Energia Solar Produção e utilização

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Energia Solar Produção e utilização Armando Sousa Projeto FEUP 2014/ MIEEC: Manuel Firmino Supervisor: José Fidalgo Equipa 1MIEEC03_3 Monitor: Elsa Moura Estudantes & Autores: Álvaro Melo up @fe.up.pt João Grilo up @fe.up.pt Filipa Raimundo up @fe.up.pt Nuno Francisco Moreira up @fe.up.pt Tiago Almeida Campos up @fe.up.pt

2 Índice Resumo... 3 Agradecimentos... 4 Energia Solar... 5 Geradores Solares Funcionamento de um gerador solar de eletricidade com baterias: Energia solar Tipos de centrais e princípio de funcionamento Tipos de centrais Central solar térmica de coletor central Central solar térmica de coletores distribuídos Central fotovoltaica Conclusões Bibliografia/ webgrafia... 17

3 Resumo A energia solar tem como matéria-prima o Sol, sendo produzida por ação direta ou indireta do mesmo. Como todas as outras energias esta também é portadora de algumas vantagens e desvantagens. Comecemos por enumerar algumas das suas vantagens: a energia solar não polui durante a sua utilização e para além disso, os painéis solares são cada vez mais potentes e o seu custo está a decair, o que torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável. Por outro lado, existe uma variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (nebulosidade, chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma. Uma central fotovoltaica pode também alterar a paisagem existente e o equilíbrio natural. Não há dúvida de que os painéis solares são a tecnologia mais difundida de aquecimento de águas com fontes de energia renováveis. Infelizmente, no nosso país, tem-se feito pouco aproveitamento da energia solar, muito embora, nos últimos anos, a tecnologia tenha atingido níveis de fiabilidade que permitem a sua utilização de forma eficiente. Um painel solar (ou coletor solar) é um dispositivo que converte a energia solar em energia térmica ou elétrica. Palavras-chave Energia solar, Radiação solar, Painéis Fotovoltaicos, Energias Renováveis, Energia térmica, Energia elétrica.

4 Agradecimentos Todos os elementos do grupo gostariam de agradecer àqueles que nos ajudaram na realização do trabalho em causa. Queríamos agradecer em especial ao coordenador José Fidalgo e à monitora Elsa Moura. Aproveitamos ainda para deixar um agradecimento a todos os envolvidos nas palestras referentes ao Projeto FEUP, que nos serviram de base à realização deste trabalho. Finalmente agradecemos à Faculdade de Engenharia da Porto pelos recursos proporcionados. Universidade do

5 Introdução Ao longo do nosso trabalho vamos falar sobre um tipo de energia renovável, a energia solar, cuja exploração e posterior transformação em energia têm sido introduzidas no mundo em que vivemos. Numa altura em que o mundo se encontra constantemente ameaçado face à constante utilização de combustíveis fósseis, também denominados energias não renováveis, é essencial que o Homem encontre uma alternativa a esses combustíveis, para que possa ser possível a proteção do meio ambiente em que vivemos. Neste trabalho daremos também a conhecer algumas estatísticas recentes relacionadas com o tema da energia solar, não só em Portugal mas no resto do mundo. O trabalho foi desenvolvido com o objetivo de uma maior aprendizagem sobre as energias renováveis, neste caso a energia solar, uma vez que estas são as energias do futuro e que, sendo utilizados recursos em abundância no nosso planeta, apresentam um elevado nível de sustentabilidade.

6 Energia Solar Ao longo dos tempos, o Homem tem-se tornado capaz de desenvolver e utilizar os recursos provenientes do meio ambiente para melhorar o seu estilo de vida, recursos esses, que são utilizados para produzir energia. O tipo de energia com origem nestes recursos divide-se em dois grandes grupos: o das energias renováveis e o das energias não renováveis Por energia renovável entende-se que a sua exploração poderá sempre ser feita com o passar dos anos, sem que a base necessária a essa exploração cesse. Fig.2 Energias não renováveis No que concerne às energias não renováveis, a sua exploração e Fig.1 Energias renováveis introdução no mundo em que vivemos corre risco de acabar, são por isso energias finitas, na medida em que não é feito o seu reaproveitamento. A energia a que nos compete apresentar, encontra-se inserida no primeiro grupo, referida anteriormente. Neste sentido, a energia solar e o seu aproveitamento a nível do melhoramento das condições de vida de todos aqueles que dela usufruem não se encontra condicionado pelo fator tempo, à luz do que acontece com os recursos não renováveis, cujo futuro previsto é a sua extinção. De uma forma geral, ao nível do quotidiano, julga-se que a energia produzida através do desenvolvimento de técnicas que nos permitam fazer um bom aproveitamento das radiações solares que chegam à superfície da terra, de modo a que a implementação de novos mecanismos e crescente aproveitamento, provoque, diretamente um melhoramento das condições de vida.uma vez que vivemos num mundo onde quanto maior for o desenvolvimento do meio à nossa volta, melhor e mais confortável será a vida proporcionada a todos aqueles que possam usufruir destas novas condições. A energia solar é então a energia proveniente do sol que é captada por painéis fotovoltaicos, constituídos por células fotovoltaicas e Fig.3 Energia solar

7 posteriormente transformada em energia elétrica, mecânica ou ainda utilizada para o aquecimento de água. Este tipo de energia possui um conjunto de vantagens, que nos levam a considerar que o seu desenvolvimento e utilização deveria ser algo em que a sociedade deveria apostar mais, nomeadamente: Não polui durante sua produção A poluição decorrente do fabrico dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável. As centrais necessitam de manutenção mínima. Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que o seu custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável. A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois a sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão. Em países tropicais a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética. A sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética nestes e consequentemente as perdas associadas à transmissão e à distribuição de energia. Tem uma elevada aceitação pública por não ser um produto sintético; A radiação solar, produto da energia solar, é gratuita e abundante; No entanto, como qualquer exploração que é feita no meio ambiente e que englobe uma alteração do decorrer normal das coisas, ou até o simples facto de ser algo introduzido na sociedade há relativamente pouco tempo, associada ao melhoramento das técnicas em que a energia solar serve de base à produção de energia, vêm um conjunto de desvantagens que são: Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado. A energia para a fabricação de um painel solar pode ser maior do que a energia gerada por ele. Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de produção de energia. Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação atmosférica (nuvens, chuva, neve), além de que durante a noite não existe produção, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de energia. Locais em latitudes médias e altas (Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens, tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade. As formas de armazenamento da energia são pouco eficientes quando comparadas, por exemplo, aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroelétrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja). Requer um sistema de armazenamento eficiente ou e sistemas de segurança de modo que tenha um fornecimento constante.

8 Desta forma, damo-nos conta que embora seja uma energia renovável, a sua utilização, exploração e reaproveitamento possuem um conjunto imenso de vantagens (até mesmo face a outro tipo de energias não renováveis), possui igualmente um grande número de desvantagens. A energia solar pode ser de dois tipos: fotovoltaica ou térmica. Focando-nos na energia fotovoltaica, sabemos que a base deste procedimento é a utilização de células fotovoltaicas. Cada painel fotovoltaico apresenta habitualmente na sua constituição 36 células fotovoltaicas, responsáveis pela conversão de energia solar em energia elétrica. No que concerne à energia solar térmica, a captação da energia também é feita pela absorção de radiação solar, por parte de painéis, no entanto, distingue-se da anteriormente enunciada, na medida em que a energia solar, após ser absorvida, é transformada em calor (água quente) que é armazenado num depósito. Portugal é um país onde o nível de exposição solar admite valores muito elevados, neste sentido, a exploração desta energia poderia ser feita facilmente e com bons resultados. Fig.4 energia solar utilizada em habitações

9 Evolução da produção de energia com base solar O aumento da produção de energia é algo que tem vindo a acontecer ao longo dos anos. De uma forma geral, essa evolução é notória desde 2001/09 no entanto, já existia, apesar de ser algo muito constante e inalterado. Como poderemos ver nos gráficos seguintes referentes à evolução da produção de energia a vários níveis, as grandes alterações são verificáveis a partir de 2007/08. Fig.5 evolução da potência instalada em Portugal Continental- energia Solar(MW)

10 Fig.6 Evolução da área de coletores solares instalados em Portugal entre 2003 e 2009 Pela observação minuciosa dos gráficos apresentados concluímos, indubitavelmente, que a produção de energia com base solar tem aumentado exponencialmente. Aliás, é em Portugal onde se localizam algumas das maiores centrais fotovoltaicas do mundo. Uma delas está situada em Amareleja, no concelho de Moura (fig. 7). (No entanto, continuam a ser desenvolvidas políticas que servem como incentivo ao investimento e ao aumento da produção de energia com base solar. Fig.7 Central fotovoltaica no concelho de Moura Em termos mundiais, no grupo das energias renováveis, é a energia solar fotovoltaica que revela atualmente um crescimento mais acentuado. Vários são os países que trabalham arduamente nesta área de modo a serem capazes de alimentar o maior número de habitações a partir de energia solar.

11 Fig.8 evolução da produção de células fotovoltaicas Fig.9 Evolução da potência solar instalada

12 Fig.10 evoução da produção de energia com base solar no panorama mundial Assinale que, no mundo, já há iniciativas de diversos países para aproveitar a energia solar por meio de painéis fotovoltaicos. De custo elevado, em alguns casos eles contam com subsídios governamentais, como no Japão. O aproveitamento vem crescendo também na Alemanha, China e Estados Unidos. Geradores Solares Os geradores solares são aparelhos que captam diretamente a luz solar, com vista a utiliza-la para posterior produção de energia. No caso de os geradores serem utilizados em locais onde não existe rede elétrica, pode ser considerado autónomo, na medida em que é capaz de armazenar energia produzida, para que possa ser posteriormente utilizada, assim que necessário. Este tipo de necessidade é notória quando não existe luz solar, mais propriamente, à noite, em dias nublados ou ainda chuvosos. Funcionamento de um gerador solar de eletricidade com baterias Quando a célula fotovoltaica capta a luz, é gerada, de forma semelhante à fotossíntese das plantas, energia. Ao incidir sobre uma placa fotovoltaica, o feixe de luz transforma-se numa carga elétrica que irá carregar uma bateria. A energia que é produzida pelas células varia com a intensidade da radiação solar e da área na qual essa radiação luminosa incide. Devido ao facto da baixa produção de energia de cada célula fotovoltaica, é necessário conectar várias células em série formando um módulo. Contudo, pode acontecer que um só módulo não seja suficiente para alcançar a quantidade de energia necessária para o respetivo consumo e nesse caso é necessária a ligação de vários módulos em paralelo. Normalmente, os geradores são dimensionados para poderem estar um máximo de três dias sem insolação, e para uma média de radiação solar de cinco

13 horas de insolação máxima. Quando falamos de outras situações, nomeadamente grandes empresas e estabelecimentos, esse limite deve ser aumentado, tendo em conta que há alturas do ano em que a energia solar recebida é mínima, e com esses valores poderia ser insuficiente para satisfazer todas as funções para as quais tenha sido produzido. Fig.11 gerador solar Um gerador solar fotovoltaico a baterias apresenta na sua constituição os seguintes elementos: Células Fotovoltaicas; Baterias; Controlador de carga (protege as baterias contra descargas profundas e excesso de carga aumentando a sua vida útil). Fig.12 gerador solar fotovoltaico a baterias Os geradores solares produzem eletricidade direta com a ajuda dos eletrões, presentes na placa, que se movem do polo negativo para o positivo. A energia gerada e armazenada nas baterias alimentará depois um inversor que converterá a corrente contínua em corrente alternada.

14 Energia solar Tipos de centrais e princípio de funcionamento Tipos de centrais Térmicas: Utilizam o calor do sol para aquecer água, criando energia elétrica a partir de uma turbina a vapor. Fotovoltaicas: Utilizam células fotovoltaicas, que são capazes de converter a luz diretamente em energia elétrica. Central solar térmica de coletor central Constituída por um conjunto de espelhos espalhados por uma ampla área plana e desimpedida, que apontam todos para um mesmo ponto, situado no alto de uma torre. Neste ponto, canalizações de água são aquecidas pela incidência da luz solar refletida, produzindo vapor que move uma turbina a vapor e que aciona um gerador de energia elétrica. Fig.13 central solar térmica Fig.14 diagrama de um coletor central

15 Central solar térmica de coletores distribuídos Concentram a energia do sol na superfície de espelhos curvos. O calor concentrado é então utilizado para vaporizar água e encaminhar o vapor para uma turbina. Fig.15 coletores distribuídos Central fotovoltaica A energia produzida nos módulos de células fotovoltaicas é normalmente armazenada em baterias. Esta solução é frequente em iluminação pública isolada, retransmissores, sistemas de depuração de águas e dessalinização, telefones SOS. As instalações com ligação à rede uma solução favorável em ramificações terminais da rede de distribuição elétrica, melhorando a qualidade do serviço e Fig.16 central fotovoltaica garantindo prestações mínimas em caso de falha da rede convencional. A potência instalada mesmo nestes casos é reduzida. são

16 Conclusões Este trabalho pretendeu transmitir uma abordagem completa, concisa e clara sobre energia solar, englobando não só os diferentes tipos de tratamento desta energia mas também as vantagens, desvantagens e a evolução da mesma. O uso da energia solar tem sofrido um crescimento significativo desde o início do século devido ao aumento da procura por energias alternativas em decaimento da procura por combustíveis fósseis, bem como ao desenvolvimento de tecnologias mais eficazes. A introdução de um novo modo de obtenção de energia no mundo é algo que se tem tornado cada vez mais necessário, principalmente pela ameaça do fim dos combustíveis fosseis, que o Homem estava habituado a usar para obter a energia necessária. A energia solar tem potencial para inovar o tipo de energia que utilizamos, proporcionando as mesmas condições a que estamos habituados, sem que para isso tenhamos de abdicar do conforto, assim como prejudicar o mundo em que vivemos. Por outro lado, a nível monetário a longo prazo, é um tipo de energia que pode compensar quem nela investe, Em suma, é necessário que a evolução do desenvolvimento de energia proveniente de luz solar continue a aumentar, continuando a desenvolver e preservar o planeta em que vivemos.

17 Bibliografia Renováveis estatísticas rápidas, Fevereiro de 2009 CEEE/Balanço Energético do RS 2012 Aneel - Banco de Informações de Geração YunitRenovaveis Renováveis magazine edição especial nº11 3º trimestre pdf Fonte:

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