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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

Análise da Implantação de Eletroposto para Recarga de Bicicleta Elétrica

Augusto Massayuki Yamamoto

Itajubá, outubro de 2017

UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

Augusto Massayuki Yamamoto

Análise da Implantação de Eletroposto para Recarga de Bicicleta Elétrica

Monografia versão final apresentada ao Instituto de Sistemas Elétricos e Energia, da Universidade Federal de Itajubá, como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Elias Caetano Coorientador: Prof. Ph.D. Benedito Donizeti Bonatto

Itajubá, outubro de 2017


iii

Agradecimentos

Agradeço primeiramente aos meus familiares, em especial aos meus pais, os quais

sempre me apoiaram nas minhas decisões independentemente de qualquer coisa.

Agradeço à minha namorada, que sempre esteve comigo nos momentos mais difíceis

que passei durante a minha graduação e na minha vida pessoal.

Agradeço ao meu professor orientador, que em todo momento se dispôs a me ajudar e

me ajudou muito, seja com conselhos profissionais e pessoais.

Agradeço aos meus amigos da UNIFEI, que compartilharam das melhores às piores

fases de nossa graduação e sempre estiveram ao meu lado.

Agradeço aos meus amigos de Campinas, que apesar da distância sempre me

incentivaram e não deixaram meu desânimo tomar conta por pior que fosse a situação.


iv

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo teórico da implementação de um eletroposto com a

finalidade de recarregar bicicletas elétricas no campus sede da Universidade Federal de

Itajubá (UNIFEI). Por se tratar de uma tecnologia nova e pouco empregada no Brasil, a

análise será feita de maneira prospectiva.

Palavras chave: bicicleta elétrica, eletroposto, tecnologia.


v

Abstract

This paper presents a theory analysis of implementation of an electric station for charging

electric bicycles at Federal University of Itajubá (UNIFEI) situated in the city of Itajubá. This

kind of technology is recent in Brazil, because of that this analysis will be done in the

embracing way.

Key words: eletric bicycle, eletric station, technology.


vi

Lista de Figuras

Figura 1 - Eletroposto instalado pela USP em parceria com a EDP Brasil na cidade de São

Paulo. ........................................................................................................................................ 11

Figura 2 - Eletroposto instalado pela CPFL no Shopping Iguatemi em Campinas-SP. ........... 12

Figura 3 - Eletroposto instalado pela CPFL em Campinas-SP em frente à sede da

concessionária, no Parque São Quirino. ................................................................................... 12

Figura 4 - Conector SAE J1772 para recarga do tipo 1. ........................................................... 13

Figura 5 - Pinagem do conector SAE J1772. ........................................................................... 13

Figura 6 - Conector Mennekes. ................................................................................................. 14

Figura 7 - Pinagem do conector Mennekes. .............................................................................. 14

Figura 8 - Conector do tipo CHAdeMO. .................................................................................. 15

Figura 9 - Conector do tipo CHAdeMO. .................................................................................. 15

Figura 10 - Conector do tipo SAE J1772 para o combo tipo 1. ............................................... 16

Figura 11 - Composição de uma célula fotovoltaica. ............................................................... 17

Figura 12 - Módulo de uma célula fotovoltaica monocristalina. .............................................. 18

Figura 13 - Módulo de uma célula fotovoltaica policristalina. ................................................ 19

Figura 14 – Módulo de uma célula fotovoltaica de silício amorfo. .......................................... 19

Figura 15 – Módulo de uma célula fotovoltaica híbrida. ......................................................... 20

Figura 16 - Modelo construído em 1828 por Ányos Jedlik. ..................................................... 20

Figura 17 - Comparativo entre os VEs e os veículos convencionais. ...................................... 22

Figura 18 - Configuração para o veículo elétrico a bateria. ..................................................... 23

Figura 19 - Configurações para o veículo elétrico do tipo híbrido. .......................................... 23

Figura 20 - Configuração para o veículo elétrico híbrido plug-in. ........................................... 24

Figura 21 - Bicicleta elétrica construída por Ogden Bolton Jr. ................................................ 25


vii

Figura 22 - Bicicleta elétrica projetada por Oséias W. Libbey. ............................................... 25

Figura 23 - Modelo desenvolvido por John Schnepf. ............................................................... 26

Figura 24 – Bicicleta elétrica da fabricante Eletrobike. ........................................................... 26

Figura 25 - Bateria de níquel-hidreto metálico de um Toyota Prius. ....................................... 28

Figura 26 - Esquema de uma bateria níquel-hidreto metálico. ................................................. 28

Figura 27 – Esquema de funcionamento de uma bateria de íon-lítio. ...................................... 30

Figura 28 - Circuito equivalente de uma célula fotovoltaica.................................................... 31

Figura 29 - Curva característica de uma célula fotovoltaica. ................................................... 33

Figura 30 - Influência da resistência série na curva I-V. .......................................................... 33

Figura 31 - Influência da resistência paralela na curva I-V. ..................................................... 34

Figura 32 - Influência da radiação na célula fotovoltaica à temperatura constante. ................ 35

Figura 33 - Influência da temperatura na curva I-V à radiação constante. ............................... 35

Figura 34 - Influência do fator de idealidade do diodo na curva I-V à tensão de circuito aberto

constante. .................................................................................................................................. 36

Figura 35 – Diagrama de blocos referente à modelagem de um painel fotovoltaico. .............. 37

Figura 36 – Curva Corrente x Tensão obtida da simulação no software MATLAB. ............... 38

Figura 37 - Curva Potência x Tensão obtida da simulação no software MATLAB. ................ 38

Figura 38 – Curva típica P-V de uma célula fotovoltaica. ....................................................... 39

Figura 39 – Percurso considerado para a análise do tráfego urbano. ....................................... 40

Figura 40 – Serviço de aluguel de ebikes localizado no parque Birigui em Curitiba-PR. ....... 42

Figura 41 – Segundo percurso considerado para a análise do tráfego urbano. ........................ 44


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Lista de Abreviaturas e Siglas

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

CCS Combined Charging System

CPFL Companhia Paulista de Força e Luz

EDP Energias de Portugal

EUA Estados Unidos da América

ISEE Instituto de Sistemas Elétricos e Energia

MATLAB Software de computação numérica da empresa Mathworks

SIN Sistema Interligado Nacional

TFG Trabalho Final de Graduação

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

UNIFEI Universidade Federal de Itajubá

USP Universidade de São Paulo

VEs Veículos elétricos


ix

Sumário

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 10

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 11

2.1 Eletroposto .............................................................................................................. 11

2.2 Painel Fotovoltaico ................................................................................................. 16

2.3 Veículos Elétricos (VEs) ......................................................................................... 20

2.4 Baterias Elétricas .................................................................................................... 27

3 MODELAGEM MATEMÁTICA ................................................................................. 31

3.1 Célula Fotovoltaica ................................................................................................. 31

3.1.1 Curva Caracteristica I-V ........................................................................................... 32

3.1.2 Influência das resistências série e paralela na curva característica I-V .................... 33

3.1.3 Influência da radiação solar na curva característica I-V ........................................... 34

3.1.4 Influência da temperatura na curva característica I-V .............................................. 35

3.1.5 Influência do fator de idealidade do diodo na curva característica I-V .................... 35

3.2 Simulação MATLAB - Simulink ........................................................................... 36

4 TRÁFEGO URBANO .................................................................................................... 40

5 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 46

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 48


10

1 Introdução

Segundo a ANEEL, sabe-se que o atual cenário energético brasileiro é composto

predominantemente da geração hidráulica (usinas hidrelétricas) e da fóssil (carvão mineral,

gás natural, petróleo e outros fósseis), representando em termos de potência gerada 61,17 % e

27,8 %, respectivamente, enquanto que a energia proveniente da radiação solar possui um

percentual de apenas 0,02 %.

Estudos recentes vêm sendo feitos para que se possa mudar essa situação, visto que a

energia solar é uma fonte renovável e que não causa grandes impactos ambientais como as

hidrelétricas e termelétricas. Além disso, o Brasil é uma das regiões mais ricas em termos de

radiação solar. Sabe-se que a radiação solar é uma fonte limpa e alternativa de energia.

Grande parte do território brasileiro está localizada relativamente próxima à linha do Equador,

onde se observa que não há grandes variações na duração solar do dia. Sabe-se também que os

maiores índices de insolação solar no Brasil estão localizados principalmente na região

nordeste. Desta maneira, uma vez que o Brasil possui altos índices de radiação solar, a

utilização desse recurso natural seria muito desejável e sustentável.

Outra vantagem de se utilizar a energia solar como fonte energética é o seu baixo

custo de manutenção e também a diminuição dos gastos relacionados à energia elétrica, uma

vez que o Brasil tem passado em sua história recente por períodos de crise energética.

Aos poucos é possível observar nas grandes cidades, a implementação de veículos

elétricos. O abastecimento destes veículos é realizado através de um eletroposto, que em sua

maioria é alimentado por energia solar. Esta conversão da energia luminosa em energia

elétrica se dá através dos painéis fotovoltaicos, que por sua vez são constituídos de células

fotovoltaicas.

O tratamento da corrente gerada pelos painéis fotovoltaicos requer uso de tecnologias

da eletrônica de potência e controle para a construção de um eletroposto. De uma maneira

geral, os equipamentos necessários para a construção de um eletroposto são células

fotovoltaicas, inversor de frequência, multímetro, osciloscópio, frequencímetro, placa de

controle dos níveis de tensão e corrente. Para as simulações deste trabalho serão utilizados

alguns programas computacionais tais como MatLab® e MatCAD®.

Neste trabalho o estudo será focado em um eletroposto voltado para abastecer

bicicletas elétricas, uma vez que não se sabe precisamente o quão rentável é a sua aplicação.


11

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Eletroposto

Com a crescente emissão de gases causadores do efeito estufa foi necessário o

desenvolvimento de tecnologias que utilizassem fontes limpas de energia para minimizar os

impactos ambientais causados por estes gases. Desta maneira, estruturas semelhantes aos

postos de gasolina foram criadas, entretanto com o intuito de fornecer energia elétrica, seja ela

através da própria rede elétrica ou de fontes renováveis (células fotovoltaicas). Estas

estruturas são denominadas eletropostos.

Sabe-se que a construção do primeiro eletroposto no Brasil aconteceu na cidade de

São Paulo em 2012, e foi desenvolvido pelo Instituto de Eletrotécnica e Energia da

Universidade de São Paulo (USP) (Figura 1) e por outras empresas do ramo energético. Este

eletroposto, voltado para abastecer carros elétricos, teve como objetivo apenas o estudo

prospectivo voltado para experimentação. Em 2016, a Companhia Paulista de Força e Luz

(CPFL) instalou alguns eletropostos na cidade de Campinas-SP (Figuras 2 e 3), também

voltados para a recarga de carros elétricos.

Figura 1 - Eletroposto instalado pela USP em parceria com a EDP Brasil na cidade de São

Paulo.

Fonte: USP.


12

Figura 2 - Eletroposto instalado pela CPFL no Shopping Iguatemi em Campinas-SP.

Fonte: Elaborada pelo autor.

Figura 3 - Eletroposto instalado pela CPFL em Campinas-SP em frente à sede da

concessionária, no Parque São Quirino.

Fonte: Correio Rac.

Para postos de recarga conectados diretamente à rede elétrica, há alguns tipos de

arranjos. O primeiro consiste em conectar o veículo elétrico em uma tomada de 120 [V] ou

240 [V] (padrão utilizado nos Estados Unidos), ambas monofásicas e em corrente alternada

apenas, através de um plug SAE J1772 (Figura 4). A tensão de 120 [V] é para recarga lenta,


13

com corrente máxima de 16 [A] e potência de 1,9 [kW]. A tensão de 240 [V] caracteriza a

recarga do tipo rápida, com corrente máxima de 80 [A] e potência de 19,2 [kW].

Figura 4 - Conector SAE J1772 para recarga do tipo 1.

Fonte: CPFL.

A pinagem do conector SAE J1772 pode ser observada na Figura 5.

Figura 5 - Pinagem do conector SAE J1772.

Fonte: CPFL.

O pino de controle piloto tem a função de realizar a comunicação do veículo elétrico

(VE) para detectar a conexão do mesmo com o eletroposto bem como fornecer informações

sobre a recarga. O pino de detecção de proximidade faz com que o carro não se movimente

quando conectado ao eletroposto.

O segundo tipo de topologia utiliza o conector desenvolvido na Europa chamado

Mennekes (Figura 6). A recarga pode ser feita tanto em tensão monofásica (230 [V], 16 [A]),

quanto em trifásica (400 [V], 63 [A]), ambas em corrente alternada.


14

Figura 6 - Conector Mennekes.

Fonte: CPFL.

Sua pinagem pode ser observada na Figura 7.

Figura 7 - Pinagem do conector Mennekes.

Fonte: CPFL.

O terceiro tipo utiliza o conector CHAdeMO (Figura 8), padrão desenvolvido pela

Toyota no Japão. A principal diferença deste para os anteriores é a recarga apenas em corrente

contínua do tipo rápida, podendo chegar a 62,5 [kW].


15

Figura 8 - Conector do tipo CHAdeMO.

Fonte: Inside EVs.

Este tipo de conector possui alguns pinos extras, como pode ser observado na Figura

9.

Figura 9 - Conector do tipo CHAdeMO.

Fonte: CPFL.

O quarto tipo é denominado Combo CCS (Combined Charging System), o qual se

subdivide em duas categorias. O combo tipo 1 (Figura 10): utiliza o conector SAE J1772, com

recargas do tipo lenta (em corrente alternada) e rápida (em corrente contínua).


16

Figura 10 - Conector do tipo SAE J1772 para o combo tipo 1.

Fonte: CPFL.

Já o combo tipo 2 utiliza o conector tipo Mennekes que também possui recargas do

tipo lenta e rápida.

Existem ainda configurações nas quais o eletroposto é alimentado pela energia elétrica

proveniente de fontes alternativas de energia, como por exemplo os painéis fotovoltaicos.

2.2 Painel Fotovoltaico

Um painel fotovoltaico pode ser entendido como um conjunto de células fotovoltaicas,

as quais são responsáveis pela conversão da energia proveniente do Sol em energia elétrica. A

composição destas células consiste em duas camadas de material semicondutor (a grande

maioria feita de silício): a primeira, do tipo N, com um excesso de elétrons periféricos; e a

segunda, do tipo P, com uma falta de elétrons, portanto existe uma diferença de potencial

entre essas camadas (Figura 11). A partir daí os elétrons periféricos, ao captarem a radiação

solar, saltam a barreira de tensão e desta forma criam uma corrente contínua.


17

Figura 11 - Composição de uma célula fotovoltaica.

Fonte: E-lee.

O estudo do fenômeno fotovoltaico se iniciou no ano de 1839 quando Alexandre

Edmond Becquerel observou a geração de eletricidade através da incidência de luz sobre

placas metálicas de prata submersas em um eletrólito.

Em 1876, William Adams presenciou o mesmo fenômeno observado por Becquerel,

entretanto em componentes semicondutores.

Todavia, apenas no ano de 1884, Charles Fritts produziu a primeira célula

fotovoltaica, constituída do elemento selênio e com rendimento abaixo de 1%.

O cientista polaco Czochralsk desenvolveu um processo de crescimento de cristais de

silício a partir de um único cristal no ano de 1918.

Entre os anos de 1940 e 1950, foi possível a obtenção de silício com alto grau de

pureza, sob a forma de lingote monocristalino.

A partir do método de Czochralsk, Calvin Fuller, Gerald Pearson e Daryl Chapin

desenvolveram uma célula com eficiência de 6%, através da utilização do silício (1954).

Sabe-se ainda que as primeiras células compostas de silício policristalino foram

produzidas por volta do ano de 1959.

Desta maneira, sabendo que a produção de células fotovoltaicas possuía um alto custo

comparado com as demais fontes energéticas, seu estudo e desenvolvimento ficaram

estacionários, sendo retomados apenas em 1973 devido à crise do petróleo. Com o fim da

crise do petróleo, novamente os estudos foram deixados de lado, assim sendo retomados no

ano de 1990 com o sucessivo desenvolvimento do setor fotovoltaico (BARROS, 2013).

Assim sendo, pode-se observar a utilização de painéis fotovoltaicos em indústrias e

residências como uma alternativa ao consumo de energia. É possível observar também, a


18

aplicação destes para o abastecimento de carros elétricos. Japão, Estados Unidos e alguns

países da Europa já possuem este tipo de tecnologia disponível.

Como citado anteriormente, esta tecnologia vem sendo desenvolvida e aplicada

recentemente em algumas cidades do Brasil.

Atualmente, os painéis fotovoltaicos existentes são:

• Monocristalinos (Figura 12): constituídos por células monocristalinas de silício.

São feitos através de um único cristal puro de silício, que é cortado em lâminas

individuais. Elas serão transformadas em células fotovoltaicas, que são dispostas

em série e em paralelo no painel solar. Vantagens: maior eficiência (até 21%) entre

as demais tecnologias disponíveis no mercado; ocupa um espaço menor para gerar

a mesma quantidade de energia elétrica que outros tipos de painel, devido a sua

eficiência elevada; possui vida útil longa, cerca de 30 anos; funciona melhor em

dias nublados em comparação aos painéis policristalinos. Desvantagens: alto custo

e técnica complexa para sua utilização.

Figura 12 - Módulo de uma célula fotovoltaica monocristalina.

Fonte: Bosch.

• Policristalinos (Figura 13): formados por diversos cristais (silício), de tal forma a

reduzir sua eficiência se comparado ao monocristalino. Vantagens: o bloco de

silício também é fatiado em células, entretanto a forma da produção se dá mais

facilmente; mais baratos devido à maior facilidade em sua produção.

Desvantagem: eficiência inferior ao monocristalino (13% a 16%).


19

Figura 13 - Módulo de uma célula fotovoltaica policristalina.

Fonte: Portal das Energias Renováveis.

• De filme fino (Figura 14): o material é colocado diretamente sobre uma superfície

(em sua maioria, vidro ou metal). São depositadas várias camadas finas do material

fotovoltaico (pode ser telureto de cádmio, silício amorfo, células solares

fotovoltaicas orgânicas, cobre, índio ou gálio seleneto). Vantagens: possuem um

desempenho considerável quando não há máxima incidência da luz solar, são

flexíveis e mais baratos. Desvantagens: vida útil em torno de 10 a 15 anos; baixa

eficiência (7% a 13%); devido à sua baixa eficiência, necessitam ser instalados em

uma área grande para compensar seu baixo rendimento.

Figura 14 – Módulo de uma célula fotovoltaica de silício amorfo.


• Híbrido (Figura 15): é uma combinação dos painéis monocristalinos com os de

filme fino. Vantagens: maior produção de energia em uma área reduzida quando


20

comparado aos demais tipos; suporta altas temperaturas. Desvantagem: ainda não

está disponível no mercado.

Figura 15 – Módulo de uma célula fotovoltaica híbrida.


A energia proveniente dos painéis fotovoltaicos pode ser utilizada para várias

finalidades, das quais uma vem sendo estudada recentemente: a recarga de veículos elétricos

por meio de eletropostos.

2.3 Veículos Elétricos (VEs)

Os primeiros estudos relacionados aos carros elétricos foram feitos em meados do

século XIX. Sabe-se que em 1828, o engenheiro húngaro Ányos Jedlik construiu uma

pequena estrutura que se locomovia através de um motor elétrico (BELLIS, 2012) (Figura

16).

Figura 16 - Modelo construído em 1828 por Ányos Jedlik.

Fonte: Verde sobre rodas.


21

A partir do ano de 1842, Thomas Davenport e Scotsmen Robert Davidson

desenvolveram modelos de carros elétricos mais bem sucedidos, porém ainda alimentados

com baterias não recarregáveis (BELLIS, 2012). A partir deste momento, pôde-se relacionar a

histórias dos veículos elétricos com a história das baterias (HOYER, 2008).

Desta maneira, baterias com maiores capacidades de armazenamento foram sendo

criadas para que estas pudessem acompanhar o desenvolvimento dos veículos elétricos. De

1865 até 1881, Gaston Plante e Camille Faure conseguiram desenvolver baterias com

melhores armazenamentos (BELLIS, 2012). Em 1901, Thomas Edison desenvolveu uma

bateria de níquel-ferro, capaz de armazenar 40% a mais do que a bateria de Gaston Plante

(feita de chumbo e ácido). Todavia, a bateria de Edison possuía alto custo de produção. Além

destas, as baterias compostas de níquel-zinco e zinco-ar foram desenvolvidas no final do

século XIX (BARAN; LEGEY, 2010).

Além das baterias, ainda foram desenvolvidas um dispositivo capaz de converter a

energia cinética do automóvel em movimento em energia elétrica durante uma frenagem

(frenagem regenerativa); e também o sistema híbrido a gasolina e eletricidade (BARAN;

LEGEY, 2010).

No final do século XIX, o negócio de automóveis consistia em carros elétricos, a

vapor e a gasolina. Assim, os carros elétricos foram perdendo o mercado devido aos seguintes

fatores (DOE, 2009):

• O sistema de fabricação em série de carros, criado por Henry Ford, fez com que o

preço final dos carros a gasolina ficasse entre US$ 500 e US$ 1.000, enquanto que

o custo de um carro elétrico era praticamente o dobro;

• Em 1912, o engenheiro Henry M. Leland e o inventor Charles F. Kettering

desenvolveram a partida elétrica, que eliminou a manivela utilizada para acionar o

motor dos veículos a gasolina;

• Nos anos 1920, as rodovias dos EUA já interligavam diversas cidades, o que

demandava veículos capazes de percorrer longas distâncias;

• As descobertas de petróleo no Texas reduziram o preço da gasolina, tornando-a um

combustível atrativo para o setor de transportes.


22

Com o baixo índice de aceitação dos veículos elétricos, decidiu-se então que o foco

seria em automóveis híbridos, pois estes poderiam compensar a baixa eficiência das baterias

dos carros elétricos bem como a falta de estrutura de distribuição de energia elétrica no início

do século XX (BARAN; LEGEY, 2010). Houve registros de produção de automóveis

híbridos em série no ano de 1903 e automóveis híbridos em paralelo em meados de 1906

(HOYER, 2008). Mais uma vez, a tentativa de se implementar esta tecnologia não foi

satisfatória devido à facilidade de distribuição de combustíveis líquidos, comercializados em

pequenos estabelecimentos comerciais e também a simplicidade na manutenção dos veículos

a gasolina comparada à dos veículos híbridos (BARAN; LEGEY, 2010).

Os veículos elétricos voltaram a ser o centro das atenções somente após o ano de 1960,

quando os automóveis a gasolina foram considerados a principal fonte de emissão de

poluentes ao meio ambiente e foram feitas comparações entre os VEs e os veículos

convencionais (Figura 17).

Figura 17 - Comparativo entre os VEs e os veículos convencionais.

Fonte: KAGAN, 2010.

Os veículos elétricos podem ser classificados em seis categorias de acordo com o tipo

de fonte que alimenta um ou mais motores elétricos e o tipo do arranjo dos componentes do

sistema de tração elétrica:

• Veículo elétrico a bateria (Figura 18): o fornecimento da energia se dá por uma ou

mais baterias elétricas com a vantagem das mesmas serem recarregadas ou não

pela rede elétrica ou por outra fonte de energia externa. Possuem um consumo

energético que varia de 0,1 [kWh/km] a 0,3 [kWh/km]. Para se ter uma ideia do


23

consumo, veículos à combustão têm um consumo energético da ordem de 0,9

[kWh/km].

Figura 18 - Configuração para o veículo elétrico a bateria.

Fonte: ABVE, 2013.

• Veículo elétrico híbrido (Figura 19): o acionamento das rodas ocorre através de um

motor de combustão interna convencional e de um ou mais motores elétricos. O

conjunto de motores são utilizados para recarregar as baterias. Foi feito um estudo

considerando um modelo sedan médio e foi observado que sua eficiência média foi

de 24 km/l e sua taxa de emissão de gases poluentes gira em torno de 40 a 90%

menos que o veículo convencional. Existem duas configurações básicas para os

veículos híbridos: a configuração série (apenas o (s) motor (es) elétrico (s) aciona

(m) as rodas) e a paralela (o acionamento das rodas se dá tanto pelo motor de

combustão interna quanto pelo motor elétrico).

Figura 19 - Configurações para o veículo elétrico do tipo híbrido.

Fonte: ABVE, 2013.


24

• Veículo elétrico híbrido plug-in (Figura 20): semelhante ao anterior com o

diferencial que este pode ser carregado na rede através de um plug.

Figura 20 - Configuração para o veículo elétrico híbrido plug-in.

Fonte: ABVE, 2013.

• Veículo elétrico de célula a combustível: este tipo de veículo elétrico é constituído

por um equipamento eletroquímico que transforma a energia do hidrogênio

diretamente em eletricidade.

• Trólebus: são veículos elétricos ligados diretamente à rede. O fornecimento de

energia elétrica nesse veículo acontece através de hastes conectadas com a parte

superior do veículo, mantendo o contato com a rede elétrica. As grandes

dificuldades encontradas neste tipo de veículo são o custo elevado e uma logística

especial por serem ligados à rede.

• Veículo solar: a energia é fornecida por painéis fotovoltaicos instalados na parte

superior do carro (maior incidência de radiação solar). Seu principal problema é a

limitação de potência, uma vez que a geração de energia dos painéis está

diretamente relacionada com a área dos mesmos.

Para tanto, apenas o veículo elétrico a bateria e o híbrido plug-in podem ser

recarregados em eletropostos supridos por painéis fotovoltaicos, uma vez que as demais

configurações de veículos elétricos não permitem a conexão com o eletroposto.


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Dentre os veículos elétricos existem as bicicletas elétricas, conhecidas também como

ebikes, as quais consistem em bicicletas equipadas com motores elétricos para executarem a

função de locomoção. Características como o tipo de motor e de bateria instalados são

fundamentais na especificação de uma bicicleta elétrica, bem como onde serão instalados.

Uma das primeiras bicicletas elétricas foi montada por Ogden Bolton Jr em 1895 nos

Estados Unidos. Esta era composta por um motor de corrente contínua de seis polos

localizado na parte interna do cubo da roda traseira e uma bateria de 10 [V] (Figura 21).

Figura 21 - Bicicleta elétrica construída por Ogden Bolton Jr.

Fonte: O. Bolton, “Electrical Bicycle,” U.S. Patent 5522711895.

Em 1897, Oséias W. Libbey projetou uma bicicleta elétrica onde o motor elétrico ficaria posicionado no eixo da pedaleira (Figura 22).

Figura 22 - Bicicleta elétrica projetada por Oséias W. Libbey.

Fonte: I. W. Libbey, “Electric Bicycle,” U.S. Patent 5962721897.

Dois anos depois, John Schnepf elaborou um projeto de uma bicicleta elétrica, na qual

seu motor elétrico ficava sobre a roda traseira (Figura 23).


26

Figura 23 - Modelo desenvolvido por John Schnepf.

Fonte: J. Schnepf, “Electric Bike,” 1899.

No ano de 1946, Jesse D. Trucker construiu uma bicicleta na qual possuía um motor

com engrenagens internas que permitiam que a roda traseira ficasse livre. Desta forma, foi

possível o pedalar com ou sem o auxílio do motor elétrico.

Atualmente, a tecnologia permitiu desenvolver bicicletas elétricas do tipo

recarregáveis. O termo recarregável diz respeito à bateria acoplada ao motor. Funciona de

modo semelhante a um carregador de celular, basta conectar a bateria à tomada e aguardar até

que a bateria se recarregue.

Figura 24 – Bicicleta elétrica da fabricante Tecbike.

Fonte: Submario, 2017.

A Figura 24 ilustra uma bicicleta elétrica disponível no mercado nacional atual. A

mesma possui uma bateria de íon-lítio de 36 [V] e 10 [Ah] acoplada no tubo inferior. A

bateria possui um tempo de recarga que varia de 1 a 4 [h]. Seu kit ainda é composto por um

motor de 350 [W] e um carregador bivolt 120/220 [V].


27

2.4 Baterias Elétricas

As baterias elétricas são componentes capazes de converter energia química em

eletricidade. O processo envolvido nesta conversão é denominado oxirredução, que consiste

na troca de elétrons entre duas espécies (um agente oxidante e um redutor). Estas espécies

variam conforme o tipo de bateria. Neste trabalho serão abordadas somente baterias do tipo

recarregável.

Para tanto, os tipos de bateria recarregável são:

• Chumbo-ácido: possuem formato retangular. São empregadas em automóveis,

motocicletas, ônibus, caminhões, máquinas agrícolas, empilhadeiras e bicicletas

elétricas. Vantagens – auto-descarga baixa; baixo custo devido à sua simples

composição; capacidade de taxas elevadas de descarga. Desvantagens – baixa

densidade de energia; são danosas ao meio ambiente.

• Níquel-cádmio: possuem formato cilíndrico, retangular ou em módulos. São

utilizadas em equipamentos portáteis (controles remotos, lanternas, relógios,

brinquedos etc.), luzes de emergência, telefones sem fio. Vantagens - maior

desempenho; não possuem retenção de carga pobre devido a um processo de auto-

descarga de aproximadamente 2% ao dia. Desvantagens – são danosas ao meio

ambiente; efeito de memória (conforme são usadas, elas tendem a “viciar”);

possuem uma alta taxa de autodescarga necessitando ser carregada periodicamente

quando armazenada.

• Níquel-hidreto metálico (Figura 24): possuem formato cilíndrico, retangular ou em

módulos. São utilizadas em equipamentos portáteis (controles remotos, lanternas,

relógios, brinquedos etc.), luzes de emergência, telefones sem fio e veículos

híbridos. Estas são consideradas as sucessoras das baterias de níquel-cádmio, com

as seguintes vantagens - maior capacidade de armazenamento de energia em

relação às baterias citadas anteriormente; manutenção não é necessária; diminuição

de problemas ambientais devido à ausência de cádmio; rápida capacidade de

recarga; ciclo de vida longo e vida longa em qualquer estado de carga.

Desvantagens – repetitivos ciclos de carga e descarga podem causar a diminuição

de sua vida útil; possuem uma alta taxa de autodescarga; alta manutenção.


28

Figura 25 - Bateria de níquel-hidreto metálico de um Toyota Prius.

Fonte: Laura Ilharco.

O material ativo do polo positivo é o oxi-hidróxido de níquel III e do polo negativo é o

hidrogênio armazenado na forma de hidreto em uma liga. Esta liga possui a capacidade de

armazenar hidrogênio de maneira reversível, podendo absorver ou liberar o reagente no

momento em que a bateria é carregada ou descarregada (Figura 25).

Figura 26 - Esquema de uma bateria níquel-hidreto metálico.

Fonte: Scielo Brasil.

O eletrólito consiste em uma solução aquosa de hidróxido de potássio juntamente com

aditivos para melhorar a eficiência dos eletrodos. Uma pequena porção do eletrólito é

utilizada na célula selada, juntamente com o líquido absorvido pelo separador e pelos

eletrodos. Esta porção de eletrólito auxilia na passagem do oxigênio para o eletrodo negativo


29

ao longo da carga, fazendo com que o oxigênio formado como subproduto no eletrodo

positivo possa ser transformado em hidroxila, como em (1).

2é +12 + O 2 (1)

Para uma situação de sobrecarga, o oxigênio produzido no eletrodo positivo reage no

eletrodo negativo (2), com uma descarga parcial do mesmo de tal forma a evitar um aumento

da pressão interna da bateria.

4 + 4 + 2 (2)

Desta maneira, impede-se a formação de gás hidrogênio e favorece as reações de

recombinação do oxigênio descritas anteriormente, pois o eletrodo de hidreto metálico nunca

estará completamente carregado.

• Íon-lítio: possuem formato cilíndrico, retangular, botão ou em módulos. São

aplicadas em barbeadores elétricos, celulares, câmeras digitais, bicicletas elétricas

e veículos híbridos e elétricos. Vantagens - maior armazenamento de energia em

baterias pequenas e leves (para baterias de níquel-hidreto, seu tamanho e peso

seriam superiores), não possuem o efeito de memória (não viciam). Desvantagens

– vida útil de 2 a 3 anos; são extremamente sensíveis a altas temperaturas; caso

forem descarregadas completamente não poderão ser mais utilizadas; em caso de

falhas, podem se incendiar; para um conjunto de baterias deste tipo, é necessário

um computador de bordo para se fazer o controle destas, acarretando num alto

custo.

O íon lítio () é o agente responsável pela oxidação e redução. O ânodo de uma

bateria de íon-lítio consiste em átomos arranjados em lâminas onde são depositados os íons de

lítio, enquanto que o cátodo é constituído por grafita e cobre. O eletrólito é composto por sais

de lítio ( ) dissolvidos em solventes orgânicos. Os íons de lítio do solvente não aquoso

se deslocam do ânodo para o cátodo de acordo com (3) e (4).

() + 2é 2() (3)

() + () + é () (4)

de tal forma a resultar na seguinte equação global:

!() 6() + #$%& + é (5)


30

Quando a bateria é carregada, o processo reverse ocorre, ou seja, os íons de lítio

migram da estrutura lamelar (várias camadas compostas por lâminas) do óxido para a grafita,

como ilustrado na Figura 26.

Figura 27 – Esquema de funcionamento de uma bateria de íon-lítio.

Fonte: B baterias.

Como visto anteriormente, os tipos de baterias que são utilizados em bicicletas

elétricas são a de chumbo-ácido e a de íon-lítio. Fazendo uma comparação entre elas pode-se

observar que a de íon-lítio é a mais adequada para a aplicação em ebikes, pois esta é mais

leve, possui um tamanho inferior com maior capacidade de armazenamento e também não

vicia. As baterias de chumbo-ácido não serão objeto de estudo desta monografia uma vez que

são altamente danosas ao meio ambiente e estão entrando em desuso. Portanto, para este

trabalho será considerada a bateria do tipo íon-lítio.


31

3 Modelagem Matemática

3.1 Célula Fotovoltaica

Para representar uma célula fotovoltaica, pode-se utilizar o circuito do modelo de um

diodo (PEREIRA, 2012) (Figura 28):

Figura 28 - Circuito equivalente de uma célula fotovoltaica.

Fonte: PEREIRA, 2012.

onde: ' – corrente refenrete à fonte de corrente; ( e () são resistências série e paralela

respectivamente; * é o componente eletrônico denominado diodo.

De acordo com Borowy e Salameh (1995), pode-se equacionar o circuito da Figura 27

em função da tensão, corrente, intensidade do Sol e temperatura:

+ ,& - . ∙ 012 34 + (#5 ∙ 46 7 - 18 - 4 + ∙ (#

(#9 (6)

46 + : ∙ ;<=

(7)

,& + >>? ∙ @,&? + ;A ∙ (< - <?)B

(8)

. + .?∙ 3 <<?7C∙ 12 0= ∙ DE5 ∙ ; 3 1<? -

1<78

(9)

.? + #F?exp J 4.F?5 ∙ <?K - 1

(10)

onde: I é a corrente na saída; #F? é a corrente nominal de curto-circuito; V é a tensão de saída;

4$F? é a tensão nominal de circuito aberto; Rs é a resistência série; >? é a radiação solar

nominal total no placa fotovoltaica; > é a radiação solar de operação em [W/m²]; T é a


32

temperatura da célula fotovoltaica em [°C]; <? é a temperatura ambiente da célula

fotovoltaica; Ki é a constante de temperatura relacionada à corrente; ,&?é a corrente nominal

gerada pela célula fotovoltaica;,& é a parcela da corrente de saída que depende das radiações

solares, ,&?, Ki, T e <?; .? é a corrente nominal à vazio; a é o fator de idealidade do diodo

(que pode variar entre 1 e 2); Ns é o número de células fotovoltaicas conectadas em série; q é

a carga do elétron; K é a constante de Boltzmann; 46 é a tensão que depende de : , K, T e q.

3.1.1 Curva Caracteristica I-V

A curva característica tensão x corrente é definida como a “representação dos valores

de corrente de saída de um gerador fotovoltaico, em função da tensão, para condições

preestabelecidas de temperatura e radiação” (ABNT NBR10899/TB328, 1988).

Pode-se destacar alguns pontos importantes neste gráfico:

• Corrente de curto-circuito (#F): definida pela corrente que circula pela célula

quando não há tensão em seus terminais (V=0);

• Tensão de circuito aberto (4$F): é a tensão entre os terminais da célula quando a

corrente que circula por ela é igual a zero;

• Corrente de máxima potência (L,): é a corrente em que a célula fornece a

máxima potência sob determinadas condições de temperatura e radiação. É

considerada a corrente nominal da célula;

• Tensão de máxima potência (4L,): é o valor de tensão em que a célula fornece

a máxima potência sob determinadas condições de temperatura e radiação. É

considerado o valor nominal de tensão da célula;

• Potência máxima (ML,): definida pelo produto da corrente e tensão máximas.

A Figura 29 ilustra os pontos definidos anteriormente:


33

Figura 29 - Curva característica de uma célula fotovoltaica.

Fonte: Solar energy Systems, 2013.

3.1.2 Influência das resistências série e paralela na curva característica I-V

Pôde-se analisar anteriormente que, estas resistências interferem de maneira direta na

eficiência das células fotovoltaicas. A resistência série é composta pela resistência do silício,

pela resistência de contato entre o silício e a metalização da célula e a própria resistência de

metalização. Idealmente, o valor da resistência série é nulo. É possível observar o efeito da

resistência série na curva I-V na Figura 30, considerando temperatura e radiação constantes:

Figura 30 - Influência da resistência série na curva I-V.

Fonte: BOWDEN E HONSBERG, 1999.


34

A resistência paralela representa as fugas na superfície da célula, microdefeitos dos

cristais que podem causar curto-circuitos. De uma maneira geral, são representações de

problemas inerentes ao processo de fabricação das células. Baixos valores desta resistência

significam a criação de um caminho alternativo para a corrente gerada pela célula, causando

uma diminuição da corrente que flui pela junção e assim reduzindo o valor de tensão na saída

da célula. A Figura 31 apresenta o gráfico I-V sob as condições de temperatura e radiação

constantes:

Figura 31 - Influência da resistência paralela na curva I-V.


3.1.3 Influência da radiação solar na curva característica I-V

De acordo com a Figura 32, é possível afirmar que a corrente de curto-circuito é

diretamente proporcional à radiação solar que incide sobre a célula fotovoltaica, enquanto que

a tensão de circuito aberto varia de forma logarítmica. A radiação equivalente a 1000 [W/m²]

é comumente chamada de 1 sol.


35

Figura 32 - Influência da radiação na célula fotovoltaica à temperatura constante.


3.1.4 Influência da temperatura na curva característica I-V

A temperatura da célula e a tensão de circuito aberto são grandezas inversamente

proporcionais (Figura 33). A variação de tensão de circuito aberto com a temperatura da

célula é dada pela constante β, enquanto que a corrente de curto-circuito varia muito pouco a

alteração da temperatura da célula. Esta relação é representada pela constante α.

Figura 33 - Influência da temperatura na curva I-V à radiação constante.


3.1.5 Influência do fator de idealidade do diodo na curva característica I-V

O fator de idealidade do diodo (Figura 34) influencia diretamente na potência de uma

célula fotovoltaica. Isto se deve ao fato deste parâmetro estar relacionado à região do joelho

da curva característica. Foram plotadas curvas com diferentes valores de corrente de saturação


36

reversa para que a tensão de circuito aberto permanecesse a mesma. O valor do fator de

idealidade pode variar de 1 a 2 para o circuito equivalente considerado neste trabalho.

Figura 34 - Influência do fator de idealidade do diodo na curva I-V à tensão de circuito aberto

constante.

Fonte: BÜHLER, 2007.

3.2 Simulação MATLAB - Simulink

Uma vez determinadas as equações para a modelagem de uma célula fotovoltaica e

observando a influência de cada parâmetro no funcionamento da mesma, foram feitas algumas

simulações no software MATLAB - Simulink. O diagrama de blocos pode ser observado na

Figura 35.


37

Figura 35 – Diagrama de blocos referente à modelagem de um painel fotovoltaico.

Fonte: Mathworks, 2014.

Os parâmetros de entrada para a simulação foram:

Radiação solar (G): 1 [pu];

• Temperatura de operação (<N)): 298,15 [K];

• Resistência série ((): 0,221 [Ω];

• Resistência paralela (()): 415,405 [Ω];

• Resistência shunt ((9): infinito;


38

• Fator de idealidade do diodo (n): 1,36.

Uma vez determinados os parâmetros, foram obtidos os seguintes resultados:

Figura 36 – Curva Corrente x Tensão obtida da simulação no software MATLAB.


Figura 37 - Curva Potência x Tensão obtida da simulação no software MATLAB.



39

A partir do gráfico da Figura 36, é possível notar que o mesmo se assemelha bastante à

curva característica de uma célula fotovoltaica. Logo, pode-se afirmar que a simulação foi

satisfatória, uma vez que os parâmetros de entrada foram reais, distintos daqueles que são

considerados ideais.

O mesmo pode ser dito a respeito da curva P-V obtida através da simulação.

Figura 38 – Curva típica P-V de uma célula fotovoltaica.

Fonte: PEREIRA, 2012.

Note que o gráfico encontrado possui a mesma forma que a curva característica P-V ilustrada

na Figura 38. Desta maneira, como os resultados obtidos foram próximos do esperado, é

possível concluir que o modelo matemático adotado neste trabalho é válido.


40

4 Tráfego urbano

Para a análise do tráfego urbano com a utilização de bicicletas elétricas foi

determinada a seguinte região da cidade de Itajubá-MG (Figura 39):

Figura 39 – Percurso considerado para a análise do tráfego urbano.

Fonte: Google maps, 2017.

Pode-se observar na Figura 39 que o percurso em questão (Rodoviária-UNIFEI)

possui 2,1 [km] de extensão. Todavia sabe-se que há ciclofaixas em apenas alguns trechos do

mesmo. Isto ocorre não somente para o percurso analisado, mas também em vários outros

trajetos em Itajubá-MG, de tal forma a prejudicar o uso de bicicletas (sejam convencionais ou

elétricas) para locomoção. Outra adversidade ao uso de bicicletas convencionais é o fato de

Itajubá-MG possuir muitos aclives acentuados. Ainda sim, por se tratar de uma cidade com

uma população média de 100 mil habitantes, as bicicletas convencionais são muito utilizadas

pelo fato de serem mais práticas e mais baratas que os demais meios de locomoção. As

bicicletas elétricas são consideradas ainda mais práticas do que as convencionais, pois seu

principal diferencial é o auxílio do deslocamento ao usuário da bicicleta em trajetos que

exigem mais esforço físico do mesmo (aclives, por exemplo) ou ainda fazer todo o


41

movimento, dependendo do tipo da ebike (semelhante às motos). Sua principal desvantagem é

o custo, que pode variar desde R$2000,00 até R$16000,00. Uma maneira de incentivar o uso

das ebikes é fazer com que as ciclofaixas atinjam a maior área possível de Itajubá, o que

atualmente não ocorre. As ciclofaixas são predominantes apenas na região da Universidade

Federal de Itajubá. Seria mais razoável a cidade possuir ciclofaixas pelo menos na região do

centro, onde a mesma trata-se de uma área comum aos moradores de Itajubá-MG.

Outra maneira de incentivo seria a implementação de um serviço de aluguel de ebikes,

o qual consiste em instalar eletropostos em pontos estratégicos para que os usuários possam

alugar uma ebike bem como devolvê-las para fazer seu carregamento. Os pontos estratégicos

poderiam ser definidos conforme um critério da densidade de locomoção dos usuários de

bicicletas convencionais. Desta maneira, é possível determinar os principais pontos por onde

passam estes usuários. Exemplos destes pontos seriam a própria UNIFEI (o que facilitaria sua

implantação, pois esta já possui ciclofaixas em seu interior bem como em sua região externa),

a rodoviária da cidade (pois há uma grande circulação de cicilistas), as praças mais

movimentadas (Adolfo Olinto, Theodomiro Santiago), alguns outros pontos espalhados pela

região do bairro Varginha e também próximos à Faculdade de Medicina de Itajubá. Este tipo

de incentivo já é aplicado no parque Birigui em Curitiba-PR (Figura 40).


42

Figura 40 – Serviço de aluguel de ebikes localizado no parque Birigui em Curitiba-PR.

Fonte: Gazeta do povo, 2015.

Outro ponto importante a ser observado é a autonomia das ebikes, esta por sua vez está

diretamente ligada às baterias utilizadas para alimentar os motores das bicicletas elétricas.

Como visto anteriormente, a bateria que mais se utiliza nas ebikes é a de íon-lítio, por possuir

maior armazenamento de energia em baterias menores e mais leves (para baterias de níquel-

hidreto, seu tamanho e peso seriam superiores) e não possuir o efeito de memória (não

viciam). Em 2014, a fabricante Dafra lançou uma bateria de íon-lítio com autonomia de até 70

[km] num única carga. Em 2016, a Samsung inovou ainda mais com o lançamento de uma

bateria com autonomia de 100 [km] numa única carga. Entretanto, de acordo com o site

Electrobike, a autonomia da bateria de uma ebike depende também de outros fatores como: a

massa do usuário, a velocidade da ebike, a temperatura do ambiente, o tipo do terreno e a

topografia. De acordo com a mesma fonte, a autonomia de uma bicicleta elétrica pode chegar

a no máximo 60 [km] por carga considerando os seguintes parâmetros: terreno plano

(desconsiderando ventos e aclives), velocidade constante de 25 [km/h] (sem paradas ou

arrancadas), massa do usuário de 75 [kg], temperatura ambiente de 25 [ºC] e calibração dos

pneus de acordo com o exigido pelo fabricante.


43

Ponderando que o trajeto ilustrado na Figura 39 tenha estas mesmas condições bem

como a existência de um eletroposto dentro da Universidade Federal de Itajubá e outro na

rodoviária para que o estudante possa carregar a ebike caso seja necessário, nota-se que a

autonomia da mesma pode ser considerada 60 [km]. Tendo em vista que a bicicleta elétrica

iria auxiliar no desempenho do usuário (diminuiria o tempo de deslocamente até o destino);

poderia diminuir o número de carros nas ruas (melhorando o tráfego urbano na região) bem

como reduzir o índice de emissão dos gases do efeito estufa (caso a pessoa fosse usuária de

um automóvel) e ainda que a autonomia da bicicleta elétrica seja muito maior que a distância

do percurso analisado em questão, pode-se afirmar que a utilização de uma bicicleta elétrica

para este trajeto torna-se viável, dependendo somente da expansão das ciclofaixas e da

instalação de eletropostos com o serviço de aluguel das ebikes.

Podemos analisar a viabilidade da utilização das bicicletas elétricas em outro percurso,

como ilustra a figura 41.


44

Figura 41 – Segundo percurso considerado para a análise do tráfego urbano.

Fonte: Google maps, 2017.

A trajetória em questão (Faculdade de Medicina de Itajubá-UNIFEI) é um pouco mais

extensa do que a primeira analisada da Figura 39, possui alguns segmentos em aclive

acentuado bem como algumas ruas são compostas de paralelepípedos ou bloquetes. Sendo

assim, é possível dizer que a autonomia de uma ebike utilizada neste percurso seria inferior ao

dado fornecido pela Electrobike. Ainda que a autonomia não seja a ideal dada pela

Electrobike, pelas mesmas razões da primeira análise a viabilidade do uso de bicicleta elétrica

para este percurso ainda é válida.

Uma vez feitas as análises com relação à autonomia de uma ebike, pode-se levantar

mais alguns questionamentos relacionados à própria ebike: é incerta a maneira de como se


45

classifica a bicicleta elétrica no atual código de trânsito brasileiro pelo fato da mesma possuir

um motor elétrico acoplado a sua estrutura se assemelhando às motocicletas; a circulação das

bicicletas elétricas se dará apenas pelas ciclofaixas ou também pelas mesmas ruas que

transitam os demais meio de locomoção motorizados; haverá necessidade ou não do usuário

possuir uma carteira de habilitação para a utilização de uma bicicleta elétrica; o incentivo ao

uso das bicicletas elétricas se diz contraditório à pratica de atividade física gerada por uma

bicicleta convencional.

Outro ponto relevante é a questão da geração distribuída: caso os eletropostos para

carregamento de bicicletas elétricas se expandam para as residências e estes sejam

alimentados a partir de painéis fotovoltaicos. A rede de distribuição local seria capaz de

suportar ou não esse tipo de topologia supondo a seguinte situação: em horários de baixa

demanda as bicicletas elétricas seriam conectadas ao eletroposto para se fazer o carregamento

das mesmas e nos horários de ponta ou pico, as bicicletas elétricas fariam a função do

fornecimento de energia elétrica para auxiliar no suprimento da rede.


46

5 Conclusão

No que diz respeito à geração de energia elétrica, pode-se observar que o Brasil está

cada vez mais procurando e desenvolvendo alternativas para que o sistema elétrico de

potência fique a cada dia menos sobrecarregado a fim de evitar possíveis falhas no

fornecimento de energia elétrica. A busca por conhecimento na área de aerogeradores e

painéis fotovoltaicos cresce de maneira contínua. Como foi explanado nesta monografia, o

conceito estudado é associar uma fonte de energia limpa (energia proveniente do Sol) com os

meios de locomoção mais utilizados especificamente na cidade de Itajubá-MG (bicicletas).

Todavia, ambos os assuntos são considerados recentes e por esta razão, encontra-se

um baixo volume de documentos relacionados a estes temas. Muitas questões podem ser

levantadas a respeito das próprias baterias e bicicletas elétricas: por um lado utiliza-se uma

forma limpa de energia, enquanto que o Brasil ainda não possui tecnologia para se fazer um

descarte inteligente das baterias elétricas após seu uso; como dito anteriormente, a

classificação de uma bicicleta elétrica ainda não está bem definida. Ela pode ser considerada

tanto uma bicicleta convencional quanto uma motocicleta. Por esta razão, não se sabe ao certo

se as bicicletas elétricas devem circular apenas nas ciclofaixas e ciclovias ou também nas ruas

que são utilizadas pelos demais automóveis. Não se sabe também qual será a necessidade de

uma pessoa possuir uma carteira de habilitação para pilotar uma bicicleta elétrica, uma vez

que a mesma é motorizada. Outro ponto a ser observado é a análise do comportamento do

sistema elétrico no que diz respeito à geração distribuída. A suportabilidade do sistema

elétrico é incerta no momento em que vários painéis fotovoltaicos são conectados à rede de

distribuição.

Uma alternativa a este tipo de situação seria não conectar os painéis à rede de tal

maneira a deixá-los independentes apenas com sua própria geração e alimentando os

eletropostos. Isto resolveria o problema da suportabilidade do sistema elétrica e também

incentivaria o uso de fontes alternativas de geração de energia elétrica. Este tema inclusive é

interessante se fazer um estudo especificamente técnico, pois atualmente estão disponíveis no

mercado apenas eletropostos para recarga de veículos elétricos, mais especificamente

automóveis. Desconhecem-se tais estruturas para a alimentação de bicicletas elétricas.

Uma vez levantados todos estes pontos, pode-se concluir que a implementação de um

eletroposto com localização no campus sede da Universidade Federal de Itajubá para se fazer

a recarga de bicicletas elétricas é válida, fazendo a ressalva de que é necessária também a

expansão das ciclofaixas por toda a cidade; a implementação de mais eletropostos num raio de


47

30 a 40 [km] distantes entre si conforme analisado de acordo com a autonomia média das

ebikes, o que demandará um alto investimento inicial; a instalação de serviços de aluguel de

bicicletas elétricas, a qual também exigirá um alto investimento, porém servirá como um

incentivo à utilização das bicicletas elétricas pelo fato dos custos de aquisição das mesmas

serem muito elevados.


48

Referências

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