Inovações em Fontes Alternativas de Energia

Aplicadas a Geração de Energia Elétrica – Energias Solar e Eólica

Prof. Leandro Momenté AlmadaBacharel em Engenharia Elétrica pela UNESP - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, campusda FEIS - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, possui Licenciatura em Engenharia Elétrica pela FATEC -Faculdade de Tecnologia, campus São José do Rio Preto, Mestrado em Engenharia Elétrica na área de Automaçãoaplicado à Estabilidade do Sistema Elétrico de Potência pela UNESP/ FEIS e está cursando Doutorado emEngenharia Elétrica também pela UNESP/ FEIS. Atualmente é professor do curso de Engenharia Elétrica doCentro Universitário de Bebedouro - UNIFAFIBE e professor no curso de Engenharia Elétrica da UNIFRAN.

1II Semana de Engenharia Elétrica – de 14 a 17/10/15.

PropostaUma Visão Geral Sobre

Energia Solar;Energia Eólica;

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Abordagem

Estado Atual da Tecnologia;Aplicações e Inovações;Perspectivas Futuras.

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ENERGIA SOLAR

Energia solar é um termo que se refere à energia proveniente daluz e do calor do Sol.Irradiação Soltar média: 1 410 W/m²;

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ENERGIA SOLARAproveitamento da Energia Solar• Direto: apenas uma transformação.• Exemplos:

– Células fotovoltáicas

O Chile vai solicitar propostasno próximo ano para construira maior fazenda solar daAmérica do Sul, pois ogoverno pretende dar opontapé inicial deinvestimentos em energiarenovável no deserto doAtacama.

O governo vai oferecer uma doação de US $ 20 milhões e um empréstimo de US $ 400milhões para construir a fazenda solar no norte do Chile, que terá mais de 50 megawatts decapacidade, 5

Aspectos positivos sobre energia fotovoltaica:

• Alimentação de áreas de difícil acesso;• Tecnologia em ascensão e incentivos a P&D;• Destaque entre as fontes alternativas de energia;• Ferramentas de simulação consolidadas que permitem

analises detalhadas.

Aspectos negativos sobre energia fotovoltaica

• Necessidade de inversores de frequência;• Sazonalidade;• Potência gerada;• Problemas de conexão ( Ilhamentos, harmônicas,

EMI);• Tecnologias diferentes para diferentes níveis de

potência.

Módulos FotovoltaicosCapacidade de geração de células fotovoltaicas de diferentes países e sua

respectiva taxa de crescimento.

Variáveis da geração fotovoltaica:

• Propriedades intrínsecas das células;

• Radiação solar.

Módulos Fotovoltaicos

2.Módulos FotovoltaicosVariáveis da geração fotovoltaica:• Propriedades intrínsecas das células;

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Classificação:

I. CONEXÃO COM A REDE

SISTEMAS INDEPENDENTES SISTEMAS CONECTADOS A REDE

I. Sistemas Isolados

Sistemas fotovoltaicos isolados são conhecidoscomo off-grid e suas principais aplicaçõesincluem suprimento rural, suprimento de centraisde comunicação de difícil acesso, iluminação,dentre outros.

Sistemas de Geração Fotovoltaica

I. Sistemas Conectados a Rede

• Permite que a energia produzida estejadisponível para consumi alguns milisegundosapós ter sido gerada;

• Podem ser utilizados bancos de baterias paraacumulo de excedentes;– Aumento do custo de projeto;

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Classificação:

II. POTÊNCIA INSTALADA

Pequeno porte < 5kWp; Médio porte 5 a 100kWp; Grande porte > 100 kWp.

II. Sistemas Conectados a Rede

• Incluem Sistemas Integrados a Plantas Civis,Usinas fotovoltaicas;

• Opções para acumulo de excedentes;

Sistemas de Geração Fotovoltaica

II. Sistemas Conectados a Rede

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Crescimento anual do mercado de energia fotovoltaica no mundo

Energia Fotovoltaica na Alemanha

Sistemas de Geração Fotovoltaica

II. Sistemas Conectados a Rede

II. Sistemas Conectados a Rede

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Comparativo entre características de demanda diária e capacidade de geração fotovoltaica

II. Sistemas Conectados a Rede

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Smart Grids

II. Sistemas Conectados a Rede

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Smart GridsPrincipais elementos

II. Sistemas Conectados a Rede

Sistemas de Geração Fotovoltaica

Papel do inversor de frequência em smart grids:

• Ajuste de tensão;• Ajuste do ponto de operação para máxima

entrega de potência à rede, atuando apenas nosinal de corrente (forma e fase).

Sistemas de Geração FotovoltaicaExemplos de sistemas implantadosPrimeiro “BIPV” em Hong Kong

Sistemas de Geração FotovoltaicaExemplos de sistemas implantadosPrimeiro “BIPV” em Hong Kong

Sistemas de Geração FotovoltaicaExemplos de sistemas implantados

Telha Fotovoltáica

Produzida com o objetivo de gerarmais ganhos de eficiência e estética, aTegola Solare é uma telha cerâmicanormal à qual foram incorporadasquatro células fotovoltaicas.

• Mais de uma transformação para que surja energia utilizável.– Usinas Heliotérmicas

A Gemasolar, primeira usinado mundo capaz deproduzir energia solar 24horas por dia, foi instaladaeste mês na região de Sevilha,que fica na Espanha,pela Torresol Energia.

Aproveitamento indireto da Energia Solar

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– Usinas HeliotérmicasAproveitamento indireto da Energia Solar

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A empresa israelense SunDWater lançouum dispositivo ecológico e de baixo custo emanutenção que usa energia solar paralimpar água poluída ou salgada.

A água é bombeada para dentro da unidade,que é equipada com uma esfera fotovoltaica de43 metros quadrados, que concentra os raios desol para a evaporação rápida. O vapor de águaflui em um cilindro, onde fica condensadonovamente em água doce.

Aproveitamento indireto da Energia Solar

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ENERGIA EÓLICA

Energia Eólica é um termo que se refere à energia provenientedos ventos.

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ENERGIA EÓLICA

Potêncial Eólico Brasileiro

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ENERGIA EÓLICATecnologia das TurbinasAerogerador de eixo horizontal

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ENERGIA EÓLICATecnologia das TurbinasAerogerador de eixo horizontal

•Pás do Rotor: Capturam a energia eólica e a convertem emenergia rotacional no eixo.•Eixo: Transfere a energia de rotação para o gerador.•Nacele: Carcaça onde são abrigados os componentes.•Caixa de Engrenagens: Aumenta a velocidade de rotação doeixo entre o gerador e o cubo do rotor.•Gerador: Usa a energia rotacional para gerar eletricidadeutilizando eletromagnetismo.•Unidade de Controle Eletrônico: Monitora todo o sistema,realiza o desligamento da turbina em caso de falha e ajusta omecanismo de alinhamento da turbina com o vento.•Controlador: Alinha o rotor com a direção do vento.•Freios: Em caso de falha no sistema ou sobrecarga de energia,detém a rotação do eixo.•Torre: Sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo oconjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurançae distantes do solo.•Equipamentos Elétricos: Transmitem a eletricidade do geradorpela torre e controlam os elementos de segurança da turbina.

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ENERGIA EÓLICATecnologia das TurbinasAerogerador de eixo vertical

Em geral, os rotores de eixo vertical têm avantagem de não necessitarem demecanismos de acompanhamento paravariações da direção do vento, o quereduz a complexidade do projeto e osesforços devido às forças de Coriolis. Osrotores de eixo vertical também podemser movidos por forças de sustentação(lift) e por forças de arrasto (drag).

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ENERGIA EÓLICAGeradoresGerador de InduçãoO gerador de indução trifásico com rotor em gaiola, apesar do baixo custo e manutençãosimples, apresenta como desvantagens a falta de possibilidade de regulação de tensão ede frequência, bem como a operação apenas em velocidade fixada pela frequência darede.

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ENERGIA EÓLICAGeradoresGerador Sincrono

O gerador síncrono tem como desvantagens seu alto custo devido aos imãspermanentes, altas temperaturas de operação, há ainda a possibilidade de picos decorrentes ou curtos-circuitos desmagnetizarem o imã e os conversores devem processara potência total do gerador.

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ENERGIA EÓLICASistemas Off-Shore

• Não ter limitações em termos deutilização do solo e dos diversosimpactos visuais.

• Não há problemas com impactossonoros, devido a distância da costa.

• A superfície do mar tem baixarugosidade.

• Devido à menor rugosidade, as turbinasnão necessitam de grandes alturas(comparando-as com o solo terrestre).

• Globalmente, a turbulência do vento émuito inferior no mar, devido à ausênciade barreiras. Assim, as turbinas nãosofrem um desgaste exorbitante, tendoum aumento em sua vida útil. 35

ENERGIA EÓLICAPrincipais Parques Eólicos no Brasil

• Complexo Eólico Alto Sertão I - localizado no semiárido baiano, é o maior parque geradorde energia eólica do Brasil e também da América Latina. As 184 torres geram 294megawatts de energia

• Parque Eólico de Osório: instalado no munício gaúcho de Osório, é o segundo maiorcentro de geração de energia eólica no Brasil (em 2011). Possui a capacidade instalada de150 megawatts.

• Usina de Energia Eólica de Praia Formosa: instalada na cidade de Camocim (Ceará).Possui a capacidade instalada de 104 megawatts.

• Parque Eólico Alegria: instalado na cidade de Guamaré (Rio Grande do Norte). Possui acapacidade instalada de 51 megawatts.

• Parque Eólico do Rio de Fogo: instalado na cidade de Rio do Fogo (Rio Grande do Norte).Possui capacidade instalada de 41 megawatts.

• Parque Eólico Eco Energy: instalado na cidade de Beberibe (Ceará). Possui capacidadeinstalada de 25 megawatts.

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ENERGIA EÓLICAInovações

Balão em forma de rosquinha gigante para geração deenergia elétrica a partir do vento

http://economia.estadao.com.br/noticias/geral,balao-em-forma-de-rosquinha-gigante-produz-energia-eolica,180103e

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ENERGIA EÓLICAInovações

Turbinas gêmeas aproveitam o vento sob pontes eviadutos

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ENERGIA EÓLICAComparativo de custos

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