VALORIZAÇÃO DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS - CASOS DE ESTUDO

Energia Solar

Instituto Politécnico de Castelo Branco

Escola Superior Agrária

Energia Solar A Energia solar é a designação dada a qualquer tipo de captação

de energia luminosa (e, em certo sentido, da energia térmica) proveniente do sol, e posterior transformação dessa energia captada em alguma forma utilizável pelo homem, seja directamente para aquecimento de água ou ainda como energia eléctrica ou mecânica.

No seu movimento de translação ao redor do Sol, a Terra recebe 1 410 W/m² de energia, medição feita numa superfície normal (em ângulo recto) com o Sol. Disso, aproximadamente 19% é absorvido pela atmosfera e 35% é reflectido pelas nuvens. Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está na forma de luz visível e luz ultravioleta.

Energia Solar As plantas utilizam diretamente essa energia no processo

de fotossíntese. Nós usamos essa energia quando queimamos lenha ou combustíveis minerais. Existem técnicas experimentais para criar combustível a partir da absorção da luz solar em uma reação química de modo similar à fotossíntese vegetal - mas sem a presença destes organismos.

A radiação solar, juntamente com outros recursos secundários de alimentação, tal como a energia eólica e das ondas, hidro-electricidade e biomassa, são responsáveis por grande parte da energia renovável disponível na terra. Apenas uma minúscula fracção da energia solar disponível é utilizada.

O Sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 1,5 x 1018 kWh de energia . Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10000 vezes o consumo mundial de energia neste período. Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, a radiação solar constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia (térmica, elétrica, etc.).

Energia Solar

Mapa de Radiação em Portugal

Uma das possíveis formas de conversão da energia solar é conseguida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em electricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado.

Energia Solar

De acordo com um estudo publicado em 2007 pelo Conselho Mundial da Energia, em 2100, 70% da energia consumida será de origem solar.

Energia Solar Térmica

• Os painéis solares térmicos transformam a radiação solar directamente em energia térmica para o aquecimento de águas ou outros fins.

Energia Solar Termoeléctrica

• A energia solar termoeléctrica concentra a luz solar em um liquido que atinge o ponto de ebulição, e o vapor é usado para accionar uma turbina que gera electricidade.

Energia Solar Fotovoltaica

• A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico).

Energia Solar

Tipos de Energia Solar

Indireto significa que precisará haver mais de uma transformação para que surja

energia utilizável.

Sistemas passivos são geralmente diretos,

apesar de envolverem (algumas vezes) fluxos em convecção, que é

tecnicamente uma conversão de calor

em energia mecânica.

Sistemas activos são sistemas que apelam ao auxílio de dispositivos

elétricos, mecânicos ou químicos para aumentar a efetividade da coleta. Sistemas indiretos são quase sempre também

activos.

Directo significa que há apenas uma

transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo

homem.

A energia solar atinge uma célula

fotovoltaica criando electricidade.

A energia solar não polui durante seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos

necessários para a construção dos painéis solares é totalmente

controlável utilizando as formas de controles existentes actualmente.

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. É energia sem ruído.

As centrais necessitam de manutenção mínima.

Vantagens

Energia Solar

Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado. A energia para a fabricação de um painel solar pode ser maior do que a energia gerada por ele.

Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de energia.

Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação atmosférica, 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.

As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas, por exemplo, a energia hidroelétrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja).

Desvantagens

Energia Solar

Energia Solar FotovoltaicaO sistema do Painel Fotovoltáico é

geralmente composto por:

- grupo acumulador (baterias): onde a energia é armazenada para uso posterior quando não há luz solar;

- um controlador de carga: de forma a gerir a "entrada" e "saída" de energia das baterias;

- inversor de corrente: uma vez que os painéis produzem Corrente Contínua, e a maior parte dos electrodomésticos consomem Corrente Alterna;

- sistema de apoio: quando a energia solar disponível é insuficiente.

Energia Solar Fotovoltaica

Células de Silício Policristalino

A partir de lingotes de silício optidos por fusão de

silício puro, em moldes especiais, arrefecidos

lentamente. Neste processo, os átomos

organizam-se em cristais, formando uma extrutura

policristalina, com espaços de separação

entre os cristais. Os lingotes são depois cortados em finas

bolachas, para constituirem

posteriormente as células fotovoltáicas.

Células de Silício Monocristalino

Constroem-se a partir de barras cilindricas de silício monocristalino, optidos em

formas especiais, serrados em bolachas

com espessuras de 0,4 a 0,5mm.

A célula é optida de um único cristal. A rede

cristalina é a mesma e tem muito poucas

impurezas ou imperfeições.

O processo é o mais caro, mais conduz a uma eficiência superior.

Células de Silício Amorfo

Estas células obtém-se pela deposição de finas

capas de plasma de silício microcristalino sobre vidro,

plásticos e outros materiais. Possui o

rendimento mais baixo das células de silício, mas

tem maior estabilidade face á temperatura. Para

temperaturas mais elevadas, é o que varia menos a sua eficiência.

Energia Solar Fotovoltaica

Células de Telureto de Cádmio(CdTe)

Fruto de pesquisas recentes, o Telúrio e o

Cádmio foram introduzidos no fabrico de células

fotovoltáicas, com resultados promissores,

embora ainda em evolução. A eficiência é

ainda baixa

Células de Disseleneto de Cobre Índio

È outro tipo de material em evolução, com resultados também promissores. Tal como as células de CdTe, são mais baratas e mais

fáceis de construir. Eficiência identica ao

silício Amorfo

Células de Tripla JunçãoTambém ao nível da

composição com múltiplos metais e múltiplas junções

se tem verificado evolução, com as células

de tripla junção a atingirem eficiências elevadas, mas

apenas em ensaios laboratoriais, portanto a

produção industrial ainda não se verificou.

Energia Solar Térmica

O mesmo fluido a temperaturas diferentes tem também densidades diferentes, quanto maior é a sua temperatura menor a sua densidade. Por isso, quando se aquece um fluido, este tem tendência a estratificar-se ficando a parte mais quente na zona superior. No sistema de termossifão a água aquecida pelo Sol no colector, sobe "empurrando" a água mais fria do depósito, forçando-a a tomar o seu lugar, descendo, para subir novamente quando, por sua vez for aquecida. O depósito deve ficar acima do colector, senão dá-se o fenómeno inverso quando já não houver sol (termossifão invertido). Estes sistemas são compostos pelo colector solar, depósito acumulador, purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios.

Circulação em Termossifão

Energia Solar Térmica

Nas situações em que não é viável a colocação do depósito acima da parte superior dos colectores e para os grandes sistemas em geral é necessário usar bombas electrocirculadoras para movimentar o fluido térmico. A bomba poderá ser comandada por um sistema de controle automático (o comando diferencial).

O sistema de controle (comando diferencial) está regulado de modo a pôr a bomba em funcionamento logo que a diferença de temperatura (Tout - Tdep) entre os colectores e o depósito seja de 5 ºC

Estes sistemas são compostos pelo colector solar, depósito acumulador, bomba electrocirculadora, controlador diferencial, purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios.

Circulação Forçada

Energia Solar TérmicaTipos de Colectores Solares Térmicos

Colectores de Tubo de Vácuo (aquecimento de águas e produção de

vapor)

Colectores Concentradores (CPC)com Cobertura (aquecimento de águas e

produção de vapor)

Colectores Planos com Cobertura (aquecimento de águas)

Colectores Planos sem Cobertura (aquecimento de piscinas)

Temperatura

Energia Solar TérmicaPrincipais Aplicações

Energia Solar TermoeléctricaCilindro Parabólicos

A tecnologia cilindro-parabólico é, do ponto de vista conceptual, uma das mais intuitivas e simples de compreender: resume-se essencialmente a uma parábola de grandes dimensões ondeno seu foco se situa um tubo em vácuo onde circula o fuido (tipicamente água).

Energia Solar TermoeléctricaCilindro Parabólicos

Energia Solar TermoeléctricaFresnel Linear

Este tipo de colectores surge numa tentativa de aproximar o desempenho do cilindro-parabólico de uma forma mais económica e com menos perdas, usando o princípio de Fresnel que diz que a parábola pode seraproximada por um conjunto de segmentos de recta

Energia Solar TermoeléctricaFresnel Linear

Energia Solar TermoeléctricaMotores Stirling (Disco Parabólico)

Estas centrais são compostas por um parabolóide de revoluçãoo onde no foco é colocado um motor/geradorde Stirling ou uma miniturbina em ciclo de Brayton (gás). Assim, ao contrário das outras tecnologiaseste modelo não necessita de uma central termoeléctrica associada, sendo que a conversão eléctrica ocorredirectamente no próprio colector.

Energia Solar TermoeléctricaMotores Stirling (Disco Parabólico)

Energia Solar TermoeléctricaTorre Solar

A Torre Solar funciona como uma chaminé localizada no meio de uma base circular equipada com coletores solares. O ar sob o coletor é aquecido pelo sol que se desloca pela base da chaminé até o seu topo por convecção (ar quente sobe). Na subida, ele ganha velocidade (cerca de 56 Km/h) e passa através de 32 turbinas localizadas no interior da torre, gerando electricidade.

Energia Solar TermoeléctricaTorre Solar