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INSTITUTO DE ENGENHARIAS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIAS
SEMINÁRIOS TEMÁTICOS II
1º Relatório
Tema: energia solar
ACARAPE-CE
04/2016
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Energia Solar, Trabalhos de Engenharia Elétrica
Trabalho Universitário
Tipologia: Trabalhos
2016
1 / 22
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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
1º Relatório
Tema: Energia solar
Integrantes do grupo:
Aguizildo Soares Braganca Leopoldino Guilherme Geremias Prata Munyaradzi Brian Júnior Rayder D´assunção Carvalho
ACARAPE-CE
Índice
- Introdução
- 1.1 Objectivo
- Desenvolvimento
- 2.1 Energia solar fototérmica
- 2.2 Energia solar fotovoltaica
- 2.2.1 O efeito fotoelétrico
- 2.2.2 Painel fotovoltaico
- 2.2.3 Sistema isolado (autônomo)
- 2.2.4 Sistema híbrido
- 2.2.5 Sistemas conectados á rede elétrica
- 2.3 Vantagens da energia solar
- 2.4 Desvantagens da energia solar
- 2.5 Maiores produtores
- 2.6 Inversores
- 2.7 Roteiro para implementação de um projeto de energia fotovoltaica
- Conclusão
- Referências
- 04/ ACARAPE-CE
- Referências
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.
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.
2. Desenvolvimento A energia solar é toda energia derivada do sol, que por sua vez é aproveitada para a conversão em energia eletrica, térmica ou mecanica. Atualmente,os sistemas de energia solar mas utilizados são os de aquecimento residencial passivo e fornecimento de energia elétrica para equipamentos autonomos remoto. Essas duas aplicações são representções práticas de dois metodos de aproveitamento de enrgia solar: sistema termico e sistema elétrico (Também chamados de fotovoltaico). O sistema termico converte a energia radiante do sol em calor, usando-a conforme a aplicação desejada o sistema fotovoltaico a converte direitamente em energia elétrica que pode ser usada como uma fonte de energia comum.
A radiação insidente no limite superiror da atmosfera sofre uma serie de refleções, dispersões e absorções durante o seu percuso ate o sol, conforme as variações climaticas. A insidencia total da radiação solar sobre um corpo localizado no solo é a soma das componentes direta, difusa e refletida.
A radiação direta é a que não sofre mudanças na direção além de ser provocada pela reflação atmosferica. A radiação difusa é aquela recebida por um corpo após a direção dos raios solares terem sido modificadas por uma reflexão na atmosfera. A radiação refletida depende das caracteristicas do solo e da posição do elemento receptos.
A disponibilidade de energia solar na superficie terrestre varia conforme o local e a epoca do ano. Muitas aplicações exigem tanto uniformidade quanto constancia no suprimento da energia. O maior desafio para o projetista do sistema solar consiste no estudo e previsões da radiação solar, nos meios utilizados para capturar esta energia e na forma de armazenamento algumas das várias são previsiveis: A variação diurna, que é a função de movimento de rotação da terra em torno de seu eixo; A variação sazonal, que é a função da inclinação do eixo da terra; E a variação anual, que é a função da orbita eliptica da terra em torno do sol. Outras variações significativas são previsiveis por estatistica, tal como a insidencia média da radição solar por um periudo de tempo. Neste caso, existem os efeitos de formação de nuvens poluição atmosfericas, pó e nevueiros.
2.1 Energia solar fototérmica Umas das formas de produzir energia elétrica a partir da energia solar é utilizando a tecnologia de concentração solar, também chamada de fototérmica. Embora
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,
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.
Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento, como no caso de irrigação onde a água bombeada é diretamente consumida ou estocada em reservatórios. Em sistemas que necessitam barerias, usa-se um dispositivo para controlar a carga e a descarga na bateria. O controlador de carga tem como principal função não deixar que haja danos na bateria por sobrecarga ou descarga profunda e é empregada em sistemas pequenos em quem aparelhos são de baixa tensão e conrrente contínua (CC).
Para alimentação de equipamentos de corrente alternada (CA) é necessário um inversor. O inversor geralmente incorpora um seguidor de ponto de máxima potência para otimização da potência final produzida. Este sistema é importante quando se deseja mais conforto no uso de eletrodomésticos convencionais.
Sistemas FV de pequeno porte apresentam um excelente custo-beneficio para compra e instalação, mesmo comparado às principais fontes de energia utlizadas no mundo.
2.2.4 Sistema híbrido Sistemas híbridos são aqueles que, desconectados da rede convencional apresentam várias fontes de geração de energia como: turbinas eólicas, geração de diesel, módulos fotovoltaicos, entre outras. O emprego de várias formas de geração de energia elétrica torna-se complexo quanto á otimização. É necessário estabelecer um controle de todas as fontes para alcançar máxima eficiência na entrega da energia ao usuário.
Os sistemas híbridos são empregados para sistemas de médio a grande porte, atendendo a um número maior de usuários. Por trabalhar com cargas e correntes contínua, o sistema híbrido também apresenta um inversor. Em virtude da grande complexidade de arranjos e multiplicidade de opções, a forma de otimização do sistema exige um estudo particular para cada caso.
2.2.5 Sistemas conectados á rede elétrica Os sistemas interligados á rede utilizam grandes números de paineis fotovoltaicos e não necessitam de armazenamento de energia, pois toda a geração é entregue diretamente na rede. Este sistema representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual está conectado. Todo o arranjo é ligado em inversores e, em seguida, guiado diretamente na rede. Os inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e segurança para que a rede não seja afetada.
Durante o dia, com o sol brilhando, o excesso de eletricidade não é armazenado, mais vendido para a distibuidora de energia e disponibilizado na rede eletrica. Quando os paineis fotovoltaicos não produzem energia suficiente, a eletricidade é adquirida da rede elétrica.
Sistemas solarem conectados á rede elétrica forma uma pequena usina cuja eletricidade pode ser utilizada pelo produtor ou por outras instalações ligadas a rede elétrica. Esses sistemas tornam-se parte da rede elétrica interligada e quando há
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).
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. 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.
Verificar com a concessionária de energia local para a conexão á rede elétrica se for o caso; Obter as licenças e permissões necessárias; Comprar os módulos, estruturas e equipamentos do sistema FV; Instalar o sistema; Verificar a perfomance do sistema (comissionamento); Assinar o contrato de conexão á rede elétrica se for o caso.
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.