A vida existe há milhões de anos antes do desenvolvimento da eletricidade. Tudo graças ao gigante reator de fusão nuclear no centro do nosso sistema solar, ‘O Sol’. O Sol gera energia a partir de seu núcleo, onde os átomos de hidrogênio se fundem para criar um átomo de hélio, produzindo enormes quantidades de energia no processo. Essa energia é essencial para a vida na Terra. A luz solar é utilizada pelas plantas para produzir alimentos que são direta ou indiretamente a fonte de alimento para todos os seres vivos; é responsável pelas estações; seu calor mantém a água em sua forma líquida, que é fundamental para a existência de vida; a luz solar é uma fonte essencial de vitamina D para o corpo humano e para muitos outros processos de suporte à vida que são direta ou indiretamente coreografados pelo sol.

Figura 1: Uma imagem representativa da representação artística da Solar Roadway

Sua energia também pode ser aproveitada e convertida em eletricidade e calor. Painéis solares constituídos por conjuntos de 'células fotovoltaicas' (semicondutores fotodiodos) que funcionam segundo o princípio do “efeito fotoelétrico”. Este efeito produz o movimento dos elétrons quando a luz incide sobre a célula. O movimento dos elétrons produz corrente dando origem a uma diferença de potencial e, portanto, eletricidade. Depois, há concentradores solares que concentram uma parte da energia do sol em uma área menor usando lentes ou espelhos. O calor obtido desses dispositivos é usado para aquecer água para produzir vapor e acionar turbinas para gerar eletricidade.

Solar Roadways é uma inovação atualmente em tendência que se concentra na substituição das estradas comuns por painéis solares estruturalmente projetados que podem suportar o peso dos veículos, bem como resistir a outras condições ambientais. Eles consistem em células solares colocadas sob vidro temperado. A energia recebida dessas estradas pode alimentar semáforos, semáforos, sinalização e também residências locais. Se for bem sucedido, todo o sistema rodoviário (se não, a maioria) de um país pode ser transformado numa central de energia solar. Também pode fornecer uma fonte de eletricidade para carregar carros elétricos em movimento como uma vantagem adicional. As estradas solares podem reduzir as emissões prejudiciais de um país em pelo menos 50%, um número que não pode ser ignorado, tendo em conta a alarmante taxa de aumento do aquecimento global. SolaRoad em Krommanie, Holanda, é a primeira ciclovia movida a energia solar construída no mundo, inaugurada em novembro de 2014. Neste artigo, discutiremos a economia da energia solar e a tecnologia usada na construção das estradas solares.

Figura 2: Imagem da primeira estrada solar movida a energia solar em Krommanie, Holanda,Novembro 2014

1 Energia Solar – Estatísticas

A Terra recebe uma fração da energia solar todos os dias, que conhecemos como energia solar. Em pleno sol, a Terra recebe 100 Watts de energia solar por metro quadrado. Supondo cerca de 12 horas de sol por dia durante 365 dias por ano, a energia anual do sol é de cerca de 438 KW-hora por pé quadrado. Existem 10.760.000 pés quadrados por quilômetro quadrado, o que torna a energia disponível, 4,7 Terawatts-hora por quilômetro quadrado anualmente. A Índia cobre cerca de 3.000.000 de quilômetros quadrados. O consumo total de electricidade na Índia para o ano fiscal de 2014-15 é de cerca de 850 TW-hora, o que equivale à energia solar recebida por apenas 180 quilómetros quadrados (aproximadamente duas vezes e meia o tamanho de Mumbai). A partir disso podemos concordar que o sol nos fornece cerca de 15.000 vezes mais do que o uso médio.

Então, o que esses números significam? Mostra que o sol nos dá mais energia do que realmente precisamos para sobreviver sem o uso de combustíveis fósseis não renováveis. Mas por que o mundo ainda não aproveitou isso? A resposta para isso está na segunda lei da termodinâmica. Em termos simples, não podemos converter toda a energia que recebemos do sol em eletricidade utilizável. A tecnologia actual é limitada na sua eficiência e não consegue proporcionar um lucro maior, o que é um factor decisivo na economia de um país. No entanto, é um objectivo global desenvolver recursos energéticos mais limpos, o que motiva os países a entrar na corrida solar, canalizando fundos para investigação e desenvolvimento para tornar a energia solar uma alternativa mais viável.

Estradas Solares

2 estradas solares

Figura 3: Imagem mostrando Solar Roadways Inc., uma startup de Idaho, EUA

Como mencionado anteriormente, as estradas solares são painéis solares interligados estruturalmente projetados (que têm aproximadamente 12'x12' cada) que substituem as estradas convencionais de asfalto, estacionamentos e calçadas. Estes podem alimentar pequenas empresas, residências, sinais de trânsito, estradas inteligentes e também atuar como portadores de sinais de dados (internet de alta velocidade, TV a cabo e telefone). Esta tecnologia poderia substituir as redes eléctricas actualmente deterioradas no país. As estradas solares fornecem energia para luzes LED incorporadas que podem exibir mensagens, iluminar as estradas, exibir mensagens de aviso em caso de excesso de velocidade ou proximidade de impacto, estrada fechada à frente, etc. para derreter a neve e limpar as estradas. Isto também aumentará a viabilidade do uso de carros elétricos, fornecendo estações de carregamento. Estas estradas inteligentes, uma vez instaladas, pagar-se-ão a si próprias, curar-se-ão e proporcionarão lucros a uma economia, eliminando a dependência dos combustíveis fósseis. O uso de painéis solares com eficiência de 15% como fonte de eletricidade independente fornecerá 3 vezes a capacidade de energia necessária.

Fig. 4: Imagem mostrando cobertura de vidro temperado com acabamento áspero para tração em estradas solares

2.2 Camadas de Painéis Solares

Os painéis solares são dispostos em três unidades básicas

1. Camada de Superfície da Estrada

2. Camada Eletrônica

3. Camada da Placa Base

A camada superior consistirá de energia fotovoltaica em vidro temperado. As características importantes exigidas são transparência (translúcida), dureza e rugosidade. A rugosidade é necessária para proporcionar tração para que os pneus do veículo girem sem escorregar. Cada painel solar individual é aparafusado na ligação com a camada inferior. Isso o tornará facilmente utilizável. Os LEDs e o elemento de aquecimento irão para esta camada. A próxima unidade mais importante é a impermeabilização para evitar vazamento de água na unidade eletrônica abaixo.

A camada Eletrônica consiste no microprocessador com circuitos de suporte (unidades de medição, feedback e controle). Isto irá controlar os elementos de aquecimento (detecção de neve), carga (manômetros), iluminação, comunicações e monitoramento. As unidades de microprocessamento serão instaladas a cada 3,6 metros de distância, tornando-a uma verdadeira “estrada inteligente”.

A camada da placa base é a camada de transmissão de energia. A energia captada pelos painéis solares e coletada pela camada eletrônica é distribuída pela camada da placa de base. Os sinais de dados também são transmitidos através desta camada junto com a energia para todas as residências e empresas conectadas às estradas solares. Esta camada também é impermeabilizada e à prova de intempéries para evitar danos à camada eletrônica.

Figura 5: Imagem explicando a estrutura básica das estradas solares

2.3 Vantagens e Desvantagens

– A principal vantagem das estradas solares é que são uma fonte de energia renovável e limpa.

– Os painéis solares têm uma vida útil de 30 a 40 anos, enquanto as estradas convencionais de asfalto têm uma vida útil de cerca de 7 a 10 anos (sem danos causados ​​pelas monções).

– Pode fornecer acesso elétrico a áreas remotas que estão longe de usinas de energia.

– Também pode ser colocado perto de áreas ambientalmente sensíveis.

– Fornecerá carregamento em movimento para carros elétricos se acoplado a uma placa de indução.

– Criará uma nova indústria geradora de emprego.

– Reduzirá imensamente as emissões prejudiciais (em pelo menos 50%).

– Proporcionará um meio inteligente de gestão do trânsito (reduzindo acidentes e engarrafamentos).

– Altos custos de instalação e manutenção inicial.

– Baixa eficiência média dos painéis solares.

– Difícil de implementar nos países mais pobres devido ao elevado custo inicial.

– A acumulação de borracha dos pneus (devido ao desgaste por fricção) pode bloquear a luz solar.

3 Existe um futuro melhor reservado para nós?

Ao ritmo actual de consumo de combustíveis fósseis, dificilmente conseguiremos durar algumas décadas. Se não fizermos algo a respeito, a civilização humana retornará à idade das trevas e, como ferida adicional, nosso meio ambiente será irreparavelmente danificado. As calotas polares derreterão, os oceanos aumentarão, as florestas desaparecerão, a camada de ozônio será esgotada, o planeta aquecerá, a seca, a fome e vários outros problemas encurtarão o período da existência humana no planeta. O petróleo e o carvão estão presentes em poucas regiões do planeta, fazendo com que os países travem guerras pela posse destes recursos. Neste momento temos que recorrer à natureza em busca de respostas, pois ela pode conter respostas complexas nos lugares mais triviais. O sol conduziu à nossa existência e pode muito bem sustentar a nossa existência no futuro.

As estradas fornecem conectividade a diferentes partes do mundo e cobrem uma grande área de uma massa terrestre (até mesmo sobre a água, como pontes). Quando não há carros passando por eles, eles ficam ali, juntando poeira e murchando. Substituir uma ideia antiga (de conectividade) por uma nova necessidade (autossustentação) é o objetivo das estradas solares. A tecnologia se desenvolverá com o tempo para diminuir as desvantagens e aumentar as vantagens da energia solar. À medida que a tecnologia melhora, os painéis solares tornar-se-ão mais baratos (como os painéis solares impressos em 3D) e a eficiência aumentará, forçando os países a voltarem a sua atenção para a nossa estrela natal. Como investimento a longo prazo, as estradas solares ajudarão a manter a sociedade, ao contrário das estradas de asfalto que dependem de manutenção constante, que basicamente se pagarão a si próprias. Então, vamos avançar para um futuro mais limpo e brilhante.

Figura 6: Caminho solar iluminado por LED na sombra