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 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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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.

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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

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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

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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

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Figura 29 - Radiação solar média no local do projeto [21]. _____________________ 52

Figura 32 - Especiações técnicas dos supercharhers da empresa FlashCharge Batteries

[23]. _______________________________________________________________ 56

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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:

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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.

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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

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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.

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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].

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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].

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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

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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].

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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].

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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.

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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].

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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

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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.

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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.

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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].

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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]:

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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.

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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.

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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.

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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].

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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].

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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].

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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].

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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.

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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.

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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

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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.

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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].

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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.

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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].

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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

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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.

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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.

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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].

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Figura 32 - Especiações técnicas dos supercharhers da empresa FlashCharge Batteries [23].

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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