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The 4 th International Congress on University-Industry Cooperation – Taubate, SP – Brazil – December 5 th through 7 th , 2012 ISBN 978-85-62326-96-7 ESTUDO INTRODUTÓRIO PARA VIABILIDADE DE APLICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS EM ENERGIZAÇÃO DE AR-CONDICIONADO Denis Rodrigues Figueira de Castro [email protected] José Rui Camargo [email protected] Ederaldo Godoy Junior [email protected] Dalmácio Almeida [email protected] Ricardo Osmar Jesus [email protected] Raissa Garcia [email protected] Marcela Costa [email protected] Departamento de engenharia mecânica, Universidade de Taubaté (UNITAU) Rua Daniel Danelli, s/n - 12060-440, Taubaté-SP – Brasil Resumo: O presente trabalho visa à introdução de um estudo para aplicação de módulos fotovoltaicos para acionamento do ar condicionado automotivo e para isso foi feito uma análise do estado da arte para este tema e a partir destes, foi calculado analiticamente o potencial energético para um arranjo de ar condicionado fotovoltaico automotivo. Este trabalho faz parte da dissertação do desenvolvimento de um sistema que visa utilizar energia fotovoltaica para o acionamento de um sistema de ar condicionado, buscando assim, durante a utilização do ar condicionado fotovoltaico, melhorar o consumo de combustível, o desempenho do veículo, reduzir emissões de gases poluentes e propor uma nova gama de produtos não disponíveis no mercado brasileiro atualmente. A proposta consiste em propor o projeto de tal forma que seja viável aplicá- lo em linhas de produção de indústrias automobilísticas. Para tanto pesquisou-se trabalhos nacionais e internacionais sobre o assunto e verificou-se que apenas 5% das publicações pesquisadas, dizem respeito ao acionamento de refrigeradores utilizando sistemas fotovoltaicos. No tocante ao acionamento de sistemas de ar condicionado veicular utilizando energização fotovoltaica abordando a viabilidade para as linhas de produção, a bibliografia é escassa. Os cálculos teóricos preliminares mostraram a possibilidade de usufruir do ar condicionado fotovoltaico em média por aproximadamente 210 minutos/mês, isto representa durante a utilização do ar condicionado, 5% de economia de combustível e uma redução de apenas 2,8Kg de em emissões, portanto, para se melhorar o desempenho do sistema é necessário combinar outro efeito, como por exemplo, o efeito termoelétrico. Diante dos fatos, conclui-se que uma dissertação de metrado na área será de grande valia no ramo de eco eficiência automotiva. Palavras chave: módulos fotovoltaicos, climatização automotiva, eco eficiência.
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The 4th International Congress on University-Industry Cooperation – Taubate, SP – Brazil – December 5th through 7th, 2012 ISBN 978-85-62326-96-7
ESTUDO INTRODUTÓRIO PARA VIABILIDADE DE APLICAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS EM ENERGIZAÇÃO DE AR-CONDICIONADO
Denis Rodrigues Figueira de Castro [email protected] José Rui Camargo
[email protected] Ederaldo Godoy Junior
[email protected] Dalmácio Almeida
[email protected] Ricardo Osmar Jesus
[email protected] Raissa Garcia
[email protected] Marcela Costa
[email protected] Departamento de engenharia mecânica, Universidade de Taubaté (UNITAU) Rua Daniel Danelli, s/n - 12060-440, Taubaté-SP – Brasil Resumo: O presente trabalho visa à introdução de um estudo para aplicação de módulos fotovoltaicos para acionamento do ar condicionado automotivo e para isso foi feito uma análise do estado da arte para este tema e a partir destes, foi calculado analiticamente o potencial energético para um arranjo de ar condicionado fotovoltaico automotivo. Este trabalho faz parte da dissertação do desenvolvimento de um sistema que visa utilizar energia fotovoltaica para o acionamento de um sistema de ar condicionado, buscando assim, durante a utilização do ar condicionado fotovoltaico, melhorar o consumo de combustível, o desempenho do veículo, reduzir emissões de gases poluentes e propor uma nova gama de produtos não disponíveis no mercado brasileiro atualmente. A proposta consiste em propor o projeto de tal forma que seja viável aplicá-lo em linhas de produção de indústrias automobilísticas. Para tanto pesquisou-se trabalhos nacionais e internacionais sobre o assunto e verificou-se que apenas 5% das publicações pesquisadas, dizem respeito ao acionamento de refrigeradores utilizando sistemas fotovoltaicos. No tocante ao acionamento de sistemas de ar condicionado veicular utilizando energização fotovoltaica abordando a viabilidade para as linhas de produção, a bibliografia é escassa. Os cálculos teóricos preliminares mostraram a possibilidade de usufruir do ar condicionado fotovoltaico em média por aproximadamente 210 minutos/mês, isto representa durante a utilização
do ar condicionado, 5% de economia de combustível e uma redução de apenas 2,8Kg de em emissões, portanto, para se melhorar o desempenho do sistema é necessário combinar outro efeito, como por exemplo, o efeito termoelétrico. Diante dos fatos, conclui-se que uma dissertação de metrado na área será de grande valia no ramo de eco eficiência automotiva. Palavras chave: módulos fotovoltaicos, climatização automotiva, eco eficiência.
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INTRODUCTORY STUDIES TO ANALYZE THE FEASIBILITY PHOTOVOLTAIC MODULES FOR AUTOMOTIVE AIR-CONDITIONING POWER
Abstract: This paper intends to introduce a review about the application of photovoltaic modules in automotive air conditioning power, for this, it was studied papers about this subject. Also, it was calculated the theory energy potential of a photovoltaic air conditioning. This study is part of a dissertation about the development of a system that uses photovoltaic modules to power the air conditioning vehicle system. The dissertation’s goals are, while the photovoltaic air-conditioning is operating, to save fuel, to increase the vehicle performance, to improve the greenhouse levels of gas emissions and to propose a new option of product, which is not available in Brazilian market at this moment. Besides, another goal is to propose a feasible project about line-production of automotive industries’ points of view. It was research over national and international literature about this topic, and it was found only 5% publications about photovoltaic refrigerator. Concerning vehicular air conditioning systems using photovoltaic power, the literature is scarce. The preliminary calculations showed the possibility to use the photovoltaics air conditioning automotive during 210 minutes/month (in average) with 5% of save fuel and reduction of only 2,8Kg gas emission, therefore, to improve the system performance is necessary to combine other purpose, for example, the thermoelectric effect. It can be concluded that this subject is relevant and the development of a dissertation in this field will have great value in terms of automotive eco-efficiency.
Key Words: solar cells, automotive air conditioning, eco-efficiency
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1 INTRODUÇÃO
A terra recebe anualmente 1,5 x kWh de energia solar, este número corresponde a aproximadamente 10.000 vezes o consumo mundial de energia neste período. Este informação evidencia que além de ser responsável por manter condições propícias de vida na terra, a radiação solar constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia, como por exemplo: térmica, elétrica e etc (CRESESB e CEPEL, 2004). Rodrigues e Matjs (2004) cita que este fato no Brasil é ainda melhor, pois é um país com enorme potencial solar com aproximadamente 2200 horas de radiação solar/ano e com uma incidência solar de 50000 vezes a demanda necessária torna o Brasil um país extremamente apropriado para se propor à utilização de componentes fotovoltaicos. Uma das possíveis formas de conversão da energia solar é conseguida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade, este efeito é denominado efeito fotoelétrico e seu estudo aprofundando propiciou a Albert Eisten o prêmio nobel de física em 1921. No início do século 20, período este onde se começavam a comercializar os primeiros veículos, os mesmos não possuíam nenhum tipo de proteção contra intempéries, nesta época, nem ao menos para-brisas ou capotas eram típicos. Em 1917 alguns veículos americanos tinham um sistema de aquecimento e em 1950 alguns métodos para climatização eram utilizados, como por exemplo, o “ice-box” que basicamente consistia em utilizar blocos de gelos onde o ar era forçado a passar por dutos que atravessavam esta caixa. Em 1939 o primeiro veículo que possuiu sistema de ar condicionado foi comercializado pela “Parcard Motor Car” e o valor deste equipamento custava aproximadamente 30% do valor do veículo. Com o desenvolvimento dos sistemas de produção em massa a quantidade de veículos evoluiu consideravelmente, porém, infelizmente, a evolução dos sistemas rodoviários na maior parte das grandes cidades não acompanhou tal evolução, resultando em congestionamentos viários observados diariamente nas capitais brasileiras. Desta forma, o automóvel esta saindo da classificação de “apenas” meio de transporte e passa a cada vez mais ser uma extensão do lar das pessoas uma vez que é comum um indivíduo passar diversas horas dentro de um automóvel nas grandes cidades brasileiras diariamente. Desta forma a preocupação para atender requisitos de segurança e conforto vem crescendo. Uma frente de estudo aborda a minimização do estresse veicular que pode ser conseguida através de sistemas de climatização via ar condicionado e que poderá ser melhorada com o arranjo fotovoltaico devido a possibilidade de utilização do ar condicionado mesmo com o veículo desligado. Atualmente os veículos possuem sistemas de climatização mais modernos, que são pilotados pela central eletrônica dos carros e o desligamento do compressor em momentos apropriados, tais como ultrapassagens, é uma realidade. Apesar dos avanços tecnológicos, os sistemas de ar condicionado veiculares atuais “custam” aproximadamente 5% do consumo de combustível e 117 litros de combustível carro/ano. (DELPHI, 2012). O aumento de consumo de combustível e perda de potência durante a utilização do ar condicionado é alvo de reclamações dos clientes brasileiros. De acordo com o Ministério do Desenvolvimento brasileiro, haverá uma grande tendência de cada vez mais se melhorar o consumo de combustível nos automóveis, portanto qualquer projeto que de forma direta ou indireta possa contribuir para o tema será de grande relevância. Na última década os números de trabalhos relativos à aplicação de módulos fotovoltaicos e ar condicionados alternativos cresceram.
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Aguilon et al. (2012), realizaram um artigo onde foi apresentado o escopo completo de uma projeto (desenho, componentes mecânicos, elétricos e fotovoltaicos) para um veículo automotivo impulsionado totalmente por energia fotovoltaica. As dificuldades encontradas foram relativas ao custo de produção do protótipo, porém, o veículo pode ser uma solução para melhorias em nível de emissões em transportes de grandes cidades do mundo. Samson e Echarri (2012), dimensionaram um refrigerador que utilizou para energização do sistema de refrigeração, energia solar. O protótipo construído possui uma boa relação de refrigeração e quantidade de incidência solar e o projeto foi considerado simples e viável. Reynaud (2011), elaborou uma tese de doutorado relativo à otimização de armazenagem de energia elétrica proveniente do efeito fotoelétrico em baterias de lítio e as comparou com as baterias convencionais, conclui-se neste trabalho que os atuais sistemas de estocagem podem ser melhorados no futuro e a proposta com bateria de lítio se mostrou no término do trabalho de fácil instalação não importando o tipo de arranjo (conectado a rede ou não). Camargo et al. (2009), avaliaram o efeito Peltier através de um sistema experimental de condicionamento de ar e os parâmetros envolvidos na maximização do coeficiente de desempenho. Foi montado um sistema através de módulos termoelétricos para refrigeração, através de equipamentos apropriados, foi medida temperatura e voltagem do sistema. Silva (2010), comparou a geração de energia termelétrica e fotovoltaica através de simulação em MATLAB. Itao (2005), realizou uma dissertação de mestrado, propondo o acionamento do sistema de climatização veicular através de tubos e vórtices. O resultado, porém, se mostrou mais apropriados para veículos de cargas superiores do que veículos comerciais leves. O objetivo deste trabalho é analisar o estado da arte (artigos, dissertações, teses e livros) de temas relacionados à utilização de módulos fotovoltaicos de uma maneira geral e com ênfase em trabalhos relacionados à refrigeração e automóveis e a partir destes, realizar cálculos preliminares para análise de viabilidade e relevância do tema. O artigo possui caráter de plano de ação para as reclamações dos clientes de automóveis sobre o aumento de consumo de combustível e perda de potência durante a utilização do ar condicionado. O custo das aplicações de módulos fotovoltaicos é ainda um ponto que necessita de grande atenção nos projetos, porém, atualmente, pode-se contar com utilização de filmes finos que possuem uma flexibilidade de aplicação superior e custo inferior se comparado as células fotovoltaicas. A Figura 1 ilustra a proposta de acionamento do ar condicionado com energia fotovoltaica e a Figura 2 ilustra um desenho esquemático e uma foto ilustrativa da possível alocação dos módulos ou película fotovoltaica para acionamento do sistema de ar condicionado automotivo.
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Figura 1- Proposta de acionamento do compressor automotivo com módulo
fotovoltaico.
Figura 2- Foto ilustrativa da possível utilização da energia fotovoltaica para
acionamento de ar condicionado veicular (CARRO FOTOVOLTAICO, 2012)
2 MATERIAL E MÉTODOS Para o presente estudo foi feita uma pesquisa bibliográfica utilizando como apoio as bibliotecas da Universidade de Taubaté e uma pesquisa cientifica completa que abordou aproximadamente 60 trabalhos científicos entre: artigos nacionais, internacionais (periódico e congresso), dissertações, teses e livros. Os trabalhos pesquisados foram relativos à utilização de módulos fotovoltaicos de uma maneira geral em projetos de engenharia com ênfase em trabalhos relacionados à refrigeração/automóveis Foi necessário realização de uma rodagem veicular em uma auto estrada do Brasil para medição do consumo de combustível com e sem a utilização do ar condicionado, para isso, foram
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registrados as características da mesma. A Tabela 1 apresenta os cálculos para uma rodagem de 100 km em uma autoestrada no Brasil com velocidade do veículo aproximadamente constante de 110Km/h com/sem ar-condicionado. Os dados foram obtidos do computador de bordo do veículo. Os pneus estavam calibrados de acordo com o manual do proprietário e o veículo abastecido com combustível E22 (22% de álcool) sem aditivos. O dia não apresentava ventos consideráveis. O valor verificado no computador de bordo é compatível com a informação de Delphi (2012).
Tabela 1 – Rodagem veicular de comparação utilização/não utilização do ar condicionado.
Veículo Silhueta
Cilindrada
Potência (gasolina)
Peso
Distância percorrida
Dia
Temperatura média
Km/litro STATUS
Ar condcionado ligado 11,8
Ar condicionado desligado 12,45% de economia
Monovolume, 5 lugares 4 portas
1450 cm³
88cv
1150kg
29/09/2012
26ºC
100 Km
A partir do estudo cientifico realizado foi possível levantar informações suficientes para registrar a taxa de radiação média durante o dia no Brasil, a eficiência de módulos fotovoltaicos, a potência de um compressor de climatização veicular. Dados relativos a dimensão do veiculo na região em que as placas/filmes fotovoltaicos podem se alojar foram obtidos através de um software de desenho 3D e medições física no próprio veículo. Finalmente, a partir das informações verificadas foi possível estimar o desempenho do sistema proposto. 3 TEORIA E CÁLCULOS Para calcular a estimativa do potencial energético do arranjo fotovoltaico em questão, é necessário conhecer a taxa de radiação média durante o dia. A Figura 4 ilustra o gráfico que utilizamos como aproximação para a taxa de radiação/dia.
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Figura 4 – Radiação solar média no Brasil (CRESESB E CEPEL, 2004)
Com a Figura 4, entre o período de 8h e 17h, se considerarmos uma média de 400W/m², sendo 400J/s.m² e para o período considerado tem-se 28800s o que representa, 11,52x106 J/s.m². Para o projeto em questão é aconselhável trabalhar com filmes finos ao invés de placas fotovoltaicas tradicionais devido ao custo de aplicação reduzido se comparado aos módulos convencionais, maior flexibilidade de aplicação e ao fator estético, ponto este de grande relevância em automóveis. (CRESESB E CEPEL, 2004). A Figura 5, ilustra um exemplo de filme fino e a Figura 6 ilustra o desenho em 3d de duas regiões apropriadas para aplicação dos filmes (capô e teto) devido a sua área de exposição e sua razoável superfície plana.
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Figura 5 – Filme Fino fotovoltaico (FILMES FINOS, 2012)
Figura 6 – Regiões do veiculo para aplicação dos filmes
O projeto é passível de aplicação em veículos automotivos de diversas silhuetas, porém, sem dúvida é mais relevante se considerar veículos compactos, sobretudo os de cilindradas menores (até 1500 cm³). Um veículo compacto, três portas, nacional, possui uma área de capô mais teto de aproximadamente 2,3m². De acordo com Castro (2009), a eficiência de filmes finos é de aproximadamente 6% de conversão de luz solar em eletricidade e um compressor automotivo necessita em média 4 kW de potência para seu bom funcionamento, o que representa 4000J/s e este valor é considerado como base para os cálculos da estimativa. A Tabela 2 apresenta o cálculo de utilização do arranjo, onde o dado de entrada é o tempo (em minutos) que se deseja utilizar energia elétrica proveniente do arranjo fotovoltaico e a saída é a quantidade de dias mínimos de exposição do veículo ao sol antes da utilização do ar condicionado fotovoltaico (deve-se entender um dia como um período de exposição entre 8h até 17h). As células com coloração laranja representam a entrada e saída. As células amarelas representam dados relativos à escolha do arranjo.
Tabela 2 – Máscara de cálculo fotovoltaico
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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Resultados da pesquisa científica A pesquisa completa abordou aproximadamente 60 trabalhos científicos entre: artigos nacionais, internacionais (periódico e congresso), dissertações, teses e livros. A Tabela 3 e a Figura 7 apresentam um detalhadamente por área dos trabalhos pesquisados
Tabela 3 – Resultado de pesquisa realizada.
Área Porcentagem
Estudo de caso- rendimento de módulos fotovoltaicos
39%
Veículo automotivo fotovoltaico 5%
Novos materiais para células fotovoltaicas
5%
Refrigerador doméstico fotovoltaico 5%
Estado da arte sobre sistemas fotovoltaicos
15%
Estudo econômico entre sistemas fotovoltaicos X convencionais
10%
Bombeamento fotovoltaico 5%
Potencial fotovoltaico por região/País 13%
Refrigeração veicular alternativa 3%
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Figura 7 – Resultado de pesquisa realizada.
Verifica-se que apenas 5% dos trabalhos pesquisados dizem respeito à utilização de sistema fotovoltaico para refrigeração. Em relação aos trabalhos: Aproveitamento de energia residual do processo de geração fotovoltaica utilizando termoeletricidade, dissertação de mestrado, e do artigo científico: “Optimization of a Thermoelectric Air Conditioning Systems“ ambos, abordam o conceito de utilização do efeito termoelétrico para conversão direta de energia térmica em energia elétrica que ocorre através do efeito seebeck. Diante do estudo destes trabalhos é possível utilizar este conceito para co-alimentar o sistema de ar condicionado fotovoltaico veicular que poderá ter combinado dois efeitos: fotovoltaico e termoelétrico. Tal efeito termoelétrico em veículos automotores acionados por motores de combustão é bastante apropriado de se propor, pois pode ser usufruído, como por exemplo, através dos gases de combustão do motor que possuem altas temperaturas, porém, por hora, o trabalho não considera módulos termoelétricos no escopo do projeto, mas poderá servir de plano de ação, se necessário, para melhoria de desempenho do sistema de ar climatização pois manterá a característica de eco eficiência. 4.2 Resultados teóricos do ar condicionado fotovoltaico Apresentam-se como exemplo três situações de viagens utilizando automóvel com o ar condicionado fotovoltaico e os respectivos tempos estimados de exposição do veículo previamente a radiação solar antes da utilização. A Tabela 4 apresenta uma rodagem de curta duração, 30 minutos, bem como o tempo de exposição prévia do veículo foi de aproximadamente
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5 dias, valor este que se analisando friamente parece razoavelmente elevado, porém se partir do princípio que atualmente os veículos já são expostos ao sol de forma natural este numero é bastante interessante.
Tabela 4 – Rodagem 30 minutos
Unidade Unidade
Potência solar
média - Figura 511520000 J/m².dia
Consumo energético médio
de um compressor de refrigeração
automotiva J/s
4000 J/s
Área do arranjo 2,3 m²Quantidade de minutos que se deseja
utilizar o ar condicionado fotovoltaico30 min
Eficiência do arranjo 0,06 x conversão para seg 60 x
total de seg a ser utilizado o sistema 1800 seg
Energia necessária para manter o
compressor durante a utilização
desejada
7200000 J
Dias necessários de exposição ao sol
antes de utilizar a situação desejada5 Dias
TABELA DE CÁLCULO DE ESTIMATIVA DE UM ARRANJO FOTOVOLTAICO DE COMPRESSOR DE CLIMATIZAÇÃO AUTOMOTIVA
ARRANJO FOTOVOLTAICO ACIONAMENTO DO COMPRESSOR FOTOVOLTAICO
Energia gerada pelo
sistema1589760 J/dia
Considerando um mês com 30 dias, poderíamos utilizar 6 vezes o ar condicionado fotovoltaico durante 30 minutos cada utilização, o que geraria uma redução de aproximadamente 1 litro de combustível mês, este valor a priori insignificante representa uma redução de 5% de consumo de combustível durante a utilização do ar fotovoltaico e 2,8Kg de a menos emitido na atmosferas (segundo Soares et al. (2009), pode se considerar emissões de 2,8Kg de para cada litro de gasolina consumido). Apenas para comparação, se todos os veículos vendidos no Brasil utilizassem um sistema similar, para o ano de 2012, acumulados até setembro de acordo com Fenabrave foram vendidos aproximadamente 2,6 milhões de veículos o que representaria uma redução de 7,5 milhões de quilogramas de a na atmosfera. A Tabela 5 apresenta o resultado para uma rodagem de 60 minutos e a Tabela 6 para 120 minutos.
Tabela 5 – Rodagem 60 minutos
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Unidade Unidade
Potência solar
média - Figura 511520000 J/m².dia
Consumo energético médio
de um compressor de refrigeração
automotiva J/s
4000 J/s
Área do arranjo 2,3 m²Quantidade de minutos que se deseja
utilizar o ar condicionado fotovoltaico60 min
Eficiência do arranjo 0,06 x conversão para seg 60 x
total de seg a ser utilizado o sistema 3600 seg
Energia necessária para manter o
compressor durante a utilização
desejada
14400000 J
Dias necessários de exposição ao sol
antes de utilizar a situação desejada9 Dias
TABELA DE CÁLCULO DE ESTIMATIVA DE UM ARRANJO FOTOVOLTAICO DE COMPRESSOR DE CLIMATIZAÇÃO AUTOMOTIVA
ARRANJO FOTOVOLTAICO ACIONAMENTO DO COMPRESSOR FOTOVOLTAICO
Energia gerada pelo
sistema1589760 J/dia
Tabela 6 – Rodagem 120 minutos
Unidade Unidade
Potência solar
média - Figura 511520000 J/m².dia
Consumo energético médio
de um compressor de refrigeração
automotiva J/s
4000 J/s
Área do arranjo 2,3 m²Quantidade de minutos que se deseja
utilizar o ar condicionado fotovoltaico120 min
Eficiência do arranjo 0,06 x conversão para seg 60 x
total de seg a ser utilizado o sistema 7200 seg
Energia necessária para manter o
compressor durante a utilização
desejada
28800000 J
Dias necessários de exposição ao sol
antes de utilizar a situação desejada18 Dias
TABELA DE CÁLCULO DE ESTIMATIVA DE UM ARRANJO FOTOVOLTAICO DE COMPRESSOR DE CLIMATIZAÇÃO AUTOMOTIVA
ARRANJO FOTOVOLTAICO ACIONAMENTO DO COMPRESSOR FOTOVOLTAICO
Energia gerada pelo
sistema1589760 J/dia
Os benefícios para os casos de utilizar por um período de 60 e 120 minutos são bastante próximos aos valores apresentados no caso de 30 minutos, visto que estamos mudando apenas a frequência de tempo de uso, pois o tempo total de utilização permanece constante de aproximadamente 200 minutos por um período de 30 dias. Percebe-se através da Tabela 7, que a eficiência do arranjo influencia de forma significativa no tempo de exposição preliminar necessário antes de utilização do ar condicionado fotovoltaico. Para comparação, calcula-se o tempo de exposição preliminar do carro ao sol utilizando um arranjo com células de silício monocristalino, células essas historicamente as mais utilizadas como conversor direto de energia solar em eletricidade e que podem chegar a 15% de eficiência (CRESESB E CEPEL, 2004). Comparando o sistema de filmes finos com sílicio monoscristalino, verifica-se uma melhoria de 60% e como consequência o tempo de exposição preliminar para uma viagem de 30 minutos passou de 5 para menos de 2 dias e se considerar
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ainda melhorias de eficiência que podem ser conseguidas com o efeito termelétrico, o tempo de exposição ao sol poderá passar para algumas horas.
Tabela 7 – Rodagem 30 minutos com células de silício monocristalino
Unidade Unidade
Potência solar
média - Figura 511520000 J/m².dia
Consumo energético médio
de um compressor de refrigeração
automotiva J/s
4000 J/s
Área do arranjo 2,3 m²Quantidade de minutos que se deseja
utilizar o ar condicionado fotovoltaico30 min
Eficiência do arranjo 0,15 x conversão para seg 60 x
total de seg a ser utilizado o sistema 1800 seg
Energia necessária para manter o
compressor durante a utilização
desejada
7200000 J
Dias necessários de exposição ao sol
antes de utilizar a situação desejada1,8 Dias
TABELA DE CÁLCULO DE ESTIMATIVA DE UM ARRANJO FOTOVOLTAICO DE COMPRESSOR DE CLIMATIZAÇÃO AUTOMOTIVA
ARRANJO FOTOVOLTAICO ACIONAMENTO DO COMPRESSOR FOTOVOLTAICO
Energia gerada pelo
sistema3974400 J/dia
5 CONCLUSÃO De acordo com a pesquisa bibliográfica realizada a porcentagem de trabalhos relativos ao contexto de utilização do efeito fotovoltaico para acionamento de sistemas de climatização (5% dos trabalhos possuem esta característica) é escassa. Verificando os resultados apresentados na seção 4, onde apesar dos benefícios verificados em nível de redução de consumo e ganhos em emissões, percebe-se que a baixa eficiência do arranjo (considerando a utilização de filmes finos, 6% de eficiência) prejudica a viabilidade do projeto. Diante deste fato é necessário buscar meios de melhorar o desempenho do mesmo, visto que influenciará diretamente nos ganhos de consumo e emissões. Uma proposta para melhorar o desempenho do sistema seria combinar o efeito termelétrico através do efeito seebeck que poderá agregar valor ao arranjo e ainda manter a característica do sistema de eco eficiência. Outro ponto para melhoria de desempenho será trabalhar com células de silício monocristalino ao invés de filmes finos. Diante dos pontos abordados, conclui-se que o trabalhado de uma dissertação de mestrado sobre o tema será de grande valia dentro do contexto de eco energia automotiva. Além disso, é necessário propor o escopo do projeto, ou seja, quais componentes serão necessários modificar nos veículos para tornar possível a aplicação desta proposta e algumas perguntas relevantes sobre o projeto fotovoltaico em si, carecem de resposta como, por exemplo, deve-se usar baterias de ciclo profundo ou de ciclo raso, qual a tecnologia mais adequada: chumbo-ácido ou níquel-cádmio, seladas ou abertas, com maior tensão nominal ou maior capacidade de corrente por unidade? Após definição geral do escopo do projeto e como construí-lo será necessário fazer um balanço financeiro para verificar a taxa de retorno do projeto tanto para a indústria automotiva que irá implementa-lo quanto para os clientes que comprariam esta gama de produto.
The 4th International Congress on University-Industry Cooperation – Taubate, SP – Brazil – December 5th through 7th, 2012 ISBN 978-85-62326-96-7
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[15] SILVA, M. J. Aproveitamento de energia residual do processo de geração fotovoltaica utilizando termoeletricidade. Taubaté. 103p. Tese ( Mestrado em engenharia ), Universidade de Taubaté. Programa de pós graduação em engenharia mecânica. 2010. [16] SOARES, L. et al.Mitigação da emissão de gases efeito estufa pelo uso de etanol da cana de açúcar produzido no Brasil. Embrapa, abr. 2009 (Circular Técnica, n. 27).
