Manual Aluno SOLAR - RBCAS Abril2009 Cemig

CURSO DE CAPACITAO EM AQUECIMENTO SOLAR

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MANUAL DO ALUNO MANUAL DO ALUNO MANUAL DO ALUNO MANUAL DO ALUNO

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Rede Brasil de Capacitao em Aquecimento Solar 3

Autores e Colaboradores

Elizabeth Marques Duarte Pereira Alexandre Salomo de Andrade Lucio Cezar de Souza Mesquita Carlos Felipe da Cunha Faria Alexandre Marcial da Silva Ana Maria Botelho Dlcio Rodrigues Felipe Augusto Tetzl Rocha Julia Maria Garcia Rocha Juliano Alex de Almeida Leonardo Chamone Cardoso Luciano Torres Pereira Luiz Otvio Marques Duarte Ricardo Jos da Silva Melo Rudolf Ruebner Silvia Sampaio Rocha

Agradecimentos

Agradecemos a todos aqueles que colaboraram para realizao deste projeto. Em especial, agradecemos aos alunos, professores e equipe tcnica do GREEN Solar pelo apoio constante e fundamental e FINEP pelo suporte financeiro.

Este manual um produto do Projeto SolBrasil, financiado pela FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos.

proibida a reproduo total ou parcial deste material sem prvia autorizao.

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ndice

Capitulo 1 Noes Iniciais sobre o Aquecimento Solar 5

Capitulo 2 Mercado Brasileiro de Aquecimento Solar 21

Capitulo 3 Casos de Sucesso e Benefcios Sociais e Ambientais 37

Capitulo 4 Recurso Solar 58

Capitulo 5 Coletores Solares Princpios da transferncia de calor 85

Capitulo 6 Reservatrios Trmicos Princpios da transferncia de calor 111

Capitulo 7 PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem 123

Capitulo 8 Mtodos de Dimensionamento 143

Capitulo 9 Mtodo da Carta-F 157

Capitulo 10 Aquecimento Auxiliar 165

Capitulo 11 Anlise Econmica 175

Capitulo 12 Instalaes de Pequeno Porte 186

Capitulo 13 Instalaes de Mdio e Grande Porte 210

Capitulo 14 Instalao, Manuteno e Segurana 233

Capitulo 15 Aquecimento Solar de Piscinas 253

Capitulo 16 Anexos 287

1

NOES INICIAIS SOBRE O AQUECIMENTO SOLARNOES INICIAIS SOBRE O AQUECIMENTO SOLARNOES INICIAIS SOBRE O AQUECIMENTO SOLARNOES INICIAIS SOBRE O AQUECIMENTO SOLAR

Tipos de Coletores Solares

Aplicaes do Aquecimento Solar

Classificao de uma Instalao de Aquecimento Solar

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INTRODUO

Nesse capitulo pretendemos apresentar as aplicaes prticas da energia solar, descrever os principais componentes de uma instalao de aquecimento solar e fixar os conceitos bsicos que utilizaremos nos prximos captulos. A figura 1.1 apresenta, esquematicamente algumas aplicaes da energia solar destacando o foco desse manual que o aquecimento de gua.

Figura 1.1 Fluxograma de aplicaes prticas do uso da energia solar

As aplicaes prticas da energia solar podem ser divididas em dois grandes grupos: energia solar ativa e passiva. O uso da energia solar por meios passivos, com nfase Arquitetura Solar, envolve, primariamente a seleo de materiais de construo e a definio de parmetros de projeto que propiciem o melhor aproveitamento das condies locais de insolao e ventilao para atingir os nveis de conforto e climatizao pretendidos.

Nos processos ativos de aproveitamento da energia solar, utilizam-se dispositivos que possam convert-la diretamente em energia eltrica (painis fotovoltaicos) ou energia trmica (coletores planos e concentradores). A energia solar trmica possui uma ampla gama de aplicaes que abrangem processos de aquecimento de gua, ar e refrigerao. Incluem-se, tambm, nesse caso, processos de mdia e alta temperaturas que utilizam concentradores solares. A figura 1.2. apresenta os tipos de coletores solares e respectivas temperaturas de operao.

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Figura 1.2 Tipos de coletores x temperaturas de operao www.sciencedirect.com/refocus

1.1. Sistema de Aquecimento Solar

Um sistema de aquecimento solar, mostrado esquematicamente na Figura 1.3, pode ser dividido basicamente em trs sub-sistemas, discutidos a seguir.

Figura 1.3 - Desenho esquemtico de um sistema de aquecimento solar residencial

Adaptado de ADEME [2000]

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a. Captao: composto pelos coletores solares onde circula o fluido de trabalho a ser aquecido, as tubulaes de interligao entre coletores e entre a bateria de coletores e o reservatrio trmico e, no caso de instalaes maiores, a bomba hidrulica. No Brasil, o fluido de trabalho normalmente utilizado a gua.

b. Armazenamento: seu componente principal, o reservatrio trmico, alm de uma fonte de complementar energia, como eletricidade ou gs, que garantir o aquecimento auxiliar em perodos chuvosos, de baixa insolao ou quando ocorrer um aumento eventual do consumo de gua quente.

c. Consumo: compreende toda a distribuio hidrulica entre o reservatrio trmico e os pontos de consumo, inclusive o anel de recirculao, quando necessrio. tambm conhecido como o circuito secundrio* da instalao.

* O dimensionamento e distribuio hidrulica do circuito secundrio tem sua responsabilidade tcnica erroneamente atribuda ao projetista do sistema de aquecimento solar. O circuito hidrulico secundrio pertence ao projeto hidrulico da edificao e portanto a responsabilidade tcnica est vinculada a que o projetou.

1.2. Classificaes de um sistema de aquecimento solar

Um esboo da instalao termossolar bsica para aquecimento de gua em uma residncia unifamiliar pode ser visto na figura 1.4.

Figura 1.4 - Sistema Termossolar de Pequeno Porte Adaptado CEMIG

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Para a alocao dos coletores solares no telhado e correto posicionamento do reservatrio de gua quente, diversos aspectos devem ser observados. Estes aspectos sero devidamente detalhados nos captulos 12 e 13.

Os sistemas de aquecimento solar podem ser classificadas de quatro formas:

1.2.1 Porte

A definio do porte de uma instalao de aquecimento solar est intrinsecamente associada ao volume dirio de gua a ser aquecida e as caractersticas da edificao onde o sistema ser instalado. De maneira geral, quanto ao porte, pode-se classificar:

Tabela 1.1 Classificao de uma instalao de aquecimento solar conforme seu volume

Instalao Volume Dirio de Armazenamento Tipo

Pequeno porte V < 1500 litros Termossifo

Mdio porte 1500 litros < V < 5000 litros Circulao Forada

Grande porte V > 5000 litros Circulao Forada

1.2.2 Circulao

a. Instalao Solar em Circulao Natural ou Termossifo

Atualmente, no Brasil, grande parte dos sistemas de aquecimento solar em funcionamento so residenciais, de pequeno porte e operam por circulao natural (termossifo). Nesse caso, a circulao da gua nos tubos de distribuio dos coletores promovida apenas pela diminuio de sua densidade devido ao aquecimento da gua nos coletores solares, efeito conhecido como termossifo. O principio de funcionamento e as caractersticas desse tipo de sistema sero abordadas com detalhes no capitulo 12.

b. Instalao Solar em Circulao Forada ou Bombeada

Neste caso, a circulao do fludo de trabalho atravs do circuito primrio da instalao promovida pela ao de uma bomba hidrulica, sendo sua utilizao recomendada para instalaes de mdio e grande porte ou quando os parmetros exigidos para a instalao em termossifo no possam ser atendidos. A Figura 1.5 ilustra os componentes bsicos de uma instalao bombeada.

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Figura 1.5 Instalao em Circulao Forada

1.2.3 Tipo de sistema

a. Convencional

Classifica-se como convencional um sistema de aquecimento solar onde pode-se distinguir claramente coletores solares e reservatrio trmico como equipamentos distintos, separados fisicamente um do outro como apresentado na figura 1.4

b. Acoplado ou Compactos

Um sistema de aquecimento solar compacto ou acoplado caracteriza-se quando o coletor solar e o reservatrio trmico se fundem em uma nica unidade, conforme mostrado na Figura 1.6. O sistema acoplado opera em circulao natural e sua grande vantagem de reduzir eventuais erros e minimizar custos de instalao.

Entretanto, deve-se destacar que, devido a grande rea de exposio de seus componentes e do pequeno desnvel entre o ponto de sada da gua quente do coletor solar (retorno ao reservatrio) e a base do reservatrio trmico constata-se uma reduo da eficincia trmica diria da instalao solar. Estudos elaborados por Faiman et [2001] demonstram que a perda trmica nos perodos noturnos pode atingir 30% de toda a energia armazenada ao longo do dia, recomendando alguns dispositivos para minimiz-la. Cabe ressaltar que esta soluo tem-se mostrado muito atraente para conjuntos habitacionais onde o volume de gua quente a ser armazenado no excede 200 litros por dia e, tambm, para consumidores individuais em sistemas de auto-instalao.

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Figura 1.6 Sistemas Acoplados na Bancada de Ensaios do GREEN SOLAR

c. Integrados

Em um sistema integrado o reservatrio e o coletor constituem a mesma pea. Assim como no caso da Fig. 12.1, na maioria das vezes eles so formados por tubos pintados de preto e colocados em uma caixa com isolamento trmico e uma cobertura transparente. O maior problema dos sistemas integrados que boa parte da energia captada durante o dia perdida noite. A figura 1.7 apresenta outros modelos de sistemas integrados, inclusive um modelo para camping (direita).

(foto: acervo Soletrol) (foto: website Coleman) Figura 1.7 Sistemas de aquecimento solar integrados.

Alm disso, sua grande massa trmica reduz riscos de congelamento que podem ocorrer em algumas regies do pas.

1.2.4 Troca de calor

a. Direta A troca de calor direta apresenta-se na maior parte dos sistemas atualmente em funcionamento no Brasil. Nesse tipo de instalao a gua que circula pelos coletores a mesma que ser utilizada nos pontos de consumo da edificao, como apresentado na figura 1.3.

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b. Indireta

Nos sistemas onde a troca de calor indireta, o fluido que circula pelos coletores no o mesmo utilizado nos pontos de consumo da edificao. Esse tipo de instalao adotada em localidades onde a temperatura ambiente pode trazer riscos de congelamento aos coletores, em processos indstrias ou nas demais aplicaes onde no pode haver a mistura do fluido que circula pelos coletores e o que ser consumido. A figura 1.8 apresenta esquematicamente este tipo de instalao.

Figura 1.8. Representao esquemtica de um sistema de aquecimento solar operando em circuito indireto.

1.3. Coletores Solares

O coletor solar basicamente um dispositivo que promove o aquecimento de um fluido de trabalho, como gua, ar ou fluido trmico, atravs da converso da radiao eletromagntica proveniente do Sol em energia trmica. A escolha de um tipo de coletor solar depende basicamente da temperatura de operao requerida em determinada aplicao prtica. Por exemplo, para temperaturas elevadas ou produo de vapor necessrio o emprego de coletores concentradores. A figura 1.9 apresenta a usina solar de Barstow-Califrnia composta por espelhos planos, orientados de modo a concentrar os raios solares no alto da torre (foco), onde produzido vapor a alta presso e temperatura superior a 550oC. J a figura 1.10 apresenta um sistema de coletores com calhas parablicas tambm utilizadas para gerao de vapor. Para o correto posicionamento dos espelhos e da superficie concentradora, este tipo de montagem exige um acompanhamento automtico e continuado da trajetria do Sol no cu, cuja posio varia ao longo do dia e do ano.

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Figura 1.9. Usina Solar de Barstow Califrnia Fonte : IEA [International Energy Agency]

Fig. 1.10. Coletores com calhas parablicas Fonte : NREL [National Renewable Energy Laboratory]

Para aquecimento de fluidos at temperaturas da ordem de 150oC, recomenda-se o uso de coletores planos ou tubos evacuados, sem necessidade de rastreamento do Sol. O grfico da figura 1.11. exemplifica a correlao entre os tipos de coletores, faixas de temperatura e curvas caractersticas de eficincia.

Figura 1.11 Tipos de coletores planos, temperatura de operao e curvas caractersticas de eficincia Adaptado de Solarserver

O aquecimento de piscinas a temperaturas entre 26 e 30oC normalmente promovido por coletores solares abertos, mostrados na Figura 1.12. Essa designao utilizada, pois tais coletores no possuem cobertura transparente nem isolamento trmico. Apresentam timo desempenho para baixas temperaturas o qual decresce significativamente para temperaturas

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mais elevadas. So fabricados predominantemente em material polimrico como polipropileno e EPDM, resistentes ao cloro e outros produtos qumicos.

Figura 1.12 Exemplos de Coletores Solares Abertos

Os coletores solares fechados so utilizados para fins sanitrios, atingindo temperaturas da ordem de 70 a 80oC. Na Figura 1.13, so mostrados exemplos de coletores fechados, cujos componentes sero discutidos em detalhes mais a frente.

Figura 1.13 Exemplos de Coletores Solares Fechados

Basicamente, um coletor solar plano fechado constitudo por:

Caixa externa: geralmente fabricada em perfil de alumnio, chapa dobrada ou material plstico e que suporta todo o conjunto.

Isolamento trmico: minimiza as perdas de calor para o meio. Fica em contato direto com a caixa externa, revestindo-a. Os materiais isolantes mais utilizados na indstria nacional so: l de vidro ou de rocha e espuma de poliuretano.

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Tubos (flauta / calhas superior e inferior): tubos interconectados atravs dos quais o fluido escoa no interior do coletor. Normalmente, a tubulao feita de cobre devido sua alta condutividade trmica e resistncia corroso.

Placa absorvedora (aletas): responsvel pela absoro e transferncia da energia solar para o fluido de trabalho. As aletas metlicas, em alumnio ou cobre, so pintadas de preto fosco ou recebem tratamento especial para melhorar a absoro da energia solar.

Cobertura transparente: geralmente de vidro, policarbonato ou acrlico que permite a passagem da radiao solar e minimiza as perdas de calor por conveco e radiao para o meio ambiente.

Vedao: importante para manter o sistema isento da umidade externa.

Para temperaturas mais elevadas, recomendam-se os coletores solares do tipo tubo evacuado, mostrado na Figura 1.14. Este produto predominantemente fabricado por empresas chinesas ou joint ventures sino-internacionais.

Figura 1.14 Exemplos de Coletores Solares de Tubos Evacuados Fonte: www.apricus-solar.com

Os modelos mais eficientes utilizam tubos de calor (heat pipe) com zonas de evaporao e condensao, exemplificadas na Figura 1.15. A parte (a) da figura mostra esquematicamente os componentes bsicos do coletor de tubo evacuado, sendo a aleta, tubo de vidro e condensador evidenciados nas partes (c) e (d). A parte (b) apresenta os detalhes desses elementos e fixao de cada tubo calha coletora.

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(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 1.15 Componentes dos Coletores Solares de Tubos Evacuados com tubos de calor

A partir desse ponto, o texto estar restrito s aplicaes do aquecimento solar para fins sanitrios ou aquecimento de piscina. No primeiro caso, necessrio incluir na instalao um reservatrio trmico para armazenar a gua quente e garantir seu uso a qualquer momento. No caso da piscina aquecida, ela prpria o reservatrio trmico da instalao solar. Em ambos os casos, so previstos aquecedores complementares, eltrico ou a gs, que so acionados em dias chuvosos ou com baixa incidncia de radiao solar ou quando ocorrer aumentos eventuais de consumo de gua quente.

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1.4. Reservatrios trmicos

Nas aplicaes prticas do aquecimento solar ocorrem defasagens significativas entre o perodo de gerao de gua quente nos coletores solares e seu efetivo consumo. No setor industrial, por exemplo, o perodo de consumo de gua quente depende, basicamente, do processo industrial e dos pontos de utilizao adotados. Como exemplo pode-se citar um vestirio industrial onde considera-se o horrio de troca de turno de trabalho e um refeitrio onde considera-se o nmero dirio de refeies e seus respectivos horrios. Entretanto, na grande maioria dos casos, constata-se a ocorrncia da mesma defasagem observada no setor residencial. Alm disso, deve-se destacar tambm o carter intrinsecamente intermitente da radiao solar, que alterna dias e noites, dias ensolarados, nublados e chuvosos.

Assim, constata-se a necessidade de armazenamento de gua quente em reservatrios trmicos para adequao entre a gerao e o consumo efetivo, alm da definio de uma certa autonomia para o sistema de aquecimento solar.

As partes constituintes do reservatrio trmico so mostradas na Figura 1.16. e podem ser assim resumidas:

Figura 1.16 Ilustrao do reservatrio trmico em corte

Corpo interno: fica em contato direto com a gua aquecida e, por isso, deve ser fabricado com materiais resistentes corroso, tais como cobre e ao inoxidvel nos reservatrios fechados. Nos reservatrios abertos, utiliza-se, tambm, o polipropileno.

Isolante trmico: minimiza as perdas de calor para o meio. colocado sobre a superfcie externa do corpo interno, sendo a l de vidro e a espuma de poliuretano os materiais mais utilizados.

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Proteo externa: tem a funo de proteger o isolante de intempries, tais como: umidade, danos no transporte ou instalao, etc. Essa proteo normalmente de alumnio, ao galvanizado ou ao carbono pintado. No se recomenda o uso de lona plstica.

Sistema auxiliar de aquecimento: como o prprio nome indica, um sistema de

aquecimento que tem como objetivo complementar o aquecimento solar de modo a garantir o fornecimento de gua quente, seja em perodos de baixa insolao ou mesmo quando ocorrer consumo excessivo. Usualmente, o sistema de aquecimento auxiliar eltrico constitudo por uma ou mais resistncias eltricas blindadas, colocadas no reservatrio trmico em contato com a gua armazenada. O acionamento dessas resistncias pode ser controlado automaticamente por meio de um termostato, ou manualmente, pelo prprio usurio.

Tubulaes: tem a funo de interligar o reservatrio trmico aos pontos de consumo, alimentao de gua fria e aos demais componentes da instalao (coletores solares, sistemas de aquecimento auxiliar e etc) .

Apoio para fixao e instalao: os reservatrios trmicos possuem bases de sustentao e fixao capazes de suportar seu peso em operao garantindo imobilidade ao equipamento. Os bases de fixao de reservatrios trmicos usualmente so fabricadas em materiais metlicos protegidos contra corroso.

Os conceitos tericos associados ao projeto de um reservatrio trmico sero discutidos no Captulo 6.

2

MERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLARMERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLARMERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLARMERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLAR

O Aquecimento Solar no Contexto Internacional

O Aquecimento Solar no Brasil

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APRESENTAAO E JUSTIFICATIVAS

Os recursos energticos so utilizados pelo homem para satisfazer algumas de suas necessidades bsicas na forma de calor e trabalho. A disponibilidade destes recursos um dos principais fatores para o desenvolvimento das naes e no menos importantes devem ser suas formas de converso e utilizao. O extraordinrio crescimento da populao mundial determina a macia utilizao de energia eltrica e de combustveis fsseis, entre eles, o carvo, petrleo e o gs natural. Muitas alternativas energticas esto disponveis e vem sendo desenvolvidas e aplicadas em diversos pases: energia elica, biomassa, MCHS (mini e micro centrais hidreltricas) e PCHS (pequenas centrais hidreltricas), energia solar trmica e energia solar fotovoltaica. Dentre estas, a energia solar trmica para o aquecimento de gua tem despertado interesse mundial principalmente devido sua importncia social, econmica, ambiental, e tecnolgica e abundncia do recurso solar em todo o planeta.

O atual estgio de crescimento e desenvolvimento das naes exigindo uma crescente e muitas vezes insustentvel explorao dos recursos naturais permite-nos criar e antever cenrios nos quais o aquecimento solar venha a ser aproveitado em grande escala, principalmente no Brasil, que tem condies de se tornar uma referncia mundial no aproveitamento do recurso solar.

O Brasil tem um enorme potencial de aproveitamento da energia solar: praticamente todas suas regies recebem mais de 2200 horas de insolao com um potencial equivalente a 15 trilhes de MWh, correspondente a 50 mil vezes o consumo nacional de eletricidade.

2.1. O Aquecimento Solar no Contexto Internacional

O mercado mundial de aquecedores solares comeou a crescer a partir da dcada de 70, mas expandiu significativamente durante a dcada 90 e como resultado deste crescimento houve um aumento substancial de aplicaes da tecnologia, da qualidade e confiabilidade e modelos de produtos disponveis. Segundo relatrio publicado anualmente pela IEA - Agencia Internacional de Energia, os principais pases utilizadores da tecnologia de aquecimento solar so destacados no mapa da figura 2.1. So 41 pases ao todo que representam aproximadamente 57% da populao global e cerca de 90 % do mercado de aquecimento solar mundial.

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Figura 2.1 - Principais pases utilizadores do aquecimento solar Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide Markets and Contribution to the Energy Supply 2004

O mercado de aquecimento solar geralmente avaliado sob a tica de quatro indicadores comparativos utilizados globalmente e reportados anualmente pela IEA.

So eles: 1 - rea coletora instalada acumulada dada em metros quadrados m2; 2 - rea coletora instalada acumulada per capita dada em metros quadrados por mil habitantes m2/ 1.000 habitantes 3 - Potncia instalada acumulada de coletores solares dada em MWth 4 - Potncia instalada acumulada per capita dada em MWth por cem mil habitantes.

Os dois primeiros indicadores foram muito utilizados at o ano de 2004, mas diante da necessidade crescente de comparar o aquecimento solar com outras fontes de energia em termos de potncia, especialistas da IEA definiram uma fator de converso entre metros quadrados de coletores solares e potncia nominal em MWth (potncia trmica).

1 m2 de coletor solar 0, 7 kWth

Dados do aquecimento solar no mercado mundial:

141 milhes de metros quadrados de coletores solares instalados; 98,4 GWth de potncia nominal trmica instalada; 58.177 GWh (209.220 TJ) de produo anual de energia; 25,4 milhes de toneladas de CO2 evitadas (9,3 bilhes de litros de leo equivalente)

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As tabelas 2.1 e 2.2 e as figuras 2.2 e 2.3 mostram a participao de alguns dos principais atores da tecnologia solar em todo o mundo.

Tabela 2.1- rea coletora instalada Tabela 2.2 - rea coletora per capita

Pas rea Coletora Instalada (m2)China 62.000.000

Estados Unidos 28.398.544Japo 7.726.000

Turquia 7.280.000Alemanha 6.476.000

Israel 4.790.000Australia 4.749.000Grcia 2.994.200ustria 2.769.072Brasil 2.266.000

Taiwan 1.425.700India 1.000.000

Frana 792.062Africa do Sul 756.030

Chipre 734.000Espanha 700.433Canad 679.626Mxico 642.644

Holanda 583.000Sua 550.620Italia 460.000

Dinamarca 328.900Portugal 274.300Suecia 243.735

Eslovenia 101.751Nova Zelandia 86.990

Barbados 74.601Belgica 74.249

PasCapacidade Instalada

por 100 mi Habitantes (MWth)

Chipre 63,00Israel 52,00

Barbados 19,34Grcia 19,10ustria 18,81Turquia 7,14Australia 5,66

Alemanha 4,84Taiwan 4,52Japo 4,24

Dinamarca 4,01Eslovenia 3,59

China 3,33Sua 3,32

Portugal 1,91Suecia 1,62

Nova Zelandia 1,53Holanda 1,26Espanha 1,18

Brasil 0,89Frana 0,78Italia 0,54

Estados Unidos 0,51Africa do Sul 0,38

Belgica 0,33Mxico 0,17Canad 0,17

India 0,07

Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide Markets and Contribution to the Energy Supply 2004

Figura 2.2 Grfico da rea coletora instalada Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide Markets and Contribution to the Energy Supply 2004

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Figura 2.3 Grfico da potncia instalada per capita para cada 100 mil habitantes Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide Markets and Contribution to the Energy Supply 2004

2.2. O Aquecimento Solar no Brasil

No cenrio energtico brasileiro, torna-se cada vez mais evidente a necessidade de incentivo ao uso de energias renovveis complementares atual gerao hidreltrica. Busca-se, dessa forma, garantir nveis de fornecimento de energia eltrica necessrios ao crescimento populacional e universalizao dos servios de energia, ao crescimento econmico e a gerao de novos postos de trabalho, com menor impacto ambiental possvel.

A energia solar trmica para aquecimento de gua tem-se mostrado como soluo tcnica e economicamente vivel para os problemas de reduo do consumo de energia eltrica no setor residencial brasileiro e de modulao da curva de carga de nossas concessionrias de energia.

No caso do aquecimento solar de gua em substituio aos chuveiros eltricos, deve-se ressaltar, ainda, que embora no ocorra gerao de energia, em seu sentido mais restrito, a retirada dos aquecedores eltricos instantneos (chuveiros eltricos) e a correspondente reduo de sua participao no horrio de pico de demanda das concessionrias de energia eltrica do pas, pode ser interpretada como uma intensa e constante gerao virtual de energia eltrica.

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Finalmente vale lembrar que o Brasil se encontra em uma regio entre os trpicos e prximo a linha do equador privilegiando-se dos elevados ndices solarimtricos que so determinantes para o crescente aproveitamento do aquecimento solar.

Atravs de estudos e levantamentos estatsticos realizados pela ABRAVA-Associao Brasileira de Refrigerao, Ar Condicionado, Ventilao e Aquecimento, atravs de seus Departamentos de Economia e de Aquecimento Solar obtem-se a caracterizao de sua evoluo histrica do mercado de aquecimento solar entre os anos de 1985 e 2005. O grfico da figura 2.4 mostra a evoluo da rea instalada anualmente e da rea acumulada de coletores solares no Brasil.

Figura 2.4 Grfico da evoluo do mercado de aquecimento solar no Brasil Fonte: ABRAVA-Departamento Nacional de Aquecimento Solar

Notadamente o aquecimento solar vem sendo implantado no Brasil desde meados da dcada de 70 e desta forma muitos coletores solares implantados j no esto mais em operao devido ao envelhecimento e desta forma avaliou-se qual parcela da rea coletora acumulada estaria efetivamente em operao no ano de 2005 chegando-se aos nmeros apresentados na tabela 2.3 que caracteriza o mercado brasileiro de aquecimento solar.

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Tabela 2.3 - Dados do mercado de aquecimento solar no Brasil no ano de 2005

Dados do Mercado de Aquecimento Solar no Brasil 2005Area coletora adicionada

(m) 394.658Area coletora acumulada

(m) 2.700.458Potncia trmica adicionada

Metodologia IEA (MWtrmicos) com o programa 276Potencia trmica acumulada

Metodologia IEA (MWtrmicos) com o programa 1.890

Populao Estimada (milhes de habitantes) 182.507.000

Nmero de domiclios no Brasil 52.196.313

Area Coletora per capita (m/ 1000 habitantes) 14,8

Potencia Instalada Per Capita- Metodologia IEA (MWth/ 100 mil hab) 1,04

Fonte: ABRAVA- Departamento Nacional de Aquecimento Solar

Quando se comparam os indicadores apresentados pelo Brasil com os apresentados por outros pases lideres e pioneiros na implantao sustentvel da tecnologia do aquecimento solar evidencia-se o estagio de nosso mercado e o grande potencial a ser explorado.

A indstria de aquecimento solar no Brasil composta basicamente de micro, e pequenas empresas e possui uma estrutura bastante simples, como mostra o fluxograma da figura 2.5.

Figura 2.5 Estrutura da empresa brasileira de aquecimento solar Fonte: ABRAVA- Departamento Nacional de Aquecimento Solar

Esta estruturao da indstria brasileira evidencia um dos aspectos socais positivos da tecnologia solar advindos da modularidade de suas aplicaes, da descentralizao de sua produo gerando mais empregos por unidade de energia. A tabela 2.4 mostra o nmero de postos de

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trabalho estimados na instalao, operao e na manuteno de equipamentos de gerao de fontes de energia distintas.

Tabela 2.4 Postos de trabalho gerados por diferentes fontes de energia

Fonte Postos de Trabalho anuais por Terawatt-horaNuclear 75

PCHs 120Gs Natural 250

Hidroeletricidade 250Petrleo 260

Petroleo Offshore 265Carvao 370Lenha 733 - 1.067Elica 918 -2.400lcool 3.711 - 5392

Solar( Fotovoltaica) 29.580 - 107.000

Fonte: Goldemberg,J. Coelho, S.T; Nastari, P.M.; Lucon,O. Ethanol learning curve- the Brazillian experience

A tecnologia termossolar segue a mesma lgica da gerao de empregos da indstria solar fotovoltaica e segundo estudo realizado pela ABRAVA-Associao Brasileira de Refrigerao, Ar Condicionado, Ventilao e Aquecimento, atravs de seus Departamentos de Economia e de Aquecimento Solar, o setor gera aproximadamente 55 empregos por MWth implantado, conforme mostrado na figura 2.6. No ano de 2005, foram implantados 276 MWth (395.000 metros quadrados de coletores solares) gerando pouco mais de 15 mil empregos diretos.

Instalao e Manuteno

20

Comercial15

Fabricao12

Administrao8

Empregos gerados por MWth instalado

Figura 2.6 Empregos gerados no Brasil no setor de aquecimento solar Fonte: ABRAVA-Departamento Nacional de Aquecimento Solar

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O Programa Brasileiro de Etiquetagem para aquecedores solares implantado no Brasil em meados dos anos 90, permitiu a criao de critrios personalizados para comparar os diferentes produtos disponveis no mercado nacional e possibilitou a evoluo da qualidade e confiabilidade da indstria brasileira nos ltimos anos. At o ano final do ano de 2005, mais de 160 produtos em todo o Brasil j haviam sido etiquetados pelo INMETRO, sendo que destes, 62 produtos foram classificados com a categoria A obtendo o selo PROCEL de produto mais eficiente. Fica evidente que a indstria nacional vem buscando constante aprimoramento tecnolgico entendendo que a qualidade e confiabilidade da tecnologia so itens fundamentais para o crescimento e ampliao da utilizao de aquecedores solares em todo o Brasil.

Com o desenvolvimento tecnolgico e amadurecimento da indstria nacional nos ltimos 10 anos, o Brasil comea a se tornar um plo exportador da tecnologia solar de aquecimento de gua como evidencia a o grfico da figura 2.7. As exportaes de 2001 a 2005 apresentaram um crescimento acumulado de 4256% com uma mdia anual de 157%. Observa-se que as transaes internacionais representaram no ano de 2005 uma movimentao de quase 800 mil dlares e que o saldo comercial positivo evidencia o crescente desenvolvimento e maturidade tecnologia no Brasil.

Figura 2.7 Balana comercial do mercado de aquecimento solar no Brasil Fonte: ABRAVA - Departamento.de Comrcio Exterior

O uso de aquecedores solares pode contribuir para a reduo da emisso de CO2 por parte do setor eltrico brasileiro. Uma anlise do ciclo de vida de quatro diferentes alternativas para o aquecimento de gua para residncias no pais - chuveiros eltricos, aquecedores de passagem a gs natural, aquecedores de passagem a GLP e aquecedores solares mostrou que os aquecedores solares emitem menos de 60% do CO2 e de CH4 emitidos pelos chuveiros. Neste contexto, recursos adicionais obtidos por meio de pagamentos de servios ambientais da tecnologia seriam uma importante ferramenta na promoo de aquecedores solares no pas. A rea coletora instalada em 2005 no Brasil garante a reduo da emisso de mais de mais de 850.000 toneladas de CO2 na atmosfera.

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Segundo estudos realizados pela ABRAVA - Associao Brasileira de Refrigerao, Ar Condicionado, Ventilao e Aquecimento, atravs de seu Departamento de Aquecimento Solar, a rea coletora instalada no Brasil em 2005 atinge em sua grande maioria o setor residencial brasileiro. Cerca de 85% da rea total instalada destinada para o setor residencial como mostra o grfico da figura 8. Neste setor quase 95% destina-se a instalaes em habitaes unifamiliares e 5 % para habitaes multifamiliares (edifcios).

Participacao da area instalada de coletores solares por setor econmico

Residencial

85%

Terciario

14%

Industrial

1%

Figura 2.8 Participao do aquecimento solar por setor da economia Fonte: ABRAVA - Departamento de Aquecimento Solar

No setor tercirio o aquecimento solar vem sendo utilizado principalmente para aquecimento de gua no setor hoteleiro e hospitalar e para o aquecimento de piscinas. No setor industrial seu uso ainda restrito para o aquecimento de gua para uso em vestirios e cozinhas industriais mas estudos apontam para uma ampla gama de utilizao da tecnologia na gerao de calor de processos industriais e diante de um contexto indefinido quanto ao uso e produo do gs natural o aquecimento solar torna-se ainda mais competitivo neste setor.

Desde o racionamento de energia eltrica de junho de 2001, esto sendo feitas vrias previses, algumas otimistas e outras bastante sombrias, sobre o cenrio energtico brasileiro: prazos e custos relativos construo de novas hidreltricas e termeltricas a gs natural e aumento de tarifas para compensao dos novos custos operacionais ou de perda de receita das concessionrias de energia eltrica. O aquecimento de gua em chuveiros eltricos no setor est presente em cerca de 51% das residncias brasileiras de acordo com o PNAD- (Pesquisa Nacional por Amostragem de Domiclios). Nas regies Sul e Sudeste seu uso atinge, praticamente, a totalidade das residncias.

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Os dados de posse dos equipamentos eltricos indicam que o chuveiro eltrico nos domiclios das Regies Centro-Oeste, Sudeste e Sul tinha presena acima dos 85%, nas Regies Norte e Nordeste s cerca de 8 e 15% dos domiclios possuam o equipamento,respectivamente.

Neste ponto, deve-se ressaltar que o aquecimento solar de gua em substituio ao chuveiro eltrico no tem sido entendido por tcnicos e legisladores brasileiros como uma forma de gerao de energia, mas apenas como uma medida eficiente de conservao e uso racional de energia.

A anlise do problema enfrentado nos ltimos anos pelo sistema eltrico interligado das Regies Sul, Sudeste e Centro-Oeste do pas, para atender demanda de potncia eltrica no horrio de ponta, evidenciou a contribuio do chuveiro eltrico para a formao da ponta na curva de carga, como mostra a figura 2.9. Apesar de apresentarem um consumo relativamente baixo no perodo de 24 horas, os chuveiros eltricos contribuem muito para o consumo no horrio de ponta e consequentemente o aumento da demanda mxima instantnea de potencia. Estudos realizados em vrias concessionrias de energia eltrica do pas tm atribudo ao chuveiro eltrico e ao nosso hbito de banho dirio, normalmente em horrio concentrado ao final do dia, a participao de 20 a 50% no aumento acentuado de potncia eltrica requerida entre 17 e 21 horas.

Figura 2.9 Participao chuveiro eltrico na demanda de pico do setor eltrico Fonte: CPFL

A tabela 2.5 evidencia a participao do aquecimento de gua no consumo de energia eltrica no setor residencial.

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Tabela 2.5 Participao chuveiro eltrico na demanda de pico do setor eltrico Uso do Chuveiro Eltrico no Setor Residencial 2005

Consumo de eletricidade no setor residencial (GWh) 82.255

Penetracao do chuveiro eltrico no Brasil(%) 51%

Nmero de chuveiros eltricos 26.620.119

Demanda mxima de potncia na ponta pelo chuveiro eltrico (MW) 10.382Consumo de energia eltrica por domicilio por ano para aquecimento de

gua(kWh/ ano) 830Participacao do aquecimento de gua no consumo de energia no setor

residencial(%) 26,8%

Analisando dados do setor eltrico observa-se que o setor residencial responsvel por 25,2 % do consumo total de energia eltrica no Brasil e que o aquecimento de gua representa 26,8% deste consumo. O sistema Interligado Nacional registrou em 7 de Abril de 2005 um recorde para a demanda mxima instantnea de energia eltrica no valor de 60.918 MW o que significa que o aquecimento de gua atravs do chuveiro eltrico pode representar pouco mais de 12% (10.382MW / 60.918MW) da demanda mxima instantnea de energia eltrica no Brasil.

A instalao de sistemas de aquecimento solar permite a intensa reduo da demanda mxima instantnea de energia eltrica no Brasil reduzindo as presses de investimentos do setor eltrico em capacidade de gerao adicional somente para o atendimento ao habito de banho atrelado ao uso do chuveiro eltrico no Brasil. A tabela 2.6 evidencia a participao do aquecimento solar no setor residencial.

Tabela 2.6 Participao chuveiro eltrico na demanda de pico do setor eltrico Aquecimento Solar no Setor Residencial 2005

Participao do setor residencial na rea total instalada (%) 85%

rea coletora acumulada no setor residencial (m) 2.295.390

rea coletora instalada por domiclio 4,0

Nmero de domicilios atendidos com aquecimento solar no Brasil 573.847

Economia de energia prevista por ano por domiclio com F-Chart 70% (kWh/ano) 581

Potncia mdia do chuveiro eltrico (W) 3.900

Fator de coincidencia do chuveiro no horrio de ponta (%) 10%

Demanda de potncia retirada da ponta (MW) 224

Economia anual de energia com uso do solar (GWh) 333,2

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Como pode ser observado o aquecimento solar j atende mais de 570 mil residncias em todo o Brasil e contribui para a reduo de 224 MW de potncia no horrio de ponta do setor eltrico nacional. Observa-se tambm que sua utilizao permitiu uma economia de energia eltrica de mais de 330 GWh no ano de 2005. Observa-se na tabela 2.7 que o aquecimento solar possui uma pequena penetrao nas habitaes brasileiras de apenas 1,1%, nmero inexpressivo quando comparamos, por exemplo, a Israel, onde mais de 80% das residncias possuem aquecedores solares.

Tabela 2.7 Penetrao do aquecimento solar no setor residencial

Penetraao do aquecimento solar no setor residencial 2.005

Populao Estimada (milhes de habitantes) 182.507.000

Nmero de domiclios no Brasil 52.196.313

Nmero de domicilios atendidos com aquecimento solar no Brasil 573.847

Penetrao do aquecimento solar no setor residencial(%) 1,10%

Pode-se analisar o impacto de um programa de incentivo ao uso de aquecedores solares com base, por exemplo, no dficit habitacional brasileiro. O imenso dbito com os brasileiros carentes de moradia um dos principais itens da dvida social brasileira - vem se acumulando principalmente entre as famlias mais pobres, residentes em reas urbanas e se apresenta com maior gravidade na regio Nordeste, seguida das regies Sudeste, Sul, Centro-Oeste e Norte. Famlias que ganham at trs salrios mnimos so as mais atingidas, correspondendo a 83,2% do dficit habitacional urbano. O dficit habitacional no Estado de So Paulo estimado era de 1.161.757 moradias no ano 2000 de acordo com a Fundao Joo Pinheiro:80% desse dficit est concentrado nas famlias com renda mensal de at cinco salrios. Somente a cidade de So Paulo registrou um dficit de cerca de 358 mil moradias, segundo dados do censo 2000 do IBGE, relacionados na pesquisa sobre o desenvolvimento habitacional da cidade nas ltimas trs dcadas. Estes e outros dados reveladores de um dos mais graves problemas do Brasil esto definidos no estudo Dficit Habitacional no Brasil 2000, realizado pela Fundao Joo Pinheiro. A pesquisa encomendada pela Secretaria Especial de Desenvolvimento Urbano da Presidncia da Repblica revela que a deficincia do estoque de moradias no Brasil cresceu de 5,4 milhes de unidades em 1991 para 6,6 milhes em 2000. Se pensarmos na resoluo do problema do dficit habitacional deve-se pensar na definio de uma poltica consistente definitiva para o aquecimento solar para o setor de habitaes de interesse social. O sucesso e a importncia de programas de implantao de aquecimento solar em habitaes de interesse social no Brasil j est comprovado por diversos projetos implantados e outros em fase de implantao. As tabelas 8 e 9 evidenciam a importncia da tecnologia solar trmica. Considerando-se que em todas as habitaes populares a penetrao do chuveiro eltrico seria de 100% teramos os seguintes dados para o Estado de So Paulo e para o Brasil, por exemplo.

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Tabela 2.8 Aquecimento solar e o dficit habitacional do Estado de So Paulo (2000)

Aquecimento Solar e Deficit Habitacional no Estado de So Paulo 2005

Deficit de Domicilios no Estado de So Paulo 1.161.757



Nmero de domicilios atendidos com aquecimento solar 1.161.757

Economia de energia prevista por ano por domiclio com F-Chart 70% (kWh/ ano) 632

Aumento de renda mensal por domicio 21,06R$



Demanda de potncia retirada da ponta (MW) 453

Economia anual de energia com uso do solar (GWh) 734,0

Tabela 2.9 Aquecimento solar e o dficit habitacional no Brasil (2000) Aquecimento Solar e Deficit Habitacional no Brasil 2005

Deficit de Domicilios no Estado de So Paulo 6.600.000



Nmero de domicilios atendidos com aquecimento solar 6.600.000

Economia de energia prevista por ano por domiclio com F-Chart 70% (kWh/ ano) 632

Aumento de renda mensal por domicio 21,06R$



Demanda de potncia retirada da ponta (MW) 2.574

Economia anual de energia com uso do solar (GWh) 4.169,9

Observa-se analisando as tabelas 2.8 e 2.9, que a utilizao do aquecimento solar em habitaes de interesse social, nas quais a penetrao do chuveiro eltrico de 100%, teria um grande impacto do ponto de vista social gerando uma grande economia de energia e de dinheiro (varivel de acordo com os valores praticados por cada concessionria) bem como traria um grande beneficio para o setor eltrico pois representaria o deslocamento de no mnimo 2600 MW de demanda de potncia no horrio de ponta do setor e geraria uma economia de 4,2 TWh por ano.

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Os principais resultados dos projetos de aquecimento solar j implementados em habitaes de interesse social so evidenciados da seguinte forma:

a - para os moradores

Economia real de energia e dinheiro; Conscientizao sobre o uso racional de energia e gua; Aumento evidenciado do poder aquisitivo propiciando maior segurana alimentar e maior conforto (compra de alimentos, eletrodomsticos, material escolar, melhorias habitacionais,etc).

b - para o setor eltrico

Reduo da carga nos horrios de ponta, ocasionando postergao de investimentos em gerao, transmisso e distribuio; Reduo de inadimplncia; Criao e divulgao de um novo pacote de servios ao consumidor de baixa renda; Em estudo feito pela CEMIG, concluiu-se que com a implantao do aquecimento solar, 1 transformador que atendia a 25 casas passou a atender a 55 casas com a substituio do chuveiro eltrico pelo aquecimento solar;

c - para o governo

Criao de uma poltica habitacional coerente com o desenvolvimento sustentvel da matriz energtica nacional e com o desenvolvimento econmico das populaes atingidas pela tecnologia solar; Reduo de investimentos na gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica, podendo-se deslocar recursos para outras reas prioritrias como a prpria poltica habitacional brasileira. Reduo de emisso de poluentes condizente com uma poltica ambiental correta.

3

CASOS DE SUCESSO E BENEFICCASOS DE SUCESSO E BENEFICCASOS DE SUCESSO E BENEFICCASOS DE SUCESSO E BENEFICIOS AMBIENTAIS E SOCIAIS IOS AMBIENTAIS E SOCIAIS IOS AMBIENTAIS E SOCIAIS IOS AMBIENTAIS E SOCIAIS

Panorama Atual do Aquecimento Solar no Brasil

Habitao Popular Sustentvel

Aquecimento Solar Central em Belo Horizonte

Energia e meio ambiente: mudanas no clima e poluio local

Benefcios sociais e ambientais do aquecimento solar

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INTRODUO

Em 2005, o Brasil totalizou cerca de 3 milhes de metros quadrados de rea instalada de coletores solares. De acordo com critrios lineares de dimensionamento, adotados pela grande maioria das empresas, e que se espera sejam abandonados aps a leitura desse texto, estima-se 1m2 para cada usurio final. Dessa forma, a penetrao dos aquecedores solares no Brasil atinge apenas 1,6% da populao. Valor este extremamente inexpressivo para um pas com a dimenso territorial e os nveis de irradiao solar do Brasil. ustria e Grcia atendem a 12 e 22% da populao com aquecimento solar para fins sanitrios, respectivamente. Para avaliao do impacto positivo para o setor eltrico nacional esperado a partir da implantao de polticas de governo de incentivo ao uso do aquecedor solar em substituio ao chuveiro eltrico, foram propostos alguns ndices-base, a saber:

Eficincia mdia dos produtos oferecidos: 50% Incidncia de radiao solar mdia no pas: 17 MJ/m2/dia Potncia dos chuveiros eltricos: 4,4 kW Aquecimento eltrico complementar ao solar: 1,5 kW Fator de simultaneidade de uso do chuveiro eltrico no horrio de pico: 25%

Dessa forma, a energia mdia gerada pelos coletores instalados no pas de 2585 GWh/ano, com correspondente deslocamento de demanda de energia no horrio do pico da ordem de 544 MW. Este valor corresponde a 27% da potncia gerada nas usinas trmicas nucleares e 4,4% da capacidade instalada em trmicas convencionais na matriz energtica brasileira.

Tais nmeros podem ser confrontados com aqueles propostos pela European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF) e o programa para o Aquecimento e Arrefecimento Solar da Agncia Internacional de Energia (IEA SHC) que expressaram, pela primeira vez em 2004, a contribuio do aquecimento no mais em funo da rea instalada, mas em termos da potncia gerada. O fator de converso recomendado de 0,70 kWth para cada metro quadrado de rea de coletores solares.

Ole Pilgaard, presidente da ESTIF, declarou nessa oportunidade que agora, a capacidade do solar trmico pode e deve aparecer em todas as estatsticas, lado a lado com as capacidades das outras fontes de energia renovvel e as pessoas compreendero que a nossa tecnologia pode contribuir tremendamente na reduo da emisso de gases causadores do efeito de estufa, permitindo ainda um fornecimento global de energia mais sustentvel.

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De acordo com esse ndice, os aquecedores solares instalados no Brasil gerariam uma potncia equivalente a 2100 MWth, Este valor cerca de 19% inferior ao obtido na simulao feita para o caso brasileiro, que forneceu 0,86 kWth/ m2. Uma justificativa para tal discrepncia pode estar associada aos menores nveis de irradiao solar na Europa. Entretanto, o valor europeu tem sido adotado tambm em vrios estudos e projees para o Brasil, tornandoos bastante conservativos e seguros.

Quanto gerao de empregos diretos, a ESTIF estabelece para a Comunidade Europia que a gerao de 1000 GWh com aquecedores solares geraria 3960 empregos contra apenas 72 empregos da gerao nuclear. No caso brasileiro, a produo anual de 2585GWh garantiria, ento, 10237 empregos. Entretanto, estudos realizados pela ABRAVA [2002], demonstram que a produo, comercializao e instalao de 400.000m2 por ano de aquecedores solares garantem cerca de 12.000 empregos descentralizados nas diferentes reas de atuao envolvidas como, engenharia, manufatura, projeto, instalao e manuteno. Constata-se que o nmero declarado pela ABRAVA cerca de 17% superior ao definido para a CE, sendo que o menor nvel de automatizao da indstria brasileira poderia justificar tal discrepncia.

Alm dessa contribuio matriz energtica e gerao de empregos, deve-se destacar que polticas de incentivo ao aquecimento solar NO exigiriam investimentos diretos do governo. Entretanto, torna-se imprescindvel a criao de modelos de sustentabilidade para atendimento s habitaes de interesse social, formao descentralizada de recursos humanos, legislao apropriada, linhas de financiamento, desenvolvimento e adoo de rotinas padronizadas de dimensionamento para aplicaes especficas, caderno de recomendaes para recebimento de obras, acompanhamento da operao e manuteno, dentre outras.

A seguir, sero discutidos alguns casos de sucesso do uso do aquecimento solar no Brasil.

3.1. Habitao Solar Sustentvel

O grfico da figura 2.1 mostra a evoluo temporal da instalao de aquecedores solares em habitaes de interesse social desde 1980, segundo levantamentos elaborados por Tassarini [2006] e Pereira [2006] e que totalizam 8695 residncias.

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1980 1994 1995 1996 2000 2003 2004 2005 2006ano

Resi

dn

cias

co

m aq

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sola

r

Figura 3.1 - Evoluo temporal da instalao de aquecedores solares em habitaes de interesse social

Esse nmero bastante modesto se comparado ao dficit habitacional brasileiro, estimado pelo IPEA [2005] em 6 milhes de residncias, e com grande concentrao na populao de baixa renda. Entretanto, constata-se um crescimento significativo nos ltimos 2 anos que pode ser explicado principalmente pela iniciativa de concessionrias de energia eltrica para atendimento aos nveis de investimento, exigidos pela ANEEL, em programas de eficincia energtica e gerenciamento pelo lado da demanda de energia.

O grfico da Figura 3.2 mostra como o aquecimento solar para a populao de baixa renda se distribui nos diversos estados brasileiros, evidenciando o importante papel da CELG, LIGHT e CEMIG nesse processo.

SP

RJ

SCMG

GO

PR 3,2%

36,4%0,7%

2,3%

35,7%

21,7%

Figura 3.2 Distribuio espacial dos aquecedores solares instalados

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Dentre os projetos instalados, apenas os de Florianpolis (CELESC/UFSC) e de Contagem (ELETROBRS/ PUC Minas), mostrado na Figura 3.3, publicaram os resultados da monitorao realizada. O acompanhamento das contas mensais de energia eltrica permitiu avaliar a economia para os consumidores finais. Nos dois casos, essa economia atingiu valores entre 30 e 50%, segundo Abreu et al.[2004], Pereira [2004] e Tassinari [2006].

(a) Tecnologia 1 (b) Tecnologia 2 Figura 3.3 - Exemplos da Instalao de Aquecedores Solares em Contagem

A Figura 3.4 mostra a diferena de consumo e do valor da conta de energia eltrica para duas famlias com o mesmo nmero de pessoas, eletrodomsticos e hbitos de consumo similares.

Figura 3.4 Exemplo de contas de energia de duas residncias em Contagem/MG

Tais resultados motivaram Prefeituras Municipais, Governos Estaduais, Cooperativas Habitacionais e a Caixa Econmica Federal a criarem legislao de incentivo ou de obrigatoriedade ao uso de aquecedores solares, assim como linhas de financiamento.

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Entretanto, so necessrios esforos concentrados, visando a integrao de todas essas aes para que o aquecimento solar atinja no Brasil ndices de penetrao comparveis a pases como Grcia e Espanha.

No caso de Contagem, foi tambm avaliado o grau de adaptabilidade dos moradores e nvel de satisfao frente s tecnologias solares adotadas e mostradas na figura 3.3. Os resultados indicam que 93% da populao consideram o aquecimento solar muito bom e bom.

Entretanto, o elevado nvel de venda dos aquecedores solares da Tecnologia 2, justificado pelas famlias como devido a urgncias financeiras, sugerem a necessidade de criao de programas de atendimento continuado ps-venda para os conjuntos habitacionais alm da adequada integrao do aquecedor solar na moradia.

3.2. Aquecimento Solar para edifcios

Apesar dos esforos para atendimento populao de baixa renda com aquecedores solares realizados nos ltimos anos, pode-se afirmar que uma frao expressiva da rea total de coletores instalados em residncias e edifcios est ainda restrita s classes sociais A e B. A cidade de Belo Horizonte constitui-se, nesse sentido, como um caso internacional, possuindo mais de 1000 prdios com sistemas de aquecimento solar central. A foto area de um bairro de luxo da Capital mineira, mostrada na Figura 3.5, ilustra a grande penetrao do aquecimento solar neste segmento de mercado.

Figura 3.5 - Vista rea de Belo Horizonte

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Em residncias unifamiliares, o cenrio se repetiu, conforme apresentado na Figura 4.6. Nesses casos, a opo pelo aquecimento solar foi motivada, principalmente, pelo conforto proporcionado por duchas de elevada vazo. Em alguns casos, pela novidade e sofisticao de seu uso e, com raras excees, pela conscincia ambiental e necessidade real de economia.

Figura 3.6 Aquecimento Solar Instalao de Pequeno Porte

Dentre as principais aplicaes do aquecimento solar central, destaca-se sua utilizao no setor hospitalar, conhecidos como hospitais solares. Infelizmente, a grande maioria dos hospitais ainda utiliza energia eltrica ou combustvel fssil, como leo, GLP ou gs natural, na produo de gua quente para fins sanitrios. A introduo de sistemas de aquecimento solar em hospitais traz grandes benefcios, como:

Reduo das despesas anuais operacionais com aquecimento de gua em at 80%; Incentivo a certificao de hospitais com sistemas de gesto ambiental atravs do uso de tecnologias limpas.

Dentre as obras de aquecimento solar no setor de sade, destaca-se o LIFE CENTER em Belo Horizonte, com capacidade instalada para atender 15.000 pessoas por ms, em 90 apartamentos e 236 consultrios. Para aquecer 18.000 litros de gua por dia, foi desenvolvido um sistema hbrido de aquecimento solar, mostrado na Figura 3.7, e reaproveitamento da energia liberada pelo ar condicionado do Centro Clnico. O GLP utilizado como fonte

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complementar de energia. O sistema hbrido de aquecimento atende aos banhos, piscinas trmicas da rea teraputica, cozinha e lavanderia.

Figura 3.7 Instalao de aquecimento solar no setor hospitalar

Alm de Hospitais e Clnicas, essa tecnologia, tambm vem sendo aplicada para atender Hotis e Pousadas com excelentes resultados de economia para os administradores da unidade hoteleira e conforto para os hspedes. Nesse sentido, a cidade de Porto Seguro se destaca com mais de 250 hotis e pousadas solares. Alguns exemplos so mostrados na Figura 3.8.

Hotel Shalimar

Hotel Porto Belo

Figura 3.8 Instalao de aquecimento solar em hotis O caso de Porto Seguro.

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3.3. Energia e meio ambiente: mudanas no clima e poluio local

A humanidade enfrenta atualmente o que talvez seja o maior desafio de sua histria: como estabilizar o clima da Terra que est evoluindo para alteraes perigosas em funo das alteraes qumicas provocadas na atmosfera do planeta pelas emisses de gases-estufa gerados na sua atividade econmica?

O desmatamento e a queima de combustveis fsseis como o petrleo, o carvo mineral e o gs natural em motores, caldeiras, fornos e outros equipamentos, tem alterado a composio da atmosfera. A concentrao de dixido de carbono (CO2) cresceu de 280 partes por milho (ppm) no perodo pr-industrial anterior a 1850 para os atuais 350 ppm, e continua a crescer. O aumento da concentrao deste gs, e de outros gases-estufa como, por exemplo, o metano e o CFC e o HCFC, gases industriais usados em refrigerao, retem calor na atmosfera e provoca aumento da temperatura mdia do planeta. Do final do sculo XIX at nossos dias, esta temperatura mdia j aumentou 0,6 oC e prev-se que at o final do sculo XXI se elevar em mais 1,4 oC, se no mais, dependendo da capacidade dos pases de diminurem suas emisses de CO2.

Este aumento na temperatura mdia do planeta j vem causando efeitos nocivos sobre o clima do planeta, como o aumento do nmero e da fora de furaces, diminuio das geleiras das grandes cadeias de montanhas, maior incidncia de secas e enchentes, entre outros. A figura 3.9 a seguir ilustra o derretimento acelerado da calota polar em torno do plo norte; na figura v-se claramente a diminuio da cobertura de gelo do mar rtico entre os anos de 1979 e 2003.

Figura 3.9 Diminuio da calota polar norte: 1979 e 2003

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Os modelos climticos hoje existentes mostram que, se o aumento da temperatura mdia do planeta em relao ao perodo pr-industrial passar de 2C, as mudanas no clima sero perigosas para a humanidade, podendo inviabilizar a vida em algumas regies do planeta e dificultar enormemente algumas atividades econmicas, como a agricultura.

Em termos mundiais, a queima de combustveis fsseis a maior responsvel pela emisso do principal gs-estufa, o CO2, e a conseqente alterao do clima do planeta. Dados do IPCC, grupo de mais de 3 mil cientistas que assessoram a ONU no assunto, mostram que as fontes de energia fssil so responsveis por mais de 80% das cerca de 28 bilhes de toneladas de CO2 emitidas anualmente pela humanidade atmosfera, conforme mostrado na figura 3.10 abaixo, ficando o desmatamento em segundo lugar, mas com bem menor importncia.

(International Panel on Climate Change - ONU)

05000

10000150002000025000

desm

atam

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total

fsse

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gs n

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l

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o

mine

ral

petr

leo

milh

es

de to

nel

ada

s de

CO

2

Figura 3.10 - Emisses mundiais de CO2 por ano Fonte: IPCC Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Workbook (Volume 2)

No s globalmente que o aproveitamento da energia dos combustveis fsseis impacta o meio ambiente e a sade humana. A queima de petrleo e carvo mineral emite uma quantidade significativa de enxofre e outras substncias que causam as chuvas cidas e , tambm, a principal fonte de material particulado para a atmosfera das cidades e o entorno de grandes indstrias e plantas termeltricas. A queima destas fontes de energia, e do gs natural, emite tambm grandes quantidades de xidos de nitrognio, o NOx, precursor da concentrao de oznio na atmosfera. Tanto o material particulado quanto o oznio troposfrico, aquele que se encontra na superfcie do planeta, tm importantes efeitos para a sade conforme mostrado no quadro 3.1 abaixo, principalmente sobre o sistema respiratrio e sobre crianas e idosos. E as chuvas cidas causadas pelos gases de enxofre e outros gases presentes na atmosfera, degradam solos agrcolas, construes e monumentos urbanos.

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Quadro 3.1 - Fontes, caractersticas e efeitos dos principais poluentes na atmosfera Fonte: Relatrio de Qualidade do Ar no Estado de So Paulo 2004, Companhia de Tecnologia de Saneamento

Ambiental (CETESB), 2005 POLUENTE CARACTERSTICAS FONTES PRINCIPAIS

EFEITOS GERAIS SOBRE A SADE

EFEEITOS GERAIS SOBRE O MEIO

AMBIENTE Partculas totais em suspenso (PTS)

Partculas de material slido ou lquido suspensas no ar na forma de poeira, neblina, aerossol, fumaa, fuligem etc menores que 100 micra.

Processos industriais, exausto de motores, poeira ressuspensa, queima de biomassa e, tambm, fontes naturais como plem, aerossol marinho e solo.

Quanto menor o tamanho da partcula, maior o efeito sobre a sade. Causam efeitos significativos em pessoas com doena pulmonar como asma e bronquite.

Danos vegetao, deteriorao da visibilidade e contaminao do solo.

Partculas inalveis (MP10) e fumaa

Partculas de material slido ou lquido suspensas no ar na forma de poeira, neblina, aerossol, fumaa, fuligem etc menores que 10 micra.

Processos de combusto (industriais e veiculares) e aerossol secundrio (formado na atmosfera).

Aumento de atendimentos hospitalares e mortes prematuras.

Danos vegetao, deteriorao da visibilidade e contaminao do solo.

Dixido de enxofre (SO2)

Gs incolor de forte odor, semelhante ao gs produzido na queima de palitos de fsforos. Pode ser transformado em SO3, que na presena de vapor de gua, passa rapidamente ao cido H2SO4. um importante precursor dos sulfatos, um dos principais componentes das partculas inalveis,

Queima de combustveis, refinaria de petrleo, veculos a diesel, indstria de papel e celulose.

Desconforto na respirao, doenas respiratrias, agravamento de doenas respiratrias e cardiovasculares j existentes. Pessoas com asma, doenas crnicas de corao e pulmo so mais suscetveis ao SO2.

Pode levar formao de chuva cida, causar corroso aos materiais e danos vegetao em folhas e colheitas.

Dixido de nitrognio (NO2)

Gs marrom avermelhado, com odor forte e irritante. Pode levar formao de cido ntrico, nitratos (que aumentam as partculas inalveis na atmosfera) e compostos orgnicos txicos.

Combusto em motores e processos industriais, usinas trmicas que utilizam leo ou gs e incineradores.

Aumento da sensibilidade asma e bronquite, diminuio de resistncia infeces respiratrias.

Pode levar formao de chuva cida, danos vegetao e colheita.

Monxido de carbono (CO)

Gs incolor, inodoro e inspido.

Combusto incompleta.

Altos nveis de CO esto associados a prejuzos nos reflexos, na capacidade de estimar intervalos de tempo, no aprendizado e na viso.

Oznio (O3) Gs incolor, inodoro nas concentraes ambientais. Principal componente do smog, a nevoa fotoqumica.

No emitido diretamente atmosfera. produzido por reaes fotoqumicas na atmosfera a partir dos xidos de nitrognio e dos compostos orgnicos volteis.

Irritao dos olhos e vias respiratrias, diminuio da capacidade pulmonar. Exposies a altas concentraes podem levar a sensao de aperto no peito, tosse e chiado na respirao. O O3 tem sido associado ao aumento de internaes hospitalares.

Danos colheita, vegetao nativa, a plantaes agrcolas e a plantas ornamentais.

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3.4. Energia e ambiente no Brasil

O Brasil se insere de forma diferenciada no quadro das emisses de gases estufa que provocam as mudanas climticas. De forma inversa mdia global, o pas emite gases estufa principalmente devido ao desmatamento, principalmente da Amaznia. O inventrio oficial brasileiro de emisso de gases estufa publicado em 2004 pelo Ministrio de Cincia e Tecnologia, mostra que cerca de 73% das emisses brasileiras destes gases so provenientes de desmatamento, 25% da queima de combustveis fsseis e o restante de outras fontes, principalmente da atividade pecuria. Por conta do desmatamento, o Brasil mesmo no sendo um pas desenvolvido, oficialmente o 6 maior emissor mundial de gases estufa, sendo que alguns pesquisadores o colocam entre a 3 e a 4 posio neste ranking, dado o aumento das taxas de desmatamento da Amaznia ocorrido de 1994, ano base do inventrio oficial brasileiro de gases estufa, at 2004.

O consumo nacional de energia no responsvel importante pela emisso global de gases estufa porque a matriz energtica brasileira relativamente limpa do ponto de vista da emisso destes gases. Isto porque a gerao de eletricidade no pas baseada em hidroeletricidade, e programas como o pr-lcool e o de florestas energticas para a produo de ferro gusa com carvo vegetal em substituio ao carvo mineral substituram significativamente o uso de combustveis fsseis e reduziram, conseqentemente, a emisso de CO2. Na figura 3.11 apresentada abaixo se pode observar que 43,6% da energia consumida no Brasil provem de fontes renovveis, incluindo hidroeletricidade, etanol, carvo vegetal e resduo de biomassa como bagao de cana, casca de arroz e lenha. A importncia deste dado fica mais evidente se compararmos com a frao mdia de renovveis no mundo, que de somente cerca de 4%.

Figura 3.11 - Participao das diferentes fontes na matriz energtica brasileira Fonte: Balano Energtico Nacional, MME 2005

Biomassa

29,1%

Petrleo e derivados Gs Natural

8,7%

Carvo

6,5%

14,5%

Urnio

1,5%

39,7%

Hidroeletricidade

Recursos Renovveis

43,6%

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Apesar de sua matriz energtica relativamente limpa, o Brasil sofre com impactos ambientais e sociais da gerao de energia e tem como contribuir nesta rea para o esforo global de mitigao das mudanas climticas.

O fato das hidroeltricas serem relativamente baixas emissoras de gases-estufa no as torna totalmente limpas e sustentveis. Um documento assinado por centenas de Organizaes No Governamentais brasileiras e internacionais encaminhado em junho de 2004 Conferncia Internacional Pelas Energias Renovveis, realizada em Bonn, Alemanha, sintetiza os impactos sociais das grandes hidreltricas na viso da sociedade civil organizada: citando a Comisso Mundial de Barragens, o documento afirma que as grandes barragens so responsveis pelo desalojamento de 40 a 80 milhes de pessoas (no mundo), com muitos dos deslocados recebendo nenhuma ou inadequada compensao. Milhes de pessoas tm tambm perdido suas terras e modos de vida e tm sofrido por causa dos efeitos jusante e de outros impactos indiretos das grandes barragens. O documento tambm alerta para os impactos ambientais das grandes hidreltricas, por estas serem emissoras de gases estufa, j que a decomposio da matria orgnica nos reservatrios das hidreltricas causa a emisso de metano e gs carbnico, e por serem um importante fator no rpido declnio da biodiversidade fluvial no mundo todo. O mesmo documento alerta para a possvel alterao hidrolgica motivada pelas mudanas climticas globais causadas pelo aquecimento global, que ao alterar o regime de chuvas pode implicar reduo notvel da gerao hidreltrica (Doze Razes para Excluir as Grandes Barragens das Iniciativas para Energias Renovveis, documento disponvel em www.irn.org)

Por conta dos problemas acima descritos, a expanso da hidroeletricidade no Brasil hoje encontra diversos problemas que vo das dificuldades de licenciamento a uma enxurrada de processos judiciais que tm dificultado grandemente a implantao de novas usinas.

Numa escala menor, mas ainda importante, eletricidade e calor tm sido gerados por meio de queima de combustveis fsseis no pas tanto em termeltricas conectadas rede quanto em geradores isolados, caldeiras e fornos localizados em reas urbanas. Estes usos tambm contribuem com a poluio local e so matria de preocupao ambiental por conta de, por um lado, apresentarem tendncia de crescimento e, por outro, serem de difcil controle, dada sua disperso geogrfica.

3.5. Benefcios ambientais do aquecimento solar

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A gerao de energia descentralizada e em pequena escala pode contribuir consideravelmente para a proteo do clima global e, ao mesmo tempo, ter um importante papel na melhoria da qualidade de vida. Os aquecedores solares de gua so particularmente promissores j que a tecnologia uma das mais simples e baratas fontes de energia renovvel, com uma relao custo-benefcio bastante favorvel para a reduo de emisses de gases-estufa e da poluio local causada pela queima de combustveis fsseis em caldeiras. Segundo pesquisa encomendada pela ABRAVA, a instalao de 1 m2 de coletor solar evita o uso de 215 quilos de lenha por ano, ou de 66 litros de diesel por ano ou ainda de 55 quilos de gs por ano, dependendo do combustvel substitudo pelo aquecedor solar. Segundo a mesma pesquisa, quando substitui aquecedores eltricos, cada 1 m2 de aquecedor solar evita a inundao de aproximadamente 56 m2 de terras frteis que seriam utilizadas para a construo de hidreltricas.

O aquecimento de gua geralmente representa uma alta porcentagem do consumo de energia, tanto nos lares quanto em vrios setores do comrcio e da indstria, chegando em alguns casos a 30% ou mais. Para termos uma idia do que representa o consumo de eletricidade para aquecimento de gua nas habitaes brasileiras, por exemplo, podemos observar no quadro 3.2 a seguir que o consumo de eletricidade pelo setor residencial brasileiro variou entre 19% e 26% do consumo total de eletricidade do pas. Se cruzarmos esta informao com a apresentada na figura 3.12 tambm mostrada abaixo, onde vemos que o consumo mdio de eletricidade para aquecimento de gua nas habitaes brasileiras 26% de seu consumo mdio total, podemos inferir que por volta de 6% da energia consumida no pas utilizada para aquecimento de gua nas residncias.

Quadro 3.2 - Consumo setorial de eletricidade Brasil Fonte: Balano Energtico Nacional - BEN, Braslia, Ministrio de Minas e Energia, Brasil, 2002

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Figura 3.12 - Consumo de Energia Eltrica por uso final no setor residencial Fonte: PROCEL-Eletrobrs

A infra-estrutura para aquecimento de gua na maioria das cidades baseada nos chuveiros aquecedores eltricos instantneos, equipamento de baixo custo inicial, mas de grande consumo de energia ao longo de sua vida til e que, por isto, impinge importantes demandas de capital para o setor eltrico e altos custos ambientais e sociais. Estes equipamentos, alm de consumirem cerca de 6% de toda a eletricidade produzida no pas, so responsveis por 18% do pico de demanda do sistema eltrico, o que significa que o setor eltrico tem que se dimensionar, construir usinas, linhas de transmisso e sistemas de distribuio para este pico.

Por conta da importncia do aquecimento de gua no consumo de eletricidade e por conta tambm dos impactos socioambientais da gerao desta energia, pode-se concluir que interessa sociedade brasileira desenvolver um grande mercado para aquecedores solares dadas as vantagens socioambientais da tecnologia, advindas do deslocamento da hidroeletricidade na matriz energtica, da gerao de empregos qualificados e da reduo de recursos para investimentos em gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica.

3.5.1. Benefcios ambientais locais e regionais do aquecimento solar

Os aquecedores solares so uma alternativa excelente para prover a gua quente desejada nas habitaes, no comrcio e nos servios, e tm muito a contribuir para a mitigao dos impactos socioambientais do setor eltrico brasileiro. A tecnologia apresenta amplas vantagens ambientais, econmicas e sociais: por substituir hidroeletricidade e combustveis fsseis, cada instalao de aquecedores solares reduz de uma vez e para sempre o dano ambiental regional e local associado s fontes de energia convencionais: no produz gases e materiais particulados que contribuem para a poluio urbana, no requer rea alagada adicional para gerao de eletricidade e no deixa lixo radiativo como uma herana perigosa para as geraes futuras.

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Quando substituem combustveis fsseis, os aquecedores solares reduzem a poluio ambiental por xidos de nitrognio, monxido de carbono, dixido de enxofre, compostos orgnicos volteis e material particulado, trazendo grandes benefcios ao ar urbano.

Alm de apresentar estas vantagens concretas, a instalao de aquecedores solares em escala contribui para diversas metas globais que foram definidas a partir da ECO-92 no Rio de Janeiro. Particularmente contribui com as diretrizes da Agenda 21 Brasileira, que no seu objetivo nmero 4 propunha entre suas aes e recomendaes desenvolver e incorporar tecnologias de fontes renovveis de energia, levando em considerao a disponibilidade e a necessidade regional, e tambm com a Declarao do Rio, adotada na Rio 92, que prev em seu PRINCPIO 8 que "para atingir o desenvolvimento sustentvel e a mais alta qualidade de vida para todos, os Estados devem reduzir e eliminar padres insustentveis de produo e consumo".

3.5.2. Benefcios ambientais globais do aquecimento solar

Como j discutido acima, os aquecedores solares contribuem com a mitigao das mudanas climticas na medida em que no emitem gases estufa durante sua utilizao. Quando aquecedores solares de gua so aplicados na suplementao ou na substituio de aquecedores de gua convencionais, evitam a queima de grande parte do combustvel que seria usado nestes sistemas e, conseqentemente, grande parte dos gases estufa que seriam emitidos.

A quantidade exata de gases no emitidos varia em funo do fator de emisso de carbono de cada combustvel substitudo, indicador da quantidade de toneladas de CO2 emitida por quilocaloria gerada na queima do combustvel. O quadro 4 apresentado a seguir traz alguns fatores de emisso de carbono para o gs natural, o GLP, o querosene, o carvo mineral, o coque de carvo e a lenha, aqui considerada aquela lenha extrada de florestas nativas e no reposta, portanto no sustentvel, e emissora de gases estufa.

Com base nestes fatores de emisso possvel calcular a quantidade de carbono no emitido pela instalao de coletores solares em substituio ao uso de combustveis fsseis para o aquecimento de gua.

Quadro 3.3 - Fatores de emisso de carbono para alguns combustveis tradicionais Fonte: IPCC Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Workbook (Volume 2)

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COMBUSTVEL FATOR DE EMISSO DE CARBONO (tCO2/quilocaloria)

Gs natural 173,7

GLP 195,3

Querosene 222,5

leo combustvel 249,8

Carvo mineral 304,2

Coque 328,1

Lenha (no sustentvel) 339,4

Os acordos internacionais que buscam mitigar as mudanas climticas, a Conveno Quadro das Noes Unidas sobre Mudanas Climticas e seu Protocolo de Quioto, estabeleceram metas de reduo das emisses de gases estufa para os pases industrializados e mecanismos que buscam facilitar o cumprimento destas metas. Entre estes mecanismos, o MDL ou Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, permite que pases industrializados que tm metas de reduo de emisses de gases estufa estabelecidas comprem de pases emergentes certificados de reduo de emisso emitidos por projetos de reduo de emisses implantados nestes pases, que no tm obrigaes concretas de reduo de emisso. O MDL facilita aos pases industrializados o cumprimento de suas metas, na medida que projetos em pases emergentes so mais baratos em geral que aqueles nos pases industrializados, enquanto cria um fluxo de recursos financeiros para os pases emergentes que devem ser empregados em projetos de desenvolvimento sustentvel. Assim, o MDL oferece oportunidades de superao de barreiras difuso dos aquecedores solares nestes pases, entre eles o Brasil.

Os rendimentos da comercializao dos certificados de reduo de emisses (CREs) podem trazer uma contribuio significativa para a implantao de aquecedores solares de gua. Clculos preliminares mostram que o MDL pode abater em pelo menos 5% o custo de implantao dos projetos no Brasil e em at 21% em outros pases do mundo. O clculo para o Brasil apresentado no quadro 3.4 abaixo foi feito com o sistema solar substituindo aquecimento eltrico com energia proveniente da rede integrada brasileira. Para instalaes que substituam combustveis fsseis no pas, estima-se que estes rendimentos podem chegar a at 20% do custo inicial do sistema.

Quadro 3.4 - Ganho potencial com Certificado de Reduo de Emisses com sistemas solares Fonte: Solar Water Heating as a Climate Protection Strategy: The Role for Carbon Finance; Samuel Milton & Steven

Kaufman Green Markets International, January 2005

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Os rendimentos da comercializao de CREs podem ajudar a lidar com vrias das barreiras enfrentadas pela tecnologia de aquecedores solares de gua. Os CREs podem tornar os equipamentos mais baratos para os consumidores e melhorar a viabilidade de projetos de instalao e tambm de empresas solares. Arranjos financeiros que ataquem dificuldades ao financiamento, tais como financiamentos de terceiras partes ou contratos de performance, podem ter sua viabilidade facilitada com os recursos dos CREs servindo de alavanca para financiamentos adicionais.

3.5.3 Benefcios sociais do aquecimento solar

Os aquecedores solares de gua contribuem tambm para o desenvolvimento econmico de diversas maneiras. Por exemplo, no demandando investimentos de capital elevados para sua produo, podem ser produzidos por empresas de pequeno e mdio porte, reconhecidamente importantes geradoras de empregos. A descentralizao intrnseca nesta tecnologia tambm responsvel por importante gerao de empregos em revendas, empresas de projeto e de instalao.

O quadro 3.5 abaixo apresenta o nmero de postos de trabalho criados por unidade de energia gerada em diversas fontes de energia. Nitidamente pode-se observar que fontes que dependem de grandes concentraes de capital e manejo de fontes fsseis geram quantidades de postos de trabalho bastante inferiores quelas descentralizadas e renovveis. Enquanto a hidroeletricidade pode gerar cerca de 250 postos de trabalho por TWh, a tecnologia solar fotovoltaica pode gerar de entre 30 mil a 100 mil postos de trabalho para a mesma quantidade de energia. Apesar do caso solar exemplificado no quadro 6 ser o fotovoltaico, estima-se que os aquecedores solares, pelas suas caractersticas, gerem um nmero de postos de trabalho de magnitude assemelhada.

Pas

Custo mdio do sistema solar (US$)

CER ganho com CRE por sistema solar com US$5/t

Valor do CRE (% do custo do sistema solar com

CO2 a US$5/ton)

Barbados 1.797 165 9% Brasil 840 46 5% China 261 41 16% China 326 34 10% ndia 350 75 21% Mxico 1.995 89 4% Mxico 1.500 119 8% frica do Sul 844 72 9%

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Quadro 3.5. Postos de trabalho gerados por diferentes formas de energia Fonte: Ethanol learning curvethe Brazillian experience; Goldemberg, J; Coelho,S.T.; Nastari,P.M.; Lucon,O; disponvel

em Pergamon www.sciencedirect.com; publicado por Elsevier Ltd; 2003

Fonte de energia Postos de trabalho anuais por TeraWatt-hora

Nuclear 75 PCHs 120 Gs natural 250 Hidroeletricidade 250 Petrleo 260 Petrleo offshore 265 Carvo 370 Lenha 733 1.067 Elica 918 2.400 lcool 3.711 5.392 Solar (fotovoltaica) 29.580 107.000

Adicionalmente, e ainda no mbito local e regional, efeitos econmicos benficos tambm so induzidos por meio de economias significativas de combustvel ou energia eltrica, de maneira que o investimento em aquecedores solares de gua se paga em perodos de 3 anos, ou at menos em certos casos. Para famlias de baixa renda, a experincia de instalao de aquecedores solares em habitaes de interesse social tem mostrado que a economia na conta de luz pode ser entendida como um fator de distribuio de renda.

No mbito global os aquecedores solares podem contribuir para a reduo de conflitos por controle das fontes fsseis de energia, principalmente do petrleo, ultimamente em todas as manchetes devido aos conflitos do Afeganisto e do Iraque, alm das escaramuas polticas protagonizadas pelas administraes Bush nos EUA e Chavez na Venezuela. A reduo da demanda internacional por petrleo propiciada por tecnologias de conservao de energia e pelo emprego de fontes alternativas ao petrleo e renovveis est na agenda do dia dos governos dos pases grandes consumidores.

4

RECURSO SOLAR RECURSO SOLAR RECURSO SOLAR RECURSO SOLAR

Viso Detalhada da Radiao Solar

Geometria Solar

Metodologia de Clculo da Radiao Solar

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O SOL - AVALIAO DO RECURSO SOLAR

O clculo da energia solar incidente em cada cidade e nas condies especficas da obra que receber o aquecedor solar imprescindvel na anlise de viabilidade tcnica e econmica de sua implantao.

Tal anlise similar para qualquer combustvel, renovvel ou fssil. Por exemplo: se uma indstria decide substituir a velha caldeira eltrica por um modelo mais recente a gs natural, parece bvio que a primeira preocupao ser com a garantia de fornecimento do gs em sua planta industrial. Se no existem gasodutos ou expectativa de extenso da rede para a regio, essa proposta ser imediatamente descartada.

Felizmente no Brasil, o Sol bastante generoso e brilha durante o ano inteiro, na maior parte do pas. Entretanto, a garantia de sua disponibilidade um ponto crtico para essa fonte energtica intermitente, que alterna dias e noites, perodos ensolarados e chuvosos ou nublados. Alm disso, bastante intuitivo que um projeto solar em So Paulo exigir uma rea de coletores superior ou a especificao de modelos mais eficientes do que um projeto similar a ser instalado em Natal/ RN.

Este captulo foi dividido em trs partes. Na Parte1, apresentam-se os fundamentos da radiao solar e sua caracterstica espectral que definitiva na seleo dos melhores materiais a serem empregados na fabricao de coletores solares. Na Parte 2, discutida a geometria solar. O movimento relativo Sol - Terra influencia sobremaneira a deciso sobre o melhor posicionamento dos coletores na obra, caracterizado pelos ngulos de inclinao e orientao da instalao solar. A Parte 3 trata dos modelos de estimativa da radiao solar para os ngulos da instalao estudados na segunda parte.

Tais modelos so importantes desde que os dados de radiao solar, disponveis nos Atlas Solarimtricos, referem-se apenas ao nmero mdio de horas de insolao em cada ms do ano ou da radiao solar incidente no plano horizontal, tambm em mdia mensal. Entretanto, conforme ser visto nesse captulo os coletores devem estar sempre inclinados em relao horizontal e no dimensionamento de sistemas de aquecimento solar para finalidade banho e piscina, muitas vezes so necessrias informaes sobre a radiao solar em mdias horrias, por exemplo.

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PARTE 1 - UMA VISO MAIS DETALHADA DA RADIAO SOLAR

Todos os corpos emitem radiao eletromagntica como conseqncia de sua energia interna que, em condies de equilbrio, proporcional temperatura do corpo. Essa energia emitida ocorre em uma ampla faixa de comprimentos de ondas que variam entre 10-10 e 104 m, mostrada na Figura 4.1. Os menores comprimentos de onda esto associados aos raios gama, raios X e a radiao ultravioleta, enquanto as microondas possuem grandes comprimentos de onda. Valores intermedirios de comprimento de onda (na faixa de 0,1 a 100 m) referem-se radiao trmica a qual pode ser detectada como calor ou luz. Essa a radiao de interesse nesse texto.

Figura 4.1 O espectro eletromagntico Adaptado website herbrio

A radiao solar emitida pelo Sol, uma forma de radiao trmica, se encontra na faixa de comprimentos de onda entre 0,1 a 3,0 m, conhecida como banda solar. Do total dessa energia, 7% est na regio do ultravioleta, 46,8% no visvel e o restante na banda de infravermelho prximo, conforme mostrado na Figura 3.2. A radiao emitida por corpos a 100 ou 1000oC, por exemplo, ocorre na regio do infravermelho entre 07, e 1000m. A regio de comprimentos de onda superiores a 3,0 m conhecida como a banda de emisso.

Figura 4.2 Parte do espectro eletromagntico, evidenciando a banda solar

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A descrio da radiao solar tem por base sua natureza espectral e direcional, podendo ser entendida como uma distribuio contnua e no-uniforme de vrios componentes monocromticos, o que explica a variao da intensidade de radiao em funo do comprimento de onda. Sua natureza direcional pode ser simplificada admitindo-se que a radiao seja emitida de modo uniforme em todas as direes, ou seja, a distribuio e a superfcie emissora so perfeitamente difusas.

4.1.1. O Corpo Negro

O corpo negro uma superfcie ideal, utilizada como referncia para avaliao das propriedades radiantes de superfcies reais. Um corpo negro possui as seguintes caractersticas:

Absorve toda a radiao incidente sobre ele Nenhuma superfcie pode emitir mais energia que um corpo negro Corpo negro um emissor difuso

Para entender tais caractersticas, o corpo negro pode ser representado por um volume finito com cavidade interna e que possui uma pequena abertura por onde passa um raio com determinado comprimento de onda. Constata-se facilmente que esse raio sofrer mltiplas reflexes na cavidade, mas que a probabilidade de que ele encontre o pequeno orifcio para sada praticamente nula. Portanto, o corpo negro um absorvedor ideal, pois absorve toda a radiao incidente sobre ele, independente do comprimento de onda e dos ngulos de incidncia.

Em conseqncia, o corpo negro atingir a mxima temperatura de equilbrio quando comparado aos corpos reais. E, assim, pode-se afirmar que nenhuma superfcie emitir mais energia do que um corpo negro, sendo, portanto denominado emissor ideal. Como essa emisso ocorre uniformemente em todas as direes, o corpo negro tambm conhecido como emissor difuso.

4.1.2. Temperatura Efetiva do Sol - Tsol

O Sol uma esfera de 695 000 km de raio e massa de 1,989 x 1030 kg, cuja distncia mdia da Terra de 1,5x1011 metros. Sua composio qumica basicamente de hidrognio e hlio, nas propores de 92,1 e 7,8%, respectivamente.

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A energia solar gerada no ncleo do Sol, atravs de reaes de fuso nuclear quando quatro prtons de hidrognio se transformam em um tomo de hlio, sendo liberada grande quantidade de energ

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