ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
2379EE2
2º semestre de 2016
Prof. Alceu Ferreira Alves
www.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu
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Energia Solar Fotovoltaica - Panorama brasileiro e mundial - Potencial de utilização - Vantagens e desvantagens.
Conceitos - Radiação, Irradiância, Insolação, Movimentos da Terra, Ângulos, Declinação, Azimute. Células e módulos fotovoltaicosPrincípios da conversão solar-elétrica
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• O Brasil é um dos poucos países no mundo, que recebe luz solar
em período superior a 3000 horas por ano.
• A região Nordeste conta com uma incidência média diária entre 4,5
a 6 kWh.
• O Brasil é um dos países com maior potencial de energia solar do
mundo. Porém, faltam incentivos.
• O primeiro leilão em outubro de 2014, resultou na contratação de
890 MW, e o valor final atingiu R$ 215,12 / MWh.
• O segundo, em agosto de 2015, terminou com a contratação de
833,80 MW, a um valor médio de R$ 301,79 / MWh.
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• Resolução 482/2012 (Aneel), estabeleceu regras para a micro (até
100 kW) e a mini geração (entre 100 kW e 1.000 kW).
• Passou de 8 empreendimentos (de janeiro a março de 2013) para
725 (entre abril e junho de 2015). Deste total, 681 são sistemas
fotovoltaicos
• O Brasil é um dos países com maior potencial de energia solar no
mundo, mas possui apenas 15 MW de capacidade instalada de
energia fotovoltaica.
• A matriz elétrica brasileira possui 135.000 MW de potência
instalada.
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• A Alemanha é um exemplo, 35.500 MW de potência instalada em
centrais fotovoltaicas (superior ao total de usinas termelétricas
instaladas no Brasil, atualmente com 25.919 MW de capacidade
instalada).
• Importante ressaltar que a Alemanha recebe menos da metade da
radiação solar diária em comparação com o Brasil – cerca de
2,5 KWh/m² contra, em média, 5,9 KWh/m² diários do Nordeste
brasileiro.
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Energia Solar – histórico• 1839 → Efeito Fotovoltaico (Edmond Becquerel)Relatou o aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais deuma célula eletroquímica causada pela absorção de luz.
• 1876 → Física do Estado Sólido.
• 1956 → Microeletrônica – início da produção industrial.Alimentação de sistemas de telecomunicação em localidades remotas.
• 1957 → Corrida Espacial.Sputnik 1 foi o primeiro satélite artificial da Terra, lançado pela UniãoSoviética, sem recarregamento das baterias.Vanguard I (1958) utilizou 6 células solares para captar energia,recarregando uma bateria de mercúrio de 15mW durante 6 anos.
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Energia Solar – histórico
• 1978 → Produção da Indústria Fotovoltaica Mundial superou1 MWp/ano.
• 1990 → Estados Unidos liderou a indústria nesta década.
• 1997 → Protocolo de Kyoto.Estabeleceu metas para redução das emissões de CO2, impulsionando aindústria solar, principalmente no Japão e na Alemanha.
• 1973 → Crise do Petróleo.
• 1991 → Projeto 1000 Telhados.Estabeleceu metas expansão da energia solar na Alemanha, tendo atingido2550 telhados com potência total de 6 MWp
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Energia Solar – histórico
• 2009 → China assume a liderança da indústria fotovoltaica.
• 1998 → Produção da Indústria Fotovoltaica Mundial atingiu a marcade 150 MWp produzidos (silício predominante).
Energia Solar – Brasil
• Anos 50 → CTA, 1958, I Simpósio Brasileiro de Energia Solar.
• Anos 60 → USP, desenvolvimentos em microeletrônica obtiveramcélulas de silício monocristalino com 12,5% de eficiência.
• Anos 90 → Atrasos tecnológicos em relação ao mundo: GovernoCollor, falta de incentivos à indústria nacional.
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• A partir de 2000 → Regulamentações diversas sobre microgeração,geração distribuída, energias alternativas, leilões.
• 1994 → PRODEEM Programa de Desenvolvimento Energético deEstados e Municípios – 8500 Sistemas FV
Energia Solar – Brasil
• 2003 → Luz Para Todos – Prioritariamente no meio rural, tambémcontemplou sistemas fotovoltaicos (BA e MG).
• 2012 → Resolução 482/2012 da ANEEL
• 2015 → Resolução 687/2015 da ANEEL
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CARACTERÍSTICAS DO SOL(Material obtido do Manual de Engenharia, CRESESB, 2014)
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O SOL• Esfera de gás incandescente
• Núcleo: reações termonucleares, tempe-raturas de até 15x106 K (região maisdensa)
• Zona radiativa – externa ao núcleo
• Zona convectiva – região que recebe aradiação do núcleo e a transfere, porconvecção, à superfície solar
• Fotosfera – primeira região da atmosferasolar, 330km de espessura, T = 5.800 K.
• É a camada visível do Sol
• É a fonte da maior parte da radiaçãovisível que é emitida pelo Sol
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O SOL• Cromosfera – não é visível (intensidade
de radiação muito mais baixa),temperaturas entre 4.300 K e 40.000 K,altura de 2.500 km
• Coroa (ou Corona) – camada maisexterna e rarefeita, brilho baixo sóvisível em eclipse
• Reações termonucleares: 4 prótons sãofundidos em um núcleo de Hélioliberando energia
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O SOL
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Geometria Terra-Sol
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Geometria Terra-Sol
• Terra: – movimento anual em torno do Sol com trajetória elíptica
• Inclinação do eixo em relação ao plano normal da elipse: 23,45°
• Inclinação + Translação = estações do ano
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Estações do ano (hemisfério Sul)
A palavra equinócio vem do latim:
aequus (igual) + nox (noite)
e significa "noites iguais", ocasiões emque o dia e a noite duram o mesmotempo.
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Estações do ano (hemisfério Sul)
A palavra solstício vem do latim:
sol (Sol) + sistere (que não se mexe)
é o momento em que o Sol atinge amaior declinação em latitude, medidaa partir da linha do equador.
Círculo Polar Ártico
Círculo Polar Antártico
Trópico de Capricórnio
Trópico de CâncerEquador
( )
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Geometria Terra-Sol
• Declinação: ângulo entre os raios do Sol e o Plano do Equador (δ)
• δ varia entre -23,45° e +23,45°
• Como referência, utiliza-se o sinal positivo ao Norte e negativo ao Sul doEquador
Círculo Polar Ártico
Círculo Polar Antártico
Trópico de Capricórnio
Trópico de CâncerEquador
( )
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Geometria Terra-Sol
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Medidas de Energia Solar
• Irradiância: taxa na qual a energia solar atinge uma unidade de área (J/s.m2 ≡ W/m2 ≡ W.m–2)Irradiância também é conhecida por radiância
• Radiação: integral da irradiância para um determinado período de tempo (W.h/m2) Radiação também é conhecida por irradiação
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Medidas de Energia Solar
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Irradiância Extraterrestre
• A irradiância solar que atinge a Terra, no topo da camadaatmosférica, é denominada IRRADIÂNCIA EXTRATERRESTRE.
• Constante Solar (I0) → valor da irradiância extraterrestre que chegasobre uma superfície perpendicular aos raios solares na distânciamédia Terra-Sol
• WRC = World Radiation Center → I0 = 1.367 W/m2
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Irradiância Extraterrestre
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Irradiância Extraterrestrevariação ao longo do ano:
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Irradiância Extraterrestrevariação ao longo do ano:
Equinócio de Primavera22 de setembro (N=266)
= 0
Equinócio de Outono20 de março (N=80)
= 0
Solstício de Verão21 de dezembro (N=356)
= 23,45°
Solstício de Inverno20 de junho (N=172)
= – 23,45°
1,52 x 1011m 1,47 x 1011m
1 AU
1 AU (1,495 x 1011m)
SOL
POLARIS
Periélio3 de janeiro
(N=3)
Afélio4 de julho(N=186)
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Ângulos da Geometria Solar
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Ângulos da Geometria Solar
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Ângulos da Geometria Solar
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Ângulos da Geometria Solar
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Ângulos da Geometria Solar
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Hora Solar e Hora Oficial
• Hora Solar é definida a partir do ângulo horário (ω)
• Hora Oficial é também chamada de Hora Civil ou Hora do Relógio
• A diferença entre a hora solar média e a hora solar real para umadeterminada data pode atingir +/– 17 minutos, medidos dentro de um cicloanual
• 2 componentes:
a) diferença entre as longitudes do meridiano do observador e domeridiano padrão no qual a hora oficial está baseada.
b) equação do tempo (EOT) – baseada na inclinação do eixo da Terra esua excentricidade da órbita da Terra.
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Hora Solar e Hora Oficial
na qual x é um ângulo definido como função do número do dia (N) no
ano Juliano, iniciando por N=1 em primeiro de janeiro, e obedecendo à
Equação:
Este equacionamento, desenvolvido por Woolf (1968) tem uma precisão
de aproximadamente 30 segundos, considerando as horas de luz de um
dia.
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Hora Solar e Hora Oficial
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Radiação Solar Sobre a Terra
• No topo da atmosfera mede-se a IRRADIÂNCIA EXTRATERRESTRE.
• Constante Solar → I0 = 1.367 W/m2
• Sobre a área projetada da Terra →potência disponível = 174x103 TW (terawatt)
• 46% da irradiância é absorvido ou refletido pela atmosfera
• Dos 54% restantes (da irradiância que incide no topo da atmosfera)→ 47% são absorvidos e 7% são refletidos pela superfície terrestre
• Resultado: cerca de 94 mil TW chegam efetivamente à superfícieterrestre (menos da metade).
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Radiação Solar Sobre a Terra
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