UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

INSTITUTO A VEZ DO MESTRE

Energia Renovável - Energia Solar

Por: Débora Costa Bezerra de Andrade

Orientador

Prof. Maria Esther de Araujo Oliveira

Rio de Janeiro

2011

2

UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

INSTITUTO A VEZ DO MESTRE

Energia Renovável - Energia Solar

Apresentação de monografia à Universidade

Candido Mendes como requisito parcial para

obtenção do grau de especialista em Gestão

Ambiental.

Por: Débora Costa Bezerra de Andrade

3

AGRADECIMENTOS

Primeiro agradeço a Deus por

me dar forças e esperanças para

continuar nessa caminhada em

busca dos meus sonhos.

Agradeço a minha família,

principalmente mãe e pai, pois

sempre que precisei estavam do

meu lado e aturando minhas

chatices.

Ao meus companheiros de

turma que participaram da minha

história e contribuíram cada um com

o seu percentual, para que minha

caminhada não fosse solitária.

4

DEDICATÓRIA

.

Dedico a meu pai e mãe por sempre me

apoiarem nos meus sonhos. Também a

meu sobrinho Gabriel, por me trazer

alegria.

5

RESUMO

As estatísticas voltadas a obtenção de energia por fontes convencionais,

apontam uma possível exaustão das reservas naturais, evidenciando a

necessidade de encontrar novas formas de energia que possam garantir no

futuro a continuidade da vida sem a necessidade de um racionamento

energético. Assim, a busca por alternativas energéticas está sendo cada vez

mais estudada e pesquisada.

Das energias não convencionais está disponíveis a energia solar, onde

constitui um processo de geração de energia limpa, segura, silenciosa, além de

ser uma fonte inesgotável.

Os principais benefícios destas instalações podem ser resumidos na

redução do valor da conta de energia elétrica, geração de energia renovável

sem agressão ao meio ambiente, sem geração de CO2, nível baixo de

manutenção, possibilidade de integração com a arquitetura da edificação e não

utiliza baterias elétricas. Porém, aspectos econômicos muitas vezes

inviabilizam suas utilizações.

O trabalho tem como objetivo mostrar os principais usos e aplicações da

energia solar, apresentando as vantagens geradas por esta atividade para o

ambiente.

6

METODOLOGIA

O presente trabalho foi realizado através de pesquisas bibliográficas em

livros, artigos científicos, dados e certificados por instituições, órgãos públicos

responsáveis pelo estudo da matriz energética brasileira, sites sobre energia

solar, aproveitamento, benefícios de sua utilização, fonte alternativas de

energia e outros pertinentes ao assunto.

7

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 08

CAPÍTULO I - Radiação Solar 10

CAPÍTULO II - Aproveitamento da Energia Solar 21

CAPÍTULO III - Impactos Socioambientais 29

CONCLUSÃO 36

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 38

ÍNDICE 42

FOLHA DE AVALIAÇÃO 44

INTRODUÇÃO

8

Por que a energia solar pode ser uma opção de sustentabilidade ambiental?

Diante da redução das reservas mundiais de petróleo e da adoção de

práticas de preservação do meio ambiente que promovem a redução do

impacto na natureza com a otimização dos recursos disponíveis, a utilização

de fontes renováveis, em grande escala, representam hoje o grande desafio do

setor energético.

O uso sustentável da energia solar representa uma fonte silenciosa, não

poluente e renovável de energia elétrica, através do aproveitamento da

radiação (calor e luz) para utilização diretamente de geração de energia

elétrica, por meio de determinados materiais, entre os quais se destacam o

termoelétrico e fotovoltaico.

O aproveitamento da energia gerada pelo sol é hoje sem dúvida uma

das alternativas energéticas limpas mais promissoras para enfrentar o novo

milênio, tendo um grande impacto na redução do consumo de eletricidade e

conseqüentemente nas emissões de gases do efeito estufa, mitigando os

impactos do aquecimento global.

O objetivo geral do trabalho é analisar o uso sustentável da energia

contida na luz do sol, podendo ser convertida em energia elétrica e

aquecimento de água, mostrando a redução do consumo de energia elétrica

através da tecnologia de painéis solar, analisando as relações existentes entre

desenvolvimento sustentável, meio ambiente, mercado e cidadania.

Descrevendo os principais componentes e os tipos de sistemas mais utilizados

nos projetos de energia solar fotovoltaica e termoelétrica.

Portanto, o resultado esperado do estudo é a transição da matriz

insustentável para uma sustentável implicando a redução do emprego de

fontes não renováveis, como o petróleo, o gás natural e minérios radioativos. O

uso sustentável da energia é como mola propulsora da economia, tendo um

papel fundamental no combate as mudanças climáticas recorrentes e redução

quase que completamente as perdas por transmissão da energia devido à

proximidade entre geração e consumo.

9

O envolvimento da população na discussão dos recursos energéticos é

a chave para a sua soberania e para a sustentabilidade, uma opção de

resistência aos modelos centralizadores de recursos e poder que impõe aos

povos altos custos econômicos, ambientais e sociais em troca do acesso a

este bem de interesse comum que é a energia e que portanto, deveria ser um

direito de todo o cidadão, assim como direito a uma vida digna em um

ambiente saudável.

CAPÍTULO I

RADIAÇÃO SOLAR

10

O Sol fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5 x 1018 kWh

de energia. Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10.000 vezes

o consumo mundial de energia neste período. Este fato vem indicar que além

de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, a radiação solar

constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial

de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em energia

elétrica.

A radiação solar depende também das condições

climáticas e atmosféricas. Somente parte da

radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à

reflexão e absorção dos raios solares pela

atmosfera. Mesmo assim, estima-se que a energia

solar incidente sobre a superfície terrestre seja da

ordem de 10 mil vezes o consumo energético

mundial. (CRESESB, 2011, p.6).

O aproveitamento da energia gerada pelo sol, tanto como fonte de calor

quanto de luz é hoje sem dúvida, uma das alternativas energéticas mais

promissoras para enfrentar o desafios do novo milênio. Segundo Bezerra

(2011), a crise energética de 1973 constituiu, sem sombra de dúvidas, um forte

catalizador para que as atenções mundiais se voltassem irremediavelmente na

busca de novas fontes de energia.

Um importante desafio para a humanidade no século XXI é a obtenção

de energia através de fontes renováveis. As principais fontes energéticas

utilizadas pelo homem são finitas e com a exploração cada vez maior, as

reservas naturais tendem a se extinguir. É o do petróleo, do gás natural e do

carvão mineral, combustíveis fósseis, cuja capacidade de renovação dos

estoques naturais é muito reduzida em comparação à utilização dos mesmos.

A radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica por

meio de efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais,

particularmente os semicondutores.

11

A maioria das fontes energética, como hidráulica,

biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia

dos oceanos, é forma indireta de energia solar. A

radiação do sol pode ser utilizada diretamente como

fonte de energia térmica para aquecimento de

fluidos, ambientes, geração de potência mecânica

ou elétrica. Ademais, esta radiação também pode

ser convertida diretamente em energia elétrica,

através de efeitos termoelétrico e fotovoltaico. (Reis,

2000, p.284).

1.1 Radiação no Solo

De toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera,

apenas uma fração atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção

dos raios solares pela atmosfera. Esta fração que atinge o solo é constituída

por um componente direta (ou de feixe) e por uma componente difusa.

12

Figura 1 - Componentes da radiação solar no nível do solo

Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

Segundo o Plano Nacional de Energia 2030,

elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética, a

irradiação de luz solar por ano na superfície da Terra

é suficiente para atender milhares de vezes o

consumo anual de energia do mundo. Esta radiação,

porém não atinge de maneira uniforme toda a crosta

terrestre, dependendo de fatores como a latitude, a

estação do ano e as condições atmosféricas como

nebulosidade e umidade relativa do ar. Isto decorre

da inclinação do eixo imaginário em torno do qual a

Terra gira diariamente, ou seja, movimento de

rotação, e à trajetória elíptica que a Terra descreve

ao redor do Sol, translação ou revolução (ANEEL,

2011, p.30 ).

Quando a superfície receptora estiver inclinada com relação à

horizontal, haverá uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno

(solo, vegetação, obstáculos, terrenos rochosos, etc.). O coeficiente de

reflexão destas superfícies é denominado de “albedo”.

Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade,

distribuição espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera

devido aos efeitos de absorção e espalhamento. Estas modificações são

dependentes da espessura da camada atmosférica, também identificada por

13

um coeficiente denominado "Massa de Ar" (AM), e portanto, do ângulo Zenital

do Sol, da distância Terra-Sol e das condições atmosféricas e meteorológicas.

Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos

de passagem de nuvens e chuvosos, o recurso energético solar apresenta

grande variabilidade, induzindo, conforme o caso, à seleção de um sistema

apropriado de estocagem para a energia resultante do processo de conversão.

Somente a componente direta da radiação solar pode ser submetida a

um processo de concentração dos raios através de espelhos parabólicos,

lentes, etc. Consegue-se através da concentração, uma redução substancial

da superfície absorvedora solar e um aumento considerável de sua

temperatura.

Figura 2 – Trajetória dos raios de sol na atmosfera e definição do coeficiente de massa de ar (AM)

Fonte: www.cresesb.cepel.br

14

1.2 Transmissão de Calor

O calor pode ser percebido pela diferença de temperatura e pode ser

transmitido de três formas: condução, convecção e irradiação.

Ø A transmissão de calor por condução se dá quando as partículas de

uma matéria, principalmente, sólida se colidem devido a vibrações que

sofrem ao serem aquecidas, por exemplo: deixar a colher dentro de uma

panela de arroz que ainda está no fogo ou dentro de uma xícara de café

quente.

Ø O calor é transmitido por convecção em matérias líquidas ou gasosas,

pois nesses meios as moléculas têm maior liberdade de movimento.

Consequentemente, quando há aquecimento dessas matérias as moléculas

se movimentam com mais rapidez e tendem a se deslocar, ou seja, as

moléculas frias vão para as regiões mais quentes e as moléculas quentes

para as regiões mais frias. Desta forma, pode-se entender alguns fenômenos

vistos diariamente em vários lugares, como por exemplo: a água fervendo

dentro de uma chaleira; o resfriamento no interior de uma geladeira.

Ø Na irradiação, a transmissão de calor acontece quando a agitação

térmica das moléculas de uma fonte é transferida de uma região para outra,

dentro de um determinado espaço, sem que haja qualquer ligação material

direta entre dois meios, como por exemplo: o calor que se pode sentir aqui na

Terra proveniente do sol, a temperatura alta no interior de um carro quando

exposto ao sol durante algum tempo.

1.3 Instrumentos de Medição A medição da radiação solar, tanto a componente direta como a

componente difusa na superfície terrestre é de maior importância para o

estudos das influências das condições climáticas e atmosféricas. Com um

histórico dessas medidas, pode-se viabilizar a instalações de sistemas

térmicos e fotovoltaicos em uma determinada região garantindo o máximo

15

aproveitamento ao longo do ano, onde as variações da intensidade da

radiação solar sofrem significativas alterações.

A energia solar é medida através de instrumentos, normalmente

operados por instituições de pesquisa científica. A potência solar instantânea

que incide em determinado ponto é normalmente medida em W/m2

(potência/área) e o total de energia em um dia que atinge este ponto é

normalmente medido em kWh/m2.dia (energia/área/dia).

De acordo com as normas preestabelecidas pela OMM (Organização

Mundial de Meteorologia) são determinados limites de precisão para quatro

tipos de instrumentos: de referência ou padrão, instrumentos de primeira,

segunda e terceira classe. Abaixo estão alguns instrumentos que podem medir

a radiação solar.

1.3.1. Piranômetros

Os piranômetros medem a radiação global. Este instrumento

caracteriza-se pelo uso de uma termopilha que mede a diferença de

temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e outra pintada de

branco igualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca

um diferencial de potencial que, ao ser medida, mostra o valor instantâneo da

energia solar. Um outro modelo bem interessante de piranômetro é aquele que

utiliza uma célula fotovoltaica de silício monocristalino para coletar medidas

solarimétrias. Estes piranômetro é largamente utilizados pois apresentam

custos bem menores do que os equipamentos tradicionais. Pelas

características da célula fotovoltaica, este aparelho apresenta limitações

quando apresenta sensibilidade em apenas 60% da radiação solar incidente.

Existem vários modelos de piranômetros de primeira (2% de precisão),

segunda classe (5% de precisão) e diversos modelos.

16

Figura 3 – Piranômetro de segunda classe Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

1.3.2. Pireliômetros

Os pireliômetros são instrumentos que medem a radiação direta. Ele se

caracteriza por apresentar uma pequena abertura de forma a “visualizar”

apenas o disco solar e a região vizinha denominada circunsolar. O instrumento

segue o movimento solar onde é constantemente ajustado para focalizar

melhor a região do sensor. Muitos dos pireliômetros hoje são auto calibráveis

apresentando precisão na faixa de .5% quando adequadamente utilizados para

medições.

1.3.3. Heliógrafo

Instrumento que registra a duração do brilho solar. A radiação solar é

focalizada por uma esfera de cristal de 10 cm de diâmetro sobre uma fita que,

Figura 4 - Pireliômetros de Cavidade Absoluta Fonte: www.cresesb.cepel.br

Figura 5 - Pireliômetros de Incidência Normal Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

17

pela ação da radiação é enegrecida. O cumprimento desta fita exposta a

radiação solar mede o número de horas de insolação.

Figura 6 – Heliógrafo Capbell-Stokes Fonte: www.olx.pt

1.3.4. Actinógrafo

Instrumento usado para medir a radiação global. Este instrumento é

composto de sensores baseados na expansão diferencial de um par

bimetálico. Os sensores são conectados a uma pena que, quando de suas

expansão, registram o valor instantâneo da radiação solar. Sua precisão

encontra-se na faixa de 15 a 20% e é considerado

um instrumento de terceira classe.

18

Figura 7 – Actinógrafo Robitzsch-Fuess Fonte: www.cresesb.cepel.br

1.4 Atlas Solarimétrico

O atlas solarimétrico serve para pedir a radiação solar através de

instrumentos como o piranômetros, pireliômetros, heliógrafo e actinógrafo.

Em 1995, através do Grupo de Trabalho de Energia Solar (GTES),

foram estabelecidas dentro do contexto solarimetria, duas propostas de

trabalho, 1. O Atlas Solarimétrico do Brasil, publicado em agosto de 1997 pelo

Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas (FAE/UFPE), onde é representado

por mapas mensais contendo isolinhas das medidas de insolação e radiação

global, fundamentais na compilação de dados históricos disponíveis em todas

as estações terrestres existentes no País. 2. E o Atlas de Irradiação Solar do

Brasil publicado em outubro de 1998 pelo Laboratório de Energia Solar (Lab

Solar/UFSC) e Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), onde a proposta trata-

se da aplicação e adaptação para o Brasil de um modelo físico alemão

utilizando imagens de satélites, estando representado por mapas mensais

contendo valores pontuais da radiação global.

O Atlas Solarimétrico do Brasil (2000) apresenta uma estimativa da

radiação solar incidente no país, resultante da interpolação e extrapolação de

dados obtidos em estações solarimétricas distribuídas em vários pontos do

território nacional. Devido ao número relativamente reduzido de estações

experimentais, variações climáticas locais e regionais, o atlas de irradiação

solar no Brasil faz estimativas da radiação solar a partir de imagens de

satélites.

Os avanços e esforços realizados na área de solarimetria trás resultados

significativos e muitas informações. A qualidade de tais dados depende dos

alcances e limites técnicos de cada modelo.

19

A Energia solar soma características vantajosamente positivas para o

sistema ambiental, pois o sol, trabalhando como um imenso reator à fusão,

irradia na terra todos os dias um potencial energético extremamente elevado e

incomparável a qualquer outro sistema de energia, sendo a fonte básica e

indispensável para praticamente todas as fontes energéticas utilizadas pelo

homem.

O primeiro capítulo teve como objetivo examinar a energia solar, sua

formar de obtenção, instrumentos de medição da radiação e benefícios. Sendo

possível criar alternativas viáveis e sustentáveis, capazes de transformar o

quadro de dependência em relação as fontes de origem fóssil e atenuar

impactos sociais e ambientais.

20

CAPÍTULO II

APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR

A crescente demanda mundial de energia, o progressivo esgotamento

das fontes de energia não renováveis e problema ambiental, que se apresenta

como uma questão cada vez mais importante para o futuro da humanidade.

Colocam a energia solar como uma alternativa promissora.

A maior parte do território brasileiro está localizada relativamente

próxima da linha do Equador, de forma que não há grandes variações na

duração solar do dia. Em média, a insolação diária é superior a seis horas, o

que viabiliza o desenvolvimento da energia solar.

O aproveitamento da energia solar pode se dar de diversas maneiras,

como por exemplo: Gerar eletricidade, principalmente, nas regiões onde não

há sistema de transmissão de energia elétrica convencional; Aquecer a água

dos chuveiros elétricos; Uso de estufas para maior crescimento de vegetais

que precisam manter a temperatura interna mais elevada que a temperatura

externa; Secagem de grãos; Bombeamento de água usando um painel

fotovoltaico acoplado a uma bomba hidráulica.

Existem duas principais formas de aproveitamento da energia solar:

energia fotovoltaica e fototérmica.

2.1 Energia Fotovoltaica

A Energia Solar Fotovoltaica é a energia da conversão direta da luz em

21

eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond

Becquerel, em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos

extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção

da luz e a célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de

conversão.

Em 1876 foi montado o primeiro aparato fotovoltaico resultado de

estudos das estruturas no estado sólido, e apenas em 1956 iniciou-se a

produção industrial seguindo o desenvolvimento da microeletrônica. Neste ano

a utilização de fotocélulas foi de papel decisivo para os programas espaciais.

Com este impulso, houve um avanço significativo na tecnologia fotovoltaica

onde aprimorou-se o processo de fabricação, a eficiência das células e seu

peso.

O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos

elétrons de alguns materiais (denominados

semicondutores) 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%. (GREEN et al., 2000, p.377).

Inicialmente o desenvolvimento da tecnologia

apoiou-se na busca, por empresas do setor de

telecomunicações de fontes de energia para

sistemas instalados em localidades remotas. O

segundo agente impulsionador foi a "corrida

22

espacial". A célula solar era e continua sendo, o

meio mais adequado (menor custo e peso) para

fornecer a quantidade de energia necessária para

longos períodos de permanência no espaço. Outro

uso espacial que impulsionou o desenvolvimento

das células solares foi a necessidade de gerar

energia para satélites. (CRESESB, 2011, p.5).

A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em estudar

novas formas de produção de energia com a utilização de células fotovoltaicas,

não se restringisse somente para programas espaciais.

Atualmente o custo das células solares é um grande desafio para a

indústria e geração de eletricidade em escala comercial, sendo o principal

empecilho para a difusão dos sistemas fotovoltaicos em larga escala.

Segundo BAJAY et al. (2000), atualmente os custos de capital variam

entre 5 e 15 vezes os custos unitários de uma usina a gás natural que opera

com ciclo combinado. Contudo, nos últimos anos tem-se observado redução

nos custos de capital.

Devido a radiação incidente no Brasil a geração de energia elétrica por

conversão fotovoltaica tem crescido, através de projetos privados e

governamentais, atraindo interesse de fabricantes pelo mercado brasileiro.

Mais a energia ainda é tradicionalmente utilizada para eletrificação rural,

atendendo a cargas elétricas distantes da rede elétrica convencional. Nestes

casos tais sistemas são naturalmente viáveis economicamente, em função dos

elevados custos de expansão da rede elétrica.

23

Figura 8 - Geração da eletricidade solar a partir das células solares

fotovoltaicas.

Fonte: http://energiaasolar.blogspot.com/

Na figura 8 mostra o funcionamento de um sistema fotovoltaico. Os raios

do sol ao atingirem o módulo solar geram através de um fenômeno

denominado efeito fotoelétrico, energia elétrica, que conduzida através de

cabos é armazenada em baterias similar a de automóveis. Esta energia

acumulada pode ser utilizada à noite ou em longos períodos de mau tempo.

Entre a bateria, o painel e as cargas (lâmpadas, eletrodomésticos, etc.), é

instalado o regulador de carga, para proteção da bateria.

Segundo a ANEEL (2011), existem atualmente vários projetos em curso

ou em operação, para o aproveitamento da energia solar no Brasil por meio de

24

sistemas fotovoltaicos de geração de eletricidade, visando ao atendimento de

comunidades isoladas da rede de energia elétrica e ao desenvolvimento

regional.

2.2 Energia Fototérmica

A tecnologia utiliza a quantidade de energia que um determinado corpo

é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente

no mesmo. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e

armazená-la

O equipamento mais popular da tecnologia solar é o

coletor solar plano, que converte energia solar em

energia térmica. Os coletores solares são

aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos), o

fluido aquecido é mantido em reservatórios

termicamente isolados até o seu uso final: água

aquecida para banho, ar quente, secagem de grãos,

gases para acionamento de turbinas, etc. O sistema

fornece água quente a temperaturas variáveis entre

40 e 60ºC atendendo basicamente demandas de

uso residencial. (CRESESB, 2005 p.4).

Segundo ABRAVA (2011), a tecnologia do aquecedor solar já vem

sendo usada no Brasil desde a década de 60, época em que surgiram as

primeiras pesquisas. Em 1973 as empresas passaram a utilizá-la

comercialmente.

Hoje são largamente utilizados para aquecimento de água em

residências, hospitais, hotéis, etc. Devido ao conforto proporcionado e a

redução do consumo de energia elétrica.

No Brasil, não há lei federal que determine a obrigatoriedade de

percentuais mínimos na geração de energia para aquecimento de água e

eletricidade. No entanto, a cidade de São Paulo promulgou a Lei n°

25

14.459/2007, sancionada pelo Prefeito Gilberto Kassab, tornando obrigatória a

preparação de todas novas casas e edifícios para o uso dos aquecedores

solares de água. Casas e apartamentos com quatro ou mais banheiros,

incluindo lavabos, são obrigados a instalar os aquecedores solares.

A introdução, nos códigos de obras municipais, da

obrigatoriedade de uso de sistemas de aquecimento

solar, pode ser fundamental para a difusão da

tecnologia, induzindo ainda, o crescimento

sustentado do mercado, a geração de empregos na

construção civil, nas indústrias de equipamentos e

no setor de serviços, tanto de comércio como de

instalação (RODRIGUES, 2005, p.203).

Segundo a Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG, 2011), um

sistema de aquecimento solar instalado corretamente pode economizar até

80% da energia elétrica consumida para banho. Essa proporção, entretanto,

depende do correto dimensionamento do equipamento para atender o nível de

conforto pretendido pelos usuários.

O sistema térmico solar de aquecimento de água

tem que ser bem dimensionado, de preferência

projetado junto com obra de habitação. O aquecedor

solar não é como o chuveiro elétrico ou o aquecedor

a gás que pode ser ligado na hora que se tem

vontade de tomar banho, e a água aquecida

imediatamente. Nem tampouco permite que se fique

uma hora no banho. É preciso dimensioná-lo de

acordo com os hábitos das pessoas, para que a

água atenda às suas necessidades (FRANCO,

2002, p.208).

26

Os coletores solares planos, empregados para aquecimento de água,

podem ser classificados em dois grupos: coletores fechados e abertos.

Segundo Pereira et. al. (2003, 244p), Os coletores fechados são coletores

utilizados para promover o aquecimento de água até temperaturas da ordem

de 60 0C, enquanto que os coletores abertos são recomendados para

aquecimento de piscinas”. Na figura 9 mostra um sistema de aquecimento

solar completo e mais detalhado.

Figura 9 – Funcionamento do aquecedor solar

Fonte: http://casaconstruida.com/construcao/dicas/aquecedor-solar

A utilização de um sistema de aquecimento solar tem a função de

absorver a radiação solar e transferir para água de maneira a aumentar sua

temperatura. Os sistemas podem ser construídos em alumínio e cobre, placas

27

de PVC nos modelos mais populares, reservatório térmico denominado Boiler

(consiste em um recipiente onde a água quente é armazenada e é geralmente

produzido em alumínio, cobre ou PVC, utilizando como isolante térmico em

poliuretano ou lã de vidro), sistema auxiliar de aquecimento para dias frios,

aquecimento através de resistências no próprio Boiler ou aquecedores a gás,

válvula anticongelamento (para regiões muito frias, é indispensável para que

os coletores não sejam danificados)

O Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sergio de Salvo

Brito (CRESESB), criou a Casa Solar Eficiente. Esta casa, energicamente

auto-suficiente, é um agente multiplicador de tecnologias de utilização de

energia solar térmica e fotovoltaica, bem como técnicas de combate ao

desperdício energético.

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.

A radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia

térmica, aquecimento de fluidos e ambientes para geração de potência

mecânica ou elétrica. Podendo ainda ser convertida diretamente em energia

elétrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se

destacam o fotovoltaico e fototérmico.

28

CAPÍTULO III

IMPACTO SOCIOAMBIENTAIS

A energia solar é incomparável a qualquer outro sistema de energia

convencional por tratar-se de uma fonte 100% natural, ecológica, gratuita,

inesgotável e que não agride o meio ambiente.

Vivemos em contato com a energia mais expressiva do planeta, a do

sol. E o Brasil tem fortes motivos para utilizar essa energia gerada em

abundância, já que é um dos países mais ricos no mundo em incidência de

raios solares, principalmente nas regiões Norte e Nordeste. Apesar disso, a

geração de energia solar é ainda pequena e um dos principais motivos a falta

de investimentos em pesquisas para desenvolver sistemas mais eficientes, que

poderiam assegurar o uso eficiente da energia solar.

Para a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2011), 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. 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.

3.1 Impactos Ambientais

Os impactos do uso do sol podem ser entendidos como positivos para o

meio ambiente, constituindo como um mecanismo de redução das

desigualdades na distribuição de renda e, conseqüentemente, do uso da

energia.

Segundo Mesquita (2000, p.33), cada 1m2 de aquecedor solar instalado

pode evitar a utilização de fontes convencionais de produção de energia como:

“55 kg de GLP/ ano, 66 litros de diesel/ano, a inundação de cerca de 56 m2

29

para a geração hidroeletricidade, e elimina anualmente o consumo de 215 kg

de lenha”. Ou seja, fontes de energia que acarretam custos para o consumidor

e impactos ambientais. Abaixo está listado algumas vantagens da utilização da

tecnologia solar.

Ø A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso,

pois sua instalação em pequena escala não obriga enormes investimentos em

linhas de transmissão.

Ø As centrais necessitam de manutenção mínima.

Ø Os painéis solares são cada vez mais potentes e ao mesmo tempo seu

custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais acessível a energia, tornando

uma solução economicamente viável.

Ø Diminui a pressão sobre os recursos naturais não renováveis.

Ø Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável

em praticamente todo o território, principalmente em locais afastados dos

centros de produção energética. Além disso sua utilização ajuda a diminuir a

demanda energética e consequentemente a perda de energia que ocorreria na

transmissão (WIKIPEDIA, 2011).

E as desvantagem da tecnologia são pequenas.

Ø Como a variação da quantidade produzida, varia de acordo com a

situação climática (chuvas, neve, etc).

Ø O custo de implantação inicial é muito elevado, não estando disponível

para a maioria da população.

Ø O material empregado para a construção dos sistemas de aquecimento

termo-solares são os causadores de impactos ambientais. Assim, o uso de

materiais recicláveis e de maior durabilidade, causa menos impacto que

materiais de menor ciclo de vida e com menor durabilidade.

30

Ø E o uso de aquecedores solares pela população domiciliada em

habitações, deve-se considerar o provável aumento do volume de água para

banho, já que os banhos quando a temperatura da água pode ser ajustada

ao que o consumidor considerar agradável, tendem a ser mais prolongados.

3.2 Arquitetura Bioclimática

A Arquitetura Bioclimática é o estudo que visa harmonizar as

concentrações ao clima e características locais, pensando no homem que

habitará ou trabalhará nelas, tirando partido da energia solar, através de

correntes convectivas naturais e de microclimas criados por vegetação

apropriada. É a adoção de soluções arquitetônicas e urbanísticas adaptadas

às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de cada lugar,

utilizando a energia que pode ser diretamente obtida das condições locais.

Beneficia-se da luz e do calor provenientes da radiação solar incidente.

A intenção do uso da luz solar, que implica em redução do consumo de

energia para iluminação, condiciona o projeto arquitetônico quanto à sua

orientação espacial, quanto às dimensões de abertura das janelas e

transparência na cobertura das mesmas. A intenção de aproveitamento do

calor provenientes do sol implica seleção do material adequado (isolante ou

não conforme as condições climáticas) para paredes, vedações e coberturas

superiores, orientação espacial, entre outros fatores.

A arquitetura bioclimática não se restringe a características

arquitetônicas adequadas. Preocupa-se também com o desenvolvimento de

equipamentos e sistemas que são necessários ao uso da edificação

(aquecimento de água, circulação de ar e de água, iluminação, conservação de

alimentos entre outros) e com o uso de materiais de conteúdo energético tão

baixo quanto possível.

3.3 Energia e Renda

O uso da energia pela população é determinante para a qualidade de

vida. A relação entre renda e uso da energia é que quando a energia é tratada

31

como mercadoria, aumenta as desigualdades na distribuição de renda. A forma

e quantidade de energia que os indivíduos e suas famílias têm acesso

influenciam na sua renda e no seu nível de pobreza.

O uso de energia em uma economia está fortemente

associado a uma série de questões sociais,

incluindo a redução da pobreza, o crescimento

populacional, o grau de urbanização, etc. Ainda que

estas questões afetem a demanda de energia, a

relação se dá nos dois sentidos: a qualidade e a

quantidade dos serviços de energia e a maneira

pelas quais os mesmos são atingidos, têm também

efeito nas questões sociais (GOLDEMBERG, 2001,

p.235).

No Brasil a distribuição das energias modernas, segundo Albuquerque

(2002), é constitucionalmente considerada serviço público. Ou seja, deve ser

ofertado pelo poder público aos cidadãos diretamente ou através da

concessão. No artigo 175, Constituição Federal de 1988: “Incumbe ao Poder

Público, na forma da lei, direta ou sob regime de concessão ou permissão,

sempre através de licitação, a prestação de serviços públicos”. A lei 8.987, de

13 de fevereiro de 1995, dispõe sobre o regime de concessão e permissão

referidas pelo artigo constitucional.

O poder legislativo e judiciário é responsável em

garantir o direito humano ao ambiente

ecologicamente equilibrado. Direito este que

ultrapassa o presente e alcança as futuras gerações.

A casa legislativa incumbe o dever de editar leis

eficazes, as quais devem equilibrar as necessidades

da sociedade e o respeito ao ambiente. Os

magistrados tem o dever de aplicar a lei, impondo à

32

sociedade o seu fiel cumprimento. (Constituição

Brasileira de 1988, art 225, §1º ).

O desenvolvimento da tecnologia solar beneficia comunidades rurais e

regiões afastadas, bem como a produção agrícola, através da autonomia

energética e consequentemente melhoria global da qualidade de vida dos

habitantes. Certamente diminuindo o êxodo rural e a má distribuição de renda.

Segundo FEDRIZZI (1997), o serviço de eletrificação rural é

caracterizado pela grande dispersão geográfica da população, baixo consumo,

alto investimento por consumidor, elevado custo operacional, resultando num

baixo retorno ou até mesmo em prejuízo financeiro para a concessionária.

O mercado da tecnologia solar no Brasil vem crescendo, ainda que

pequeno, mais alguns fatores que têm contribuído para o crescimento é a

divulgação dos benefícios do uso da energia solar, a isenção de impostos que

o setor obteve financiamentos, como o da caixa econômica federal, aos

interessados em implantar o sistema e a necessidade de reduzir os gastos

com energia elétrica (ANEEL, 2011). Outro elemento propulsor dessa

tecnologia é a Lei n° 10.295, de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a

política nacional de conservação e uso racional de energia e a promoção da

eficiência nas edificações construídas no País.

A energia é indispensável para a qualidade de vida, estando ligada às

condições de saúde, gênero, trabalho, habitação, educação e hábitos de

consumo, não podendo ser associada apenas ao conforto de uma mercadoria

adquirida proporcional ao nível de renda.

O acesso a energia, eletricidade e aos combustíveis pela população,

está relacionado com o bem-estar. A percepção de quantidade, forma e

qualidade da energia que a população necessita e deseja está subordinada a

idéias como desenvolvimento sustentável, modernidade, liberdade, mercado,

cidadania.

A energia pela própria característica de infra-estrutura econômica e por

influenciar diretamente na qualidade de vida da sociedade, revela a

necessidade de ser tratada como bem de utilidade pública e de bem público de

33

fundamental importância para o melhor estar social. A energia mesmo quando

caracterizada como mercadoria, transacionada na forma de litros, metros

cúbicos, quilowatts-horas, atende a demandas distintas.

3.4 Perspectivas Futuras

O Programa de Aceleração do Crescimento (PAC) em 2007, destinou

investimentos em combustíveis fósseis (petróleo e gás) da ordem de R$ 179

bilhões. Para o setor elétrico foi destinado R$ 65,9 bilhões para a geração de

energia (grandes usinas, termoelétricas e usinas nucleares) e R$ 12,5 bilhões

para a transmissão e distribuição. Enquanto que para as fontes renováveis de

energia, foram destinados R$ 17,4 bilhões para a produção do etanol e do

biodiesel.

No Plano Nacional de Energia 2030, os cenários traçados pelo governo

para geração de energia elétrica nos próximos anos prevê, além do aumento

de usinas termelétricas, principalmente a de combustíveis fósseis, a

construção de usinas hidrelétricas na região Amazônica, e a reativação do

plano de construção de novas usinas nucleares no país, inclusive duas delas

no Nordeste brasileiro.

A proposta energética governamental apoiada por setores empresariais,

se baseia em um modelo “ofertista” cujo suprimento será a partir de recursos

fósseis, mega-hidroelétricas e de usinas nucleares.

Segundo Canotilho (2007), associar proteção ambiental ao

desenvolvimento econômico na tentativa de alcançar o desenvolvimento

sustentável, é imprescindível para resguardar a vida digna. Viver num

ambiente ecologicamente equilibrado é um direito essencial do ser humano,

respaldado no Princípio da Dignidade da Pessoa Humana, artigo 1°, III, da

Constituição da República.

Portanto, para concretizar no Brasil uma estratégia em bases

sustentáveis, é necessário modificar profundamente as atuais políticas

energéticas. Elas precisam e devem ser substituídas por um projeto diferente,

contemporâneo dos desafios e possibilidades do século XXI, para que se

34

tenha segurança energética a curto e a longo prazo, com a regionalização,

diversificação e a complementaridade da matriz energética nacional.

Existem trabalhos que demonstram não ser necessário construir mais

usinas para aumentar a oferta de energia no país. Basta racionalizar o uso,

tornar a produção mais eficiente e apostar no potencial de fontes renováveis

que dispõe um país solar como o Brasil. Para isso é necessário uma decisão

política que conduza o país para um futuro limpo.

Para chegar a sustentabilidade, é necessário que crie e aplique

mecanismos pelos quais a expansão dos sistemas e as escolhas das fontes de

energia, independa das atuais estruturas de custos e passem a ser regidas por

critérios ligados aos impactos provocados sobre o meio ambiente, pela

produção e consumo de energia.

A matriz energética brasileira é diretamente responsável pelo

desenvolvimento econômico, tecnológico e científico do país. A diversidade da

matriz energética de um país diminui os riscos de crises energéticas, uma vez

que este não dependerá de uma única fonte de energia, mas uma

suplementará a outra. O trabalho visa mostrar a energia solar como alternativa

energética limpa.

Para alcançar o desenvolvimento sustentável, depende de planejamento

e do reconhecimento de que os recursos naturais são finitos. Esse conceito

representa uma nova forma de desenvolvimento econômico, que leva em

conta o meio ambiente.

CONCLUSÃO

A crescente concentração de dióxido de carbono (CO2) e outros gases

na atmosfera, contribuem para o aumento do efeito-estufa causando o

aquecendo do planeta. Esta poluição tem gerado diversos problemas para o

ser humano e prejudicado o ecossistema.

35

Uma forma de reduzir esses impactos causados pelos combustíveis

fósseis e consequentemente a redução do acelerado aquecimento global, vem

da utilização dos recursos energéticos renováveis, como por exemplo, a

energia solar. Pois além de ser inesgotável, a energia apresenta impacto

ambiental muito baixo ou quase nulo, sem afetar o balanço térmico ou

composição atmosférica do planeta.

O Brasil por estar localizado numa região tropical, possui um grande

potencial energético, devido ao bom índice de insolação que recebe em seu

território. Para ampliar a utilização da geração de eletricidade solar em seu

território, diversificando e complementando sua matriz elétrica, é necessário

que políticas públicas sejam efetivamente implantadas com essa finalidade.

Exemplos para a promoção dessa tecnologia são dados pelas experiências de

outros países que incluem desde subsídios (prêmios e linhas especiais de

crédito), medidas de apoio como campanhas públicas e educação ambiental,

incentivos fiscais e obrigação legal de instalação ou preparação do local para a

instalação dos equipamentos.

O grande potencial energético solar brasileiro associado ao avanço

tecnológico, com a consequente redução dos custos, indicam boas

perspectivas de ampliação da utilização de sistemas solar no país. Entretanto

tais perspectivas, bem como os projetos em desenvolvimento, dependem

fundamentalmente de programas de incentivo que possibilitem esquemas de

financiamento para populações carentes e que promovam uma forte

disseminação da tecnologia.

A matriz energética brasileira é diretamente responsável pelo

desenvolvimento econômico, tecnológico e científico do país. A diversidade da

matriz energética de um país diminui os riscos de crises energéticas, uma vez

que este não dependerá de uma única fonte de energia, mas uma

suplementará a outra.

Portanto, este trabalho apresentou a importância da energia renovável

(energia solar), analisando as tecnologias e os aspectos positivos para o meio

ambiente, economia e cidadania.

.

36

BIBLIOGRAFIA CITADA

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Internacional. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar>.

Acessado em: 08/01/2011.

40

ÍNDICE

FOLHA DE ROSTO 2

AGRADECIMENTO 3

DEDICATÓRIA 4

RESUMO 5

METODOLOGIA 6

SUMÁRIO 7

INTRODUÇÃO 8

CAPÍTULO I

RADIAÇÃO SOLAR 10

1.1 - Radiação Solo 11

1.2 - Transmissão de calor 14

1.3 - Instrumentos de Medição 15

1.3.1. Piranômetros 16

41

1.3.2. Pireliômetros 17

1.3.3. Heliógrafo 17

1.3.4. Actinógrafo 18

1.4 Atlas Solarimétrico 19

CAPÍTULO II

APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR 21

2.1 - Energia Fotovoltaica 21

2.2 Energia Fototérmica 25

CAPÍTULO III

IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS 29

3.1 Impactos Ambientais 29

3.2 Arquitetura Bioclimática 31

3.3 Energia e Renda 32

3.4 Perspectivas Futuras 34

CONCLUSÃO 36

BIBLIOGRAFIA CITADA 38

ÍNDICE 42

42

FOLHA DE AVALIAÇÃO

Nome da Instituição: Universidade Candido Mendes - Instituto A Vez do

Mestre

Título da Monografia: Energia Renovável – Energia Solar

Autor: Débora Costa Bezerra de Andrade

Data da entrega:

Avaliado por: Maria Esther de Araujo Oliveira

Conceito: