ENERGIA SOLAR - USOS E APLICAÇÕES. INTRODUÇÃO AOS FOGÕES SOLARES

O sol é uma fonte inesgotável de energia térmica. O homem vem aproveitando esta forma de energia ecológica basicamente de tres principais formas: aquecimento de água (coletores solares), geração direta de energia elétrica (painéis fotovoltaicos - corrente contínua para armazenamento em baterias) e fogão solar .

Este site pretende abordar principalmente o aproveitamento da energia solar para a cocção (cozimento) de alimentos - o fogão solar! Também iremos abordar energias alternativas.

Aquecimento de água para consumo - coletores solares

Os coletores solares para aquecimento de água permitem sensivel economia na conta de luz, pois é possivel dispensar o uso de chuveiro elétrico. Os painéis fotovoltaicos para geração de energia elétrica tem custo bastante elevado, mas este custo tem baixado ano após ano, e no futuro podem ter preço e tecnologia mais apropriada. Veja no mapa abaixo a distribuição de energia solar no mundo e particularmente, no Brasil, pais tropical:

COLETORES SOLARES PLANOS

Uso do chuveiro elétrico no Brasil

Segundo várias fontes, o chuveiro elétrico fica ligado em média cerca de 30 minutos por dia, atendendo a uma família média de 3,8 pessoas. A potência média do chuveiro é de 4.5 KW. Disto decorre que no decorrer de um ano o chuveiro é responsável por um consumo familiar de (365 dias x 4.5 KW x 0,5 horas) = 820 KWh. Pode-se estimar com boa segurança que cerca de 27.000.000 de famílias usam o Chuveiro Elétrico para seu banho. A indústria nacional, ao produzir em massa este equipamento, permitiu que o banho quente chegasse até o brasileiro menos afortunado, fazendo do banho um ato de cidadania, ajudando este brasileiro a sentir-se mais integrado à sociedade da qual ele faz parte.
A isto se soma o conhecido fator de que o banho quente é uma das melhores e mais eficientes formas de reduzir "stress" e emoções do ser humano, permitindo um melhor equilíbrio de nossa população. 
O chuveiro elétrico, tal como ele é hoje, simples, extremamente barato e já bastante seguro, mas é o  vilão do sistema elétrico nacional, O chuveiro elétrico, tal como hoje é aplicado, utiliza, em horário de pico de consumo (18 h às 21 h), algo como 10 % da capacidade de geração elétrica instalada no Brasil. Isto é, o chuveiro representa neste horário uma demanda de energia de cerca de 6.000.000 de KW, obrigando a muitas indústrias a desligarem as máquinas devido ao alto custo da energia elétrica neste período.

Aquecedor Solar de Baixo Custo – ASBC

Em procura na Internet, são citados muitos projetos de aquecedores solares de baixo custo para a população de menor poder aquisitivo. Um dos projetos de maior abrangência em todo o território nacional é o ASBC da empresa SUNPOWER, feito de canos e forro plástico de PVC, com uso de adesivo para vedação. É possível fazer “download” do material pela internet e construir em casa, já que todos os materiais são facilmente encontrados no comércio. A figura abaixo ilustra o ASBC da Sunpower.

Existe também no mercado coletores solares de menor custo feitos de plástico (polietileno de baixa densidade), com custo e eficiência menores. É mais utilizado em aquecimento de piscinas. Normalmente são utilizados vários em série para aumento de eficiência.

Tanto o ASBC da empresa SUNPOWER, como os de polietileno tem um rendimento térmico menor, já que o plástico é um bom isolante. A idéia básica do projeto é aumentar o rendimento mantendo baixos os custos, já que o principal objetivo é ter um produto popular e acessível.

A temperatura no verão pode atingir 70 graus centígrados. A água aquecida por sistema natural de termo-sifão vai para o reservatório térmico localizado em um nível acima dos coletores. A figura abaixo ilustra o esquema de ligação:

Outro exemplo de ASBC funcional com garrafas PET, da Sociedade do Sol -  http://www.sociedadedosol.org.br/novidades/novidades_2006_05.htm 

 

Reservatório Térmico de Baixo custo

Outro importante componente do sistema é o reservatório térmico. Existem no comércio especializado fabricantes destes reservatórios, e o custo é elevado para os padrões da população de baixa renda. É possível fabricar reservatórios domésticos utilizando materiais isolantes acessíveis. Um dos sistemas mais utilizados é o reservatório de estiropor (tipo isopor) de 180 litros, com revestimento interno de filme plástico, que isola a água do isolante. Reservatórios desta capacidade podem abastecer água quente para uma família de quatro pessoas. No site da Sunpower tem detalhes da construção de reservatórios de baixo custo. www.sunpower.com.br

Uma outra solução economicamente viável é a utilização de bombonas plásticas de polietileno de 200 litros com revestimento externo de lâminas de poliuretano de 20 mm, que é melhor isolante que o estiropor. O poliuretano pode ser moldado para revestir a bombona, como duas cascas que recobrem e encaixam-se na bombona. Uma fita fixa o isolamento térmico na bombona.

O Fogão Solar

 Infelizmente o Brasil – país tropical - não aproveita a fonte inesgotável – a energia solar. Em países da Ásia e África, os governos têm incentivado o uso pela população do fogão solar, para diminuir o consumo de lenha e causar menor impacto ambiental. A energia solar é abundante, limpa e ecologicamente correta. Na China estima-se que existem mais de 500.000 fogões solares parabólicos em uso. As figuras abaixo ilustram vários tipos de fogões solares:

Painel Parabólico Caixa

De um modo geral, existem três tipos de fogões solares:

Fogões solares do tipo painel: são os mais simples, fáceis de serem construídos, normalmente são confeccionados com papelão revestidos de superfície de material polido e espelhado, como papel alumínio. Permite a cocção de alimentos, que demora mais tempo em relação ao fogão tradicional. A temperatura chega aos 100 graus centígrados. Podem ser usados para a pasteurização da água, processo de aquecimento a temperaturas superiores a 65 graus centígrados para esterilização dos germes. Importante lembrar que milhares de pessoas morrem anualmente por contaminação de água, principalmente crianças!

 Fogões solares do tipo caixa: tem rendimento melhor, é mais direcional. Tem como diferença o efeito estufa, onde os alimentos ficam em uma caixa no fundo, com tampa de vidro, recebendo a radiação solar de abas direcionadoras. Podem ser utilizados como forno para assar. A temperatura ultrapassa os 100 graus centígrados.

Fogões solares do tipo parabólico: é o sistema de melhor rendimento, funciona com direcionamento acompanhando o movimento do sol. O concentrador parabólico direciona os raios solares para o ponto focal, onde é colocado a panela. A temperatura no foco pode chegar a 350 graus centígrados, atuando como um fogão convencional em termos de tempo de cozimento. Necessita de redirecionamento a cada 10 minutos, que pode ser manual ou com “tracking” eletrônico, com sensor e motor posicionador, que é mais caro. A figura abaixo ilustra um fogão solar do tipo parabólico:

POPULARIZAÇÃO DO FOGÃO SOLAR

O emprego do fogão solar como uma alternativa energética na cocção dos alimentos e atualmente uma alternativa ecologicamente importante e correta, sabe-se hoje que cerca de dois terços da população mundial ( 3 bilhões de pessoas), dependem diariamente de lenha para satisfação de suas necessidades energéticas direcionadas para a utilização domiciliar ( cocção de alimentos e aquecimento). Isto representa nos dias atuais um desmatamento anual das florestas tropicais da ordem de 25.000 a 30.000 Km2. Esta ocorrência se dá exatamente entre as populações que habitam as regiões tropicais, portanto em áreas propícias ao uso da energia solar onde a incidência solar chega, em alguns casos, a um potencial de 1 Kw/m2.

 VANTAGENS DO USO DO FOGÃO SOLAR

A principal vantagem do uso do fogão solar é a disponibilidade de energia gratuita e abundante, além da ausência de chamas, fumaça, perigo de explosão, incêndios etc. A energia calorífica concentrada na zona focal do fogão é suficiente para fornecer as calorias necessárias à ebulição da água, cozinhar, assar, fritar, aquecer alimentos etc.

O uso sistemático do fogão solar somente trará benefícios para o usuário, principalmente os de baixa renda que habitam as zonas rurais. Por outro lado a sua freqüente utilização representa uma contribuição inestimável a fauna e a flora, hoje tão comprometidas com o desmatamento inconseqüente e predatório na busca de lenha, gravetos e materiais outros destinados a produção de energia térmica.

O emprego da energia solar não apenas na cocção de alimentos mas ainda no aquecimento de água, secagem de produtos agropecuários etc, evidencia uma prática ecologicamente correta que não deve ser negligenciada.

 DESVANTAGENS DO USO DO FOGÃO SOLAR

Diferentemente dos sistemas que operam segundo a conversão térmica da radiação solar, o fogão exige para o seu funcionamento a presença da radiação solar direta, isto é, céu claro e muito pouca nebulosidade, já que trata-se de um sistema que opera segundo a reflexão desta radiação. Nas figuras abaixo vemos que o ideal é sol claro sem nuvens (quatro estrelas), mas também consegue-se cocção com poucas nuvens (tres estrelas). Não é aconselhado cocção  com céu nublado.

No Brasil, as melhores regiões são o nordeste, centro-oeste, sudeste, norte. A região sul tem menor desempenho, mas é possivel utilizar fogão solar.

A utilização do fogão solar nas áreas potencialmente propícias dar-se-á praticamente durante todo o dia sendo o intervalo correspondente entre 9 e 15 horas o que melhor se adequa à sua utilização. No verão o rendimento é maior, e no inverno é possivel cozinhar, mas com menor rendimento.

HISTÓRIA DO USO DE FOGÕES SOLARES

O uso de concentradores solares é muito antigo. O uso de espelhos curvos para concentrar luz solar é reputado aos aztecas, gregos, romanos e chineses, há milhares de anos atrás. Diz-se que o notável Archimedes em 212 A.C usou grandes espelhos concavos convergentes para incendiar as velas da frota romana de navios na invasão da ilha grega de Siracuse.

Roger Bacon, um monge franciscano ingles, em 1278 (idade média), foi considerado herege e preso pelo uso de espelhos parabólicos

Em 1515 o notável Leonardo da Vinci publicava desenhos com concentradores parabólicos

Em 1860, Augustin Mochot, um matemático da Lycee de Tours, França, foi o primeiro a desenvolver fogão solar e seus benefícios. Ele foi a Africa e desenvolveu um fogão solar para as tropas francesas. Naquela época Augustin Mochot preconizava que o carvão como fonte de energia seria finito e poluente, e outros meios de geração de energia deveriam ser utilizados para o bem estar da humanidade!

Estes precursores não conseguiram o uso em larga escala dos fogões solares. A partir de 1950 é que os fogões solares começaram a ser estudados, com apoio das Nações Unidas e muitas organizações não governamentais. Estes estudos apontam que os fogões solares bem construidos cozinham bem e são faceis de serem construidos, a custos acessíveis. Muitos programas foram criados para a difusão desta tecnologia principalmente em paises pobres da Asia e Africa, refugiados de guerras civis, em regiões desertificadas. Um exemplo é a organização Solarcookers International - www.solarcooking.org