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Fonte:
Cresesb
Elegemos a pesquisa realizada pelo Centro
de Referência para Energia Solar e Eólica Sergio de Salvo Brito que melhor pode
elucidar esta questão para vocês. Desta forma, tomamos a decisão
de transcrevê-la na íntegra:
Autor: Pesq. Marco
Galdino, M. Sc.
Revisão: Pesq. Ana
Paula C. Guimarães, D. Sc. Eng. Bruno Montezano
Atualizado em 26/03/08
Para ter acesso ao texto original, basta
clicar no link abaixo:
Energia solar - Perguntas e respostas
" ...
Quais são as fontes de energia denominadas "alternativas" ou
"renováveis"?
São as fontes que não
dependem do consumo de um combustível, e sim de energias
disponíveis na natureza. Normalmente são consideradas
alternativas ou renováveis as seguintes fontes de energia:
hidroelétrica -
aproveitamento do potencial hidráulico dos rios para geração de
energia elétrica;
solar –
aproveitamento da energia proveniente do sol;
eólica –
aproveitamento da energia do ar em movimento (ventos);
marés –
aproveitamento das diferenças de altura das águas dos oceanos
causadas pelas marés para a geração de energia;
ondas –
aproveitamento da energia das ondas dos oceanos;
biomassa –
aproveitamento de matéria orgânica de diversas origens para a
geração de energia;
geotérmica –
aproveitamento do calor das rochas do interior da Terra (fontes
termais, áreas vulcânicas, etc) para geração de energia.
Com exceção da energia hidroéletrica,
que já uma tecnologia dominada, estas fontes estão em
diferentes níveis de desenvolvimento técnico e econômico ao
redor do mundo, sendo que algumas já estão disponíveis
comercialmente, enquanto que outras são apenas
experimentais.
O que é a energia
solar?
A energia solar é a
energia eletromagnética proveniente do sol, onde é produzida
através de reações nucleares, e que, propagando-se através do
espaço interplanetário, incide na superfície da Terra. O total
de energia solar que incide na superfície da terra em 1 ano é
superior a 10.000 vezes o consumo anual de energia bruta da
humanidade.
Como é medida e
quantificada a energia solar?
A energia solar é
medida por instrumentos denominados piranômetros, solarímetros
ou radiômetros, normalmente operados por instituições de
pesquisa científica. A potência solar instantânea que incide em
determinado ponto é normalmente medida em W/m2 (potência/área) e
o total de energia em um dia que atinge este ponto é normalmente
medido em kWh/m2.dia (energia/área/dia). Muitas outras unidades
são também utilizadas correntemente (J/m2, cal/cm2.min, BTU/ft2.dia,
etc), de forma que muitas vezes faz-se necessária uma tabela de
conversão.
Como é a incidência
de energia solar no Brasil?
Conforme é esperado,
o Brasil, com seu território situado em sua maioria em latitudes
entre o Equador e o Trópico de Capricórnio, apresenta uma
incidência de energia solar bastante favorável. A potência
instantânea incidente na superfície terrestre pode atingir
valores superiores a 1000W/m2. A média anual de energia
incidente na maior parte do Brasil varia entre 4kWh/m2.dia e
5kWh/m2.dia. Está disponível nesta página do CRESESB um programa
para o cálculo da disponibilidade de radiação solar no Brasil,
denominado Sundata.
No Brasil, existem
alguns trabalhos consolidados sobre o levantamento do potencial
solar em todo o território, são eles:
Atlas de Irradiação
Solar do Brasil, baseado em dados de satélite, desenvolvido pelo
INMET e LabSolar da Universidade Federal de Santa Catarina -
UFSC (disponível em http://www.labsolar.ufsc.br);
Atlas Solarimétrico
do Brasil com base em medições terrestres, desenvolvido pela
Universidade Federal de Pernambuco em parceria com o CEPEL
(disponível para aquisição no CRESESB); e
Atlas Brasileiro de
Energia Solar com base em dados de satélite, desenvolvido
através de uma parceria entre a DMA / CPTEC / INPE e o LEPTEN /
UFSC (antigo LabSolar).
A disponibilidade de
energia solar é constante ao longo do ano?
Geralmente não, a
disponibilidade varia em decorrência das estações do ano (mínimo
no inverno e máximo no verão), bem como do clima do local.
Como pode ser
aproveitada a energia solar?
Existem duas formas
principais de aproveitamento da energia solar:
fotovoltaico –
geração de energia elétrica através de módulos fotovoltaicos;
térmico –
aproveitamento sob forma de calor para aquecimento de água,
secagem de produtos agropecuários, geração de energia elétrica
através de processo termodinâmico, etc.
O que são módulos
fotovoltaicos?
São dispositivos que
convertem a energia luminosa diretamente em energia elétrica em
corrente contínua (CC), os quais, quando expostos à radiação
solar funcionam como geradores de energia elétrica. São
normalmente produzidos a partir de Silício (material
semicondutor), o mesmo material utilizado nos "chips" de
computador, com base em tecnologia semelhante à utilizada na
indústria eletrônica. As três principais tecnologias de
fabricação disponíveis são denominadas: mono-Si (Silício
mono-cristalino), poly-Si (silício poly-cristalino) e a-Si
(Silício amorfo).
Este tipo de
tecnologia é nova?
Não. Os módulos
fotovoltaicos foram originalmente desenvolvidos pelos programas
espaciais na década de 1960 para aplicação em satélites, sendo
que nesta época apresentavam custos extremamente elevados. Os
desenvolvimentos técnicos e as reduções de custo verificadas
desde então possibilitam atualmente a sua utilização em
aplicações terrestres.
Esta tecnologia está
comercialmente disponível no Brasil?
Sim existem diversas
empresas especializadas, sendo que esta página do CRESESB
apresenta uma listagem contendo dados de muitas delas.
Como funcionam os
módulos fotovoltaicos?
Seu princípio físico
de funcionamento é denominado efeito fotovoltaico (foto= luz;
volt= eletricidade). Os módulos fotovoltaicos são construídos
com células fotovoltaicas, as quais são essencialmente junções
pn, equivalentes a diodos semicondutores de Silício, de grande
área. A incidência de fótons (energia luminosa) nesta junção
causa o aparecimento de cargas elétricas, sob forma de pares
elétron-lacuna, e, conseqüentemente, de uma corrente elétrica.
Qual é a capacidade
real de geração de energia dos módulos fotovoltaicos?
Os módulos
fotovoltaicos são medidos em determinadas condições padrão
internacional, utilizadas por todos os fabricantes. A potência
produzida nestas condições é expressa em uma unidade denominada
Wp (Watts pico). Deve-se contudo ter sempre em mente que a
produção de energia dos módulos fotovoltaicos não é constante
neste valor, mas varia de forma diretamente proporcional à
luminosidade incidente.
Os módulos
fotovoltaicos funcionam em tempo nublado?
Sim, mas a geração
será sempre proporcional à luminosidade incidente, podendo
variar aproximadamente entre 60% e 10% da geração verificada em
um dia de céu limpo. Em um dia pouco encoberto poderá atingir os
60%, enquanto que em dias pesadamente encobertos poderá ser de
menos de 10%.
Quais os impactos ambientais da utilização
de módulos fotovoltaicos?
Nenhum. Os módulos fotovoltaicos não
consomem qualquer tipo de combustível, não geram nenhum tipo de
emissão, não têm partes móveis e não produzem qualquer ruído. Na
sua composição não existem substâncias tóxicas ou nocivas ao
meio ambiente.
Quem fabrica módulos fotovoltaicos?
Mundialmente existem dezenas de fabricantes
de módulos fotovoltaicos. A título de informação podemos citar:
Kyocera (Japão), Sharp (Japão), Sanyo (Japão), Siemens
(Alemanha), BP Solarex (Grã-Bretanha/Estados Unidos), Shell
(Holanda), ASE (Estados Unidos); Photowatt (França),
Heliodinâmica (Brasil), Uni-Solar (Estados Unidos), Anit
(Itália), Isofoton (Espanha) etc.
Existe fabricação nacional de módulos
fotovoltaicos?
Sim, existe uma fábrica nacional no estado
de São Paulo (Heliodinâmica).
Qual é a produção mundial de módulos
fotovoltaicos?
A produção total mundial de módulos
fotovoltaicos foi de 277,8MWp (MWp – Megawatts pico) no ano
2000, com a seguinte distribuição pelas diferentes tecnologias:
Tipo Produção (MWp)
mono-Si 89,8
poly-Si 129,1
a-Si 26,5
Outros 32,4
Para que servem os módulos fotovoltaicos?
Os módulos fotovoltaicos, utilizados em
sistemas fotovoltaicos devidamente projetados, podem fornecer
energia para alimentar quaisquer cargas elétricas. A principal
limitação para a aplicação de tais sistemas em larga escala é
normalmente a viabilidade econômica, muito embora existam ainda
algumas limitações técnicas.
Os sistemas fotovoltaicos servem para
aquecimento de água?
Não. Embora seja tecnicamente possível
utilizar a energia elétrica gerada por módulos fotovoltaicos
para o aquecimento de água, isto não é economicamente viável.
Para o aquecimento de água a partir de energia solar são
utilizados outros dispositivos denominados coletores solares
térmicos.
O que é um coletor solar térmico?
É um dispositivo destinado a aquecimento de
água utilizando energia solar, que pode ser utilizado por
consumidores residenciais. É construído por uma serpentina de
Cobre solidária a uma superfície negra boa absorvedora de
energia luminosa, encapsulada em uma caixa com isolamento
térmico e um vidro frontal. Existem inúmeros fabricantes e
fornecedores de tais sistemas no Brasil (consultar listagem
nesta página do CRESESB).
Como projetar e instalar um sistema solar
térmico para aquecimento de água para uso próprio?
Normalmente o usuário comum (leigo) não
está habilitado a projetar e instalar um sistema solar de
aquecimento de água por conta própria. Recomenda-se recorrer a
empresas especializadas, como, por exemplo, as relacionadas
nesta página do CRESESB.
Qual é o custo de um sistema solar térmico
de aquecimento de água para minha aplicação?
Recomendamos a consulta direta às empresas
que atuam na área para obtenção de informações de custo.
Conforme já mencionado normalmente este tipo de sistema é
considerado economicamente viável para consumidores residenciais
que utilizam energia elétrica para o aquecimento de água, por
exemplo, o chuveiro elétrico.
O investimento inicial é relativamente alto
mas o tempo de retorno é normalmente de 2 anos. O custo de um
sistema básico para 4 pessoas com coletor de 2m2 e reservatório
de 200L situa-se na faixa de R$1.300,00.
Como está a utilização de coletores solares
térmicos planos ao redor do mundo?
Abaixo encontram-se alguns dados
estatísticos de utilização mundial de coletores solares térmicos
planos para aquecimento de água, nos países de maior utilização,
datados de fins de 1999. Estes dados são expressos em área de
coletores (m2) por 1000 habitantes.
--- País m2/1000hab
1 Israel 67,1
2 Áustria 17,5
3 Grécia 15,2
4 Coréia do Sul 10,8
5 Japão 7,9
6 Turquia 6,8
7 Alemanha 5,1
8 Suíça 4,4
9 China 3,2
10 Dinamarca 2,6
11 Índia 2,0
12 Holanda 1,9
Quais são as principais aplicações dos
sistemas fotovoltaicos?
Os sistemas fotovoltaicos tem sido, no
Brasil, tradicionalmente utilizados para eletrificação rural,
atendendo a cargas elétricas distantes da rede elétrica
convencional. Nestes casos tais sistemas são naturalmente
viáveis economicamente, em função dos elevados custos de
expansão da rede elétrica. Por exemplo, pequenos sistemas
fotovoltaicos autônomos de geração de energia elétrica (100Wp a
150Wp) para atender a uma residência (iluminação básica e
pequena TV) rural distante da rede elétrica já são bastante
conhecidos em muitas regiões rurais do mundo, inclusive o
Brasil. Em países como o Japão, Estados Unidos e diversos países
da Europa, estão se tornando comuns sistemas fotovoltaicos
interligados à rede elétrica, que eliminam o uso de
acumuladores.
Quais são os componentes dos sistemas
fotovoltaicos autônomos para geração de energia?
Os sistemas fotovoltaicos autônomos são
compostos pelos seguintes equipamentos:
painel fotovoltaico - composto por um ou
mais módulos fotovoltaicos, funciona como gerador de energia
elétrica;
banco de baterias - composto por uma ou
mais baterias, normalmente baterias Chumbo-ácido 12V seladas,
funciona como elemento armazenador de energia elétrica para uso
durante a noite e em períodos de nebulosidade, onde não há
disponibilidade de radiação solar;
controlador de carga – dispositivo
eletrônico que protege as baterias conta sobrecarga ou descarga
excessiva;
inversor – dispositivo eletrônico que
converte a energia elétrica em corrente contínua (CC) para
corrente alternada (CA), de forma a permitir a utilização de
eletrodomésticos convencionais; Alguns sistemas pequenos não
empregam inversor e utilizam cargas (luminárias, TV, etc.)
alimentadas diretamente por corrente contínua (CC).
Qual é a durabilidade dos sistemas
fotovoltaicos e quais suas necessidades de manutenção?
Os sistemas são bastante duráveis e
precisam de pouca manutenção. Os módulos fotovoltaicos
normalmente tem garantia de 20 anos e vida útil estimada em 30
anos. Os dispositivos eletrônicos (inversor, controlador de
carga) têm vida útil superior a 10 anos. As baterias são
consideradas o ponto fraco do sistema, mas quando este é bem
projetado as baterias tem vida útil de 4 a 5 anos (baterias de
excelente qualidade poderão durar 7 anos).
As necessidades de manutenção são mínimas:
os módulos fotovoltaicos são normalmente mantidos limpos pela
ocorrência natural de chuva, mas em locais de muito pouca
pluviosidade podem necessitar de limpeza periódica; as baterias,
caso não seja sem manutenção, necessitam de reposição periódica
(6 meses em média) de água destilada.
Pode-se utilizar baterias automotivas em
sistemas fotovoltaicos autônomos?
Não é recomendável, pois a vida útil das
baterias automotivas neste tipo de aplicação é estimada em cerca
de 2 anos. Recomenda-se a utilização de baterias estacionárias
de ciclo profundo, que tem uma vida útil de 4 a 5 anos.
Pode-se utilizar eletrodomésticos comuns em
sistemas fotovoltaicos autônomos com inversor?
Sim. A experiência do CEPEL na instalação
de inúmeros sistemas fotovoltaicos no interior do Brasil indica
que a esmagadora maioria dos eletrodomésticos funciona
normalmente quando alimentados por inversores (TVs, VCRs,
Rádios, Refrigeradores, Iluminação, etc.), embora a forma de
onda da tensão gerada por eles não seja, na maior parte dos
casos, idêntica à convencional (senoidal pura). Inversores com
forma de onda senoidal também são disponíveis, mas seu custo
ainda é muito superior aos outros tipos. Recomendamos a
utilização de eletrodomésticos eficientes, se possível os
detentores do selo PROCEL (Programa Nacional de Conservação de
Energia Elétrica) de eficiência energética (http://www.eletrobras.gov.br/procel).
Como projetar e instalar um sistema
fotovoltaico autônomo de geração de energia para uso próprio?
Normalmente o usuário comum (leigo) não
está habilitado a projetar e instalar um sistema fotovoltaico
por conta própria. Recomenda-se recorrer a empresas
especializadas, como, por exemplo, as relacionadas nesta página
do CRESESB.
Qual é o custo de um sistema fotovoltaico
para minha aplicação?
Recomendamos a consulta direta às empresas
que atuam na área para obtenção de informações de custo. O custo
dos sistemas fotovoltaicos no mercado internacional normalmente
é estimado em US$8/Wp a US$10/Wp, contabilizando o custo total
do sistema instalado, mas estes valores não refletem
necessariamente a realidade brasileira. O custo dos sistemas
fotovoltaicos tem declinado continuamente nas últimas décadas,
tendência esta que deve continuar no futuro. Os custos são
praticamente independentes das tecnologias de fabricação.
Quais são as outras
aplicações rurais de sistemas fotovoltaicos?
Existem inúmeras
aplicações, tais como: cercas eletrificadas para criação de
animais, bombeamento de água, refrigeração de medicamentos e
vacinas em postos de saúde, iluminação pública, etc. O
bombeamento de água é considerado particularmente uma aplicação
de grande importância no interior do Brasil.
Como são os sistemas
fotovoltaicos de bombeamento de água?
Os sistemas
fotovoltaicos para bombeamento de água são compostos pelos
seguintes equipamentos:
painel fotovoltaico -
composto por um ou mais módulos fotovoltaicos, funciona como
gerador de energia elétrica;
controlador de bomba
– dispositivo eletrônico que condiciona a energia gerada pelo
painel fotovoltaico de forma a ser utilizada pelo motor de forma
eficiente;
conjunto motor/bomba
– pode ser de diversos tipos, e utilizar motores elétricos CC ou
CA (depende do fabricante);
sistema hidráulico –
reservatório, registros, etc.
Quais são as
aplicações técnicas dos sistemas fotovoltaicos autônomos?
Existem também
inúmeras aplicações técnicas dos sistemas fotovoltaicos. Entre
muitas outras podemos citar:
estações repetidoras
de telecomunicações (microondas, TV, rádio, telefone celular) –
a Embratel utiliza energia solar fotovoltaica para estações
repetidoras de microondas no Brasil desde a década de 70;
sinalização náutica
(faróis e bóias de navegação) – a Marinha do Brasil utiliza
energia a solar fotovoltaica para esta aplicação também desde
fins da década de 70;
sinalização
rodoviária e telefones de socorro rodoviários – já usados também
em algumas rodovias no Brasil;
sinalização
ferroviária;
estações de
monitoramento ambiental (estações meterorológicas, hidrológicas,
poluição, etc);
proteção catódica
contra corrosão de estruturas metálicas (oleodutos, gasodutos,
torres de linhas de transmissão, etc.);
aplicações
militares/policiais – instalações de campanha, acampamentos,
postos avançados, postos de fronteira, etc.;
sistemas de
eletrificação rural, entre outras.
Como está a
utilização de sistemas fotovoltaicos ao redor do mundo? A
potência total instalada (MW) de energia solar fotovoltaica nos
10 países que apresentam maior utilização no mundo, é listada
abaixo, de acordo com dados de fins de 1999.
-- País Potência
Instalada (MW)
1 Japão 205,3
2 EUA 117,3
3 Alemanha 89,5
4 Austrália 25,3
5 Itália 18,5
6 Suíça 13,4
7 México 12,9
8 Holanda 9,2
9 França 9,1
10 Espanha 9,1
Como é a distribuição
da utilização de energia solar fotovoltaica no mundo, por
aplicação?
A distribuição da
utilização da energia solar fotovoltaica por aplicações no
mundo, segundo dados de 1998, é a seguinte:
sistemas conectados à
rede elétrica: 36%;
sistemas autônomos
para eletrificação rural: 27%;
sistemas autônomos
para aplicações técnicas: 28%;
equipamentos: 9%
(relógios, calculadoras, brinquedos, rádios, etc).
O CEPEL tem
instalado sistemas fotovoltaicos para eletrificação rural no
interior do Brasil?
Sim, o CEPEL atua
desde de 1992 nesta área, já tendo participado de projetos
piloto para avaliação e demonstração desta tecnologia, em
cooperações técnicas internacionais (Estados Unidos, Alemanha).
O CEPEL também atuou como consultor técnico do MME – Ministério
de Minas e Energia na implementação do PRODEEM (Programa de
Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios), além de
sediar o CRESESB. As atribuições do CEPEL no PRODEEM incluem:
especificações técnicas dos equipamentos, treinamento de
pessoal, estabelecimento de padrões de instalação, verificações
de sistemas em campo, testes de aceitação de equipamentos, etc.
O que é o PRODEEM?
Este programa
governamental tem como objetivo suprir energia elétrica a
instalações públicas em áreas do interior do Brasil não
atendidas pela rede elétrica. O PRODEEM tem sido baseado em
sistemas fotovoltaicos e já conta com instalações em todos os
estados do Brasil, atendendo a inúmeras escolas, postos de
saúde, igrejas, centros comunitários, postos policiais, postos
telefônicos, etc (http://www.mme.gov.br/prodeem).
O que é o CRESESB?
O CRESESB (Centro de
Referência em Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito) é um
centro de referência mantido pelo MME – Ministério de Minas e
Energia e Sediado no CEPEL, com o objetivo principal de divulgar
e fomentar o desenvolvimento das energias solar e eólica no
Brasil.
O que são sistemas
híbridos?
São sistemas de
geração de energia que utilizam simultaneamente várias fontes,
como energia solar fotovoltaica, energia eólica, geradores
Diesel, etc. Estes sistemas são geralmente de porte
relativamente grande e destinam-se a atender ao consumo de uma
aldeia ou comunidade.
Existem sistemas
híbridos no Brasil?
Sim, mas somente
dois, instalados pelo CEPEL em uma vila no Pará e outra no
Amazonas, em cooperação técnica com um laboratório federal dos
Estados Unidos (NREL – National Renewable Energy Laboratory).
Os sistemas
fotovoltaicos podem ser utilizados em locais onde a rede
elétrica convencional está disponível?
Sim, contudo em
muitos países (Japão, Estados Unidos, Alemanha, Itália) existem
programas governamentais para subsidiar a instalação deste tipo
de sistema, pois eles ainda não são economicamente viáveis, se
comparados com o custo da energia convencional disponível.
Esclarecemos que o termo "economicamente viável" é no sentido
tradicionalmente utilizado nos estudos de viabilidade econômica,
ou seja, não estão sendo levados em conta os custos ambientais,
que dependem de análise específica de cada caso.
Como são os sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica?
Eles são compostos
pelos seguintes equipamentos:
painel fotovoltaico -
composto por um ou mais módulos fotovoltaicos, funciona como
gerador de energia elétrica;
inversor para
injeção na rede – dispositivo eletrônico que converte a energia
elétrica em corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA),
adequada à injeção direta na rede elétrica;
Os sistemas
conectados à rede geralmente não são dotados de armazenamento de
energia (baterias), de forma que produzem energia somente
durante o dia, atendendo, portanto, apenas parcialmente ao
consumo da instalação.
Existem sistemas
fotovoltaicos conectados à rede no Brasil?
Somente pequenos
sistemas experimentais. Citamos como exemplo sistemas da USP
(Universidade de São Paulo) e da UFSC (Universidade Federal de
Santa Catarina). Não existem sistemas fotovoltaicos conectados à
rede em utilização real no Brasil.
É possível utilizar
sistemas fotovoltaicos de grande porte para geração de energia
elétrica em larga escala, de forma a competir com as fontes
convencionais de energia?
Tecnicamente sim mas, no momento, tais sistemas
ainda não são viáveis economicamente. Entretanto, sistemas
experimentais de potência da ordem de MWp já foram construídos.
Esclarecemos que o termo "economicamente viável" é no sentido
tradicionalmente utilizado nos estudos de viabilidade econômica,
ou seja, não estão sendo levados em conta..."
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