Energia Solar Fotovoltaica. O Sol é a estrela central do Sistema Solar, com todos os outros corpos (do Sistema Solar), girando ao seu redor. Possui uma massa 332.900 vezes maior que a da Terra e um volume 1.300.000 vezes maior que o do nosso planeta.
O Sol é composto primariamente de hidrogênio (74% de sua massa, ou 92% de seu volume) e hélio (24% da massa solar, 7% do volume solar), com traços de outros elementos, incluindo ferro, níquel, oxigênio, silício, enxofre, magnésio, neon, cálcio e cromo.
O Sol formou-se cerca de 4,57 bilhões de anos atrás. Herdou sua composição química do meio interestelar do qual foi formado: o hidrogênio e o hélio foram produzidos no Big Bang, enquanto que os metais foram produzidos por outras estrelas, as quais retornaram seus materiais para o meio interestelar no fim de seus ciclos de evolução, antes da formação do Sol.
Atualmente, 60% do núcleo do Sol é composto por hélio. Daqui a 5 bilhões de anos, o hidrogênio no núcleo solar esgotará. Quando isso ocorrer, o Sol entrará em contração devido à sua própria gravidade, elevando a temperatura do núcleo solar até 100 milhões de kelvin, suficiente para iniciar a fusão nuclear de hélio, produzindo carbono. Nesse momento, a Terra, como a conhecemos, poderá deixar de existir.
A distância da Terra ao Sol é de cerca de 150 milhões de quilômetros, ou 1 unidade astronômica (UA). Essa distância varia ao longo do ano, entre um mínimo de 147,1 milhões de quilômetros (0,9833 UA) no periélio e um máximo de 152,1 milhões de quilômetros (1,017 UA) no afélio (em torno de 4 de julho). A luz solar demora aproximadamente 8 minutos e 18 segundos para chegar à Terra.
A energia do Sol, na forma de luz solar, é armazenada em glicose por organismos vivos através da fotossíntese, processo do qual, direta ou indiretamente, dependem todos os seres vivos que habitam nosso planeta. A energia do Sol também é responsável pelos fenômenos meteorológicos e o clima na Terra.
Nossa estrela possui uma temperatura de superfície de aproximadamente 5780 K (kelvin), o que lhe confere uma cor branca (apesar de ser visto como amarelo no céu terrestre, o que se deve à dispersão dos raios luminosos na atmosfera).
O raio do Sol é medido do centro solar até o limite da fotosfera. Essa última é simplesmente uma camada acima do qual os gases são frios ou pouco densos demais para radiar luz em quantidades significativas, sendo a superfície, portanto, mais facilmente identificável a olho nu.
O interior solar possui três regiões diferentes: o núcleo, onde se produzem as reações nucleares que transformam a massa em energia por meio da fusão nuclear; a zona radiativa e a zona de convecção. Acredita-se que o núcleo do Sol estende-se do centro solar até 0,2 a 0,25 raios solares.
O centro do Sol possui uma densidade de até 150 g/cm³, 150 vezes a densidade da água na Terra, e uma temperatura de cerca de 13.600.000 K.
Atualmente, e durante grande tempo da vida solar, a maior parte da energia produzida pelo Sol é gerada por fusão nuclear, convertendo hidrogênio em hélio. O núcleo solar é a única parte do Sol que produz energia em quantidade significativa via fusão.
O restante do Sol é aquecido pela energia transferida do núcleo para as regiões externas. Toda a energia produzida pela fusão precisa passar por várias camadas até a fotosfera, antes de escapar para o espaço como luz solar.
A fusão de hidrogênio ocorre primariamente segundo uma cadeia de reações chamada de cadeia próton-próton, resumidas na seguinte fórmula:
4 ¹H → 4He + 2 e+ + 2 νe + 2 γ (26,7 MeV)
Isto é, quatro prótons livres se fundem produzindo um núcleo de hélio e liberando dois pósitrons, dois neutrinos e dois raios gama com uma energia total de 26,7 MeV (mega elétron-volt) por reação.
O Sol possui cerca de 8,9 x 1056 núcleos de hidrogênio (prótons livres), com a cadeia próton-próton ocorrendo 9,2 x 1037 vezes por segundo no núcleo solar. Visto que esta reação utiliza quatro prótons, cerca de 3,7 x 1038 prótons (ou 6,2 x 1011 kg) são convertidos em núcleos de hélio a cada segundo.
Essa reação converte 0,7% da massa fundida em energia e, como consequência, cerca de 4,26 milhões de toneladas métricas por segundo são convertidos em 383 yotta-watts (3,83 x 1026 W) ou 9,15 x 1010 megatoneladas de TNT de energia por segundo, segundo a equação de equivalência de massa e energia, E=mc², de Albert Einstein.
A densidade de potência é de cerca de 194 µW/kg de matéria. Em comparação, o calor produzido pelo corpo humano é de 1,3 W/kg, cerca de 600 vezes maior do que no Sol, por unidade de massa.
O Sol produz relativamente pouca energia, a uma taxa de 0,272 W/m³. Surpreendentemente, essa potência é muito inferior àquela gerada por uma vela acesa. A potência de uma vela acesa típica é de 10 a 100 W.
Os fótons de alta energia (raios gama) gerados pela fusão nuclear são absorvidos por núcleos presentes no plasma solar e re-emitidos novamente em uma direção aleatória, dessa vez com uma energia um pouco menor. Depois são novamente absorvidos e o ciclo se repete. Como consequência, a radiação gerada pela fusão nuclear no núcleo solar demora muito tempo para chegar à superfície.
Estimativas do tempo de viagem variam entre 10 a 170 mil anos. Após passar pela camada de convecção até a superfície “transparente” da fotosfera, os fótons escapam como luz visível. Cada raio gama no núcleo solar é convertido em vários milhões de fótons visíveis antes de escaparem ao espaço.
Sol. A luz solar é a principal fonte de energia da Terra
A potência que o Sol deposita por unidade de área diretamente exposta para luz solar e chamada de constante solar. A constante solar é igual a aproximadamente 1 368 W/m² a 1 UA do Sol, ou seja, na órbita da Terra, sendo que o planeta recebe por segundo 50.000.000 GW.
Porém, a luz solar que atinge o solo é atenuada pela atmosfera terrestre, diminuindo a potência recebida por unidade de área para aproximadamente 1 000 W/m², em um dia céu claro. A atmosfera terrestre no nível do mar possui uma densidade de partículas de 2 x 1025 m−3.
A luz solar é indispensável para a manutenção de vida na Terra. Ela é responsável pela manutenção da água no estado líquido, condição indispensável para permitir vida como se conhece, e, por meio de fotossíntese em certos organismos (utilizando água e dióxido de carbono CO2 ), produz o oxigênio (O2) e compostos orgânicos mais complexos (como glicose) que são utilizados por tais organismos, bem como por outros que venham a se alimentar desses.
A energia solar também pode ser capturada através de células solares, para a produção de eletricidade ou por coletores solares para produzir aquecimento. Mesmo os combustíveis fósseis, tais como petróleo e seus derivados, foram produzidos pela luz solar, via fotossíntese, em um passado distante.
