Energia Solar para o Aquecimento de Água por Alan C Maciel

Energia Solar para o Aquecimento de Água por Alan C Maciel

(Parte 1 de 2)

Álan Cavalcante Maciel

Técnico em Eletroeletrônica

Tecnólogo em Mecatrônica Industrial CREA: 5063652617

A Energia Solar para o Aquecimento de Água

Guarulhos 2012

2 Sumário

Introdução3
Consumo do Setor Residencial e a Geração das Hidrelétricas5
O Consumo de Energia no Brasil5
Projeções da Matriz Energética6
Problemas nas Usinas Hidrelétricas7
A Crise do Setor Elétrico de 2001 e o Aquecimento Solar8
Energia Solar, Um Antigo Recurso e Uma Nova Tecnologia9
Recursos Energéticos Renováveis9
A Conversão da Energia Solar10
Custo Benefício do Sistema de Aquecimento Solar1
Investimentos12
População de Baixa Renda13
Considerações Finais14

Introdução

Atualmente a energia elétrica ter participação preponderante no desenvolvimento e vida do ser humano. Se tratando de energia, desde a sua produção até seu consumo, envolve transformações de recursos naturais, sendo que muitos destes processos causam impactos sócio-ambientais. Como consequência gera discussões globais por ser um influente ao meio ambiente, e foi a partir destas discussões que se originou a o conceito do desenvolvimento sustentável, que seria a solução deste grande problema, pois, obtendo energia de fontes limpas e renováveis, o impacto causado anteriormente seria bem menor, porém, a implantação da sustentabilidade tem sido um grande desafio para a humanidade, esta ação pode diminuir impactos ambientais, mas também pode causar impactos econômicos.

Nos últimos anos, principalmente em razão do problema do aquecimento global, a questão energética tem sido tema central, levando a negociações da convenção do clima como é possível observar no Protocolo de Kyoto. Atualmente, obtêm-se diversas fontes de energia renovável, energia solar, eólica, geotérmica, maremotriz dentre outras, e ainda assim a matriz energética mundial depende de quase 80% de combustíveis fósseis, cuja queima tem grande papel no aumento de gases estufa na atmosfera.

O sol é uma fonte de energia abundante e inesgotável, além de fornecer seu produto de forma não comercial. Apesar de necessitar uma tecnologia para seu uso em sistemas de aquecimento, pode ser utilizada por qualquer pessoa, sendo que é impossível se tornar mercadoria de qualquer empresa ou instituição, e assim se tratando de energias limpas e renováveis, se torna uma boa opção de utilização para qualquer que seja seus fins.

No Brasil atualmente, cresce muito as aplicações da energia solar para o aquecimento de água, principalmente em projetos para pessoas de baixa renda, como conjuntos habitacionais e casas populares. Esta utilização tem grandes vantagens tanto para o consumidor quanto para o fornecedor de energia, pois se reduz o consumo de energia com chuveiros elétricos e outros tipos de aquecedores de água, e assim diminui a demanda em horários de pico, causando menor impacto no sistema de distribuição de energia elétrica.

Existem hoje, várias formas de se utilizar energia a partir do sol, as mais utilizadas são por meio de células fotovoltaicas que, recebem os fótons solares e este causa uma movimentação de elétrons positivos e negativos, com essa movimentação é gerado um fluxo de corrente, tendo assim uma circulação de energia elétrica, esta pode ser convertida para ser usada nas mais diversas aplicações. Outra forma muito utilizada para usar a energia solar é a partir de painéis solares que contém uma placa de absorção com uma tubulação para a passagem de fluídos, com a retenção do calor por uma placa de cobertura e uma placa térmica o fluído é aquecido, e este é bombeado até a sua utilização.

Figura 1 – Aquecedor solar. Fonte: Mundo das tribos (2010)

Mesmo tendo ótimas características se tratando de energia limpa e renovável, e levando-se em conta a questão do meio ambiente, a energia solar tem ainda algumas inversões, um dos principais problemas do uso da energia solar em larga escala, é o seu investimento inicial, que é alto para a compra e para a implantação dos equipamentos necessários para a sua funcionalidade, o que lhe impede de competir com outras fontes energéticas mais baratas.

Consumo do Setor Residencial e a Geração das Hidrelétricas

A energia elétrica é hoje de extrema importância para a vida da humanidade, sendo que para sua geração, transmissão e consumo, necessita de certos tratamentos e estes utilizam de recursos que podem ser naturais ou não, muitos dos recursos naturais utilizados se esgotam a cada dia, e os não naturais necessitam da própria energia para sua eficácia.

O Consumo de Energia no Brasil

Atualmente no Brasil, a utilização de energia solar é mínima se comparada com outros tipos de energia, isso se dá devido a vários fatores, o principal deles é o custo inicial que economicamente falando, inviabiliza o projeto de implantação em larga escala desta tecnologia. No entanto a energia elétrica que utilizamos em nossas residências, têm grande parte gerada em usinas hidrelétricas, segundo a MME (Ministério de Minas e Energia) (2007) cerca de 85% da energia que consumimos é provinda dos rios, e está tendo uma sobrecarga, devido ao crescimento do número de consumidores da rede, de acordo com a EPE (Empresa de Pesquisa Energética) (2011), em julho de 2011, o consumo nacional de energia elétrica na rede somou 35.069 gigawatts-hora (Gwh), 3,7% acima do número registrado no mesmo período de 2010. A EPE (2011) afirma ainda que este aumento se reflete à taxa de crescimento das classes residencial (cerca de 7,9%) e comercial (cerca de 8,3%), já a classe industrial teve praticamente o mesmo consumo, com apenas 0,3% de crescimento em relação ao mesmo período de 2010. Com estes dados é possível observar que a classe residencial obtém um dos maiores índices de crescimento, e conseqüentemente um grande aumento no número de consumidores, causando certos problemas para o sistema elétrico.

Projeções da Matriz Energética

A MME (Ministério de Minas e Energia) em conjunto com a EPE (Empresa de Pesquisa Energética) (2007), divulga constantemente dados de geração e consumo de energia em todos os setores do Brasil, bem como projeções de matrizes energéticas para o futuro. Como o foco desta monografia é voltado para o setor residencial, foram coletados alguns dados onde podemos observar a grandeza do consumo deste setor, e ter uma conclusão quanto à viabilidade de se implantar um sistema de aquecimento solar para obter como resultados a economia (tanto de energia quanto de dinheiro), a redução da carga do sistema elétrico além das questões ambientais e sustentáveis. A tabela 1 mostra o consumo final de energia no setor residencial com uma projeção para os próximos anos.

Tabela 1 – Consumo final no setor residencial.

Fonte: Ministério de Minas e Energia; Empresa de Pesquisa Energética. Matriz Energética Nacional 2030. 2007.

Note a linha em destaque na tabela que 1 mostra o aumento de mais de 170% entre os anos de 2010 e 2030 (MME; EPE, 2007). Esta estimativa diz ainda que o consumo de energia elétrica total no Brasil em 2030 será de aproximadamente 1083,4 TWh, que significa um aumento de 4% ao ano desde 2005. O gráfico 1 mostra o consumo de energia entre os setores em 2005 e o estimado para 2030, é possível observar um aumento de 4% no setor residencial.

7 Gráfico 1 – Consumo de energia entre os setores.

Fonte: Ministério de Minas e Energia; Empresa de Pesquisa Energética. Matriz Energética Nacional 2030. 2007.

Problemas nas Usinas Hidrelétricas

Existem problemas relacionados a geração da energia em usinas hidrelétricas se comparada com outros tipos de energia, para que ela ocorra é necessário que vários fatores variáveis estejam de acordo. A geração da energia neste tipo de usina depende da água, ou seja, a água tem de estar em um nível que seja no mínimo o suficiente para o processo de geração, o nível da água das represas depende das chuvas, as chuvas dependem da temperatura dos oceanos e do ambiente, sendo assim são vários fatores que não se pode obter um controle, com isso pode-se ter grandes problemas quando um destes fatores não se comporta conforme o planejado, como foi possível ver na crise do setor elétrico 10 anos atrás que ficou conhecida como “o apagão de 2001”. Visando o futuro com a construção de novas usinas hidrelétricas, há ainda outros problemas mais sérios com relação à construção dessas usinas, o custo ambiental, com o represamento da água, grandes áreas são inundadas, sendo assim muitas espécies de animais são extintos e a vegetação fica submersa, com isso alguns vegetais sofrem decomposição e liberam gases.

Figura 2 - Usina Hidrelétrica de Xingó, período seca.

A decomposição anaeróbica da matéria vegetal gera a emissão de gases como o metano, o qual possui um potencial de aquecimento global cerca de 24 vezes maior que o dióxido de carbono, produto da decomposição aeróbica. (Rocha, 2009, p.161)

A Crise do Setor Elétrico de 2001 e o Aquecimento Solar

No ano de 2001, o Brasil sofreu uma das maiores crises do setor elétrico, que devido a um período de seca, várias represas esvaziaram-se impedindo a geração de energia. Com essa crise a população passou por uma política de racionamento de eletricidade, onde foram determinadas metas de redução de consumo de energia no setor residencial, os consumidores deste setor foram obrigados a reduzir 20% do consumo em relação à média anterior. Com este racionamento, os chuveiros elétricos foram considerados os maiores gastadores de energia, com a necessidade imposta pela crise, diminuir o consumo era prioridade, foi então que começaram as campanhas para a substituição dos chuveiros elétricos por aquecedores solares. Com a divulgação da campanha e incentivo dos fabricantes, e ainda uma ajuda do estado com isenção de impostos para financiamentos destes equipamentos, este mercado teve uma taxa de crescimento superior a 50% naquele ano. Com esta ação de racionamento, foi possível liquidar não somente os eventuais cortes forçados como também toda a crise energética, e ainda serviu de impulso para a divulgação e crescimento do sistema de aquecimento solar.

Aos poucos, a geração de eletricidade e calor por meio do aproveitamento da energia solar conquista espaço na vida cotidiana. As aplicações desta energia limpa e inesgotável são variadas: do uso doméstico, com sistemas de aquecimento de água por painéis solares, a veículos experimentais de passageiros e até a alimentação das baterias dos satélites de telecomunicações em órbita da terra. (Rot; Et al, 2007, p.48)

Energia Solar, Um Antigo Recurso e Uma Nova Tecnologia

No mundo existem inúmeras fontes de energia, e quase todas essas fontes são formas indiretas de energia solar, dentre elas estão: hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos. Além disso, a radiação solar pode ser utilizada de forma direta para aquecimento de fluídos e em ambientes de geração de energia, como é o caso das células fotovoltáicas.

Recursos Energéticos Renováveis

A natureza é uma gigantesca fábrica geradora de energia limpa e renovável, e diante da possibilidade de se esgotar recursos como reservas de gás, petróleo e carvão, em todo o mundo pesquisadores desenvolvem técnicas para utilizar a partir da natureza, outros tipos de energias alternativas, como provenientes do sol, vento, água e do interior da terra.

O sol é uma imensa fonte de energia inesgotável. Dele depende a vida na terra. Muitas das fontes de energia renováveis derivam do sol, incluindo o uso direto da energia solar para fins de aquecimento ou geração de eletricidade e o uso indireto, como a energia dos ventos, as ondas e a água corrente, bem como a energia das plantas e animais (madeira, palha, estrume e outros restos de plantas e resíduos). (REIS, 2011, 1ª Ed. p.40)

De acordo com a afirmação, têm-se uma escolha quanto à utilização da energia solar, usar a favor da população, ou deixar que ela se perca e continuar a usar de outros recursos, sendo que a segunda opção nos tempos de hoje não é um luxo que o homem deveria ter, devido aos diversos fatores já citados neste trabalho. Afinal de uma maneira ou de outra a energia solar vai ser transformada em calor, basta que a população domine esta energia e aplique de forma que possa atender a suas necessidades.

A conversão da Energia Solar

Quando a luz é absorvida por algum objeto, o qual, como resultado, se aquece, a energia luminosa foi transformada em outro tipo de energia: energia térmica. A energia térmica compreende as vibrações e os movimentos das moléculas que constituem um objeto. (Odum, 1988, p.57)

Para utilizar a energia solar no aquecimento de água, é preciso um sistema de coletores para que a radiação solar seja absorvida e transformada em energia térmica, como neste sistema o aquecimento obtém temperaturas relativamente baixas (abaixo de 100ºC) o uso é predominante no setor residencial, segundo a ANEEL, nos países em que há maior uso da energia solar (Israel, Grécia, Austrália e Japão), cerca de 80% a 90% destes equipamentos têm sido destinados a uso doméstico. A figura 1 mostra um sistema tradicional de aquecimento de água.

Figura 1 – Sistema tradicional de aquecimento de água. Fonte: ANEEL , 2011

O sol é a fonte de energia para o nosso planeta. Apenas 4 % da energia solar que alcança o planeta chega até a superfície. Desta energia, parte dela é absorvida e convertida em calor e a restante, cerca de 30%, é refletida de volta ao espaço. (Rocha, 2009, p.161)

Mesmo com este percentual de energia que se perde na trajetória do espaço até a terra, a CRESESB (2000) estima que a energia solar incidente na superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial.

Custo Benefício do Sistema de Aquecimento Solar

Segundo a ANEEL e a CRESESB, para uma residência onde moram 4 pessoas, são necessários entre 2 e 4 metros quadrados de coletores solares para um aquecimento médio de água. A CRESESB afirma ainda que o investimento inicial seja relativamente alto, mas o tempo de retorno é normalmente de 1 a 2 anos. O custo de um sistema básico para 4 pessoas com coletor de 2m² e reservatório de 20L situa-se na faixa de R$2.0,0. Com relação à energia elétrica após a instalação do sistema de aquecimento solar, o custo é praticamente zerado, já em relação a água não se pode dizer o mesmo. A CIRRA (Centro Internacional de Referência em Reuso de Água), entidade vinculada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), realizou uma pesquisa quanto a consumo de um banho, os valores estimados são relacionados ao custo total (energia e água), estima-se que um banho de oito minutos com chuveiro elétrico custa em média R$ 0,2 contra R$ 0,35 do banho com sistema de aquecimento solar, com esses valores é possível observar que o sistema de chuveiro elétrico é mais barato, porém sabendo-se que o sistema de aquecimento solar praticamente não usa a energia elétrica, o custo fica automaticamente no gasto de água. Segunda a CIRRA, o sistema de aquecimento solar consome em média 8,7 litros de água por minuto contra 4 litros do chuveiro elétrico, um consumo aproximadamente 118% maior. Com esses valores é possível chegar aos dados que mostra a tabela 2.

Tabela 2 – Gasto mensal do banho.

Fonte: CIRRA, 2009. Investimentos

Segundo o MME nos próximos anos (entre 2005 e 2030) os investimentos no setor de energia (geração, transmissão e consumo) pode chegar a U$$ 168 bilhões, sendo que U$$ 117 bilhões (70%) em hidrelétricas de grande porte, U$$ 2 bilhões (13%) e fontes de geração alternativa, U$$ 17 bilhões (10%) em termelétricas convencionais e U$$ (7%) em centras nucleares. Para estes investimentos é necessário ter-se um bom planejamento de divisão, pois, os custos dividem-se em várias partes, e caso seja mal dividido pode-se obter um resultado ruim em relação ao esperado.

(Parte 1 de 2)

Comentários