O AQUECIMENTO DE ÁGUA Á PARTIR DE ELETRICIDADE PRODUZIDA POR CÉLULAS FOTOVOLTAICAS.

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Toledo Engenharia Civil

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AQUECIMENTO DE ÁGUA Á PARTIR DE ELETRICIDADE PRODUZIDA POR CÉLULAS FOTOVOLTAICAS.

TOLEDO-PR

NOVEMBRO/2016

AQUECIMENTO DE ÁGUA Á PARTIR DE ELETRICIDADE PRODUZIDA POR CÉLULAS FOTOVOLTAICAS.

        

Pesquisa bibliográfica apresentada à disciplina de Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, como Atividade Prática Supervisionada.

Orientador: Prof. Calil Abmanssur

TOLEDO-PR

NOVEMBRO/2016

SUMÁRIO

1        INTRODUÇÃO        4

2        SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA FOTOVOLTAICO.        4

2.1        Sistema fotovoltaico        5

2.1.1 Princípio de funcionamento        5

2.1.2 Colocação dos painéis fotovoltaicos        6

2.1.3 Distribuição e armazenamento da energia elétrica proveniente do sistema fotovoltaico.        7

2.1.4 Projeto e dimensionamento das placas fotovoltaicas.        9

2.1.5 Instalações do sistema fotovoltaico.        11

3        ESTUDO DE CASO- UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA AQUECER ÁGUA EM RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR.        11

4        CONCLUSÃO        13

REFERÊNCIAS        14

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1. INTRODUÇÃO

Atualmente, no planeta, muito se tem ouvido falar em crise energética, principalmente devido à escassez de recursos naturais utilizados na geração de energia. No Brasil, embora boa parte da produção energética provenha de hidrelétricas, os baixos níveis dos rios fazem com que medidas tenham de ser tomadas para suprir as necessidades do país, entre elas, a mais utilizada é a queima de combustíveis, sendo alguns exemplos, carvão mineral e derivados de petróleo, que além de limitados, causam poluição através da emissão de gases do efeito estufa assim como a energia nuclear.

Por outro lado, segundo Tiradentes (2007, p. 11-12) o sol é considerado uma fonte inesgotável de energia, transmitindo para a Terra aproximadamente 1,7 x 1017W por ano, o que representa cerca de 1000 vezes o consumo mundial. Neste contexto, abordar-se-á o uso de energia solar para a produção de energia elétrica a partir de células fotovoltaicas, visto que o sol funciona como um imenso reator a promover uma permanente fusão termonuclear ( ALVES FILHO, 2003, p.141), será abordado também como essa energia elétrica pode ser revertida novamente para energia térmica para o fim de aquecimento de agua, visto que, o consumo de energia para esse fim é bastante representativo, principalmente no setor residencial, onde estima-se um consumo de 19% do total da energia elétrica é utilizada para o aquecimento de água nos chuveiros, sendo mais intenso esse uso nas regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste brasileiro apresentando grande variação entre as estações verão e inverno (FEDRIGO; GHISI; LAMBERTS, 2009).

Devido a necessidade já mencionada acima, e ao desenvolvimento tecnológico, cada vez mais o aproveitamento da energia solar tem sido implantado como alternativa tanto com o fim de economia como para a preservação do planeta visto que é uma fonte não poluente. Buscou-se aqui explicar o funcionamento das células fotovoltaicas, como se converte a energia térmica do sol em energia elétrica, as formas de armazenamento dessa energia elétrica e os mecanismos para se obter aquecimento de água a partir da energia elétrica das células, visto que, essa opção de produção de energia é uma das principais substitutas previstas para a substituição das fontes energéticas convencionais. A produção de energia eléctrica por conversão da radiação solar é hoje uma promissora tecnologia, limpa e renovável, para a produção de eletricidade.

Ao final do trabalho, foi realizado um estudo de caso afim de estudar a viabilidade do uso de um sistema fotovoltaico para o aquecimento de água em uma residência unifamiliar.

1. SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA FOTOVOLTAICO.

Antes de ser tratado o assunto do aquecimento da agua é necessário entender o funcionamento do sistema fotovoltaico, seus princípios, como a luz solar deve ser incidida sobre ele e como armazenar a energia elétrica produzida pelo sistema.

A conversão de energia térmica fornecida pelo sol para energia elétrica depende da insolação, de acordo com Mogawer & Sousa (2004), no Brasil é em média de 6,5 a 7 horas diárias na região Centro-Sul. A utilização de geração fotovoltaica de energia elétrica no Brasil é mais utilizada nas regiões Norte e Nordeste em regiões isoladas sem alcance da rede elétrica convencional.

Algumas vantagens do sistema fotovoltaico além de ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem produzir resíduos poluentes são a diminuição na conta de energia e a diminuição da demanda pela energia do sistema nacional, adiando assim,

a construção de novas barragens e usinas termelétricas e nucleares, que geram diversos impactos ambientais (NASCIMENTO, 2004).

1.  Sistema fotovoltaico

2.1.1 Princípio de funcionamento

O sistema fotovoltaico é um conjunto de várias células fotovoltaicas ligadas em sério e/ou paralelo, sendo estas os elementos fundamentais do sistema.

Um dos principais componentes das células fotovoltaicas são os semicondutores, na maioria das vezes constituído de silício, isso devido ao fato de a microeletrônica ter aperfeiçoado ao longo do século XX a tecnologia do silício, além da abundância desse material na natureza. O silício é tratado com outros elementos a fim de se conseguir obter polaridades opostas, visto que ele por si só é um mal condutor, este processo é denominado dopagem. Para se obter um material com elétrons livres de carga negativa (silício tipo N), o fósforo é um material que pode ser usado, e para um material de cargas positiva (silício tipo P), pode ser utilizado bóro (NASCIMENTO, 2004).