade, sem necessidade de um processo térmico. Inclui a geração de energia fotovoltaica, geração de energia fotoquímica, geração de energia fotoindutora e geração de energia fotobiológica. A geração de energia fotovoltaica é um método de geração direta de energia que utiliza eletrônica semicondutora a nível solar para absorver eficientemente a energia da radiação solar e convertê-la em energia elétrica, e é a corrente dominante da geração de energia solar nos dias de hoje. Existem células fotovoltaicas eletroquímicas, células fotolíticas e células fotocatalíticas na geração de energia fotoquímica, e são as células fotovoltaicas que estão atualmente tendo aplicação prática. [1]
Os sistemas de geração de energia fotovoltaica são compostos principalmente de células solares, baterias, controladores e inversores, dos quais as células solares são a parte chave dos sistemas de geração de energia fotovoltaica. A qualidade e o custo dos painéis solares determinará diretamente a qualidade e o custo de todo o sistema. As células solares dividem-se principalmente em duas categorias: células de silício cristalino e células de película fina, a primeira incluindo células de silício monocristalino e células de silício policristalino, a segunda incluindo principalmente células solares de silício não cristalino, células solares de selenieto de gálio de cobre e células solares de telureto de cádmio.
A eficiência de conversão fotoeléctrica das células solares monocristalinas de silício é de cerca de 20%, até 24%, a maior eficiência de conversão fotoeléctrica em células solares, mas os seus custos de fabrico são elevados. A vida útil das células solares monocristalinas de silício é geralmente de até 15 anos e até 25 anos. As células solares de silício policristalino têm uma eficiência de conversão fotoeléctrica de 18% a 19% e os seus custos de produção são inferiores aos das células solares de silício monocristalino, pelo que foram desenvolvidas em grande número, mas a vida útil das células solares de silício policristalino é inferior à das células solares de silício monocristalino.
Energia solar térmica
A conversão da energia da radiação solar em energia elétrica por meio de água ou outras substâncias e dispositivos de trabalho é chamada de geração de energia solar térmica. Há dois tipos de conversão: um é converter a energia térmica solar diretamente em energia elétrica, como a geração de energia por diferença de temperatura a partir de semicondutores ou materiais metálicos, elétrons quentes e íons termoelétricos em dispositivos de vácuo, conversão termoelétrica de metais alcalinos, geração de energia de fluidos magnéticos, etc.; o outro é converter a energia térmica solar em energia elétrica, conduzindo um gerador através de um motor térmico (como uma turbina a vapor), semelhante ao térmico convencional A outra forma é gerar eletricidade a partir da energia térmica do sol através de um motor térmico (como uma turbina) acionado por um gerador, semelhante à geração de energia térmica convencional, exceto que a energia térmica não vem do combustível, mas da energia solar. Existem vários tipos de geração de energia solar térmica, com os seguintes cinco tipos principais: sistemas de torres, sistemas de calhas, sistemas de discos, lagos solares e geração de fluxo de ar térmico de torres solares. Os três primeiros são sistemas de energia solar térmica concentrada e os dois últimos são não concentradores. Alguns países desenvolvidos fizeram da tecnologia de geração de energia solar térmica uma prioridade nacional de pesquisa e desenvolvimento e fabricaram dezenas de centrais de demonstração de energia solar térmica de vários tipos, que atingiram o nível de aplicação prática da geração de energia ligada à rede. [1]
Os sistemas de energia solar térmica mais promissores actualmente disponíveis no mundo podem ser amplamente classificados como: sistemas de focalização parabólica, sistemas de focalização por receptor central ou torre solar e sistemas de focalização parabólica em forma de disco. As três formas que são técnica e economicamente viáveis são: tecnologia de geração de energia térmica solar parabólica de 30 a 80MW através da tecnologia de geração de energia solar térmica de disco parabólico (referido como canal parabólico); tecnologia de geração de energia solar térmica de receptor central de 30 a 200MW (referido como receptor central); e tecnologia de geração de energia solar térmica de disco parabólico de 7,5 a 25kW (referido como disco parabólico).
Os sistemas de energia solar térmica concentrados são baseados em meios de transferência de calor como água, vapor de água e sal fundido, que podem ser aquecidos até 450 graus Celsius no receptor e depois utilizados para gerar electricidade. Além disso, o sistema de armazenamento de calor pode armazenar temporariamente o calor por algumas horas em caso de pico de demanda de eletricidade.
Os sistemas parabólicos de focalização por canal utilizam um canal cilíndrico parabólico que emite espelhos para recolher a luz solar num receptor em forma de tubo e aquecer a massa de transferência de calor no interior do tubo para produzir vapor num permutador de calor que acciona uma turbina convencional para gerar electricidade. Os sistemas solares térmicos de torre utilizam um conjunto de espelhos helióstato fixos que rastreiam o sol independentemente para recolher a luz solar num receptor no topo de uma torre fixa para gerar altas temperaturas.
Além dos métodos tradicionais de geração de energia solar térmica mencionados acima, houve progresso em novas áreas de pesquisa, como a energia solar das chaminés e a energia solar dos lagos.
