A luz solar é indispensável para a manutenção da vida na Terra. Além de fornecer luz e calor, o sol é responsável pela manutenção da água em seu estado líquido, condição indispensável para a sobrevivência das espécies.
É também responsável pela fotossíntese nos vegetais que, utilizando água e dióxido de carbono, produz o oxigênio (O2), indispensável para a manutenção da vida da maioria quase absoluta dos organismos.
Até mesmo os combustíveis fósseis tais como petróleo foram produzidos com a efetiva atuação da luz solar.
Mas a utilização da energia solar não se encerra nos sistemas naturais. O homem, a cada dia e à medida que surgem as necessidades, utiliza a energia solar como fonte de energia renovável.
Entre as várias formas de utilização da energia solar destaca-se:
- Geração de energia elétrica através de placas fotovoltaicas;
- E de energia térmica através de sistemas de aquecimento solar de água.
Esta última pode ser integrada e utilizada juntamente com a primeira de forma que teria, em uma residência como, por exemplo, a auto-suficiência completa em energia elétrica a partir de uma fonte gratuita e inesgotável: O Sol.
Compreende-se por aquecedor solar, equipamento que utilizar a energia solar para o aquecimento de água para uso doméstico: banho, cozinha, lavanderia e piscinas . Também é utilizado em processos industriais. Sua crescente utilização deve-se à necessidade do homem em racionalizar os recursos naturais. Além disso, é uma fonte energética inesgotável, abundante e gratuita o que evita a degradação do meio ambiente e por conseqüência o desequilíbrio natural.
A água aquecida pelo sol pode ser utilizada de diversas formas. Embora o aquecedor solar seja mais conhecido em ambientes residenciais, suas aplicações na indústria intensificam-se em todo o mundo. Modelos em que se utiliza a energia solar são apropriados para climas quentes tornando-os mais simples e mais baratos. Pesquisas mostram que os países do oriente como China, Índia e Japão são os que mais evoluíram no aproveitamento desse tipo de energia.
Em um sistema convencional, o aquecedor solar é composto de um reservatório térmico, condutores hidráulicos e coletores solares (placas de captação solar) feitas em serpentina de cobre e isolados em vidro e lã de vidro e/ou poliuretano. Outras tecnologias mais avançadas, como o Aquecedor Solar a Vácuo, têm sido objetos de aperfeiçoamento dos sistemas de aquecimento solar.
O estudo da capacidade do Sol de aquecer a água foi documentado a primeira vez em 1767, pelo suíço Horace de Saussure, que fez várias experiências com uma caixa revestida com isolamento térmico.
O norte-americano Clarence Kemp patenteou um aquecedor composto de tanques de cobre que ficavam dentro de uma caixa de madeira, com isolamento térmico e vidro na cobertura, porém esse sistema perdia calor à noite.
Em outro estudo complementar aos anteriores, o norte-americano, William Bailey, conseguiu avançar nas experiências e patenteou um Aquecedor Solar muito parecido com os modelos atuais em todo o mundo.
Nos anos 1970, com a crise apresentada no mercado de petróleo, surgiram os primeiros Aquecedores Solares no Brasil. Na década de 1990, os equipamentos reduziram o preço e melhoraram a qualidade.
A partir de então a área de aquecedor solar tem aumentado sua aplicação, o que tem propiciado grandes avanços na área tecnológica desses equipamentos. Nos anos 80 expandiu-se a qualidade dos produtos com os testes de equipamentos e as primeiras normas certificadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT.
No decorrer do tempo, foram elaborados produtos cada vez mais eficientes e de menor custo.
Em meados da atual década este modelo de sistema ganhou seu apogeu. Em conseqüência, com o mercado crescente, as pesquisas também se intensificaram e as empresas buscaram no Oriente experiências mais evoluídas do aquecedor solar. Desse modo, surgiu o aquecedor solar a vácuo.
As células fotoelétricas ou fotovoltaicas são dispositivos capazes de transformar a energia luminosa, proveniente do Sol ou de outra fonte de luz, em energia elétrica. Uma célula fotoelétrica pode funcionar como geradora de energia elétrica a partir da luz, ou como um sensor capaz de medir a intensidade luminosa.
Células geradoras de energia são chamadas também de "células solar", por aproveitarem principalmente a luz solar para gerar energia elétrica. Atualmente, as células solares comerciais ainda apresentam uma baixa eficiência de conversão, da ordem de 16%. Existem células fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arsenieto de gálio, mas o seu alto custo limita a produção dessas células apenas para o uso da indústria espacial.
Por não gerar nenhum tipo de resíduo, a célula solar é considerada uma forma de produção de energia limpa, sendo alvo de estudos em diversos institutos de pesquisa ao redor do mundo . A luz solar produz até 1.000 watts de energia por metro quadrado, o que representa um enorme potencial energético.
A primeira geração fotovoltaica consiste numa camada única e de grande superfície p-n díodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. Estas células são normalmente feitas a partir de placas de silício. A primeira geração de células constituem a tecnologia dominante na sua produção comercial, representando mais de 86% do mercado.
A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de filmes finos de semi-condutores. A vantagem de utilizar estes filmes é a redução da quantidade de materiais necessários para produzí-los, bem como a redução de custos. Atualmente (2006), existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício policristalino ou microcristalino, telureto de cádmio e Cobre-Índio-Gálio-Selênio ("CIGS"). Tipicamente, as eficiências das células solar de filme fino são baixas quando comparadas com as células tradicionais de silício cristalino, mas os custos de manufatura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço de instalação mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis, plásticos ou integração direta nos edifícios.
A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores quer dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoeletroquímicas e células de nanocristais.
O efeito fotovoltaico foi descoberto pela primeira vez em 1839 por Edmond Becquerel. Entretanto, só após 1883 que as primeiras células fotoelétricas foram construídas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções.
Ao conjunto de células fotoelétricas chama-se Placa Fotovoltaica cujo uso hoje é bastante comum em lugares afastados da rede elétrica convencional. Existem placas de várias potências e tensões diferentes para os mais diversos usos. Em residências rurais algumas empresas concessionárias de distribuição usam placas de 75 W de pico e 12 V para guardar energia em baterias de 100 Ah. Este sistema fotovoltaico gera energia suficiente para iluminar uma residência com 3 lâmpadas de 9W e uma tomada para rádio ou TV de 6".
O termo "célula fotoelétrica" também é usado para componentes eletrônicos capazes de medir a intensidade luminosa, traduzindo-a em uma corrente elétrica proporcional. Incluem-se nesta categoria os fotodiodos, fototransistores , LDRs (resistores dependentes de luz, à base de sulfeto de cádmio), fotocélulas de selênio e outros. Uma aplicação típica destes sensores de luz é em fotômetros, usados para medir a iluminação de uma cena a ser fotografada.
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