Baixe Energia Solar e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! PRÓ-REITORIA DE ENSINO E GRADUAÇÃO INSTITUTO DE ENGENHARIAS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIAS SEMINÁRIOS TEMÁTICOS II 1º Relatório Tema: energia solar ACARAPE-CE 04/2016 2 1º Relatório Tema: Energia solar Integrantes do grupo:  Aguizildo Soares Braganca Leopoldino  Guilherme Geremias Prata  Munyaradzi Brian Júnior  Rayder D´assunção Carvalho ACARAPE-CE 04/2016 5 1. Introdução Desde o início do seculo xx, a humanidade tem passado por um processo de transformações sem precedentes na história. A produção industrial e agricola crescem continuamente e as cidades tornam-se cada vez maiores, este processo tem como consequencia a necessidade crescente de energia. O grande aumento do uso de energia teve suas origens em meiados do seculo xviii, com a invenção da máquina a vapor na Inglaterra. A primeira máquina construida por james watt foi ligada a um tear para fabricar tecidos em 1785 ate essa epoca, a energia necessária para o funcionamento das máquinas era obtida dos musculos humanos, da tração animal, de quedas de água ou moinhos de vento. A máquina a vapor passou a obter energia de queima do carvão, que libera o calor necessario para produzir vapor. Com o aperfoiçoamento das máquinas foi possivel diminuir seu tamanho e aumentar sua potência, inicialmente as máquinas foram usadas como bombas de água, e mais tarde na indústria textil e cerrarias. No final do seculo xviii, surgiram as primeiras locomotivas. Durante o seculo xix, os seres humanos aprenderam a utilizar outra forma de energia: A eletricidade em 1880, a primeira lampada industrializavel foi produzida, dois anos depois projetou-se a primeira usina produtora de energia eletrica o motor eletrico e os motores que usam energia de combustão foram desenvolvidos nesta epóca. O trem eletrico surgiu em 1879. Em 1893 os primeiros automoveis foram fabricados. As fontes de energia nos possibilitam obtelas para diversas atividades cotidianas, mais, se não pode ser criada qual a origem da energia presente no petróleo e os seus derivados, carvão vegetal, mineral, lenha, alcool, cursos de água e nos atomos dos elementos quimicos como o uranio e o tório? Nesta lista de fontes de energia apenas as duas últimas (curso de água e atomos) não tem origem em seres vivos. Petroleo, carvão, lenha e alccol provem de materiais que fazem parte do corpo de algum ser vivo, a energia quimica dos materias combustiveis encontram-se armazenadas em algumas das suas moleculas. Essas, por sua vez são produzidas a partir de uma reação quimica fundamental para existencia da vida na terra, a fotossintese que ocorre nos vegetais, nas algas e em alguns organismos unicelulares, como as sianobatérias. 6 Durante a reação da fotosintese moleculas de gás carbonicos (CO2) combinam- se com as moleculas de água (H2O), formando um açucar, geralmente a glicose (C6H12O6), e gás oxigenio (O2), que se mistura ao ar. A reação da fotossintese pode ser representada a seguinte maneira: Para essa reação ocorrer é preciso haver luz (energia luminosa) transformada, durante a fotossintese, em energia potencial quimica, presente na molecula de açucar a presença de clorofila é indispensavel, apesar de não fazer parte dos reagentes e dos produtos, por ser responsavel por reações intermediarias que fazem parte da fotossintese. Se os combustiveis têm origem em seres vivos e os seres vivos obtem energia da luz solar, por meio da fotossintese, então, toda energia existente nos combustiveis é proveniente do sol. A energia presente nos cursos de água também tem a mesma origem, pos é a energia solar que faz ocorrer o círculo da água, começando por sua evaporação na superficie terrestre. Assim, todas as fontes de energia sitadas anteriomente, apenas a aenergia de reação nuclear dos atomos de certos elementos quimicos não têm origem no sol. O organismo humano obtem a energia necessária ao seu funcionamento pela respiração celular, a respiração celular é uma reação quimica com a combustão. Moleculas presentes nos alimentos reagem com oxigenio libera energia. Nos alimentos, a energia pogtencial quimica que suas moleculas possuem é sempre o resultado de reações da fotossintese. Mesmo quando nos alimentamos de carne, a energia existente neste alimento veio dos vegetais que o animal consumiu. Podemos dizer, então que o nosso organismo por meio dos alimentos,utiliza a energia solar para manter-se vivo. O aporte financeiro anual nas areas de geração, transmissão distribuição de energia eletrica é estimado em mais de um trilhão de dolares, no mundo. A eletricidade é considerada ensumo fundamental para o desenvolvimento economico e social. Apesar disso, cerca de 30% da população mundial não tem acesso a eletricidade. A demanda mundial por eletricidade cresce rapidamente, mesmo considerando os impactos negativos que acompanham algumas formas de geração convencional, tais 7 como a nuclear e combustiveis fosseis. Este facto levou a necessidade de eletricidade alternativa, com os produtores considerando os recursos renovaveis para suprir a demanda sem agregar danos ao meio ambiente. O outro fator estimulante para as novas fontes de energias renovaveis é a desregulamentação das atividades do mercado de energia elétrica, que encrementa o desenvolvimento de pequenos produtores e também as atividades entre as grandes consessionarias. A energia solar é a fonte de energia menos poluente e menos finita conhecida ate o momennto. Desponivel para a humanidade desde o surgimento da vida na terra, nunca foi aproveitada de forma tão eficiente quanto as de mais, considerando-se que as outras fontes de energias renovaveis sempre apresentam algumas desvantagens. Providenciar um sistema de suprimento de energia solar confiavel é uma tarefa que encontra algumas dificuldades e certo grau de complexidade. 1.1 Objectivo O presente relatório tem como primordial objectivo, ajudar a comunidade estudantil na compreensão daquilo que podemos designar como a maior fonte energia do universo (Energia solar). A oferta dela é fundamental na busca de desenvolvimento sustentavel devido a necessidade de uma visão completa sobre energia e meio ambiente. 10 2.2 Energia solar fotovoltaica A energia solar fotovoltaica é a energia obtida com a conversão direta da luz em 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. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão. 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 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 fator espacial que impulsionou o desenvolvimento das células solares foi a necessidade de eneriga para satélites. A crise energetica de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicações terrestres. Porém, para tornar economicamente viável essa forma de conversão de energia, seria necessário, naquele momento, reduzir em até 100 vezes o custo de prodição das células solares em relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. Modificou-se, também, o perfil das empresas envolvidas no setor. Nos E.U.A, 11 as empresas resolveram diversificar seus investimentos, englobando a produção de energia a partir da radiação solar. 2.2.1 O efeito fotoelétrico Na emissão termoiônica de elétros de metais, a energia necessária para o elétron escapar da superficie do condutor é fornecida pela energia de agitação térmica. Os elétros também podem adquirir suficiente energia para escapar de um condutor, mesmo a temperaturas baixas, se o condutor for iluminado por uma luz de comprimento de onda suficientemente pequeno. Esse é o fenomeno chamado de efeito fotoelétrico, tendo sido observado primeiramente por Hertz, em 1887. Um aspecto notável da emissão fotoelétrica é, por um lado, a relação entre o número e a velocidade máxima de elétros que escapam e, por outro a intensidade e o comprimento de onde da luz incidente. Surpreendentemente, verifica-se que a velocidade máxima da emissão é independente da intensidade da luz, mas depende do seu comprimento de onde. É fato que a corrente fotoelétrica aumenta com a intensidade da luz, apenas porque mais elétrons são emitidos. O efeito fotovoltaico tem relação com os modelos de condução da eletricidade. Não se deve confundir efeito fotovoltaico com efeito fotoelétrico. Apesar de os dois embasamentos físicos semelhantes, o efeito fotovoltaico relata, exclusivamente, a conversão direta da radiação solar em corrente elétrica contínua. 12 2.2.2 Painel fotovoltaico Um painel (módulo) é um conjunto de células FV conectadas em série ou em paralelo para produzir as tensões e correntes desejadas, assim como as pilhas e baterias, quando paineis Fv são conectados em série, a tensão é somada e a corrente permanece constante, a maioria das células produz 0,5 V. Desta forma, um módulo típico de 36 células apresenta uma tensão de operação de 18 V sem carga (vázio) e a tensão nominal de 12 V quando suprindo carga plena. A corrente de saída do módulo é determinada pela quantidade da área superficial e eficiencia por unidade de uma célula individual no módulo. Os termos paineis e módulos são usados indestintivamente, mas, em termos técnicos, um painel é um grupo de módulos conectados. Um arranjo é um grupo de paineis conectados para produzir os valores desejados de tensão e corrente, e estão fixados a uma estrutura de montagem, A vida útil dos dispositivos fotovoltaicos é estimada em 25 anos. Um módulo pode converter cerca de 10% da radiação disponivel em energia elétrica utilizável. Por exemplo, ao meio-dia solar em um dia claro, um arranjo pode receber . Quanto maior a incidência solar sobre um painel fotovoltaico mas eletricidade é gerada, o painel Fv continua a gerar pequena quantidade de eletricidade mesmo quando na sombra. A maioria dos painéis produz de 14 a 16 V quando conectados a uma carga, isso possibilita carregar por exemplo uma bateria de 12 V, sem carga (circuito aberto), a tensão de um painel FV medida com voltimetro pode chegar a 22 V, retornando a faixa operacional quando alimenta a carga. Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: Sistemas isolados (autonômo), híbrido e conectado a rede elétrica. 2.2.3 Sistema isolado (autônomo) A configuração básica do sistema isolado inclui unidade de controlo de potência e unidade de armazenamento. Sistemas isolados em geral, utilizam alguma forma de armazenamento de energia por meio de baterias, supercapacitores, produção de hidrogenio e na forma de energia gravitacional, quando se bombeia água para tanques em sistemas de abastecimento. 15 interrupção de energia na rede, o sistema FV é desigado por medidas de segurança, evitando a energitação de uma rede em manutenção. O sistema conectado á rede elétrica com capacidade de armazenamento de energia contorna essa desvantagem: quando ocorre falha na rede elétrica, a energia armazenada continua a abastecer a instalação elétrica. Há uma fronteira para determinar a relação custo-benefício efetiva para um sistema FV conectado á rede elétrica: 1 KWh. Para instalações acima de 1 KWh, o sistema ligad á rede elétrica é a melhor opção. Algumas companhias de distribuição oferecem a seus usuários o medidor de energia líquida, onde o contador gira nos dois sentidos (mede em ambas as direções), dependendo se a companhia está fornecendo energia para o consumidor ou se o consumidor está a gerar além da sua demanda. O consumidor ou produtor independente paga ou recebe pelo valor líquido indicado pelo contador de energia. A grande vantagem para o produtor é que ele pode vender sua energia ao mesmo preço de mercado praticado pelas grandes companhias de distribuição. 16 2.3 Vantagens da energia solar Não polui durante o seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos paineis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controlo existentes atualmente. As centrais necessitam de manutenção mínima. Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que 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 sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão. Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética sua utilização ajuda a diminuir a procura energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão. 2.4 Desvantagens da energia solar Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, 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 transmissão 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 (Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade. Formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas por exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), e a energia hidroeléctrica (água). 17 Os painéis solares têm um rendimento de apenas 25%, apesar de este valor ter vindo a aumentar ao longo dos anos. 2.5 Maiores produtores A energia solar a fonte que mais recebeu investimentos no ano de 2012, com cerca 1.5 bilhão de dólares. Europa, Asia e américa do norte são os contínentes que mais apostaram neste setor sendo o contínente europeu que concentra a maior capacidade de geração e representa 55% do mercado global. Alemanhã é de longe o lider mundial em energia solar produzindo 24.700 MW anualmente isso é quase o dobro do segundo país mais importante do mundo, a Itália e não a nenhuma indicação de que eles vão estar a brandar tão cedo. Itália seu total acomulado agora assenta-se em cerca 12.500 MW de produção de energia solar constando assim em segundo lugar no mundo. Os jáponeses são conhecidos pelo seu interesse me técnologia, e eles não são diferentes quando se trata de energia limpa. O Japão tem um total acomulado de 4.700 MW por ano. Os E.U.A é o lar da maior instalção de energia solar no mundo e atualmente os estados unidos estão com produção de energia solar em cerca de 4.200 MW por ano. Espanhã, a nação rica em sol tem 4.200 MW por ano. 20 3. Conclusão Concluiu-se que o homem vive criando formas e métodos para transformar a energia da natureza em energia elétrica para o seu bem-estar levando em consideração o meio ambiente e economico. Bem visto que a energia toda encidente no nosso abital é proveniente do sol, e a mesma pode ser convertida em fotovoltaicas e fototérmicas em diferentes sistemas como: Híbridos, Iisolados – Autonomos e Ligados a rede elétrica. Devido a este fim achamos que a energia solar FV ainda tem muito pra dar a humanidade, por tanto ela só precisa mas das ações filantropica para o seu maior aproveitamento, embora que para maiores colhetas precisamos de parques maiores, e que os mesmos devem ser construidos em locais remotos ou de difícil acesso por questões de sagurânça. Mas ainda achasse que valeria a pena envestir num espaço maior para a maior obtenção de energia elétrica devido a escassez a nível do mundo, isto sem falar que a mesma não ´´poluirá´´ o meio ambiente como outras diferentes energias usadas para o bem da humanidade que no fundo acabam degradando o meio em que vivemos. 21 4. Referências Agência Nacional de energia elétrica – ANEEL; Atlas de energia elétrica do brasil – 3ª edição. Brasil ANEEL, 2008. Cresesb – Centro de referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Crescesb informe. First solar. PV Technology Comparison 2009. Disponível em www.firstsolar.com. Goetzberguer,A. Hoffiman, Volker U. photovoltaic solar energy generation. Springer serie in optical science. Ricardo, L. energia Solar para produção de elétricidade. Artliber editora Ltda.2012 www.dw.com-pt-energia-solar-16991069 22