UNIVERSIDADE POTIGUAR – UNP

ESCOLA DAS ENGENHARIAS E EXATAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

ENERGIA SOLAR

Uma boa alternativa para comunidades carentes do nordeste

MOSSORÓ

2012

JOÃO WILKER LEÃO DE LIMA

ISRAEL GUSTAVO REBOUÇAS DE OLIVEIRA

MIGLIANE SUZI DA SILVA

MARCELO GURGEL

PAULO JARBAS LEÃO DE SOUSA

ENERGIA SOLAR

Uma boa alternativa para comunidades carentes do nordeste

Trabalho submetido ao V Congresso

Científico no primeiro semestre de

2012, na Universidade Potiguar –

UNP – Campus Mossoró.

MOSSORÓ

2012

SumárioINTRODUÇÃO..........................................................................................................................11. ENERGIA SOLAR.................................................................................................................22. POTENCIAL ENERGÉTICO BRASILEIRO........................................................................33. ENERGIA SOLAR NO NORDESTE....................................................................................33.1. Potencial energético da região.............................................................................................33.2. Favorecimento geográfico e climático.................................................................................44. TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA......................................................................................44.1. A realidade fotovoltaica.......................................................................................................44.2. Aplicações da energia solar fotovoltaica.............................................................................54.3. Principais tecnologias fotovoltaicas para aplicação rural....................................................6

4.3.1. Iluminação pública....................................................................................................64.3.2. Sistema de bombeamento d’água..............................................................................64.3.3. Sistema de eletrificação rural....................................................................................74.4. Componentes de um sistema fotovoltaico...................................................................74.5. Obtenção de energia elétrica em um sistema fotovoltaico...........................................8

5. BENEFÍCIOS PARA A COMUNIDADE..............................................................................96. DA VIABILIDADE DE INSTALAÇÃO DO PROJETO....................................................10CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................................10REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................11

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICAUMA BOA ALTERNATIVA PARA COMUNIDADES POBRES DO NORDESTE

JOÃO WILKER LEÃO DE LIMAMARCELO GURGEL

ISRAELMIGLIANE

PAULO JARBAS LEÃO DE SOUSA

RESUMOEste artigo faz uma breve abordagem acerca da possibilidade da utilização de energia solar fotovoltaica em comunidades pobres no Nordeste. O objetivo principal deste trabalho é fazer uma análise acerca da viabilidade econômica de implantação de um projeto dessa magnitude, visando a sua utilização nas comunidades rurais do Nordeste do Brasil que não têm acesso à energia elétrica. Além disso, o presente trabalho também tem o objetivo de averiguar os benefícios que se podem auferir com a utilização dessa fonte inesgotável de energia e de colaborar com os estudos que vêm sendo realizados sobre o assunto. A escolha do tema se funda na grande necessidade de se adaptar ao uso de fontes alternativas e renováveis, sobretudo em vista dos problemas ambientais decorrentes da utilização de energias poluentes e de sua possível carência no futuro, além da importância das fontes alternativas de energia para a inclusão social da população existente nas comunidades isoladas do Nordeste, que mesmo atualmente não tiveram a oportunidade de ter acesso à iluminação elétrica em suas residências. Para se atingir tal objetivo, à custa de uma relativa pesquisa bibliográfica, fez-se necessário compreender um pouco sobre a energia solar, analisar o potencial energético do Brasil e do Nordeste, bem como fazer um estudo sobre as tecnologias fotovoltaicas. Palavras-chave: Energia solar, Tecnologias Fotovoltaicas, Retenção, Transformação,

Nordeste.

INTRODUÇÃOO planeta vem sofrendo graves problemas ambientais decorrentes do consumo

exorbitante de energias que agridem o meio ambiente com poluição. Além da questão

ambiental, existe também a preocupação mundial com a disponibilidade dessas fontes de

energia no futuro. Pois, como sabemos, os combustíveis derivados do petróleo e do carvão

mineral, dentre outros, não vão durar para sempre. A preocupação com os problemas

ambientais e com a disponibilidade das reservas atuais de energia não renovável é o que move

a humanidade no sentido de buscar alternativas energéticas. Dentre tais alternativas está a

energia solar, que é inesgotável, renovável e não polui o meio ambiente.

Assim, tendo em vista a grande necessidade de se adaptar ao uso de fontes

alternativas e renováveis de energia, sobretudo em vista dos problemas ambientais

decorrentes da utilização de energias poluentes e de sua possível carência no futuro, além da

importância das fontes alternativas de energia para a inclusão social da população existente

nas comunidades isoladas do Nordeste, que mesmo atualmente não tiveram a oportunidade de

2

ter acesso à iluminação elétrica em suas residências – este artigo faz uma breve abordagem

acerca da possibilidade da utilização de energia solar fotovoltaica em comunidades pobres do

Nordeste.

O objetivo principal deste trabalho é fazer uma análise acerca da viabilidade

econômica de implantação de um projeto dessa magnitude, visando a sua utilização nas

comunidades rurais do Nordeste do Brasil que não têm acesso à energia elétrica. Além disso,

o presente trabalho também tem o objetivo de averiguar os benefícios que se podem auferir

com a utilização dessa fonte inesgotável de energia e de colaborar com os estudos que vêm

sendo realizados sobre o assunto.

O Brasil é um país que possui um grande potencial de energia solar, sobretudo na

região Nordeste. A posição privilegiada dessa região, que é equatorial, em que os raios solares

incidem de forma quase perpendicular, unida aos benefícios climáticos, por possuir insolação

praticamente o ano todo, faz dela o local estratégico para a implantação de um projeto de

aproveitamento da energia solar. A implantação de programas de produção de energia solar

no Nordeste brasileiro se mostra bastante imperativa, pela questão da pobreza na região, haja

vista que a implantação de um projeto dessa magnitude poderia beneficiar muitas famílias

carentes, que teriam energia elétrica gerada por meio de um sistema que converte a energia do

sol em elétrica.

1. ENERGIA SOLARA energia solar, como a própria expressão define, é a energia proveniente do sol, dos

raios solares que atingem a Terra o dia inteiro, todos os dias, a milhares de anos. Foi o calor

oriundo deste astro que possibilitou o surgimento de vida aqui na Terra e sua perpetuação até

hoje. É uma fonte inesgotável, à disposição para a extração por todos, sem qualquer restrição.

O Sol é composto basicamente de hidrogênio e hélio. A energia que ele lança no

espaço é formada em seu núcleo por um processo conhecido como fusão nuclear, que consiste

na fusão de átomos de hidrogênio, sob temperaturas e pressões extremamente altas, formando

átomos e hélio e emitindo radiação. Da energia que a Terra recebe, parte é refletida de volta

para o espaço, outra é perdida na evaporação da água, outra é absorvida pelas plantas, solo,

oceanos, rios e lagos.

Existem duas formas básicas de aproveitamento da energia solar, a fotovoltaica que e

a térmica. Esta consiste no aproveitamento sob a forma de calor para aquecimento da água;

aquela gera energia elétrica através de módulos fotovoltaicos. Este trabalho abordará apenas o

3

sistema fotovoltaico, pois é uma alternativa de geração de eletricidade para pequenas

aplicações, geralmente usado para lugares isolados ou que não tem possibilidade de

fornecimento convencional de eletricidade.

2. POTENCIAL ENERGÉTICO BRASILEIROO Brasil recebe uma grande quantidade de energia solar diariamente. E isto se

justifica pelo fato de a maior parte do país se encontrar próxima à linha do Equador. Os

pontos de latitude menores recebem os raios solares de forma inclinada em relação aos pontos

localizados próximos à linha do Equador, que recebem os raios solares quase que

perpendicularmente, conforme se pode observar na figura abaixo:

Fig. 1 – Incidência solar na Terra1 Fig. 2 – Área amarela: maior recepção solar¹

Assim, conforme se pode observar nas figuras acima, o Brasil é um país bastante

propício ao aproveitamento solar, pois possui um potencial energético bastante grande. A

variação solar durante o dia é muito pequena, apresentando, em algumas regiões, baixos

índices de nebulosidade e precipitações.

Apesar de o País possuir um grande potencial energético para o aproveitamento de

energia solar, não há no Brasil incentivo ao uso dessa forma de energia.

3. ENERGIA SOLAR NO NORDESTE

3.1. Potencial energético da regiãoJá havíamos falado acima que o Brasil é um país bastante propício ao aproveitamento

solar, pois possui um potencial energético bastante grande. Contudo, das regiões brasileiras, o

Nordeste é a que possui maior potencial energético, conforme se pode observar na figura

abaixo:

1 Fonte: Google Imagens

4

Fig. 3 – Atlas solarimétrico brasileiro2

Isso se justifica pelo fato de tal região situar-se na linha do Equador, onde os raios

solares incidem de forma mais perpendicular, com maior concentração. Dessa forma, a região

Nordeste é, dentre todas as regiões brasileiras, a mais adequada a implantação de um grande

projeto que visasse à obtenção de energia solar para conversão em energia elétrica.

3.2. Favorecimento geográfico e climáticoO Nordeste é favorecido geograficamente quanto à questão da energia solar por

localizar-se próximo à linha do equador, conforme já dissemos. Observando o mapa

solarimétrico da figura acima, vemos que em um ponto localizado entre os estado do Ceará,

Rio Grande do Norte, Pernambuco e Paraíba, a incidência solar é a maior do país.

Mas o Nordeste não é só favorecido geograficamente, como também

climaticamente. A região apresenta pouca precipitação anual e pontos que quase não possuem

nebulosidade.

4. TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA

4.1. A realidade fotovoltaicaAssim como todas as energias renováveis, a energia fotovoltaica, que consiste na

conversão da luz solar diretamente em eletricidade, é uma fonte de energia limpa e

inesgotável. Atualmente, ela é utilizada para eletrificar locais relativamente distantes das

2 Fonte: Google Imagens

5

linhas de energia fornecida por hidroelétricas como, por exemplo, habitações rurais,

bombeamento de água, equipamentos de iluminação de emergência, etc. No nordeste, ainda

existem muitos lugares que sofrem por falta ou carência de energia elétrica. Dessa forma, a

tecnologia fotovoltaica seria uma solução ideal, pois utilizaria a energia do sol para beneficiar

populações rurais que não têm acesso à rede elétrica.

4.2. Aplicações da energia solar fotovoltaica

Há varias aplicações da tecnologia fotovoltaica para produção de energia elétrica a

partir da energia solar. No que tange a uma aplicação para o beneficiamento de populações

rurais pobres, em localidades afastadas da rede elétrica, temos aplicações para eletrificação

rural (iluminação, telefonia rural, refrigeradores e outros eletrodomésticos), escolas rurais,

postos de saúde, bombeamento de água para consumo humano, animal ou irrigação,

iluminação pública etc. conforme figura abaixo.

Fig. 4 – Aplicações da tecnologia fotovoltaica3

As tecnologias fotovoltaicas são sistemas que repassam diretamente a energia

produzida pelos painéis solares à rede elétrica convencional. É uma opção ecológica de

produzir a própria eletricidade.

4.3. Principais tecnologias fotovoltaicas para aplicação rural

3 Fonte: Solares: tecnologias fotovoltaicas.

6

4.3.1. Iluminação pública

O sistema de iluminação pública é protegido contra umidade, o que possibilita

trabalhar em condições climáticas mais adversas. Aliado a isto o controlador é provido de um

flexível programa de iluminação com temporizadores independentes e convenientemente

programáveis por controle remoto. Sem dúvida a melhor solução para controle de iluminação

pública. Ver figura:

Fig. 5 – Sistema para iluminação pública4

O sistema é ideal para a iluminação de vilas e ambientes públicos, como escolas,

postos de saúdes etc.

4.3.2. Sistema de bombeamento d’água

Fig. 6 – Sistema de bombeamento d’água5

O sistema é autônomo, ideal para abastecer com água famílias rurais, comunidades

isoladas, fazendas, pecuária etc.

4.3.3. Sistema de eletrificação rural

4 Fonte: Solares: tecnologias fotovoltaicas.5 Fonte: Solares: tecnologias fotovoltaicas.

7

Os painéis fotovoltaicos podem ser utilizados para iluminação de casas populares,

onde o consumo de energia elétrica normalmente é muito baixo, como no exemplo da figura

abaixo:

Fig. 7 – Eletrificação rural6

4.4. Componentes de um sistema fotovoltaico

O sistema fotovoltaico é um dispositivo que converte a energia luminosa diretamente

em energia elétrica em corrente contínua, e que, quando exposto à radiação solar, funciona

como gerador de energia elétrica. Este sistema é produzido com silício (material

semicondutor). Os componentes necessários à instalação de um sistema fotovoltaico são,

conforme figura abaixo, um painel solar (que pode ter um ou mais módulos fotovoltaicos); o

banco de baterias, composto por uma ou mais baterias (normalmente de chumbo-ácido de 12

V seladas); o controlador de carga, conectado às baterias; o inversor, que deve estar conectado

ao controlador de carga.

Fig. 8 - Sistema fotovoltaico de geração de energia elétrica7

6 Fonte: Solares: tecnologias fotovoltaicas.7 Fonte: Google Imagens

8

4.5. Obtenção de energia elétrica em um sistema fotovoltaico

Os painéis solares capitam os raios solares, transformando-os em energia elétrica. Os

painéis fotovoltaicos são constituídos a partir de módulos fotovoltaicos, que por sua vez são

formados por células fotovoltaicas, essas células são compostas de semicondutores, o mais

utilizado no momento é o Silício.

O Silício é segundo elemento mais abundante da crosta terrestre. O cristal de Silício

puro não possui elétrons livres, tornando-se, assim, um mal condutor de eletricidade, razão

pela qual são acrescentados a ele porcentagens de outros elementos. Esse processo é chamado

de dopagem. A dopagem do silício com o elemento fosforo consegue-se um material com

elétrons livres ou materiais com portadores de carga negativa (silício tipo N). Fazendo o

mesmo processo com o elemento BORO, obtém-se um material com características opostas,

ou seja, ausência de elétrons ou material com cargas positivas (silício tipo P). Se mantiver

separadas ambas as partes (silício tipo P e silício tipo N) elas são eletricamente neutros, a

partir do momento em que unimos os lados, os elétrons livres existentes no lado N passarão

para o lado P. Se uma ligação PN for exibida a incidência da luz, ocorrerá a geração de pares

elétron-lacuna, se isto ocorrer no território onde campo elétrico é diferente de zero, as cargas

serão apressadas, criando uma corrente através da ligação. Esta movimentação de cargas da

origem a uma diferença de potenciação, chamado EFEITO FOTOVOLTAICO.

Se conectarmos um condutor externo (fio) nas extremidades do silício, observaremos

que haverá um fluxo de elétrons (corrente elétrica), enquanto a luz consistir na célula, mante-

se este fluxo, esta é à base de funcionamento das células fotovoltaicas. Vale salientar que uma

célula fotovoltaica não armazena energia elétrica, apenas sustenta um movimento de elétrons

estabelecido num circuito elétrico.

A capacidade de geração de energia dos painéis solares é medida segundo padrões

internacionais. A potência produzida nestas condições é expressa na unidade denominada

Watts pico (Wp). A energia produzida não é constante, varia de forma diretamente

proporcional à luminosidade incidente.

As baterias armazenarão a energia elétrica para uso durante a noite e em períodos de

nebulosidade, onde não há disponibilidade de radiação solar. O controlador de carga protegerá

as baterias contra sobrecarga ou descarga excessiva. O inversor, conectado ao controlador de

carga, converterá a energia elétrica de corrente contínua para alternada, mecanismo necessário

a otimização para a utilização de eletrodomésticos convencionais.

9

Vale ressaltar, contudo, que alguns sistemas não empregam os inversores. Nesse

caso, os aparelhos são alimentados diretamente por corrente contínua.

5. BENEFÍCIOS PARA A COMUNIDADE O uso da tecnologia fotovoltaica para geração de energia para comunidades pobres

da região Nordeste significaria uma série de benefícios sociais. Isto porque o fornecimento de

energia a essas comunidades possibilitaria a redução da pobreza, o crescimento populacional,

um maior grau de urbanização e estrutura, desenvolvimento agropecuários etc.

Todos estes benefícios seriam logo auferidos, pois, conforme preleciona Goldemberg

(2000), a qualidade e a quantidade dos serviços de energia e a maneira pelas quais os

membros de uma comunidade são atingidos por eles produzem efeitos sociais significativos

(apud SCHAEFFER et. al, 2003). Pois “a utilização de fontes de energia nos domicílios está

intrinsecamente ligada ao nível de renda a que pertençam e pode significa comodidade e

conforto às famílias” (ACHÃO, 2003, p. 1).

A energia é fator indispensável ao bem-estar social e ao desenvolvimento

econômico. No Brasil, o suprimento de energia a todos os cidadão ainda deficitário, seja pela

falta de acesso do cidadão, seja pela precariedade do atendimento. Schaeffer (et al, 2003)

defende que quando a energia é suprida, as barreiras econômicas muitas vezes impedem que

segmentos significativos da sociedade possam fazer uso desta energia para o atendimento até

mesmo de suas necessidades mais básicas.

A energia é necessária para a iluminação, conservação de alimentos, força motriz,

lazer, alimentação do motor que bobeia a água para as plantações dentre outras coisas. O uso

da energia fornecida pelas placas fotovoltaicas pela população seria determinante para a

qualidade de vida dessas comunidades, dando-lhes uma vida mais digna, haja vista que a

forma e quantidade de energia que os indivíduos e suas famílias têm acesso influencia no seu

nível de pobreza.

A energia elétrica permitiria à população dessas comunidades terem acesso aos

meios de comunicação, como o rádio e a TV. Permitiria aguar sua plantação em momentos de

falta de chuva, pois o motor movido à energia produzida pelas placas seria uma solução a esse

grande problema por que enfrentam muitas comunidades que dependem do que plantam para

sobreviver. Permitiria lazer, sobretudo à noite, com iluminação de praças e outros ambientes

públicos.

10

Enfim, a energia é fundamental para uma vida melhor e menos sofrida. E tudo isso

seria possível com a implantação de um projeto de produção de energia elétrica por meio de

placas fotovoltaicas.

6. DA VIABILIDADE DE INSTALAÇÃO DO PROJETOTendo em vista que os preços dos componentes tem uma forte tendência mundial a

diminuam de valor ao longo dos anos, devido aos avanços tecnológicos nesta área, e sabendo

que o sistema fotovoltaico é uma fonte alternativa muito interessante para o Nordeste, haja

vista que a incidência solar nesta região do país dura o ano inteiro, concluímos que o projeto é

perfeitamente viável, haja vista o potencial energético solar da área e a disponibilidade de

equipamentos fotovoltaicos já disponíveis no mercado, como aqueles mencionados no tópico

sobre a tecnologia fotovoltaica. Além do que, a utilização do sistema fotovoltaico é

relativamente mais barato do que os gastos para trazer fios de grandes distâncias até às

comunidades. Sem falar que, em longo prazo, esta fonte alternativa será muito promissora,

principalmente no Brasil, que é um país tropical e tem sol o ano inteiro.

CONSIDERAÇÕES FINAISO sistema fotovoltaico tem sido utilizado no Brasil para eletrificação rural,

atendendo às cargas elétricas distantes da rede elétrica convencional. Nestes casos tais

sistemas são economicamente viáveis, devido aos elevados custos de expansão da rede

elétrica. Por exemplo, pequenos sistemas fotovoltaicos autônomos de geração de energia

elétrica (100 Wp a 150 Wp), usados para atender uma residência rural distante da rede elétrica

já são bastante conhecidos em muitas regiões rurais do mundo, inclusive no nosso país.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASACHÃO, Carla da Costa Lopes. Análise da Estrutura de Consumo de Energia pelo Setor

Residencial Brasileiro. Tese-Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE. 2003.

SCHAEFFER, Roberto; et al. Energia e pobreza: problemas de desenvolvimento energético e

grupos sociais marginais em áreas rurais e urbanas do Brasil. CEPAL – Nações Unidas:

Santiago de Chile, 2003.

Solares: tecnologias fotovoltaicas. Disponível em: http://www.solaris.com.br/solucoes.html.

Acesso em: 18 de maio de 2012.

Referência das figuras

Google Imagens. Disponíveis em: http://www.google.com.br/imghp?hl=pt-BR&tab=wi.

Acesso em: 18 de maio de 2012.

Solares: tecnologias fotovoltaicas. Disponível em: http://www.solaris.com.br/solucoes.html.

Acesso em: 18 de maio de 2012.