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1. ENERGIA EÓLICA
Para garantir o estilo de vida contemporâneo sem agravar a poluição e o aquecimento
global, as energias alternativas despertam cada vez mais interesse. Ambientalmente
responsável, o uso de fontes “limpas” de energia ainda permite economizar com a
conta de luz todo mês, o que as torna ainda mais desejáveis.
A energia eólica, proveniente dos ventos, é uma das principais soluções para a
obtenção de uma energia limpa, criada sem detritos ou conseqüências negativas para
nosso meio ambiente. A vista das vastas "fazendas", formadas por inúmeros
geradores eólicos, parecidos com gigantes moinhos de vento, já é familiar em
algumas partes do país, como no nordeste onde realizam a captação de energia.
Porém, é possível ter geradores de menor porte, para abastecer fazendas, granjas,
chácaras, hotéis, condomínios residenciais, indústrias, postos de combustíveis e
muito mais. Apesar de geradores eólicos de pequeno porte serem pouco utilizados no
país, todos os estudos demonstram que essa solução ganhará muita força nesta nova
década.
Praticamente inexistem pontos contra os geradores eólicos de pequeno porte.
O ruído gerado pelas que as pás é mínimo pois os fabricantes trabalharam a
aerodinâmica de tal forma que isso se tornou uma questão secundária.
A possibilidade de a rotação da hélice atrair passarinhos e morcegos causando dano
ambiental é também ínfima, sendo contrabalançada pelo uso de cores fortes
(vermelho, azul, verde, etc) no último terço das pás de hélices.
1.1 Fundamentos para Implantação de um Sistema Eólico / Solar
Para a implantação de um Sistema Eólico / Solar, não basta apenas a escolha e
aquisição de Geradores Eólicos, Torres, Painéis Solares, Controladores, Inversores, etc.
É importante a estruturação de um acurado projeto e uma análise da disponibilidade e
tipos de ventos, bem como da incidência de sol.
Nossa empresa adota diversos passos para a implantação de um sistema gerador de
energia eólica e solar, conforme descrevemos a seguir:
1.1.1 Sensoriamento Remoto Orbital - Eólico e Solar
Trabalho Planimétrico: de escala cartográfica 1:10.000, são usadas imagens de satélites com
resolução espacial de 1,0m. Mapa escalonado com curvas de nível, apresentando o Fator de
Forma de Weibull Anual.
Altimetria: são utilizados dados de RADAR SRTM e Modelos Digitais ASTER-GDEM dos quais
são gerados mapas hipsométricos, declividades e de superfície, para extração de modelos de
rugosidade local.
Insumos Orbitais: Para uso dos insumos orbitais, são realizados os serviços de:
georreferenciamento, ortoretificação, mosaicagem, composição colorida, correções geométricas
e radiométricas, filtragens (realce e contraste), geração de modelo digital de terreno, extração
de curvas de nível, mapeamento em até 10 (dez) classes em escala 1:5.000.
Posicionamento das Rosas dos Ventos - Sobreposto ao relevo sombreado, apresentando as
Freqüências e Direções dos ventos predominantes.
1.1.2 Micrositing
Lay-out Sistema Eólico: em escala cartográfica 1:500, são usadas imagens de satélites com
resolução espacial de 1,0m e definidas localização das torres eólicas conforme rugosidade do
terreno, estabilidade térmica atmosférica e arrasto aerodinâmico.
Lay-out Sistema Solar: em escala cartográfica 1:500, são usadas imagens de satélites com
resolução espacial de 1,0m e definida a localização dos conjuntos de placas solares conforme
rugosidade do terreno, localização de cada conjunto (bateria) de painéis fotovoltaicos em
relação ao ponto ideal de incidência solar, bem como, em caso de automação da
movimentação dos painéis, o melhor percurso de guinada.
1.1.3 Projeto de Especificação dos Geradores Eólicos e Painéis Solares
Geradores Eólicos: desenvolvimento de projeto com a especificação dos Geradores Eólicos,
sua potência em conformidade com a exigência de cargas e dimensionamento das torres,
controladores, inversores e baterias.
Painéis Solares: desenvolvimento do projeto com a especificação dos Painéis Solares em
atendimento as cargas exigidas e dimensionamento das bases e suportes em conformidade
com a rugosidade do terreno, inversores e baterias. (O Projeto de Especificação de
Equipamentos somente poderá ser executado após o desenvolvimento do micrositing).
1.1.4 Projeto de Engenharia Elétrica
Projeto Elétrico: desenvolvimento do Projeto Elétrico com a especificação dos Quadros de
Comando, Subestação, Distribuição da Rede Elétrica, Cablagem, Minuterias e Baterias.
1.1.5 Obras Civis
Projeto de Obras Civis: desenvolvimento do Projeto de Fundações para a implantação das
torres e suportes, subestação e projetos correlatos.
Execução de Obras Civis: execução das obras de Fundações, Ancoragem e Fixação das Torres
Eólicas, Construção de Valas, Subestação, Abrigo de Baterias, Casa de Quadros de Comando
e outras.
1.1.6 Instalação dos Equipamentos
Geradores Eólicos: instalação das torres de fixação dos equipamentos, levantamento dos
rotores e hélices.
Painéis Solares: instalação dos suportes de fixação dos painéis solares e acessórios.
Painéis de Controle: instalação dos Painéis de Controle.
Subestação: instalação dos equipamentos da subestação e transformadores.
1.1.7 Projeto Executivo
Projeto executivo completo de implantação do parque de geração de energia.
1.1.8 Comissionamento
Serviço de testes dos equipamentos instalados e start-up da sua operação.
1.1.9 Gestão de Implantação de Parque Híbrido
Faz parte do escopo dos serviços da Obenlux Power a realização dos Serviços de Gestão para
a implantação do Parque Híbrido.
Compõem os serviços, todo o gerenciamento e supervisão das obras, montagens e instalações
até o comissionamento do Parque Híbrido e entrega do mesmo em plano funcionamento.
1.1.10 Assistência Técnica
Após a entrega do Parque Híbrido a Obenlux realiza a Prestação de Assistência Técnica para a
prestação de manutenção preventiva e corretiva de todos os equipamentos.
Nossa empresa mantém um estoque mínimo de peças e componentes de reposição para
atender a quaisquer emergências técnicas.
1.1.11 Operação do Sistema
A Obenlux Power possui uma equipe plenamente capacidade para realizar a Operação de
Sistemas de Geração de Energia de Hidrelétrica, Termelétrica, Parques Eólicos e Parques
Solares.
1.2 Um Pouco da História
Com o avanço da agricultura, o homem necessitava cada vez mais de ferramentas que o
auxiliassem nas diversas etapas do trabalho. Tarefas como a moagem dos grãos e o
bombeamento de água exigiam cada vez mais esforço braçal e animal. Isso levou ao
desenvolvimento de uma forma primitiva de moinho de vento, utilizada no beneficiamento dos
produtos agrícolas, que constava de um eixo vertical acionado por uma longa haste presa a ela,
movida por homens ou animais caminhando numa gaiola circular. Existia também outra
tecnologia utilizada para o beneficiamento da agricultura onde uma gaiola cilíndrica era
conectada a um eixo horizontal e a força motriz (homens ou animais) caminhava no seu interior.
Esse sistema foi aperfeiçoado com a utilização de cursos d’água
como força motriz surgindo, assim, as rodas d’água. Historicamente,
o uso das rodas d’água precede a utilização dos moinhos de ventos
devido a sua concepção mais simplista de utilização de cursos
naturais de rios como força motriz. Como não se dispunha de rios
em todos os lugares para o aproveitamento em rodas d’água, a
percepção do vento como fonte natural de energia possibilitou o
surgimento de moinhos de ventos substituindo a força motriz
humana ou animal nas atividades
O primeiro registro histórico da utilização da energia eólica para bombeamento de água e
moagem de grãos através de cata-ventos é proveniente da Pérsia, por volta de 200 A.C.. Esse
tipo de moinho de eixo vertical veio a se espalhar pelo mundo islâmico sendo utilizado por
vários séculos. Acredita-se que antes da invenção dos cata-ventos na Pérsia, a China (por
volta de 2000 A.C.) e o Império Babilônico (por volta 1700 A.C) também utilizava cata-ventos
rústicos para irrigação.
Mesmo com baixa eficiência devido a suas características, os cata-ventos primitivos
apresentavam vantagens importantes para o desenvolvimento das necessidades básicas de
bombeamento d’água ou moagem de grãos, substituindo a força motriz humana ou animal.
Pouco se sabe sobre o desenvolvimento e uso dos cata-ventos primitivos da China e Oriente
Médio como também dos cata-ventos surgidos no Mediterrâneo. Um importante
desenvolvimento da tecnologia primitiva foram os primeiros modelos a utilizarem velas de
sustentação em eixo horizontal encontrados nas ilhas gregas do Mediterrâneo.
Na Europa, a introdução dos cata-ventos ocorreu no retorno das Cruzadas há 900 anos. Os
cata-ventos foram largamente utilizados e seu desenvolvimento bem documentado. As
máquinas primitivas persistiram até o século XII quando começaram a ser utilizados moinhos
de eixo horizontal na Inglaterra, França e Holanda, entre outros países.
Os moinhos de vento de eixo horizontal do tipo
“holandês” foram rapidamente disseminados em
vários países da Europa. Durante a Idade
Média, na Europa, a maioria das leis feudais
incluía o direito de recusar a permissão à
construção de moinhos de vento pelos
camponeses, o que os obrigava a usar os
moinhos dos senhores feudais para a moagem
dos seus grãos. Dentro das leis de concessão
de moinhos também se estabeleceram leis que
proibiam a plantação de árvores próximas ao
moinho assegurando, assim, o “direito ao vento”.
Os moinhos de vento na Europa tiveram, sem
dúvida, uma forte e decisiva influência na
economia agrícola por vários séculos. Com o
desenvolvimento tecnológico das pás, sistema
de controle, eixos etc, o uso dos moinhos de
vento propiciou a otimização de várias
atividades utilizando-se a força motriz do
vento.
Na Holanda, entre os séculos XVII a XIX, o
uso de moinhos de vento em grande escala
esteve amplamente relacionado com a
drenagem de terras cobertas pelas águas. A
área de Beemster Polder, que ficava três
metros abaixo do nível do mar, foi drenada
por 26 moinhos de vento de até 50 HP cada,
entre os anos de 1608 e 1612. Mais tarde, a
região de Schermer Polder também foi
drenada por 36 moinhos de vento durante
quatro anos, a uma vazão total de
1.000m3/min.
Os moinhos de vento na Holanda tiveram uma grande variedade de aplicações. O primeiro
moinho de vento utilizado para a produção de óleos vegetais foi construído em 1582. Com o
surgimento da imprensa e o rápido crescimento da demanda por papel, foi construído, em 1586,
o primeiro moinho de vento para fabricação de papel. Ao fim do século XVI, surgiram moinhos
de vento para acionar serrarias para processar madeiras provenientes do Mar Báltico. Em
meados do século XIX, aproximadamente 9.000 moinhos de vento existiam em pleno
funcionamento na Holanda.
O número de moinhos de vento na Europa nesse período mostra a importância do seu uso em
diversos países como a Bélgica (3.000 moinhos de vento), Inglaterra (10.000 moinhos de vento)
e França (650 moinhos de vento na região de Anjou).
1.3 Recursos Tecnológicos
Na última década a geração de energia eólica para geração elétrica expandiu-se de forma
acelerada, atingindo a escala de gigawatts. Até então, um dos fatores que limitavam o
crescimento de empreendimentos eólicos era a falta de dados consistentes e confiáveis a
respeito do comportamento dos ventos.
Deve-se levar em conta que uma parte significativa dos registros anemométricos disponíveis
pode ser mascarada por influências aerodinâmicas de obstáculos, relevo e rugosidade.
Assim, a disponibilidade de dados representativos é importante no caso brasileiro, que ainda
não explorou com intensidade esse recurso abundante e renovável.
ESTUDO DO TERRITÓRIO NACIONAL
ENERGIA EÓLICA
Variação Média Anual dos Ventos
Nos últimos três anos, com a disponibilidade de dados fornecidos pela NASA e outros
importantes órgãos mundiais foi possível a estruturação do MesoMap, um abrangente
sistema de software de modelamento numérico dos ventos de superfície. Esse sistema
simula a dinâmica atmosférica dos regimes de vento e variáveis meteorológicas correlatas, a
partir de amostragens representativas de um banco de dados validado para o período
1983/2010.
O sistema inclui condicionantes geográficas como o relevo, a rugosidade induzida por
classes de vegetação e uso do solo, as interações térmicas entre a superfície terrestre e a
atmosfera, inclusive efeitos do vapor d'água presente.
Essas simulações são balizadas por referências existentes, tais como grades de dados
meteorológicos resultantes de re-análises, radiossondagens, vento e temperatura medidos
sobre o oceano e medições de vento de superfície realizadas regionalmente em território
brasileiro.
Entre estas últimas, são selecionadas apenas as medições com qualidade adequada para
referenciar o modelo ou referências coerentes representativas de grandes áreas.
Os resultados dessas simulações são apresentados em mapas temáticos, que representam
os regimes médios de vento (velocidade, direções predominantes e parâmetros estatísticos
de Weibull) e fluxos de potência eólica na altura de até 50m, na resolução horizontal de 1km
x 1km.
Além da indicação das melhores áreas de potencial eólico no território nacional e das
principais características de vento (direções predominantes, regimes diurnos, fatores
estatísticos de Weibull), foi realizada a integração de áreas de potencial com uso de
ferramentas de geoprocessamento, a partir de premissas conservadoras.
ESTUDO ÁREA LOCALIZADA EM MARINGÁ - PR
ESTUDO DO POTENCIAL EÓLICO
1.2 Fundamentos da Energia Eólica
1.2.1 Origem
O vento – atmosfera em movimento – tem sua origem na associação entre a energia solar e a
rotação planetária. Todos os planetas envoltos por gases em nosso sistema solar demonstram
a existência de distintas formas de circulação atmosférica e apresentam ventos em suas
superfícies. Trata-se de um mecanismo solar-planetário permanente; sua duração é
mensurável na escala de bilhões de anos. O vento é considerado fonte renovável de energia.
1.3 Princípios e Tecnologia
Uma turbina eólica capta uma parte da energia cinética do vento que passa através da área
varrida pelo rotor e a transforma em energia elétrica. A potência elétrica é função do cubo da
velocidade de vento v:
A absorção de energia cinética reduz a velocidade do vento à jusante do disco do rotor.
Gradualmente, essa velocidade recupera-se ao misturar-se com as massas de ar
predominantes do escoamento livre.
Das forças de sustentação aerodinâmica nas pás do rotor resulta uma esteira helicoidal de
vórtices, a qual também gradualmente dissipa-se. Após alguma distância a jusante da turbina, o
escoamento praticamente recupera as condições de velocidade originais e turbinas adicionais
podem ser instaladas, minimizando as perdas de desempenho causadas pela interferência da
turbina anterior.
Na prática, essa distância varia com a velocidade do vento, as condições de operação da
turbina, a rugosidade de terreno e a condição de estabilidade térmica vertical da atmosfera.
Por se mostrar uma forma de geração praticamente inofensiva ao meio ambiente, sua
instalação simplificou os minuciosos e demorados estudos ambientais requeridos pelas fontes
tradicionais de geração elétrica, bastando, em muitos casos, aos poderes concedentes a
delimitação das áreas autorizadas para sua instalação. Esse último fato, aliado às escalas
industriais de produção de turbinas, tornaram a geração eólio-elétrica uma das tecnologias
maior crescimento na expansão da capacidade geradora.
2. ENERGIA SOLAR
A Energia produzida pelo Sol é convertida em energia útil por seres humanos, quer para a
produção de eletricidade que é uma das suas principais aplicações.
Anualmente, o Sol produz 4 milhões de vezes mais energia do que consumimos, para o seu
potencial é ilimitado.
Em apenas um segundo o sol produz mais energia (internamente) que toda energia usada
pela humanidade desde o começo dos tempos. Uma outra forma de se exprimir esta imensa
grandeza energética, basta dizer que a energia que a terra recebe por ano vinda do sol,
representa mais que 15000 vezes o consumo mundial anual de energéticos.
Quinze por cento da energia emitida pelo sol que chega a terra é refletida de volta para o
espaço. Outros 30% são perdidos na evaporação da água a qual sobe para a atmosfera
produzindo chuva. A energia solar é também absorvida pelas plantas, pela terra e oceanos. A
energia restante, para manter o equilíbrio energético do planeta, deve então ser emitida sob a
forma de radiação térmica.
A energia solar está disponível de forma absolutamente gratuita, porém o seu aproveitamento
ainda limitado. O problema é que a energia solar apresenta-se sob a forma disseminada e a
sua captação, pelo menos para potências elevadas, requer instalações complexas e
dispendiosas.
O aproveitamento da energia solar poderá, em médio prazo tornar-se como a grande solução
para todos os problemas energéticos da nossa sociedade.
Devido às grandes vantagens que possui, não só econômicas, como ambientais, a energia
solar - uma fonte limpa e inesgotável - se apresenta cada dia mais como a grande solução
energética para o planeta. Esta nova alternativa tem crescido significativamente durante os
últimos anos, devido à crise do petróleo e das hidrelétricas.
Com o intuito de difundir esta idéia, educar e tirar dúvidas sobre o uso de energia solar no
Brasil, está sendo desenvolvido o projeto “Cidades Solares”. Trata-se de uma parceria entre a
ONG sócio-ambiental “ Vitae Civilis” e a Abrava-Associação Brasileira de Refrigeração e Ar
Condicionado. O conceito de Cidade Solar já é conhecido no mundo todo e é composto de
diversas iniciativas que incluem incentivos financeiros, legislações, diretrizes e normas para a
promoção do uso de tecnologias solares.
2.1 Vantagens da energia solar
A energia solar não polui durante seu uso. A eventual poluição decorrente da
fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é
totalmente controlável.
As centrais solares necessitam de mínima manutenção.
Os painéis solares são a cada dia mais potentes e o seu custo de fabricação vem
decaindo a cada ano, transformando a energia solar numa solução economicamente
viável.
A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua
instalação em pequena escala não exige enormes investimentos em infra-estrutura e
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 procura energética nestes e conseqüentemente a
perda de energia que ocorreria na transmissão.
2.2 Desvantagens da Energia Solar
Existe variação na quantidade de energia produzida, de acordo com a situação
climática (chuvas, neve, névoa, etc), além de que durante a noite não existe produção
alguma, o que exige meios de armazenamento da energia produzida (baterias)
durante o dia, em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de
transmissão de energia.
Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da
Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno
devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com freqüente
cobertura de nuvens (Londres) tendem a ter variações diárias de produção de acordo
com o grau de nebulosidade.
2.2 Células Fotovoltaicas
As células fotovoltaicas que constituem os painéis solares são fabricadas, em sua maioria,
usando o silício (Si), podendo ser constituídas de cristais monocristalinos, policristalinos ou
de silício amorfo.
Elas são dispositivos que possuem a particularidade de converterem a energia solar em
energia elétrica. São usadas como geradoras de electricidade ou como sensores de
intensidade luminosa.
Atualmente a eficiência das células fotovoltaicas ainda é reduzida, porém existe um
acelerado processo de desenvolvimento de células de alta eficiência com ótimos resultados.
É uma forma obtenção de energia elétrica sem criar resíduos, daí o nome de energia limpa.
O efeito fotovoltaico foi descoberto em 1839 por Edmond Becquerel. Entretanto, só após
1883 é que as primeiras células fotoelétricas foram construídas, por Charles Fritts, que cobriu
o selénio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar
junções.
O conjunto de células fotoelétricas é denominado painél solar fotovoltaico e seu uso
atualmente é bastante comum em lugares afastados da rede elétrica convencional.
2.2.1 Principais Tipos de Células Solares
Mono-cristalina
Trata-se da primeira geração de célula fotovoltaica. O seu rendimento elétrico é relativamente
elevado (aproximadamente 16%, podendo subir até cerca de 23% em laboratório), mas as
técnicas utilizadas na sua produção são complexas e caras.
Por outro lado, é necessária uma grande quantidade de energia no seu fabrico, devido à
exigência do uso de materiais em estado muito puro e com uma estrutura de cristal perfeita.
A fabricação da célula de silício começa com a extração do cristal de dióxido de silício. Este
material é desoxidado em grandes fornos, purificado e solidificado. Este processo atinge um
grau de pureza em 98 e 99% o que é razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energético
x custo. Este silício para funcionar como células fotovoltaicas necessita de outros dispositivos
semicondutores e de um grau de pureza maior que deve chegar a faixa de 99,9999%.
Poli-cristalina
A célula poli-cristalina tem um custo de produção inferior por necessitarem menor quantidade
de energia para sua fabricação mas apresentam um rendimento elétrico inferior (entre 11% e
13%, obtendo-se até 18% em laboratório). Esta redução de rendimento é causada pela
imperfeição do cristal, devido ao sistema produtivo.
O processo de pureza do silício utilizado na produção das células poli-cristalinas é similar ao
adotado para se obter o Poli-cristalino, obtendo-se desta forma, níveis de eficiência
compatíveis, com menores rigores de controle.
Silício Amorfo
A células de silício amorfo e a que apresenta o custo mais baixo para sua fabricação mas em
contrapartida, o seu rendimento elétrico é o mais reduzido (aproximadamente 8% a 10%, ou
13% em laboratório). As células de silício amorfo são películas muito finas, o que permite
serem utilizadas como material de construção, tirando ainda o proveito energético.
A célula de silício amorfo difere-se das demais estruturas cristalinas por apresentar alto grau
de desordem na estrutura dos átomos que a compõem. A utilização de silício amorfo em
fotocélulas, tem demonstrado grandes vantagens, tanto nas propriedades elétricas, quanto no
processo de fabricação.
Por apresentar uma absorção da radiação solar na faiIxa do visível e podendo ser fabricado
mediante a deposição de diversos tipos de substratos, o silício amorfo vem se mostrando
uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo.
Mesmo apresentando um baixo custo de produção, o silício amorfo apresenta duas
desvantagens:
a) – Baixa eficiência na conversão de energia, comparativamente as células mono e
poli-cristalinas de silício;
b) – São afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de
operação, reduzindo assim a sua aficiência ao longo da sua vida útil.
2.2 Análise Solarimétrica
A radiação solar é composta de ondas eletromagnéticas curtas emitidas pelo Sol,
responsáveis pelo aquecimento terrestre. A radiação solar é parcialmente refletida pelo
Planeta Terra. A partir da irradiância emergente no topo tenta-se avaliar a irradiância global à
superfície. Existem dois pontos de vista básicos para estimar a irradiância global à superfície.
Os "modelos estatísticos" procuram ajustar a irradiância emergente no topo da atmosfera com
dados de "verdade terrestre" fornecidos por redes solarimétricas, através de alguma função
empírica. Estes modelos são dependentes da existência de uma rede solarimétrica de
referência para avaliar coeficientes de ajuste, e tem validade apenas regional. Seus
coeficientes podem variar no tempo e precisam de validação sistemática.
Para um perfeito levantamento da incidência solar em determinada região, são realizados
estudos solarimétricos. As informações solarimétricas de caráter numérico são obtidas através
de estudos realizados por satélites orbitais meteorológicos e fotográficos.
A conscientização de que a maioria dos recursos, sejam eles energéticos ou não, são finitos,
tem aberto espaço para tentar equacionar a relação do homem com a natureza em termos de
uma melhor e mais harmônica convivência.
A tecnologia solar e mais particularmente as mudanças culturais que essa tecnologia promove
podem proporcionar uma importante contribuição na direção do desenvolvimento sustentável.
De acordo com o Relatório da Comissão Bruntland "Our common future", apresentado em
1987, " desenvolvimento sustentável consiste em satisfazer as necessidades do presente sem
comprometer a capacidade das gerações futuras de atender suas próprias demandas".
O tema da solarimetria é bastante complexo. As tarefas são imensas, os recursos humanos e
materiais disponíveis, pequenos. Medir o recurso solar implica empreender o árduo labor de
instalar, medir, processar e disponibilizar os dados de forma adequada e permanente, da
mesma forma que é feito com outras grandezas relativas ao clima. Nesse sentido, o recurso
solar precisa ainda ganhar status equivalente a outras variáveis meteorológicas, cuja medição
é considerada indispensável para atender as necessidades da sociedade e economia
modernas. (Chigueru Tiba / Naum Fraidenraich - Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas
de Energia Depto de Energia Nuclear UFPE Recife - PE Brasil)
Para a obtenção de informações solarimétricas confiáveis, além do uso de satélites, são
utilizados vários equipamentos de precisão, alguns dos quais descrevemos:
a) Heliógrafo do tipo Campbell-Stokes
Produzem informações sobre a insolação diária. Nestes
equipamentos, a convergência dos raios solares sobre uma faixa de
papel queima, ao longo do dia, um certo comprimento, que é
utilizado para quantificar as horas de brilho do Sol. A queima ocorre
quando a radiação solar direta supera um limiar variável de 100 a
200 W/m2, que depende da localização geográfica do equipamento,
do clima e do tipo da faixa de papel utilizada para o registro. Com o
equipamento adequadamente instalado, com a utilização de faixa de
papel apropriada, o limiar é igual a 120 W/m2. Mediante o uso de
correlações simples, com coeficientes apropriados, as séries
históricas da insolação podem ser utilizadas para estimar radiação
solar diária, média mensal ou anual, com erros mínimos da ordem de
10%.
b) Actinógrafo Bimetálico
Actinógrafo bi-metálico é um equipamento destinado à medição
da radiação solar global sobre um plano horizontal. Consiste
basicamente de uma vareta bimetálica enegrecida, presa em um
extremo e livre no outro. Quando iluminado, o par bi-metálico
absorve a luz e se curva na extremidade livre, devido a diferença
no coeficiente de dilatação dos metais. Tal curvatura gera um
movimento na extremidade livre, transmitido mecanicamente a
uma pena, que risca uma faixa de papel enrolada num tambor
que gira à velocidade constante, controlado e acionado por um
mecanismo de relojoaria. Conforme diversos autores, os erros de
medida para valores diários não são inferiores a 10%, mesmo
com calibração mensal. No entanto, erros da ordem de 15% são
bastante freqüentes. Além disso, devem-se somar os erros de
leitura das faixas de papel.
Estes equipamentos geram dados de radiação solar global diária,
com erros no intervalo de 15 a 20%, quando houver uma
manutenção razoável.
c) Piranômetro
O Piranômetro é um equipamento destinado a medir a radiação
solar global e difusa. Existem diferentes tipos de piranômetros,
porém reportaremos aqui somente os piranômetros do tipo
termoelétrico "black and white", pois a maioria dos equipamentos
instalados no Brasil é deste tipo. O elemento sensível deste
instrumento é uma pilha termoelétrica (conjunto de pares
termoelétricos interligados em série).
A junção quente da termopilha encontra-se em contato com a
superfície de um detector (superfície exposta à radiação solar),
pintado alternativamente de branco e preto . Os piranômetros
mais difundidos desse tipo são o modelo 8-48 "Black and White"
da Eppley e "Star" da Ph.Schenk. Estes piranômetros acoplados
a integradores eletrônicos, realizam medidas da radiação solar
global diária com erros da ordem de 5%, desde que todos os
procedimentos de manutenção e calibração periódica (no mínimo
01 vez por ano) sejam seguidos.
d) Piroheliômetro
O Piroheliômetro é o instrumento utilizado para medir a radiação direta.
Ele possui uma pequena abertura de forma a "ver" apenas o disco solar e
a região vizinha, denominada circumsolar. O ângulo de aceitação é da
ordem de 6º e o instrumento segue o movimento do Sol, que é
permanentemente focalizado na região do sensor. Em geral, se utiliza
uma montagem equatorial com movimento em torno de um único eixo,
que é ajustado periodicamente para acompanhar a mudança do ângulo de
declinação do Sol.
O fato do Piroheliômetro ter um ângulo de aceitação que permite medir a
radiação circumsolar pode levar a certos equívocos com relação à
intensidade da radiação direta que incide e é aceita por coletores
concentradores, cujo ângulo de aceitação habitualmente é menor que o
ângulo de aceitação do instrumento.
2.3 Metodologia das Medidas
As medidas realizadas com piranômetros são diretas e não requerem qualquer discussão de
caráter metodológico, exceto à referente aos procedimentos adequados para sua instalação e
requisitos de manutenção e aferição periódica.
Os Actinógrafos do tipo Robitzsch-Fuess requerem procedimentos de instalação e calibração
muito trabalhosos. A sua calibração é pouco estável, a sensibilidade depende da posição do
Sol e da intensidade da radiação.
Por tal motivo, deve ser aferido com uma periodicidade muito grande (mensal) para que possa
medir com uma precisão razoável. Adicionalmente, o sensor deste instrumento não tem
resposta plana e não é adequadamente compensado com a temperatura. Outro aspecto a
salientar é que o registro mecânico em papel requer um processamento (planimetria) com
elevado número de homens-hora, além de ser uma tarefa extremamente tediosa. Com isso são
introduzidos (nas medidas já processadas) novos erros que aumentam a incerteza da
estimativa do recurso solar.
3. SISTEMA HÍBRIDO SOLAR / EÓLICO
Na maioria dos países em desenvolvimento, as características da demanda de energia no
setor rural, especialmente baixa densidade populacional e limitado poder aquisitivo, elevados
investimentos em rede de distribuição e baixo consumo de energia dificultam a expansão
desta do suprimento de eletricidade. Muitos estudos têm relatado que sistemas
descentralizados, e sua inserção no processo de energização rural, podem superar estas
dificuldades.
Nossa empresa realiza intensos trabalho para a elaboração de projetos visando a geração
descentralizada de energia elétrica com a utilização de sistema eólico-fotovoltáico. Ela
atende ao planejamento descentralizado e ao suprimento energético de localidades situadas
em áreas isoladas, pequenas comunidades rurais, propriedades agrícolas, escolas isolas,
postos de saúde, cooperativas, condomínios residenciais, condomínios empresariais,
indústrias, etc.
São realizadas criteriosas análises técnicas que consideram as variáveis mais significativas
do sistema eólico-fotovoltáico, visando o dimensionamento personalizado de cada sistema.
Uma característica importante do modelo de simulação é considerar a variabilidade e a
disponibilidade do recurso solar numa base horária. Desta forma, situações e condições
muito próximas daquelas que realmente ocorrem podem ser simuladas.
Com o algoritmo de cálculo empregado, são determinadas, dentre outras, as seguintes
quantidades:
Fator de capacidade;
Fator de utilização;
Potência instalada;
Energia gerada;
Probabilidade de déficit.
Realizamos várias simulações de atendimento a diversas demandas específicas. Pelos
resultados são comprovadas as características e versatilidade intrínsecas aos modelos de
simulação.
A complementaridade deste arranjo pode ter um caráter sazonal, já que esta ocorre quando,
em certa época do ano, ocorrem ótimas condições de radiação solar e fraca intensidade de
velocidades de vento, ou vice-versa.
A integração dos recursos de radiação solar e vento, é obtida através da eletricidade por eles
gerada e armazenada em baterias eletroquímicas. Após, a energia pode ser usada nas
formas DC, diretamente, ou AC, com o auxílio de um sistema de condicionamento de
potência (inversor).
Quando a análise envolve sistemas integrados que usam recursos renováveis, em função de
suas características intrínsecas: variabilidade, baixa densidade energética, localização
específica, etc.
Assim, por causa da inconstância na ocorrência e nas quantidades, é necessário o emprego
de modelos que simulem o desempenho e o comportamento dos sistemas.
O modelo de simulação opera numa base horária, isto é, os dados relativos à radiação solar,
à velocidade do vento, à demanda e os resultados das energias envolvidas, são todos para
cada hora do dia. Os parâmetros relevantes para o sistema híbrido são aqueles utilizados
para o arranjo fotovoltáico e para o eólico.
A velocidade horária do vento constitui-se em dado de entrada e é baseada na média mensal
do local.
Outro parâmetro importante é a radiação solar incidente, a qual permite estimar a energia
disponível no local. Esta radiação é calculada através de metodologia citada e usada em
(ROSSI, 1995). Também, são necessários dados da radiação solar mensal no plano horizontal.
Com isto, é determinada a radiação efetiva que incide no plano do painel com a inclinação
desejada.
São determinados, para cada dia do ano, o fotoperíodo, a hora do nascer do sol e a hora do
pôr-do-sol. Aqui, considera-se apenas a opção painel fixo(sem rastreamento solar), pois esta
caracteriza-se como a configuração com menor custo de instalação.
Do lado da carga, faz-se o mesmo com a demanda. Ou seja, dados horários da potência
solicitada pela carga são necessários.