Energias
Renováveis ou Energias Alternativas
Energia renovável ou
energia alternativa é aquela gerada através de fontes renováveis e que,
portanto, não gera impacto no meio ambiente, seja através do esgotamento de
recursos ou pela emissão de CO2 na atmosfera.
As principais fontes alternativas de energia são: Solar, Eólica, Hidráulica, Biomassa, e Maremotriz.
Energia Eólica
O gerador eólico
ou turbina eólica é um equipamento que tem a capacidade de captar a energia
cinética contida nos ventos e transformá-la em energia elétrica.
Existem dois tipos básicos de sistemas: Sistemas
Isolados (Off-Grid) e Sistemas Conectados à Rede (Grid-Tie).
Os Sistemas Isolados são utilizados em locais
remotos ou onde o custo de se conectar a rede elétrica é elevado. São utilizados
em casas de campo, iluminação pública, telefones de emergência,
telecomunicações, bombeamento de água, etc.
Sistemas de Energia
Eólica e seus Componentes
Os sistemas de energia eólica
são capazes de gerar energia elétrica através do vento.
Um sistema eólico possui cinco componentes básicos:
Enquanto um sistema isolado necessita de baterias e controladores de carga, sistemas eólicos conectados à rede funcionam com retificadores e inversores, já que não precisam armazenar energia.
As torres podem ser treliçada ou tubular.
A altura pode variar de 6 m até qualquer altura que se queira. Quanto mais alta a torre, maior o seu custo.
Existem basicamente três tipos de torres:
Estaiada: Possui uma haste central de sustentação de onde saem cabos de aço que são ancorados por bases que suportam toda a força lateral exercida pelo sistema. Normalmente são as torres mais baratas se tornando mais viáveis para aerogeradores pequenos, mas necessitam de espaço para sua instalação.
Autoportante: Pode ser treliçada ou tubular e não há necessidade de cabos de aço. Requer estrutura mais robusta e mais cara, porém não necessitam muito espaço para instalação.
Hidráulica: São torres que possuem um êmbolo hidráulico em sua base para seu levantamento. São pouco utilizadas por serem muito caras.
Gerador Eólico
A
energia eólica é considerada uma das tecnologias mais avançadas e inovadoras da
atualidade, obtida por meio da força dos ventos, é considerada a energia mais
limpa do planeta e está disponível em muitos lugares, com intensidades
diferentes, ajudando gerar empregos, turismo em comunidades locais e contribui
para o crescimento econômico mundial.
Com o avanço dessa tecnologia, as vantagens
de sua implantação ficam ainda mais evidentes, considerando que há a preservação
de recursos hidráulicos, auxílio no desenvolvimento econômico rural, uma vez
que a instalação pode ser feita em áreas que já existam alguma atividade
agrícola. Não produz resíduos sólidos ou gases tóxicos, é uma das fontes de
energia mais econômicas na geração de energia elétrica em grande escala,
oferecendo ainda, oportunidade de receita aos agricultores que arrendam suas
terras.
A evolução da tecnologia resultou em aerogeradores de grande variedade de tamanhos, levando o mercado a segmentar-se em três grupos distintos, de acordo com a potência:
Existem, basicamente, dois tipos de aerogeradores: de Eixo Horizontal e de Eixo Vertical.
Eixo Horizontal: O aerogerador de eixo horizontal é fisicamente menor, mais eficiente, mas esteticamente deixa a desejar.
A maioria dos fabricantes opta por sistemas com 3 pás pela relação custo x benefício e pelo grau de dificuldade no balanceamento.
Com um maior número de pás talvez fosse possível obter melhores rendimentos, mas não tão melhores que compensasse o custo de produção e a maior dificuldade no balanceamento das pás. Já com um menor número de pás a máquina ficaria mais barata, mais fácil de balancear, mas além de apresentarem uma eficiência menor, a sua operação apresentaria uma vibração indesejada, principalmente nas mudanças de direção do vento.
Eixo Vertical: O aerogerador de eixo vertical é melhor esteticamente, mas fisicamente um pouco maior e menos eficiente.
Podem ter uma quantidade maior de pás, pois, neste tipo de sistema, o balanceamento das pás é menos crítico. A quantidade de pás está relacionada com o projeto do fabricante.
Inversores ou Conversores
Os inversores transformam corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA),
além de transformar a tensão gerada pelos geradores eólicos e baterias até os
110 V, 220 V ou outra tensão utilizada por um aparelho elétrico.
Os geradores eólicos, quase sempre fornecem energia em corrente alternada
(CA), sendo necessário transformar essa energia em corrente contínua (CC), por
intermédio de um retificador.
Existem vários tipos de inversores, com relação à forma de onda fornecida:
Inversor Grid-Tie
Inversores Grid-Tie são inversores de corrente utilizados em
sistemas eólicos conectados à rede. Além da função básica de um inversor ou
conversor CC/CA, os inversores para conexão à rede também fazem a sincronização
com a rede pública de eletricidade, garantindo que a energia produzida seja
fornecida exatamente como a da rede elétrica.
Também têm a função de monitorar o consumo e a geração do sistema para decidir se utilizará a energia gerada (quando tem geração e tem consumo), a energia da rede (quando não tem geração e tem consumo) ou se vai enviar a energia gerada para a rede (geração maior que o consumo) e, também, se desligar da rede na falta de energia (“ilhamento”).
Inversor Off-Grid
Inversores Off-Grid são inversores de corrente utilizados em
sistemas eólicos não conectados à rede. Além da função básica de um inversor ou
conversor CC/CA, eles monitoram a bateria, se desligando quando a carga das
baterias está muito baixa, evitando assim, danos com a descarga excessiva.
Controladores de Carga
Os controladores de carga ficam entre os geradores eólicos e as baterias
e têm a função de controlar a tensão de carga delas, evitando sobrecargas
excessivas, prolongando a sua vida útil.
Os geradores eólicos produzem mais ou menos energia de acordo com a velocidade
do vento e as baterias não suportam esta variação. Para resolver este problema
e também para melhorar a carga das baterias é que se utiliza o controlador de
carga.
Tipos de Controlador de Carga
Baterias
As baterias em um sistema isolado (Off-Grid) servem para garantir o fornecimento de energia quando não houver vento. São as baterias que determinam a autonomia de um sistema isolado. Dependendo do equipamento sendo alimentado, por exemplo, uma geladeira em um posto de saúde com vacinas, não pode deixar de funcionar devido a alguns dias sem geração e por isso as baterias devem ser dimensionadas para mais dias de autonomia, por segurança. Já uma aplicação mais simples ou menos essencial, poderia ser dimensionada para menos dias sem geração. Sistemas conectados à rede não necessitam de baterias já que a não geração é compensada pela energia da rede.
As baterias adequadas para sistemas de energia renovável são as baterias estacionárias ou de ciclo profundo. Estas baterias suportam grandes descargas que uma bateria comum não suportaria e é por isso baterias automotivas não devem ser utilizadas.
Tipos de Baterias
As baterias são o primeiro item de desgaste em um sistema de energia alternativa e, portanto, a sua escolha deve levar em conta a dificuldade/custo de manutenção e troca. Sistemas de energia renovável são feitos para durar 30 anos ou mais e economizar em baterias pode não ser a melhor opção no longo prazo.
Sistemas Isolados – Off-Grid
Os sistemas isolados ou autônomos para geração de energia eólica são caracterizados por não se conectar a rede elétrica. O sistema é geralmente construído com um propósito local e específico. Esta solução é bastante utilizada em locais remotos já que muitas vezes é o modo mais econômico e prático de se obter energia elétrica nestes lugares. Exemplos de uso são sistemas de bombeamento de água, eletrificação de cercas, geladeiras para armazenar vacinas, postes de iluminação, estações replicadoras de sinal, residências, etc.
A energia produzida é armazenada em baterias que garantem o abastecimento em períodos sem geração.
Os sistemas isolados de geração de energia, de maneira simplificada, são compostos por quatro componentes:
Sistemas Conectados - Grid-Tie
Os sistemas de conexão à rede são caracterizados por estarem integrados
à rede elétrica convencional. Diferente dos sistemas isolados que atendem a um
propósito específico e local, estes sistemas também são capazes de abastecer a
rede elétrica com energia que pode ser utilizada por qualquer consumidor da
rede.
Os sistemas conectados têm uma grande vantagem com relação aos sistemas isolados por não utilizarem baterias e controladores de carga. Isso os torna cerca de 30% mais eficientes e também garante que toda a energia seja utilizada localmente ou em outro ponto da rede. Sistemas de conexão à rede são utilizados tanto para abastecer uma residência, ou, no caso da geração ser maior que o consumo, injetar a energia na rede elétrica.
Para residências e empresas estes sistemas também são chamados de sistemas de auto-consumo. Se o proprietário do sistema produzir mais energia do que consome, a energia excedente fará com que o medidor “gire para trás”. Quando produzir menos do que consome, o medidor deverá “girar mais devagar”. Vale observar que o medidor deve ser apropriado para contabilizar o fluxo de energia nos dois sentidos. O medidor adotado no Brasil é o digital bidirecional.
Do ponto de vista dos componentes, um sistema Grid-Tie é composto por geradores
eólicos, retificadores e inversores. Os inversores Grid-Tie, além de
transformar a corrente contínua em alternada, devem sincronizar o sistema com a
rede pública. Pelo fato do sistema estar conectado à rede, a falta de energia é
compensada pela mesma, o que elimina a necessidade de baterias.