Energia Solar
|
|
A energia solar chega superfície da terra sob a forma de radiação eletromagnética que, para ser convenientemente utilizada pelo homem, precisa ser convertida em outras formas de energia.
Para efeito de classificação tecnológica de conversão da energia solar, divide-se em:
FOTOCONVERSÃO......BIOCONVERSÃO......AQUECER ÁGUA ......AQUECER AR
Como vimos acima a energia solar, captada na forma de luz, pode produzir:
A bioconversão nos dará as biomassas: Celulose, amidos, açucares e óleos essenciais.
A fotoconversão nos dará eletricidade: Energia Fotovoltáica - (Baterias solares) - Fotolise - (Hidrogênio)
A concentração nos dará:
A energia solar recebida pelo planeta terra, varia em função da curvatura do globo terrestre, inclinação do eixo de rotação e movimento de translação, que determinam as estações do ano, conforme isotérmicas (médias) maiores no equador (2.500 KWh/m2/ano) decrescendo em função da curvatura da terra, até 500 KWh/m2/ano, nas regiões polares, sofrendo influências dos mares, dos ventos, das superfícies sólidas e das distâncias orbitais.
Pela análise apresentada, algumas regiões do mundo, podem receber até 2.500 Kwh/m2/ano, sendo que o Brasil recebe em média 2.000 que dividindo, fica:
Considerando a média de oito horas por dia com o Sol iluminando a Terra. Para efeito de cálculos, devemos tomar por base só os dias com Sol sem nuvens e apenas as quatro horas de Sol mais intenso, na metade do dia.
No norte e nordeste do Brasil, temos as seguintes variações:
O Brasil pela sua extensão territorial e situação tropical, recebe a segunda maior quantidade de energia do mundo, em quintilhões de KWh.
Em vários Estados do Brasil, estuda-se e tem pesquisadores em energia solar, porem destacam-se:
Em São Paulo, na cidade de Campinas, Unicamp, pesquisa-se a bioconversão em várias espécies de plantas.
Na Paraíba, na cidade de Campina Grande, UFPB, as pesquisas estão dirigidas, para concentração de energia solar em máquinas térmicas, fogões solares, dessalinizadores tipo estufa para aumentar a oferta de água da região.
Foi instalado um dessalinizador em Olivedos - PB, com superfície de 500m2.
Em Pernambuco, em Recife, foi instalado um sistema francês de espelhos concentradores de energia solar, desenvolvido pelo "Centre Nationale des la Recherfre Scientifique", que recebeu o nome de PERICLES, que significa "Prodution d'Energie en Region Isolêes per Concentration Limittée de l"Energie Solaire".
O protótipo de Recife tem 10 m de diâmetro e é de espelhos concentradores esféricos hexagonais fixos, em forma de calota, podendo gerar vapor de 300oC, para qualquer finalidade. Tem uma viseira móvel, que desloca-se sobre trilhos, acompanhando o ângulo máximo ao nascer e pôr do Sol, controlado por computador, de modo a aproveitar o tempo máximo de exposição aos raios solares, direcionando-os para a caldeira, que também é móvel e acompanha o deslocamento da terra em relação ao Sol.
A fotossíntese é a maneira pela qual as plantas absorvem a energia solar, transformando-a em biomassa pelo processo de bioconversão, dando combustíveis, alimentos, matérias primas (celulose) carbohidratos e outros derivados da luz solar.
Na bioconversão, um componente da clorofila, a porpirina, recebe a luz solar, água com nutrientes e dióxido de carbono do ar atmosférico, produzindo a seguir, carbohidratos, celulose, amidos, oleaginosas, etc, que podem ser reconvertidos em energia.
As plantas e as algas marinhas realizam o milagre da bioconversão da energia solar em matéria utilizável pelo homem e pelos animais. Estudos já existem para implantação de áreas, em terra firma, destinadas a maricultura, para produção de algas em água salgada, para conversão em bio-combustíveis, por meio de biodigestores ou pirólise catalítica a baixa temperatura.
1 tonelada de Algas secas produz....................460m3 de biogás
1 hectare de Algas secas produz..................30.000m3 de biogás
Equivalente a..................................18 m3 de óleo diesel
A conversão direta da energia solar em energia elétrica é conseguida através da foto-ionização do cristal de um semi-condutor, que gera diferença de potencial elétrico, quando excitado pelas partículas eletromagnéticas vindas do Sol (fótons).
O efeito fotovoltáico já era conhecido a um século, quando pesquisadores descobriram que certos metais emitiam elétrons, quando submetidos à luz solar e que a intensidade de corrente dependia do comprimento da onda recebida.
Em 1887 Heirinch Rudolf Hertz ( 1857-1894 ) já pesquisava o fenômeno, porem Einstein em 1905 estabeleceu a equação básica do efeito fotovoltáico:
p -trabalho de extração do elétron
O princípio de funcionamento das células Fotovoltáicas baseia-se na propriedade que possuem certos sólidos cristalinos de fornecerem corrente elétrica contínua, quando submetidos à ação dos raios solares.
Eles são semicondutores, formados de pequenos discos de silício de 3 a 9 mm de diâmetro e 300 micros de espessura, de custo muito elevado, porem estão em pesquisa pastilhas de outros materiais, conforme abaixo:
De um custo inicial de US$ 600 por Watt em 1955, já existem firmas americanas oferecendo a 7 dólares (Solarez Corporation) e espera-se baixar mais, e tudo leva a crer que, no fim deste século, os painéis fotovoltáicos estejam gerando energia barata para as localidades distantes das linhas das distribuidoras de energia elétrica.
No Brasil a Heliodinâmica de Campinas - SP, já fabrica as células e monta os painéis.
O princípio da captação e concentração por meio de espelhos planos, é o mesmo dos espelhos parabólicos, sendo que os parabólicos são mosaicos de peças hexagonais, montadas formando um espelho de grande diâmetro, enquanto os concentradores a espelhos planos, são distribuídos numa grande área, no solo, todos apontando para um ponto numa torre de grande altura, onde se localiza a caldeira.
A quantidade de energia e a temperatura, depende da quantidade e qualidade da reflexão dos espelhos e da concentração, podendo se obter temperaturas de 3.000oC para fornos de fundição especiais.
Esse processo, também permite gerar vapor para gerar energia elétrica por meio de turbinas, sendo que já existem alguns projetos em funcionamento:
Essas Usina Termo-solares, com base na concentração, conseguem gerar vapor de 500oC, com eficiência de 50%, portanto, acima da eficiência térmica das Usinas Termonucleares, segundo o Prof.Nastari, da Universidade de Iowa - USA.
Existem vários projetos em funcionamento no mundo. sendo que o maior em capacidade e em área é o de Houston no Texas, para 100 MW, ocupando uma área de 5 km2.
Os coletores solares planos são aparelhos simples, que absorvem o calor do Sol, diretamente numa superfície pintada de preto fosco, concentrando essa energia, pelo efeito estufa, transferindo-a para uma tubulação solidária com a placa preta, tudo isolado por meio de fibra de vidro. Então a água circulando pela tubulação de cobre, permite aquecimento de até 80oC, dependendo da área dos coletores, sendo que os melhores são equipados com termostatos que regulam a circulação da água, como nos radiadores de automóveis, que só liberam a partir de determinada temperatura.
Para instalações residenciais, costuma-se intercalar no sistema um aquecedor elétrico por resistências com termóstatos para manter a água na temperatura desejada e aquece-la nas épocas chuvosas ou nubladas.
No mundo inteiro, coleta-se a energia solar para fins residenciais, sendo que só nos Estados Unidos existem mais de 300 empresas, fabricando coletores solares domiciliares, havendo projetos de residências com blocos asfálticos ôcos, para isolar do frio o ambiente interno da casa, para economizar energia solar, para o sistema de calefação.
O problema para o aproveitamento da energia solar, é que os equipamentos são volumosos e caros, porem os defensores da energia solar, justificam afirmando que a energia é de graça, caro é fazer chegar aos consumidores de forma segura e confiavel.
Para Residência: Com 7 pessoas x 60 litros/pessoa/dia = 420 litros ( NB - 128 )
Coletor solar = 50 litros/m2/dia a 60oC donde: 420 litros dividido por 50 = 8,4 m2
Para Piscina: Equação base V/t . cp . DT . Dp = R n A/cos alfa
Area do coletor: Am2 = V/t . cp . DT . Dp . Cos alfa/Rn
sendo:
v - Em dm3
t - Em dias
cp - Calor específico H2O
DT - Temp. diferencial
alfa - Latitude ± 10 graus/hemisfério
Dp - Perdas no sistema
R - Kcal
n = 55 %
Como funciona os Coletores Solares Planos?
Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar é composto de placas coletoras solares e reservatório térmico (Boiler).
As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O calor das placas, é transmitido para a água que circula no interior de suas tubulações de Cobre.
O reservatório térmico é um recipiente para armazenamento da água aquecida. São cilindros de Cobre ou inox, isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC. Desta forma, a água permanece aquecida e pronta para o uso a qualquer hora do dia.
A caixa de água fria alimenta o reservatório, mantendo-o sempre cheio.
Em sistemas mais simples, a água circula entre os coletores e o reservatório através de um mecanismo natural chamado termosifão. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria "empurra" a água quente gerando a circulação. Esses sistemas são chamados da circulação natural ou termosifão. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas, sendo então chamado de circulação forçada ou bombeado, que são normalmente mais utilizados em piscinas e sistemas de grandes volumes.
Esquemas de Instalação nos Diferentes Tipos de Residências:
Instalação em telhado por sistema termosifão convencional
Instalação em telhado por sistema termosifão convencional com Válvula Solar Soletrol
Instalação em telhado por sistema termosifão convencional com torre
Instalação em telhado por sistema termosifão Soletrol com Válvula Solar
Quais os benefícios da Energia Solar
Além da importante tarefa de conscientização ambiental e sócio-cultural pelo uso de uma energia limpa e gratuita, a economia de energia convencional causada pela utilização da fonte solar evita desperdícios extraordinários, tanto para a economia e estabilidade energética mundial, como pelas grandes perdas ambientais irreversíveis. Conheça alguns comparativos.
Os coletores ou placas solares que são normalmente instalados sobre os telhados, possuem uma determinada área em metros quadrados. Para cada 1m2 de coletor solar instalado, permite-se evitar a inundação de 56m² de áreas férteis na construção de novas usinas hidrelétricas ou também conomizar:
55 kg de GLP/ano
66
litros de diesel/ano
215
Kg de lenha/ano
Dados médios para o Brasil. Fonte: ABRAVA
Coletores para Instalações Industriais
Os coletores solares para instalações industriais, podem facilmente fornecer toda água quente necessária à:
ELETROBRAS
- Energia Solar em Ação
Centrais Elétricas de Goiás
S/A
Laboratório de Energia
Solar - UFPB
Núcleo
de Apoio a Projetos de Energias Renováveis - NAPER-UFPE
Laboratório de Energia
Solar - EMC/UFSC
Golden Genesis Company
- Solar Eletric Products
Fontes Alternativas de
Energia
Aproveitamento da Energia
Solar
Associação Brasileira das
Empresas Produtoras Independentes de Energia Elétrica
Comunicação Sem Fio e Energia
Solar
Vento Solar - Energia Alternativa
Energia Solar - Energia
Elétrica
EMBRAS - Aproveitamento
da energia solar
Aquecimento solar de água
compacto
Vento Solar - Energia Alternativa
Dispositivo que transforme
energia solar em calor de forma eficiente.
NETPAR- Manutenção de Aquecedor
Solar
INTERNACIONAIS
Atualizado em 22-Nov-2000.
Dúvidas, critícas ou qualquer problema no site, favor entrar em contato com o WebMaster.
A Energia Solar