ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2

Transcrição

1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2 2º semestre de 2017 Prof. Alceu Ferreira Alves

2 Energia Solar Fotovoltaica - Panorama brasileiro e mundial - Potencial de utilização - Vantagens e desvantagens. Conceitos - Radiação, Irradiância, Insolação, Movimentos da Terra, Ângulos, Declinação, Azimute. 2

3 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 por m 2 Apesar de ser um dos países com maior potencial de energia solar do mundo, faltam incentivos. Resolução 482/2012 (Aneel), estabeleceu regras para a micro (até 100 kw) e a mini geração (entre 100 kw e kw). Criou o Sistema de Compensação de Energia Elétrica. Resolução 687/2015 (Aneel), alterou a 482 redefiniu micro (até 75kW e mini entre 75kW e kw) entre outras mudanças. 3

4 Passou de 8 empreendimentos (de janeiro a março de 2013) para 7691 sistemas fotovoltaicos instalados até final de Previsão de sistemas até o final de 2017 e de 174 mil sistemas On-Grid até

5 A matriz elétrica brasileira possui MW de potência instalada, sendo a capacidade instalada de energia fotovoltaica de apenas 15 MW (dados de 2015). 5

6 A Alemanha é um exemplo, MW de potência instalada em centrais fotovoltaicas (superior ao total de usinas termelétricas instaladas no Brasil, atualmente com 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. 6

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12 Energia Solar histórico 1839 Efeito Fotovoltaico (Edmond Becquerel) Relatou o aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma célula eletroquímica causada pela absorção de luz. 12

13 Energia Solar histórico 1876 Física do Estado Sólido Microeletrônica início da produção industrial. Alimentação de sistemas de telecomunicação em localidades remotas Corrida Espacial. Sputnik 1 foi o primeiro satélite artificial da Terra, lançado pela União Soviética, sem recarregamento das baterias. Vanguard I (1958) utilizou 6 células solares para captar energia, recarregando uma bateria de mercúrio de 15mW durante 6 anos. 13

14 Energia Solar histórico 1962 Primeiro satélite comercial de comunicação (TELSTAR) AT&T Primeira transmissão de Televisão ao vivo entre Europa e EUA Células solares suficientes para produzir 14W de potência 14

15 Energia Solar histórico 1973 Crise do Petróleo Produção da Indústria Fotovoltaica Mundial superou 1 MWp/ano Estados Unidos liderou a indústria nesta década Projeto 1000 Telhados. Estabeleceu metas expansão da energia solar na Alemanha, tendo atingido 2550 telhados com potência total de 6 MWp 1997 Protocolo de Kyoto. Estabeleceu metas para redução das emissões de CO 2, impulsionando a indústria solar, principalmente no Japão e na Alemanha. 15

16 Energia Solar histórico 1998 Produção da Indústria Fotovoltaica Mundial atingiu a marca de 150 MWp produzidos (silício predominante) China assume a liderança da indústria fotovoltaica. Energia Solar Brasil Anos 50 CTA, 1958, I Simpósio Brasileiro de Energia Solar. Anos 60 USP, desenvolvimentos em microeletrônica obtiveram células de silício monocristalino com 12,5% de eficiência. Anos 90 Atrasos tecnológicos em relação ao mundo: Governo Collor, falta de incentivos à indústria nacional. 16

17 Energia Solar Brasil 1994 PRODEEM Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios 8500 Sistemas FV A partir de 2000 Regulamentações diversas sobre microgeração, geração distribuída, energias alternativas, leilões Luz Para Todos Prioritariamente no meio rural, também contemplou sistemas fotovoltaicos (BA e MG) Resolução 482/2012 da ANEEL 2015 Resolução 687/2015 da ANEEL 17

18 CARACTERÍSTICAS DO SOL (Material obtido do Manual de Engenharia, CRESESB, 2014) 18

19 O SOL Esfera de gás incandescente Núcleo: reações termonucleares, temperaturas de até 15x10 6 K (região mais densa) Zona radiativa externa ao núcleo Zona convectiva região que recebe a radiação do núcleo e a transfere, por convecção, à superfície solar Fotosfera primeira região da atmosfera solar, 330km de espessura, T = K. É a camada visível do Sol É a fonte da maior parte da radiação visível que é emitida pelo Sol 19

20 O SOL Cromosfera não é visível (intensidade de radiação muito mais baixa), temperaturas entre K e K, altura de km Coroa (ou Corona) camada mais externa e rarefeita, brilho baixo só visível em eclipse Reações termonucleares: 4 prótons são fundidos em um núcleo de Hélio liberando energia 20

21 O SOL 21

22 Geometria Terra-Sol 22

23 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 23

24 Estações do ano (hemisfério Sul) A palavra equinócio vem do latim: aequus (igual) + nox (noite) e significa "noites iguais", ocasiões em que o dia e a noite duram o mesmo tempo. 24

25 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 a maior declinação em latitude, medida a partir da linha do equador. 25

26 Equador Geometria Terra-Sol Círculo Polar Ártico Trópico de Câncer Trópico de Capricórnio (d ) Círculo Polar Antártico Declinação: ângulo entre os raios do Sol e o Plano do Equador (d) d varia entre -23,45 e +23,45 Como referência, utiliza-se o sinal positivo ao Norte e negativo ao Sul do Equador 26

27 Equador Geometria Terra-Sol Círculo Polar Ártico Trópico de Câncer Trópico de Capricórnio (d ) Círculo Polar Antártico 27

28 Medidas de Energia Solar Irradiância: taxa na qual a energia solar atinge uma unidade de área (J/s.m 2 W/m 2 W.m 2 ) Irradiância também é conhecida por radiância Radiação: integral da irradiância para um determinado período de tempo (W.h/m 2 ) Radiação também é conhecida por irradiação 28

29 Medidas de Energia Solar 29

30 Irradiância Extraterrestre A irradiância solar que atinge a Terra, no topo da camada atmosférica, é denominada IRRADIÂNCIA EXTRATERRESTRE. Constante Solar (I 0 ) valor da irradiância extraterrestre que chega sobre uma superfície perpendicular aos raios solares na distância média Terra-Sol WRC = World Radiation Center I 0 = W/m 2 30

31 Irradiância Extraterrestre I = 6,33 x 10 7 W.m -2 I O = 1367 W.m -2 0,695 x 10 9 m 1,496 x m (1 AU) 31

32 Irradiância Extraterrestre variação ao longo do ano: 32

33 Irradiância Extraterrestre variação ao longo do ano: POLARIS Equinócio de Outono 20 de março (N=80) d = 0 Solstício de Inverno 20 de junho (N=172) d = 23,45 1 AU Afélio 4 de julho (N=186) 1,52 x m 1,47 x m SOL Periélio 3 de janeiro (N=3) 1 AU (1,495 x m) Solstício de Verão 21 de dezembro (N=356) d = 23,45 Equinócio de Primavera 22 de setembro (N=266) d = 0 33

34 Ângulos da Geometria Solar 34

35 Ângulos da Geometria Solar 35

36 Ângulos da Geometria Solar 36

37 Ângulos da Geometria Solar 37

38 Ângulos da Geometria Solar 38

39 Hora Solar e Hora Oficial Hora Solar é definida a partir do ângulo horário (w) 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 uma determinada data pode atingir +/ 17 minutos, medidos dentro de um ciclo anual 2 componentes: a) diferença entre as longitudes do meridiano do observador e do meridiano padrão no qual a hora oficial está baseada. b) equação do tempo (EOT) baseada na inclinação do eixo da Terra e sua excentricidade da órbita da Terra. 39

40 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. 40

41 Hora Solar e Hora Oficial 41

42 Radiação Solar Sobre a Terra No topo da atmosfera mede-se a IRRADIÂNCIA EXTRATERRESTRE. Constante Solar I 0 = W/m 2 Sobre a área projetada da Terra potência disponível = 174x10 3 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 superfície terrestre (menos da metade). 42

43 Radiação Solar Sobre a Terra 43

44 Radiação Solar Sobre a Terra 44