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domingo, 31 de janeiro de 2010

energia autônoma

energia autônoma

AGRADECIMENTOS Á

http://www.mbtenergia.com.br/energia_autonoma.htm


O que é um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA" ?

Por definição, é um sistema que gera energia independentemente das redes elétricas públicas. Interessa principalmente lugares fora do alcance das ditas redes (sítios afastados, fazendas, ilhas, etc.) ou com contatos episódicos com essas redes (veículos em geral) ou quando falha a alimentação elétrica normalmente oferecida pelas redes (sistemas de emergência ou de apoio).


Um sistema "energia autonoma" inclui basicamente 4 elementos :

● uma fonte de energia

● um carregador que adapta a fonte às baterias

● uma reserva de energia (bateria de serviço)

● um conversor de energia (inversor)

A fonte de energia carrega a bateria de serviço através de um carregador que transforma a energia da fonte em corrente contínua apropriada à bateria. A bateria de serviço restitui a energia armazenada aos consumidores (aparelhos elétricos, essencialmente eletrodomésticos) através do inversor que transforma a corrente contínua da bateria em corrente alternada equivalente à da rede. O esquema geral de um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA" é o seguinte :

Qual é o papel de cada elemento ?

A fonte capta a energia do ambiente , seja do sol (módulos solares), do vento (catavento), da rocha (gerador Diesel ou de gasolina, centrais termoelétricas), da água ou do átomo (hidroelétricas, centrais nucleares).

O carregador transforma a corrente gerada pela fonte em corrente elétrica contínua de tensão e intensidade adequadas para carregar a bateria.

A energia da fonte geralmente tem a característica de não ser disponível de modo contínuo : o sol só é aproveitável algumas horas por dia, o vento sopra de modo aleatório, o gerador, por causa de poluições e custo, não pode funcionar o tempo todo, e as grandes redes sofrem panes imprevisíveis. Daí a necessidade de armazenar a energia para torná-la disponível a qualquer momento. O único meio prático, até hoje, nas potências que nos interessam, é a bateria tipo "reserva de energia".

A função do inversor é converter a corrente contínua 12, 24 ou 48V da bateria em corrente alternada 110V (ou 220V), utilizável pela maioria dos aparelhos domésticos usuais.

Como escolher os elementos de um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA" ?

A escolha dos elementos depende de vários fatores :

- se a instalação é fixa ou móvel,
- a potência requerida,
- a autonomia desejada,
- as possibilidades de investimento inicial.


Por exemplo, uma fonte constituída por módulos solares convém tecnicamente para um sítio onde a superfície não é limitada. Já não pode ser a fonte principal num barco, e não teria uso num caminhão.

A potência requerida orienta a escolha da(s) fonte(s), tendo cada tipo seus limites. Por exemplo, num barco consumindo 150Ah/dia, não há espaço para alojar módulos solares em quantidade suficiente : é necessário aproveitar-se do motor de propulsão ou usar um gerador. Mas, se o objetivo for só compensar as perdas naturais da bateria (alguns Ah/mês), aí sim um ou dois pequenos módulos podem achar espaço.

A autonomia é o tempo durante o qual pode-se usar a bateria de serviço antes de carregá-la, ou : o tempo decorrendo entre duas operações de carga. Depende evidentemente do tipo da(s) fonte(s), da sua potência, e da capacidade da bateria.

O investimento inicial é também um fator importante. Por exemplo, uma instalação solar custa caro na compra mas nada para usá-la e mantê-la durante 20 anos. Acontece o contrário com o gerador, relativamente barato na compra mas caro na operação.

Como definir a potência de um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA" ?

A potência é o parâmetro que condiciona todas as escolhas. O seu cálculo é simples. Basta fazer o seguinte :

  1. Fazer a lista de todos os aparelhos que pretender alimentar com o seu sistema "ENERGIA AUTÔNOMA",

  2. Anotar a potência (em Watt) de cada aparelho,

  3. Estimar a duração de uso (em horas) de cada aparelho num dia,

  4. Para cada aparelho, multiplicar a potência (em Watt) pela duração de uso (em horas). Obtém-se o consumo diário (ou a energia consumida num dia) em Wh (Watt-hora) para cada aparelho.

  5. Somar todos os consumos diários calculados em 4).

  6. Nessa altura, é necessário tomar em conta o rendimento da bateria (≈ 0,8) e do inversor (≈ 0,85) e, portanto, dividir o resultado de 5) por 0,7 ( 0,8 x 0,85 ≈ 0,7 ) : é o consumo diário total.

NOTA : quando se fala de baterias, é mais fácil usar outra unidade de energia : o Ah (Ampère-hora), já que a capacidade das baterias se mede nessa unidade. Para isso, é só dividir o consumo em Wh pela tensão das baterias (12, 24, 36 ou 48V).

Cálculo de um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA".

Exemplo :

Num sítio, queremos instalar um sistema "ENERGIA AUTÔNOMA" para alimentar em corrente 110V-60Hz uma bomba e 2 lâmpadas PL de 11W cada uma. A potência indicada na bomba pelo fabricante é 400W. Estimamos que a bomba ficará ligada 2 horas cada dia para encher a caixa d'água e que as lâmpadas ficarão acesas uma média de 4 horas cada uma por dia. Prevê-se também carregar as baterias uma vez por dia.

Cálculo do consumo diário :

  1. Para a bomba : 400W x 2h = 800Wh

  2. Para as lâmpadas : 11W x 2 x 4h = 88Wh

Total...................888Wh

ou, em Ah, sendo usadas baterias 12V : 888Wh ÷ 12V ≈ 74Ah

Tomando em conta o rendimento do sistema (~70%) : 74 Ah ÷ 0,7 ≈ 106 Ah

O consumo é 106 Ah por dia.

Determinação da capacidade da bateria : segundo uma regra comumente admitida, só se pode utilizar aprox. um terço da capacidade nominal da uma bateria sem prejudicar a sua vida. Por conseguinte, no nosso caso, deveremos escolher baterias para um total de :

106 Ah x 3 = 318 Ah

sejam 3 baterias cicláveis de 115Ah cada uma. Teremos assim a reserva de energia necessária para 1 dia.

Determinação do inversor : a potência do inversor (em Watt) é calculada pela potência instantânea dos aparelhos que deve alimentar. Basta somar as potências da bomba e das lâmpadas :

400W + (11W x 2) = 422W

Será necessário um inversor de 500 ou 600W.

Determinação do meio de carregar as baterias : devemos repor 106 Ah/dia nas baterias. Num sítio isolado, há somente dois meios práticos para carregar baterias : módulos solares ou gerador+ carregador.

1) Módulos solares : geram corrente contínua 12V nominal apropriada para carregar baterias através de um regulador de tensão (carregador solar). Atualmente, os mais potentes módulos solares para uso doméstico geram 36Ah/dia. Por conseguinte, serão necessários 3 módulos.

2) Gerador : gera corrente alternada 110 ou 220V; por conseguinte é necessário usar um carregador que transforma essa corrente alternada em corrente contínua 12V adequada para carregar as baterias. Para carregar em 3 horas, por exemplo, o carregador deverá gerar uma corrente média (para a tensão de 12V) de :

106 Ah ÷ 3h ≈ 35 A

A título indicativo, a potência do gerador deverá ser no mínimo igual à potência consumida ( 422W ) dividida pelo rendimento do próprio gerador ( aprox. 0,5 ). Temos : P = 422W ÷ 0,5 = 844W. Sabendo que 1HP=736W, podemos concluir que um gerador de 1,5HP já será suficiente.




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