Os Painéis Fotovoltaicos: Transformando Energia Solar em Eletricidade, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Os Painéis Fotovoltaicos: Transformando Energia Solar em Eletricidade e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! vieram para ficar Os fotovoltaicos Painéis que transformam energia solar em eletricidade ganham espaço em todo o mundo Especial 25edição 440 e o leitor conferiu nossa matéria sobre a Glass Per- formance Days (GPD) na última edição, já sabe que os pai- néis fotovoltaicos são a aposta do mercado vidreiro – e de muitos S outros – no que se refere à con-tenção de energia. Embora a tec-nologia de captação não seja nova – a primeira célula solar foi inventa- da no final do século 19 – só ago- ra, com o agravamento do aque- cimento global, é que os painéis fotovoltaicos passaram a ser enca- rados como opção viável. Os números confirmam. De acordo com o estudo Renewable energy policy network, do órgão Divulgação / Blue Sol Painéis fotovoltaicos na fachada da sede da Blue Sol, na China 0 o vidroplano titulo 2 Titulo 1p olho olhop 2003outubro Texto i l 9agosto26 internacional REN21, de 2005 para 2008, a produção de energia foto- voltaica no mundo quase quadru- plicou, pulando de 3,5 GW para 12,5 GW. E toda essa transforma- ção ocorreu, principalmente, de dois anos para cá. A Coréia do Sul, por exemplo, que havia fechado 2007 com uma produção de 0,1 GW, pulou para 0,35 GW no final de 2008. Na Alemanha, país que *valores aproximados Fonte: Renewable Energy Policy Network Report 2009 / REN21 Alemanha Espanha Japão Califórnia (EUA) Outros países da Europa Coréia do Sul Outros países do mundo* TOTAL Quantidade de energia elétrica fotovoltaica integrada à rede produzida anualmente (em mW) 2005 1.900 50 1.200 220 130 15 30 3.500 2006 2.800 150 1.490 320 180 35 80 5.100 2007 3.900 700 1.730 480 350 100 250 7.500 2008 5.400 3.300 1.970 730 750 350 450 12.950 PAÍS mais produz energia fotovoltaica hoje no mundo, foi de 3,9 para 5,4 GW. E a Espanha foi a recordista de crescimento: de 0,7 para 3,3 GW. No Brasil, a história ainda é di- ferente. Mas, antes de falarmos sobre o uso dessa tecnologia no País, é preciso entender como ela funciona e por que ela é tão efi- ciente. Estrutura O painel fotovoltaico, sistema que converte a luz da emissão so- lar em energia elétrica, é conside- rado ambientalmente responsável por extrair energia de uma fonte renovável (a luz solar) e não emi- tir dióxido de carbono (CO2) em seu funcionamento. O painel é composto de quatro camadas de material, na seguinte ordem, a partir do lado exposto ao Sol: uma peça de vidro plano, uma película antirrefletiva (para minimizar a luz refletida pelo vi- dro, que não pode ser aprovei- tada), a célula solar e uma camada de fundo, que pode ser também de vidro ou de um polímero como o poliéster, por exemplo. O núme- ro total de camadas pode aumen- tar, dependendo do modelo e do fabricante (camadas de EVA po- dem ser usadas para proteção e vedação do sistema), mas essas quatro são as essenciais. Dando estrutura ao painel está uma grade de material rígido e condutor, co- mo o alumínio, que transmite a energia elétrica. A célula solar é a parte mais im- portante dessa estrutura. Ela é composta, basicamente, de duas camadas de um mesmo material semicondutor enriquecidas com materiais diferentes. O melhor exemplo de material, atualmente utilizado na maioria dos painéis solares, é o do silício. Uma célula solar tem duas camadas de silício: uma enriquecida com fósforo e outra enriquecida com boro. Sozi- nhas, essas duas camadas estão Vidro ou Poliéster Moldura de alumínio Película antirrefletiva EVA (opcional) Vidro Célula solar Componentes do painel fotovoltaico 29edição 440 e membro da Seção Brasil da So- ciedade Internacional de Energia Solar. Esse modelo, em que a energia é compartilhada com a rede, per- mitindo que seja operada pela dis- tribuidora, é tido como ideal pela maioria dos estudiosos, pois elimi- na a necessidade de uma bateria que, além de encarecer a insta- lação, também gera perda de ener- gia devido ao armazenamento. No Brasil, existem os dois mo- delos, sendo que o de bateria é muito mais comum, devido à falta de incentivos públicos para uso do sistema conectado à rede. Não há dados sobre o número de sis- temas fotovoltaicos com bateria, mas, segundo estudo feito neste ano, já são 32 os sistemas inte- grados à edificação e conectados à rede instalados até agora (o pri- meiro, em 1995), principalmente nos Estados de São Paulo, Minas Estádio taiwanês inaugurado neste ano tem 8.844 painéis fotovoltaicos, capazes de gerar 1,14 milhão kWh por ano, alimentando as 3.300 lâmpadas e os dois telões gigantes do complexo Fo to s: d iv ul ga çã o Gerais, Pernambuco e Santa Cata- rina. Juntos, eles têm o potencial de 231,5 kWp – pouco menos de 0,005% do que é produzido hoje pelos mesmos sistemas na Alema- nha, líder dos países produtores de energia fotovoltaica integrada à rede. Energia de sobra E quanto rende um painel foto- voltaico? Depende muito do mo- delo, mas, em média, o aproveita- mento da energia solar é de 15%. Considerando que, no nível da li- nha do Equador, a incidência de luz solar às 12h corresponde a uma energia de aproximadamente 1 kW/m2, pode-se dizer que um painel fotovoltaico de 1m2 (1 x 1 m) gera uma potência de 150 W no horário, se colocado voltado diretamente para o Sol. Isso é su- ficiente para alimentar duas lâm- padas de 75 W, por exemplo. “Para Florianópolis, a produtivi- o vidroplano 2009agosto30 dade média anual é de aproxima- damente 1,3 MWh/kWp. Ou seja, um sistema fotovoltaico de 5 kWp gera, em média, 6.500 kW/h por ano, que é o consumo médio anu- al de uma família com quatro a cin- co pessoas”, explica Alexandre Montenegro. Esse valor de produ- tividade média anual é baseado nos dados de monitoramento de sistemas fotovoltaicos instalados e operantes na UFSC, que instalou seu primeiro módulo em 1997. Vale lembrar que Florianópolis está na região do Brasil que rece- be o menor nível anual de energia solar. Mesmo assim, nessa região, a produtividade de um sistema fotovoltaico é, aproximadamente, 40% superior à produtividade de um sistema fotovoltaico do mes- mo tipo instalado na região da Alemanha que recebe o maior ní- vel anual de energia solar. Ainda segundo Montenegro, para Belo Horizonte, por exemplo, a produ- ção anual de energia elétrica mé- dia seria de aproximadamente 1,5 MWh/kWp. As denominações AM1 e AM1.5, comuns no mercado de energia fotovoltaica, são o padrão para in- dicar a potência dos painéis. O número indica quantas atmosferas terrestres a luz tem de atravessar até chegar no painel. A maioria dos painéis, atualmente, é do tipo AM1.5. O papel do vidro Dentro da estrutura do painel fotovoltaico, são duas as funções do vidro: proteger a célula solar e, Painéis instalados na Casa Solar Eficiente, que fica na sede do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), na Ilha do Fundão, no Rio de Janeiro Divulgação / Cepel Como fica o sistema elétrico Saída para a rede elétrica (para sistemas conectados à rede) Painel fotovoltaico Corrente contínua (CC) Inversor Corrente alternada (CA) Painel elétrico (distribuição de energia na casa) Medidor de energia elétrica ao mesmo tempo, fornecer a transparência necessária para que ela funcione. Embora existam ou- tros materiais que possam ser usa- dos em seu lugar, o vidro ainda se apresenta como a opção mais efi- ciente e versátil, sendo utilizado na maioria dos painéis fotovoltai- cos instalados mundo afora. Como a resistência é importan- te, utiliza-se vidro temperado. Ele deve ser capaz de agüentar intem- péries climáticas (chuva, vento, granizo, neve), variações bruscas de temperatura e impactos mecâ- nicos de menor porte. Testes de resistência são realizados em cada painel antes de ser comercia- lizado. No que diz respeito à transpa- rência, o vidro traz o problema de absorver parte da luz do Sol, espe- cialmente os raios infravermelhos, impedindo que ela chegue à cé- lula solar. Essa propriedade cria um conflito: o vidro precisa ser es- pesso o suficiente para ter a resis- tência necessária, mas não espes- so demais, para não absorver luz em excesso. O equilíbrio entre es- sas duas necessidades é que dita a espessura do vidro. E no Brasil? Segundo o Atlas brasileiro de energia solar, publicado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Es- paciais (Inpe) em 2006, o País re- cebe mais de 2.200 horas de in- solação por ano, um potencial equivalente a 15 trilhões de MWh. Isso corresponde a 50 mil vezes o consumo nacional de eletricidade. Painéis fotovoltaicos instalados em moradia popular brasileira Divulgação / Instituto Ideal 31edição 440 Apesar disso, o Brasil ainda é um iniciante no uso da energia solar. No último Balanço energé- tico nacional, publicado pelo Mi- nistério de Minas e Energia em 2008, a energia solar sequer figura nos gráficos referentes à oferta in- terna de energia elétrica. O balan- ço aponta que nossa eletricidade provém de hidrelétricas (77%), importação (8,5%), biomassa (4,1% – índice que inclui lenha, bagaço de cana e outros reaproveitamen- tos), gás natural (3,3%), derivados de petróleo (2,8%), energia nu- clear (2,6%), carvão e derivados (1,6%) e energia eólica (0,1%). Como a energia das hidrelétri- De onde vem nossa energia elétrica Energia eólica 0,1% Derivados de petróleo 2,8% Energia nuclear 2,6% Hidrelétricas 77% Carvão e derivados 1,6% Gás natural 3,3% Biomassa (lenha, bagaço de cana e outros reaproveitamentos 4,1% Importação 8,5% Fonte: Balanço Energético 2008 Fontes renováveis / Fontes não renováveis de Energia Solar da Universidade Federal de Juiz de Fora (MG) em 2007, com capacidade aproximada de 30 kWp, teriam um custo de cerca de R$ 500 mil. E esses valores não são exage- rados apenas para nós: em 2008, o prédio da Prefeitura de Londres instalou 617 painéis fotovoltaicos em sua cobertura, com capacidade de 67 kWp. O custo, de 540 mil li- bras (cerca de R$ 1,6 milhão), ge- rou protestos da população e fez políticos da oposição questiona- rem se tais painéis realmente va- liam a pena – afinal, nem sempre eles são a melhor solução. Mas nem tudo são más notícias. O custo médio europeu está em queda: em junho de 2006, ele era quase 20% maior: 5 mil euros por kWp. Projetos de lei como o 630/ 2003, aguardando aprovação pelo Congresso Nacional, podem aju- dar a diminuir os custos dos pai- néis fotovoltaicos no Brasil. Além disso, ainda existe o incentivo ex- tra da diminuição do impacto am- biental. “Os módulos demoram, em média, de dois a três anos para zerarem sua carbon footprint [car- bono emitido durante a fabrica- ção dos painéis] e têm em média trinta anos de vida útil, o que faz da tecnologia uma das mais limpas que existem”, afirma Colaferro. Ser tendência, a energia foto- voltaica já é. O que falta são estí- mulos governamentais para facili- tar a penetração da tecnologia no Terminal de ônibus de Kanazawa, no Japão, que recebeu painéis fotovoltaicos D iv ul ga çã o Fale com eles! Blue Sol Tel. (11) 3521-7341 Laboratório de Energia Solar/ UFSC Tel. (48) 3721-9379 Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas da Unicamp Tel. (19) 3521-5363 Sociedade Internacional de Energia Solar www.ises.org Cobertura do terminal de cargas do Aeroporto Hercílio Luz, em Florianópolis, composta de 16 painéis com potência total de 2,12 kWp Brasil e campanhas de incentivo para conseguir a adesão da popu- lação. As vantagens ambientais são muitas e as econômicas, tam- bém – uma expansão do setor mo- vimentaria os mercados de vidro, alumínio e silício, entre muitos ou- tros. Com a explosão dessa tecno- logia no mercado internacional nos últimos dois anos, resta a nós, brasileiros, trabalharmos para não deixar o momento passar. Fo to s: d iv ul ga çã o / La bS ol ar - U FS C