IMPLANTAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO USADO PARA ABASTECER CARRO ELÉTRICO

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Jardel Eugenio da Silva(1),  Francielle Rocha Santos(2), Günther Kaltmaier(3), Dr. Jair Urbanetz Junior(4)

1 PPGSE, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Brasil, e-mail: jardel.eugenio@hotmail.com
2 PPGEC, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Brasil, e-mail: francielleroch@hotmail.com
3 PPGEC, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Brasil, e-mail: gunther.kaltmaier@gmail.com
4 PPGEC e PPGSE, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Brasil, e-mail: urbanetz@utfpr.edu.br

Resumo: 

A mudança gradual da matriz energética para fontes renováveis é uma das principais estratégias globais pelo desenvolvimento sustentável. Segundo alguns estudos a utilização de energia elétrica por automóveis permitiria uma redução do consumo de gasolina de 40,7% em 2031, acompanhado por um aumento do consumo de eletricidade de 42,1% em relação às projeções oficiais. Porém com a disseminação gradual e constante da utilização de veículos elétricos surge um novo paradigma, que é a necessidade de suprir a demanda energética desta nova carga no sistema elétrico. O aproveitamento da radiação solar para gerar energia elétrica para suprir essa nova demanda apresenta como alternativa sustentável. A partir destas questões, projetou-se uma estrutura com a instalação de um painel solar fotovoltaico vinculado à utilização de veículos elétricos, analisando-se valores estimados de produção energética e emissões evitadas de CO2, em comparação com o consumo médio de diversos modelos para percorrer 21.900 km anuais. Os resultados demonstram que o veículo Renault Twizy foi o único modelo cujo consumo ficou abaixo da produção de energia do sistema fotovoltaico projetado, em contrapartida, todos os modelos tiveram um saldo positivo nas estimativas de CO2 evitado, configurando uma solução ambientalmente sustentável.

Abstract: 

The gradual shifting of the energy matrix to renewable sources is one of the main global strategies for sustainable development. According to studies, the use of electric energy by automobiles would lead to a reduction in gasoline consumption of 40.7% in 2031, accompanied by an increase in electricity consumption of 42.1% in relation to official projections. However, the gradual and constant dissemination and use of electric vehicles, a new paradigm emerges, which is the need to supply the energy demand of this new charge in the electric system The use of solar radiation to generate electricity to meet this new demand presents a sustainable alternative. From these questions, a structure was designed with the installation of a photovoltaic solar panel linked to the use of electric vehicles, analyzing estimated values of energy production and avoided emissions of CO2, compared to the average consumption of several models to cover 21,900km per year. The results show that the Renault Twizy vehicle was the only model whose consumption was below the energy production of the projected photovoltaic system, in contrast, all models had a positive balance in the estimates of avoided CO2, forming an environmentally sustainable solution.

Key words: Photovoltaic energy, electric car.

1 INTRODUÇÃO 

As energias renováveis são essenciais para um mundo mais sustentável, tendo em vista, que o objetivo é explorar os recursos naturais, sem prejudicar as gerações futuras. A energia solar se insere nesse conceito e está disponível em todas as estações do ano no Brasil. 

A energia fotovoltaica inicia-se através da radiação direta e difusa que atinge uma determinada área de forma horizontal formando a radiação solar. A radiação direta corresponde aos raios de sol que chegam diretamente na superfície e a radiação difusa corresponde aos raios de sol que chegam indiretamente à superfície devido à poeira, nuvens ou outros possíveis objetos [1]. Os módulos fotovoltaicos são compostos por células, a partir deste princípio da radiação, convertem a luz em energia elétrica [2]. 

A energia elétrica é essencial para o desenvolvimento de cidades e populações, sendo assim, desenvolver carros movidos à energia elétrica é uma forma de evitar o uso de combustíveis fósseis, prejudiciais ao meio ambiente. 

Desde os primórdios da indústria automotiva os carros elétricos sempre estiveram atrelados a fonte de energia, ou a falta dela, seja na autonomia dos acumuladores (baterias), como na eficiência dos motores, nos dias atuais os veículos elétricos estão bem evoluídos com autonomias de 60 km (Volteis X4), a 426 km (Tesla S) [3], porém surge um novo problema, à necessidade de suprir a demanda energética desta nova carga no sistema elétrico. 

De acordo com [4], a utilização de energia elétrica por automóveis permitiria uma redução do consumo de gasolina de 40,7% em 2031, acompanhado por um aumento do consumo de eletricidade de 42,1% em relação às projeções oficiais, ou seja, o aproveitamento da irradiação solar para gerar energia elétrica para suprir essa nova demanda configura-se como uma solução sustentável.

2. COBERTURAS AUTÔNOMAS         INDEPENDENTES

Sob o ponto de vista comercial, coberturas autônomas podem ser um investimento atraente para fornecedores de soluções energéticas, que procuram aliar o design à micro geração energética solar, pois apresentam algumas vantagens a serem exploradas.

As coberturas podem ser instaladas independentemente da estrutura da residência ou comercio existente, diminuindo ou eliminando a necessidade de intervenções e reformas na edificação existente. Tais intervenções podem acarretar em riscos e custos maiores devido ao maior tempo na execução. A execução próxima ao solo possibilita uma menor extensão das instalações e tubulações, e assim, é possível diminuir custos e riscos na construção.

A solução integrada, onde os módulos e painéis desempenham dupla função, atuando tanto como material de cobertura quanto componente do sistema de geração de energia elétrica, reduz os custos se comparados a uma edificação onde o painel é simplesmente aplicado a uma cobertura existente. Esta questão está vinculada à temática da fotovoltaica integrada à arquitetura, estética, funcionalidade e geração energética estão aliadas em uma solução holística, onde o elemento fotovoltaico assume um papel de destaque na concepção, cumprindo duas ou mais funções na edificação. 

Em soluções convencionais costuma-se utilizar telhas de fibrocimento ondulado, com baixo custo de comercialização; telhas metálicas e até mesmo o vidro, com custo mais elevado. Quanto maior o custo evitado mais atraente e viável economicamente se torna a solução fotovoltaica. 

Entretanto, é necessário solucionar as vedações entre os módulos, pois estes não possuem a finalidade de ser usados como estrutura de uma cobertura, portanto é necessária a utilização de calhas e rufos especialmente projetados.

A pré-fabricação e concepção do projeto para produção em escala e padronização de peças e componentes do sistema, reduz os custos de fabricação e consequentemente para o consumidor final, que aliados a um design atraente têm potencial de expansão mercadológica no setor residencial e comercial. 

2.1. Projeto da cobertura 

A cobertura será instalada sede Neoville, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, na cidade de Curitiba. Os principais critérios e condicionantes abordados para a concepção da cobertura foram os seguintes: 

● Estrutura de fácil montagem e execução, optando-se pela estrutura metálica por sua possibilidade de pré-fabricação e disponibilidade extensiva no mercado;

● Ocupar no máximo a dimensão de uma vaga de estacionamento padrão, com 2,5m x 5,0m;

● Possuir inclinação dos módulos com ângulo e desvio azimutal ideais para localidade (Curitiba);

● Possuir design simples, mas atraente, e com possibilidade de replicação;

● Utilização de no máximo quatro módulos FV, conforme disponibilidade prevista.

Conforme os critérios adotados para elaboração do projeto, o sistema fotovoltaico conectado na rede elétrica (SFVCR) proposto possuirá as seguintes características e especificações:

● Painel fotovoltaico com quatro módulos de 315 Wp conectados em série, medindo cerca de 1,0m x 2,0m (disponibilizados em convênio com a instituição realizadora);

● Utilização do inversor modelo Ecos 1000 da marca EcoSolys.

● Módulos inclinados com um ângulo de 25º (próximo ao ideal para latitude de Curitiba 25,5º S) e orientados com desvio azimutal de 0º (orientação Norte).

● Projeção da estrutura em planta medindo 2,5m x 4,0m (10,0m²);

O projeto da estrutura está ilustrado na Figura 1.