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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica
Bruno Montezano
DTE
As energias solar e eólica
no Brasil
Rio de Janeiro, 21/10/10
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
CEPEL
• Centro de P&D do Sistema Eletrobrás
• Maior centro do Brasil em P&D de energia elétrica
• Maiores laboratórios de alta tensão e potência na América Latina
• Associação sem fins lucrativos fundada em 1974
• Mais de 500 funcionários e 100 parceiros de Universidades
• Infra-estrutura de P&D de US$ 300 milhões
• Orçamento anual de cerca de R$ 135 milhões
• Apoio Técnico para o Sistema Eletrobrás, Governo (MME), Entidades Setoriais (ONS, CCEE, EPE e ANEEL), concessionárias e indústria
Unidade Ilha do Fundão Unidade Adrianópolis
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito – CRESESB
Promover o desenvolvimento das energias solar e eólica
através da difusão de conhecimentos, da ampliação do
diálogo entre as entidades envolvidas e do estímulo à
implementação de estudos e projetos.
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Sumário
• Introdução
• Contexto Nacional e Internacional da Energia Eólica
• Contexto Nacional e Internacional da Energia Solar
• Casa Solar Eficiente
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Matriz Energética Brasileira - 2009
8,8%
4,8%
1,4%
15,2%
32,0%
37,9%
PETRÓLEO e
DERIVADOS
GÁS NATURAL
CARVÃO MINERAL
URÂNIO
HIDRÁULICA e
RENOVÁVEIS
BIOMASSA
(Fonte: Resenha Energética 2009. MME, Mar/2010)
Renováveis
Brasil: 47,2 %
OECD: 7,2 %
Mundo: 12,7 %
Características do Setor Elétrico Brasileiro
DERIVADOS DA
CANA-DE-AÇÚCAR 18,0%
LENHA E CARVÃO
VEGETAL 10,1%
OUTRAS
RENOVÁVEIS 3,8%
Matriz Energética Brasileira - 2009
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Capacidade de Geração Elétrica no Brasil
Total: 122,7 GW
6.66%
66.50%
0.81%
1.58%
1.64%
6.64%
10.75%
5.42%
Hidro
Gás
Petróleo
Biomassa
Nuclear
Carvão Mineral
Eólica
Importação
Características do Setor Elétrico Brasileiro
(Fonte: Banco de Informações de Geração. ANEEL, 8/6/2011)
Total: 122,7 GW
Matriz Elétrica Brasileira
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Setor Elétrico Brasileiro
Consumidores 63.3 milhões
Energia Gerada 499 TWh/ano
Pico de consumo 64,9 GW
114,6 GW
Linhas de Transmissão: 97.703 km (alta voltagem)
98% do mercado de energia elétrica é suprido através do Sistema
Interligado Nacional (SIN); o sistema isolado representa 2% do mercado
concentrando 3% da população
(Fonte: ANEEL, 2011, MME,2009)
Capacidade Instalada
Fonte Potência [MW] %
Hidrelétrica 81.602 71,23
Térmica 21.801 19,03
Biomassa 8.149 7,11
Nuclear 2.007 1,75
Eólica 999 0,87
Total 114.558 100,00
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8
BRASIL
EUROPA
3,900 km
Linhas de Transmissão de dimensões continentais
(Fonte: MME, 2009)
Características do Setor Elétrico Brasileiro
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Recursos Renováveis no Brasil Manual de Inventário Hidrelétrico
Brasil
Potencial: 260 GW
Aproveitado: 30%
Inventariado: 40%
Estimado: 30%
Nordeste
26.268 MW
Sul
42.030 MW
Sudeste e
Centro-oeste
78.716 MW
Norte
111.396 MW
(Fonte: WEC 2005)
Potencial Hidrelétrico
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Energia Hidráulica
• As vantagens de uma usina hidrelétrica são o fato de sua
operação não ser poluente e de a água ser uma fonte
renovável. As barragens também controlam a vazão dos
rios, minimizando os efeitos das enchentes.
• As desvantagens são a desapropriação de terras
produtivas pela inundação e o impacto ambiental do
alagamento, que provoca a perda de vegetação e da
fauna terrestres. Além disso existem estudos que indicam
emissão de gás de efeito estufa do reservatório devido a
decomposição da matéria orgânica submersa com a
construção do reservatório (COPPE/UFRJ).
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Usinas Hidrelétricas do Brasil
UHE (MW)
Outorgada 17.174,8
Em Obras 8.347,0
Em Operação 81.602,0
USINAS HIDRELÉTRICAS em Operação
Usina [MW] Proprietário Município Rio
Tucuruí I e II 8.370,0 ELETRONORTE Tucuruí – PA Tocantins
Itaipu (Parte
Brasileira) 7.000,0 Itaipu Binacional Foz do Iguaçu – PR Paraná
Ilha Solteira 3.444,0 Companhia Energética
de São Paulo
Ilha Solteira - SP /
Selvíria – MS Paraná
Xingó 3.162,0 CHESF Canindé de São Francisco
- SE / Piranhas – AL São Francisco
Paulo Afonso IV 2.462,4 CHESF Delmiro Gouveia - AL /
Paulo Afonso - BA São Francisco
USINAS HIDRELÉTRICAS em Construção
Usina [MW] Proprietário Município Rio
Jirau 3.300,0 Energia Sustentável do
Brasil S.A. Porto Velho - RO Madeira
Santo Antônio 3.150,4 Santo Antônio Energia S.A. Porto Velho - RO Madeira
UHE (no de
empreendimentos)
Outorgada 237
Em Obras 62
Em Operação 908
Potência Total:
81,6 GW Instalados
Total:
908 Usinas
em Operação
(Fonte: Banco de Informações de Geração. ANEEL, 8/6/2011)
USINAS do tipo UHE em Outorga
Usina [MW] Proprietário Município Rio
Belo Monte 11.233,1 Norte Energia S.A. Vitória do Xingu - PA Xingu
Santa Isabel 1.087,0 Grupo de Empresas
Privadas Ananás - TO /
Palestina do Pará – PA Araguaia
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Pespectivas da Energia Hidráulica
• É a fonte de energia que ainda apresenta os menores
custos de geração. Os custos da energia gerada pelas
Usinas Hidrelétricas brasileiras é na faixa de 70-80
R$/MWh.
• Os maiores potenciais remanescentes estão localizados
em regiões com fortes restrições ambientais e distantes
dos principais centros consumidores.
• As Pequenas Centrais Hidréletrica (PCHs), com potências
de 1-30 MW, operam a fio d’água com reservatórios
limitados. Essa modalidade de aproveitamento hidráulico
apresenta um menor impacto ambiental sendo
enquadrada com uma fonte alternativa.
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Eólica
Solar fotovoltaica
Solar térmica
Tecnologias em Foco (energia renovável complementar)
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Catavento –
Bombeamento d’água
• Residências
• Fazendas
• Aplicações Remotas
Aplicações da Energia Eólica
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Pequeno Porte (10 kW)
•Residências
•Fazendas
•Aplicações Remotas
Intermediário
(10-250 kW)
•Sistemas Híbridos
•Geração Distribuída
Grande Porte
(250 kW - 5+MW)
•Parques Eólicos
•Geração Distribuída
Aplicações da Energia Eólica
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Cubo
Rotor
Eixo
Multiplicador
Gerador
Nacele
Torre
(Fonte: CRESESB, 2008)
Configurações de Aerogeradores
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Aerogeradores de Série Protótipos
50 kW
0
20
40
60
80
100
120
140
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Ano
Diâ
metr
o d
o r
oto
r (m
)
600 kW
500 kW
2,500 kW
1,500 kW
5,000 kW
7.000 kW
300 kW
Evolução da potência dos
aerogeradores
(Fonte: DEWI, 2006)
Desenvolvimento da Tecnologia
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196,6 GW instalados no mundo em 2010
Potência Eólica Instalada no Mundo
(Fonte: WWEA, 2011. World Wind Energy Report 2010)
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Potencial Eólico Brasileiro
(Fonte: Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. CEPEL, 2001)
Potencial Eólico: 143,5 GW
Altura de Referência: 50m
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0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
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/s)
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
PR
OIN
FA
- E
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E (
MW
h) Eólicas - NE
Vazão do Rio São Francisco
Sazonalidade das Usinas Eólicas do Proinfa
Potencializa maior estabilidade sazonal de oferta
Complementaridade sazonal entre os ventos e as vazões hídricas
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• Alagoas http://www.desenvolvimentoeconomico.al.gov.br/minas-e-energia/mapa-eolico/
• Bahia http://www.coelba.com.br/
• Ceará http://www.seinfra.ce.gov.br/
• Espírito Santo http://www.aspe.es.gov.br/atlaseolico/
• Minas Gerais http://www.cemig.com.br/atlas_eolico_2010/index.htm
• Paraná http://www.copel.com/download/mapa_eolico/Atlas_do_Potencial_Eolico_do_Estado_do_Parana.pdf http://www.copel.com/download/mapa_eolico/Mapa_do_Potencial_Eolico_do_Estado_do_Parana.pdf
• Rio de Janeiro Governo do Estado - Secretaria de Estado de Energia, da Indústria Naval e do Petróleo
• Rio Grande do Norte http://www.cosern.com.br/ARQUIVOS_EXTERNOS/PDF/mapa_eolico.pdf
• Rio Grande do Sul http://www.semc.rs.gov.br/index.php?menu=atlaseolico
Atlas do Potencial Eólico Iniciativas Estaduais
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Usinas Eólicas do Brasil
Potência Total Instalada:
998,5 MW (0,81%)
51 Plantas em operação
PROINFA – Eólica (MW)
Contratado 1.422,9
Em Operação 902,4
Em Construção 520,5
PROINFA – Eólica
(# Projetos)
Contratado 57
Em Operação 43
Em Construção 14
(Fonte: Banco de Informações de Geração. ANEEL, 8/6/2011)
Situação Atual dos Empreendimentos de Energia Eólica
# Projetos Situação Atual Potência [MW]
115 Outogardos 3.771,7
35 Em construção 928,0
51 Em operação 998,5
USINAS EÓLICAS em Operação
Usina MW Proprietário Município
Praia Formosa 104,4
Eólica Formosa Geração e
Comercialização de Energia
S.A.
Camocim – CE
Parque Eólico
Elebrás Cidreira 1 70,0 Elebrás Projetos S.A Tramandaí – RS
Canoa Quebrada 57,0 Bons Ventos Geradora de
Energia S.A. Aracati – CE
Eólica Icaraizinho 54,6
Eólica Icaraizinho Geração e
Comercialização de Energia
S.A.
Amontada – CE
Alegria I 51,0 New Energy Options Geração
de Energia S/A Guamaré - RN
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Osório – 50 MW (Osório, RS)
RN 15 – 49,3 MW (Rio do Fogo, RN)
Mucuripe – 2,4 MW (Fortaleza, CE)
Sistemas de Grande Porte
Paracuru – 23,5 MW (Paracuru, CE)
(http://www.suzlen.com)
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Benefícios da Energia Eólica
• É uma fonte de energia limpa e renovável que não produz
a emissão de gases de efeito estufa ou resíduos tóxicos.
Contribui para o combate às mudanças climáticas.
• Projetada para operar por mais de 20 anos e, ao final de
sua vida útil, a área pode ser restaurada com baixo
financeiros e ambientais. É uma forma de
desenvolvimento essencialmente reversível.
• Melhora da segurança e confiabilidade do fornecimento
de energia elétrica com a diversificação da matriz.
• Reduz a dependência de importação de energia.
• A geração de empregos com desenvolvimento do
mercado de energia eólica.
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Perspectivas da Energia Eólica
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Perspectivas da Energia Eólica
Energia Eólica X
Energia de Fonte Hídrica
Complementares
• Energia limpa e renovável é uma alternativa a expansão de geração térmica contribuindo para mitigação das mudanças climáticas (um único aerogerador de 1,8 MW poupa a emissão de mais de 2 ton de CO2 anualmente).
• Perspectivas de crescimento com o custo da eletricidade gerada em queda contínua. Entre 1990 e 2008, a capacidade instalada no mundo dobrava a cada 3 anos coincidindo reduções de 15% nos preços.
• O grande potencial eólico brasileiro e a evolução tecnológica dos aerogeradores apontam a energia eólica como uma alternativa viável econômica e ambientalmente.
• Nos leilões realizados em ago/2011, foram comercializados o equivalente a 1.928,8 MW instalados, distribuídos entre 78 projetos, com preço médio da energia de 99,56 R$/MWh. O preço de referência da energia hidrelétrica homologado pela ANEEL é de R$ 64,69/MWh.
• Apresenta fatores de capacidade entre 42% e 32%, enquanto usinas elétricas convencionais apresentam em média 60%.
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Eólica
Solar fotovoltaica
Solar térmica
Tecnologias em Foco (energia renovável complementar)
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O Sol envia para a Terra energia
equivalente a cerca de 10.000 vezes o
consumo mundial de energia bruta
Energia Solar
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(Fonte: Wikipedia)
40º N
35º S
O “Cinturão” Solar
Radiação Solar Global
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Potencial Solar
(Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil. UFPE, 2000)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
(Fonte: SOLARBUZZ, 2009/ PHOTON INTERNATIONAL, 2008)
Painéis fotovoltaicos Potência instalada em nível mundial
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Painéis fotovoltaicos Venda anual em nível mundial
(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/vendas/)
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Painéis fotovoltaicos Consumo anual por Aplicação
(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/vendas/)
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Efeito Fotovoltaico
(Fonte: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/solarcell/index.html, 05/2009)
Efeito Fotovoltaico – Conversão direta de energia luminosa (fótons)
em energia elétrica
Célula Fotovoltaica – construída a partir de uma junção p-n de
material semicondutor, tem a propriedade de implementar o efeito
fotovoltaico.
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Módulos Fotovoltaicos disponíveis no mercado
a) Silício Cristalino (c-SI)
b) Silício amorfo hidrogenado (a-Si)
c) Telureto de cádmio (CdTe)
d) Disseleneto de cobre (gálio) e índio
(CIS e CIGS)
e) Módulos coloridos
f) Módulos High Power
(a) m-SI
(b)
(e)
(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/tecnologias-no-mercado-3/)
(a) p-SI
(c)
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Células Fotovoltaicas de Si
Silício policristalino
(poly-Si)
• Rendimento: 16%
• Menor Custo de fabricação
comparado a célula de
silício monocristalino
• Vida Útil: 20-40 anos
Silício monocristalino
(mono-Si)
• Rendimento: 18%
• Custo Elevado
• Vida Útil: 20-40 anos
Silício amorfo
(a-Si)
• Rendimento: 8%
• Menor Custo
• Vida Útil: 15-25 anos
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Sistema Fotovoltaico Isolado
Sistema Isolado com Inversor de Tensão
Instalado em áreas de difícil acesso a rede elétrica, normalmente zonas rurais,
neste caso a energia fotovoltaica é a única fonte de eletricidade e é necessário
algum armazenamento, como baterias. Tais sistemas podem ser de geração
apenas para uma residência ou pode ser instalado em mini-redes para atender
uma pequena comunidade.
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
A geração fotovoltaica funciona em conjunto com outros, como geradores
eólicos ou diesel. Considerados mais complexos, tais sistemas exigem um
controle capaz de integrar as diferentes formas de geração de energia. Estes
sistemas podem estar conectados a rede, isolados ou ter o apoio da rede.
Sistema Fotovoltaico Híbrido
Sistema Híbrido com Geração Eólica
(Fonte: CRESESB, 2005)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
(Fonte: www.wright-way.com/solar-power.htm)
Sistema Fotovoltaico Residencial Conectado à Rede
Este é o tipo mais popular de instalações PV, normalmente sobre o telhado de
casas e escritórios, e no qual é necessário a presença de um inversor, para
transformar a energia em corrente contínua para corrente alternada. A energia
gerada pelos painéis é entregue a rede elétrica convencional.
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Mercado mundial de painéis fotovoltaicos
• Incentivos governamentais expressivos têm sido utilizados para
o desenvolvimento deste mercado (feed-in, incentivos fiscais,
linhas de financiamento especiais, etc.)
• Centenas de fabricantes de painéis fotovoltaicos no mundo
• Predominância de aplicações conectadas na rede elétrica
• Custos: US$ 2,00/W (célula); US$ 5,00/W (módulo completo)
• Evolução tecnológica: Si amorfo com eficiência de 11,3%
• Brasil: Maior exportador de Si grau metalúrgico do mundo
(Fonte: PHOTON INTERNATIONAL, 2009)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Crianças assistindo à TV pela primeira vez na comunidade de Boa Sorte. Município de Dianópolis - Tocantins
Sistema de bombeamento da comunidade de Boa Sorte.
Município de Dianópolis - Tocantins
Instalações Fotovoltaicas
(Fonte: CEPEL, 1999) (Fonte: CEPEL, 1999)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Abastecimento comunitário de água da comunidade de Amapá Grande
Município de Amapá - AMAPÁ
Sistema energético no posto de saúde e bombeamento da comunidade de Lago Novo
Município de Tartarugalzinho - AMAPÁ
Sistema de Bombeamento Fotovoltaico
(Fonte: CEPEL, 1999)
(Fonte: CEPEL, 1999)
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Universalização: metas e desafios
(Fonte: MME, 2004)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011
Perspectivas
• Tem sido utilizada, no Brasil, em aplicações distantes da
rede, em particular na região amazônica e no interior da
região nordeste (exemplo: PRODEEM / Luz para Todos).
• Os custos médios variam de 400-1200,00 R$/MWh.
• No Brasil, se houver uma redução de custos ainda mais
significativa do que a que já está se verificando,
aplicações interligadas podem contribuir num cenário
distante de substituição de fontes térmicas.
• Proposta de regulamentação para microgeração de
energia com fontes renováveis (<100 kW) foi
apresentada pela ANEEL em out/2011. (ANEEL, 2011)
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Eólica
Solar fotovoltaica
Solar térmica
Tecnologias em Foco (energia renovável complementar)
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Grande oportunidade de crescimento da utilização de coletores
solares planos para aquecimento de água.
É desejável que uma legislação adequada e a disponibilidade
de financiamento estimulem sua utilização.
(Fonte: http://www.komeco.com.br/assets/)
Solar Térmico Aquecimento solar residencial
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Aquecimento Solar Residencial
(Fonte: http://www.komeco.com.br/assets/)
Instalação
Reservatório de Água Quente
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Solar Térmico Aquecimento solar residencial
• O Brasil possui a sétima maior área de coletores solares
instalados do mundo: 3,1 milhões de m²:
– 84% no setor residencial;
– 15% no setor terciário (hotéis e serviços);
– 1% no setor industrial.
• Em termos populacionais, o Brasil possui apenas 1,72 m² de
área coletora instalada para cada 100 mil habitantes, muito
atrás de Chipre (84,4), Barbados (26,9) e Turquia (13,5).
• A taxa média de crescimento anual da área coletora instalada
no Brasil é de 14%, enquanto no Canadá é de 50%, na
Alemanha de 39% e na França e na Grécia, de 34%.
(Fonte: Solar Heat Worldwide, Edition 2008)
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Concentrador parabólico Disco parabólico
Torr
e C
entr
al
Potência Instalada (MW)
Concentrador
Parabólico 468 MW
Torre Central 11 MW
(Fonte: Wikipedia, 2008)
Solar Térmico Geração de Energia Elétrica - Heliotermia
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Solar Térmico Geração de Energia Elétrica - Heliotermia
Desde que haja uma diminuição de custos muito significativa, a
geração heliotérmica poderá ser empregada,
em particular na Região Nordeste.
Iniciativa governamental de criação de grupos para
estabelecimento de uma agenda de P&D
• Custos de Instalação:
– Plantas sem armazenamento térmico : 5000 Euros/kW
– Plantas com armazenamento térmico : 6000 - 7000
Euros/kW
• Custos da Energia Gerada:
– Plantas comerciais : 0,22 Euros/kWh (2007)
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Casa Solar Eficiente
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Planta Baixa
1. Painel Rastreador
2. Aerogerador
3. Banco de Baterias
4. Painel Fotovoltaico
5. Iluminação Pública
6. Aquecimento Solar
Térmico
7. Sistema de
Bombeamento
8. Sala de Controle
9. Cozinha
10. Auditório
11. Sala de Eficiência
Energética
12. Banheiro
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Configuração Elétrica
Painel Fotovoltaico: 1993 Wp
Baterias: 750Ah/48Vcc (20 unidades)
Inversor: 48Vcc/120Vca/60Hz-4kW
Autonomia: 72 horas
Consumo: 7,5 kWh
Rad. Média Anual: 4,75 - 5,25 kWh/m2.dia
(Fonte: CRESESB, 2010)
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Obrigado!
Bruno Montezano
www.cepel.br/cresesb [email protected]