Formas de Aproveitamento da Energia Solar

A radiação solar é considerada uma fonte de energia renovável e não poluente. É cada vez mais utilizada para produção de energia eléctrica, para aquecimento de águas e para cozinhar, tanto por benefícios económicos como por poder ser utilizada em zonas de difícil acesso onde não há instalações eléctricas.
Em zonas desérticas, a radiação solar chega a ser focalizada para provocar a evaporação de grandes quantidades de água, de modo a que o vapor faça mover turbinas, gerando energia eléctrica.
Existem outras ameaças ao ambiente que podem afectar o futuro aproveitamento da energia solar. O escurecimento global, resultante das emissões poluentes de carbono e aerossóis, leva a que a intensidade da radiação solar que atinge a superfície terrestre seja cada vez menor.

Painéis solares fotovoltaicos
Um painel solar é um conjunto de células ligadas entre si que permitem a produção de energia eléctrica quando expostas à radiação solar. Cada uma dessas células é feita de um material semicondutor, que permite o fluxo de electrões apenas numa direcção, e gera uma corrente eléctrica devido ao efeito fotovoltaico.
A maioria dos painéis fotovoltaicos é constituída por uma camada exterior transparente, duas camadas de células de silício cristalino e um polímero base. A camada superior de silício é coberta por uma grelha metálica que recolhe os electrões e tem uma carga eléctrica negativa (silício tipo n). Já a camada inferior (silício tipo p) tem uma carga eléctrica positiva. Estas duas camadas são separadas por uma junção electricamente carregada que permite que os electrões transitem da camada inferior para a superior. Quando o painel é atingido pela radiação solar, parte dos fotões desta são absorvidos pelas camadas de silício, causando a libertação de alguns electrões. Estes atingem a superfície do painel, sendo recolhidos pelo circuito eléctrico externo, que os conduz à carga anexa (lâmpada, bateria, etc.). Estes electrões são depois reconduzidos até à camada inferior de silício. Quanto maior a intensidade da luz solar recebida (maior número de fotões), maior será o número de electrões libertados, sendo a produção de energia superior.
O material semicondutor pode não ser o silício cristalino, apesar de este ser o mais utilizado. Existem também os painéis de silício amorfo, como os das máquinas de calcular, e os denominados painéis de filmes finos. Para aplicações espaciais, utilizam-se outros materiais mais caros mas mais eficientes como o arsenieto de gálio.
Uma instalação de electricidade solar é constituída pelos painéis solares e outros acessórios como estruturas de instalação, cablagem, electrónica de controlo e, nos sistemas autónomos, baterias para acumular energia para uso posterior. Como não têm partes móveis, a sua manutenção consiste apenas numa limpeza ocasional da sujidade acumulada, assim como a monitorização das baterias. Quando não há sol, pode utilizar-se a energia acumulada em baterias ou, no caso de o sistema estar ligado à rede eléctrica, utilizar electricidade proveniente da mesma.
O tempo de vida de um painel solar eléctrico é normalmente de 25 anos, enquanto que os outros componentes da instalação, como as baterias ou circuitos electrónicos de controlo, têm uma duração útil de entre 3 a 15 anos. Quando chegam ao fim de vida útil, os painéis podem ser desmontados e os seus vários componentes reciclados ou reutilizados.
Apesar de nos anos setenta ter havido um grande investimento no seu desenvolvimento e um aumento considerável da sua utilização, devido à subida repentina e acentuada do preço dos combustíveis fósseis, a energia eléctrica solar só alcançou uma grande popularidade na última década. Este regresso à ribalta é devido a uma cada vez maior consciencialização do impacto da utilização de combustíveis fósseis e das emissões de gases poluentes no aumento do efeito de estufa e nas mudanças climáticas que hoje enfrentamos, mas também ao desenvolvimento da tecnologia e da indústria, que permite agora a utilização particular de painéis solares para produção de energia eléctrica.
Durante muitos anos, a indústria de painéis solares teve como mercado ideal os países subdesenvolvidos, onde existem milhões de pessoas sem acesso a electricidade, porém, recentemente, mudou o seu público-alvo. Ainda assim, o grande entrave à utilização em massa de energia eléctrica solar continua a ser o mesmo: o custo dos equipamentos. Segundo vários estudos, este obstáculo só poderá ser ultrapassado quando a procura aumentar de tal forma que o preço baixe até se tornar competitivo com o da electricidade convencional, ou quando o desenvolvimento tecnológico permitir a construção de painéis solares com matérias-primas e processos industriais menos dispendiosos.

Painéis/colectores solares térmicos
Os colectores solares térmicos utilizam a energia solar para aquecer água de um reservatório, que depois pode ser utilizada para aquecimento de ambientes e piscinas e para fins domésticos. Devem ser utilizados em conjunto com um esquentador ou caldeira, visto que a radiação solar em algumas épocas do ano não é suficiente para que a água atinja uma temperatura muito elevada. Apesar disso, permitem reduzir as emissões de gases poluentes resultantes da queima de gás natural, assim como as despesas mensais de electricidade ou gás para aquecimento de água.
O funcionamento de um colector solar baseia-se no efeito de estufa: a radiação solar incidente faz aquecer um fluido que circula no interior de tubos absorvedores metálicos, geralmente de cobre. Este fluido é normalmente uma mistura de água e glicol, sendo que os tubos metálicos são habitualmente revestidos de crómio negro para maximizar a absorção de energia, assim como o aumento da temperatura do fluido. O fluido aquecido circula depois por tubos que estão em contacto com um reservatório de água, levando ao seu aquecimento.
As placas de vidro deste tipo de painéis são transparentes à radiação solar, mas possuem um revestimento interior que não permite a emissão de radiação infra-vermelha para o exterior, provocando assim um efeito de estufa no interior do colector. Este revestimento, em conjunto com os restantes materiais isolantes do painel, leva a que o rendimento do colector seja máximo.
Existem vários tipos de painéis solares térmicos no mercado. Os colectores planos são geralmente utilizados para aquecimento de água para utilização doméstica, dado que permitem o armazenamento de água com temperaturas até 60 ºC e são de custo mais baixo. As suas coberturas de vidro de segurança conferem uma maior durabilidade e protegem o colector das condições climatéricas, além de que possuem um melhor isolamento térmico. Já os colectores de borracha sem cobertura são utilizados para aquecimento de água de piscinas ao ar livre apenas no Verão, dado que só funcionam com temperaturas exteriores superiores a 15 ºC. Estes últimos são de baixo custo, mas têm a desvantagem de terem bastantes perdas térmicas para o exterior.

Fornos solares

O forno solar é um equipamento que, ao concentrar os raios solares numa zona, permite aquecer o que aí for colocado, permitindo confeccionar alimentos e esterilizar água, entre outras utilizações. Os fornos solares são utilizados desde há muito tempo na Índia, China, Quénia, Afeganistão e Senegal, por exemplo, ou seja, em zonas onde existe escassez de combustíveis sólidos como a lenha e o carvão. Cerca de dois terços da população mundial depende diariamente de lenha para satisfação das suas necessidades energéticas, o que nas populações mais pobres representa dinheiro que poderiam utilizar para comprar alimentos. Além disso, a utilização de lenha como combustível leva a um abate anual nas florestas tropicais da ordem dos 20.000 a 25.000 km2.

Veja mais informação em Solar Cooking (em inglês).

Estufas
Uma estufa constitui um ambiente melhorado que permite a cultura de plantas não rústicas numa determinada zona, isto é, que não estão adaptadas às condições climatéricas da área. O calor originado pela acumulação de radiação solar devido à cobertura de vidro ou plástico assegura o desenvolvimento destas plantas, aumentando a produção em relação ao cultivo no meio natural.

Fontes de informação:
http://solar.fc.ul.pt/solar.htm
http://www.paineissolares.gov.pt/faq.html
http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=41&ID_area=8&ID_sub_area=26
http://ecoarkitekt.com/energias-alternativas/colectores-solares/
http://www.lamtec-id.com/energias/paineis.php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Escurecimento_global
http://www.amigosdomindelo.pt/energia/sol.htm
http://www.jorgeneto.eprofes.net/forno_solar.htm
http://www.loja.jardicentro.pt/product_info.php?products_id=383
Caldeira, Helena; Bello, Adelaide (2007), “Ontem e Hoje – Física e Química A – Física”, Porto: Porto Editora

Vauban, o bairro mais ecológico da Europa

A cidade de Vauban, na região sudoeste da Alemanha, quer construir uma comunidade modelo, da qual quer excluir uma das maiores aquisições da vida contemporânea – o automóvel. Este local, onde o cantar dos pássaros substituiu o barulho do trânsito e as crianças já podem brincar na rua, tem os seus defeitos. De acordo com Tony Paterson do The Independent, padece de “monoculturalismo de classe média”.
Os alemães deram ao mundo o Audi e a auto-estrada, mas eliminaram de Vauban tudo o que tivesse quatro rodas e um motor. Neste subúrbio da cidade universitária de Freiburg, canteiros de flores exuberantes substituem o que normalmente estaria estacionado à frente das aprumadas casas de classe média. Em vez do bulício do trânsito, os residentes ouvem o cantar dos passarinhos.
"Se quiser ter carro, tem de pagar cerca de 20 mil euros por um lugar", diz Andreas Delleske, um dos fundadores do projecto, "mas perto de 57 por cento dos residentes venderam o carro que tinham para usufruir do privilégio de viver aqui". Consequentemente, a maior parte dos residentes anda de bicicleta ou no “tram” que liga Vauban ao centro de Freiburg. Se quiserem um carro para ir de férias ou para fazer mudanças, alugam um ou entram num esquema de carro partilhado.

Como não há carros, os responsáveis pelo planeamento de Vauban prescindiram quase por completo das estradas. As ruas e os caminhos são todos empedrados ou cobertos de gravilha e os automóveis só têm autorização para passar quando vão descarregar bens essenciais. Viver sem carros é apenas o começo daquela que é considerada uma das experiências ecológicas mais bem sucedidas na Europa e encarada como um projecto para o futuro.

As elegantes casas de Vauban, cidade com 5300 habitantes, têm umas amplas varandas e umas enormes janelas de sacada que dão para uns pacatos jardins. A impressão geral é a de uma pessoa ter sido apanhada num anúncio da empresa IKEA. Mas se o aspecto do bairro é eminentemente classe média, há uma revolução ecológica a fervilhar no subsolo. Todas as janelas têm vidros triplos. O sistema de ventilação proporciona a todos os apartamentos um ar fresco permanente. A maioria das casas está equipada com painéis solares e motores cogeradores inteligentes, que funcionam a aparas de madeira para aquecimento e fornecimento de energia eléctrica. A maioria das casas de Vauban gera um excesso de energia eléctrica e vende a que não utiliza às companhias de distribuição e fornecimento de energia.

Delleske tem imenso orgulho no facto de a sua casa de 90 m2 ser aquecida por uns meros 114 euros ao ano. "Quase toda a gente paga isso pelo aquecimento de um mês", afirma. Prescindiu da canalização das sanitas, chuveiros e lavatórios: os resíduos são transformados em composto nas sanitas biológicas e a água do banho e da lavagem da louça é filtrada e utilizada no jardim.

Vauban começa a ser conhecida. Todos os dias chegam seis ou sete camionetas de excursionistas – que estacionam nos subúrbios. À entrada, são saudados pelo slogan: "Estamos a construir o nosso mundo". Mas as origens deste subúrbio distanciam-se de todo este idealismo. Tudo começou em 1937, ao servir de aquartelamento ao exército da Wehrmacht de Hitler. No final da II Guerra Mundial, foi ocupada pelo exército francês e recebeu o nome de Bairro Vauban. Após a reunificação alemã e a retirada dos franceses, o bairro foi entregue à cidade de Freiburg, em 1994.

Pouco depois, um grupo de pessoas, quase todas da classe média e com uma grande consciência ecológica, criou o Fórum Vauban e entrou em negociações com a autarquia local. Nessa medida, foi criada uma comissão para desenhar casas ecologicamente sustentáveis. A maior parte dos edifícios militares do período nazi foi deitada abaixo e a reconstrução do local contou com a participação de mais de 60 arquitectos.

O projecto faz-nos pensar na força do movimento ecologista alemão. A autarquia de Freiburg é liderada por uma coligação de vereadores conservadores e dos Verdes, com estes últimos a ocupar a maioria dos mandatos. Nas últimas europeias, os Verdes conseguiram cerca de 60 por cento dos votos em Vauban. Este bairro também contraria a reputação da Alemanha de ter uma das mais baixas taxas de natalidade do mundo: cerca de 30 por cento dos seus habitantes têm menos de 18 anos. Ute e Frank Lits mudaram-se há cinco anos. Os filhos, de seis e 10 anos, quando saem do T4 da família no valor de 250 mil euros ficam logo no meio de um jardim comunitário. "Queríamos comprar uma casa e os princípios ecológicos desta localidade agradaram-nos", referiu Ute Lits. "Mas a razão principal é Vauban ser perfeita para as crianças. Têm um tipo de liberdade que muito dificilmente se encontraria num normal apartamento de cidade."

Não há nada que atormente o admirável mundo novo de Vauban, a não ser o tipo de monoculturalismo de classe média. No exterior de um antigo edifício nazi, actualmente a funcionar como restaurante orgânico, onde se comem uns ravioli de ricotta e carne de avestruz, é difícil encontrar alguém, novo ou velho, que não seja europeu. Wolfgang Konradi, animador sociocultural, diz que os adolescentes do bairro se comportam como qualquer jovem daquela idade. "O problema maior são os pais que vivem na expectativa de os filhos serem cidadãos exemplares", lamenta. Ina, sua mulher, acrescenta: "Isto aqui é muito agradável, mas é um pouco como se vivêssemos numa campânula de vidro. Acho que não gostaria de viver aqui para sempre."


Fonte: http://www.presseurop.eu/pt/content/article/43331-vauban-cidade-alema-sem-carros

O Futuro das Energias Renováveis

Como se pode verificar pela observação do gráfico acima, estima-se que a utilização das Energias Renováveis irá aumentar significativamente nos próximos anos. Pelo contrário o uso das fontes de energia não renováveis terá uma forte tendência para diminuir. Isto deve-se principalmente aos avanços na tecnologia e descobertas realizadas nesta área.
Se, futuramente, os dados do gráfico se verificarem a contribuição do ser humano para o meio ambiente irá aumentar, mas será que vamos a tempo de corrigir os nossos erros para com o nosso Planeta?


Fontes:
- http://elepot.dei.uminho.pt/Site_Elepot/simposios/apresentacoes/mafalda.pdf

Componentes de um aerogerador

Um Parque Eólico é constituído por um conjunto de aerogeradores, sendo cada um dos quais constituído por vários elementos.

1) A Caixa Multiplicadora ou Multiplicador Mecânico de Velocidade tem a finalidade de transmitir a energia mecânica entregue pelo eixo do rotor até ao gerador e é composta por eixos, engrenagens de transmissão e acoplamentos.

2) Sistema de refrigeração. Existem 2 sistemas de refrigeração: um para a caixa multiplicadora que suporta os esforços mecânicos entre os dois eixos e outro para o gerador eléctrico. Este sistema trata-se de ventiladores ou de radiadores a água ou óleo.

3) O sistema de controlo electrónico gere o arranque da turbina, a orientação das pás e a paragem, bem como a orientação do conjunto face à direcção do vento.

4) O gerador eléctrico é responsável pela produção de electricidade. Transforma a energia mecânica de rotação em energia eléctrica através de equipamentos de conversão electromecânica. O tipo de gerador influencia o comportamento do aerogerador e as suas interacções com a rede e pode ser de dois tipos:

- Gerador Síncrono
- Gerador Assíncrono

5) Os instrumentos para medição do vento são de dois tipos:

- Sensor de Direcção
- Anemómetro (mede a velocidade)

Os dados são transmitidos à unidade de controlo que efectua a regulação do aerogerador de forma automática.

6) O sistema de orientação permite a orientação da turbina face à direcção do vento e a sua “fixação” através de um travão.

7) As pás ou captor de energia têm como função é captar a energia do vento e transferi-la para o rotor. A potência desejada depende do diâmetro das pás:

Diâmetro: 7 m Potência: 10 kW
Diâmetro: 27 m Potência: 0,2 MW
Diâmetro: 72 m Potência: 2 MW

O número de pás pode variar consoante os aerogeradores. Actualmente, o sistema de três pás é o mais utilizado pois permite limitar as vibrações, o barulho e o desgaste do rotor, sendo o que tem a maior potência.

8) O Rotor é o componente do sistema eólico responsável por captar a energia cinética dos ventos e transformá-la em energia mecânica de rotação. A configuração do rotor influencia o rendimento global do sistema, existindo dois tipos de rotores:

- Rotores de Eixo Horizontal

- Rotores de Eixo Vertical

O cubo do rotor permite a orientação das pás de forma a regular a velocidade de rotação da turbina.

9) A Torre é necessária para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o seu funcionamento.

10) Eixo secundário. Está equipado de um travão (dispositivo de segurança) que limita a velocidade em caso de vento violento.


A implantação de um Parque Eólico, para além dos aerogeradores, implica a instalação no local de outros elementos tais como uma subestação de recepção da energia proveniente do aerogeradores e cabos subterrâneos de ligação para o transporte da energia eléctrica.

Fontes:
-http://e-lee.ist.utl.pt/realisations/EnergiesRenouvelables/FiliereEolienne/eolien.htm
-http://aiacirca.apambiente.pt/Public/irc/aia/aiapublico/library l=/aia1868_necessidades/resumo_no_tcnico/rnt_aditpdf/_PT_1.0_&a=d
-http://elepot.dei.uminho.pt/Site_Elepot/simposios/apresentacoes/mafalda.pdf~

Os materiais mais utilizados na confecção de células fotovoltaicas

Os materiais mais utilizados na confecção de células fotovoltaicas são:

• Silício monocristalino (mono-Si)
• Silício policristalino (poly-Si)
• Silício amorfo (a-Si)

A melhor eficiência na transformação de energia solar em eléctrica é obtida com as células de silício monocristalino, o rendimento destas células é da ordem dos 18 %. Infelizmente, estas células são as mais caras.

As células de silício policristalino apresentam rendimento da ordem de 16% e são mais baratas que as anteriores devido à menor energia necessária para a sua fabricação e melhor aproveitamento de material.

As células de silício amorfo são as mais baratas mas o seu rendimento é baixo (da ordem de 8%).

A tendência do custo das células é cair, devido à melhoria na tecnologia de fabricação e ao aumento, em larga escala, da sua utilização

A imagem a seguir mostra células fotovoltaicas feitas com diferentes materiais

Fonte:
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?link=/casa_solar/visitavirtual.htm

Perdas e rendimentos dos painéis solares

O rendimento do painel depende da radiação solar, da temperatura, da tensão e da sujidade do painel. O valor nominal do rendimento é fornecido pelos fabricantes. Caso não seja fornecido directamente pode ser deduzido a partir da potência de pico e da área do painel. A potência de pico é a máxima potência que o painel consegue debitar em condições de teste standard.
hp=100 * (p / A)
hp - rendimento do painel (%)
p - potência de pico do painel (kW)
A - área do painel (m2)
O rendimento e a potência de pico devem ser calculadas para as condições STC (standard test conditions) radiância solar de 1kW/m2 e a uma temperatura de 25C. As perdas na bateria são devidas essencialmente a dois factores: auto descarga da bateria e nível de tensão demasiado alto, impedindo que o painel esteja no seu ponto de funcionamento de máxima potência. Para corrigir este último tipo de perdas deve proceder-se a um correcto dimensionamento do regulador de carga.

Construção da Maquete

Esta mensagem foi elaborada pelos alunos Vitor Viana e Vitor Soares.