Rastreador instalado no teto da Coppe acompanha o movimento do Sol e
concentra a energia dos raios em um feixe interno de fibra óptica, que
transmite a luz para uma sala no interior do prédio (Foto: Divulgação)
Um dos países com maior incidência de radiação solar do mundo, o Brasil ainda subaproveita seu potencial natural. Dados do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica da Eletrobras (Cepel) mostram que a irradiação solar global no plano horizontal para a Região Nordeste varia entre um mínimo de 4,4 quilowatt-hora por metro quadrado por dia (kWh/m2/dia) e um máximo de 5,8 kWh/m2/dia, de acordo com médias diárias anuais. Para se ter uma ideia, na Alemanha, a líder mundial na geração de energia solar, a média diária anual vai de cerca de 2,9 kWh/m2/dia, no Norte do país, até por volta de 3,8 kWh/m2/dia na parte Sul de seu território.
A geração de energia solar, hoje, no Brasil, corresponde a apenas 0,01% – ou 0,0076% – da capacidade instalada nacional. Os números são da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) que, até agosto de 2015, contabilizava somente 25 usinas solares em todo o País, produzindo até 11.236 quilowatts (kW). Base da matriz energética nacional, a hidroeletricidade responde por 61,6% da produção de energia elétrica, com 1.180 usinas e potencial de geração de até 90 milhões de kW. Já as térmicas à base de combustíveis fósseis, que produzem uma energia mais cara e poluente, geram 18% da eletricidade consumida no País, equivalente a até 26 milhões de kW. Mas esse é um quadro que deve mudar ao longo das próximas décadas.
Em instituições de ciência e tecnologia dentro e fora do País, pesquisadores se mobilizam em busca de soluções para tornar a energia solar mais acessível. No Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ), no campus da Cidade Universitária, na Ilha do Fundão – a mesma que abriga o Parque Tecnológico da UFRJ –, um grupo de pesquisadores vem desenvolvendo um projeto que promete otimizar o uso da energia solar para a iluminação de ambientes em até 80%, tornando-o, assim, mais atraente e vantajoso. Coordenado pelo professor do Programa de Engenharia Elétrica (PEE) da Coppe/UFRJ e do Departamento de Eletrônica e Computação da Escola Politécnica da UFRJ, Marcelo Martins Werneck, o projeto, batizado de POF Lux – em alusão à sigla em inglês Plastic Optical Fibers, material base do sistema –, ganhou fôlego ao ser contemplado, em julho de 2014, no edital Prioridade Rio, da FAPERJ.
Werneck explica que, através de um aparelho composto por rastreadores solares automáticos e lentes de Fresnel, consegue-se concentrar a luz solar nas extremidades dos feixes de fibras ópticas plásticas. A luz focada nas fibras é, então, guiada até o ambiente desejado, onde são distribuídas para obter iluminação adequada. Com isso, tem-se um maior aproveitamento da luz solar durante todo o tempo útil do dia e com menores perdas.
Em paralelo, um painel fotovoltaico também rastreia o sol e, ao se manter acoplado a um banco de baterias para backup, garante o armazenamento da energia para a noite e dias nublados, completando, assim, o sistema de iluminação. “Em cada metro quadrado do chão, nos trópicos, ao meio dia, incide cerca de 1 kW de energia solar. Se toda essa energia pudesse ser convertida em energia elétrica poderíamos acender com ela 10 lâmpadas de 100 watts (W) cada”, afirma Werneck.
No entanto, o especialista ressalta que um painel fotovoltaico tem uma eficiência energética de apenas 12% a 15%. Por isso, a energia gerada a partir de um painel de um metro quadrado seria apenas de 150 W. "Grande parte dessa energia se dissipa na forma de calor. Já o sistema de iluminação proposto em nosso projeto não precisa converter a energia luminosa do sol em eletricidade, mas apenas conduzi-la para onde ela é necessária. Assim, com o uso das fibras ópticas e da lente, as perdas são significativamente menores e pode-se obter um rendimento de até 80%", diz o professor da Coppe/UFRJ.
Outro grande diferencial deste sistema de iluminação está no uso da luz solar em substituição à iluminação artificial, causando um forte impacto no consumo de energia, melhorando, assim, a eficiência energética. Sem falar que, comparada à produção de energia elétrica via captação solar pelos painéis fotovoltaicos, o equipamento tem a vantagem de ocupar pequenas áreas.
Parceira intelectual do professor da Coppe no projeto, a pesquisadora do Centro de Tecnologia do Exército (CTEx) e professora colaboradora do Programa de Engenharia Elétrica (PEE) da Coppe, Regina Allil, salienta que uma das vantagens das fibras ópticas plásticas é a possibilidade de trabalhar suas pontas com laser de CO2 (gás carbônico), que permite efetuar centenas de microfuros em suas extremidades possibilitando, assim, que a fibra ilumine lateralmente, distribuindo melhor a luz no ambiente. "Com apenas 120 fibras, conseguimos iluminar naturalmente um escritório de cinco por cinco metros quadrados", calcula Regina.
Todo o aparelho foi criado dentro do laboratório da Coppe, inclusive o hardware e o software do rastreador, desenvolvidos por Igor Vital Rodrigues, mestrando do PEE, e Alexandre Allil, graduando de Engenharia Elétrica. "Para elaborar o programa, fizemos um estudo da posição do sol nos próximos três anos", contam os estudantes. "Mas o aparelho nos permite ajustá-lo conforme os parâmetros do local a ser implementado, possibilitando seu uso em qualquer cidade do País e do mundo", ressaltam os jovens pesquisadores.
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| Marcelo Werneck (à esq.) e Alexandre Allil exibem o aparelho, que capta a energia solar (Foto: Divulgação) |
Para funcionar, o rastreador automático usa a energia elétrica, mas os idealizadores do projeto asseguram que o consumo é bastante reduzido. "A cada minuto, para ser capaz de acompanhar o sol, o rastreador anda 1/4 de grau, o que produz um consumo de energia elétrica desprezível", salienta Werneck. A manutenção também é bastante econômica, sendo necessária apenas a limpeza da lente, que tem a função de direcionar a luz do sol para o centro do conjunto de fibras ópticas. "A nossa intenção é que esse seja um sistema popular, barato e de fácil uso", ressalta Regina. Ela esclarece que, embora a lente e as fibras sejam importadas, os componentes, no conjunto, não são caros. Já o motor que alimenta o rastreador é de produção nacional, similar aos usados no limpador de para-brisas de veículos.
"Se considerarmos a produção em escala industrial, o aparelho sairá bem em conta", observa Werneck. "Quanto maior é o diâmetro da lente, mais luz se capta. E quanto mais lentes e fibras se utilizam, amplia-se o local de interesse. Assim, o sistema poderá ser usado também para grandes ambientes, como shoppings e mercados", acrescenta Regina.
Os pesquisadores já desenvolveram um protótipo, que está iluminando uma sala completamente vedada, com luz solar pura. "Este é um sistema funcional e bastante inovador. É gratificante ser um dos desenvolvedores dessa pesquisa", diz Igor. "É importante lembrar que a radiação solar, antes desperdiçada, passa a ser utilizada para gerar energia, levando a uma economia de eletricidade. Sem falar na redução do aquecimento do telhado ou laje, onde o sistema será montado", observa Alexandre.
Segundo os pesquisadores, a única empresa no mundo que adota um sistema de iluminação similar ao projeto dos cientistas da Coppe/UFRJ tem sede no Japão. "Queremos agora atrair também a atenção das empresas brasileiras, pois esse é um projeto comercialmente muito viável", reforça Werneck.
*Reportagem originalmente publicada em Rio Pesquisa, Ano VIII, Nº 32 (Setembro de 2015)
Notícia retirada do endereço: http://www.faperj.br/?id=3451.2.0
