Energia do sol ilumina o desenvolvimento

25-10-2011

Forma de produção de energia elétrica que mais cresce no mundo, geração fotovoltaica deve ter futuro brilhante no Brasil

Responsável pela origem de praticamente todas as outras fontes renováveis de energia – água, vento, marés e calor –, a luz solar é um recurso praticamente inesgotável que apresenta grande potencial de exploração pelo setor energético brasileiro, já que o País está localizado em uma faixa de latitude na qual a incidência de raios solares é muito superior à verificada no restante do mundo.

Em termos de radiação solar, a região mais favorecida da Alemanha – país referência na conversão da luz solar em energia elétrica –, apresenta aproximadamente 1,4 vezes menos radiação do que a região menos ensolarada do Brasil, segundo o estudo "O potencial brasileiro da geração solar fotovoltaica conectada à rede elétrica: análise de paridade de rede", publicado em 2007 pelo Laboratório de Eficiência Energética em Edificações(LabEEE) e pelo Laboratório de Energia Solar (LABSOLAR), ambos da Universidade Federal de Santa Catarina.

Assim como a Alemanha, o Brasil e diversos outros países do mundo já utilizam a geração fotovoltaica para a produção de energia elétrica, devido à alta confiabilidade dessa solução. "Geração fotovoltaica é a conversão direta da luz solar em eletricidade por meio de células fotovoltaicas", explica Roberto Zilles, professor e pesquisador do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (USP).

Com a implantação de sistemas conectados à rede, a demanda de módulos fotovoltaicos em grande escala tornaria viável a instalação de fábricas nacionais

Atualmente, esta forma de geração de energia elétrica é a que mais cresce no mundo. Segundo o Instituto de Energia da Universidade da Califórnia e a Associação das Indústrias Fotovoltaicas Europeias, desde 2003 a produção da indústria de módulos fotovoltaicos vem subindo acima de 50% por ano.

Descubra nesta reportagem de que forma a luz solar é convertida em energia elétrica, saiba mais sobre o mercado de geração fotovoltaica no Brasil e no mundo, e conheça também as soluções que a Prysmian desenvolveu para garantir a confiabilidade e eficiência dessas instalações.

Nova direção

Verificado pela primeira vez pelo físico francês Edmond Becquerel em 1839, o efeito fotovoltaico é o princípio físico utilizado na geração fotovoltaica de energia elétrica. Após 134 anos de experiências, foi somente em 1973, graças à corrida espacial (competição de tecnologia entre Estados Unidos e União Soviética, ocorrida entre os anos de 1957 e 1975, durante a chamada "Guerra Fria") que o aprimoramento do processo de fabricação das células fotovoltaicas para uso terrestre teve início. As células fotovoltaicas são componentes eletrônicos fundamentais no processo de conversão da luz solar em energia elétrica. Em termos de custo–benefício, este é o meio mais adequado para fornecer a energia necessária para o funcionamento de estações e naves espaciais que passam longos períodos longe do planeta Terra.

Outro fator importante que contribuiu para o desenvolvimento das células fotovoltaicas foi a crise energética de 1973. Atualmente, os países mais desenvolvidos neste campo do conhecimento são Alemanha,Estados Unidos, Japão e China.

"Grande parte da demanda por este modelo de geração de energia elétrica tem surgido em localidades remotas, que não possuem eletricidade por estarem distantes das concessionárias de energia, explica Lauro Vilhena, professor da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC Minas). Estes sistemas possuem baterias e não estão ligados à rede, por isso são chamados de isolados." No Brasil, o Programa Luz para Todos, que tem como objetivo erradicar a exclusão elétrica no País, tem implantado este tipo de sistema em localidades afastadas localizadas nas regiões Norte e Nordeste desde 2003.

Passo a passo da geração

Para explicar o funcionamento de uma usina fotovoltaica, Marco Antonio Galdino, pesquisador do departamento de Tecnologias Especiais do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), define os componentes necessários para a geração e a utilidade de cada um deles (veja imagem acima):

Painéis fotovoltaicos (1) – conjunto de módulos integrados com células fotovoltaicas – elementos essenciais para o funcionamento de uma usina fotovoltaica, pois captam os fótons da energia luminosa e os transformam em corrente elétrica por meio do efeito fotovoltaico. A geração destas células depende das características meteorológicas (índice de radiação solar, temperatura e velocidade do vento). Para medir estas condições é necessário dispor de uma estação meteorológica (2) que possa ajudar na previsão e análise das condições do tempo.

Para manter um bom desempenho na usina, todos os dados de potência, corrente e tensão são analisados no sistema de monitoramento (3), localizado na sala de controle (4), que serve para supervisionar os equipamentos e armazenar as informações dos subsistemas da instalação (estação meteorológica, inversores, barramento de corrente contínua, barramento de corrente alternada e transformador).

Na casa de força (5) são acondicionados alguns equipamentos como o barramento de corrente contínua (6), que recebe toda a energia gerada pelos painéis (eletricidade em forma de corrente contínua), os inversores (7), que convertem a corrente contínua em corrente alternada (tipo de energia que circula na rede elétrica) e o barramento de corrente alternada (8), onde é injetada a eletricidade resultante.

Após essa conversão, a energia passa pela sala de transformadores (9) para ser adaptada às condições de corrente e tensão necessárias para alimentar as linhas de transmissão (10) que são direcionadas ao centro de consumo.

Marco Galdino, pesquisador do departamento de Tecnologias Especiais do Cepel

Resistência incomparável

Para atender os sistemas de geração fotovoltaicos com o máximo de eficiência e qualidade, a Prysmian desenvolveu soluções de cabos e acessórios direcionados a este mercado. "Os cabos utilizados nas instalações fotovoltaicas precisam de isolamento adequado, capaz de proteger o sistema das variações meteorológicas e ambientais às quais serão expostos, ensina Galdino. "Além disso, eles também devem alcançar vida útil longa", afirma Galdino.

Cumprindo estas exigências, o cabo Premium TECSUN (PV) (AS) fabricado na Alemanha, foi desenvolvido especialmente para equipar sistemas fotovoltaicos. "Este produto apresenta eficiência mecânica, flexibilidade e maior resistência que os produtos de outras marcas", ressalta Ernesto Heller, gerente de Vendas da Prysmian.

Devido às suas características mecânicas, este é o cabo ideal para ser utilizado tanto na interligação dos painéis como na conexão do painel com as caixas de ligação e na rede de baixa tensão em corrente contínua – pontos do sistema que ficam expostos às intempéries e altas temperaturas. O Cabo Premium TECSUN apresenta resistência à umidade, agentes químicos e corrosão, por isso alcança vida útil de 30 anos quando exposto a temperaturas de 90°C, podendo suportar até 120°C sem interromper a operação.

Além disso, o TECSUN é um cabo multinorma, ou seja, atende as normas europeias mais exigentes (TÜV, VDE e UL), garantindo assim segurança e eficiência total para instalações fotovoltaicas.

Outra solução da Prysmian para as instalações fotovoltaicas é o TECPLUG, condutor unipolar resistente à ação dos raios ultravioleta (UV), agentes químicos e corrosão. Estes conectores são compatíveis com outros do mercado e têm uma particularidade que facilita ainda mais sua instalação: ao adquirir o cabo o próprio cliente pode montá-lo, em campo.

Para que as instalações e terminais sejam montados com total segurança, a Prysmian oferece ainda a NOPLUG, emenda produzida com os mesmos materiais de isolação e cobertura encontrados nos cabos TECSUN, e que por isso também oferece a mesma proteção contra os raios ultravioletas (UV), temperatura e umidade.

Entre estas soluções também podemos encontrar um componente ideal para os fabricantes de painéis fotovoltaicos, o TECBOX, uma caixa de junção adequada para conectar os painéis fotovoltaicos aos cabos TECSUN.

Luz brasileira

De acordo com Marco Galdino, do Cepel, além de ser uma fonte de energia renovável com baixo impacto ambiental, a geração fotovoltaica contribui para a diversificação da matriz elétrica brasileira, complementando o sistema hidrelétrico e favorecendo o acúmulo de água nos reservatórios das usinas hidrelétricas.

"Apesar de o investimento inicial ser elevado, o custo de operação e manutenção do sistema fotovoltaico é mínimo se comparado com os custos da geração deenergia por meio dos sistemas hidrelétricos e eólicos", completa Lauro Vilhena, da PUC Minas.

Segundo Galdino, apesar de os mapas solarimétricos brasileiros apontarem um elevado potencial solar, o País ainda não possui parque industrial instalado e todos os componentes necessários para a montagem destes sistemas ainda são importados, de forma que sua aplicação em larga escala depende da importação de equipamentos.

"Grande parte da energia fotovoltaica gerada no Brasil está concentrada em aplicações isoladas, eletrificação rural e bombeamento de água", aponta o professor Roberto Zilles, da USP. Nessas aplicações tem-se aproximadamente 30 MW instalados. Já nas aplicações conectadas à rede elétrica, que têm sido as propulsoras do crescimento da indústria fotovoltaica mundial, temos aproximadamente 400 KW instalados no País.

Apesar de esta capacidade instalada ser ainda considerada inexpressiva diante da grandeza do sistema elétrico brasileiro, vários projetos envolvendo a geração fotovoltaica de energia já foram anunciados. Entre eles se destacam: o Projeto Mega-Watt Solar, da Eletrosul, os estádios com recursos de aproveitamento solar para a Copa do Mundo 2014 e a usina de geração fotovoltaica que será construída em Sete Lagoas (MG) pela Cemig. Por sua vez, a primeira usina fotovoltaica brasileira de grande porte já está sendo instalada em Tauá, no Estado do Ceará. Construída pela empresa MPX, a primeira etapa da usina foi inaugurada em abril, com capacidade para gerar 1MW.

Você sabia que... ... apesar de o famoso físico alemão Albert Einstein ser conhecido por ter desenvolvido a Teoria da Relatividade, que explica a eletrodinâmica dos corpos em movimento, o Prêmio Nobel da ciência de 1921 entregue ao cientista foi devido à sua correta explicação sobre o Efeito Fotoelétrico?

Soluções Prysmian para a geração fotovoltaica Acompanhando as novas tendências do mercado, a Prysmian desenvolveu com exclusividade um mix de produtos de alta performance para o mercado fotovoltaico de energia elétrica. Veja a seguir as características de alguns destes produtos: ♦ Conector TECPLUG: Oferece vida útil superior à dos conectores comuns desenvolvidos para usinas fotovoltaicas. ♦ Cabo TECSUN (PV) (AS): Mais resistente que os cabos comuns, pois suporta as mais drásticas situações meteorológicas e resiste a todos os tipos de ambiente. ♦ Emenda NOPLUG: Material com mesma resistência dos cabos TECSUN. ♦ Caixa de junção TECBOX: Opção para conectar os painéis fotovoltáicos aos cabos TECSUN.

Veja como se dá o Efeito Fotovoltaico Para melhor visualização clique aqui Sistema fotovoltaico é o conjunto de equipamentos construídos e integrados para converter diretamente a energia luminosa em elétrica. O principal componente deste sistema é a célula fotovoltaica, equipamento eletrônico que promove o efeito fotovoltaico. "Para que exista este efeito é necessário que as células fotovoltaicas sejam construídas com materiais semicondutores, que se caracterizam por possuir bandas de energia capazes de produzir cargas elétricas com a incidência dos fótons (energia luminosa)", explica o pesquisador Marco Antônio Galdino, do Cepel. Entre os semicondutores mais utilizados temos o silício, que pode ser encontrado em formato de cristais monocristalinos e policristalinos. Veja na imagem acima uma célula fotovoltaica cortada transversalmente. Neste equipamento, o silício de alta pureza (elemento com quatro elétrons de ligação) foi submetido a um processo de dopagem – adição de impurezas especiais. Quando o silício é dopado juntamente com boro (tipo P) e fósforo (tipo N) na quantidade certa, uma junção do tipo P-N é formada, o que dá origem a um campo elétrico permanente no cristal, que ao encontrar equilíbrio provoca um deslocamento de cargas (positivas de um lado e negativas do outro) conhecido como Efeito Fotovoltaico. Em uma célula fotovoltaica, esta junção P-N fica exposta ao sol e suas extremidades são ligadas a metais condutores, e estes por sua vez são conectados a cabos que permitem a circulação de elétrons para a geração de energia.