Energia solar

Uma alternativa sustentável

(01) Introdução

ESTADO DA ARTE

Definição do projeto: Elaboração de material a respeito de energia solar e desenvolvimento de atividades para alunos de ensino técnico do Programa Institutos Politécnicos UFRJ.

Definição do problema: Entender como funciona um sistema de energia solar; quais os equipamentos utilizados na sua construção; quais os benefícios que o seu uso pode trazer para a sociedade; de que maneira é possível construir um.

Fatos observados: A energia solar é uma fonte de energia renovável obtida pela conversão de energia luminosa em energia elétrica. É uma energia limpa, não poluente, confiável, racional, que não requer manutenção e não consome nenhum combustível. Por essas razões, pode ser utilizada em inúmeras aplicações. No Brasil, onde somos privilegiados pelo Sol, existem milhares de instalações para eletrificação rural, cercas elétricas, bombeamento de água e telecomunicações que usam Energia Solar.

Para a utilização da energia que vem do Sol algumas tecnologias podem ser aplicadas:

  • Coletor solar: A radiação solar pode ser absorvida por coletores solares, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas (inferiores a 100ºC). O uso dessa tecnologia ocorre predominantemente no setor residencial, mas há demanda significativa e aplicações em outros setores, como edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes, hotéis e similares. Esse sistema de aproveitamento térmico da energia solar, também denominado aquecimento solar ativo, envolve o uso de um coletor solar discreto. O coletor instalado normalmente no teto das residências e edificações. Devido à baixa densidade da energia solar que incide sobre a superfície terrestre, o atendimento de uma única residência pode requerer a instalação de vários metros quadrados de coletores. Para o suprimento de água quente de uma residência típica (três ou quatro moradores), são necessários cerca de 4 m2 de coletor.
                                                                                  
                                                                                                                        COLETOR SOLAR
  • Concentrador solar: O aproveitamento da energia solar aplicado a sistemas que requerem temperaturas mais elevadas ocorre por meio de concentradores solares, cuja finalidade é captar a energia solar incidente numa área relativamente grande e concentrá-la numa área muito menor, de modo que a temperatura desta última aumente substancialmente. A superfície refletora (espelho) dos concentradores tem forma parabólica ou esférica, de modo que os raios solares que nela incidem sejam refletidos para uma superfície bem menor, denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido. Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas e índices de eficiência que variam de 14% a 22% de aproveitamento da energia solar incidente, podendo ser utilizada para a geração de vapor e, conseqüentemente, de energia elétrica. Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena área exige algum dispositivo de orientação, acarretando custos adicionais ao sistema, os quais tendem a ser minimizados em sistemas de grande porte.
Energia Solar Térmica
                                                                                                                        CONCENTRADOR SOLAR
  • Conversão direta da radiação solar em energia elétrica: Além dos processos térmicos descritos acima, a radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por meio de efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro se caracteriza pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela junção de dois metais, quando tal junção está a uma temperatura mais elevada do que as outras extremidades dos fios. Embora muito empregado na construção de medidores de temperatura, seu uso comercial para a geração de eletricidade tem sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos elevados dos materiais. O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia) e é composto por três elementos principais: os painéis fotovoltaicos, os controladores de carga e as baterias. Os painéis fotovoltaicos são compostos por estruturas chamadas células fotovoltaicas, que têm a propriedade de criar uma diferença de potencial elétrico por ação da luz. O efeito fotovoltaico faz com que essas células absorvam a energia do sol e façam a corrente elétrica fluir entre duas camadas com cargas opostas. Os materiais mais frequentemente usados para a fabricação destas células são o silício cristalino e o arsenieto de gálio. Um conjunto de células formam cristais, que são posteriormente cortados em pequenos discos polidos, que são as pequenas bolinhas que vemos nos painéis. Com a adição de fósforo e condutores metálicos, formam-se as células, que são posteriormente fixadas num painel rígido ou flexível e que recebe uma placa de vidro na face frontal para proteção das células. O segundo elemento, o controlador de carga, é um dispositivo de fundamental importância para preservar as baterias, aumentando sua vida útil. As baterias são os elementos que armazenas energia. Com o auxílio delas, os consumidores podem usar à noite ou em períodos de mau tempo a energia irradiada em dias de sol. 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. Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25% (GREEN et al., 2000).
                                                                                                              PAINEL FOTOVOLTAICO

OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo apresentar os multiplos usos da Energia Solar, bem como seu histórico. Além disso, iremos propor uma atividade para que os alunos possam interagir com o tema.

JUSTIFICATIVA

A energia necessária para realizar um trabalho pode ser obtida através da relação entre a força de aplicação e o deslocamento.

Inicialmente a única energia usada era a força humana. Com o tempo, passou-se a usar a tração animal, moinho de vento e água.

Com o advento de máquinas a vapor, passou-se a utilizar a queima de carvão para gerar energia, iniciando a Primeira Revolução Industrial em meados do século XVIII.

A Segunda Revolução Industrial deu-se na segunda metade do século XIX e tem como marco avanços nas áreas química, elétrica, petrolífera e de metalúrgica.

Já a terceira Revolução Industrial tem como característica o investimento em nanotecnologias, robótica e sistemas de informação avançados.

Devido ao uso indiscriminado de combustível fóssil – amplamente disseminado após a Primeira Revolução Industrial – o mundo atual sofre com questões ambientais graves, notadamente o Aquecimento Global.

O Aquecimento Global é a intensificação de um processo natural, o Efeito Estufa – manutenção da temperatura do planeta dentro de uma determinada faixa graças à absorção de parte da energia solar por determinados gases. Essa é a faixa apropriada para o desenvolvimento dos organismos.

No intuito de diminuir emissões de poluentes oriundos da queima dos combustíveis fósseis, vem-se investindo maciçamente em fontes alternativas de energia principalmente nas tecnologias nuclear, eólica, hidrelétrica e solar.

Este trabalho tem como objetivo apresentar os principais fundamentos e conceitos do aproveitamento da energia solar bem como propor atividades relacionadas a esta alternativa energética.

METODOLOGIA

Para a realização do presente trabalho foi feita uma compilação de informações coletadas em sites, livros e vídeos.


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