6a_GE_2015 aula 6 de gestão energética

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO UEMA
Curso de Engenharia de Produção
GESTÃO ENERGÉTICA
ENERGIA RENOVÁVEL
ENERGIA SOLAR 
ENERGIA EÓLICA
ENERGIA DOS OCEANOS
SISTEMAS HIBRIDOS
ENERGIA RENOVÁVEL
ENERGIA SOLAR 
O PROCESSO FOTOVOLTAICO
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As células fotovoltaicas (ou células solares) são feitas a partir de materiais semicondutores (normalmente o silício). Quando a célula é exposta à luz, parte dos elétrons do material iluminado absorve fótons (partículas de energia presentes na luz solar).
Os elétrons livres são transportados pelo semicondutor até serem puxados por um campo elétrico. Este campo elétrico é formado na área de junção dos materiais, por uma diferença de potencial elétrico existente entre esses materiais semicondutores. Os elétrons livres são levados para fora da célula solar e ficam disponíveis para serem usados na forma de energia elétrica
CENTRAIS SOLARES
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TIPOS BÁSICOS MAIS CONHECIDOS
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÔNOMOS;
SISTEMAS TERMOSOLARES (VAPOR).
CENTRAIS SOLARES
TIPOS EM DESENVOLVIMENTOS
- SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE CONCENTRAÇÃO;
- CHAMINÉS SOLARES (HELIOTERMICAS)
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DADOS SOLARIMÉTRICOS
Natureza estocástica da variação solar
Langley.dia (ly/dia);
Cal/cm².dia;
Wh/m²;
w/m² (intensidade média/diária);
1ly/dia = 11,63 wh/m² = 0,4846 w/m²
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DADOS SOLARIMÉTRICOS
Ao nível do mar, céu claro – 1 kw/m²;
Fora da atmosfera – 1, 337 kw/m²;
Sul da França – 1.500 kwh/m²;
Brasil (semi árido) – 1752 a 2190 kwh/m².
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SISTEMAS AUTÔNOMOS
Indicado para pequenas potências.
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CENTRAIS TERMOSOLARES
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CENTRAIS SOLARES DE CONCENTRAÇÃO
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CENTRAIS HELIOTERMICAS
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SISTEMAS SOLARES
POTENCIA 
A = área do painel
R s(t) = radiação solar incidentes (t) ( 1 kw/m²)
Pg (t) = ηx A x Rs (t)
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SISTEMAS SOLARES
CÁLCULO 
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Para iniciar um dimensionamento é preciso saber o quanto será consumido:
 
1)  Para isso, faça a relação com a quantidade de todos os equipamentos, luzes, etc..., que pretende ligar ao sistema solar.
2) Verifique o consumo individual (em Watts)
3) Faça uma estimativa de horas que cada equipamento ou conjunto ficará ligado por dia.
4) Multiplique os valores totais de consumo pelas horas de uso e ;
5) Some os resultados, obtendo a demanda diária de energia, ou seja, o valor em Watt x dia.
Necessidade de Geração
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Conclui-se que o sistema deverá gerar um mínimo de 3.420 Watts por dia para a aplicação.
Dimensionamento do Painel Solar
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O resultado obtido para sua necessidade de geração, deve ser dividido pelo tempo médio de insolação do local. Vamos considerar 6h.
Obtém-se assim, o valor aproximado por hora a ser gerado pelo(s) painéis solares para sua necessidade:
 
3420 Watts / 6 (horas) = 570 Watts hora
 
Será necessário um conjunto de painéis que gere 570 Wh. O sistema deverá ter no mínimo tal capacidade.
Para se obter tal quantidade de energia, faz-se a associação de vários painéis que, uma vez interligados, fornecerão a potencia necessária.
 
Escolha do Painel Solar:
 
Na escolha do painel a opção pela tecnologia do painel, área ocupada, durabilidade, etc... são opções relativas a cada aplicação.
 
Supondo que optemos por 6 painéis de 100Wp, teremos:
 
6 x 100 Wp = 600 Watts hora
 
A somatória da potencia (Wp) entre eles, resultará em um valor igual ou maior que a necessidade. A potencia acima da necessária, será sua reserva de potencia.
Dimensionamento do Painel Solar
Dimensionamento do Painel Solar
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O resultado obtido para sua necessidade de geração, deve ser dividido pelo tempo médio de insolação do local. Vamos considerar 6h do infografioco anterior.
Obtém-se assim, o valor aproximado por hora a ser gerado pelo(s) painéis solares para sua necessidade:
 
3420 Watts / 6 (horas) = 570 Watts hora
 
Será necessário um conjunto de painéis que gere 570 Wh. O sistema deverá ter no mínimo tal capacidade.
Para se obter tal quantidade de energia, faz-se a associação de vários painéis que, uma vez interligados, fornecerão a potencia necessária.
 
Escolha do Painel Solar:
 
Na escolha do painel a opção pela tecnologia do painel, área ocupada, durabilidade, etc... são opções relativas a cada aplicação.
 
Supondo que optemos por 6 painéis de 100Wp, teremos:
 
6 x 100 Wp = 600 Watts hora
 
A somatória da potencia (Wp) entre eles, resultará em um valor igual ou maior que a necessidade. A potencia acima da necessária, será sua reserva de potencia.
Dimensionamento do Controlador de Carga
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O controlador de carga é definido pela tensão de trabalho do sistema e pela maior corrente exigida. A capacidade do controlador deve superar a corrente dos painéis ou as de consumo, naquele em que for maior o valor.
Calcule ambas (corrente dos painéis e a ser consumida) e decida pela mais alta.
Lembre-se que o total de corrente é o consumo dividido pela tensão de trabalho do equipamento.
Verifique a corrente máxima exigida pelos equipamentos que serão ligados ao sistema solar.
Para os painéis, baseie-se na corrente discriminada na tabela do produto. A corrente do sistema será a soma das correntes máximas geradas pelo(s) paine(is) solar(es).  Obtenha o total, levando em consideração a associação dos painéis conectados.
Defina o controlador pelo maior valor encontrado (painel ou consumo).
 
No nosso exemplo, o consumo diário representa 570 Watt/hora, e a geração é de 600 Wh; Divide-se este valor pela tensão do sistema (veja abaixo), obtendo-se a corrente que será necessária para escolher o controlador.
 
Se o sistema funcionar em 12 Vcc:
 
600 W ÷ 12 V = 50 Ampères
 
Caso a corrente total supere a capacidade de um controlador (como neste caso), divida sua instalação em duas ou mais linhas (barramentos) de energia, executando o mesmo principio de balanceamento de carga de uma instalação elétrica convencional.
Dimensionamento das Baterias
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Com o total da corrente produzida pelo(s) painé(is), multiplique pelas horas diária de insolação e utilize um fator de segurança: Os painéis, produzem 50Ah em 12 Volts ou 25Ah em 24V.
Operando por 6 horas de insolação temos:
 
 50 Ah x 6 horas = 300 Ampères dia.
 
Obs.: O mesmo resultado é obtido em 24V.
Se a sua escolha for por uma bateria de 100 Ah, e esse acumulador, na prática fosse 100% utilizável, necessitaríamos apenas de 3 baterias:
 
 300 A/dia ÷ 100 Ah = 3 Unidades
 
Como esse acumulador "ideal" não existe até o momento, temos que optar por uma das melhores tecnologias existentes:
Se sua escolha for por uma bateria  "estacionaria" multiplique a necessidade por 2 e arredonde.
Se sua escolha for por uma bateria SpiralCell, multiplique por 1,5 e arredonde.
 
Dimensionamento do Inversor
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Como a energia proveniente dos painéis e baterias é em corrente contínua (CC) e muitos dos equipamentos que utilizamos são fabricados para  corrente alternada (AC) os inversores são utilizados para modificar a tensão de entrada (Ex.: 12 Volts) em tensões de saída 110 ou 220 Volts, assim como a corrente contínua em alternada (senoidal).
 
Sua aplicação esta na alimentação de equipamentos que trabalham em AC (corrente alternada).
Há duas tecnologias caracterizadas nos inversores, relacionados à qualidade em reproduzir na onda criada o formato mais próximo de uma senoide AC:  1) senoide MODIFICADA e 2) senoide PURA.
 
 
O inversor também é definido pela tensão de trabalho na entrada (dos painéis solares) e pela tensão de saída em 110 Volts ou 220 Volts.
A capacidade do inversor deve superar a potencia em Watts do maior consumo dos equipamentos.
Verifique o consumo de pico e não esqueça que os motores ou equipamentos resistivos exigem uma carga adicional muito superior no inicio de operação, antes de entrar em regime de trabalho.
Se esse for o seu caso, considere no dimensionamento um valor compatível com o pico de consumo.
ENERGIA RENOVÁVEL
ENERGIA EÓLICA
CENTRAIS EÓLICAS
O vento è principalmente gerado pelo maior aquecimento da
superfície da Terra perto do Equador do que perto dos pólos. 
Isso faz com que ventos das superfícies frias circulem dos pólos para o Equador para substituir o ar quente que sobe nos trópicos e move-se pela atmosfera superior até os pólos, fechando o ciclo.
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AEROGERADORES
O aerogerador consta do rotor (e hélices), transmissão e do conversor de energia mecânica em elétrica, que é o gerador propriamente dito. 
O rotor é o componente destinado a captar a energia cinética dos ventos e convertê-la em energia mecânica no eixo.
 Pode-se ter um rotor de eixo horizontal (rotor hélice, rotor multipá, rotor holandês etc.) ou rotor de eixo vertical 
( rotor Savonius, rotor Darrieus etc.). 
A transmissão é o mecanismo que transmite a energia mecânica do eixo do rotor ao eixo do conversor (gerador).
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CENTRAIS EÓLICAS
A transmissão mais eficiente e amplamente utilizada é a transmissão por engrenagens que tem como finalidade multiplicar a velocidade angular, com o intuito de melhor aproveitar as características do gerador.
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CENTRAIS EÓLICAS
O conversor( gerador) é o componente que tem a finalidade de converter a energia mecânica do eixo em energia elétrica. 
Diversos tipos de geradores podem ser utilizados dependendo da aplicação: gerador de corrente contínua (CC) - o menos utilizado; gerador síncrono e gerador de indução.
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CENTRAIS EÓLICAS
O sistema de controle é constituído por uma série de sensores (sensor de vento, rotação do rotor, carga da bateria etc.), que irá fornecer dados que permitirão o funcionamento harmônico e seguro de todo o sistema, com o melhor aproveitamento possível do vento.
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CENTRAIS EÓLICAS
O sistema de armazenamento da energia é formado pelas baterias, cuja finalidade é armazenar energia nas horas em que a potência disponível for maior que a necessária, para ser utilizada quando a situação for inversa.
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USINAS EÓLICAS - BRASIL
2005 - 10 usinas - 28 Mw
2016 - 1500 Mw
Potencial brasileiro - 143 GW (10 Itaipu)
Custo da geração igual a de hidrelétrica ($102/Mwh)
ENERGIA RENOVÁVEL
ENERGIA DOS OCEANOS
ENERGIA DOS OCEANOS
As ondas são formadas pela força do vento sobre a água e o tamanho das ondas varia com a velocidade do vento, da sua duração e da sua distância da água da qual o vento faz força. O movimento da água que resulta da força do vento transporta energia cinética que pode ser aproveitada por dispositivos próprios para a captação dessa energia, chamada energia das ondas.
Além da energia gerada pelo movimento da água que gera ondas e das quais resulta energia cinética, existe também a energia das marés que resulta da deslocação da água do mar, ou seja, com as variações de marés e ainda existe a energia térmica dos oceanos que apesar de ser menos falada não deixa de ser importante.
ENERGIA DOS OCEANOS
ENERGIA RENOVÁVEL
SISTEMAS HIBRIDOS
SISTEMAS HÍBRIDOS
Um sistema de energia híbrido geralmente consiste de duas ou mais fontes de energia renováveis utilizadas em conjunto para proporcionar uma maior eficiência no sistema, bem como um maior equilíbrio no fornecimento de energia.
Um exemplo de um sistema de energia híbrido é um módulo de painéis solar fotovoltaico  ou mesmo com coletores solares térmicos, juntamente instaladas com uma turbina eólica.
SISTEMAS HÍBRIDOS
FIM