TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

O FUTURO DA ENERGIA ALTERNATIVA: CELULAS FOTOVOLTAICAS,

NOVAS TECNOLOGIAS E APLICAÇÕES

Discente: Thomas Brum Castro de LinharesOrientador: Prof. Msc. Regis Eugênio dos Santos

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OBJETIVO• O presente trabalho tem o objetivo de abordar e justificar que a

energia solar é a fonte de energia mais promissora para o futuro da humanidade, além de ser limpa e sustentável.

• Iremos também, citar os novos tipos de células fotovoltaicas que estão em P&D e que utilizam outros tipos de materiais em sua composição, além de não possuir limites de eficiência como as células anteriores já desenvolvidas.

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MATERIAIS E MÉTODOS• Para realização do trabalho foram feitos vários estudos com

pesquisas de várias bibliografias e artigos técnicos relacionados à geração de energia fotovoltaica e materiais disponíveis. Foram pesquisados sistemas existentes no Brasil e em outros países e as atuais e futuras tecnologias para o setor.

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• Irradiação solar: Irradiação solar é a quantidade de energia, sob a forma de luz (fótons) e calor, recebida por unidade de superfície horizontal

• O fornecimento de energia solar anual à Terra, em torno de 3.1024 Joules/ano, representando cerca de 10.000 vezes mais que o consumo anual de energia em nosso planeta, o que significa que a cobertura de 0,1% da superfície terrestre com células solares com eficiência de 10%, satisfaria as necessidades atuais de energia. (Tavares, 2014)

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IRRADIAÇÃO SOLAR

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Fonte: www.energias-renovables.com

• O consumo mundial de energia primária no ano de 2011 foi estimado como algo em torno de 143 mil TWh. Assim, a conversão total da quantidade de energia solar recebida na superfície terrestre por duas horas (188 mil TWh) seria superior ao consumo energético anual da humanidade.

(PINHO, J. T., 2014)

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CONSUMO MUNDIAL DE ENERGIA

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• Principais países fabricantes de módulos fotovoltaicos do mundo em 2012

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PRINCIPAIS PAÍSES FABRICANTES

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Fonte: (GTM RESEARCH, 2013)

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CAPACIDADES INSTALADAS(a) (b)

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• Masdar City, em Abu Dhabi . Com 6 mil km de extensão, o objetivo principal é a emissão zero de gás carbônico, por isso a energia solar é uma das principais fontes de energia, utilizando 87 mil painéis solares.

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INSTALAÇÕES NO MUNDO:

Fonte: http://www.pensamentoverde.com.br/cidades-sustentaveis/masdar-city-cidade-inteligente-busca-emissao-zero-gas-carbonico

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• Usina solar de Ituverava, será a maior usina solar da América Latina. Atenderá a demanda de consumo de energia anual de mais de 268.000 domicílios brasileiros, evitando a emissão de mais de 185.000 toneladas de CO2 por ano.

• Previsão de funcionamento em meados de 2017.

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INSTALAÇÕES NO BRASIL:

Fonte: http://www.youtube.com/Enerray-MovieDrone

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• Módulos solares fotovoltaicos são dispositivos que fazem a conversão da energia contida na luz solar em energia elétrica e sua composição é basicamente por células de material semicondutor que ao absorver a energia solar geram uma diferença de potencial. Os módulos fotovoltaicos são divididos em três gerações como veremos a seguir.

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MÓDULOS FOTOVOLTAICOS:

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• A primeira geração é dividida em duas cadeias produtivas: silício monocristalino (m-Si) e silício policristalino (p-Si), que representam mais de 85% do mercado, por ser considerada uma tecnologia consolidada e confiável, e por possuir a melhor eficiência comercialmente disponível, entre 12% e 17%.

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PRIMEIRA GERAÇÃO:

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Fonte: (PINHO, J. T., Manual de engenharia fotovoltaica, 2014)

• De acordo com um estudo feito por William Schockley a eficiência de células solares de junção p-n não pode ultrapassar os 30%, sob intensidade de 1000W/cm2.

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PRIMEIRA GERAÇÃO:

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Fonte: Shockley, M. balance limit of efficiency of p-n junction solar cells,1961.

• A segunda geração, comercialmente denominada de filmes finos, é dividida em três cadeias produtivas: silício amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS) ou disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe). Esta geração apresenta menor eficiência do que a primeira e tem uma modesta participação do mercado.

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SEGUNDA GERAÇÃO:

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Fonte: http://www.sunenergy.eco.br

• A terceira geração, ainda em fase de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D), testes e produção em pequena escala, é dividida em três cadeias produtivas: célula fotovoltaica multijunção e célula fotovoltaica para concentração (CPV – Concentrated Photovoltaics), células sensibilizadas por corante (DSSC – Dye-Sensitized Solar Cell) e células orgânicas ou poliméricas (OPV – Organic Photovoltaics).

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TERCEIRA GERAÇÃO:

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TERCEIRA GERAÇÃO:(a) (b)

CPV – Concentrated Photovoltaics.Células multijunção, satélite da NASA.

(c) (d)

DSSC – Dye-Sensitized Solar Cell. OPV – Organic Photovoltaics.MARÍLIA - SP

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CÉLULAS DSSC:• Espessura cerca de 1.000 vezes

menor que uma célula de silício.• Possibilidade de variação do óxido

metálico semicondutor empregado como eletrodo.

• Variação no emprego de corantes e função estética.

• Recorde de eficiência até o presente momento é de 11,9%.

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Fonte: (Mashra et al, 2009)

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CÉLULAS DSSC:• Número de publicações ao

longo dos anos obtidas com a pesquisa “dye-sensitized solar”, na base de dados Web of Science.

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Fonte: REUTERS, T. Web of science, 2014

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APLICAÇÕES FOTOVOLTAICAS:

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Fonte: http://www.ecologiaverde.com/bicicletas-electricas-paneles-solares Fonte: http://www.yankodesign.com

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APLICAÇÕES FOTOVOLTAICAS:

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Fonte: http://www.sundropsolar.inFonte: http://www.yankodesign.com

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APLICAÇÕES FOTOVOLTAICAS:

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Fonte: https://www.ambienteenergia.com.brFonte: http://vivagreen.com.br

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Aplicações fotovoltaicas:

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Fonte: http://solarpanelsphotovoltaic.net Fonte: http://www.toxel.com

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Aplicações fotovoltaicas:

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Fonte: http://wonderfulengineering.com/the-worlds-largest-solar-powered-ship Fonte: http://www.powerclouds.com

• É possível concluir que a energia fotovoltaica é uma excelente alternativa renovável para diversos países, pois não polui e não degrada o ecossistema, sendo também reconhecida como uma fonte de energia inesgotável em escala de tempo terrestre.

• O custo das células fotovoltaicas é, ainda hoje, um grande desafio para a indústria e o principal empecilho para a difusão dos sistemas fotovoltaicos em larga escala. Porém, aumentando a eficiências e implementado novos matérias de forma a substituir ou complementar o silício, será possível popularizar e massificar esse tipo de tecnologia.

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Conclusão:

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• B. O’Regan and M. Gratzel. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal tio2 films. Nature, 353:737–739, 1991.

• GRÄTZEL, M. Photoelectrochemical cells, Nature, Vol. 414, p. 338-344, 2001• PINHO, J. T., Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos, Rio de Janeiro,

CEPEL - CRESESB, 2014.

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Referências:

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OBRIGADO !

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