ENERGIA SOLARASSOCIAÇÃO SÉCULO XXI

Por Walder Antonio Teixeira Walder.tt@gmail.com

ENERGIA SOLAR

Origem – Processo de Fusão Nuclear no SolSob grande pressão, no núcleo do Sol, e a grandes

temperaturas, Isótopos de Hidrogênio se unem para formar o elemento Hélio, liberando uma grande quantidade de energia.

O combustível do Sol é o Hidrogênio, que deve durar ainda alguns bilhões de anos.

Histórico: Século VII A.C. – Lentes. Usavam lentes de vidro ou cristal polido

para acender fogueiras.

Arquitetura – Aquecimento de residências na Grécia Antiga e outros lugares. As casas e templos eram construídos com orientação geográfica de modo a aproveitar ao máximo a luz solar para o aquecimento e iluminação.

Horácio de Saussure, Suíça, 1767 – Projetou o primeiro coletor solar, que chegou a 101 graus centígrados. Suas caixas de aquecimento eram usadas para cozinhar alimentos.

Energia Mecânica – A energia solar foi utilizada para produzir energia mecânica e aquecimento de água somente após a Revolução Industrial. Entre 1864 e 1878 o francês August Monchot desenvolveu vários motores solares. O astrofísico americano Greeley Abbot, em 1936 construiu uma caldeira solar.

- Podemos concluir que a utilização da energia solar para diversos fins não é nenhuma novidade.

ENERGIA SOLAR

Padre Himalaya ou Manuel Antonio Gomes (1868 – 1933)

– Foi um padre português que adotou como nome o apelido de Himalaya por ser muito alto. Além de Físico, Químico e Educador era Inventor e Terapeuta.

ENERGIA SOLAR Histórico:– Padre Himalaya

ENERGIA SOLAR Histórico: – Padre Himalaya

É importante falar de Himalaya, quando se fala de energia solar, pois uma de suas invenções, o Pirelióforo ganhou um grande prêmio na feira de St. Louis em 1904. Era uma armação composta de vários espelhos que produziam temperaturas de até 3500 graus Celsius. Ele pretendia usar na siderurgia para derreter metais de alta temperatura, para aquecer água e mover motores a vapor com o intuito de gerar eletricidade. A energia solar para ele seria uma fonte de energia gratuita e generalizada por todo o planeta. Infelizmente sua invenção surgiu na mesma época que começou a febre do uso do petróleo.

Himalaya produziu um novo tipo de pólvora para o exército americano e quando esteve na Argentina escreveu um livro sobre Cosmologia. Pouco conhecido hoje em dia, Himalaya patenteou várias invenções, era adepto do vegetarianismo, da naturopatia, da fitoterapia, de uma educação mais voltada para a natureza e de um desenvolvimento socialmente e tecnologicamente sustentado.

ENERGIA SOLAR Histórico:

Einstein e o efeito fotoelétricoO efeito fotoelétrico foi observado, primeiramente, por

Edmond Bequerel em 1839, mas só foi explicado em 1905 por Einstein. Em 1905 Einstein publica um trabalho sobre o efeito fotoelétrico, onde ele prova que determinado quantum de energia luminosa pode arrancar elétrons de uma placa de metal.

Com as grandes descobertas da microeletrônica na década de 50 do século XX, surgem 1956 as primeiras células fotovoltáicas industriais.

Como o custo era muito alto, as células fotovoltáicas só eram usadas em aplicações especiais.

ENERGIA SOLAR Histórico: Os satélites e os painéis fotovoltaicos –

Corrida espacialCom o início da corrida espacial, e a utilização de satélites

para comunicação e para a espionagem (Guerra Fria). Começou-se a usar os painéis fotovoltaicos como fonte de alimentação para estes satélites. Neles os painéis captavam a luz do sol e carregavam as baterias. Os painéis são caros hoje, mas eram incrivelmente caros na época (décadas de 60 e 70 do século XX).

Foto:- Estação Espacial e seus painéis solares.

ENERGIA SOLAR Histórico:

1973 – Guerra do Yon kipur – Primeira crise do petróleo

Em 1973 o Egito ataca Israel. Durante e depois desta guerra a OPEP(Organização dos países exportadores de petróleo) descobre sua força e provoca o primeiro choque do petróleo.

A partir daí surgem projetos relacionados as energias alternativas: Na década de 80 o Brasil cria o pró álcool, que se torna a primeira experiência governamental de substituição da gasolina. Infelizmente, o preço internacional do açúcar, as pressões das empresas produtoras de petróleo e a falta de ação do governo derrubou a iniciativa. O álcool só voltou no final da década de 90 com a subida do barril de petróleo, e o começo das guerras da energia (Invasão do Iraque, Afeganistão, etc.).

A partir daí, as energias alternativas tornaram-se mais aceitas, dentre elas destacam-se a eólica e a solar. Mas mesmo assim, elas chegam muito modestamente por causa das pressões.

ENERGIA SOLAR Energias Renováveis: Dentre as energias Renováveis podemos citar:- Energia Eólica – Energia dos ventos

- Energia Solar – Luz do sol

- Energia Hídrica - Hidrelétricas

- Energia das Marés

- Energia das Ondas – Energia das ondas dos mares.

- Energia Geotérmica – Energia do calor do interior da terra.

- Biocombustíveis – Energia da Biomassa

A energia eólica, ou dos ventos tem a sua origem no calor da luz do sol que aquece e movimenta o ar. A energia hídrica é originada nas chuvas (rios) cuja evaporação também se deve ao sol.

Somente as energias das marés e a geotérmica tem outra origem. A geotérmica tem a sua origem no calor do interior da terra, e a das marés tem a sua origem na força de gravidade da lua.

ENERGIA SOLAR Energias Não Renováveis: Dentre as fontes de energias Não Renováveis

podemos citar:

- Petróleo – Fonte que move a nossa civilização, mas que está acabando.

- Carvão Mineral – Fonte altamente poluente, um dia também irá acabar.

- Nuclear – Também depende de minerais que possuem fontes finitas.

É preciso destacar o fato de que a energia nuclear, além ser muito cara para ser implementada, tem um custo, infinitamente, astronomicamente maior para se livrar dela. Se é que é possível se livrar dela. Seus componentes radioativos, por durarem milhares de anos criam a necessidade de um monitoramento constante por gerações, mesmo não havendo acidentes. O custo de ter de vigiar componentes radioativos por milhares de anos não é calculado quando se constrói uma usina.

Na minha opinião, construir uma usina nuclear é um dos atos mais criminosos que se pode cometer em função do lucro.

ENERGIA SOLAR - Processos

São três os principais processos usados para o aproveitamento da energia solar:

Processo Fotovoltáico > Para gerar Energia Elétrica Processo Químico > Fotossíntese – Origem dos

biocombustíveis Processo Térmico > Aquecimento

ENERGIA SOLAR – Processo FotovoltáicoProcesso Fotovoltáico

Transforma a luz diretamente em eletricidade Diodo semicondutorGeralmente feito de silício, o diodo fotossensível possui

duas partes: uma com silício “dopado” negativamente e outro “dopado” positivamente, formando uma junção. Quando a luz atinge essa junção o quantum de energia da luz faz mover os elétrons livres do silício.

Alto CustoA produção desses semicondutores envolve alta

tecnologia de metalurgia e possui custos elevados.

ENERGIA SOLAR – Processo Fotovoltáico

Painéis Fotovoltáicos

ENERGIA SOLAR – Processo Químico - Fotossíntese

Os biocombustíveis como o álcool (etanol) e o biodiesel tem a sua origem na fotossíntese das plantas.

A fotossíntese é o processo químico onde os vegetais usam a energia do sol para produzir cadeias carbônicas. As plantas tiram o carbono do ar para sintetizar suas proteínas. Quando usamos um biocombustível, o carbono que veio do ar volta para o ar formando um ciclo que não acumula carbono.

Tanto o petróleo quanto o carvão mineral tiveram origem na fotossíntese feita pelas plantas milhões de anos atrás. Ou seja, petróleo e carvão mineral são produtos indiretos da energia solar.

Processo Térmico

O processo térmico tem por objetivo o aquecimento, seja do ar ou da água (gases ou fluidos) e alimentos para diversos usos.

Aquecimento de ambientes através da arquitetura ou de um dispositivo de aquecimento e circulação de ar.

Aquecimento de água para banhos e lavagem. Aquecimento de água para gerar vapor. Aquecimento de alimentos para desidratar,

cozinhar ou assar.

ENERGIA SOLAR – Processo Térmico

ENERGIA SOLAR – Processo TérmicoTermos Usados no Processo Térmico de

Energia Solar:

Efeito estufa – O efeito estufa que ocorre na atmosfera pode ser reproduzido em um coletor solar. A luz penetra o vidro do aquecedor e esquenta o interior. O interior de cor preta não reflete a luz, e assim, a maior parte da energia luminosa se transforma em calor e radiação infravermelha. A radiação infravermelha não atravessa o vidro e esquenta mais ainda o interior do coletor. Este processo chama-se “armadilha térmica”. Existem aquecedores de água que não usam vidro e por isso não usam o efeito estufa, eles são menos eficientes.

Aquecimento de água – É a principal uso que se faz do coletor solar

Boiler – É o nome que se dá ao reservatório térmico de água.

ENERGIA SOLAR – Processo TérmicoTermos Usados no Processo Térmico de

Energia Solar (continuação):

Sistema termossifão – A água quente por ser menos densa que a água fria tende a subir, enquanto a água mais fria tende a descer. Esse processo chama-se “termossifão”. Ele provoca o movimento da água dentro de um sistema de aquecimento.

Sistema de aquecimento auxiliar – É um sistema elétrico com sensor. Quando a água de um reservatório térmico fica muito fria o sistema auxiliar liga um aquecedor elétrico que mantêm o reservatório aquecido.

ENERGIA SOLAR – Processo Térmico

Exemplo de Aquecedor e reservatório térmico de água

ENERGIA SOLARFinalidades dos coletores de Energia SolarTipos de coletores solares e suas finalidades:

Aquecedor solar - O aquecedor solar é normalmente usado para aquecimento de água. Também pode ser usado para produzir vapor e gerar eletricidade.

Secador solar - O secador solar é usado para secagem de grãos.

Desidratador solar - O desidratador é usado para desidratar alimentos como verduras e frutas.

Forno Solar - Usa-se o forno solar para aplicações de altas temperaturas como o derretimento de metais ou para assar e cozinhar alimentos.

ENERGIA SOLAR

Exemplo de Forno Solar

ENERGIA SOLAR - Tipos de Coletores: Coletores industriais

Usados nas Indústrias para aquecimento de grande quantidade de água, ou para produzir eletricidade.

Coletores planosUsados em diversas finalidades: secadores, desidratadores, etc.

Coletores parabólicosUsados para concentrar a luz solar com o objetivo de atingir altas

temperaturas.

Torres solaresSão concentradores de energia usadas para produzir

eletricidade em grande escala. Exemplos: Torre de espelhos – vários espelhos concentram a luz em

uma torre que esquenta água e gera vapor para produzir eletricidade.

Torre de convecção – O ar é aquecido em uma grande área, o movimento do ar se direciona para uma torre e move turbinas eólicas.

ENERGIA SOLAR

Coletores Parabólicos (Stirling)

ENERGIA SOLAR

Torre solar de 115 metros perto de sevilha na Espanha com 624 espelhos

ENERGIA SOLAR

Torre solar de convecção – Projeto Enviromission - Austrália

VÍDEOS

Vídeo: EnviroMission Video:Abengoa Solar Video: Dois tipos de captação

Como transformar uma simples gaveta em desidratador solar?

- A seguir vamos mostrar como fizemos um desidratador com material reciclado.

ENERGIA SOLAR - Prática

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (1):

- Custo do Projeto: R$ 14,00.O custo refere-se somente ao vidro e seu corte, pois o restante do material como a tela, pregos, arame já possuíamos. A gaveta era material que foi descartado e acabaria indo para um lixão.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (2):

Tira-se a parte frontal e o fundo da gaveta. No fundo tem uma folha de madeira mais fina que é fixada em um sulco.Cola-se o fundo na parte de cima. Corta-se um vidro do tamanho do fundo e da espessura do sulco, para que o vidro deslize pelo sulco. O fundo torna-se a parte de cima com um vidro corrediço.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (3):

Com a parte interna pintada de preto, uma tela removível na metade da altura para colocar os alimentos a serem desidratados, e um vidro por cima, o dispositivo está pronto.Diferente dos aquecedores, os desidratadores e os secadores devem ter pequenas aberturas para o ar circular e retirar a umidade.

Foto:- Colocando alimento na tela interna.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (4):

Como a madeira é um bom isolante térmico, ela não deixa o calor escapar pelos lados. Plásticos e isopor também são bons isolantes térmicos, mas devem ser evitados quando se associa alimentos com temperaturas altas. Os plásticos e o isopor soltam substâncias toxicas quando aquecidos.

Foto:- Colocando o vidro responsável pelo efeito estufa.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (5):

Conseguimos temperaturas entre 60 e 70 graus centígrados. Temperaturas ideais para produzir bananas passa, passas, tomates secos e outros alimentos desidratados.

Foto:- Dispositivo pronto para a secagem.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (6):

Não é preciso pintar o lado externo de preto, pois a mesma madeira que não deixa o calor sair , também não deixa entrar.

Foto:- Dispositivo inclinado em direção ao sol com pimenta para desidratar.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (7):

Depois de seca e moída a pimenta desidratada pode ser colocada em um frasco de pimenta calabresa.

Foto:

Frasco com pimenta calabresa solar.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (8):

Para fazer banana passa e frutas maiores, nós usamos uma grade de metal substituindo a tela.

Foto:

Tela e grade do desidratador.

ENERGIA SOLAR – Transformando uma gaveta em desidratador solar (9):

A grade de metal é uma solução melhor para suportar peso de frutas grandes.

Foto:

Dispositivo solar com grade para desidratar bananas.