M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero. ENG1116 Tópicos especiais Energia solar

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1 ENG1116 Tópicos especiais Energia solar

2 M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Ementa o o Conceitos básicos o Radiação solar o Física das células solares o Circuitos elétricos o Célula solar o Componentes de um sistema fotovoltaico o Tipos de sistemas fotovoltaicos o Dimensionado de sistemas fotovoltaicos o Outros tipos de células solares o Otimização da eficiência o Conversão de energia solar via orgânica o Medidas e caracterização o Utilização de simuladores para células solares

3 Conquistas e desafios da energia solar

4 o O que é a energia fotovoltaica Energia solar Energia solar é o termo que se refere à energia proveniente da luz e do calor do Sol. o Aquecimento solar o Energia heliotérmica o Arquitetura solar o Fotossíntese artificial o Energia solar fotovoltaica

5 O que é a energia fotovoltaica Aquecimento solar

6 O que é a energia fotovoltaica Energia heliotérmica Energia heliotérmica ou energia solar térmica concentrada Transforma irradiação solar direta em energia térmica e subsequentemente em energia elétrica. ( C)

7 O que é a energia fotovoltaica Energia heliotérmica Energia heliotérmica ou energia solar térmica concentrada Transforma irradiação solar direta em energia térmica e subsequentemente em energia elétrica. ( C)

8 O que é a energia fotovoltaica Arquitetura solar A arquitetura solar consiste no desenho dos edifícios tendo em consideração as condições climáticas, utilizando os recursos disponíveis na natureza (sol, vegetação, chuva, vento) para minimizar os impactos ambientais e reduzir o consumo energético.

9 O que é a energia fotovoltaica Fotossíntese artificial

10 O que é a energia fotovoltaica Fotossíntese artificial

11 O que é a energia fotovoltaica Fotossíntese artificial As aplicações iniciais da bioenergia fotovoltaica não deverão concorrer com as células solares de semicondutores Para gerar energia para equipamentos médicos ultraminiaturizados, tais como sensores implantados em lentes de contato.

12 O que é a energia fotovoltaica Energia solar fotovoltaica Energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico) É o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor.

13 A energia fotovoltaica nos dias de hoje Desafio energético mundial o Matriz energética mundial baseada em combustíveis fósseis petróleo, urânio, gás, carvão, etc.; Fonte: 2011 Energy Statistics Yearbook, ONU o Estimativa de escassez de recursos para o próximo século. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Previsão da disponibilidade de combustíveis fósseis. Fonte: livro - Smart power generation 2011 jacob klimstra & Markus Hotakainen

14 o A energia fotovoltaica nos dias de hoje Desafio energético mundial Possíveis soluções: o Mudança da matriz energética para fontes renováveis. o Controle demográfico. o Uso racional da energia e recursos naturais. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Disponibilidade de energia de fontes renováveis. Fonte:

15 A energia fotovoltaica nos dias de hoje Potencia instalada por cada país Potencia total instalada por pais (MWp) Total mundial Uniao Europeia Alemania China Japao Estados Unidos Italia Francia Reino Unido Espanha Australia Austria Israel Dinamarca Mexico Brasil Suecia M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Ano

16 o A energia fotovoltaica nos dias de hoje Principais projetos de energia solar M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Projeto País Potencia Año Solar Star Estados Unidos 579 MW 2015 Desert Sunlight Solar Farm Estados Unidos 550 MW 2015 Topaz Solar Farm Estados Unidos 550 MW 2014 Longyangxia Hydro-solar PV Station China 480 MW Agua Caliente Solar Project Estados Unidos 290 MW 2012 California Valley Solar Ranch Estados Unidos 250 MW 2013 Antelope Valley Solar Estados Unidos 230 MW 2015 Charanka Solar Park India 214 MW 2012 Mount Signal Solar Estados Unidos 206 MW 2014 Gonghe Industrial Park Phase I China 200 MW 2013 Golmud Solar Park China 200 MW 2011 Centinela Solar Estados Unidos 170 MW 2014 Solarpark Senftenberg/Schipkau Alemanha 168 MW 2011 Solarpark Neuhardenberg Alemanha 156 MW Neemuch PV power plant India 151 MW 2014 Copper Mountain II Solar Facility Estados Unidos 150 MW Mesquite Solar I Estados Unidos 150 MW Catelina Solar Project Estados Unidos 143 MW 2013 Usina Hidrelétrica de Itaipu: MW

17 Balanço de Energia Primária no Brasil. Fonte: Balanço Energético Nacional 2014 o o Políticas nacionais para os dispositivos fotovoltaicos Desafio energético brasileiro Matriz de oferta energética primária no Brasil também depende majoritariamente de energia fóssil. Consumo industrial e transporte representam ~60% do total.

18 o o Políticas nacionais para os dispositivos fotovoltaicos Desafio energético brasileiro Porém, a matriz de oferta de energia elétrica brasileira é majoritariamente renovável: 80%; Alta dependência das usinas hidrelétricas gera instabilidade em tempos de escassez pluviométrica. Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte. Fonte: Balanço Energético Nacional 2014

19 o Políticas nacionais para os dispositivos fotovoltaicos Desafio energético brasileiro Consumo industrial e residencial representam mais de 50% do total a um crescimento de 8,8% em relação ao ano anterior. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Balanço de Energia Elétrica no Brasil. Fonte: Balanço Energético Nacional 2014

20 o o Políticas nacionais para os dispositivos fotovoltaicos Desafio energético brasileiro A capacidade instalada segue o atual padrão de geração de energia elétrica, sendo grande parte de centrais hidrelétricas. As usinas termelétricas já somam quase 30% de cap. instalada. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Capacidade Brasil FonteBanco de Informação de Geração ANEEL 248 usinas com 18,8 MW no total em todo Brasil.

21 o o Políticas nacionais para os dispositivos fotovoltaicos Desafio energético brasileiro Em um futuro próximo, mais usinas eólicas contribuirão com a capacidade instalada total; Porém, a energia solar (fotovoltaica) continuará contando com baixa participação na matriz brasileira. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Capacidade Brasil FonteBanco de Informação de Geração ANEEL 1 usina 30MW em PE por Sowitech Operation Brasil Ltda.

22 o Disponibilidade de matéria Composição da terra Elementos mais abundantes na terra Porcentual Elemento ppm 46,6 Oxigênio (O) ,7 Silício (Si) ,1 Alumínio (Al) Ferro (Fe) ,6 Cálcio (Ca) ,8 Sódio (Na) ,6 Potássio (K) ,1 Magnésio (Mg) ,0065 Lítio (Li) 65

23 Tendências de mercado Desafio energético mundial o Matriz energética mundial baseada em combustíveis fósseis petróleo, urânio, gás, carvão, etc.; Fonte: 2011 Energy Statistics Yearbook, ONU o Estimativa de escassez de recursos para o próximo século. M.Sc. Jose Eduardo Ruiz Rosero Previsão da disponibilidade de combustíveis fósseis. Fonte: livro - Smart power generation 2011 jacob klimstra & Markus Hotakainen

24 Tendências de mercado Recordes mundiais de eficiência de conversão fotovoltaica

25 Tendências de mercado Preço das células fotovoltaicas de silício

26 Tendências de mercado Inovação Painel solar transparente

27 Tendências de mercado Inovação Ecocapsule permite viver em qualquer lugar do mundo de forma independente

28 Tendências de mercado Inovação Máquina portátil desonelator que dessaliniza água do mar. O Desonelador promete extrair 15 litros de água potável por dia.

29 Tendências de mercado Inovação Painéis solares brancos para fácil integração em edifícios

30 Tendências de mercado Inovação Japão planeia construir a maior usina solar flutuante do mundo

31 Tendências de mercado Inovação Tomada solar funciona como carregador portátil

32 Tendências de mercado Inovação Drones e aeromodelismo com energia solar

33 Tendências de mercado Inovação Células e módulos solares flexíveis

34 Tendências de mercado Inovação Ruas com células solares

35 Tendências de mercado Inovação Cidades completas?