Energia Solar Torsten Schwab GIZ Fontes Renováveis e Eficiência Energética Rio de Janeiro Rio de Janeiro, 6 de Setembro de

(1)

1

Energia Solar

Torsten Schwab

GIZ – Fontes Renováveis e Eficiência Energética

Rio de Janeiro

(2)

Fontes e Formas de Energia

(3)

Radiação Solar

5.6 * 10

24

_J/a

Reflexão direta

1.7 * 10

24

_J/a

Entrada

≈

Saída

Balanço energético do planeta Terra

Fontes e Formas de Energia

3

Gravitação e

cinética planetário

0.0001 * 10

24

_J/a

Fissão nuclear

0.001 * 10

24

_J/a

Radiação térmica

3.9 * 10

24

_J/a

(4)

Fontes e Formas de Energia

Fissão nuclear no

núcleo da terra Geotermia

Biomassa Solo aquecido Carvão Usina geotérmica Usina geotermelétrica Calefação Bombas de calor Conversão química Usinas termelétricas

Coletor solar Energia térmica

0,02%

Fontes

Efeitos Naturais

Conversão

Uso

4 Fusão nuclear no sol Gravitação e cinética planetária Chuva Derretimento Vento Ondas Correntes/Marés Carvão Petróleo Gás natural Usina hidrelétrica Usina eólica Usinas termelétricas Usina de maré Usina de onda Usina fotovoltaica Usina heliotérmeletrica Energia elétrica Energia química Usina nuclear 100% = 5,6 · 1024 _J/a 0,002%

(5)

Recursos não-renováveis em comparação com irradiação solar

Fontes e Formas de Energia

5

(6)

Comparação dos recursos renováveis

Fontes e Formas de Energia

6

(7)

Biomassa (0-1)

Geotermia (0-1)

Solar (10-250)

Potencial de Geração de Energia Elétrica

Fontes e Formas de Energia

7

Hidráulica (0-50)

Eólica (5-50)

[GWh/(a·km²)]

(8)

Irradiação Solar Direta Difusa + Direta

Geração de eletricidade

a partir da fonte solar

Aproveitamento Heliotérmico

8

CSP CPV FV

Torre Dish Lente Filme _Fino

Cilindro

Parabólico Fresnel Espelho

Silício Cristalino

(9)

Aproveitamento Heliotérmico

Tecnologias de Concentração

Calhas

Cilindro-Parabólicas

Torre Central

A

té

5

0 ºC

;

T

u

rb

in

a

s

a

V

a

p

o

r

T

u

rb

in

a

s

a

V

a

p

o

r,

T

u

rb

in

a

s

a

G

á

s,

9

Linear Fresnel

Disco Parabólico

A

té

5

0 ºC

;

T

u

rb

in

a

s

a

V

a

p

o

r

5

0

0 ºC

a

1

0

0 ºC

;

T

u

rb

in

a

s

a

V

a

p

o

r,

T

u

rb

in

a

s

a

G

á

s,

M

o

to

re

s

S

ti

rl

in

g

Fonte: DLR

(10)

Aproveitamento Heliotérmico

Irradiação

Solar

_Calor

Energia

Elétrica

Opções Heliotérmicas

Calor

Irradiação

Solar

_Energia

10 Fonte: DLR

Calor

Solar

Irradiação

Solar

Combustível

Energia

Elétrica

En.El.

Armazém Térmico

Combustível

(11)

Aproveitamento Heliotérmico

Esquemática da Usina Heliotérmica

11

(12)

Aproveitamento Heliotérmico

Imagens

Calhas cilindro-parabólicas

12

Fonte: Kramer Junction Company

Nevada Solar One, USA

(64 MW

_el

)

Kramer Junction, EUA

(5x 30MW

_el

, 2x 80MW

_el

)

(13)

Aproveitamento Heliotérmico

Imagens

Torres Centrais

13

GEMA Solar

(20 MW

_el

, 15hs de armazém térmico)

(14)

Calha cilindro-parabólica:

Geração direta de vapor

Circulação de sal fundido nas calhas

Torre Central:

Aumento da temperatura no receptor

Turbinas a gás

Aproveitamento Heliotérmico

Tendências de Desenvolvimento da Tecnologia Heliotérmica

14

Turbinas a gás

Armazenagem térmica:

Consolidação de conceitos

Instalação:

Aumento e controle de qualidade

Operação:

Otimização energética

Otimização comercial da venda da energia

Estratégias de O&M

(15)

Irradiação Solar Direta Difusa + Direta

Geração de eletricidade

a partir da fonte solar

Aproveitamento Fotovoltaico

15

CSP CPV FV

Torre Dish Lente Filme _Fino

Cilindro

Parabólico Fresnel Espelho

Silício Cristalino

(16)

Aproveitamento Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico

16 Estrutura atômica da célula de Silício

(esq.) e dopagem com Fósforo (dir.) Junção PN e movimento em nível eletrônico

Processo eletrônico no sistema FV

(17)

Aproveitamento Fotovoltaico

Da Célula ao Painel, à usina FV

17

(18)

Aproveitamento Fotovoltaico

18

(19)

Aproveitamento Fotovoltaico

Configuração

Feed-In

Gerador FV

Inversor Medidor Geração/Injeção Carga

Medidor

Consumo Rede

19 Inversor Medidor Geração/Injeção

Gerador FV Inversor Carga Medidor Bidirecional Rede

Configuração

Net-Metering

Fonte: SMA

(20)

Aproveitamento Fotovoltaico

Geração real na Alemanha

20

Internet:

http://www.sma.de/en/company/pv-electricity-produced-in-germany.html

(21)

P

o

tê

n

ci

a

Média

Pico

Cenário atual da Geração

Aproveitamento Fotovoltaico

21

P

o

tê

n

ci

a

Média

Base

(22)

Cenário predominantemente intermitente

D e m a n d a [ G W ] Fotovoltaica Eólica

Hidro (não reversível) Importação renovável

Produção de metano Geração com metano

Biogás Biomassa Geotermia

Aproveitamento Fotovoltaico

22 Fonte: ISET D e m a n d a [ G W ] Tempo

(23)

• Armazenamento de Energia

• Gerenciamento da Demanda

Armazenamento

Mitigação da Intermitência

Aproveitamento Fotovoltaico

23

• Gerenciamento da Demanda

• Geração Combinada

Geração Demanda

(24)

4000

5000

6000

Curva do preço de equipamento FV

Aproveitamento Fotovoltaico

24

0 1000

2000

3000

Q2 2006 Q4 2006 Q1 2007 Q2 2007 Q3 2007 Q4 2007 Q1 2008 Q2 2008 Q3 2008 Q4 2008 Q1 2009 Q2 2009 Q3 2009 Q4 2009 Q1 2010 Q2 2010 Q3 2010 Q4 2010 Q1 2011 Q2 2011 Q3 2011

[€

/kW

p

]

Preço médio de sistemas fotovoltaicos

até 100 kWp instalados em telhados

(25)

Motivações macroeconômicas no caso da Alemanha: Custo da Energia

B

ilh

õ

e

s

d

e

E

u

ro

Custo da “EEG”

Custos externos evitados

Importações de energéticos evitados

Aproveitamento Fotovoltaico

25 Fonte: AGEE

B

ilh

õ

e

s

d

e

E

u

ro

(26)

Desenvolvimento de mercados FV

Fonte: SMA

Aproveitamento Fotovoltaico

26 Fonte: REN21

Crescimento mundial

(27)

O b r i g a d o !

27

Energia Solar

Torsten Schwab

GIZ – Fontes Renováveis e Eficiência Energética

Rio de Janeiro

(28)

Fontes e Referências

BMWI / E-Energy Bundesminsterium für Wirtschaft und Technologia Ministério de Economia e Tecnologia

http://www.bmwi.de

BMU Bundesminsterium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Ministério de Meio Ambiente e Segurança Nuclear

http://www.bmu.de

AGEE Agentur für Erneuerbare Energien

http://www.unendlich-viel-energie.de

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

http://www.aneel.gov.br

28

http://www.bmwi.de http://www.e-energy.de

DESERTEC Iniciativa DESERTEC

http://www.desertec.org

DLR Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt Agência Alemã de Aviação e Astronáutica

http://www.dlr.de

BSW Bundesverband Solarwirtschaft

http://www.solarwirtschaft.de

Fend, Riffelmann Dietmar Brakemeier, capacitação Energia Solar, EPE/GTZ 2009 fonte original: Seminário “Solar Technology”

(29)

IEA Key World Energy Statistics 2011 International Energy Agency

ISET Institut für Solare Energieversorgungstechnik hoje: Fraunhofer IWES

Fraunhofer IWES Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik

http://www.iwes.fraunhofer.de

Kleemann, Meliss Regenerative Energiequellen Kleemann und Meliss

Fontes e Referências

29 Kleemann und Meliss

Springer 1993 ISBN 0387550852

SMA Solar Technology AG, Sonnenallee 1, 34266 Niestetal, Alemanha

http://www.sma.de

Stadler Prof. Ingo Stadler

Palestra EPE/GTZ sobre Demand Side Management e DESERTEC FH Köln

http://www.f07.fh-koeln.de

REN21 Global Status Report

Renewable Energy Policy Network for the 21st Century