T
E O R I A (Referencial Físico
Matemático) |
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1. GERAÇÃO
DE ELETRICIDADE A PARTIR DE ENERGIA SOLAR
Energia solar é a designação
dada a qualquer tipo de captação de energia radiante
(e, em certo sentido, da energia térmica) proveniente do
Sol, e posterior transformação dessa energia captada
em alguma forma utilizável pelo homem, seja diretamente para
aquecimento de água ou como energia elétrica ou mecânica.
No seu movimento de translação ao
redor do Sol, a Terra recebe 1410W/m² de energia,
medição feita numa superfície normal (em ângulo
reto) com o Sol. Disso, aproximadamente 19% são absorvidos
pela atmosfera e 35% são refletidos pelas nuvens. Ao passar
pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está
na forma de luz visível e luz ultravioleta. Existem múltiplas
formas para o aproveitamento dessa energia solar que chega à
superfície de nosso planeta.
A transformação de energia solar
em eletricidade é uma das formas mais importantes de emprego
da energia solar, pois representa a possibilidade da geração
de eletricidade a partir de uma fonte de energia renovável
e limpa.
A geração de eletricidade a partir de energia solar
tem-se realizado de duas formas fundamentais.
a) Por conversão
direta
A conversão direta é realizada a partir de células
fotovoltaicas. Nesta conversão a energia solar atinge uma
célula fotovoltaica e gera eletricidade, sem outra transformação
intermédia.
A célula fotovoltaica
consiste numa camada única e de grande superfície
de díodo de junção (junção de
materiais semicondutores, conhecida como junção p-n).
Esta célula possui a capacidade de gerar uma corrente elétrica
utilizável a partir de uma quantidade de luz incidente, com
os comprimentos de onda da luz solar. Estas células são
normalmente feitas utilizando-se placas de silício.
A composição de múltiplas células conectadas
umas com outras, em disposições em série e
paralelo, dão forma aos painéis fotovoltaicos, os
quais constituem a forma comum em que conhecemos estes geradores.
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Painéis fotovoltaicos para geração de energia
elétrica.
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A geração
de eletricidade por painéis fotovoltaicos não emprega
nenhum elemento dinâmico, razão pela qual é
muito simples sua montagem e manutenção.
O uso de múltiplos painéis solares permite a entrega
da energia que se demanda pelo usuário. Assim, se encontram
aplicações onde apenas se empregam algumas células
fotovoltaicas para o fornecimento de energia, como nas pequenas
calculadoras de bolso, e outras aplicações de tamanho
médio onde se utilizam uns poucos painéis, como na
alimentação de energia elétrica de residências
individuais ou pequenas escolas rurais. Mas também, existem
aplicações de maiores dimensões, onde centos
e milhares de painéis fotovoltaicos ficam ligados formando
verdadeiras centrais de geração de eletricidade que
podem fornecer energia a um considerável número de
usuários.
b) Por conversão indireta
A conversão indireta da energia solar em eletricidade se
produz numa central térmica, semelhante a uma termelétrica.
A central de geração elétrica a partir de energia
solar apenas se diferencia da termelétrica na fonte de calor
usado para o funcionamento do gerador de vapor. Na termelétrica
utiliza-se um combustível para aquecer a água e produzir
o vapor que move a turbina, que faz girar o gerador elétrico.
Na central solar a energia radiante solar, comumente, é concentrada
por meio de espelhos parabólicos sobre superfícies
absorvedoras (geralmente superfícies escuras), as quais aquecem
a água (ou outro fluido usado), transformando-a em vapor
para enviá-la à turbina e fazer girar o gerador elétrico.
As centrais solares de geração elétrica
por via indireta apenas se justificam para potências relativamente
grandes (da ordem de milhares de quilowatt), pois o custo de investimento
não é viável para baixas potências. O
esquema das centrais compõe-se com múltiples elementos,
alguns dos quais são roto-dinâmicos (como a turbina
e o gerador elétrico), assim sua operação e
montagem é muito mais complexa que no caso da geração
elétrica com painéis fotovoltaicos.
Como observado, a conversão fotovoltaica
é muito mais adaptável às aplicações
de diferentes capacidades e também, mais simples para sua
utilização.
1.2 Vantagens e desvantagens da energia solar
Vantagens:
- A eletricidade gerada a partir de energia solar é
limpa, isto é, não polui o meio ambiente durante
seu uso. Embora exista poluição durante a
fabricação dos equipamentos necessários
para a construção dos painéis solares,
esta é totalmente previsível, utilizando as
formas de controles existentes atualmente.
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- As centrais fotovoltaicas necessitam de manutenção
mínima.
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- Os painéis solares são a cada dia mais potentes
ao mesmo tempo em que seu custo vem decaindo. Isso torna
cada vez mais a geração de eletricidade a
partir de energia solar uma solução economicamente
viável.
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- A geração de eletricidade a partir de energia
solar é excelente em lugares remotos ou de difícil
acesso, pois a instalação de painéis
fotovoltaicos em pequena escala em ditos locais, evita os
enormes investimentos em linhas de transmissão para
transportar a eletricidade e as perdas de energia na transmissão.
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- Em países tropicais, como o Brasil, a geração
de eletricidade a partir de energia solar é viável
praticamente em todo o território, embora seja muito
mais competitiva em locais longe dos centros de produção
energética.
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Desvantagens:
- Os preços da eletricidade de produção
solar ainda são muito elevados em relação
aos preços da eletricidade gerada por outros meios
de transformação da energia.
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A energia elétrica gerada a
partir de energia solar não é constante
no tempo, pois as quantidades produzidas variam de acordo
com a situação climática (chuvas,
nuvens, etc.) e com o horário no dia, assim, durante
a noite não existe produção alguma.
Em locais onde os painéis solares não estejam
ligados à rede de transmissão de energia,
isto obriga à utilização de meios
de armazenamento da energia elétrica produzida
para poder fornecer eletricidade nos períodos de
ausência de produção (de sol).
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Locais em latitudes médias e
altas, também apresentam dificuldades pois sofrem
quedas bruscas na geração de eletricidade
via solar durante os meses de inverno, devido à
menor disponibilidade diária de energia solar.
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As formas para o armazenamento da energia
elétrica gerada a partir da energia solar são
pouco eficientes quando comparadas com outras formas de
armazenar energia, como exemplo, com os combustíveis
fósseis (carvão, petróleo e gás),
com a energia hidroelétrica (água) ou com
a biomassa (bagaço da cana).
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1.3 Curiosidades da energia solar fotovoltaica
- Em 2004, a capacidade instalada de energia fotovoltaica mundial
era de 2,6GW (2,6.106kW), cerca de
18% da capacidade instalada de Itaipu.
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Os principais países produtores de
energia fotovoltaica no mundo são Japão (com 1,13.106kW
instalados), Alemanha (com 7,94.105kW) e
Estados Unidos (3,65.105kW). Curiosamente,
todos estes países estão situados em latitudes
médias e altas.
- A maior central solar fotovoltaica do mundo fica situada em
Alentejo, Portugal e tem capacidade de 1,1.104kW.
Entrou em funcionamento em 27 de Março de 2007.
2. GERAÇÃO DE ELETRICIDADE
A PARTIR DE ENERGIA EÓLICA A
energia eólica é a energia que provém
do vento. O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente
ou relativo a Éolo, deus dos ventos na mitologia grega e,
portanto, pertencente ou relativo ao vento.
A energia eólica tem sido aproveitada desde
a Antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para
fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás.
Nos moinhos de vento a energia eólica era transformada em
energia mecânica, utilizada na moagem de grãos ou para
bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação
de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Países
Baixos.
A transformação da energia eólica
em elétrica é produzida por um dispositivo conhecido
como aerogerador. O aerogerador é constituído por
uma turbina eólica acoplada a um gerador elétrico.
A turbina tem a forma de um cata-vento ou moinho.
O vento que transporta energia eólica faz girar a turbina
e esta move o gerador elétrico. Na atualidade utilizam-se
grandes turbinas colocadas em lugares de muito vento para a geração
de eletricidade.
Os aerogeradores se concentram em parques eólicos
usados para conseguir uma alta produção de energia
elétrica, mas também podem ser usados isoladamente,
para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão.
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2.1
Vantagens da energia eólica
- A energia eólica é renovável (não
se esgota), limpa, amplamente distribuída globalmente
e, se utilizada para gerar eletricidade, pode substituir
fontes de combustíveis fósseis.
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- Auxilia na redução do efeito estufa, pois
não gera gases.
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A energia eólica é hoje considerada uma das mais promissoras
fontes naturais de energia. 2.2
Desvantagens da energia eólica
- Embora os custos de manutenção sejam muito
baixos nas instalações aerogeradoras, os investimentos
para as instalações eólicas ainda são
muito altos.
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Os ecologistas atribuem dois problemas
fundamentais a esta forma de geração elétrica,
a contaminação sonora produzida pelos aerogeradores
e o dano que podem causar na fauna, pelos riscos de colisões
das pás com animais silvestres voadores.
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2.3 Curiosidades da energia
eólica
- Em 2005, a capacidade mundial de geração
de energia elétrica através da energia eólica
era de 59GW (5,9.107kW), o
suficiente para abastecer as necessidades básicas
do Brasil.
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- Os principais países produtores de energia elétrica
a partir de energia eólica no mundo são Espanha
(8,26.106kW instalados), Alemanha e
Estados Unidos.
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- Na Dinamarca, 23% da produção de energia
elétrica total é baseada em energia eólica.
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REFERÊNCIAS
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- TABARES, R. H. et al. Eletrostática:
software educacional. Rio de Janeiro: Passo a
Passo Tecnologia em Educação e Treinamento,
2005.
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- TABARES, R. H. et al. Eletrodinâmica:
software educacional. Rio de Janeiro: Passo a
Passo Tecnologia em Educação e Treinamento,
2005.
|
- TABARES, R. H. et al. Eletromagnetismo: software
educacional. Rio de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia
em Educação e Treinamento, 2005.
|
- TABARES, R. H.et al. Laboratório interativo
de eletromagnetismo: software educacional. Rio
de Janeiro: Passo a Passo Tecnologia em Educação
e Treinamento, 1999.
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