Uma das fontes mais abundantes e mais limpas a ser aproveitada é a energia emanada pelo sol. O sol, irradia energia eletromagnética em, praticamente, todos os comprimentos de onda compreendendo faixas de luz visível, invisível e também é a nossa principal fonte de aquecimento terrestre. O aproveitamento destas formas de energia são alternativas promissoras para perpetuar a energia necessária para o desenvolvimento humano e a diversificação das matrizes energéticas que suprem a demanda mundial.
De acordo com o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos do CRESESB (2014), o Relatório Especial sobre Fontes Renováveis de Energia e Mitigação da Mudança Climática, publicado pelo IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Charge) agregou a energia solar direta em 5 blocos:
- Energia Solar Passiva: onde se insere a arquitetura bioclimática;
- Energia Solar Ativa: inserida o aquecimento e a refrigeração solares;
- Energia Solar Fotovoltaica: produção de energia elétrica com e sem concentradores;
- Geração de energia elétrica com o uso de concentradores solares térmicos em altas temperaturas;
- Processo inspirado na fotossíntese, através de um reator alimentado por Dióxido de Carbono, água, metal ou óxido metálico, exposto a radiação solar para produção de hidrogênio, Oxigênio e Monóxido de Carbono, onde o Hidrogênio pode ser utilizado para combustível de Células à Combustível.
O recurso Solar
Na terra, a densidade média anual de fluxo energético através da irradiância solar, medida, perpendicularmente, à propagação dos raios solares no topo da atmosfera terrestre é conhecida como Constante Solar que apresenta o valor de corresponde ao valor de 1367 W/m². Considerando as dimensões terrestres e aplicando o valor da constante solar incidente sobre a área projetada do globo terrestre, a potência estimada disponibilizada pelo Sol até a Terra, na camada atmosférica, é de aproximadamente 174 mil TW.
De acordo com estudos realizado por Trenberth et al (2009), a radiação incidente para a terra é cerca de 54% do seu potencial total de 174 mil TW, de modo que desses 54% relativo a 94 mil TW de energia irradiada no topo da atmosfera terrestre, 7% é refletida e 47% é absorvida pela superfície, outros 46% são absorvidos ou refletidos pela própria atmosfera. Porém, a quantidade de energia efetiva absorvida pela superfície apresenta uma valor considerável.
O aproveitamento da energia solar, seja esta térmica ou luminosa, pode ser influenciada por alguns fatores:
- Inclinação do captor solar (Coletor solar térmico ou Painel Fotovoltaico);
- Altura solar: diferença angular entre a direção do raio solar e a superfície terrestre;
- Ângulo de Azimute entre superfície de captação e o local de instalação dos captores solares;
- Condições ambientais que influenciam na dispersão dos raios solares na superfície;
- Latitude do local
No Brasil, a quantidade de radiação por metro quadrado pode variar entre 4,4 e 6,0 kWh/m² de acordo com o Mapa Brasileiro de Irradiação Solar em média anual do ano de 2006. Esta variação ocorre devido a varias latitudes que o país apresenta. Locais do Brasil com latitudes mais baixas, ou seja, próximas ao equador, caso dos estados do Rio Grande do Norte, Ceará, Paraíba e outras regiões da Região Nordeste apresentam bom nível de radiação para o aproveitamento da energia solar.
Células e Módulos Fotovoltaicos
Os painéis ou módulos fotovoltaicos são constituídos por superfícies constituídas de material ou materiais semicondutores, conhecidas como células fotovoltaicas. O material usado nas células apresenta uma característica, descoberta por Alexandre Becquerel em 1883, interessante que ao incidir luz sobre o material ocorria o aparecimento de uma diferença de potencial em eletrodos ligados ao material, este efeito ficou conhecido mais tarde como Efeito Fotovoltaico.
Desde os anos 60, várias tecnologias foram desenvolvidas para que fosse possível o reaproveitamento da luz solar incidente na conversão para energia elétrica. As células fotovoltaicas começaram a ser desenvolvidas a partir de lâminas de silício que com o domínio da produção destas lâminas são os exemplares que dominam o mercado hoje. Contudo, outras tecnologias vêm sendo desenvolvidas como alternativa ao Silício como filmes finos de Telureto de Cádmio (CdTe), Disseleneto de Cobre Índio e Gálio (CIGS) entre outras tecnologias.
A dinâmica do efeito fotovoltaico como base para a conversão da energia luminosa em energia elétrica pode ser explicada pela incidência de fotons presentes na radiação solar com energia suficiente para o deslocamento de elétrons desemparelhados na estrutura do material semicondutor. O deslocamento de partículas negativas em um circuito fechado promove o aparecimento de uma corrente elétrica dotada de energia que pode ser aproveitada para determinado fim como alimentação de pequenos equipamentos e até redes elétricas de grandes porte.
Tipos de Sistema Fotovoltaicos
Os sistemas fotovoltaicos podem ser classificados em duas categorias principais:
- Sistemas Fotovoltaicos Isolado (SFI);
- Sistema Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFCR);
Os sistemas isolados podem ser empregados em locais de difícil acesso onde a rede elétrica de energia não alcança as unidades de consumo tais como: comunidades, aldeias, fazendas entre outros locais. Este tipo de sistema é composto por 4 componentes básicos:
- Painéis Fotovoltaicos;
- Controlador de Carga;
- Banco de Baterias;
- Inversor de Frequência OFF-GRID
Desta forma, como não existe a conexão com a rede elétrica os sistemas isolados devem apresentar dispositivos de armazenamento de energia durante o período diurno e esta energia armazenada deve ser utilizada durante o período noturno. O painel fotovoltaico capta a energia luminosa do sol e converte esta energia em energia elétrica. A energia elétrica convertida parte é armazenada em um banco de baterias em corrente contínua e parte da energia é transferida para o inversor de frequência que converte a corrente contínua em corrente alternada para o funcionamento dos equipamentos do local.
Durante o período noturno, a energia armazenada pelo banco de baterias é liberada pela ausência de energia luminosa e é transferida também para o inversor que converte, novamente, a corrente elétrica contínua em alternada. O controlador de carga tem a função de conter surtos elétricos e protege o inversor e o banco de bateria de correntes excessivas.
O sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica são sistemas sem armazenamento e a energia, possivelmente gerada é transferida para a rede elétrica da concessionária de energia. Este tipo de sistema é mais simples em termos de quantidades de equipamentos. Os equipamentos que são utilizados neste tipo de sistema são:
- Painéis Fotovoltaicos
- Inversor de Frequência ON-GRID
Neste caso, a energia solar é convertida em energia elétrica pelos painéis fotovoltaicos e esta energia é transferida, em corrente contínua, é convertida em corrente alternada pelo inversor de frequência. Na prática, parte da energia gerada é consumida pela unidade consumidora e parte é transferida para rede elétrica.
Desde a resolução n° 482/2012 da ANEEL, resolução que começou a regulamentar os sistemas de microgeração (sistemas fotovoltaicos até 75kW) e minigeração (de 75kW a 5MW) determinou que para consumidores com sistemas conectados a rede elétrica que geram sua própria energia passariam a pagar a diferença entre o consumido pela concessionária e a energia injetada pelo sistema solar instalado. Caso a geração superasse o consumo da unidade consumidora esta diferença seria chamada de créditos que poderiam ser usados em meses posteriores.
Um avanço da resolução n° 482/2012 é a resolução n° 687/2015 que ampliou o uso dos créditos dos clientes de micro e minigeração. Esta atualização permitiu a consumidor com sistema fotovoltaico a usar os créditos excedentes em outras unidades consumidoras sem o sistema fotovoltaico, o que é chamado de Autoconsumo Remoto desde que a outra localidade esteja cadastrada no CPF do mesmo cliente da unidade geradora. Outro avanço é a Geração Compartilhada que é caracterizada pela união de consumidores dentro de uma mesma área de concessão ou permissão pela concessionária que deseja um sistema de micro ou minigeração através de consórcio ou cooperativa, composta por pessoa física ou jurídica. Os créditos pela resolução n° 687/2015 determina que os créditos tenham validade de 60 meses.
Energia Solar no Nordeste e no Brasil
Com grande potencial de geração de energia por captação de energia solar fotovoltaica o nordeste se apresenta com uma das melhores regiões do Brasil para se investir nesta modalidade devido aos bons níveis de radiação que pode ser captada.
A procura na região para implantação de sistema solares, sendo elas residenciais, comerciais ou industriais vem aumentando na região com a oportunidade de redução na conta de chegando a ultrapassar os 90% em alguns casos, bem como oportunidades de linhas de financiamentos para pessoa Jurídica e Física com baixas taxas de juros promovidos pelo programa FNESOL do BNB e com bons períodos de carência.
Com taxas de juros mais acessíveis aliado ao grande potencial e a redução do custo dos componentes o Brasil, segundo a ABSOLAR, atingiu a marca de 1GW de potência instalada somente de energia solar fotovoltaica promovendo o avanço e aparecimentos de novas empresas ligadas ao setor com vendas, projeto e instalação dos sistemas fotovoltaicos bem como cursos de formação de montadores de sistemas e de projetistas de micro e minigeração alavancando o mercado e difundindo os benefícios destas instalações.
Com isso, os benefícios da energia solar para todos os setores da economia são enormes as taxas de economia nas contas de energias das residências, empreendimentos comerciais e industriais e o período de retorno pode variar de acordo com o nível de consumo do local variando de 4 a 8 anos, apresentando rentabilidade maior que a investimentos como poupança, LCI e CDB encontrados no mercado. Os sistemas fotovoltaicos podem operar com vida útil de 25 anos com rendimentos de 80% da estimativa de geração inicial, ou seja, um cliente pode ter o seu investimento recuperado em 5 anos e poderá ter uma economia na sua conta de energia por mais 20 anos.
A energia solar fotovoltaica é vantajosa e rentável vale a pena investir!!
Esse foi mais um conteúdo para a plataforma Curiosidades da Area Elétrica e desenvolido por:
Autor: Rafael Vieira
Profissão: Engenheiro eletricista, Técnico em eletrotécnica e Professor e instrutor do SENAI
Experiência: Professor substituto da Universidade Federal Rural do Semi-Arido – Ufersa, professor e instrutor do SENAI, Engenheiro na RN Solar e técnico em eletrotécnica na Universidade Federal do Ceará – UFC.
Redes sociais:
Instagram @prof_rafavieria
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/rafael-vieira-1a7438134/
Contato:
WhatsApp +55 84 99621-7104
Links para leitura:
https://www.folhape.com.br/economia/economia/economia/2019/08/30/NWS,114505,10,550,ECONOMIA,2373-GERACAO-ENERGIA-SOLAR-ATINGE-GIGAWATT-BRASIL.aspx
http://www.absolar.org.br/noticia/artigos-da-absolar/os-guerreiros-da-geracao-distribuida-solar-fotovoltaica.html
