Engenharia Solar: O Mundo de Oportunidades

A utilização da tecnologia de energia solar está a expandir-se rapidamente na sequência da maior necessidade de energia limpa, renovável ou alternativa para salvar o Planeta Terra. Prevista para se tornar a maior fonte mundial de eletricidade até 2050, a energia solar é um recurso inesgotável que pode atender às necessidades energéticas de todo o mundo.
Garantindo um mundo mais verde – uma estação de tratamento de esgoto movida a energia solar

Fig. 1: Garantindo um mundo mais verde – Uma estação de tratamento de esgoto movida a energia solar

O que é energia solar?
A energia solar é a conversão de luz radiante e calor em eletricidade, usando tecnologias em constante evolução. Para produzir energia a partir de recursos solares, a tecnologia de energia solar ativa pode ser agrupada em duas categorias: (i) tecnologia fotovoltaica (PV) (ii) energia solar térmica ou energia solar de concentração (CSP).
A energia solar das células fotovoltaicas é usada para geração de energia comercial, sinalização rodoviária, calculadoras, satélites e em muitas outras aplicações.
O CSP é usado principalmente em usinas de energia muito grandes. Neste sistema, espelhos são implantados para refletir e concentrar a luz solar em receptores que coletam energia solar. Esta energia é convertida em calor e aproveitada em energia térmica para produzir eletricidade a ser utilizada em diversas aplicações domésticas e comerciais, como secagem, aquecimento, resfriamento, cozinha, etc.
O material semicondutor tipo N e tipo P em painéis solares absorve a luz solar que permite que os elétrons fluam através do material para produzir eletricidade. Neste processo, a maior parte do espectro de luz visível e cerca de metade do espectro de luz ultravioleta e infravermelha são convertidos em energia solar utilizável.
A quantidade de energia gerada por um sistema de energia solar em um determinado local depende de quanto da energia solar chega até ele e também do tamanho do próprio sistema.
Situação Atual da Indústria Solar
Atualmente, a indústria solar está se desenvolvendo de forma constante em todo o mundo. Tornou-se uma ferramenta para melhorar a situação económica dos países em desenvolvimento. Significativamente, a Aliança Solar Internacional (ISA), iniciada pela Índia, reuniu as nações do mundo para uma solução partilhada para tornar a tecnologia solar uma proposta económica e tecnicamente viável. Apresenta uma oportunidade de sonho para os engenheiros fazerem parte da revolução da tecnologia solar que a ISA desencadeou no mundo.
A produção de energia solar na Índia aumentou de 2,63 GW em 2014 para 22 GW em 2018, um aumento de oito vezes. Atualmente representa 16 por cento da capacidade instalada de geração de eletricidade no país. A energia solar pode complementar de forma muito eficaz o fornecimento de eletricidade a partir de uma rede de transmissão de eletricidade quando a procura de eletricidade atinge o pico no verão.
Sem dúvida, a Índia continuará a ser o local mais brilhante neste aspecto, uma vez que se espera que tenha a maior base de capacidade instalada de energia solar nos próximos anos. Pertinentemente, a Índia estabeleceu uma meta de produção de 175 GW de capacidade de energia renovável até 2022, o que inclui 100 GW de energia solar. Há também necessidade de fortalecer a tecnologia de armazenamento para equilibrar a trajetória de uso massivo dessa energia.
O governo planejou fornecer financiamento de 210 bilhões de rupias (3,1 bilhões de dólares) à indústria de fabricação de painéis solares para aumentar sua capacidade fotovoltaica. Como a Índia deverá se tornar o maior mercado de energia solar, as empresas estrangeiras planejam instalar usinas de energia solar por meio de joint ventures.
Tipos de dispositivos solares
Existem vários dispositivos movidos a energia solar disponíveis hoje, alguns dos quais são os seguintes:
Painéis solares
Um painel solar consiste em um conjunto conectado e empacotado de células solares fotovoltaicas normalmente 6×10. A eletricidade gerada neste sistema é fornecida para aplicações comerciais e residenciais. Células de silício cristalino baseadas em wafer ou células de película fina são usadas na maioria dos módulos e devem ser protegidas contra danos mecânicos e umidade.
Aproveitar o sol – instalação de painéis solares em curso

Fig. 2: Aproveitando o Sol – Instalação de Painéis Solares em Andamento

Uma caixa de junção fotovoltaica fixada na parte traseira do painel solar é sua interface de saída. Externamente, os conectores MC4 são usados ​​para facilitar conexões à prova de intempéries com o resto do sistema. Ao mesmo tempo, os módulos fotovoltaicos também podem ter interface de alimentação USB.
Para atingir uma tensão de saída desejada ou em paralelo para fornecer uma capacidade de corrente desejada (amperes), as conexões elétricas do módulo são feitas em série. Prata, cobre ou outros metais de transição condutores não magnéticos são usados ​​nos fios condutores que retiram a corrente dos módulos.
Carro elétrico
Os veículos movidos a energia solar prometem reduzir significativamente o consumo de combustíveis fósseis. Os veículos solares proporcionam poupanças substanciais em relação aos custos de gasolina/diesel. A eletricidade solar não só é mais barata, mas também oferece uma opção de energia verde, que pode nos ajudar na conservação ambiental.
Dirigindo o futuro – um carro movido a energia solar

Fig. 3: Dirigindo o Futuro – Um Carro Movido a Energia Solar

Inversores na rede
Os sistemas solares fotovoltaicos empregam sistemas on-grid para gerar energia quando a rede elétrica da concessionária está disponível. Eles precisam estar conectados à rede para funcionar. A vantagem é que eles podem enviar o excesso de energia gerada de volta à rede em caso de excesso de produção, para que essa energia possa ser utilizada posteriormente.
Inversores fora da rede
Você também pode armazenar energia solar em baterias que são úteis quando a rede elétrica cai ou se o seu sistema não estiver conectado à rede. Mas você deve estar ciente de que, embora os sistemas fora da rede forneçam energia para emergências quando a rede elétrica está desligada, eles não podem sustentar todas as cargas, dadas as limitações no volume das baterias. Além disso, há maior custo envolvido na compra de equipamentos especializados para sistemas fora da rede e maior complexidade na instalação de seus componentes.
Instalações solares em telhados
Para converter energia solar em eletricidade, painéis solares são colocados no telhado. Significativamente, na Índia cerca de 250-300 dias ficam expostos ao sol, devido ao qual existe um enorme potencial de produção de energia solar no país. As usinas solares em telhados variam de capacidade de um quilowatt a quinhentos quilowatts.
Bombas solares de água
As bombas solares, também chamadas de sistemas de bombeamento de água solar fotovoltaico, foram reconhecidas como a fonte mais barata de abastecimento de água. A bomba é totalmente automatizada ao nascer do sol e ao pôr do sol e não requer supervisão. Este é um produto ideal de alta tecnologia de energia verde que integra economia, confiabilidade e benefícios ambientais.
Poder de bombeamento - bomba de água solar em um campo

Fig. 4: Energia de bombeamento – Bomba solar de água em um campo

O sistema de bomba solar utiliza a energia gerada pelas células solares para acionar CC, ímã permanente, escovas e sensores de posição por meio de dispositivos de rastreamento, mudança e controle de ponto de potência máxima.
Luzes de jardim e rua
Luzes de jardim e de rua movidas a energia solar são muito econômicas e úteis. Essas luzes acendem por 5 a 6 horas à noite depois de serem carregadas o dia todo.
Fogão Solar
Deixe o fogão solar exposto ao sol pela manhã antes de ir trabalhar. Você vai esquentá-lo o suficiente para cozinhar depois de voltar.
Dirigindo o futuro – um carro movido a energia solar

Fig. 5: Uma solução viável – Fogão solar funcionando bem em uma área montanhosa

Gêiser Solar
O gêiser solar contém um tubo de luz que aquece a água. A água no gêiser solar é mais quente do que no sistema de aquecimento de água.
Inversor Solar
Hoje em dia, o inversor solar também é suportado pela rede, podendo ser carregado a partir da energia da rede mesmo quando a energia solar não está disponível.
Lanterna Solar
Existem muitos tipos de lanternas solares disponíveis no mercado, que fornecem de 5 a 6 horas de bateria reserva para carregar energia solar o dia todo.
Demanda crescente por engenheiros solares
O potencial infinito da energia solar alimentou a necessidade de engenheiros solares, que trazem a sua experiência na concepção, desenvolvimento, planeamento e implementação de projectos de tecnologia solar para cidades, empresas e proprietários de casas. Eles gerenciam desde algumas instalações residenciais em telhados até usinas de energia solar de grande escala que fornecem energia mais limpa aos clientes conectados à rede.
De acordo com um relatório da Solar Energy Industries Association (SEIA), a energia solar é hoje um dos setores que mais cresce no mundo. Há uma demanda crescente por engenheiros solares equipados com diversas habilidades no campo da energia solar, como projeto e engenharia de sistemas; instalação de sistemas solares; fabricação e caracterização de dispositivos; Testes de controle de qualidade e confiabilidade; consultoria ao cliente, avaliação do local, avaliação financeira, gestão de projetos e consultoria, bem como vendas (técnicas).
Os engenheiros solares estão geralmente absorvidos por empresas de energia renovável, empresas especializadas em engenharia solar, empresas de consultoria líderes, empresas de petróleo e gás que se preparam para a transição para energias renováveis ​​e organizações sem fins lucrativos.
Profissionais de diversas disciplinas de engenharia são empregados em diversas facetas desta indústria. Engenheiros de materiais estão envolvidos para desenvolver, processar e testar os materiais usados ​​na indústria solar, como metais, plásticos, vidro e semicondutores. Os engenheiros elétricos estão envolvidos no projeto de circuitos elétricos para painéis solares, inversores, sistemas de fiação e outros dispositivos de suporte. Os engenheiros mecânicos lidam com os dispositivos mecânicos empregados na captura e transferência de eletricidade solar. Os engenheiros industriais ajudam a coordenar a implementação global de sistemas de energia solar em edifícios e comunidades. Esses engenheiros trabalham com empreiteiros para garantir que um sistema seja projetado da forma mais eficiente possível para atender às necessidades máximas das pessoas.
Conclusão
Assim, a energia solar pode garantir a segurança energética através da dependência de um recurso indígena, além de aumentar a sustentabilidade, reduzir a poluição e mitigar o aquecimento global. A grande magnitude da energia solar disponível torna-a uma fonte de eletricidade altamente viável. Estas vantagens estão a levar a um maior desenvolvimento do sector da tecnologia solar, oferecendo perspectivas de carreira gratificantes para engenheiros.

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