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Alternativa econômica - Energia Solar (MA014)

 

A energia elétrica gerada a partir usinas hidroelétricas e nucleares é barata e pode atingir uma grande parte dos pontos de consumo. No entanto, existem casos em que os cabos de energia não podem chegar até esses consumos ou ainda em que o próprio consumo não compensa sua instalação. Para estes a solução mais interessante está na utilização da energia solar. Para os leitores que estão em locais em que a energia solar pode ser a melhor alternativa para solucionar problemas especiais de energia, a instalação do sistema pode constituir-se numa excelente fonte de renda. Veja neste artigo quais são os casos em que a energia soldar é interessante e como se tornar um instalador do sistema. (Apesar deste artigo ter sido escrito em 1997, as idéias básicas ainda são válidas. Hoje contamos com tecnologias de células solares muito melhores, inclusive as chamadas células flexíveis de maior rendimento.)

 

 

A energia elétrica gerada a partir da luz do sol, que é totalmente grátis, tem sido analisada como alternativa ideal para o futuro, com especial destaque para os países do terceiro mundo.

No entanto, ainda não estamos tecnicamente em condições de substituir a energia gerada da forma convencional por usinas e transmitida por cabos até nossas casos, pela energia gerada e consumida no local a partir da luz solar.

O que ocorre é que os dispositivos que podem converter energia solar em eletricidade ainda não têm um rendimento suficientemente elevado para permitir que eles alimentem uma residência que tenha o consumo a que estamos acostumados.

Além disso, se bem que a energia seja grátis, o custo do dispositivo seria muito alto para a potência exigida.

Pode ser que no futuro novos dispositivos tenham custos menores e maiores rendimentos permitindo a substituição gradual da energia elétrica gerada da forma convencional pela energia elétrica gerada a partir da luz do Sol.

No entanto, isso não significa que a energia solar não seja viável atualmente em algumas aplicações, muito pelo contrário.

Se precisarmos de potências pequenas e médias em condições especiais que não seja possível o fornecimento da energia convencional a energia solar pode ser muito interessante.

Se o leitor souber analisar os casos em que essa forma de energia seja interessante economicamente e tecnicamente, e além disso souber como instalar o sistema, isso pode lhe significar uma nova fonte de renda.

A finalidade deste artigo é justamente esta. Vamos mostrar ao leitor em que condições a energia solar é interessante e como fazer sua instalação.

 

 

CALOR E ELETRICIDADE

O primeiro ponto importante na nossa análise é mostrar a diferença que existe entre a energia solar usada para aquecimento (de água, por exemplo) e a energia solar usada para se obter eletricidade. São dois processos totalmente distintos. Um nada tem a ver com o outro e o leitor que pretende ser um instalador deve estar atento a isso.

O aquecimento solar consiste em painéis que colher a energia solar de modo a aquecer água. Não existe nenhum dispositivo que envolva eletricidade no processo a não ser um eventual bombeamento da água por meio de bombas acionadas por energia elétrica comum (a partir da rede de energia). Na figura 1 mostramos um exemplo de instalação desse tipo.

 

 

Por outro lado, a energia elétrica a partir da luz solar ou energia solar é obtida a partir de painéis que contém dispositivos semicondutores que convertem a energia radiante em eletricidade na forma de uma corrente, conforme mostra a figura 2.

 

O Sol emite energia na forma de ondas eletromagnéticas que se espalham por uma boa faixa do espectro a uma razão de mais de 1 kW por metro quadrado na maioria dos locais do mundo.

Evidentemente, a potência que podemos obter por metro quadrado depende do ângulo de incidência da luz, conforme mostra a figura 3, de modo que o valor dado de 1 kW consiste num valor médio.

 

 

O fato é que os painéis podem fazer a conversão de uma pequena parcela dessa energia em eletricidade. Essa eletricidade pode então ser usada para alimentar dispositivos elétricos ou então carregar uma bateria para ser usada posteriormente.

Numa escala menor temos células que alimentam calculadoras e relógios a partir da luz ambiente. Numa escala maior podemos ter energia para alimentar motores, televisores, equipamentos de sinalização, etc.

Evidentemente, teremos tanto mais energia elétrica quanto maior for a superfície do dispositivo que faz a conversão.

 

 

COMO FUNCIONA

Existem diversas tecnologias que permitem converter energia solar (luz) em energia elétrica. No entanto, a mais usada e que é adotada pela Siemens, faz uso do silício monocristalino.

Conforme mostra a figura 4, a célula básica é formada por uma fatia de silício monocristalino dopado com impurezas de modo a ter duas regiões semicondutores separadas por uma região de junção.

 

 

Quando a luz incide neste material, elétrons são libertados tornando-se portadores de cargas e que, movimentando-se pelo material fazem com que apareça uma diferença de potencial entre as regiões.

O resultado é que a energia gasta neste processo de liberação dos elétrons pode ser recuperada pela corrente que circula numa carga entre os materiais. Em outras palavras, a energia gasta na liberação dos elétrons se transforma em energia elétrica.

Cada célula pode fornecer uma tensão em torno de 1 Volt com alguns miliampères por centímetro quadrado. Isso significa que, para termos maior tensão e maior corrente (resultando portanto em maior potência) devemos associar estas células em série e em paralelo.

O que se faz na prática e á montagem em painéis padronizados conforme mostra a figura 5.

 

A Siemens, por exemplo, faz painéis com tensões de 12 V e que podem fornecer diversas potências, conforme as necessidades do consumidor.

Veja que o fator mais importante a ser considerado ao se pensar na implantação de um sistema de energia solar é que o material semicondutor não se desgasta com a conversão de energia, o que lhe garante uma durabilidade de pelo menos 10 anos, mesmo exposto as condições do tempo.

 

 

OS PAINEIS DA SIEMENS (Ver no site da empresa produtos mais modernos)

Os painéis básicos da Siemens podem ser usados de forma independente ou associados de modo a se obter quantidades maiores de energia. Estes painéis possuem uma garantia de 10 anos e uma expectativa de vida de 20 anos.

O tipo básico mostrado na figura 6 é o M65 e tem uma capacidade de fornecimento de 12 Ah por dia de sol.

 

Para um local que tenha uma taxa de incidência de energia solar de 1 kW/m2 o painel de 1 metro x 33 cm gera uma potência de 43 watts o que significa um rendimento da ordem de 13%.

Este painel pode ser usado para carregar uma bateria de 100 Ah (Delco 2000 ou equivalente) em alguns dias.

Na figura 7 temos o modo como esse painel deve ser instalado.

 

Levando-se em conta que no nosso hemisfério a trajetória do Sol no firmamento tem uma elevação que depende do dia ano, mas normalmente está ao norte, o posicionamento do painel é o mostrado na figura.

A elevação do painel será tanto maior quanto mais ao sul estiver o local de sua instalação. Essa elevação também vai se alterar com as estações do ano, sendo maior no inverso, conforme mostra a mesma figura

 

 

ONDE USAR

Os painéis podem ser basicamente usados de duas formas: alimentação direto ou com carga de bateria.

Na alimentação direta eles acionam o dispositivo diretamente a partir da energia que geram, o que significa que neste caso eles devem operar na presença do sol.

Na alimentação indireta, o painel carrega uma bateria que fornece então sua energia vagarosamente ou durante à noite aos dispositivos alimentados.

Um exemplo seria o uso da energia num sistema de sinalização noturna ou ainda para uso doméstico, conforme mostra a figura 8.

 

 

O sistema pode prever ainda o uso de inversores para que os 12 V de um painel sejam convertidos em alta tensão alternada para alimentação de eletrodomésticos ou aparelhos eletrônicos comuns.

 

 

UMA APLICAÇÃO INTERESSANTE

Para o leitor que pretende se tornar um instalador de energia solar temos uma sugestão dada num manual da própria Siemens que consiste num sistema de Cerca Elétrica.

Este sistema, ideal para propriedades não eletrificadas ou ainda em que o custo de se puxar um cabo até o local de confinamento do gado seja elevado, tem seu diagrama mostrado na figura 9 e pode ser vendido na forma de kit. (ver observação).

 

O módulo solar é o elemento básico deste kit, sendo do tipo T5 de 5W/15,5V e que fornece uma tensão de 12V suficiente para alimentar uma bateria selada de 12V/54A.

Esta capacidade da bateria, associada as características do sistema eletrificador dão ao sistema uma autonomia suficiente para permitir um funcionamento sem interrupções em qualquer região do Brasil.

O equipamento Cerca Elétrica conta já com o inversor que gera a alta tensão de eletrificação das cerca.

A Siemens fornece um folheto completo com o modo de se fazer a instalação do sistema e fornece também uma lista de distribuidores do equipamento em todo o país. Os leitores interessados podem entrar em contacto com a Siemens no sentido de obter informações sobre a eventual aquisição do Kit para instalação em propriedades de seus clientes.

Obs: lembramos que deve ser considerada a data em que foi escrito o artigo. Assim, os leitores devem consultar a empresa sobre eventual existência de produtos mais modernos.

 

 

OUTRAS APLICAÇÕES IMPORTANTES

Algumas sugestões podem ser úteis para que o leitor saiba onde a energia solar pode ser interessante:

 

  • Casos em que não é possível ter a eletricidade da forma comum, ela pode ser usada para carregar baterias que alimentariam lâmpadas, televisores e outros aparelhos de pequeno consumo à noite.
  • Em estações retransmissoras (TV em UHF, por exemplo) situadas em morros, não seria preciso levar a energia  por meio de cabos. Ela seria gerada no local, carregando baterias.
  • Em barcos, pode-se obter energia para a carga da bateria.
  • Em campos de pouso isolados a energia pode ser usada na carga de baterias para partida de aeronaves e alimentação dos equipamentos sem a necessidade de geradores de outros tipos.

 

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