desenvolvimento de um barco ecolÓgico...
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DESENVOLVIMENTO DE UM BARCO ECOLÓGICO
ALIMENTADO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Aina Cárceles Juan
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia de Produção da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título do Engenheira.
Orientadora: Thereza Cristina Nogueira de Aquino
Co-orientador: Rodrigo Halfeld
Rio de Janeiro
Julho de 2019
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DESENVOLVIMENTO DE UM BARCO ECOLÓGICO
ALIMENTADO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Aina Cárceles Juan
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DA GRADUAÇÃO EM
ENGENHEIRA DE PRODUÇÃO.
Autor:
_________________________________________________
Aina Cárceles Juan
Orientador:
_________________________________________________
Prof. Thereza Cristina Nogueira de Aquino, D.Sc.
Co-orientador
_________________________________________________
Prof. Rodrigo Halfeld, M.Sc.
Examinador:
_________________________________________________
Prof. Roberto Ivo, D.Sc.
Rio de Janeiro – RJ, Brasil
Julho de 2019
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Declaração de Autoria e de Direitos
Eu, Aina Cárceles Juan Passaporte PAF259237, autor da monografia Desenvolvimento
de um barco ecológico alimentado por energia solar fotovoltaica, subscrevo para os
devidos fins, as seguintes informações:
1. O autor declara que o trabalho apresentado na disciplina de Projeto de
Graduação da Escola Politécnica da UFRJ é de sua autoria, sendo original em
forma e conteúdo.
2. Excetuam-se do item 1. eventuais transcrições de texto, figuras, tabelas,
conceitos e ideias, que identifiquem claramente a fonte original, explicitando as
autorizações obtidas dos respectivos proprietários, quando necessárias.
3. O autor permite que a UFRJ, por um prazo indeterminado, efetue em qualquer
mídia de divulgação, a publicação do trabalho acadêmico em sua totalidade, ou
em parte. Essa autorização não envolve ônus de qualquer natureza à UFRJ, ou
aos seus representantes.
4. O autor pode, excepcionalmente, encaminhar à Comissão de Projeto de
Graduação, a não divulgação do material, por um prazo máximo de 01 (um) ano,
improrrogável, a contar da data de defesa, desde que o pedido seja justificado, e
solicitado antecipadamente, por escrito, à Congregação da Escola Politécnica.
5. O autor declara, ainda, ter a capacidade jurídica para a prática do presente ato,
assim como ter conhecimento do teor da presente Declaração, estando ciente das
sanções e punições legais, no que tange a cópia parcial, ou total, de obra
intelectual, o que se configura como violação do direito autoral previsto no
Código Penal Brasileiro no art.184 e art.299, bem como na Lei 9.610.
6. O autor é o único responsável pelo conteúdo apresentado nos trabalhos
acadêmicos publicados, não cabendo à UFRJ, aos seus representantes, ou ao(s)
orientador(es), qualquer responsabilização/ indenização nesse sentido.
7. Por ser verdade, firmo a presente declaração.
_________________________________________
Aina Cárceles Juan
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Escola Politécnica – Departamento de Engenharia Industrial
Centro de Tecnologia, bloco F, sala F-122, Cidade Universitária
Rio de Janeiro – RJ CEP 21949-900
Este exemplar é de propriedade da Universidade Federal do Rio de Janeiro, que
poderá incluí-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar
qualquer forma de arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre
bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja
ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem
finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es).
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AGRADECIMENTO
Primeiramente gostaria de agradecer e dar especial reconhecimento ao Rodrigo Halfeld
pela orientação, acompanhamento e supervisão deste trabalho e principalmente pela
motivação e apoio recebido ao longo do semestre.
Em segundo lugar, gostaria de agradecer à empresa CCR pelos dados fornecidos para a
realização do projeto.
Finalmente, gostaria de agradecer à minha tutora da UFRJ, Dra. Thereza Aquino, pela
ajuda e dedicação que ela colocou no presente trabalho. As diretrizes fornecidas em
cada capítulo foram fundamentais para a realização deste trabalho, bem como por seu
acompanhamento e supervisão.
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7
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo mostrar um estudo que confirme se é possível
viabilizar e transformar um catamarã turístico diesel, para um alimentado
exclusivamente por energia solar fotovoltaica. Este navio está atualmente fazendo a
travessia da baía da Guanabara, no Rio de Janeiro, para Niterói.
Em primeiro lugar, a situação atual dos barcos solares e sua evolução até o momento foi
examinada para entender por que eles ainda não dominam o mercado atual.
Seguidamente, os principais elementos e componentes envolvidos na solução técnica
foram identificados e analisados. Com base nessas informações, a tecnologia mais
adequada para o desenho da solução foi escolhida.
Depois, todos os detalhes do trajeto e do catamarã foram coletados graças à empresa
CCR barcas. Através desses dados iniciais, se começou a projetar e estudar uma solução
técnica capaz de obter uma barca independente dos minerais fósseis.
Finalmente, as emissões atuais geradas foram analisadas, bem como o impacto
ambiental que a nova embarcação originaria.
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SIGLAS
A.C.: Antes de Cristo.
AC: Corrente alternada (Alternating Current).
DC: Corrente continua (Direct Current).
AGM: Baterias de vidro absorvido (Absorbed Glass Mat batteries).
BMS: Sistema de gerenciamento de bateria (Battery Management System).
CC: Corrente continua.
CA: Corrente alternada.
CCR: Companhia de Concessões Rodoviárias.
EES: Sistemas de armazenamento de eletricidade (Electrical energy storage).
MMPT: Seguidor do ponto de potência máxima (Maximum Power Point Tracker).
UFRJ: Universidade Federal do Rio de Janeiro.
10
11
SUMARIO
AGRADECIMENTO ............................................................................................................ 5
RESUMO .............................................................................................................................. 7
SIGLAS ................................................................................................................................. 9
SUMARIO ........................................................................................................................... 11
Lista de Figuras ................................................................................................................... 13
Lista de Tabelas ................................................................................................................... 15
CAPÍTULO 1 ...................................................................................................................... 17
1. INTRODUÇAO ............................................................................................................... 17
1.1. Tema ....................................................................................................................... 17
1.2. Delimitação ............................................................................................................ 17
1.3. Justificativa ............................................................................................................. 17
1.4. Objetivos ................................................................................................................ 17
1.6. Descrição e metodologia ........................................................................................ 18
CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................... 19
2. CARACTERIZAÇÃO DO PRODUTO .......................................................................... 19
2.1. Definições básicas do barco ................................................................................... 19
2.2. Evolução dos barcos solares ................................................................................... 20
2.2.1. Descobrimento da eletricidade, da pilha e do primeiro motor. ........................ 20
2.2.2. Segundo Ciclo: bateria de chumbo ácido, motor CC e efeito fotovoltaico ...... 21
2.2.3. Terceiro Ciclo - Corrente Alternada, Painéis Solares e Eletrônica de
Potência .......................................................................................................... 22
2.2.4. História do uso da energia nas embarcações .................................................... 23
2.3. Estado do arte dos barcos solares ........................................................................... 25
CAPÍTULO 3 ...................................................................................................................... 29
3. COMPONENTES BÁSICOS DO SISTEMA DE PROPULSÃO DO BARCO ............. 29
3.1. Motor ...................................................................................................................... 31
3.2. Panéis solares ......................................................................................................... 32
3.2.1. Célula monocristalina e Policristalina (Si) ....................................................... 32
3.2.2. Células de silício amorfas (a-Si) ...................................................................... 34
3.2.3. Painéis solares de filme fino (CIS/CIGS) ........................................................ 34
3.2.4. Painéis solares de filme fino (CdTe) ................................................................ 35
12
3.2.5. Avaliação Comparativa .................................................................................... 36
3.3. Baterias ................................................................................................................... 36
3.3.1. Baterias de chumbo-ácido (lead-acid battery) .................................................. 37
3.3.2. Baterias de NiCd .............................................................................................. 38
3.3.3. Baterias de íons de lítio .................................................................................... 39
3.3.4. Avaliação Comparativa .................................................................................... 40
CAPITULO 4 ...................................................................................................................... 45
4. DESCRIÇÃO DO ESTUDO DO CASO ........................................................................ 45
4.1. Introdução ............................................................................................................... 45
4.2. Dados iniciais ......................................................................................................... 46
4.3. Dimensionamento do sistema elétrico-solar ........................................................... 48
4.3.1. Superfície de captação ...................................................................................... 48
4.3.2. Conexão de painéis fotovoltaicos ..................................................................... 50
4.3.3. Radiação solar .................................................................................................. 52
4.3.4. Dimensionamento das baterias e inversores/carregadores ............................... 53
5. IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................................... 57
5.1. Poupança de emissões ............................................................................................ 57
5.2. Considerações ambientais ...................................................................................... 58
5.2.1. Fatores diretos .................................................................................................. 59
5.2.2. Fatores indiretos ............................................................................................... 59
CONCLUSÕES ................................................................................................................... 61
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 63
13
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Vista superior de um barco representativo [1]. ______________________ 19
Figura 2 – Vista lateral de um barco representativo [1]. _______________________ 20
Figura 3 – Anúncio de barcos elétricos [3]. _________________________________ 22
Figura 4 – Barco elétrico Viscountess Bury [4]. _____________________________ 22
Figura 5 – Pesse Canoe [5]. _____________________________________________ 23
Figura 6 - Barco solar Solifleur [6]. _______________________________________ 25
Figura 7 - Embarcação Aquawatt 550 [7]. __________________________________ 25
Figura 8 - Geração hidrelétrica [8]. _______________________________________ 26
Figura 9 – Catamarã VIAGEM E570 [8]. __________________________________ 26
Figura 10 - Catamarã Viagem 480 [8]. _____________________________________ 27
Figura 11 - Catamarã Solar Yachts [8]. ____________________________________ 27
Figura 12 – Catamarã ECOCAT [9]. ______________________________________ 28
Figura 13 - Composição dos elementos básicos do sistema de propulsão do barco [8]. 29
Figura 14 – Painel PV monocristalino (esquerda) e policristalino (direita) [10]. ____ 33
Figura 15 – Painel PV silício amorfo [10]. __________________________________ 34
Figura 16 – Painel PV de filme fino (CIGS) [10]. ___________________________ 35
Figura 17 – Painel PV de filme fino (CdTe) [10]. ____________________________ 35
Figura 18 - Bases de funcionamento de baterias de íons de lítio [14]. _____________ 39
Figura 19 - Distribuição de técnicas de armazenamento em função da eficiência
energética e da expectativa de vida [16]. ___________________________________ 40
Figura 20 - Distribuição das técnicas de armazenamento em função dos custos de
investimento por unidade de potência ou unidade de energia [16]. _______________ 41
Figura 21 - Distribuição das técnicas de armazenamento em função dos custos de
investimento calculados por ciclo de carga-descarga [16]. _____________________ 42
Figura 22 - Distribuição de técnicas de armazenamento em função de suas densidades
de massa e volume de energia armazenada para aplicações de pequena escala [16]. _ 43
Figura 23 - Trajeto Bahia Rio de Janeiro - Niterói (PRAÇA XV- PRAÇA
ARARIBOIA) [17]. ___________________________________________________ 45
Figura 24 - Catamarã US 2000 da empresa CCR Barcas [18]. __________________ 46
Figura 25 – Desenho de engenharia (mm) [19]. ______________________________ 49
Figura 26 - conexão entre os módulos modo A [20]. __________________________ 51
Figura 27 - Conexão entre os módulos modo B [20]. _________________________ 51
Figura 28 – Esquema general da solução técnica [20]. ________________________ 51
14
Figura 29 - Radiação solar média no local do projeto [21]. _____________________ 52
Figura 32 - Especiações técnicas dos supercharhers da empresa FlashCharge Batteries
[23]. _______________________________________________________________ 56
15
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Componentes básicos do sistema de propulsão do barco. Elaboração própria.
Imagens de [8]. _______________________________________________________ 30
Tabela 2 - Comparação dos motores elétricos [11]. __________________________ 31
Tabela 3 - Tipos de painéis solares dependendo da tecnologia de construção.
Elaboração própria. ____________________________________________________ 32
Tabela 4 - Tipos de painéis solares dependendo do material usado. Elaboração própria
___________________________________________________________________ 32
Tabela 5 – Comparativa das tecnologias de células FV. Elaboração própria com dados
extraídos de [10]. _____________________________________________________ 36
Tabela 6 - Vantagens vs desvantagens (baterias à base de chumbo ácido). Elaboração
própria. _____________________________________________________________ 38
Tabela 7 - Vantagens vs desvantagens (baterias baseadas em NiCd). Elaboração
própria. _____________________________________________________________ 38
Tabela 8 - Vantagens vs desvantagens (baterias de íons de lítio). Elaboração própria. 39
Tabela 9 - Especiações técnicas do painel solar CS3W 400P. Elaboração própria com
dados técnicos de Canadian Solar Inc [19]. _________________________________ 49
Tabela 10 - Resumo de dimensões. Elaboração própria. _______________________ 50
Tabela 11 - Especificações do sistema fotovoltaico [21]. ______________________ 52
Tabela 12 - Energia AC do sistema fotovoltaico mensal [21]. __________________ 53
Tabela 13 - Especiações técnicas da bateria solar i3 360. Elaboração própria com dados
técnicos de Torqueedo [22]. _____________________________________________ 55
16
17
CAPÍTULO 1
1. INTRODUÇAO
1.1. Tema
Atualmente, a viagem da Baía do Rio de Janeiro para Niterói é realizada através de um
catamarã da concessão da CCR Barcas. O presente trabalho consiste em adaptar este
barco de propulsão diesel para transformá-lo em um barco impulsionado com energia
limpa.
1.2. Delimitação
O presente projeto consiste no estudo e desenho do sistema de propulsão solar elétrico
do catamarã US2000 para a realização do trajeto de Niterói para o Rio de Janeiro.
Pretende-se mostrar se uma possível modificação do fornecimento de energia do barco é
viável, transformando-o em um barco renovável. Em nenhum caso a realização prática
do projeto é considerada.
1.3. Justificativa
O aquecimento global é uma realidade e a implementação de políticas que respeitam o
meio ambiente estão se tornando mais rigorosas. As tecnologias renováveis estão
ganhando força em nossa sociedade. A incorporação de carros elétricos no mercado
gera pesquisa e progresso na tecnologia atual e uma esperança de independência dos
minerais fósseis no transporte.
As embarcações solares são uma alternativa para reduzir a emissão de gases de efeito
estufa na atmosfera, a poluição das águas e a poluição sonora.
1.4. Objetivos
Com o objetivo de reduzir as emissões produzidas pelos motores a combustível e
também explorar o potencial das energias renováveis na indústria naval, este projeto
tem como objetivo propor um sistema de propulsão elétrica equipado com painéis
solares. Então, entender e definir todos os componentes e conexões é outro dos
principais objetivos.
O escopo deste projeto envolve diferentes tarefas para realizar o objetivo acima
mencionado.
18
Esses são:
a. Entender a situação inicial dos barcos solares.
b. Estudo e seleção de componentes de propulsão elétrica.
c. Dimensionamento do sistema elétrico solar.
d. Estudo da poupança de emissões produzidas.
1.6. Descrição e metodologia
No capitulo 2 a situação atual dos barcos solares e sua evolução até o momento foi
examinada para entender por que eles ainda não dominam o mercado atual.
No capitulo 3, os principais elementos e componentes envolvidos na solução técnica
foram identificados e analisados. Com base nessas informações, a tecnologia mais
adequada para o desenho da solução foi escolhida.
No capitulo 4, todos os detalhes da rota e do catamarã foram coletados graças à empresa
CCR barcas. Através desses dados iniciais, se começou a projetar e estudar uma solução
do sistema de propulsão elétrica equipado com painéis solares.
Finalmente, as emissões atuais geradas foram analisadas, bem como o impacto
ambiental que a nova embarcação originaria.
19
CAPÍTULO 2
2. CARACTERIZAÇÃO DO PRODUTO
2.1. Definições básicas do barco
Geralmente, os barcos se constituem em diferentes partes. As Figuras 1 e 2 indicam as
mais importantes com base em uma vista superior e lateral de um barco representativo.
Essas partes são [1]:
a. Arco (bow): A parte da frente de um barco é chamada de "arco".
b. Porto (port): o lado esquerdo de um barco quando você está sentado e olhando para
frente.
c. Estibordo (starboard): o lado direito de um barco quando você está sentado e
olhando para frente.
d. Popa (stern): a parte traseira de um barco é chamada de "popa".
e. Travessa (transom): a "travessa" é a seção transversal da popa do seu barco.
Figura 1 – Vista superior de um barco representativo [1].
f. Linha d'água (waterline): essa é a linha (no casco) na qual o barco está na água
quando está devidamente carregado com passageiros e equipamentos.
g. Calado (draft): “Calado” é a profundidade da água que seu barco precisa para
flutuar livremente. O calado é medido como a distância da linha d'água até o ponto
mais baixo do barco.
20
h. Freeboard: ‘Freeboard’ é a distância da linha d'água até o ponto mais baixo no
convés do seu barco.
Figura 2 – Vista lateral de um barco representativo [1].
2.2. Evolução dos barcos solares
Os barcos solares são embarcações que utilizam um motor elétrico abastecido por
energia elétrica proveniente da conversão da energia solar por painéis fotovoltaicos. A
energia elétrica convertida pode ser armazenada em baterias ou não. A fim de entender
a situação atual dos barcos solares, é importante conhecer sua evolução, bem como suas
limitações e tecnologia implicada, para entender por que ainda não dominam o mercado
atual. Na continuação apresenta-se uma análise histórica dos barcos solares, observando
algumas características importantes dos painéis fotovoltaicos, controladores, baterias e
motores. Esse estudo foi realizado por Mauricio Aguilar Nepomuceno de Oliveira e
Walter Issamu Suemitsu e a seguir são mostradas as informações consideradas mais
relevantes. Os dados informados nos itens 2.2.1 até 2.2.4 são provenientes desse estudo
[2].
2.2.1. Descobrimento da eletricidade, da pilha e do primeiro motor.
Através dos experimentos de Luigi Galvani em 1780, começa um interesse pela
eletricidade, Alessandro Volta descobre a corrente contínua e a primeira pilha foi
formada de prata e zinco. A criação da pilha foi a base para o desenvolvimento de
baterias e painéis fotovoltaicos. Em 1831, Faraday inicia o estudo do eletromagnetismo,
essencial para o desenvolvimento dos motores elétricos.
O primeiro motor de corrente contínua (CC) foi desenvolvido no ano 1832 com o
científico William Sturgeon. Emily e Thomas Davenport conseguem o primeiro motor
CC com comutador. Porém, as pilhas não forneciam energia suficiente para o motor
funcionar, inviabilizando o seu uso. Paralelamente, Mortiz desenvolve também um
motor elétrico, em 1834.
21
John Frederic Daniell desenvolve em 1836 uma pilha composta por 2 eletrólitos (zinco
e cobre em soluções de Cu2+ e Zn2+), conseguindo aumentar a potência da pilha até o
momento. Becquerel descobre em 1839, o efeito fotovoltaico através de duas placas
metálicas de platina ou prata expondo-as à luz e produzindo uma diferença de potencial.
Porém, o efeito fotovoltaico observado produz uma diferença de potencial muito
pequena e, portanto, não garante a alimentação dos motores. Assim, o uso da energia
solar ainda não era uma realidade.
O surgimento do primeiro barco elétrico foi no ano 1840 por Moritz Hermann, em São
Petersburgo, na Rússia. O barco de Moritz apresenta algumas dificuldades durante a sua
navegação, já que a tripulação fica intoxicada pelos vapores provenientes da pilha. O
barco alcançou, aproximadamente, 4 km por hora com 12 passageiros.
2.2.2. Segundo Ciclo: bateria de chumbo ácido, motor CC e efeito fotovoltaico
Em 1839, Wiliam Groove antecipou a teoria geral da conservação de energia e foi
pioneiro na tecnologia de células de combustível, também conhecidas como células de
hidrogênio. Combinando hidrogênio e oxigênio foi capaz de produzir energia elétrica e
em seu processo demostrou que o mesmo podia ser reversível. Esta célula não produzia
voltagem suficiente para utilização prática e sua tecnologia teve que aguardar até 1960
para voltar a ser discutida.
Em 1859 o Gaston Plante desenvolve a bateria de chumbo ácido com a possibilidade de
ser recarregada com reposição de eletrólito. Em 1873 Gramme inventa o dínamo CC,
acionado por uma máquina a vapor.
Os elementos essenciais para a criação de um barco elétrico já foram inventados,
excetuando os painéis solares. Foi no final do século XIX quando começam a surgir
muitos barcos elétricos e em 1892 surge uma empresa que os comercializa, como
mostra o anúncio abaixo:
22
Figura 3 – Anúncio de barcos elétricos [3].
Por volta de 1890 existia um grande número de barcos elétricos navegando no rio
Tâmisa, em torno de 120 embarcações. Para reabastecer as baterias existiam três pontos
de recarga fixos e dois flutuantes. O maior de todos os barcos elétricos daquela época
foi o Viscountess Bury, de 65 pés que carregava 80 passageiros.
Figura 4 – Barco elétrico Viscountess Bury [4].
Em 1930 os barcos elétricos somem do rio Tâmisa. Entretanto, o aspecto econômico
levou os barcos elétricos a serem substituídos, já que barcos a vapor possuíam maior
velocidade e autonomia.
2.2.3. Terceiro Ciclo - Corrente Alternada, Painéis Solares e Eletrônica de Potência
Os motores elétricos seguiram desenvolvendo-se através de importantes
descobrimentos, como o invento da lâmpada por Thomas Edison, em 1879. Tesla
desenvolve em 1888 o motor de indução e dá início ao surgimento da corrente alternada
(CA), conseguindo implementar essa tecnologia como sistema para alimentar a
iluminação pública. Entretanto, os motores CA recém desenvolvidos não possuíam um
sistema de controle de velocidade.
23
O efeito fotovoltaico foi reconhecido pela primeira vez em 1839 pelo físico francês
Becquerel, mas a primeira célula solar não foi construída até 1883. Seu autor foi
Charles Fritts, que cobriu uma amostra de selênio semicondutor com uma folha de ouro
para formar a emenda. Este dispositivo tinha uma eficiência de apenas 1%. Os
trabalhos desenvolvidos desde então, tiveram o objetivo de aumentar a eficiência das
células, e para isso foram pesquisados diferentes materiais e técnicas de montagem. As
células continuaram avançando em termos de eficiência e na década de 70 ultrapassou-
se a barreira dos 20% de eficiência nas células de silício monocristalino, na Austrália, e
25% com concentradores de luz.
Pode-se perceber que a primeira empresa a comercializar painéis surge na década de
1960, e o primeiro barco solar em 1965. Durante esses anos, apareceram os inversores,
capazes de controlar a velocidade dos motores CA. A eletrônica possibilita o
surgimento do MPPT (Maximum Power Point Tracker) e dos controladores de carga
para os painéis solares. As baterias de lítio surgem na década de 1970.
No fim do século XX há suficiente conhecimento da tecnologia para o total
desenvolvimento dos barcos solares. Surgem alguns protótipos de barcos solares, porém
não ganham espaço de mercado. A viabilidade econômica ainda não era uma realidade.
2.2.4. História do uso da energia nas embarcações
O mais antigo barco descoberto é um Pesse Canoe com 3 metros de comprimento. A
datação por carbono indica que o barco foi construído durante o período Mesolítico.
Mas os primeiros barcos a vela foram os barcos egípcios, datados de 4000 A.C. [5].
Figura 5 – Pesse Canoe [5].
A energia do vento predomina até a revolução industrial, quando surgem as máquinas a
vapor que rapidamente são apropriadas para as embarcações. Porem, as máquinas a
24
vapor não foram a melhor solução já que precisavam imensos espaços no porão para
carregar carvão e sua eficiência era baixa.
A partir do descobrimento dos motores de combustão interna aparecem os primeiros
navios com diesel e rapidamente dominam o mercado naval. O uso do petróleo
apresenta imensas vantagens sobre o carvão, produz o dobro da energia por massa e
ocupa metade do volume, além de permitir alimentação mecânica reduzindo a mão de
obra.
A partir de aparição dos carros elétricos em 1834, as embarcações elétricas começaram
a se introduzir no mercado em 1880. Porém, tinham autonomia e custo superior que as
embarcações com motor de combustão e perderam a competição. No ano 2012, os
carros elétricos voltam a estar na ordem do dia e todas as empresas investem na
tecnologia.
Os barcos solares nascem no ano 1975 designado por Alan T. Freeman, o mesmo
pesquisador que criou o primeiro carro solar em 1980.
O pesquisador Tim Gorter investigou as embarcações solares existentes até dezembro
de 2012, encontrando 160 embarcações solares de diferentes tipos: transporte de
passageiros, pesquisa ou uso privado, recreação e competição. Há uma maioria de
barcos de competição e pesquisa, advertindo que a tecnologia ainda possui um nível
experimental.
A primeira embarcação de travessias curtas encontrada por Gorter data de 1992 e se
chama Solar Gajner. Utiliza motores de popa elétricos. Porém seus tamanhos são muito
limitados.
Em 1995 aparecem as embarcações de transporte de passageiros Chlorophylle e
Solifleur criadas por MW-Line em Yverdon, Suíça. Oferecem uma capacidade de 12
pessoas e autonomia de 8 horas dependendo do sol. Estes foram os primeiros barcos
solares a serem equipados com uma conexão principal para alimentar energia solar extra
na alimentação de 230 V quando os barcos não estão sendo usados.
25
Figura 6 - Barco solar Solifleur [6].
É relevante destacar que as embarcações solares são monocascos (40%), catamarãs
(42%) e trimarãs (4%).
2.3. Estado do arte dos barcos solares
Hoje em dia existem muitos modelos de barcos movidos a eletricidade. Mas quando
visualizamos o mercado de barcos elétricos, identificamos que não é fácil encontrar
modelos elétricos que incorporem painéis solares para fornecer energia às baterias de
propulsão.
A intenção deste item é mostrar as principais opções comerciais que são oferecidas no
mercado atualmente.
a. Aquawatt 550:
A empresa da Austria Aquawatt oferece um barco elétrico com um comprimento de 5,5
metros com uma sustentabilidade de 4 pessoas. É equipado com painéis solares e é
oferecido com duas versões de motor. Com a versão de 1600 watts, a velocidade
máxima do barco é de 6 nós e, com a versão de 800 watts, é de 4,7 nós.
Com um sol ótimo, ele pode dirigir seis horas continuamente a 5,5 nós e dez horas a 4
nós [7].
Figura 7 - Embarcação Aquawatt 550 [7].
26
b. Sistema de propulsão Oceanvolt para monocasco e multicascos:
Os sistemas da empresa Finlandesa Oceanvolt são criados para operar em 48 V. Os
sistemas variam e são recarregados por meio da geração hidrelétrica ou por meio da
energia solar, o que possibilita cruzamentos contínuos de longo alcance [8].
Figura 8 - Geração hidrelétrica [8].
Este sistema de propulsão Oceanvolt está equipado em alguns modelos existentes como:
a. VIAGEM E570: é um catamarã com um comprimento de linha d'água de
17,12 metros acionado por motores eléctricos de regeneração de 48 V. O
catamarã possui um sistema elétrico híbrido com 8 kW de painéis solares
e 32 kWh de bancos de bateria de íon de lítio de alta capacidade [8].
Figura 9 – Catamarã VIAGEM E570 [8].
b. VIAGEM 480: é um catamarã com um comprimento de linha d'água de
13,56 metros impulsionado por dois motores de acionamento de vela
elétrica Oceanvolt SD15. Os motores elétricos de 48 V são fornecidos
por um banco de baterias de íons de lítio de alta capacidade (16 kWh)
[8].
27
Figura 10 - Catamarã Viagem 480 [8].
c. Solar Yachts
A empresa holandesa Soel Yachts lançou recentemente na Nova Zelândia seu novo
catamarã elétrico e solar. Tem capacidade para transportar 16 passageiros e um
comprimento de 12 metros. Além disso, o Catamarã pode ser utilizado como fonte de
energia portátil com um inversor de 15 kVA de energia para dar luz até mesmo a 5
casas. Possui 2 motores elétricos de 30 kW de potência. Suas 2 baterias de íons de lítio
possuem uma capacidade combinada de 120 kWh que permitem navegar por cerca de 6
horas [8].
Figura 11 - Catamarã Solar Yachts [8].
d. ECOCAT
A balsa de passageiros solar-elétrica foi lançada pela empresa espanhola ECOCAT e
entrará em serviço na costa mediterrânea da Espanha no final deste verão. A balsa de 18
metros, é movida por eletricidade gerada por 120 painéis solares fotovoltaicos. Para
maximizar a área de painéis solares para coleta de energia, há um conjunto de asas
28
pneumáticas implantáveis e retráteis. O sistema de propulsão consiste de dois motores
elétricos de 50 kW, para um total de 100 kW, acionados por oito baterias de íons de lítio
de 30,5 kWh. O barco de 120 passageiros opera 100% no sistema de bateria solar, sem
motor auxiliar de combustão interna. O alcance de cruzeiro da embarcação é de 8 horas
em baterias sem luz solar [9].
Figura 12 – Catamarã ECOCAT [9].
29
CAPÍTULO 3
3. COMPONENTES BÁSICOS DO SISTEMA DE PROPULSÃO DO BARCO
A seguir apresenta-se os elementos que fazem parte do sistema de geração,
gerenciamento e aplicação de energia que fornecem a força motriz requerida pela
embarcação. O diagrama na Figura 13, representa graficamente como os componentes
interagem dentro do processo.
Figura 13 - Composição dos elementos básicos do sistema de propulsão do barco [8].
30
Tabela 1 – Componentes básicos do sistema de propulsão do barco. Elaboração própria. Imagens de [8].
Número Componente Descrição
1
Bateria Pack de bateria de propulsão
2
Gerador AC/DC
Geradores AC ou DC podem ser usados como
fonte de energia de backup. Os geradores DC
podem ser perfeitamente integrados ao sistema
para carregamento automático quando a carga da
bateria cai abaixo dos níveis críticos.
3
Carregador/Inversor
Detecta a voltagem das baterias e dá uma ordem de
carga ou descarga dependendo se a voltagem é
baixa ou alta, respectivamente.
4
Conversor DC-DC Converte 48 V DC para 12/24V DC e alimenta a
House battery com energia.
5
DC bus bar Usada para conectar baterias e outros componentes
ao sistema de distribuição de corrente contínua.
6
House Battery 12 V ou 24 V.
7
Controle de motor Controla a operação do motor, inverte DC para
corrente trifásica
8
Interruptor principal Controla a energia total do sistema on/off.
9
Motor elétrico Transformar a energia elétrica em mecânica dentro
da embarcação
10
Dual Control Lever Em uma configuração de motor duplo, permite
controlar os motores de forma independente.
11
CCGX
CCGX reúne continuamente dados de todos os
componentes do sistema que respondem aos
comandos do usuário, determina quais indicações
exibir, registra os principais dados de desempenho
para carregar em um servidor pela Internet e
armazena os dados em um servidor.
12
Display
Fácil gerenciamento do sistema, mesmo em
condições exigentes; nível de bateria, uso de
energia, RPMs e tempo de operação restante.
13
Sistema de
gerenciamento de
bateria (BMS)
Protege as baterias, gerenciando o nível de carga;
impede a bateria de sobrecarregar ou de descarga
excessiva. As células da bateria também são
monitoradas quanto ao excesso de temperatura. O
BMS desconectará todas as fontes de carregamento
e cargas das baterias se ocorrer uma condição
anômala.
14
Painéis solares
Painéis solares personalizados para fornecer
capacidade máxima de recarga.
31
3.1. Motor
Os motores elétricos são os responsáveis por transformar a energia elétrica em mecânica
dentro da embarcação, sendo os principais consumidores de energia nos barcos solares.
Os barcos solares não precisam de aceleração, assim como os carros elétricos. Operam
em faixas de velocidades mais restritas, que giram em torno da velocidade de cruzeiro.
O torque inicial também deve ser alto para vencer a inércia na hélice, porém as
potências mais altas serão as utilizadas em manobra e não em altas velocidades. Não
utilizam freios regenerativos. Também necessitam de alta confiabilidade e custos
razoáveis. Alta densidade de potência para redução do deslocamento e redução do
volume interno são bem-vindas. Porém, o percentual do peso do motor em comparação
ao peso da embarcação é menor que do veiculo elétrico [2].
Entre os diferentes tipos de motores podem ser classificados em corrente alternada (AC)
e corrente contínua (DC), e dentro deles, há uma ampla gama de possibilidades. Para
analisar quais desses motores são mais interessantes para barcos solares, se comparam
os motores em termos de eficiência, confiabilidade, densidade de potência, maturidade
da tecnologia e custos conforme a tabela 2. As qualidades são comparadas por
numeração crescente de 1 a 3. O número 1 exibe os motores que possuem melhores
características da respectiva qualidade e o número 3 as piores características [2].
Tabela 2 - Comparação dos motores elétricos [11].
Os motores de imã permanente, possuem um peso menor, obtendo uma densidade de
potência altas. Além disso, como saíram da carcaça para o rotor dos motores elétricos,
melhoraram o resfriamento do motor e com isso a confiabilidade, pois reduzem os
riscos de superaquecimento e aumentam a eficiência pela não necessidade de
magnetização dos eletroímãs. Os motores de imãs permanentes podem ser CA ou CC.
Os CA também são chamados motores de imã permanente síncrono. Os de imã
permanente CC resultam virtualmente da inversão do estator com o rotor, e também
produzem torques mais altos [2].
32
s o ores elé ri os de indu o e os de i permanente CA ou CC se apresentaram
como soluções mais efi ien es e poss eis para e bar a es solares pois a endera
principal demanda: alta eficiência. Obtiveram valores próximos de 90% e mantém essa
eficiência em potências de 50% do seu valor máximo [2].
3.2. Painéis solares
Entre as tecnologias de células fotovoltaicas para uso comercial, suas diferenças
fundamentais estão no material semicondutor e seu processo de geração. Nas tabelas 3 e
4 se mostra a classificação dos painéis solares conforme esses critérios.
Tabela 3 - Tipos de painéis solares dependendo da tecnologia de construção. Elaboração própria.
Dependendo da tecnologia de construção
Monocristalino - Policristalino
Filme fino
Tabela 4 - Tipos de painéis solares dependendo do material usado. Elaboração própria
Dependendo do material usado
Silício Si
Arsênio de gálio AsGa
Telúrio de cádmio CdTe
Cobre – Índio – Selênio CuInSe2
Cobre – Índio – Gálio – Selênio (CIGS) Cu(InGa)Se2
Para entender os diferentes tipos de tecnologias, os tipos de células e seus processos de
fabricação serão explicados de forma resumida nos itens a seguir.
3.2.1. Célula monocristalina e Policristalina (Si)
É o tipo de tecnologia atualmente mais utilizada. Devido a isso, seus processos de
produção foram otimizados, tornando-se uma tecnologia confiável, com desempenho
razoável a preços competitivos.
Como matéria prima, o silício cristalino é geralmente usado como material
semicondutor. Seu processo de fabricação pode ser dividido em quatro fases: Obtenção
e purificação do material semicondutor, crescimento do vidro, corte do material em
wafers e montagem da célula.
O silício é obtido a partir de minerais formados principalmente por SiO2. No primeiro
processo, ele é obtido com uma pureza aproximada de 99%, insuficiente para uso como
33
semicondutor, por isso deve subsequentemente passar por processos químicos que
reduzem os níveis de impurezas a valores aceitáveis, da ordem de 10 ppm.
O estágio de crescimento do cristal, é o processo onde o silício se solidifica a partir de
uma semente de crescimento. Dos vários procedimentos existentes, o método de
Czochralsky é geralmente o mais usado, onde o produto de silício resultante é dado na
forma de lingotes.
São obtidos dois tipos de estruturas: a monocristalina (com uma única frente de
cristalização) e policristalina (com várias frentes). A obtenção de uma ou outra estrutura
depende do grau de pureza do silício durante o estágio de crescimento. A diferença
entre os dois no final do processo, resulta em um desempenho ligeiramente inferior para
o lingote policristalino.
Cortando o lingote em folhas de 2 a 4 mm de espessura, obtêm-se os wafers, que são
submetidas a um processo de decapagem para eliminar defeitos que aparecem durante o
corte.
Finalmente, uma junção PN é formada pela adesão de dois wafers de diferentes tipos de
semicondutores (tipo P e tipo N), os contatos metálicos são inseridos e, finalmente, as
células são conectadas em série para atingir os níveis de tensão e potência requeridos.
Figura 14 – Painel PV monocristalino (esquerda) e policristalino (direita) [10].
Pode ser observado que a obtenção de painéis cristalinos é um processo complexo,
longo e laborioso e repercute no custo dos módulos. Porém, existem outros tipos de
células fotovoltaicas, como células de filme fino, que utilizam técnicas de fabricação
mais simples, oferecendo a possibilidade de produzir custos mais competitivos.
34
3.2.2. Células de silício amorfas (a-Si)
Formado por um composto de silício com hidrogênio, seu processo de fabricação é
menos complexo que o cristalino. O material semicondutor é depositado em substratos
como vidro, aço inoxidável ou polímeros, oferecendo grande versatilidade para sua
produção em série.
O processo de fabricação é realizado dentro de uma câmara de vácuo, onde um fluxo de
gás silano (SiH4) é aplicado continuamente, possivelmente misturado com outros gases.
As células são obtidas na forma de folhas depositadas nos substratos colocados no
interior da câmara.
Eles têm melhor comportamento com radiação difusa, o que significa uma geração mais
equilibrada em latitudes com uma radiação solar que não é constante. Outra vantagem é
que sua sensibilidade à temperatura é menor que em módulos cristalinos.
Pelo contrário, seu desempenho geral é notavelmente menor, exigindo maiores áreas de
captação para gerar a mesma energia que as do silício cristalino.
Figura 15 – Painel PV silício amorfo [10].
3.2.3. Painéis solares de filme fino (CIS/CIGS)
Eles usam uma tecnologia semelhante à do silício amorfo, mas são formados por
materiais com melhores rendimentos de geração elétrica. Especificamente, eles são uma
combinação de cobre, índio, gálio e selênio. Eles usam dois métodos de fabricação:
evaporação a um estágio em alta temperatura ou dois estágios com diferentes
temperaturas.
O primeiro método é chamado coevaporação no vácuo. Ele gaseifica todos os elementos
(Cu, In, Ga e Se) e os deposita no substrato simultaneamente a temperaturas de 400 a
600°C, formando a folha de Cu(InGa)Se2 em um único processo de crescimento.
35
O outro processo é dividido em duas fases, separando a entrada de metais e alcançando
produtos de maior qualidade. Os metais cobre, índio e gálio são depositados primeiro
com um procedimento de baixo custo e baixa temperatura. Posteriormente se adiciona o
selênio e se alcançam temperaturas de 400-600°C. O resultado final, são folhas de
desempenho superior.
Figura 16 – Painel PV de filme fino (CIGS) [10].
3.2.4.Painéis solares de filme fino (CdTe)
As células de filme fino de telúrio e de cádmio são a base da tecnologia com maior
impacto comercial na produção de energia solar. Eles têm uma grande estabilidade, um
desenho competitivo e as características necessárias para serem produzidos em larga
escala.
Usam métodos diferentes para seus processos de fabricação, sendo semelhante ao
restante das tecnologias de filme fino, mas com certas peculiaridades. Cabe destacar, o
tratamento da superfície traseira da célula, a fim de garantir um contato elétrico ótimo.
Como seria muito longo detalhar todos os processos, apenas os métodos de fabricação
específicos para essa tecnologia são citados. Estes são, crescimento epitaxial, camadas
de átomo por átomo, eletro-depósito, evaporação e ablação a laser.
Figura 17 – Painel PV de filme fino (CdTe) [10].
36
3.2.5. Avaliação Comparativa
A tabela 5 mostra de forma resumida os desempenhos dos diferentes tipos de
tecnologias e materiais utilizados na produção de células fotovoltaicas, assim como as
vantagens e desvantagens principais das tecnologias.
Tabela 5 – Comparativa das tecnologias de células FV. Elaboração própria com dados extraídos de [10].
Tipo de
fabricação Material
Eficiência
(%) Vantagens Desvantagens
Monocristalino Si 21
✓ Eficiência mais alta.
✓ Vida útil de 30 anos.
✓ Tendem a funcionar melhor
do que painéis solares
policristalinos em condições
de pouca luz.
✗ Mais caros.
✗ Uma quantidade
significativa de Si durante
o processo não é
aproveitada.
Policristalino Si 19
✓ A quantidade de Si durante
o processo não aproveitada é
menor.
✓ Mais baratos.
✓ Vida maior de 30 anos.
✗ Menos eficientes
✗ Precisa de uma área
maior de painéis para gerar
a mesma quantidade de
watts/m² .
Filme fino
a-Si
6-9
✓ A produção em massa é
simples em comparação com a
tecnologia cristalina.
✓ Mais baratos.
✓ Aparência homogênea é
esteticamente bonita.
✓ Pode ser feito flexível, o
que abre um leque de
aplicações muito grande.
✓Altas temperaturas e
sombreamento de árvores e
outras obstruções tem menos
impacto sobre o desempenho
do painel solar de filme fino.
✗ Menos eficientes.
✗ Exigem uma grande
quantidade de espaço.
Usados principalmente
para instalações de
sistemas fotovoltaicos
residenciais.
✗ Tendem a degradar mais
rapidamente do que os
painéis solares mono e
policristalinos.
CIGS
10-12
CdTe 9-16
3.3. Baterias
Os sistemas de armazenamento de eletricidade (EES) envolvem uma dimensão
temporária, fornecendo eletricidade quando necessário. As baterias representam uma
excelente tecnologia de armazenamento de eletricidade para a integração das energias
renováveis.
A seguir as características das baterias a serem consideradas para um bom
desenvolvimento dos barcos solares [2]:
37
1. Alta energia especifica. É importante quando o volume ocupado pela bateria é
relevante na embarcação.
2. Alta velocidades de recargas e capacidade de descarga profunda.
3. Ciclos de vida longos e ciclos longos.
4. A al a a a de des arga é u aspe o i por an e para suprir a demanda máxima
de corrente do motor em manobra.
5. Alta eficiência de recarga.
6. Auto-descarga baixa.
7. Bateria respeitosa com o médio ambiente e reciclável.
Para determinar esses aspectos as principais tecnologias são analisadas nos itens abaixo.
3.3.1. Baterias de chumbo-ácido (lead-acid battery)
A bateria de chumbo-ácido é o tipo mais antigo de bateria recarregável e foi inventada
em 1849. Apesar de ter muito baixo peso e volume de energia, sua capacidade de
fornecer correntes de alta intensidade significa que as células têm uma relação de
potência-peso relativamente grande. Baterias de chumbo e ácido são comumente usadas
nas indústrias automotiva e naval para fornecer a energia necessária aos motores de
partida. Existem três tipos básicos de baterias de chumbo-ácido [12]:
a. baterias inundadas,
b. baterias de vidro absorvido (AGM) e,
c. baterias de gel.
As vantagens e desvantagens das baterias de chumbo-ácido são ilustradas na tabela 6.
38
Tabela 6 - Vantagens vs desvantagens (baterias à base de chumbo ácido). Elaboração própria.
Vantagens Desvantagens
-São baratas e simples de
fabricar.
-Auto-descarga baixa.
-Alta potência específica.
-Bom desempenho a baixa
e alta temperatura
- Baixa energia específica.
- Carga lenta.
- Devem ser armazenadas em uma condição
carregada para evitar a sulfatação.
- Ciclo de vida limitado.
- Restrições de transporte no tipo inundado.
- Não é ecológico.
3.3.2. Baterias de NiCd
Por outro lado, as baterias de NiCd foram inventadas em 1899 e usavam óxido de níquel
metálico e hidróxido de cádmio como eletrodos. Essas baterias são mais complexas para
carregar do que o íon de lítio e o ácido de chumbo. As baterias à base de níquel são
carregadas com uma corrente constante, mas a tensão pode aumentar livremente. Por
muitos anos, a NiCd era a opção de bateria preferida para rádios bidirecionais,
equipamentos médicos de emergência e câmeras de vídeo profissionais. As vantagens e
desvantagens das baterias de NiCd são ilustradas na tabela 7 [13].
Tabela 7 - Vantagens vs desvantagens (baterias baseadas em NiCd). Elaboração própria.
Vantagens Desvantagens
- Ciclos de vida alta com manutenção
adequada.
- É o único tipo de bateria que pode ser
carregada rapidamente.
- Bom desempenho de carregamento
(perdoe se abusado).
- Bom desempenho a baixa temperatura.
- Preço econômico.
- Energia específica baixa.
-É necessário periodicamente descargas
completas.
-Cádmio é um metal tóxico.
39
3.3.3. Baterias de íons de lítio
As partes gerais de baterias de íons de lítio são um catodo (eletrodo positivo), um anodo
(eletrodo negativo) e um eletrólito (como condutor). Durante a descarga, os íons fluem
do anodo para o cátodo através do eletrólito e do separador. No caso de uma carga, ela
inverte a direção e os íons fluem do catodo para o anodo (veja a Figura 18).
Figura 18 - Bases de funcionamento de baterias de íons de lítio [14].
Normalmente, o eletrodo negativo de uma célula de íons de lítio é feito de carbono e o
eletrodo positivo é tipicamente feito de um óxido de metal.
O lítio é o mais leve dos metais, possui o maior potencial eletroquímico e fornece a
maior energia específica por peso. A chave para a energia específica superior é a alta
voltagem da célula.
Dadas essas qualidades excepcionais das baterias de íons de lítio, esse tipo de bateria é
normalmente usada em dispositivos portáteis (como telefones celulares), ferramentas
elétricas (como lixadeiras, serras ou outros equipamentos) e em veículos elétricos. As
vantagens e desvantagens das baterias Li-on estão ilustradas na tabela abaixo [14]:
Tabela 8 - Vantagens vs desvantagens (baterias de íons de lítio). Elaboração própria.
Vantagens Desvantagens
-Alta energia específica e alta capacidade
de carga com células de energia.
- Ciclo de vida longo.
- Sem manutenção.
- Tempos de carga razoavelmente curtos.
-Auto-descarga baixa.
-Requer um circuito de proteção para evitar
a fuga térmica se estiver estressado.
-Degrada a alta temperatura e quando é
armazenado em alta tensão.
40
3.3.4. Avaliação Comparativa
a. Comparação da eficiência energética (por ciclo) dos sistemas de armazenamento
A eficiência energética e a expectativa de vida (número máximo de ciclos) são dois
parâmetros importantes a serem considerados, entre outros, antes de escolher uma
tecnologia de armazenamento, pois afetam os custos gerais de armazenamento. A baixa
eficiência aumenta os custos efetivos de energia, já que apenas uma fração da energia
armazenada pode ser usada. Uma vida útil curta também aumenta os custos a longo
prazo, pois a unidade de armazenamento precisa ser substituída com mais frequência.
As despesas reais precisam incluir as taxas financeiras e despesas operacionais para
desenvolver uma ideia melhor de todas as características financeiras de uma técnica de
armazenamento. Na Figura 19 são ilustradas as características de diferentes técnicas de
armazenamento em relação à eficiência e vida útil [15].
Figura 19 - Distribuição de técnicas de armazenamento em função da eficiência energética e da expectativa de
vida [16].
41
b. Comparação do custo de investimento
O custo de investimento associado a um tipo de armazenamento é um parâmetro
econômico importante e afeta o custo total da produção de energia. Portanto, alguns
tipos de sistemas de armazenamento só podem ser lucrativos se um determinado
mínimo de energia for fornecido. O custo total do sistema deve ser considerado
(incluindo a durabilidade do equipamento e o custo da investigação) para obter uma
análise completa dos custos.
O custo das baterias na Figura 20 foi ajustado para excluir o custo de conversão da
eletrônica de potência. O custo da energia também foi dividido pela eficiência de
armazenamento para obter o custo por unidade de energia útil. Os custos de instalação
também variam de acordo com o tipo e tamanho do sistema.
Finalmente, parece óbvio que as várias funções necessárias para projetar um sistema de
armazenamento de energia devem ser integradas em um todo coerente, adaptado às
especificações, para reduzir os custos de acabamento. Este critério é o principal
problema relacionado à penetração do sistema no mercado de armazenamento de
energia [15].
Figura 20 - Distribuição das técnicas de armazenamento em função dos custos de investimento por unidade de
potência ou unidade de energia [16].
42
c. Comparação do custo de investimento por ciclo de carga-descarga
O custo por ciclo pode ser a melhor maneira de avaliar o custo de um sistema de
armazenamento de energia projetado para aplicações frequentes de descarga de carga.
A Figura 21 mostra o principal componente desse custo, levando em consideração a
durabilidade e a eficiência [15].
Figura 21 - Distribuição das técnicas de armazenamento em função dos custos de investimento calculados por
ciclo de carga-descarga [16].
d. Comparação baseada em massa ou densidade de volume
As diferentes técnicas de armazenamento podem ser classificadas de acordo com a
disponibilidade de energia e a potência máxima por litro (densidade de volume) ou por
quilograma (densidade de massa).
A massa é um parâmetro importante para aplicações permanentes em termos de custos
de material.
O volume de um sistema de armazenamento pode ser importante, primeiro, se tiver que
ser instalado em um espaço restrito ou caro. À medida que o volume aumenta, mais
material e um canteiro de obras maior são necessários, o que aumenta o custo total do
sistema.
Na Figura 22 as técnicas de armazenamento em função de suas densidades de massa e
volume de energia armazenada são mostradas [15].
43
Figura 22 - Distribuição de técnicas de armazenamento em função de suas densidades de massa e volume de
energia armazenada para aplicações de pequena escala [16].
e. Análise geral das comparações de técnicas de armazenamento de energia
Quanto às aplicações permanentes de baixa potência, o elemento chave é a menor auto-
descarga possível. Com base apenas nos critérios técnicos, a unidade de íons de lítio é o
melhor candidato. Quanto aos sistemas pequenos (poucos kWh) que dependem de
energia renovável intermitente, o elemento chave é a autonomia; a bateria de chumbo
continua sendo o melhor compromisso entre desempenho e custo. O íon de lítio tem
melhor desempenho, mas ainda é muito caro [15].
44
45
CAPITULO 4
4. DESCRIÇÃO DO ESTUDO DO CASO
4.1. Introdução
Como mencionado, o objetivo principal deste projeto é tornar viável um meio de
transporte renovável (elétrico-solar) para realizar o trajeto no Rio de Janeiro, da baía da
Guanabara até Niterói (PRAÇA XV- PRAÇA ARARIBOIA). Atualmente a viagem é
feita por um catamarã da empresa CCR Barcas, que possui a concessão do transporte
aquaviário.
Figura 23 - Trajeto Bahia Rio de Janeiro - Niterói (PRAÇA XV- PRAÇA ARARIBOIA) [17].
A CCR Barcas é a única concessionária de serviços públicos dedicada à operação de
transporte de massa no modal aquaviário, com direito de atuação no Estado do Rio de
Janeiro. Atualmente, é a quarta maior operação de transporte aquaviário de passageiros
no mundo, navegando cerca de 745 mil kilometros por ano e transportando, em média,
73 mil passageiros por dia. A concessionária tem 19 embarcações, 830 colaboradores e
opera seis linhas em cinco estações e três pontos de atracação.
A linha de barca da CCR tem 2 estações partindo de Praça XV e terminando em Praça
Araribóia e seu retorno. Começa a operar às 06:00 e termina às 23:30 h diariamente.
46
4.2. Dados iniciais
A empresa CCR Barcas forneceu informações sobre o catamarã US 2000 que opera
atualmente entre essas estações.
Figura 24 - Catamarã US 2000 da empresa CCR Barcas [18].
Em seguida, as informações obtidas são mostradas:
Sobre o percurso RJ-Niterói
a. Duração: 20 minutos (tempo médio de viagem).
b. Velocidade média no percurso: 9 nós (16,67 km/h).
c. Km percorrido: aproximadamente 5 km.
d. Tempo de paradas: entre embarque e desembarque 4-5 minutos.
Dados gerais sobre a embarcação
e. Modelo: catamarã US 2000 com 2 proas e 2 passadiços.
f. Materiais de construção: alumínio.
g. Tipo de barco: catamarã com 2 quilhas.
h. Dimensões da barca: 68 metros de comprimento e 14,4 metros de largura.
i. Peso: 2.200 toneladas.
j. Combustível utilizado: diesel marítimo.
k. Consumo: 60 e 65 mil litros de combustível por mês.
l. Motorização: eletrodiesel.
m. Eletricidade e Eletrônica: automação.
47
n. Demanda total de energia (energia requerida pela propulsão): 4 propulsores
azimutais.
o. Energia requerida pelo equipamento elétrico para fins de serviço: 2 geradores
principais (cada um tem 1.800 rpm).
p. Custo manutenção e tempo requerido: renovação de CSN a cada 5 anos.
Primeira vez será em dezembro de 2019. Tempo médio de docagem estimado: 1
mês.
Dados gerais sobre a motorização
q. Tipo de propulsão
Motor: diesel-elétrico
Quantidade: 2
Motores principais: potência máxima contínua: 2x1628 kW / 1800 rpm
Geradores principais: potência máxima contínua: 2x1550 kW / 60 Hz
r. Geração de energia
s. Acionamento do equipamento principal
- Motor: Diesel
- Quantidade: 2
- Potência máxima contínua: 2 x 232 kW / 1800 rpm
t. Geradores
- Quantidade: 2
- Potência: 2 x 215 kW / 60 Hz, 440 V
48
4.3. Dimensionamento do sistema elétrico-solar
4.3.1. Superfície de captação
No caso específico da embarcação, a área de captação será determinada pelas dimensões
do mesmo e, em particular, de seu convés; sendo o local onde os painéis fotovoltaicos
serão instalados.
A partir dos dados fornecidos pela CCR, pode-se ver como as dimensões do casco do
são de 68 metros de comprimento por 14,4 metros de largura. No convés superior, os
painéis solares serão instalados, ocupando a mesma superfície do casco, além de um
espaço em balanço que se projeta alguns centímetros em torno de seu perímetro. Eles
serão instalados em uma superfície plana que cobre o convés superior.
A área bruta da área de captação é de 979,2 m2. Conhecendo os dados da superfície, se
podem especificar as dimensões do módulo que serão especificadas.
O próximo passo é a busca por uma tecnologia fotovoltaica com boa relação potência-
peso, dentro dos limites de custo. No caso particular do Brasil, não há fabricantes locais
de tecnologias fotovoltaicas, portanto devem ser importados de maneira obrigatória.
A empresa Canadian Solar Inc fornece produtos solares de qualidade, soluções e
serviços de sistemas solares para clientes em todo o mundo. Como desenvolvedora líder
de projetos fotovoltaicos e fabricante de módulos solares com cerca de 30 GW
implantados em todo o mundo desde 2001, a Canadian Solar Inc. é uma das empresas
de energia solar mais rentáveis do mundo.
Existem várias opções em módulos fotovoltaicos, por isso os seguintes parâmetros
foram definidos que permitiram restringir a pesquisa:
a. Tecnologia: Monocristalina ou Policristalina
b. Tensão de funcionamento (Vmp) > 30 V
c. Densidade de energia > 10 Wp/kg
Os painéis solares monocristalinos e policristalinos têm uma maior eficiência do que o
resto das tecnologias e são atualmente os mais difundidos no mercado internacional,
permitindo encontrar dispositivos com bons níveis de qualidade a preços muito
competitivos.
49
Devido à particularidade de que o banco de baterias funciona a 360 V (ver apartado
4.3.4 Dimensionamento das baterias e inversores/carregadores), painéis com uma tensão
de saída relativamente alta são necessários, portanto, módulos com níveis de tensão de
saída de ponto de potência máxima maiores que 30 V são usados.
O fator do peso na instalação atual é determinante, já que seu aumento supõe maior
calado e maior resistência ao avanço do navio, pelo que dentro de limites razoáveis é
necessário procurar o tipo de painel com o menor peso possível.
Em seguida, são mostradas as especificações técnicas elétricas e dimensões do modelo
de painel fotovoltaico selecionado.
Tabela 9 - Especiações técnicas do painel solar CS3W 400P. Elaboração própria com dados técnicos de
Canadian Solar Inc [19].
CS3W 400P
Nominal Max. Potência (Pmax) 400 W
Optar. Tensão de funcionamento (vmp) 38,7 V
Optar. Corrente de funcionamento (Imp) 10,34 A
Tensão de Circuito Aberto (Voc) 47,2 V
Corrente de curto-circuito (Isc) 10,9 A
Eficiência do módulo 18,11 %
Temperatura de operação -40°C ~ +85°C
Max. Voltagem do sistema 1500V (IEC/UL) ou 1000V (IEC/U)
Desempenho de Fogo do Módulo TYPE 1 (UL 1703) ou
CLASS C (IEC 61730)
Max. Classificação do fusível da série 20 A
Classificação de aplicação Class A
Tolerância de Potência 0 ~ + 5 W
Figura 25 – Desenho de engenharia (mm) [19].
50
As dimensões específicas deste módulo possibilitam a instalação de 448 painéis
fotovoltaicos distribuídos em 14 filas e 32 colunas, obtendo uma área útil de 989,7 m2
(67,5 metros de comprimento por 14,67 metros de largura).
Tabela 10 - Resumo de dimensões. Elaboração própria.
Dimensões Barca Painéis
fotovoltaicos
Coberta com painéis
fotovoltaicos
Largura (m) 14,4 1,05 14,67
Comprimento (m) 68 2,11 67,5
Superfície útil (m2) 979,2 2,21 989,7
A potência nominal que o conjunto de módulos pode fornecer tem um máximo de 179,2
kWp.
Esse poder dependerá de vários fatores.
a. Radiação solar média na área geográfica em que irá operar
b. Ângulo com o qual o sol atinge os painéis
c. Inclinação dos painéis fotovoltaicos em relação ao eixo horizontal
d. Temperatura à qual os painéis fotovoltaicos são submetidos
e. Eficiência dos dispositivos que gerenciam a energia fornecida por esses painéis
f. Perdas nos drivers que o conectam ao sistema de acumulação.
4.3.2. Conexão de painéis fotovoltaicos
A ligação entre os módulos é uma etapa de cuidado extremo, pois uma ligação em alta
tensão sem respeitar os procedimentos de segurança pode aumentar os ricos de
descargas atmosféricas. Com o objetivo de reduzir o risco para o mínimo, a conexão
entre os módulos deve atentar para que os cabos positivos (+) e negativos (-) estejam
sempre os mais próximos possíveis, fazendo com que as forças magnéticas se anulem.
Nas figuras 26 e 27 estão dois modos possíveis de conexão [20].
Os painéis solares foram agrupados em 32 strings de 14 painéis conectadas em série.
Desta forma, a associação em série trabalhando em potência máxima, será capaz de
fornecer até 541,8 V, de forma que, mesmo com níveis mais baixos de radiação solar, os
grupos de baterias continuem a ser carregados. Os 32 strings de painéis conectadas em
paralelo garantem uma intensidade de até 330,9 A. Na figura 28 se pode observar um
esquema geral da solução proposta.
51
Figura 26 - conexão entre os módulos modo A [20].
Figura 27 - Conexão entre os módulos modo B [20].
Figura 28 – Esquema general da solução técnica [20].
52
4.3.3. Radiação solar
Com base nas coordenadas geográficas do local onde o barco solar navegará, se
procuraram dados fornecidos pelo site do Laboratório Nacional de Energia Renovável
("NREL"), que é operado pela Aliança para a Energia Sustentável, LLC ("Alliance")
para o Departamento de Energia dos EUA ("DOE"), para obter radiação solar diária em
uma superfície horizontal. Esta área geográfica corresponde à localização SANTOS
DUMONT, especificamente com latitude de 22,9 ° S e longitude de 43,17 ° W.
Figura 29 - Radiação solar média no local do projeto [21].
O período de operação do barco é desenvolvido ao longo do ano, com valores que
variam de 3,5 a 6,5 kWh/m2/dia.
Através da potência nominal que os painéis solares podem oferecer em kWp, a energia
(kWh) que eles podem fornecer em cada mês do ano foi determinada na tabela 12. As
especificações introduzidas no programa assim como o tipo de módulo, matriz,
inclinação, azimute, etc, são mostradas a seguir.
Tabela 11 - Especificações do sistema fotovoltaico [21].
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Radiação solar diaria na superfície horizontal
(kWh/m2/dia)
179,2 kWp
53
Tabela 12 - Energia AC do sistema fotovoltaico mensal [21].
Energia AC (kWh)
Janeiro 26.799
Fevereiro 24.424
Março 22.323
Abril 19.203
Maio 16.062
Junho 14.712
Julho 15.500
Agosto 18.327
Setembro 19.416
Outubro 23.088
Novembro 25.457
Dezembro 26.053
Anual 251.364
Sabendo que o barco na potência máxima está consumindo 3200 kW (2 motores de
1600 kW), para fazer 18 viagens por dia (Rio-Niterói-Rio) o sistema fotovoltaico não
pode garantir autonomia para realizar o viagem. O sistema solar fornece apenas 2% da
energia necessária (1.736.000 kWh). Um sistema de baterias será necessário para
abastecer a energia restante.
4.3.4. Dimensionamento das baterias e inversores/carregadores
Segue-se um breve resumo de como a energia da embarcação é gerenciada, a fim de
posteriormente determinar a capacidade dos acumuladores de energia e qual tecnologia
será usada.
a. Processo de carregamento
A energia que alimenta as baterias vem exclusivamente de duas fontes: o gerador solar
fotovoltaico e a energia da rede elétrica fixa. Sempre que o barco estiver estacionado no
porto, ele será conectado à rede carregando por grupo de baterias.
Durante a navegação, a energia elétrica acumulada nos grupos de baterias é
progressivamente fornecida ao motor para se tornar a energia mecânica que move o
barco.
Portanto, o barco é carregado no porto com a potência da rede elétrica fixa mais aquela
fornecida pelo sistema fotovoltaico. Uma vez carregado, deixa de navegar e consome a
energia acumulada enquanto é recarregada por meio de painéis solares.
É salientado que quando o barco está navegando, a energia é consumida em um nível
muito mais alto do que aquele que é recarregado, sendo necessário o banco de baterias.
54
Porém o dimensionamento das baterias seja projetado para fornecer autonomia
suficiente ao barco, uma contribuição de energia auxiliar deve ser garantida. Neste caso,
ele inicia automaticamente um gerador de combustão elétrica que alimenta diretamente
o motor e permite que o barco retorne ao porto.
Um esquema do sistema requerido é mostrado abaixo.
b. Dimensionamento das baterias
Como já visto nas seções anteriores, o catamarã faz um viagem de aproximadamente 20
minutos com um tempo de carga e descarga de passageiros de 5 minutos. Portanto, vai
se dimensionar um banco de baterias capaz de realizar várias viagens de 30 minutos a
uma velocidade média de 9 nós. Para diminuir a quantidades de paradas para o
carregamento das baterias no porto, o sistema de baterias será capaz de realizar 3h de
trajetos sem pausa (3 viagens Rio-Niterói-Rio).
As baterias selecionadas são as baterias de lítio da série BMW i3. Estes possuem alta
densidade energética, longa vida útil e alta resistência, sendo já adaptadas para
aplicações marítimas.
Gerador solar
fotovoltaico
Entrada de
rede 230V AC
Retificador AC
Carregador de
bateria
Banco de
baterias
Controle de
velocidade
Motor DC
Gerador de
emergência
Figura 30 – Processo do carregamento. Elaboração própria.
55
Tabela 13 - Especiações técnicas da bateria solar i3 360. Elaboração própria com dados técnicos de
Torqueedo [22].
Baterias Modelo i3 360 V
Tensão nominal 360 V
Potência máx. contínua 55 kW
Capacidade 40 kWh
Peso 278 kg
Dimensões 1660 x 964 x 174 mm
Para determinar quantas baterias são necessárias, a
potência máxima que o barco precisa para fazer um viagem de 30 minutos deve ser
observada. Neste caso, 3.200 kW são necessários para uma hora de viagem, obtendo um
resultado de 58 baterias de 55 kW. Se quisermos fornecer uma autonomia de 3 horas,
serão necessárias 175 baterias de lítio.
c. Carregamento das baterias
O principal problema com esta tecnologia é o tempo de espera para recarregar as
baterias. Portanto, considerou-se apropriado usar a tecnologia FAST CHARGING para
reduzir o tempo de inatividade. É uma tecnologia inovadora, desenvolvida
principalmente para carros elétricos e telefones celulares, mas com muitas outras áreas
de aplicação.
Para determinar o tempo de carregamento de uma bateria de lítio i3 se escolheu a
empresa americana FlashCharge Batteries, que oferece superchargers com as
características mostradas na Figura 32.
Com este tipo de supercharger uma bateria de 278 kg teria uma energia específica de
139 kWh. Através da potencia das baterias i3 (55 kW) se pode determinar rapidamente
que se precisaria 0,4 h para recargar a bateria (24 minutos). Assim, o tempo de parada
deve ser de 30 minutos, fazendo 4 paradas durante o dia. O trajeto não estaria disponível
durante a meia hora seguinte das 9 horas da manhã, das 12 horas, 16 e 19 de tarde. Eles
devem aguardar o barco ou ir com transporte público alternativo.
Figura 31 - Bateria solar i3 360V [22].
56
Figura 32 - Especiações técnicas dos supercharhers da empresa FlashCharge Batteries [23].
57
5. IMPACTO AMBIENTAL
5.1. Poupança de emissões
O barco navega sobre a Baía de Guanabara, da estação de Praça XV e terminando em
Praça Araribóia (Niterói). A baía tem uma área de aproximadamente 400 km2 e contém
cerca de 3 bilhões de m3 de água. Dos 55 rios que nela deságuam, 50 tornaram-se
esgotos a céu aberto. Além disso, nove milhões de pessoas vivem no seu entorno
desordenadamente (estima-se que um terço resida em favelas, e outro terço em áreas
com condições precárias de urbanização e saneamento). Existem duas refinarias dentro
da baía de Guanabara: a Duque de Caxias da Petrobrás, inaugurada em 1961; e outra
privada, do Grupo Peixoto de Castro. Há também três portos e diversos estaleiros e
existem navios que limpam seus porões e contêineres dentro da baía, piorando ainda
mais a situação. O resultado é uma baía altamente poluída e cheia de resíduos [24].
O Programa de Despoluição da Baía de Guanabara (PDBG) foi iniciado em 1991 com
ajuda internacional japonesa, com o objetivo de tratar 60% do esgoto, mas hoje mal
chega ao 25%. Nem as Olimpíadas do Rio conseguiram sucesso na despoluição da Baía
de Guanabara [24].
Diante dessa situação desalentadora, o presente projeto foi realizado com o objetivo de
analisar possíveis melhorias no transporte para oferecer um maior respeito ao meio
ambiente. Quanto às emissões relativas às barcas utilizadas na travessia entre Niterói e
Rio de Janeiro, elas foram estimadas a partir do consumo de combustível fóssil
informado pelo Grupo CCR, que detém a concessão deste serviço:
a. Consumo da barca: 0,14 litros/pax.travessia.
b. Distância percorrida: 5 km/travessia
Portanto:
c. Consumo da barca: 0,14 / 5 = 0,028 litros/pax.km
As barcas utilizam diesel marítimo, do qual há dois tipos no mercado brasileiro: o diesel
marítimo comum ou S-1000, com 1.000 ppm de enxofre, e o diesel Verana ou S-50,
com até 50 ppm deste elemento. Uma característica do óleo diesel marítimo, em ambas
as versões, é a de que não contém biodiesel. Porque o diesel Verana é mais caro e
também por conservadorismo, foi assumido que o óleo marítimo utilizado pelas barcas é
58
do tipo comum e idêntico à parte pura da mistura com biodiesel utilizada nos veículos
terrestres.
Assim, as emissões de 1 litro de óleo diesel comum puro foram extraídas da ferramenta
GHG Protocol como 2,68 kgCO2e [25].
Portanto:
Emissões da barca = 2,68 x 0,028 = 0,075 kgCO2e/pax.km = 75,04 gCO2e/pax.km
Considerando uma média de 1.500 passageiros e sabendo que o barco realiza 36 viagens
de 5 km cada dia (18 viagens Rio-Niterói-Rio), se estima que a emissão atual diária é a
seguinte:
Emissões da barca diária = (75,04 x 5 x 36 x 1500) / 10^6= 20,3 tCO2e
Se pode observar que, se o navio renovável fora implementado, uma quantidade
significativa de CO2 seria salva.
Além da emissão dos gases de efeito estufa, também são emitidos gases com enxofre. O
corpo humano necessita de 700 mg de enxofre por dia, e sua presença é essencial para a
construção de proteínas e vitaminas do coagulo sanguíneo. As queimas de combustíveis
fosseis, leva à liberação de dióxido de enxofre (SO2) na atmosfera, ocasionando vários
danos a saúde, como: doenças crônicas do pulmão, doenças respiratórias, bronquites e
câncer de pulmão. A poluição pelo dióxido de enxofre pode levar ate a morte,
dependendo do tempo de exposição [27].
Sabendo que o diesel marítimo comum ou S-1000, tem 1000 ppm (1 grama em 1000
mililitros):
Emissões da barca de enxofre= 1 x 0,028 = 0,028 gS/pax.km
Emissões da barca diária de enxofre = (0,028 x 5 x 36 x 1500) / 10^6= 7,6 kgS
Pode-se observar que o nível permitido de 700 mg de enxofre do ser humano é
superado, sendo um risco para sua saúde.
5.2.Considerações ambientais
Os fatores de impacto que afetam o meio ambiente são classificados em dois tipos:
diretos e indiretos. Os primeiros são aqueles que causam uma mudança no ambiente
diretamente e os segundos são aqueles que são causados pela fabricação dos elementos
e seu fim de vida.
59
5.2.1. Fatores diretos
a. Gerador de emergência
Em raras ocasiões em que o barco pode ficar sem energia, será utilizado um gerador
diesel que emitirá gases como CO2 e NOx além das emissões acústicas.
b. Motor elétrico
Embora comparado com os motores de combustão o nível sonoro é muito menor,
sempre se produz algum tipo de perturbação acústica, talvez não perceptível pelo ser
humano, mas sim pela fauna que habita na baía.
c. Navegação do barco.
Por menor que seja o impacto, é um elemento artificial que pode quebrar a atividade
natural de certas espécies.
5.2.2. Fatores indiretos
a. Baterias
No presente projeto, as baterias de lítio foram escolhidas devido às suas especificações
técnicas e ao menor risco ambiental. Estes são muito menores do que as baterias de
níquel/cádmio já que não contem em sua composição metais pesados altamente tóxicos
como como mercúrio, cádmio ou chumbo.
Além disso, as baterias de lítio são recicláveis, podendo recuperar metais como cobalto,
alumínio e cobre de baterias vazias. Embora esse processo ainda não seja lucrativo, isso
depende principalmente de regulamentações sobre o tema para se tornar
economicamente viável [26].
b. Painéis solares
Embora os painéis fotovoltaicos policristalinos em seu processo de produção
aproveitem com mais eficiência a quantidade de silício do que outras tecnologias, há
sempre certos restos descartados. Além disso, é necessário considerar o consumo de
energia associado ao processo de fabricação, bem como o processo de obtenção da
matéria-prima para a realização dos painéis.
60
c. Outros elementos
Para a aquisição de uma grande parte dos elementos, foi necessário importar de regiões
remotas, para algumas delas de outro continente. Por isso, também é devido às emissões
associadas a este transporte.
61
CONCLUSÕES
Através deste trabalho, se conseguiu mostrar um sistema de propulsão elétrica equipado
com painéis solares e um grupo de baterias capaz de fornecer a energia necessária para
realizar o trajeto do catamarã US2000 da baía da Guanabara do Rio de Janeiro até
Niterói. Assim, pode-se concluir que os objetivos gerais inicialmente estabelecidos na
realização do projeto foram atendidos.
Os objetivos específicos programados também foram atendidos:
a. Se realizou uma avaliação e uma análise da história e da situação inicial dos barcos
solares. A pesar de que no fim do século XX já havia suficiente conhecimento da
tecnologia para o total desenvolvimento dos barcos solares e surgiram alguns
protótipos, não ganharam espaço de mercado devido a viabilidade econômica e
autonomia e perderam a competição na frente das embarcações com motor de
combustão. Hoje em dia existem muitos modelos de barcos movidos a eletricidade,
mas quando visualizamos o mercado de barcos elétricos, identificamos que não é
fácil encontrar modelos elétricos que incorporem painéis solares para fornecer
energia às baterias de propulsão.
b. Graças ao estudo dos componentes do sistema de propulsão elétrica se determinou
que as baterias de íons de lítio, os paneis monocristalinos e policristalinos e os
o ores elé ri os de indu o e os de i permanente CA ou CC se apresentaram
como soluções mais eficientes e possíveis para embarcações solares.
c. Se determinou o sistema de propulsão eléctrica. A partir dos dados fornecidos pelo
CCR do catamarã US2000, se conclui que 448 painéis fotovoltaicos podem ser
instalados na coberta e distribuídos em 14 filas e 32 colunas. Através deste sistema
fotovoltaico não se pode garantir autonomia para realizar o viagem. O sistema solar
fornece apenas 2% da energia necessária e um sistema de baterias é necessário para
abastecer a energia restante. Para oferecer uma autonomia de 3h do barco solar,
serão necessárias 175 baterias. Serão feitos 4 paradas durante o dia de 30 minutos
para recarregar as baterias.
d. A poupança de emissões produzidas foram estudadas assim como o impacto
ambiental do barco solar mesmo. Se mostrou uma poupança significativas de
emissões com a implementação do barco solar.
62
63
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