Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 1

A Energia solar

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 2

Forma de aproveitamentoQuase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar. Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente:

- como fonte de energia térmica

- para aquecimento de fluidos e ambientes

- para geração de potência mecânica ou elétrica

ou ser convertida em energia elétrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 3

Formas de aproveitamento● Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar,

os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica.

● No Brasil, ● o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste,

devido a características climáticas,● e o segundo, nas regiões Norte e Nordeste, em

comunidades isoladas da rede de energia elétrica.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 4

Radiação Solar● A intensidade de radiação solar influencia o aproveitamento

desse tipo de energia e depende de fatores como:● Latitude● Hora e dia do ano● Condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do

ar, etc.)

● Essa dependência e variação é um dos aspectos característicos de muitas fontes de energia alternativa e causa um aumento do custo de produção de energia.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 5

Radiação Solar● Estações do ano e movimento da Terra em torno do Sol que influencia a

duração do dia e a inclinação do sol em relação ao horizonte.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 6

Radiação Solar● A maior parte do território brasileiro está localizada relativamente próxima

da linha do Equador, de forma que não se observam grandes variações na duração solar do dia.

● Contudo, a maioria da população brasileira e das atividades socioeconômicas do País se concentra em regiões mais distantes do Equador. Em Porto Alegre, capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10 horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de dezembro, respectivamente.

● Desse modo, para maximizar o aproveitamento da radiação solar, pode-se ajustar a posição do coletor ou painel solar de acordo com a latitude local e o período do ano em que se requer mais energia. No Hemisfério Sul, por exemplo, um sistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de inclinação similar ao da latitude local.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 7

Radiação Solar

O mapa ao lado indica a estimativa de radiação solar global diária nas diversas regiões do Brasil com base em imagens de satélites. !!verificar definição de radiação solar global média!!

Fonte: ATLAS de Irradiação Solar no Brasil. 1998

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 8

Formas de aproveitamento da energia solar

● O aproveitamento da energia solar pode ser dividido em dois tipos básicos:● Aproveitamentos térmicos

– Coletor solar– Concentrador solar

● Conversão direta da energia solar em energia elétrica– Efeito fotovoltaico– Efeito termoelétrico

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 9

Coletor solar● Esquema básico de um coletor solar

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 10

Coletor solar● Esquema básico de um coletor solar

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 11

Coletor solarFuncionamento

No funcionamento de um coletor solar estão envolvidos os fenômenos de radiação, convecção e condução térmica.

- A radiação solar incide sobre o coletor,

O coletor é formado cpor um material absorsor de radiação solar (PVC pintado de preto, por exemplo) em contato com a água circulantePode haver uma superfície de vidro no lado exposto ao Sol, para aumentar a eficiência pelo efeito “estufa”, pois o vidro deixa passar a luz visível vinda do Sol, esta é transformada em infravermelho pela radiação do coletor que é bloqueada pelo vidro, refletindo assim essa energia para o coletor

O coletor é formado por um material absorsor de radiação solar (PVC ou metal pintado de preto, por exemplo) em contato com a água circulante.Pode haver uma superfície de vidro no lado exposto ao Sol, para aumentar a eficiência pelo efeito “estufa”, pois o vidro deixa passar a luz visível vinda do Sol, esta é transformada em infravermelho pela radiação do coletor que é bloqueada pelo vidro, refletindo assim essa energia novamente para o coletor

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 12

Coletor solar● Assim, a radiação solar direta (ou direta mais refletida pelo vidro) aquece a superfície

do coletor que está em contato com a água, e esta é aquecida por condução.

● Com isso, essa água torna-se mais leve (menos densa) e tende a se acumular na parte superior do coletor e por intermédio da tubulação nº 1 (saída de água quente), ela é conduzida ao reservatório, ficando armazenada na parte superior do mesmo.

● A água que é aquecida no coletor é substituída por água fria, mais pesada (mais densa), que sai da parte inferior do reservatório (através da tubulação nº 2) e entra pela parte de baixo do coletor.

● Novamente ocorre troca de calor entre o fundo do nosso coletor e a água, tornando-se mais leve e dessa maneira ela se movimenta, acumulando-se na parte superior do reservatório. Esse ciclo, que chamaremos de ciclo convectivo, repete-se continuamente.

● Os coletores residenciais comerciais geralmente empregam trocadores de calor na forma de tubos, fixados em uma placa absorvedora de radiação, com o mesmo princípio básico aqui descrito

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 13

Concentrador solar● Concentradores solares são sistemas que captam

radiação solar em áreas relativamente grandes e através de sistemas de lentes óticas concentram essa radiação em pequenas áreas, permitindo assim atingir temperaturas elevadas no fluído de aquecimento (geralmente água)

● A água aquecida a altas temperaturas forma vapor que pode gerar energia elétrica através de turbinas.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 14

Concentrador solar● Sistemas concentradores solares podem atingir

eficiência de 14 a 22% da energia solar incidente

● Como trabalham com a focalização da energia solar, precisam de um sistema de posicionamento automático das lentes, o que representa mais um custo para o sistema

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 15

Concentrador solar● Sistema

concentrador de energia solar na Califórnia, Estados Unidos com capacidade de até 80 MW.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 16

Sistema fotovoltaico● O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns

materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia).

● Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício.

● A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica.

● Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25%

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 17

Sistema fotovoltaico● Para a geração de eletricidade em escala comercial, o principal

obstáculo tem sido o custo das células solares. ● os custos de capital variam entre 5 e 15 vezes os custos unitários de

uma usina a gás natural ● Contudo, nos últimos anos tem-se observado redução nos custos de

capital. ● Os valores estão situados na faixa de US$ 200 a US$ 300 por MWh

e entre US$ 3 e US$ 7 mil por kW instalado ● Em virtude disso a maioria dos sistemas fotovoltaicos atualmente

instalados são residenciais.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 18

Sistema fotovoltaico● Esquema de sistema fotovoltaico domiciliar

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 19

●

Perdas em um sistema fotovoltaico● Energia perdida pela massa

atmosférica e pela nebulosidade

● Energia perdida pelo módulo de conversão, posicionamento em relação ao Sol e pelo controlador de carregamento

● Energia perdida pelo sistema de armazenamento (baterias)

● Energia perdida pelo inversor

Energia disponibilizada pelo sol acima da atmosfera

Energia entregue a carga

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 20

Energia solar no Brasil● Atualmente há vários projetos, em curso ou em operação, para o

aproveitamento da energia solar no Brasil, particularmente por meio de sistemas fotovoltaicos de geração de eletricidade, visando ao atendimento de comunidades isoladas da rede de energia elétrica e ao desenvolvimento regional.

● Além do apoio técnico, científico e financeiro recebido de diversos órgãos e instituições brasileiras (MME, Eletrobrás/CEPEL e universidades, entre outros), esses projetos têm tido o suporte de organismos internacionais, particularmente da Agência Alemã de Cooperação Técnica – GTZ e do Laboratório de Energia Renovável dos Estados Unidos (National Renewable Energy Laboratory) – NREL/DOE. Também a área de aproveitamento da energia solar para aquecimento de água tem adquirido importância nas regiões Sul e Sudeste do País, onde uma parcela expressiva do consumo de energia elétrica é destinada a esse fim, principalmente no setor residencial.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 21

Energia solar no BrasilAquecimento de água

● Segundo informações da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado,Ventilação e Aquecimento (ABRAVA, 2001), existiam até recentemente cerca de 500.000 coletores solares residenciais instalados no Brasil

● Somente com aquecimento doméstico de água para banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica(9), os quais poderiam ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e ambientais.

● Além disso, toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico.

Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 22

Energia solar no BrasilAquecimento de água

● Segundo informações da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado,Ventilação e Aquecimento (ABRAVA, 2001), existiam até recentemente cerca de 500.000 coletores solares residenciais instalados no Brasil

● Somente com aquecimento doméstico de água para banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica(9), os quais poderiam ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e ambientais.

● Além disso, toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico.