ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: UMA SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

Engenharia Civil

GUILHERME AUGUSTO PIMENTEL DE OLIVEIRA

RICARDO PELUSO SPERANDIO

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: UMA SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Bragança Paulista

2018

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GUILHERME A. PIMENTEL DE OLIVEIRA – RA 001201400485

RICARDO PELUSO SPERANDIO – RA 001201703506

ENERGIA SOLAR: UMA SOLUÇÃO SUSTENTÁVEL EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Monografia apresentada no Curso de Engenharia Civil da Universidade São Francisco, como requisito parcial para obtenção de nota na disciplina de Metodologia do Trabalho Cientifico.

Orientador: Prof. André Ricardo Marchezan

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RESUMO

Desde os tempos remotos a eletricidade foi um grande enigma para a humanidade. Através de pesquisas e experiências durante séculos, os cientistas chegaram ao conhecimento de que os elétrons são os responsáveis pela eletrização dos corpos, abrindo assim, uma grande lacuna ao conhecimento da eletricidade. Já o Sol é uma fonte de energia inesgotável e renovável presente na Terra desde os primórdios, mas a energia solar é uma fonte ideal de energia ilimitada, não poluente, barata, amplamente disponível que contribui cada vez mais para a matriz energética mundial. Ela não aumenta o aquecimento global, nem produz compostos químicos poluentes da água e do ar. Todavia, está perto de se tornar uma forma de energia ideal, onde certamente tem pela frente um futuro brilhante.

Essa energia é necessária a todos os seres vivos, responsável pela realização de grande parte das atividades humanas e através da descoberta do efeito fotovoltaico, começaram inúmeras pesquisas cientificas sobre o assunto.

               As células de energia solar também chamada de células fotovoltaicas convertem a luz do Sol em energia elétrica. Atualmente são caras na maioria dos países, quando a meta é gerar eletricidade em larga escala, embora essa lacuna econômica esteja se fechando.  Com a radiação originária do sol se produz calor e reações químicas, convertendo a energia existente na luz solar em energia elétrica. A quantidade de energia solar que atinge a superfície da terra é muito maior do que o conjunto de toda a energia fornecida pelas fontes indiretas, com um potencial inesgotável de energia renovável para a humanidade. Se comparado com todas as outras fontes de energia, sejam elas renováveis ou não, o quão maior é o seu potencial possível de utilização.

As fontes de energia renováveis são as que possuem a capacidade de serem repostas naturalmente e as fontes não renováveis são as que emitem poluentes ou impactam ambientes, com reservas finitas. Nos últimos tempos, foram vistas várias crises ambientais e foi constatado que é preciso haver uma mudança de postura para que os recursos naturais não se esgotem.

Através do aproveitamento artificial da energia solar que pode ser feito pela integração arquitetônica utilizando ou evitando a luz natural, o efeito fototérmico que captando por coletores a irradiação do sol leva a água aquecida aos reservatórios e o efeito fotovoltaico que converte a luz do sol em eletricidade numa diferença de potencial nos extremos de um semicondutor quando esse absorve a luz.

Os raios solares são ondas eletromagnéticas paralelas entre si que chegam a terra em linha reta convertendo a luz direta em eletricidade. Ao cruzarem a atmosfera sofrem o efeito de difusão, mas a maior parte continua sua trajetória em linha reta e em cada ponto do planeta a radiação direta incide no solo com uma inclinação diferente, variando ao longo dos dias e meses do ano. Isso leva em conta o movimento diário do sol e poder instalar corretamente os módulos solares fotovoltaicos, aproveitando o máximo a captação da radiação solar direta. Sendo assim, o efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar, destacando-se entre os materiais mais utilizados o Silício. A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Por outro lado, a escolha incorreta da inclinação reduz a captação dos raios solares comprometendo sua eficiência.

 No local da instalação dos painéis num projeto de sistemas fotovoltaicos, o posicionamento dos painéis dará o máximo de rendimento em função da disponibilidade de sol, da orientação e inclinação dos painéis. No Brasil, a melhor orientação é voltada para a linha do equador (direção Norte, para a maioria dos estados brasileiros). Quanto mais perpendicular estiver a incidência do sol sobre o painel, maior será a eficiência do painel. Importante de qualquer forma que a inclinação deve ser de no mínimo 10º por motivo de durabilidade, conservação e manutenção, já que o painel ficará exposto às intempéries.

A energia proveniente da luz e do calor do sol é aproveitada e utilizada por meio de diferentes tecnologias, e atualmente são produzidas em larga escala disponíveis comercialmente de Silício monocristalino, policristalino ou amorfo. O Silício monocristalino (m-Si) e o Silício policristalino (p-Si) representam mais de 85% do mercado por ser considerada uma tecnologia consolidada e confiável, com a melhor eficiência disponível. Temos também os filmes finos que são divididos em Silício amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS) ou disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe).  Estes tipos de células fotovoltaicas apresentam menor eficiência, com dificuldades associadas à disponibilidade dos materiais, vida útil e rendimento. Existem diversos outros tipos de tecnologias e materiais como as células voltaicas orgânicas, que utilizam polímeros e outros tipos de materiais combinados no lugar dos semicondutores. Nesta classe de desenvolvimento estão: Células fotovoltaicas multijunção e célula fotovoltaica para concentração (CPV – Concentrated Photovoltaics), células sensibilizadas por corante (DSSC – Dye-Sensitized Solar Cell) e células orgânicas ou poliméricas (OPV – Organic Photovoltaics).

Os sistemas fotovoltaicos são classificados em isolados, também chamados autônomos ou conectados à rede elétrica, podendo operar a partir apenas da fonte fotovoltaica ou híbridos quando combinados com uma ou mais fontes de energia.

 Através do aumento do consumo de energia pelos habitantes, existe uma atenção pelos governantes, indústrias e população em projetos garantindo nossos recursos naturais, utilizados como fontes renováveis de energia, preocupando-se com a sustentabilidade. A busca pelo consumo mais eficiente que evite o desperdício também é importante nesse processo. No Brasil desde 2012, com a regulamentação pela ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, em aprovar a conexão e compensação de geradores distribuídos, crescendo a partir de 2016 270%, podendo atingir a 1000 (MW) instalados este ano, 325% aos 253 MW atuais, com investimentos de 4,5 bilhões até o fim do ano.