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5º Seminário Internacional de Construções Sustentáveis 2º Fórum de Desempenho de Edificações
27 de outubroPasso Fundo - RS
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CONVERSÃO FOTOVOLTAICA, HISTÓRICO E STATUS
ATUAL DESTA TECNOLOGIA
Prof. Alexandre J. Bühler
GPAER – Grupo de Pesquisa Aplicada em Energias Renováveis
Quanta energia atinge a Terra vinda do Sol?
Considerando:Raio médio da Terra: 6,37 x 106 mConstante solar: 1362 W/m²
Potência do Sol na Terra: 3,47 x 1017 WÁrea de meia esfera: 2,548 x 1018 m²
O cálculo leva em consideração queaproximadamente metade da radiaçãoque atinge a Terra por unidade de tempoé refletida pelas nuvens e aerossóis ouabsorvida na atmosfera.
Consumo total de energia elétrica em 201222.668 TWhTempo de energia do Sol: 6,8 minutos
Consumo total de energia em 2012158.000 TWhTempo de energia do Sol: 53,1 minutos
Por ano, a Terra recebe cerca de 20.000 vezes mais energia do que o consumo mundial total em 2012.
Energia solar
Térmica Química Fotovoltaica
Coletor solarCélulas de corante
Célula fotovoltaica
EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR
Conversão térmica
EXTRAÇÃO DA ENERGIA SOLAR
Coletor solar térmico plano
Coletor solar de tubo a vácuo
O início da energia solar FV
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez por Alexandre Edmond Becquerel em 1839.
Com 19 anos de idade Becquerel elaborou um experimento com cloreto de prataimerso em uma solução ácida que gerava uma corrente quando iluminada.
O início da energia solar FV
• Em 1839 descobre o efeito fotovoltaico em uma célula eletroquímica.
• Em 1876 foi construída o primeiro aparato fotovoltaico utilizandoconceitos de física de estado sólido.
• Em 1956 inicia-se a produção industrial seguindo o crescimento daeletrônica.
• A corrida espacial impulsiona pesquisas em FV.
• Em 1973 a crise mundial do petróleo renova e amplia o interesse pela FV.
• No fim da década de 90 Alemanha e Japão criam políticas de incentivopara a FV com o objetivo de reduzir a emissão de CO2.
• A partir de 2006 a China passa a produzir componentes para o mercadoFV contribuindo para a redução drástica dos custos de fabricação.
O que é uma célula FV
Lado N: espessura entre 0,3 mm até 1 mm
Lado P: espessura entre 200 mm até 500 mm
Grau de pureza mínimo do silício para uso em fotovoltaica:99,9999%
Grau metalúrgico: até 99,5%
Principais tecnologias fotovoltaicas
Célula FV de silício monocristalino
Módulo FV de silício monocristalino
Lingote de silício monocristalino
17 – 18% de eficiência
Principais tecnologias fotovoltaicas
Célula FV de silício multicristalino
Módulo FV de silício multicristalino
Bloco de silício multicristalino
15 – 16% de eficiência
Principais tecnologias fotovoltaicas
Silício amorfo
Telureto de Cádmio
CIGS
Filmes finos
11 – 13% de eficiência
Eficiência é mesmo importante?
Usina de Itaipú:
Área inundada: 1350 km²
Potência: 14 GW
Energia gerada: 80-90 TWh/ano
19% del consumo total
Generação fotovoltaica na área inundada:
Eficiência global de 10%
Potência FV instalada: 135 GW
Energia gerada: 229 TWh/año
49% del consumo total
By the end of 2016, cumulative global installed photovoltaic (PV) installations will surpass 310 gigawatts (GW), compared to just 40 GW at the end of 2010, according to IHS.
Potência fotovoltaica acumulada
http://www.renewableenergyfocus.com
Potência fotovoltaica acumulada
País Potência em 2014 (GW)
País Potência Acumulada em
2015(GW)1 China 10,6 China 43,062 Japão 9,7 Alemanha 39,643 EUA 6,2 Japão 33,34 Reino Unido 2,3 EUA 27,325 Alemanha 1,9 Itália 18,926 França 0,9 Reino Unido 9,087 Austrália 0,9 França 6,558 Coréia do Sul 0,9 India 5,179 África do Sul 0,8 Espanha 4,83
10 Índia 0,6 Austrália 4,1
Potência fotovoltaica instalada em 2012 e acumulada (IEA, 2015).
Grandes centrais fotovoltaicas no mundo
Agua Caliente Project
Local: Yuma County, Arizona, EUAPotência instalada: 290 MWInvestimento: U$ 967 milhões Módulos: 4,9 milhõesEnergia gerada: 559.000 MWh/ano
Supondo famílias com consumo mensal de 200 kW.h essa central pode atender 233.333 famílias.
Grandes centrais fotovoltaicas no mundo
Topaz Solar Farm
Local: San Luis Obispo County, Califórnia, EUAPotência instalada: 550 MWInvestimento: U$ 2,5 bilhões Módulos: 9 milhõesEnergia gerada: 1.100.000 MWh/ano
Supondo famílias com consumo mensal de 200 kW.h essa central pode atender 458.333 famílias.
Maiores centrais FV
País Potência (MW)
Nome Em operaçãodesde:
1 China 1000 Yanchi Solar PV Station 2016
2 EUA 575 Solar Star Projects 2015
3 EUA 550 Desert Sunlight Solar Farm 2015
4 EUA 550 Topaz Solar Farm 2011-14
5 China 480 LongyangxiaHydro-Solar PV Station
2013-15
6 EUA 350 Copper Mountain III Solar Facility
2015
7 India 345 Charanka ParkPV power plant
2012-15
8 França 300 Centrale solaire de Cestas 2015
9 EUA 290 Agua Caliente Solar Project 2012
10 EUA 250 Silver State South Solar 2016
http://www.pvresources.com/en/top50pv.php
Estamos mudando e precisamos mudar!
Embora aindatenhamos reservas de combustíveis fósseis, ou a natureza nos mostrará o que ocorrequando passamos o ponto.
O mundo está mudando para as renováveis.
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