UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
Joel Claudiano
Marcio Knopp
Pedro Gustavo Schier
Paulo Henrique Antunes
Pierre
ENERGIA SOLAR...
2010
1 INTRODUÇÃO
O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento desta energia tanto como
fonte de calor quanto de l...
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2 DESENVOLVIMENTO
2.1 O EFEITO FOTOVOLTAÍCO
O efeito fotovoltaico, que é a base da geração direta de eletricidade a partir...
2.1.1 Evolução das células fotovoltaicas
A primeira geração de células fotovoltaicas consiste numa camada única e de
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necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e
dispô-los em materiais flexíveis, como os têxt...
seguir o sol e que se assemelham mais a um satélite do que a um edifício. Para uma
grande variedade de orientações possíve...
Princípio de funcionamento de um Painel Fotovoltaico aplicado em um
sistema residencial:
Quando o sol brilha sobre os módu...
2.1.4 Autonomia do sistema
Para manter uma TV 29” ligada por 02 horas, o que consumiria 30A, seria
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2.2.1 Tipos de grandes instalações solares
2.2.1.1 Central de Torre Solar
Em suma nestas centrais existe uma torre recepto...
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instalada de 11 MW, suficiente para abastecer cerca de oito mil habitações.
Muito mais ambicioso é o projeto australiano u...
brasileiros vivendo em localidades sem energia elétrica.
2.5 ANÁLISE DAS VANTAGENS E DESVANTAGENS
2.5.1 Vantagens:
• Reduç...
A energia solar sem duvida vai contribuir muito para o parque gerador
mundial, atualmente ainda esta em evolução, não é um...
PALZ, Wolfgang. Energia solar e fontes alternativas. São Paulo: Hemus,1981.
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Energia solar

  1. 1. UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Joel Claudiano Marcio Knopp Pedro Gustavo Schier Paulo Henrique Antunes Pierre ENERGIA SOLAR CURITIBA
  2. 2. 2010 1 INTRODUÇÃO O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento desta energia tanto como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. A energia solar é abundante e permanente, renovável a cada dia, não polui e nem prejudica o ecossistema é a solução ideal para áreas afastadas e ainda não eletrificadas, especialmente num país como o Brasil onde se encontram bons índices de insolação em qualquer parte do território. De acordo com um estudo publicado em 2007 pelo Conselho mundial de Energia, em 2100, 70% da energia consumida será de origem solar. O objetivo do trabalho é apresentar as formas de aproveitar a energia solar na geração de energia elétrica. 2
  3. 3. 3
  4. 4. 2 DESENVOLVIMENTO 2.1 O EFEITO FOTOVOLTAÍCO O efeito fotovoltaico, que é a base da geração direta de eletricidade a partir da energia solar é conhecido desde de 1839, através de estudos realizados, Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891). A utilização do efeito fotovoltaico para gerar eletricidade. baseia-se na propriedade de certos materiais existentes na natureza, denominados semicondutores, de possuírem uma banda de valência totalmente preenchida com elétrons e uma banda de condução totalmente vazia a temperaturas muito baixas. Quando os fótons da luz solar na faixa do espectro de radiação visível incidem sobre este material excitam elétrons da banda de valência enviando-os a banda de condução. A energia presente nos fótons é transferida para os átomos liberando estes elétrons com alta energia. Uma barreira consegue impedir que estes elétrons retornem a sua posição anterior podendo-se direciona-los para um circuito elétrico, gerando-se uma tensão e uma corrente elétrica. O elemento semicondutor mais utilizado atualmente é o silício. Quando se adicionam impurezas como o fósforo ou como o boro, criam-se elementos de silício com excesso (tipo N) ou com falta de elétrons (tipo P). Esses elementos podem ser combinados em uma junção pn. Quando os elétrons em excesso do lado n são excitados por fótons solares, atravessam a linha demarcatória formada na junção pn e são impedidos de retornar por uma barreira que se forma na junção. Com isso os elétrons se acumulam do lado p tornado-o um pólo negativo enquanto o lado N torna-se um pólo positivo. Quando se interliga externamente os dois pólos, através de um fio condutor, há passagem de uma corrente elétrica que tende a equilibrar os dois pólos novamente. Se a incidência dos fótons solares sobre a superfície da célula é contínua a corrente elétrica se manterá, transformando a célula em um gerador de eletricidade. 4
  5. 5. 2.1.1 Evolução das células fotovoltaicas A primeira geração de células fotovoltaicas consiste numa camada única e de grande superfície p-n diodo 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 utilizando 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 películas finas de depósitos de semicondutores. A vantagem de utilizar estas películas é a de reduzir a quantidade de materiais necessários para as produzir, bem como de custos. Atualmente (2006), existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telúrico de cádmio, copper indium selenide/sulfide. Tipicamente, as eficiências das células solares de películas são baixas quando comparadas com as de silício compacto, mas os custos de manufatura são também mais baixos, pelo que se pode atingir um preço mais reduzido por watt. Outra vantagem da reduzida massa é o menor suporte que é 5
  6. 6. necessário quando se colocam os painéis nos telhados e permite arrumá-los e dispô-los em materiais flexíveis, como os têxteis. A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores que dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células foto eletroquímicas e células de nano cristais. 2.1.2 Rendimento de um gerador fotovoltaico Vários parâmetros podem afetar o rendimento do conjunto de módulos solares fotovoltaicos, também denominado gerador fotovoltaico. O principal deles é o parâmetro radiação solar, que depende fundamentalmente da localização geográfica da instalação bem como de sua inclinação e orientação. A temperatura dos painéis o sombreamento parcial, o descasamento entre painéis, as resistências dos condutores e o estado de limpeza dos painéis também influenciam na performance do sistema gerador fotovoltaico. Os efeitos da inclinação e orientação dos painéis no rendimento do gerador dependem da razão entre a radiação direta e difusa locais. A inclinação e a orientação exata não são, no entanto, críticas, ao contrário de uma percepção freqüente de que módulos solares somente podem ser instalados em estruturas voltadas para o norte (sul no hemisfério norte), de preferência móveis para poder 6
  7. 7. seguir o sol e que se assemelham mais a um satélite do que a um edifício. Para uma grande variedade de orientações possíveis pode-se atingir um incidência de mais 95% da radiação máxima. Esta afirmação somente é válida para uma superfície livre de obstruções. Sob certas condições, uma célula solar parcialmente sombreada pode vir a atuar como uma carga, o que pode levar a um aquecimento excessivo da célula e possivelmente a destruição do módulo. Este efeito conhecido como hot spot, pode ser evitado pela instalação de diodos de bypass entre cada célula de um módulo, o que por outro lado leva a uma perda de rendimento. 2.1.3 Painéis Solares Fotovoltaicos Painéis solares fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia da luz do Sol em energia elétrica. Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células solares, assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol, são projetados e fabricados para serem utilizados em ambientes externos, sob sol, chuva e outros agentes climáticos, devendo operar satisfatoriamente nestas condições por períodos de 30 anos ou mais. Sistemas solares fotovoltaicos integrados ao envelope da construção podem ter a dupla função de gerar eletricidade e funcionar como elemento arquitetônico na cobertura de telhados, paredes, fachadas ou janelas. 7
  8. 8. Princípio de funcionamento de um Painel Fotovoltaico aplicado em um sistema residencial: Quando o sol brilha sobre os módulos solares há produção de corrente elétrica, os condutores (fios/cabos) conduzem a eletricidade dos módulos ao controlador de carga, que dirige a eletricidade para as baterias para carregá-las; As baterias acumulam a eletricidade para uso diurno ou noturno e os controladores de carga enviam corrente aos aparelhos de mesma tensão (Ex: Lâmpadas 12V); Os inversores devem ser ligados diretamente nas baterias e enviam corrente aos aparelhos de tensão diferente (ex: TV 110V); 8
  9. 9. 2.1.4 Autonomia do sistema Para manter uma TV 29” ligada por 02 horas, o que consumiria 30A, seria necessária a implantação de um módulo KC130 TM que mede cerca de 1,4x0.6m. sendo que se for excedida a capacidade informada pelo fabricante, provavelmente irá faltar energia. A COPEL (Companhia Paranaense de Energia Elétrica), esta com um projeto piloto que visa atender as comunidades mais isoladas no litoral do Paraná através de energia gerada por painéis fotovoltaicos, segundo conclusões do LabSolar da Universidade Federal de Santa Catarina para uma residência funcionar adequadamente é preciso, no mínimo, um inversor de 1500 Watts de potência, ao menos um conjunto de 08 placas solares de 210Wp, oito baterias de 220 amperes e um controlador de carga de 220 amperes, cada unidade fotovoltaica saíra em torno de R$ 40.000,00. 2.2 GRANDES INSTALAÇÕES SOLARES O número e dimensão das centrais solares fotovoltaicas têm aumentado substancialmente nos últimos anos, especialmente na Espanha, onde localizam 40 das 50 maiores centrais. 9
  10. 10. 2.2.1 Tipos de grandes instalações solares 2.2.1.1 Central de Torre Solar Em suma nestas centrais existe uma torre receptora como mostra a figura que recebe os raios refletidos por espelhos sempre orientados para o sol (helióstatos) e é arrefecida por um sal liqüefeito O sal é bombeado para o depósito "frio" a cerca de 290ºC para a torre e daí segue para o depósito "quente" a 565ºC. Este sal é utilizado para produzir vapor de água a 540ºC num gerador de vapor. Este vapor é utilizado para accionar as turbinas da central, à semelhança do que ocorre noutros tipos de centrais térmicas. 2.2.1.2 Dish Stirling Este sistema de concentrador parabólico tem uma forma muito similar a um 1
  11. 11. grande satélite, e é constituído por uma superfície, geralmente em alumínio ou prata, depositado em vidro ou em plástico, que reflete a radiação incidente para uma outra superfície de absorção, mais pequena, a que se dá o nome de Focus, pois está situado no ponto focal. A eficiência de reflexão deste tipo de espelhos é de 95%, estes coletores têm uma razão de concentração muito elevada, tendo por isso as maiores eficiências para conversão de energia solar. 2.2.1.3 Concentradores parabólicos cilíndricos “TROUGH” Os sistemas mais simples de concentradores parabólicos são os concentradores cuja forma é cilíndrica e diferencia-se dos concentradores planos pela particularidade de concentrar a radiação incidente antes de esta chegar ao absorvedor. 11
  12. 12. Estes são parabólicos somente numa dimensão e usualmente são alongados. Um concentrador parabólico cilíndrico é constituído por uma superfície espelhada encurvada de forma parabólica, que tem a função de encaminhar os raios solares para um tubo de absorção. Neste tubo circula o fluido, aquecido por convecção natural, sendo que esta circulação é efetuada através uma bomba auxiliar. Este fluido após atravessar o absorvedor é encaminhado para um permutador de calor, que permitir trocas de calor entre o fluido e água que se encontra armazenada num tanque de armazenamento térmico. 2.2.1.4 Chaminé Solar É constituído por um telhado de vidro (ou outro material transparente) que forma uma estufa, por uma chaminé e por turbinas eólicas. O ar sob um teto de vidro é aquecido por radiação solar e sobe através de 1
  13. 13. uma chaminé, o ar quente que acabou de subir é substituído pelo ar que entra pela borda do teto de vidro e, em seguida, começa a aquecer. Dessa forma o calor da radiação solar é convertido em energia cinética do ar que sobe constantemente para movimentar a turbina construída na chaminé. A turbina então converte, através de um gerador, a energia de movimentação do ar em energia elétrica. Ao contrário das centrais com espelhos refletores, o colector de vidro continua a operar com céu nublado, utilizando a radiação difusa. 2.3 ENERGIA SOLAR NO MUNDO Em 2004 a capacidade instalada mundial de energia solar era de 2,6 GW, cerca de 18% da capacidade instalada de Itaipu. Os principais países produtores, curiosamente, estão situados em latitudes médias e altas. O maior produtor mundial era o Japão, seguido da Alemanha e Estados Unidos. Entrou em funcionamento em 27 de março de 2007 a Central Solar Fotovoltaica de Serpa (CSFS), a maior unidade do gênero do Mundo. Fica situada em Portugal, numa das áreas de maior exposição solar da Europa tem capacidade 1
  14. 14. instalada de 11 MW, suficiente para abastecer cerca de oito mil habitações. Muito mais ambicioso é o projeto australiano uma central de 154 MW, capaz de satisfazer o consumo de 45 000 casas. Esta se situará em Victoria prevê-se que entre em funcionamento em 2013 com o primeiro estágio pronto em 2010. A redução de emissão de gases de estufa conseguida por esta fonte de energia limpa será de 400 000 toneladas por ano. 2.4 ENERGIA SOLAR NO BRASIL A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) começou a regulamentar a geração de energia elétrica com fontes intermitentes (energia solar fotovoltaica e eólica) somente em 2004, com a resolução 083. Este documento estabelece que o fornecimento de energia por estes sistemas deve ser feito em corrente alternada e tensão igual à usada nos sistemas de distribuição convencionais. Além disso, as concessionárias que decidirem pela utilização desta opção tecnológica deverão apresentar projeto para aprovação da Aneel, contemplando aspectos técnicos dos sistemas, procedimentos para leitura e faturamento. Conforme informa o professor de energia solar Ricardo Rüther, da Universidade Federal de Santa Catarina. “Uma casa com uma conta de aproximadamente 100 reais precisará de um sistema de dois quilowatt s de potência, que custaria em torno de 14 mil dólares”. O preço médio do watt fica entre 4 e 5 dólares, cerca de cinco vezes mais caro do que o hidrelétrico, e o desempenho varia de acordo com os índices de incidência solar de cada região. Se nas áreas cobertas pela rede elétrica o preço da energia solar ainda assusta, para as regiões mais afastadas trata-se de uma alternativa viável. Segundo dados do Ministério das Minas e Energias, existem cerca de 10 milhões de 1
  15. 15. brasileiros vivendo em localidades sem energia elétrica. 2.5 ANÁLISE DAS VANTAGENS E DESVANTAGENS 2.5.1 Vantagens: • Redução dos impactos ambientais; • A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão. • Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética, sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão. 2.5.2 Desvantagens: • Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com as condições o climáticas, além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia. • As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroelétrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja); 3 CONCLUSÃO 1
  16. 16. A energia solar sem duvida vai contribuir muito para o parque gerador mundial, atualmente ainda esta em evolução, não é uma forma de energia muito consolidada comparada a hidroeletricidade, porém para alguns casos é mais viável, em comunidades afastadas por exemplo ou onde não existam alternativas. Durante a pesquisa percebemos também que o sol pode contribuir de diversas maneiras com a economia de energia, em projetos que aproveitam melhor a iluminação natural, ou utilizando a energia do sol para o aquecimento de água, medidas simples que contribuem para a economia de energia. 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SABADY. A energia solar na habitação. Cetop,1979. 1
  17. 17. PALZ, Wolfgang. Energia solar e fontes alternativas. São Paulo: Hemus,1981. Cartilha da Energia Solar. Disponível em http://www.solarbrasil.com.br Acesso em 03/04/2010 Energia Solar. Disponível em http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar Acesso em 02/04/2010. 1

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