Energia Solar

Energia Solar

Introdução

A energia solar irradiada na superfície da Terra é suficiente para atender 10.000 vezes o consumo de energia do mundo. Somente a luz do sol é capaz de produzir uma média de 1.700 kWh de energia elétrica por ano para cada metro quadrado de área (Brakmann et ali, 2003). Entretanto, o aproveitamento desta energia exige o conhecimento das componentes direta e difusa da sua radiação local. Dessa maneira, é necessário medir a radiação e a insolação. A primeira é feita através de piranômetros, que fazem o registro da energia solar que incide em todo o hemisfério celeste. A última é medida por heliógrafos, que determinam a duração da radiação solar direta no período de tempo considerado (Craveiro, 2005).

A disponibilidade de radiação solar depende da latitude do local. Isso se deve ao movimento da Terra em torno do Sol, que descreve um plano inclinado de aproximadamente 23,5° com relação ao plano do Equador. Esta inclinação provoca a variação da elevação do Sol no horizonte em relação à mesma hora, ao longo dos dias, determinando as estações do ano.

Por causa da inclinação da Terra, a duração do dia varia de região para região, dependendo da estação do ano. As variações mais intensas de duração solar do dia entre as estações ocorrem nos pólos e nos períodos de solstícios. Por outro lado, entre os trópicos e durante os equinócios as variações são bem menores.

A maior parte do território brasileiro está localizada relativamente próxima da linha do Equador, de forma que não se observam grandes variações na duração solar do dia. Contudo, a maioria da população brasileira e das atividades socioeconômicas do País se concentra em regiões mais distantes do Equador. Em Porto Alegre, capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10 horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de dezembro, respectivamente (Aneel, 2005).

No Brasil, existem algumas iniciativas no sentido de levantamento de dados de radiação solar (Lyra et alii, 1993), dentre elas pode-se destacar o Atlas Solarimétrico do Brasil (Tiba, 2000). Tal estudo resultou de um convênio entre a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), iniciado em 1996. A publicação consiste de quatro volumes: o primeiros deles descreve os fundamentos do estudo, a base de dados solarimétricos coletados e organizados, critérios de seleção das informações e a metodologia usada para plotar a radiação solar e a duração do dia. O segundo volume apresenta os dados coletados de 567 estações. As informações são organizadas em tabelas, por região, estado e localização. O terceiro volume contém mapas com informações de radiação solar e duração do dia. Ao todo, são 12 mapas mensais, 1 mapa anual e um incluindo todas as localizações, somando 28 mapas. Finalmente, o quarto volume contém as informações bibliográficas, além de um resumo por estudo revisado, em forma de dados catalográficos. No total, foram revisadas 99 publicações. O Atlas reúne um conjunto de publicações de quase quarenta anos de trabalho sobre o tema no Brasil.

Os resultados deste trabalho mostram que a radiação solar no país varia de 8 a 22 MJ/m2 durante o dia, sendo que as menores variações ocorrem nos meses de maio a julho, quando a radiação é varia de 8 a 18 MJ/ m2.

O Nordeste brasileiro é a região de maior radiação solar, com média anual comparável as melhores regiões do mundo, como a cidade de Dongola, no deserto do Sudão, e a região de Dagget no Deserto de Mojave, Califórnia.

2.0 - Potencial

A energia do sol que chega à Terra é cerca de dez mil vezes maior que o atual consumo de energia primária (MOSS e LIMA, 2004). Entretanto, somente uma pequena percentagem deste recurso é tecnicamente possível de ser aproveitado. As aplicações diretas podem ser classificadas como energia solar ativa e passiva. A primeira pode ser dividida ainda como solar heliotérmica, fotovoltaica e solar térmica. A energia solar passiva, por sua vez, é resumida às aplicações da arquitetura que melhor aproveitam a energia solar.

Figura 1 - Fluxograma das aplicações práticas de energia solar

Fonte: Pereira et alii, 2004.

2.1 - Energia solar heliotérmica

Consiste na conversão de irradiação solar em calor para geração de energia elétrica.

O processo completo está ligado à otimização de quatro fatores: a coleta da irradiação solar, sua conversão em calor, o transporte e armazenamento do calor e sua conversão final em eletricidade. Para esse processo, todas as tecnologias heliotérmicas – cilindro parabólico, torre central e disco parabólico (Figura 2) – contam com quatro itens básicos: coletor, receptor, armazenamento-transporte e conversão. Os coletores concentram a irradiação usando refletores ou lentes com sistema de rastreamento em um receptor, onde a energia solar é absorvida como calor em um fluido, que será fonte para um ciclo de potência convencional, Rankine, Brayton ou Stirling (NASCIMENTO et alii, 2003). Cada uma das tecnologias é caracterizada pelo formato da superfície refletora onde a luz solar é coletada e concentrada.

Figura 2 – Tecnologias de aproveitamento solar heliotérmico - torre central

Fonte: CRESESB.

Figura 3 – Tecnologias de aproveitamento solar heliotérmico - cilindro parabólico

Fonte: CRESESB.

Figura 4 – Tecnologias de aproveitamento solar heliotérmico - disco parabólico

Fonte: CRESESB.

Para o aproveitamento da energia heliotérmica é necessário um local com alta incidência de irradiação solar direta, ou seja, pouca intensidade de nuvens e baixos índices pluviométricos. Essas condições são encontradas na região do semi-árido do Nordeste brasileiro. Existem, no Brasil, alguns estudos de caracterização de sítios potenciais para instalação de plantas heliotérmicas