CAMPO GRANDE/MS 2019
FLÁVIA FIDÉLIS DE SOUZA
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA APLICADA NA
INDÚSTRIA
CAMPO GRANDE/ MS 2019
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA APLICADA NA
INDÚSTRIA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à UNIDERP, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
Orientador: PATRICH MAGRO
FLÁVIA FIDÉLIS DE SOUZA
FLÁVIA FIDÉLIS DE SOUZA
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA APLICADA NA
INDÚSTRIA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Uniderp, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Dedico este trabalho aos meus pais, que me formaram na conduta, dignidade e honra.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus pela força e saúde para chegar até aqui. A minha querida família, que a cada momento ajudou a construir a essência da minha vida, com todo o seu amor incondicional e dedicação. Quero agradecer a nossos irmãos, por estarem ao meu lado em todos os momentos, oferecendo conselhos e amizade.
Aos meus amigos pela ajuda neste relatório e ao Esp. Professor e Orientador pelo seu ensinamento.
E a todos os mestres e professores que me ajudou na minha formação. .
“A persistência é o caminho do êxito”. Charles Chaplin
SOUZA, FLÁVIA FIDÉLIS. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA APLICADA NA
INDÚSTRIA. 2019. 20. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia
Elétrica) – Anhanguera, Campo Grande, 2019.
RESUMO
É necessário ser analisados a viabilidade da energia solar em um determinado local por outros métodos de coleta de energia solar. Estas são as seguintes, mais comumente recolhido por utilização de células solares. A energia solar pode ser aproveitada para aquecer, iluminar ou fornecer energia a equipamento ou máquinas no campo industrial. A viabilidade técnica e econômica da utilização de energia solar depende da quantidade de luz solar disponível (radiação solar) na área onde pretende colocar aquecedores solares ou painéis. O objetivo geral é apontar a eficiência energética de dispositivos on-grid e off-grid, assim como suas vantagens e desvantagens. A construção teórica deste projeto foi elaborada por meio da metodologia de revisão bibliográfica e levantar diferentes pesquisas, com o intuito de analisar, investigar e estudar os diferentes conhecimentos científicos sobre o assunto proposto, comum caráter pragmático, um processo formal e sistemático de desenvolvimento do método científico. Conclui-se que no ano de 2019 os níveis de dependência de combustíveis fósseis, necessidade de reduzir as emissões de carbono associadas com o uso de energia e as perspectivas de desenvolvimento um novo e extremamente inovador setor de tecnologia, fotovoltaica cada vez mais atraente.
SOUZA, FLÁVIA FIDÉLIS. PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY APPLIED IN
INDUSTRY. 2019. 20. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia
Elétrica) – Anhanguera, Campo Grande, 2019.
ABSTRACT
The viability of solar energy at a given location must be analyzed by other solar energy collection methods. These are as follows, most commonly collected by using solar cells. Solar energy can be harnessed to heat, light or power equipment or machinery in the industrial field. The technical and economic feasibility of using solar energy depends on the amount of available sunlight (solar radiation) in the area where you intend to place solar heaters or panels. The overall goal is to point out the energy efficiency of on-grid and off-grid devices, as well as their advantages and disadvantages. The theoretical construction of this project was elaborated through the methodology of bibliographic revision and to raise different researches, in order to analyze, investigate and study the different scientific knowledge about the proposed subject, common pragmatic character, a formal and systematic process of method development. scientific. It is concluded that by 2019 levels of dependence on fossil fuels, need to reduce carbon emissions associated with energy use and development prospects a new and extremely innovative, increasingly attractive photovoltaic technology sector.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 8
2. INOVAÇÃO INDUSTRIAL ... 10
3. TECNOLOGIA EM ENERGIA SOLAR ... 16
4. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS OFF-GRID E ON-GRID ... 21
4.1 COMPONENTES DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 23
4.2PAINÉISFOTOVOLTAICOS ... 23
5. CONCLUSÃO ... 26
1. INTRODUÇÃO
O sistema fotovoltaico possibilita a geração de energia produzida pelo próprio consumidor, essa relevância da pesquisa, acaba economizando na própria conta de luz. A contribuição da pesquisa para a sociedade é a preservação do meio ambiente e a economia de dinheiro, pois as fontes de energia renovável como também pura, não irá prejudicar o meio ambiente e evitará o efeito estufa. A energia solar origina de uma energia gratuita, podendo contribuir para a sustentabilidade, e aproveitamento dos raios solares podem contribuir com o aquecimento da água e a geração de eletricidade renovável, além disso, o sol ser uma das alternativas promissoras como fonte de energia para o ser humano.
Com os problemas ambientais impactando a vida humana e com o esgotamento de recursos não renováveis, cresce a preocupação pelas questões ambientais, de maneira que, buscou maneiras de substituir as atividades que causam grandes impactos por outras ecologicamente corretas, buscou a utilização de recursos renováveis, menos agressivos ao meio ambiente natural. Nesse contexto, os diversos estudos, encontros e acordos mundiais foi realizado, a fim de implementar uma solução para tais problemas e propôs uma lógica de desenvolvimento sustentável para as empresas.
Justificou este estudo pelo objetivo de agregar o incentivo pela investigação da eficiência da energia solar na área industrial, e por meio de estudo científico que abordou acerca da eficiência da produção da placa de energia solar. A importância do tema para área científica regeu entender que a energia solar é uma energia rentável e inerentemente para o fornecimento de energia limpa do que as fontes de energia de combustíveis fósseis. A pesquisa foi relevante para oferecer uma nova opção de fornecimento de energia, sendo a tecnologia solar estão constantemente aplicada na sociedade, por essa escolha que agregou diversos tipos e modelos de sistema fotovoltaicos, cujo forneceu uma energia limpa e sustentável às redes residenciais, as empresas e aos comércios.
É importante a fonte de energia renovável e suas tecnologias amplamente caracterizada como solar passiva ou solar ativa dependendo de como elas capturam e distribuem energia solar ou a convertem em energia solar. Porém, qual a importância da tecnologia com base solar para a sociedade?
O objetivo geral é investigar a eficiência energética de dispositivos on-grid e off-grid na tecnologia fotovoltaica. O objetivo específico é abordar dados relevantes da inovação industrial, discutir a respeito da energia solar e discutir sobre placa solar, dispositivos on-grid e off-grid e as aplicações contemporâneas da energia solar na Indústria, eficiência e teorias.
A construção teórica deste projeto foi elaborada por meio da metodologia de revisão bibliográfica para levantar diferentes pesquisas, com o intuito de analisar, investigar e estudar os diferentes conhecimentos científicos sobre o assunto proposto, comum caráter pragmático, um processo formal e sistemático de desenvolvimento do método científico. A metodologia deseja descobrir respostas para problemas mediante o emprego de procedimentos científicos.
2. INOVAÇÃO INDUSTRIAL
A inovação em seu significado moderno é "uma nova ideia, pensamentos criativos, novas imaginações em forma de dispositivo ou método". A inovação muitas vezes também é vista como a aplicação de melhores soluções que atendem a novos requisitos, necessidades não articuladas ou necessidades de mercado existentes. Essa inovação ocorre por meio do fornecimento de produtos, processos, serviços, tecnologias ou modelos de negócios mais eficazes que são disponibilizados para mercados, governos e sociedade (BORGER, 2015).
Uma inovação é algo original e mais eficaz e, consequentemente, novo, que "invade" o mercado ou a sociedade. A inovação está relacionada, mas não é o mesmo que, invenção, já que a inovação está mais apta a envolver a implementação prática de uma invenção (ou seja, habilidade nova / melhorada) para causar um impacto significativo no mercado ou na sociedade e nem todas as inovações exigem uma invenção. Muitas vezes a inovação (quantificar) se manifesta através do processo de engenharia, quando o problema a ser resolvido é de natureza técnica ou científica (SEVERO, 2016).
Enquanto um novo dispositivo é frequentemente descrito como uma inovação, na economia, na ciência da administração e em outros campos de prática e análise, a inovação é geralmente considerada o resultado de um processo que reúne várias ideias novas de tal maneira que afetam a sociedade. Na economia industrial, inovações são criadas e encontradas, empiricamente de serviços para atender à crescente demanda do consumidor (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
A inovação também tem um significado histórico mais antigo, o qual é bem diferente. Entre os anos 1400 e 1600, antes do início da colonização americana, o conceito de "inovação" era pejorativo. Era um sinônimo moderno inicial de rebelião, revolta e heresia (TIDD, 2015).
Uma pesquisa de Ferrão (2016) sobre literatura sobre inovação encontrou mais de 40 definições. Em uma pesquisa industrial de como a indústria de software definiu inovação, a seguinte definição dada por Jungles (2019) foi considerada a mais completa. A inovação é produção ou adoção, assimilação e exploração de uma novidade de valor agregado nas esferas econômica e social; renovação e ampliação de produtos, serviços e mercados; desenvolvimento de novos métodos de produção;
e o estabelecimento de novos sistemas de gestão. É ao mesmo tempo um processo e um resultado.
Segundo Kirzner (2017), a inovação inclui invenção original e uso criativo e define a inovação como geração, admissão e realização de novas ideias, produtos, serviços e processos. Duas dimensões principais da inovação foram o grau de novidade (patente) (ou seja, se uma inovação é nova para a empresa, nova no mercado, nova na indústria ou nova no mundo) e tipo de inovação (ou seja, se é produto processador inovação do sistema de serviço). Em estudos acadêmicos recentes, os pesquisadores dos locais de trabalho também distinguiram a inovação como sendo separada da criatividade e fornecendo uma definição atualizada desses dois construtos relacionados.
O sol é o responsável por toda a energia da terra promovendo calor e luz. A energia solar é criada pela luz e pelo calor que é emitido pelo Sol, na forma de radiação eletromagnética. Com a tecnologia do ano de 2019, a sociedade é capaz de capturar esta radiação e transformá-lo em formas utilizáveis de energia solar como aquecimento ou eletricidade (DIAS, 2015).
A energia solar são reações de fusão nuclear do sol dentro da energia contínua gerada. A órbita da Terra, a intensidade média da radiação solar é 1367kw / m². No entanto, a circunferência do equador da Terra é 40 mil quilômetros, assim pode-se calcular a energia da Terra que recebe aproximadamente 173.000 TW. Segundo estudos de especialistas, ao nível do mar a energia solar sobre a intensidade do pico padrão é de 1 kW / m², um ponto em 24 horas a superfície da Terra da intensidade de radiação média anual é 0.20kw / m², ou cerca de 102.000 TW de energia (DIAS, 2015).
Os seres humanos dependem de energia solar para sobreviver, incluindo todas as outras formas de energia renovável (exceto para recursos geotérmicos). Embora o montante total dos recursos de energia solar ser dez mil vezes da energia utilizada pelos seres humanos, mas a densidade de energia solar é baixo e é influenciada pela localização, temporada, que é um grande problema de desenvolvimento e utilização de energia solar (FERREIRA, 2010).
A viabilidade técnica e econômica da utilização de energia solar depende da quantidade de luz solar disponível (radiação solar) na área onde pretende colocar aquecedores solares ou painéis. Cada parte da Terra é fornecida com a luz solar durante pelo menos uma parte do ano. A parte do ano refere-se ao fato de que o
norte e o sul polar são cada um na escuridão total durante alguns meses do ano. A quantidade de luz solar disponível é um fator a ter em conta quando se considerar a utilização de energia solar (FERREIRA, 2010).
A criatividade na indústria diz respeito aos processos cognitivos e comportamentais aplicados ao tentar gerar ideias novas. A inovação no local de trabalho diz respeito aos processos aplicados ao tentar implementar novas ideias. Especificamente, a inovação envolve alguma combinação de identificação de problemas / oportunidades, a introdução, adoção ou modificação de novas ideias pertinentes às necessidades organizacionais, a promoção dessas ideias e a implementação prática dessas ideias (BARBIERI, 2017).
Um excelente exemplo de inovação envolveu o explosivo crescimento das startups do Vale do Silício fora do Stanford Industrial Park. No contexto organizacional, a inovação pode estar ligada a mudanças positivas em eficiência, produtividade, qualidade, competitividade e participação de mercado. No entanto, descobertas recentes de pesquisas destacam o papel complementar da cultura organizacional ao permitir que as organizações traduzam atividades inovadoras em melhorias de desempenho tangíveis (BARBIERI, 2017).
As organizações também podem melhorar os lucros e o desempenho, oferecendo oportunidades e recursos aos grupos de trabalho para inovar, além das principais tarefas do funcionário. Sousa, et. Al, 2015, pg.35 escreveu:
Inovação é a função específica do empreendedorismo, seja em um negócio existente, uma instituição de serviço público ou um novo empreendimento iniciado por um indivíduo solitário na cozinha da família. É o meio pelo qual o empreendedor cria novos recursos geradores de riqueza ou dá recursos existentes com maior potencial para gerar riqueza (Sousa, et. Al, 2015, pg.35).
Segundo Tidd (2015) a inovação disruptiva é a chave para o sucesso futuro nos negócios. A organização requer uma estrutura adequada para manter a vantagem competitiva. É necessário criar e nutrir um ambiente de inovação. Executivos e gerentes precisam romper com as formas tradicionais de pensar e usar a mudança em proveito próprio. É um momento de risco, mas ainda maior oportunidade.
O mundo do trabalho está mudando com o aumento do uso da tecnologia e as empresas estão se tornando cada vez mais competitivas. As indústria terão que reduzir ou reestruturar suas operações para se mantiver competitivas. Isso afetará o
emprego, uma vez que as empresas serão forçadas a reduzir o número de pessoas empregadas enquanto realizam a mesma quantidade de trabalho, se não mais.
Embora a inovação disruptiva normalmente "ataque um modelo de negócios tradicional com uma solução de custo mais baixo e supere rapidamente as empresas estabelecidas", a inovação fundamental é mais lenta e normalmente tem o potencial de criar novas fundações para sistemas globais de tecnologia no longo prazo. A inovação fundacional tende a transformar os modelos operacionais de negócios à medida que novos modelos de negócios surgem ao longo de muitos anos, com a adoção gradual e constante da inovação, levando a ondas de mudanças tecnológicas e institucionais que ganham ímpeto mais lentamente (SEVERO, 2016).
Existem várias fontes de inovação. Pode ocorrer como resultado de um esforço de foco por uma variedade de agentes diferentes, por acaso, ou como resultado de uma falha grave do sistema. De acordo com Tidd (2015), as fontes gerais de inovações são diferentes mudanças na estrutura da indústria, na estrutura do mercado, na demografia local e global, na percepção humana, o humor e sentido, no valor do conhecimento científico já disponível, dentre outros.
No modelo linear mais simples de inovação, a fonte tradicionalmente reconhecida é a inovação do fabricante. É onde um agente (pessoa ou empresa) inova para vender a inovação. Especificamente, a medição de P & D é o insumo comumente usado para inovação, em particular no setor empresarial, denominado Despesa de Negócios em P & D que cresceu ao longo dos anos nas despesas do declínio de P & D investido pelo setor público (SOUSA, et. Al, 2015).
Segundo Jungles (2019) afirma que as inovações exigem apenas três coisas:
uma necessidade reconhecida;
pessoas competentes com tecnologia relevante;
apoio financeiro;
No entanto, os processos de inovação geralmente envolvem: identificar as necessidades dos clientes, as tendências macro e mesmo, desenvolver competências e encontrar apoio financeiro. O modelo de inovação ligado à cadeia Kline enfatiza as necessidades potenciais do mercado como impulsionadoras do processo de inovação e descreve os ciclos de feedback complexos e frequentemente iterativos entre marketing, design, manufatura e P & D (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
A investigação da relação entre os conceitos de inovação e transferência de tecnologia revelou sobreposição. As inovações mais radicais e revolucionárias tendem a emergir da P & D, enquanto inovações mais incrementais podem emergir da prática - mas há muitas exceções para cada uma dessas tendências. A tecnologia da informação e os processos de mudança de negócios e estilo de gerenciamento podem produzir um ambiente de trabalho favorável à inovação (TIDD, 2015).
Por exemplo, a empresa de ferramentas de software, os funcionários podem trabalhar em qualquer coisa relacionada aos produtos da empresa. Os funcionários do Google trabalham em projetos auto direcionados por 20% do tempo (conhecido como Inovação no tempo de folga). Ambas as empresas citam esses processos ascendentes como principais fontes de novos produtos e recursos (TIDD, 2015).
Um importante fator de inovação inclui clientes comprando produtos ou usando serviços. Como resultado, as organizações podem incorporar usuários em grupos de foco (abordagem centrada no usuário), trabalhar de perto com os chamados usuários líderes (abordagem de usuário líder) ou os usuários podem adaptar seus próprios produtos (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
O método do usuário líder enfoca a geração de ideias com base nos principais usuários para desenvolver inovações revolucionárias. O projeto para inovar o sistema de transporte de superfície da Europa, emprega esses workshops. Em relação a essa inovação do usuário, muita inovação é feita por aqueles que realmente implementam e usam tecnologias e produtos como parte de suas atividades normais.
Uma técnica para inovar uma solução para um problema identificado é tentar um experimento com muitas soluções possíveis. Esta técnica foi notoriamente usada pelo laboratório de Thomas Edison para encontrar uma versão da lâmpada incandescente economicamente viável para uso doméstico, que envolvia a busca por milhares de possíveis designs de filamentos antes de se estabelecer em bambu carbonizado (SEVERO, 2016).
Esta técnica é usada às vezes na descoberta de drogas farmacêuticas. Milhares de compostos químicos são submetidos à triagem de alto rendimento para ver se eles têm alguma atividade contra uma molécula alvo que foi identificada como biologicamente significativa para uma doença. Compostos promissores podem então ser estudados; modificado para melhorar a eficácia, reduzir os efeitos colaterais e
reduzir o custo de fabricação; e se bem sucedido se transformou em tratamentos (BORGER, 2015).
3. TECNOLOGIA EM ENERGIA SOLAR
Segundo estudos de Borger (2015) estima que daqui a 30 anos o mundo gerará quase 50% de sua eletricidade a partir de energia renovável. O relatório afirma que o carvão representará apenas 11% da total de eletricidade (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
A transição global de combustíveis fósseis para energia renovável está bem encaminhada, com novas adições recordes de capacidade instalada de energia renovável, em parte graças à queda rápida dos custos, principalmente em energia solar fotovoltaica e eólica. A inovação em energia renovável é outro fator-chave (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
Ao imaginar se as árvores tivessem nanofolhas que poderiam gerar energia do vento, sol e chuva, ou se painéis solares pudessem ser impressos em paredes, janelas e embalagens graças a uma nova tinta flexível. E se apenas cinco turbinas eólicas flutuantes ancoradas no fundo do mar pudessem produzir energia suficiente para abastecer 20.000 casas, ou fosse possível converter dióxido de carbono em energia limpa usando luz, um pouco como a fotossíntese (BORGER, 2015).
E se a energia solar pudesse ser aproveitada do espaço, para fornecer uma fonte contínua de energia sustentável de fora da superfície da Terra. Essas não são ideias exageradas; estas são algumas das tecnologias inovadoras de energia renovável sendo testadas em todo o mundo.
De acordo com o Relatório de Status Global Renováveis 2017, da REN21 - a rede de políticas globais de energia renovável (RE), que trabalha para uma rápida transição global para energia renovável - pelo quinto ano consecutivo, investimento em nova capacidade de energia renovável (incluindo todas as hidrelétricas) foi aproximadamente o dobro do investimento em capacidade de geração de combustíveis fósseis, atingindo US $ 249,8 bilhões (BORGER, 2015).
Em outras palavras, globalmente, mais capacidade de energia renovável é adicionada anualmente do que a nova capacidade líquida adicional de todos os combustíveis fósseis combinados. O custo da eletricidade proveniente de energia solar fotovoltaica e eólica continua a cair rapidamente e, em 2016, a energia solar fotovoltaica (PV) representou cerca de 47% do total de adições, energia eólica 34% e energia hidrelétrica 15,5% (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
A demanda por eletricidade continua a aumentar, enquanto o setor de ER continua a se desenvolver e a crescer rapidamente. Nesse contexto , o IECRE , o Sistema IEC de Certificação de Padrões Relacionados a Equipamentos para Uso em Aplicações de Energias Renováveis, foi criado em 2014 para atender aos requisitos específicos dos setores de energia solar fotovoltaica, eólica e marítima (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
O sistema abrange o projeto, fabricação, transporte, instalação e manutenção e teste do equipamento usando as normas internacionais da IEC. Assim, a certificação IECRE tranquiliza investidores, fabricantes e usuários de tecnologias de ER que os equipamentos e sistemas complexos são seguros, protegidos e interoperáveis e funcionam corretamente onde quer que estejam no mundo.
Quase toda a energia usada até a revolução industrial dos séculos 19 e 20 era renovável, da biomassa para fazer incêndios, ao vento para alimentar navios e moinhos de vento que convertiam energia eólica em energia rotacional para moer grãos e bombear água (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
Durante a revolução industrial, o carvão foi desenvolvido em larga escala para a indústria e o transporte. Tornou-se a principal fonte de energia para motores a vapor, aquecendo edifícios e gerando eletricidade, com a transição para novos processos de fabricação, na qual as máquinas substituíram o trabalho manual (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
No entanto, durante esse período, algumas revistas científicas e inventores importantes fizeram referência ao fato de que um dia os combustíveis fósseis acabariam. Por exemplo, Augustin Mouchot, inventor francês do primeiro mecanismo de energia solar para converter energia solar em energia a vapor, foi estimulado a realizar pesquisas pioneiras em energia solar, tal como a sua crença de que o carvão acabaria se esgotando (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
Em 1885, ao falar sobre o efeito fotovoltaico, o industrial alemão Werner von Siemens, que fundou a empresa de eletricidade e telecomunicações Siemens, também observou que a energia solar duraria inúmeras idades após o esgotamento do carvão. Embora demorasse muitas décadas para que a tecnologia energia solar fosse desenvolvida e usada para alimentar casas, edifícios e se integrar à rede, bem como para fornecimento de energia fora da rede, a base da tecnologia de energia fotovoltaica atual foi descoberta e construída durante séculos XIX e XX (TIDD, 2015).
Em 1839, a observação de que a luz solar atingindo certos materiais poderia gerar correntes elétricas detectáveis. O físico francês Alexandre-Edmond Becquerel descobre o efeito fotovoltaico ou o princípio operacional da célula solar. Em 1887, o professor escocês James Blyth constrói o primeiro moinho de vento para a produção de eletricidade (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
Em 1887, o professor norte-americano Charles F. Brush constrói uma turbina eólica de 12kW para carregar 408 baterias armazenadas em seu porão. 1966, a primeira central elétrica de maré em larga escala do mundo construída na França se torna operacional.
Ainda há um longo caminho a percorrer, e o petróleo continua sendo o principal combustível do mundo, respondendo por um terço do consumo global, de acordo com a BP Statistical Review of World Energy June 2017. No entanto, a energia global está em transição para fontes de energia mais verdes, limpas e sustentáveis, a fim de proteger o meio ambiente (TIDD, 2015).
À medida que a demanda mundial de energia continua crescendo, desenvolvimentos, políticas e regulamentações tecnológicas estão ajudando países, regiões, estados e cidades a melhorar a eficiência energética. Eles também incentivam os países a usar mais fontes renováveis para gerar eletricidade para infraestrutura, como transporte, rede, sistemas de aquecimento e refrigeração, para alimentar edifícios e residências e para eletrificação rural fora da rede (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
Figura 1 - Estação de Energia Solar
Fonte: De Negri; Morais (2016)
Em 2019, a conversão de energia solar é amplamente usada para gerar calor e produzir eletricidade. Um estudo comparativo sobre o consumo mundial de energia
divulgado pela Agência Internacional de Energia (AIE) mostra que, em 2050, as instalações de painéis solares fornecerão cerca de 45% da demanda de energia no mundo. Verificou-se que a energia solar térmica está obtendo notável popularidade em aplicações industriais (TIDD, 2015). A figura 02 está representado a estação de energia solar:
Figura 2: Estação de Energia Solar
Fonte: De Negri; Morais (2016)
A energia solar térmica é uma alternativa para gerar eletricidade, processar produtos químicos ou até mesmo aquecimento ambiente. Pode ser usada em indústrias alimentícias, não metálicas, têxteis, de construção, químicas ou até comerciais. Por outro lado, a eletricidade solar é amplamente aplicada nas indústrias de telecomunicações, agricultura, dessalinização de água e construção civil para operar luzes, bombas, motores, ventiladores, geladeiras e aquecedores de água (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
É muito importante aplicar energia solar para uma ampla variedade de aplicações e fornecer soluções de energia modificando a proporção de energia, melhorando a estabilidade energética, aumentando a sustentabilidade energética, reduzindo a conversão e, portanto, melhorando a eficiência do sistema. O presente trabalho teve como objetivo estudar a utilização de sistemas de energia solar em aplicações industriais e analisar as aplicações industriais mais compatíveis para serem integradas aos sistemas de energia solar (TIDD, 2015).
A demanda de energia da Terra aumenta, mas a oferta de combustíveis fósseis diminui. A tecnologia de energia solar concentrada (CSP) substitui a energia derivada dos combustíveis fósseis pela energia gerada pelo sol, um combustível livre
e abundante. A tecnologia CSP pode ser usada para satisfazer de maneira sustentável a demanda por eletricidade, aquecimento e produção de vapor de processo, resfriamento e dessalinização (TIDD, 2015).
Na indústria solar, produtos complementares são serviços de manutenção, instalações de armazenamento de energia, rede elétrica, etc. O crescimento da energia solar irá conduzir o crescimento desses produtos complementares. incentivos favoráveis de políticas governamentais é uma força chave dirigir a indústria de energia solar. As políticas populares incluem tarifas feed-in (FIT), subsídios de capital e normas carteira renováveis (RPS). política FIT exige utilidades para compra de energia renovável a taxas impostas pelo Governo, que é normalmente acima dos preços de mercado. FIT atualmente é o driver mais forte para o crescimento da indústria solar. Um bom exemplo para subsídios de capital é que US lançou o programa Investment Tax Credit (ITC) para subsidiar o capital de 30 por cento para os produtores de energia renováveis. RPS requer utilitários para comprar uma quantidade prescrita de energia renovável (DE NEGRI; MORAIS, 2016).
4. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS OFF-GRID E ON-GRID
Divide-se em dois os sistemas de geração fotovoltaica:
1. Sistemas isolados da rede de energia elétrica conhecido como Off-Grid; 2. Sistemas conectados à rede de energia elétrica On-Grid;
O primeiro tipo se trata de sistemas que precisam de baterias para o seu funcionamento, ou seja, de acumuladores de energia, ao passo que os sistemas não geram energia na ausência do sol. Esse tipo de sistema tem um custo mais alto, além de precisarem de manutenção e substituição de peças com maior constância. É adequado para os locais sem rede elétrica (MINISTRIO DE MINAS E ENERGIA, 2012).
Por outro lado, o segundo tipo corresponde àqueles sistemas que não possuem baterias. A rede da concessionária é utilizada como fonte de energia quando os painéis não a oferecem. A rede de energia elétrica, portanto, cumpre a função de uma bateria, sendo que, no decorrer do dia, ele fornece energia para rede, enquanto, no período noturno, a rede de energia pública fornece a energia para a unidade consumidora (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2012).
Fatias de um único e grande cristal são mergulhadas em silício fundido para produzir as células (MIRANDA, 2015). Neste processo, um semicondutor dopado tipo “p” é formado a partir de pequenas quantidades de boro que o cristal recebe. Impurezas do tipo “n” são introduzidas nesse semicondutor. Essas impurezas estão expostas a vapor de fósforo em fornos com temperaturas elevadas, o que assegura, aos produtos, eficiência e confiabilidade (CEPEL; CRESESB, 2004; CEMIG, 2012).
São vários os estudos que se dedicam a guiar a produção dos filmes finos a partir de diferentes técnicas de deposição e materiais semicondutores, tais como em camadas finais de materiais de silício e outros, sobe uma base que pode tanto é flexível, quanto ser rígida. O silício amorfo (a-Si) está entre os materiais mais pesquisados (VILLALVA; GAZOLI, 2012). A figura 03 é representado o sistema isolado de rede elétrica:
Figura 03: Sistema isolado de rede de energia elétrica
Fonte: Villalva; Gazoli, (2012).
Quando comparados às outras tecnologias fotovoltaicas, percebe-se que a grande vantagem dos filmes finos é o menor consumo de matéria prima e de energia em sua produção, o que faz com que seu custo seja inferior. Ademais, sua fabricação é menos complexa, com processos automatizados, portanto, a produção em grande escala é favorecida (VILLALVA; GAZOLI, 2012). No entanto, os fótons são convertidos em elétrons com menos eficiência do que acontece nas células de cristais únicos de silício (GORE, 2010, p.70). Na imagem 04 está representado o sistema conectado de rede elétrica:
Figura 04: Sistema Conectado de rede de energia elétrica
Para Ruther (2004), a eficiência do silício monocristalino é maior que a do módulo fotovoltaico, mesmo que ambos sejam produzidos a partir do mesmo material. Isso acontece porque é, ao contrário do outro, que é formado por somente um cristal, este é fundido e solidificado, gerando um bloco com uma quantidade grande de cristais ou grãos e, por consequência, apresentando mais defeitos. Por isso mesmo, em comparação às células monocristalinas, o seu custo é menor.
4.1 COMPONENTES DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
Os painéis fotovoltaicos, os reguladores de carga, os inversores e as baterias são os componentes que constituem os sistemas fotovoltaicos. Através dos painéis de energia solar, faz-se a captação da radiação solar, onde será produzida certa tensão aos seus terminais. Apesar de essa corrente produzida ser contínua, ela pode variar de intensidade conforme a radiação solar incidente. Para proteger e regular o nível energético das baterias, existem dois tipos de reguladores com essa função (VÁZQUEZ, 2005).
4.2 PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
Um conjunto de 36, 48 ou 72 células solares, ligadas em paralelo e em série, compõem o painel de energia solar. Esses painéis são fabricados, por regra, para situações climáticas adversas, tais como humidade, vento, neve e granizo, e para esforços mecânicos. A função da base do painel fotovoltaico é assegurar que a estrutura tenha estabilidade, em outras palavras, garante que o conjunto dos elementos essenciais para a montagem do painel seja estanque e rígida. Normalmente, o vidro é o material usado para isso, entretanto, o Makrolon e o acrílico também podem ser utilizados (VÁZQUEZ, 2005).
Figura 05: Painel Fotovoltaico
Fonte: Vázquez, (2005).
Gerar energia solar é um processo simples, a sua utilização de forma distribuída é muito vantajosa para o meio ambiente, entretanto há uma grande incoerência no processo de distribuição de energia solar, pois o preço que a energia solar chega à casa do brasileiro é 5 vezes mais alto do que o preço cobrado pela outra forma de energia, o que faz com que a energia solar, não seja uma opção para a maior parte dos brasileiros (SHAYANI, 2006).
Por apresentar altos níveis de radiação solar o Brasil possui uma posição potencialmente privilegiada para obtenção da energia fotovoltaica. A irradiação média anual varia entre 1200 e 2400 KWh/m2/ano, enquanto na Alemanha fica entre 900 e 1250 KWh/m2/ano conforme a figura 1. Sobretudo o país possui grandes reservas de quartzo com a qualidade que torna o Brasil o quarto maior produtor de silício grau metalúrgico do mundo. Mesmo detendo esses aspectos favoráveis a capacidade de geração de energia por sistemas fotovoltaicos é estimada em 20 MW, sendo que 99% desses sistemas correspondem às áreas isoladas onde a rede de distribuição não consegue alcançar (MACHADO, MIRANDA,2014).
O conceito de energia solar não é algo novo, sendo que em 1839, um francês observou que duas placas de latão eram capazes de produzir energia. Em 1883 um americano construiu uma bateria solar, ou seja, os estudos e experimentos científicos sobre a energia solar são antigos, entretanto, um dos motivos da energia solar não ser amplamente utilizada é o alto custo de um sistema que produza energia. (MACHADO, MIRANDA,2014)
Proença (2007) coloca que a ideia de aproveitar a energia do sol não é algo novo, e vem sendo estudada há séculos, entretanto há muita tecnologia e investimento por trás de algo que aparentemente é simples.
Machado, Miranda (2014) explicam:
Outro problema da energia solar é que ainda é caro ter um sistema desse tipo em casa. Segundo dados do CRESESB,7 no mercado internacional, o custo dos sistemas fotovoltaicos para o consumidor final varia de US$ 8 / Wp a US$ 10 / Wp, em que Wp (Wattpico) é a potência máxima que o painel fotovoltaico pode atingir. Já no Brasil, esse valor é estimado em R$ 10 / Wp,8 logo um sistema instalado de 1 KWp custaria R$10.000,00. Em média, no Brasil, o retorno financeiro se dá entre 6 a 10 anos, o que não é exatamente uma má notícia, visto que osmódulos fotovoltaicos (parte mais cara do sistema).
De acordo com a ANEEL (2005), pode-se aproveitar a energia solar para aquecimento de ambientes e de fluidos, para a iluminação ou, também, como fonte de energia térmica, ou seja, para gerar potência elétrica ou mecânica. Além disso, existe a possibilidade de se converter a energia solar em energia elétrica de forma direta através de efeitos sobre materiais, sobretudo o fotovoltaico e o termoelétrico.
A penetração ou absorção da radiação solar nas edificações faz com que a iluminação natural e o calor sejam aproveitados para aquecer os ambientes e, dessa forma, as necessidades de aquecer e iluminar o ambiente sejam reduzidas. Recorrendo às técnicas mais sofisticadas da construção e arquitetura, aumenta-se o aproveitamento da radiação solar.
Os coletores ou concentradores solares são os equipamentos utilizados para utilizar a fonte solar para o aquecimento de fluidos. Utilizam-se os coletores para aquecer a água em aplicações comerciais e residenciais, tais como restaurantes, hotéis, entre outros. Já os concentradores solares são mais indicados para aplicações como produção de vapor e secagem de grãos. Neles, existem grandes áreas espelhadas que fazem com que a luz se concentre em um ponto determinado e, assim, resultando em temperaturas elevadas (BANDEIRA, 2012).
5. CONCLUSÃO
Utilizar o princípio do elemento fotovoltaico para transformar a energia solar em elétrica é uma das maneiras promissora para se obter energia alternativa. Há vantagens no uso da energia, pois os altos níveis de radiação solar proporcionam grande capacidade de produção e também por se tratar de uma tecnologia que não causa impacto ambiental, por ser limpa e não contaminante e ainda por não causar danos aos habitats onde é instalada.
Por outro lado encontramos como uma das maiores dificuldades o alto preço de instalação de um sistema de energia solar. É desvantajoso o fato de não ser possível gerar energia durante noite e mesmo que em um dia chuvoso ou nublado seja capaz de gerar energia, o sistema demanda a utilização de baterias para armazenar essa energia gerada, e este fato eleva significativamente o custo operacional do processo energético, pois se trata de uma tecnologia de alto custo e que proporciona um impacto ambiental importante. Outras desvantagens encontradas são os elevados interesses de lucro por parte das empresas produtoras de energia que impactam de maneira substantiva o custo ao consumidor final.
Quando estuda energia renovável, se fala em fonte inesgotável de energia obtidas da natureza que nos rodeia, como o Sol ou o Vento. Com as novas tecnologias há inúmeros incentivos à utilização dessas fontes. No Brasil, há grande potencial de desenvolvimento da energia proveniente dos raios solares. Partindo dessa panorâmica e diante desse cenário, o governo brasileiro já estuda formas de impulsionar a geração solar fotovoltaica no país, uma vez que o segmento de geração solar fotovoltaica é fundamental para a matriz energética brasileira, além disso, o governo também busca novas formas de impulsionar o setor para que o segmento não dependa somente de leilões de empresas internacionais.
A questão energética é um dos grandes desafios em 2019, estabelecendo intensas preocupações ambientais, onde se buscam fontes alternativas de energia que contribuam para o meio ambiente e para o desenvolvimento social e econômico. A energia solar provém da luz e do calor do Sol. É utilizada por diferentes meios de tecnologia que se encontra em constante evolução, tais como, o aquecimento solar, a energia solar fotovoltaica (à qual se irá dar uma maior relevância), a energia heliotérmica, a arquitetura solar e a fotossíntese artificial.
Grande parte da energia que se utiliza no dia a dia é proveniente de recursos finitos, isto é, não se renovam e têm um limite de disponibilidade. E ainda, a natureza é degradada pelos resíduos gerados pelos seres humanos, quando não convenientemente tratados e/ou reciclados. O estudo é de suma importância para a conscientização da população para a utilização correta e segura da energia elétrica, procurando a redução no consumo de energia elétrica e a relevância do uso de fontes renováveis de energia.
O estudo contribuirá para o conhecimento da energia solar no Brasil, mostrando os benefícios econômicos, tecnológicos, industriais e sociais do país. Esse estudo irá contribuir de maneira acadêmica, para a discussão dos rumos da Energia Solar Fotovoltaica, não somente para novos conhecimentos, como também como, mais uma obra disponível sobre um assunto tão discutido no momento e que no futuro será de grande relevância para humanidade.
REFERÊNCIAS
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