Tecnologia

Energia do sol

Além de ser fundamental para a produção agrícola, o sol está se tornando um importante aliado dos produtores rurais na geração de energia para movimentar diversos sistemas nas fazendas

Charles Echer

Autilização da energia elétrica nos diversos setores se tornou uma das principais necessidades para a realização das diferentes atividades na atual sociedade. Isso ocorre devido ao alto consumo energético e à modernização do sistema econômico. Estas questões tornam-se um desafio no mundo todo, para atender à crescente demanda de energia e proporcionar, ao mesmo tempo, o uso racional das fontes energéticas.

Os aspectos relativos à crescente dependência mundial por recursos energéticos estimulam a busca por novas formas de energias renováveis com baixa ou nenhuma emissão de gases do efeito estufa. Para isso, o uso de sistemas de energia fotovoltaica é uma alternativa que vem sendo estudada por muitos pesquisadores no setor agrícola. Tendo como benefícios a redução dos custos com energia, os benefícios ambientais em função da independência de fontes combustíveis, o baixo custo de operação e manutenção de seus equipamentos e a possibilidade de utilização em locais remotos. Por outro lado, os sistemas fotovoltaicos apresentam custos iniciais elevados, dependência do recurso solar e das condições atmosféricas.

O Brasil é um país caracterizado por seu clima tropical com alta disponibilidade de radiação solar, o que favorece a implantação e o uso da energia solar. O uso de energias renováveis no meio rural tem se tornado uma alternativa para a redução de gastos com energia, além de ser ambientalmente sustentável. O fornecimento dessa energia através de placas solares em áreas rurais está crescendo cada vez mais e se tornando uma solução inteligente para diversos agricultores.

GERAÇÃO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

A energia solar fotovoltaica está em ascensão nos últimos anos em relação às demais fontes de energia, pois este tipo de sistema apresenta uma atratividade para aquisição e um custo, apesar de alto na aquisição e implantação, diluído ao longo da vida útil em função da evolução tecnológica.

Um fator importante para o desempenho de sistemas fotovoltaicos está relacionado ao posicionamento dos módulos solares. Sendo assim, a inclinação e a orientação dos módulos têm elevada influên-

cia na geração de energia.

Uma das vantagens da utilização da tecnologia fotovoltaica é a de proporcionar redução dos custos operacionais em relação à energia elétrica, além dos benefícios ambientais associados. Estes sistemas são constituídos basicamente por conjuntos de painéis fotovoltaicos, controladores de carga e inversores. Assim, os sistemas de energia solar são divididos em sistemas conectados à rede (on-grid) e sistemas isolados ou não conectados à rede elétrica (off-grid).

SISTEMAS ON-GRID

O sistema on-grid tem como principal característica estar conectado a uma rede elétrica (Figura 1). Tendo como principal vantagem que toda energia gerada em excesso pode ser injetada na rede elétrica local, não necessitando de sistemas de armazenamento. O excedente de energia gera créditos para o consumidor e garante que toda a energia produzida possa ser utilizada dentro de um período de cinco anos.

SISTEMA OFF-GRID

O sistema off-grid é caracterizado por não estar conectado à rede elétrica e sua utilização se dá em regiões que não possuem rede (Figura 2). Este sistema é dimensionado para atender a uma determinada demanda de energia, a qual poderá ser armazenada em bancos de baterias, que devem ser igualmente dimensionados. As baterias são responsáveis pelo abastecimento em períodos sem luz solar, gerando maior confiabilidade no sistema, permitindo-o operar mesmo em condições de baixa radiação.

SISTEMA OFF-GRID SEM BATERIAS

Para sistemas de geração sem o uso de bancos de baterias, a energia gerada deve ser instantaneamente consumida. Deste modo, a demanda é atendida apenas durante o período no qual o sistema está gerando energia (Figura 3). E quando a intensidade de radiação não for mais suficiente para atender o consumo, o fornecimento é interrompido, voltando ao seu funcionamento quando houver novamente radiação solar disponível.

Figura 1 - Sistema de energia solar conectado à rede elétrica – sistema on-grid

Figura 2 - Sistema não conectado à rede elétrica – sistema off-grid

TIPOS DE ASSOCIAÇÃO DE PLACAS SOLARES

Para se obter as características de cada sistema de geração de energia solar se faz necessária a utilização de associações de placas solares, sendo estas em série, paralelo e até mesmo associações série-paralelo.

Os painéis conectados em série necessitam de uma instalação na mesma orientação (Figura 4), de modo a produzir a tensão necessária para o correto funcionamento do inversor, ou seja, se faz o somatório das tensões e mantém-se a corrente. Já para a associação em paralelo as tensões se mantêm constantes e ocorre o somatório das correntes, não produzindo valores superiores ao admitido pelo inversor/controlador.

É importante a utilização de módulos

Figura 3 - Sistema não conectado à rede elétrica – sistema off-grid sem baterias Figura 4 - Esquema de associação de painéis solares em paralelo e série

que tenham os mesmos valores nominais de potência, corrente e tensão, pois, ao se conectar módulos em série de correntes diferentes, suas tensões serão somadas, mas a corrente será limitada pelo menor valor, o que resultará em um sistema ocioso. O mesmo ocorre com módulos de tensões diferentes em paralelo, as correntes serão somadas, e a tensão será limitada pela menor das tensões.

UTILIZAÇÃO NA AGRICULTURA E RETORNO ECONÔMICO

A aplicação da energia solar está se tornando uma das mais promissoras formas de geração nos últimos anos. No meio rural está cada vez mais eminente o uso desta energia nas propriedades, trazendo benefícios aos agricultores. A utilização desta fonte de energia se encontra tecnicamente consolidada e, desta forma, expandindo-se para a eletrificação rural.

O Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar (Pronaf) vem fomentando a utilização dessa tecnologia para os produtores, e traz como principais aplicações o uso no bombeamento de água para dessedentação de animais, tanques de piscicultura, irrigação de lavouras, iluminação de ambientes, controle térmico, secagem e armazenagem de grãos. Dentre estas aplicações a irrigação é uma atividade distinta da maioria. Sua necessidade de energia ocorre em momentos de alta demanda evaporativa e coincide com os períodos de sol pleno, possibilitando assim o acionamento do sistema de geração off-grid.

A interação entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e a irrigação possibilita ao produtor aumento da produtividade e ganhos econômicos. O bombeamento de água é considerado uma das aplicações mais promissoras, e uma vez que a irrigação se trata de uma atividade sazonal, esta situação favorece a incorporação de sistemas fotovoltaicos.

Além disso, para obter o sucesso em qualquer tipo de investimento se faz necessário conhecer os custos e benefícios, assim como os recursos necessários para implantação de um projeto. Considerando essas demandas, faz-se necessário o estudo de alternativas que possibilitem um retorno econômico aos produtores, visto que o uso da energia solar pode oferecer uma redução de até 70% no consumo energético quando comparado ao sistema convencional.

Nos últimos anos, os painéis fotovoltaicos tiveram uma redução no preço, o que motivou o investimento deste tipo de sistema. O número de instalações contendo painéis solares em propriedades rurais no Brasil ainda é baixo, porém com a alta nos preços da energia elétrica, a expectativa é de que o agricultor passe a olhar com bons olhos a oportunidade de integrar o sistema de energia solar ao sistema produtivo.

Exemplos desta mudança são os sistemas de bombeamento movidos por energia solar direta, os quais são alternativas técnica e economicamente viáveis para o produtor rural, com alto retorno econômico, apresentando indicadores positivos e crescentes em função do aumento das potências do sistema. Estudos realizados pelo Laboratório de Engenharia de Irrigação da UFSM demonstram que em sistemas de geração de energia que atendem potências de até 15cv, o retorno do investimento é obtido entre quatro e 15 anos, dependendo do tamanho do sistema de geração.

O estudo da viabilidade econômica se faz necessário, pois leva em consideração o rendimento do investimento em análise por meio da projeção do dinheiro no tempo, através da análise dos custos e benefícios gerados por esse projeto. Por isso, é importante considerar as características e necessidades de cada propriedade, avaliando qual dos sistemas de geração de energia solar, seja on-grid ou off-grid, com ou sem armazenamento, é mais adequado, de acordo com a realidade e condições de investimento de cada produtor. .M

Jhosefe Bruning Adroaldo Dias Robaina Marcia Xavier Peiter Miguel Chaiben Neto Silvana Rodrigues Antunes Laura Dias Ferreira Juciano Gabriel da Silva Yesica Ramirez Flores Jéssica Dariane Piroli Ricardo Boscaini, UFSM