universidade candido mendes pÓs-graduaÇÃo … · em função do crescente problema de poluição...
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
INSTITUTO A VEZ DO MESTRE
Energia Solar
Por: Ricardo Araujo Vianna Ribeiro
Orientador
Prof. Nelsom Magalhães
Rio de Janeiro, 2010
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
INSTITUTO A VEZ DO MESTRE
Energia Solar
Apresentação de monografia à Universidade
Candido Mendes como requisito parcial para
obtenção do grau de especialista em GESTÃO NO
SETOR PETRÓLEO E GÁS
Por: . Ricardo Araujo Vianna Ribeiro
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AGRADECIMENTOS
Agradeço ao apoio da minha família
que é e sempre será o elixir para
alcançar os meus objetivos.
4
DEDICATÓRIA
Dedico a minha esposa e filha que
sempre me apoiaram e incentivaram a
concluir mais uma jornada superando os
obstáculos diário.
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RESUMO
Cada vez mais os habitantes desse planeta tem a obrigatoriedade em
tentar encontrar soluções que permitam uma redução gradual dos níveis de
poluentes gerados por qualquer insumo.
A energia é e sempre será o nosso maior consumo e a base para fazer
com que as nossas necessidades sejam alcançadas. Hoje os meios mais
utilizados em conseguir esse insumo são através da água, nuclear e
combustível fóssil.
A energia conseguida com a utilização da luz Solar é uma forma limpa,
segura e inesgotável, porém ainda sem o adequado incentivo das autoridades
e muito pouco conhecimento de grande parte da população.
Hoje em dia já existem meios relativamente simples de captação e ou
armazenamento dessa energia que poderá ser usada na área residencial e
comercial, gerando benefícios econômicos e diminuição da emissão de
resíduos fósseis quando utilizados combustíveis para gerar energia.
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METODOLOGIA
Pesquisa realizada na internet focando os equipamentos existentes e
estudos em andamento para utilização residencial e comercial.
O estudo basea-se em demonstrar a eficiência e a redução em Kw de
energia convencional o que podemos medir a redução do custo e da emissão
de resíduos expelido por usinas geradoras por diesel, carvão e gás.
O levantamento dessas reduções compreendem um período de 01 ano
fornecendo informações de grande utilidade e dados para pesquisas mais
abrangentes e conhecimento da economia optando pela energia Solar.
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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 08
CAPÍTULO I - A História 09
CAPÍTULO II - O Mercado 18
CAPÍTULO III – A Proposta 26
CONCLUSÃO 35
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 36
ANEXOS 38
ÍNDICE 40
FOLHA DE AVALIAÇÃO 41
8
INTRODUÇÃO
A energia é um insumo que sempre estará em evidência por ser a
principal fonte da evolução humana. Sem energia a humanidade não consegue
se desenvolver e criar os meios adequados a sua necessidade.
As principais fontes de energia por nós consumidos hoje em dia são de
difícil obtenção e custo elevado por demandarem grandes obras e riscos
constantes, com efeitos muitas vezes nocivos ao meio ambiente e quando
utilizados sempre geram problemas ambientais.
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CAPÍTULO I
A ENERGIA SOLAR
Mais do que nunca em grande evidência na mídia e nos centros de
pesquisas especializados no mundo, a energia solar dentro do campo das
energias renováveis juntamente com a eólica e biomassa, apresenta um
potencial bastante expressivo em sua utilização de forma intensiva.
A utilização prática da energia solar remonta aos primórdios da
humanidade quando se utilizava o sol para secar peles e alimentos. A
humanidade está ligada a energia solar por séculos. A partir de achados
históricos de arqueólogos comprova-se que, já no século 7 A.C se utilizava
simples lentes de vidro para concentrar a luz do sol e desta forma queimar
pequenos pedaços de madeira e assim obter fogo.
Na Grécia antiga já se fazia uso de conhecimentos da arquitetura
passiva visando melhorar o aquecimento natural das residências e assim
economizar lenha e carvão. Outros exemplos existem ao longo do processo
evolutivo, mas dispositivos ativos datam ao século XVII quando foi testado o
primeiro coletor solar (Horácio de Saussure, Suíço, 1767), atingindo
temperaturas superior ao ponto de ebulição da água (101ºC).
A aplicação da energia solar para produção de energia mecânica, se
realizou no período posterior da Revolução industrial, e em meados do século
passado vários motores solares foram desenvolvidos por Augusto Mouchot
(Francês, atuação entre 1864/1878). A mesma época outros pesquisadores na
Europa como também nos Estados Unidos realizaram experiências no campo
solar basicamente em aquecimento d’água e motorização.
Um importante desenvolvimento foi obtido pelo invento de Greeley
Abbot, astrofísico americano em 1936, de uma caldeira solar. A indústria
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começou nos inícios dos anos 20 alcançando seu auge até as vésperas da II
Guerra Mundial. Este crescimento veio declinando até meados dos anos 50
quando o baixo custo do gás natural do petróleo o tornou principal meio de
aquecimento dos lares Norte-americanos. O mundo permaneceu indiferente
sobre as possibilidades da energia solar até a crise do petróleo dos anos 70.
Hoje em dia pessoas usam a energia solar para aquecimento interno, de água
e para gerar eletricidade para as mais diversas finalidades.
Quanto a geração de eletricidade pelo efeito Fotovoltaico, ou seja a
transformação da luz em energia elétrica, é conhecido desde 1839 em
experiências realizadas por Bequerel, teve uma evolução lenta e somente em
1941 é fabricada a primeira fotocélula de silício monocristalino, sendo
aperfeiçoada ao longo do tempo. Neste momento, não havia demanda por tal
tecnologia que gerava pouca quantidade de energia e era muita cara.
No final da década de 50, quando se iniciaram os programas espaciais,
marcam uma nova aplicação da energia solar que praticamente não encontra
concorrentes, e também onde altos custos dos painéis Fotovoltáicos não
impediam sua utilização. Assim sendo, a partir dos anos 60 em diante as
naves e satélites espaciais proporcionaram um desenvolvimento da tecnologia
FV, melhorando-a quanto ao rendimento, forma de fabricação e menores
custos. Sem dúvida, tecnologicamente, a partir dos programas espaciais
americano e russo, houve uma melhora significativa na qualidade das células,
seu peso e outros avanços foram obtidos, mas ainda a um custo
extremamente elevado, quando comparado com outras fontes energéticas
disponíveis. No entanto, para o fim espacial o custo não era relevante, e sim a
possibilidade de geração de energia elétrica no espaço para alimentar todos os
equipamentos elétricos de uma nave ou satélite.
Um outro importante marco dentro da análise das fontes energéticas
mundiais, a crise do petróleo em 1973, quando repentinamente foram
majorados os preços do petróleo, além de ser feito um boicote temporário. O
mundo percebeu que os combustíveis fósseis eram finitos, e sujeito a grandes
perturbações. Houve desde então um despertar do mundo para as limitações
11
impostas pelas fontes tradicionais de energia e a necessidade de se buscar
fontes alternativas aquelas já existentes. Vale salientar que houve grandes
variações nos preços do petróleo, repercutindo sempre sobre a pesquisa e
utilização de outras fontes de energia, como a energia solar. No entanto, hoje
em dia após longa maturação, a energia solar se firma respaldada por todo o
potencial que representa e pela tecnologia para o seu aproveitamento já
existente e disponível, com custos cada vez mais competitivos quando
comparados as fontes convencionais. Ressalta-se, que quando da crise do
petróleo, todas as outras fontes de energia foram elevadas em sua importância
(hidráulica, nuclear, eólica, álcool, metanol, etc).
Espera-se que a energia solar não mais altere períodos de auge e falta
de interesse, como se comportou até os anos 80 e 90, e se afirme com os
resultados alcançados nos inúmeros projetos já instalados em todo mundo,
como uma energia plenamente viável e eficiente. No Brasil, arrojado programa
está em curso o PRODEEM (Programa de Desenvolvimento Energético para
Estados e Municípios), atendendo com energia solar comunidades isoladas,
especialmente no Nordeste. Algumas milhares de localidades no Brasil tem
sistema fotovoltaico, quer para fins energético de iluminação ou mesmo para
bombeamento de água em comunidades isoladas.
1.1 – Foco do estudo
Em função do crescente problema de poluição causados pela utilização
e obtenção de combustíveis, se faz necessário mostrarmos uma alternativa na
qual para sua utilização não gera resíduos nocivos ao meio ambiente (CO2)
contribuindo para minimizar a degradação do planeta.
Mostar que hoje em dia já existem vários equipamentos que estão
utilizando essa tecnologia a qual facilita a vida das pessoas pela sua
praticidade e individualidade e redução de emissão de CO2.
12
1.1.2 – Impotância da fonte Solar
A cada minuto incide sobre a superficie da terra mais energia vinda do
sol do que a demanda total de todos os habitantes do planeta durante todo
ano.
Por meio do efeito fotovoltaico a energia contida na luz do sol pode ser
convertida diretamente em energia elétrica. Este método de conversão
energética apresenta como grandes vantagens sua extrema simplicidade, a
inexistência de qualquer peça mecânica móvel, sua característica modula
(desde Kw até Gw), os curtos prazos de instalação o elevado grau de
confiabilidade dos sistemas e sua baixa manutenção. Além disso, sistemas
solares fotovoltaicos representaram uma fonte silenciosa, não poluente e
renovável de energia elétrica bastante adequada à integração no meio urbano
e uma solução para a área Rural, reduzindo quase que completamente as
perdas por transmissão da energia devido à proximidade entre geração e
consumo. Esta fonte energética, tradicionalmente atrativa em sítios e fazendas,
até onde a rede elétrca convencional por qualquer motivo não é estendida,
começa agora também a ser economicamente interessante em aplicações
conectadas à rede elétrica pública. Neste caso painéis fotovoltaicos são
incorporadas aos telhados ou fachadas de casas e prédios, injetando energia
elétrica na rede, funcionando como mini-usinas em paralelo às centrais
geradoras.
1.2 – Pesquisas em desenvolvimento
Atualmente os estudos estão em um patamar onde já não existe o
paradigma de capitação de energia somente via placas com células
fotovoltaicas.
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Informações colocadas no “OLHARDIGITAL” no mês de agosto de 2010
informa que Engenheiros da Universidade de Stanford estão desenvolvendo
uma nova tecnologia que permite duplicar a eficiência dos atuais sistemas de
energia solar.
O método, chamado de emissão termiônica avançada, utiliza altas
temperaturas. Essa é uma desvantagem da tecnologia fotovoltaica tradicional
(tecnologia que converte radiação solar em eletricidade), que se mostrava
menos eficiente com o aumento de temperaturas.
O procedimento estudado pelos engenheiros não apresenta problemas
com o aumento de temperatura, utilizando inclusive o calor para aumentar a
conversão de energia solar. De acordo com Nick Melosh, professor assistente
do estudo, o processo de conversão térmica utiliza a luz e o calor ao mesmo
tempo, podendo gerar mais energia.
Os engenheiros utilizaram uma camada de césio em um pedaço de
material semicondutor. Dessa forma, o sistema aproveita o calor para
aumentar a conversão de luz solar em energia.
O sistema funciona melhor quando atinge temperaturas superiores a
200ºC, podendo ser utilizado em concentradores solares, ao invés de
pequenos painéis.
Essa nova tecnologia seria como um add-on para os sistemas de
captação solar, tornando desnecessária a implantação de novos aparelhos de
conversão térmica para gerar mais energia.
1.2.1 – A Nanotecnologia
Estudos mais avançados já estão testando a nanotecnologia a qual já é
uma realidade onde além de captar energia solar e eólica, absorve CO2 da
atmosfera.
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Já existem em teste revestimentos externos de edificações que trata de
interface com o meio ambiente externo, devendo interagir com ele de forma a
não apenas aproveitar seus recursos (visuais e energéticos, entre outros) mas
a adaptar-se a sua dinâmica complexa. Para isso, a biomimética e a
nanotecnologia são essenciais.
Anexo 1: Ilustração de prédio integrado à natureza com revestimento que capta energia solar.
Essa foto ilustra o conceito que baseia-se numa “pele” de componentes
nanotecnológicos, turbinas fotovoltaicas minúsculas que capturam as energias
solar e eólica, além de absorver CO2 da atmosfera (originalmente com o nome
de “Nano Vent-Skin” – NVS).
A camada externa da estrutura absorve energia solar através de uma
pele fotovoltaica orgânica, repassando-a através de nanofibras dentro dos
nanofios, indo a locais de armazenagem (processa-se por paineis delimitados).
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Anexo 2: Turbinas da nanoestrutura.
Cada turbina gera energia através de reações químicas simples,
baseadas em diferenças de polarização. Cabe então à camada interna de cada
turbina absorver o CO2 atmosférico, no contato com o vento.
Anexo 3: Ilustração da nanoestrutura e seus detalhes.
Os paineis possuirão, ainda, sensores em cada vértice. Sua função é
monitorar possíveis danos para, a exemplo de um organismo vivo, corrigi-los
tão logo ocorram (um processo que se baseia em conceitos como a auto-
organização de nanocomponentes, enviados de uma central de monitoramento
através dos nanofios).
Anexo 4: Ilustração da rede da nanoestrutura.
A nanotecnologia é a maior aposta da ciência e da indústria atualmente,
é apenas uma questão de tempo até que conceitos como este comecem a
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aparecer na forma de protótipos. A revolução nanotecnológica já está em
curso.
1.2.2 – Spray de partículas para captação de raios Solares
Essa tecnologia irá substituir painéis solares espaçosos e
desajeitados.Prédios inteiros, coberturas e até mesmo janelas podem receber
um spray revolucionário de tinta de nanopartículas que canaliza energia solar
em um meio de transmissão discreto e relativamente barato!
Anexo 5: Teste em laboratório de aplicação de spray.
Embora soe estranho, essa tecnologia é de fato mais barata que a
utilizada atualmente para captação de energia solar (os tradicionais painéis).
“O sol é uma fonte praticamente inesgotável de energia, mas as atuais
tecnologias de captação ainda tem um custo elevado, não podendo competir
com combustíveis fósseis”, diz o engenheiro químico Brian Korgel, da
Universidade do Texas em Austin, cuja equipe está desenvolvendo as células
solares baseadas em spray.
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Anexo 6: Solução para utilização no spray.
Enquanto os painéis atuais são construídos à base de silício, a proposta
baseia-se em selenieto de cobre, índio e gálio (CuInGaSe), nanopartículas
(nanocristais) que resultam em uma superfície de absorção de energia solar
10.000 vezes mais fina que um fio de cabelo de acordo com o Laboratório
Nacional de Energia Renovável dos EUA. O spray pode, portanto, dar a
qualquer superfície a capacidade de absorver energia solar.
Embora ainda em fase de testes com protótipos, a pesquisa já foi
publicada no prestigiado Journal of the American Chemical Society, e é
subsidiada pela National Science Foundation, pela Welch Foundation e pelo
Laboratório de Pesquisas da Força Aérea dos EUA. Há a expectativa de
chegar-se a um produto final para o mercado em cerca de 5 anos.
Atualmente os investimentos em estudo de capitação da energia solar
tem se mostrado um novo mundo de possibilidades e de imensa contribuição
para o planeta.
Mesmo com o custo ainda alto dessa tecnologia, no futuro próximo
haverá uma redução significativa devido ao seu desenvolvimento, incentivo e
benefícios para todos.
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Anexo 7: Película solar flexível transparente.
A energia solar é uma das mais promissoras fontes de energia limpa
para nosso eventual futuro sem petróleo, mas infelizmente ainda existem
vários problemas que impedem que a tecnologia seja utilizada em larga escala
(mas estamos chegando lá). Um dos problemas é a eficiência de painéis
solares, que ainda é baixa.
Essa baixa eficiência faz com que sejam necessárias grandes áreas de
painéis solares para se criar uma quantidade significativa de energia elétrica,
algo quase impossível de se conseguir em grandes cidades. Entram em cena
as células solares transparentes, compostas por centenas de pequenas
esferas de silício que capturam o sol de todos os ângulos.
Essa tecnologia permite que, teoricamente, qualquer superfície de vidro
se torne uma fonte de captação de energia em potencial. E todos sabemos
que o que não falta em grandes cidades são superfícies de vidro. Certo, não
são painéis solares 100% transparentes (não seria possível usar em um carro),
mas eles deixam passar luz suficiente para qualquer ambiente fechado, se
instalados em janelas de tamanho padrão.
Anexo 8: Filme solar da IBM.
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Quando se fala em aparelhos movidos a energia solar, sempre existe
aquele preconceito que ele não irá aguentar nem 2 horas funcionando ou até
mesmo não terá potência (no caso de um carro, por exemplo).
Isso realmente é verdade, mas a IBM pode estar mudando essa
realidade. Foi anunciada esta semana pela empresa uma foto célula com 40%
mais eficiência que as existentes no mercado.
A tecnologia, que usa materiais mais baratos como o cobre, estanho,
zinco, enxofre e/ou selênio resulta em um fino filme capaz de melhorar a
absorção da energia solar.
Infelizmente as “thin film solar”, como são chamadas, vão demorar mais
alguns meses para entrar no mercado. Isso porque a IBM não tem interesse
em produzir as células, mas sim, licenciar a tecnologia.
Vamos concordar que seria bem interessante se elas fossem usadas em
aparelhos como notebooks e netbooks. Isso acabaria com a busca por
tomadas em lugares abertos, como parques, praças ou até mesmo, na área
rural.
Anexo 9: Painel solar com cabelos humanos.
Pessoas ao redor do planeta estudam formas de capitação de energia
solarcomo Milan Karki de 18 anos morador de uma vila rural no Nepal. Mesmo
não tendo o devido apoio das autoridades, desenvolveu um painel solar ultra
barato feito com cabelos humanos. Na verdade o fato de ter vindo de uma
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região tão pobre, em que energia elétrica é artigo de luxo, foi um dos maiores
motivadores para sua invenção.
A melanina, pigmento que dá a cor ao nosso cabelo, é sensível à luz e
também funciona como condutor. Por causa disso cabelos podem ser usado
no lugar do tradicional silício, um material muito mais caro, presente nas placas
solares atuais. Cada painel desenvolvido por Milan custa 70 reais se feito
manualmente e esse preço pode cair para menos da metade disso caso seja
produzido em grande escala.
O objetivo inicial do inventor era levar energia elétrica para sua vila, mas
o sucesso dos painéis solares agora já faz com que ele pense mais alto e
consiga exportar sua tecnologia para o mundo.
Anexo 10: Ilustração de navio com velas solares.
Cargueiros chineses misturarão o poder do vento e do sol.
Cientistas Chineses conseguem criar painéis solares em pequena
escala de alta eficiência e com a promessa de que “algum dia” o veremos no
mundo real, pelo que ver uma aplicação em grande escala como o está
fazendo a companhia chinesa COSCO são uma baforada de ar fresco.
Fazendo parceria com a empresa australiana de energias renováveis
Sailor Group, a gigante oriental equipará dois dos seus barcos com enormes
velas do tamanho das assas de um avião Jumbo (Boeing 747) de 30 metros de
comprimento e cobertas de faixas fotovoltaicas. Como já podem imaginar,
essas velas capturam energia eólica e solar simultaneamente, e no papel
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serão capazes de reduzir os gastos de combustível da nave entre 20 e 40%
além de suprir 5% de seus requerimentos elétricos.
COSCO parece estar muito emocionado com a idéia, até o ponto de
afirmar que “Algum momento do futuro, vejo a todas nossas naves usando
velas solares”, e com um investimento que se paga em quatro anos, a opção é
mais que tentadora.
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CAPÍTULO II
VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO
A utilização de painéis Solares Fototérmicos e Fotovoltaicos está se
alastrando pelo planeta com muita rapidez em todas as áreas por ser a
condição ideal de geração de energia e aquecimento de líquidos.
Sabemos que ainda faltam tecnologias para garantir a eficiência na
capitação e armazenamento mas isso é uma questão de tempo em função do
crescente investimento e interesse mundial.
2.1 – Energia gerada por painéis Fotovoltaicos
Esta forma de energia visa a conversão da energia solar em energia
elétrica através de células fotovoltaicas. As células fotovoltaicas mais comuns
são feitas de silício (que possui características intermediárias entre um
condutor e um isolante) que passa por um processo de dopagem para adquirir
as características necessárias.
Cada célula possui duas camadas de silício. A mais fina, carregada
negativamente, quando atingida pelos raios solares tem seus elétrons
transferidos para a camada mais grossa, carregada positivamente. A
associação de várias células fotovoltaicas e sua ligação a uma bateria ou
acumulador gera a corrente elétrica que funcionará enquanto houver sol.
Este tipo de célula, de silício, é o mais tradicional, mas também o mais
caro. Porém, já existem outros tipos de células fotovoltaicas que tem uma
eficiência maior que as células de silício e, conseqüentemente, um custo
menor.
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2.1.1 – Utilizações de Captores com bateria Solar
Anexo 11: Lâmpada solar.
A Nokero, uma empresa de Hong Kong, lançou esse ano a primeira
lâmpada solar com o intuito de atingir milhões de pessoas com pouco ou
nenhum acesso à eletricidade.
A N100 tem o tamanho de uma lâmpada incandescente padrão e quatro
pequenos painéis solares em caixa de plástico impermeável. Possui 5 LEDs e
uma bateria de NiMH (níquel-hidreto metálico) que fornece até quatro horas de
luz quando totalmente carregada, de modo que você a recarrega durante o dia
e utiliza a energia armazenada a noite.
Os LEDs foram feitos para durar 50,000-100,000 horas e os painéis
solares estão classificados para durar 10 anos, basicamente, a vida do N100 é
de 5 a 10 anos, um tempo bastante longo, se comparado com as lâmpadas
incandescentes comuns.
Esse equipamento ainda tem um custo muito elevado (US$15,00) mas é
mais uma opção que com o tempo e pesquisa tende a reduzir o custo.
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Anexo 12: Garagem com teto solar.
Enquanto aqui no Brasil as garagens servem apenas para proteger os
carros, no Japão elas permitem economizar na conta de luz. A M. Shade é
uma plataforma de garagem que possui painéis solares sobre seu teto, sendo
uma opção mais fácil dos japoneses desfrutarem da economia proporcionada
pela energia solar.
Desenvolvida pela Sankyo, a garagem tem doze painéis solares (5,6 m
× 5,4 m), que geram aproximadamente 2.235 kW ao ano – ou 50% do
consumo anual de uma familia típica japonesa. Capaz de acomodar até dois
veículos, o único defeito desse invento é o preço: 40 mil dólares (sem
considerar os gastos com instalação). Dependendo do caso, ela é viável pela
economia que porporciona na conta de luz a longo prazo.
A garagem com “teto solar” é uma ótima idéia que deve tornar-se
inspiração para outras iniciativas, como pontos de ônibus solares. Com esse
sol típico que temos em nosso país, essa onda de energia solar tem tudo para
dar certo.
Anexo 13: Painéis da Google.
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Além de melhorar a interface de seu site, o Google está desenvolvendo
sua própria tecnologia de paineis solares, informa o site Independent. O
objetivo é criar novos espelhos utilizando materiais diferenciados, buscando
diminuir os custos desse tipo de energia e tornando-a mais acessível.
Decepcionados com as poucas iniciativas práticas por aí, os
engenheiros do Google buscam aumentar a eficiência da energia solar térmica.
Esse modelo usa o calor do sol para aquecer uma substância que produz o
vapor para acionar uma turbina. Eles querem diminuir os custos da energia
solar em duas ou três vezes com isso, reduzindo o valor desse tipo de energia
a centavos. Assim ela fica mais competitiva em relação a outras fontes de
energia.
Em alguns meses, os pesquisadores já pretendem ter algo para
apresentar internamente. Apesar do Google investe em duas companhias que
exploram energia térmica (a eSolar e BrightSolar), mas não está trabalhando
junto com elas em nenhum projeto.
Não é legal ver o Google preocupado não apenas com seu bolso, mas
com o mundo?
Anexo 14: Refrigerador Solar.
Desenvolvida pela IIS (Industrial Insulation Systems), a Solar Powered
Refrigerator é um aparelho portátil de visual diferente que pode alcançar
temperatura de até -20ºC.
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A geladeria solar é perfeita para ser usada na praia, no campo ou em
qualquer local que carece de energia. Esse é um protótipo que será lançado no
mercado em breve.
Anexo 15: Barraca de camping com teto Solar.
Para todos os tipos de acampamento, faça frio ou calor. A empresa
inglesa Kaleidoscope Strategist desenvolveu um novo conceito para as
barracas de camping, baseado no aproveitamento da energia solar.
A estrutura da barraca conta com painéis solares acoplados ao teto
feitos de uma composição bem leve, permitindo assim seu transporte sem
grandes esforços. Além disso seu revestimento foi preparado com um tecido
especial que permite seu fácil manuseio para dobrar e guardar, mesmo com a
distribuição elétrica existente no seu interior.
Outra curiosidade é que o teto brilha no escuro, marcando o local em
que se encontra a barraca à noite, facilitando a vida dos que curtem o camping
selvagem. No centro do teto solar existe um controle sem fio indicando a
energia gerada através de uma tela LCD. Conta também com um sistema de
aquecimento interno regulável, ideal para os invernos rigorosos.
A energia atende às necessidades como luz interior, eletricidade para
computadores, carregar celulares, ligar alguns aparelhos, independentemente
do local onde esteja acampando.
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Anexo 16: Capitores de energia em grande escala.
Vinte empresas da Alemanha, que se juntarão no mês de julho sob o
nome de Desertec, planejam gerar energia solar no norte da África para as
necessidades energéticas da Europa.
560 bilhões de euros para construir painéis solares e desenvolver a
estrutura necessária para um projeto que, até agora, apenas era uma boa
teoria.
A informação foi publicada no jornal alemão, onde especificam que os
painéis ficarão em vários países do norte africano ocupando parte do enorme
deserto do Saara.
Torsten Jeworek, membro da empresa de seguros Munich Re, acredita
que Espanha e Itália também poderão formar parte do projeto, assim como
falou de sinais positivos do norte da América.
O projeto poderia fornecer o 15% da energia necessária no continente
europeu e poderia ser realizado em “apenas” 10 anos.
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Anexo 17: Estádio de futebol revestido com painéis solares.
Este é o World Games Stadium é uma gigantesca estrutura que está
sendo construída em Taiwan. Desenhado pelo arquiteto japonês Toyo Ito, o
moderno estádio vai abrigar eventos esportivos e também gerar muita energia,
graças aos seus 8.844 painéis solares. Legal! além de bonito, útil.
Com capacidade para 55 mil pessoas (40 mil a menos que o Maracanã),
o estádio ecológico está sendo coberto de painéis solares em toda sua
extensão, produzindo em torno de 1.14 gigawats/hora de energia (o suficiente
para suprir 80% da demanda de energia dos bairros ao redor do estádio).
Com a Copa de 2014 chegando e um monte de estádios brasileiros
sendo reformados, será que alguém pensou nisso?
Anexo 18: Pasta de notebook com carregadores solares.
A Voltaic System anunciou uma mala para notebook que faz sua
recarga através de painéis solares.
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Em uma hora de sol, a mala recarrega seu notebook por 20 a 45
minutos, o que é suficiente. E, além de recarregar notebooks, a mala ainda
pode recarregar celulares, câmeras e qualquer outro equipamento que possa
ser transportado.
Anexo 19: Coletores solares instalado em cemitério na Espanha.
Nos arredores de Barcelona, na Espanha, existe um povoado chamado
Santa Coloma de Gramenet, onde nos mausoléus de seu cemitério colocaram
painéis solares, tornando desse jeito um lugar de descanso perpétuo num
centro de energia virtualmente inesgotável.
A energia gerada pelos 462 painéis, equivalente à consumida
anualmente por 60 casas, é enviada à rede local para seu consumo público.
Os painéis, que apontam para o sul para assim captar a maior parte da
luz do Sol entraram em funcionamento recentemente, marcando o início de um
projeto que demorou três anos em ser implementado.
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CAPÍTULO III
ECONOMIA E REDUÇÃO DE POLUENTES
A matriz energética brasileira apresenta um índice alto de queima de
combustíveis para gerar energia de 83,16%. A energia produzida com
utilização da água é de 15,15% e somente 1,10% englobando a Nuclear, Solar
e Aeólica.
Tabela 1: Distribuição de geração de energia.
Como podemos visualizar, a utilização de energia alternativa é quase
nenhuma e a queima desses combustíveis geram emissões de CO2 em níveis
alarmantes.
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Essa informação pode ser levantada levando em consideração a tabela
onde relaciona o tipo de combustível a quantidade liberada por 1 litro
queimado:
Tabela 2: Relação entre combustível e CO2.
DIESEL - Entre 36 e 41% com combustível Diesel comercial "D", poder
calorífico típico de 10.500 Kcal/kg. Para geração de energia, o consumo
específico fica em torno de 0,26 litro por Kwh gerado em regime de carga
acima de 70% da capacidade nominal do motor. O motor acionador não deve
ser utilizado com carga inferior a 30% da sua capacidade.
GÁS NATURAL - Entre 34 e 38%, para regime de carga de 80% da
capacidade nominal, podendo se reduzir consideravelmente em função de
cargas menores. Os valores são para poder calorífico médio de 9.400
Kcal/m3. (No Brasil, a definição dos parâmetros para o gás natural se faz
conforme método ASTM D 3588, classificando o Poder Calorífico Superior
(PCS) em três faixas: A) - Baixo, de 8.000 a 9.000;
B) - Médio, de 8.800 a 10.200
C) - Alto, de 10.000 a 12.500 Kcal/m3).
QUANTIDADE DE EMISSÃO DE CO2
Tipo de
combustível Unidade
CO2 emitido por
unidade
Gasolina 1 litro 2,3 kg
Diesel 1 litro 2,7 kg
Petróleo
(aquecimento) 1 litro 3 kg
Gás natural m³ 1,97 Kg
Etanol 1 litro 1,46 Kg
Biodiesel 1 litro 2,49 Kg
32
Para produção de energia elétrica, estima-se um consumo específico da
ordem 0,30 m3/Kwh gerado.
3.1 – Uso Residêncial
Podemos utilizar basicamente dois tipos de energia solar, a Fototérmica
e a Fotovoltaica
Energia Fototérmica - Este tipo de energia está relacionado ao
aquecimento de líquidos ou gases pela absorção dos raios solares
ocasionando seu aquecimento.
Geralmente empregada para o aquecimento de água para uso em
chuveiros, ou gases para secagem de grãos ou uso em turbinas, esta técnica
utiliza um coletor solar que irá captar a energia e um reservatório isolado
termicamente onde o líquido ou gás será acondicionado. O coletor pode ser
classificado em dois tipos, coletor concentrador, que usa dispositivos para
concentrar a radiação solar, ou coletor plano, que são as conhecidas placas
solares.
Anexo 20: Esquemático para painel fototérmico..
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34
CONSUMO DE ENERGIA RESIDÊNCIAL MENSAL - Estimado
Loca
l Equipamento
Qua
ntid
ade
Kw
Tempo de
utilização
diária
Kwh/di
a
Kwh /
mês
R$/
Kw
h
Energia
utilizad
a
TOTA
L R$
Min. Hs
Coz
inha
Geladeira 1 0,3 19 5,700 171
0,31
065
E 53,12
Liquidificador 1 0,3 5 0,025 0,75 SB 0,23
Torradeira 1 0,8 10 0,133 3,98 SB 1,24
Fogão 1 0,06 15 0,015 0,45 SB 0,14
Iluminação 1 0,12 10 1,200 36,00 SB 11,18
Sala
Televisão 1 0,11 6 0,660 19,80 SB 6,15
Aparelho de
som 1 0,08 2 0,160 4,80 SB 1,49
Rádio 1 0,01 10 0,100 3,00 SB 0,93
Iluminação 1 0,12 10 1,200 36,00 SB 11,18
Qua
rto
Rádio relógio 1 0,01 24 0,240 7,20 SB 2,24
Ar
condicionado 1 1 2 2,000 60,00 E 18,64
Iluminação 1 0,12 5 0,600 18,00 SB 5,59
Ban
heir
o
Chuveiro 1 5 40 3,330 99,90 S 31,03
Secador de
cabelos 1 0,6 15 0,150 4,50 SB 1,40
Iluminação 1 0,06 4 0,240 7,20 SB 2,24
Áre
a de
ser
viço
Lavadora de
roupas 1 0,5 1 0,500 15,00 SB 4,66
Ferro elétrico 1 1 1 1,000 30,00 E 9,32
Iluminação 1 0,1 6 0,600 18,00 SB 5,59
Bomba d'água 1 0,55 1 0,550 16,50 E 5,13
Boiler de 100L 1 2 30 1,000 30,00 E 9,32
180,82
Tabela 3: Consumo residencial padrão.
35
QUANTIDADE DE ENERGIA POUPADA - Estimado
Quantidade de residências
Kwh/ano com SB Kwh/ano com S
1.546.677 2,096Mwh 1,198Mwh Tabela 4: Economia de energia com painel solar.
SIMBOLOGIA Kwh/mês R$
E Energia da Concessionária 307,50 95,525 SB Energia Solar com baterias 174,68 54,265
S Energia Solar para aquecimento de água
99,90 31,034
Obs: 1- Estimativa do IBGE de 1 de julho de 2009 = 6.186.710 habitantes
2- Custo do Kwh residêncial acima = 0,31065
2- Considerando 04 pessoas por residência teremos: 6.186.710 / 4 = 1.546.677 residências Tabela 5: Economia financeira
Podemos exemplificar o despejo de CO2 na atmosfera de acordo com a
tabela abaixo considerando geração de energia por SB e S, teremos:
QUANTIDADE DE CO2 LIBERADO - Estimado
Kwh/ano com SB Quantidade de
Litros de combustível
Quantidade de toneladas de
CO2
2,096Mwh 54496,00 147139,20
Kwh/ano com S
1,198Mwh 31148,00 84099,60
Total de CO2 na atmosfera 231.238,80
Tabela 6: Emissão de CO2
36
Com relação ao custo médio de energia poupada somente no Estado do
Rio de Janeiro, podemos ter 02 condições sendo SB e S conforme tabela
abaixo:
QUANTIDADE DE ENERGIA e CUSTO POUPADO - Estimado
(somente no Estado do Rio de Janeiro)
Quantidade de residências
Kwh/ano com SB Kwh/ano com S
1.546.677 2,096Mwh 1,198Mwh
Custo do Kwh residencial = R$
0,31065 651.122,40 372.178,70
Tabela 7: Economia de geração
3.2 – Uso Comercial
Existem inúmeras utilizações na área comercial mas iremos focar na
utilização de semáfaros e iluminação pública. Hoje cada vez mais estão
utilizando lâmpadas de LED que tem um consumo extremamente reduzido em
comparação das convencionais.
Um semáfaro com lâmpadas convencionais com 03 indicadores
necessitam de 120 w de potência enquanto a utilização de LED essa potência
cai para 15 w, ou seja uma redução em torno de 85% de energia.
Hoje além da utilização de painéis solares, existem também
experiências com captação mista, painel solar e aeólica conforme foto abaixo
instalado na Europa, Portugal.
37
Os painéis solares contribuem ainda muito pouco para a produção
mundial elétrica, o que atualmente se deve ao custo por watt ser cerca de dez
vezes maior que o dos combustíveis fósseis.
Tornaram-se rotina em algumas aplicações, tais como as baterias de
suporte, alimentação de boias, antenas, dispositivos em estradas ou desertos,
crescentemente em parquímetros e semáforos, e de forma experimental são
usados para alimentar automóveis em corridas como a World Solar Challenge
através da Austrália.
Programas em larga escala, oferecendo redução de impostos e
incentivos, têm rapidamente surgido em vários países, entre eles a Alemanha,
Japão, Estados Unidos e Portugal.
Hoje existem painéis solares de vários tamanhos e potência para todo o
tipo de instalação como é demonstrado nas figuras abaixo.
Anexo 21: Semáfaro alimentado com energia mista.
38
Anexo 22: Semáfaro com energia Solar.
Na tentativa de gerir eficazmente os consumos energéticos, a Câmara
de Loures (Europa, Portugal) instalou, em alguns pontos semáforos
alimentados a energia solar.
Este sistema, associado às novas fontes de energia limpas e
renováveis, oferece diversas vantagens quando comparado com os semáforos
tradicionais, já que a energia é produzida sem recurso à queima de
combustíveis fósseis, não havendo emissão de poluição e, com o recurso à
óptica LED, (Light Emiting Diodes) melhora-se a visibilidade da semaforização,
permitindo uma melhor leitura a grandes distâncias, especialmente em
condições climatéricas adversas.
Para além destas vantagens, os semáforos LED não gastam energia na
sua manutenção, e os materiais que os compõem podem ser reciclados no
final da sua vida útil, tendo ainda a possibilidade de serem colocados em locais
onde não exista rede eléctrica, entrando em funcionamento imediatamente
após a instalação.
Em Loures (Portugal), podemos encontrar este tipo de semáforos na
Estrada Nacional 115, na EN 6-1, junto a Moscavide, e na EN 8, em Lousa.
39
Consumo e Custo comparativo entre LED x Convencional
Equipto Quant. R$/Kwh Potência Kw
Horas / dia Kwh/dia Kwh /
mês R$/ano
Semáfaro com LED 1000 0,1534 0,015 24 360,0 1080
0 1.657,15
Semáfaro convencion
al 1000 0,1534 0,12 24 2880,0 8640
0 13.257,22
Economia 75600 11.600,06
Consumo no período de 01 ano = R$ 198.858,24
Obs:
1- Considerando 01 semáfaro com 03 visualizadores de LED (5 w cada visualizador)
2- Foi considerado para cáculo um total de 1000 semáfaros
3- Economia de R$ 11.600,06 / ano
4- Energia poupada de 75600 Kwh/ano
Tabela 8: Economia anual em Kwh e R$
40
CONCLUSÃO
Mesmo com os custos de implantação altos a energia Solar ainda é e
sempre será a melhor escolha. Os investimentos estão a cada dia mais
volumosos indicando que essa é a rota certa para conseguirmos diminuir os
efeitos nocivos da queima de combustíveis.
Quanto ao uso principalmente doméstico no que se refere a painéis
Fototérmicos, seu uso deve ser incentivado pelo poder Publico o que fará com
que a energia economizada nas residências possam ser redistribuídas para
outras atividades onde a implantação de sistemas Fotovoltaicos ainda não são
compatíveis com o orçamento.
41
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
INTERNET
• http://www.infoescola.com/desenvolvimento-sustentavel/energia-solar-
fototermica-x-fotovoltaica/
• http://olhardigital.uol.com.br/produtos/digital_news/tecnologia-dobra-
eficiencia-dos-atuais-sistemas-de-energia-solar/13203
• http://arquitetogeek.wordpress.com/category/nanotubos/
• http://www.inhabitat.com/2009/08/25/spray-on-solar-cells-energize-
almost-any-surface/
• http://dvice.com/archives/2010/03/take-a-look-tra.php
• http://www.environmentalleader.com/2010/02/10/ibms-new-thin-film-
solar-cell-is-40-more-efficient/
• http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1212005/Teenager-
invents-23-solar-panel-solution-developing-worlds-energy-needs-human-
hair.html
• http://www.fayerwayer.com.br/2010/06/empresa-de-hong-kong-lanca-
lampada-solar/#more-60291
• http://www.independent.co.uk/environment/climate-change/google-plans-
new-mirror-for-cheaper-solar-power-1784956.html
• http://www.fayerwayer.com.br/2009/07/como-gelar-sua-cerveja-usando-
o-sol/
• http://www.fayerwayer.com.br/2009/06/barracas-de-camping-com-teto-
solar/
42
• http://www.fierasdelaingenieria.com/techo-solar-para-tiendas-de-
campana/
• http://www.ecologiablog.com/post/1526/consorcio-empresarial-aleman-
planea-construir-centrales-solares-en-africa-para-europa
• http://alt1040.com/2009/05/el-estadio-impulsado-con-energia-solar-de-
taiwan
• http://www.fayerwayer.com.br/2008/12/recarregue-seu-notebook-dentro-
da-mala/
• http://www.fayerwayer.com.br/2008/11/cemiterio-na-espanha-e-fonte-de-
energia-solar-para-a-cidade/
• http://www.energiacaseira.com/fotovoltaica/fotovoltaica-index.html
• http://timeforchange.org/what-is-a-carbon-footprint-definition
• http://www.tecnass.com.br/paginas/produtos/produtos_semaf_led.html
43
ANEXOS
Índice de anexos e tabelas
Anexo 1: Ilustração de prédio integrado à natureza com revestimento que capta
energia solar 14
Anexo 2: Turbinas da nanoestrutura 15
Anexo 3: Ilustração da nanoestrutura e seus detalhes 15
Anexo 4: Ilustração da rede da nanoestrutura 16
Anexo 5: Teste em laboratório de aplicação de spray 16
Anexo 6: Solução para utilização no spray 17
Anexo 7: Película solar flexível transparente 18
Anexo 8: Filme solar da IBM 18
Anexo 9: Painel solar com cabelos humanos 19
Anexo 10: Ilustração de navio com velas solares 20
Anexo 11: Lâmpada solar 23
Anexo 12: Garagem com teto solar 24
Anexo 13: Painéis da Google 24
44
Anexo 14: Refrigerador Solar 25
Anexo 15: Barraca Solar 26
Anexo 16: Capitores de energia em grande escala 27
Anexo 17: Estádio de futebol revestido com painéis solares 28
Anexo 18: Pasta de notebook com carregadores solares 28
Anexo 19: Coletores solares instalado em cemitério na Espanha 29
Tabela 1: Distribuição de geração de energia 30
Anexo 20: Esquemático para painel fototérmico 32
Tabela 2: Relação entre combustível e CO2 31
Tabela 3: Consumo residencial padrão 34
Tabela 4: Economia de energia com painel solar 35
Tabela 5: Economia financeira 35
Tabela 6: Emissão de CO2 35
Tabela 7: Economia de geração 36
Anexo 21: Semáfaro alimentado com energia mista 33
Anexo 22: Semáfaro com energia Solar 34
Tabela 8: Economia anual em Kwh e R$ 39
45
ÍNDICE
FOLHA DE ROSTO 2
AGRADECIMENTO 3
DEDICATÓRIA 4
RESUMO 5
METODOLOGIA 6
SUMÁRIO 7
INTRODUÇÃO 8
CAPÍTULO I
(A Energia Solar) 9
1.1 – Foco do Estudo 11
1.1.2 – Impotância da fonte Solar 12
1.2 – Pesquisas em desenvolvimento 12
1.2.1 – A Nanotecnologia 13
1.2.2 – Spray de partículas para captação de raios Solares 16
CAPÍTULO II
(VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO)
2.1 – Energia gerada por painéis Fotovoltaicos 22
2.1.1 – Utilizações de Captores com bateria Solar 23
CAPÍTULO III
(ECONOMIA E REDUÇÃO DE POLUENTES)
3.1 – Uso Residêncial 32
3.2 – Uso Comercial 36
CONCLUSÃO 40
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA – INTERNET 41
ANEXOS 43
ÍNDICE 45
46
FOLHA DE AVALIAÇÃO
Nome da Instituição: UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
Título da Monografia: Energia Solar
Autor: Ricardo Araujo Vianna Ribeiro
Data da entrega: 20/10/10
Avaliado por: Conceito: