Usina Solar Pedagógica
Projeto Usina Solar Pedagógica
Por Walder Antonio Teixeira
Introdução
O que é um uma Usina Solar?
Uma Usina Solar é uma usina de produção de energia elétrica que usa o Sol como fonte. Existem vários tipos de usinas solares (em inglês: Solar Power Plants):
Temos Usinas Solares que usam semicondutores que transformam a energia solar diretamente em eletricidade. Este tipo de tecnologia chama-se tecnologia fotovoltaica (Photovoltaic) ou simplesmente “PV”. Outro tipo de tecnologia de Usina Solar é a Usina Solar Térmica. Este tipo de tecnologia se divide em vários segmentos:
- Concentradores parabólicos.
- Torre Solar de aquecimento de fluídos.
- Torre Solar de aquecimento de ar.
Os concentradores parabólicos refletem a luz do sol para um ponto focal ou uma linha focal onde um fluido é aquecido. O fluido aquece água até a temperatura de ebulição, e o vapor gerado movimenta uma turbina. Esta turbina por sua vez, movimenta um gerador que produz eletricidade.
A Torre Solar de aquecimento de fluídos usa o mesmo método, com a diferença de usar múltiplos espelhos planos que orientam a luz do sol para uma torre. Esta torre aquece um fluído que por sua vez aquece aquece água gerando vapor que movimenta uma turbina que movimenta um gerador que produz eletricidade.
Este tipo de tecnologia, “as Torres Solares” evoluíram tanto, que já existem algumas que continuam funcionando até à noite.
Essas torres usam depósitos de sal fundido à altíssimas temperaturas. Esse depósito continua aquecendo serpentinas de água durante toda a noite produzindo vapor e conseqüentemente, eletricidade.
A tecnologia que usaremos em nosso projeto é a de PV, ou seja, tecnologia fotovoltaica. O sistema que construiremos no nosso projeto não é uma usina, mas um sistema de geração de energia com painel fotovoltaico que é semelhante aos sistemas que são usados em residências, edifícios e empresas. Esses sistemas podem ser ligados à rede de energia e fornecer energia à rede quando sua produção é maior que o consumo. Para o sistema ser ligado à rede, é necessário que o usuário pague pela instalação de outro relógio ou medidor que irá medir a sua produção de energia, e também o seu sistema deverá passar por uma inspeção para que a empresa de energia possa aprovar. Por fornecer energia à rede, o usuário poderá obter desconto em sua conta de energia.
A situação descrita acima, ou seja, com o usuário passando de consumidor para consumidor/produtor de energia, é algo novo e está descrita em uma Resolução Normativa da ANEEL.
A Resolução Normativa Nº 482 de 17 de abril de 2012, descreve as normas para as empresas e residências que quiserem produzir sua própria energia renovável e disponibilizá-la para a rede local e nacional de energia. Esta resolução serve tanto para placas solares como para geradores eólicos e mini-hidrelétricas.
Existe, portanto, a possibilidade da escola aumentar as placas e integrar-se à rede de energia elétrica da sua cidade. Assim, a escola pode, além de fazer um projeto pedagógico, fazer também um investimento que irá trazer retorno diminuindo a sua conta de luz. Depois de alguns anos, o investimento se paga.
Justificativa
A justificativa principal para implantar esse nosso projeto em uma escola, é mostrar ao aluno do terceiro ano do ensino médio, que está estudando eletricidade na disciplina de física, como funciona uma usina solar. Assim, abrimos uma discussão sobre a produção de eletricidade, e também sobre sustentabilidade pois a energia solar é uma energia renovável. A sustentabilidade tem caráter multidisciplinar e a física, uma disciplina tão isolada, insere-se com este projeto neste contexto multidisciplinar gerando discussões sobre matriz energética, poluição, efeito estufa, economia verde, etc.
É preciso lembrar que a sustentabilidade será o tema politico e econômico principal do século XXI, pois desse tema dependerá a nossa existência.
Objetivos
O principal objetivo ou objetivo geral deste projeto é propiciar ao aluno um contato com a área experimental no mundo da energia clareando o seu entendimento, tando com relação a eletricidade, como com a produção de energia renovável.
Os objetivos específicos são:
- Discutir sobre energias renováveis e seu papel para sustentabilidade nos três aspectos:
1.Sustentabilidade econômica.
2.Sustentabilidade social.
3.Sustentabilidade ambiental ou ecológica.
- Na disciplina “Física”, discutir e conceituar o funcionamento de uma célula fotovoltaica e o efeito fotoelétrico.
- Discutir e conceituar as tecnologias solares térmicas e o efeito estufa (Ecologia e Biologia).
- Com os materiais: Manipular, medir e calcular as potências, correntes e tensões dos componentes da nosso sistema de energia solar chamado de “Usina Solar Pedagógica”.
Duração das Atividades
Como as atividades incluem-se em um projeto de escola integral, elas serão realizadas no contra turno e não irão atrapalhar o andamento das aulas. Como só há um kit do material a ser usado, os alunos formarão grupos de no máximo cinco. Cada turma irá precisar de vários dias para que cada grupo faça o experimento. Depois do experimento, haverá encontros com todos os alunos para juntar os dados e fazer os gráficos, além de estudos teóricos sobre outras formas de energia solar, outras energias renováveis e a análise das contas de luz do colégio e dos alunos.
Tudo pode ser feito em um mês, totalizando umas 40 horas a 60 horas entre encontros teóricos dados pelos professores, trabalho em grupo e experimento.
Metodologia
Usamos o método da experimentação e manipulação com os objetos de estudo, aulas expositivas dadas por palestrantes ou professores e o trabalho em grupo.
Na nossa visão, é importante trazer para o ambiente escolar as relações econômicas, sociais e culturais em que o aluno vive. Então, baseado em algumas premissas de Paulo Freire, como a conscientização do aluno perante o meio social e político onde ele vive, a visão crítica e a idéia de que o saber está sempre em construção, tentamos, mostrar ao aluno a problemática do modelo energético e da matriz energética mundial e brasileira, e a participação e importância que ele, o aluno, poderá e pode ter neste processo.
O estudo da conta de luz da sua casa, a descoberta de que existe uma agência reguladora (ANEEL) para a qual ele pode, enquanto consumidor e cidadão, levar suas denúncias e reclamações em caso de abuso das empresas de energia, transforma esse nosso aluno de agente passivo a um agente ativo e questionador, ou seja, um verdadeiro cidadão.
Material Didático
O kit básico, além do projetor para dar uma palestra sobre energia solar, compõe-se de uma placa fotovoltaica, um inversor e alguns aparelhos de consumo para testes como um pequeno aparelho de som ou uma mini TV. Um multímetro se faz necessário para fazer as medições do sistema quando estiver em operação.
- Placa fotovoltaica de 30 a 50 W de potência e saída em torno de 12 Vcc.
- Inversor de 100 W ou mais, entrada de 12 Vcc e saída 127 Vca ou 220 Vca, 60 Hz.
- Multímetro analógico com testes para corrente, tensão e resistência.
- Papel milimetrado.
A placa fotovoltaica é conhecida como PV (do inglês Photovoltaic), ou tecnologia PV.
É preciso lembrar que a soma das potências, dos aparelhos que serão ligados ao mesmo tempo ao sistema, não ultrapasse a potência da placa. Por segurança, para ter certeza de funcionar, é melhor que os aparelhos de carga não ultrapassem a metade do valor de potência da placa, pois pode haver pouca luminosidade no dia, ou algum outro problema.
Sistema simples com placas e inversor
O inversor de freqüência é um aparelho que transforma corrente contínua em corrente alternada na freqüência de 60 Hz, igual a corrente que temos em nossa rede pública de eletricidade. A entrada do inversor é por volta 12 Volts de corrente contínua e a saída pode ser de 120 ou 220 Volts de corrente alternada na freqüência de 60 Hz.
Em um sistema mais aprimorado podemos usar um controlador de carga e uma bateria para que o sistema continue funcionando à noite. O controlador de carga abastece a bateria e fornece a tensão adequada à entrada do inversor.
Sistema com controlador de carga e bateria
Procedimento
Antes de tudo é preciso discutir com a comunidade escolar a possibilidade de execução do projeto devido as suas características multidisciplinares. Todos devem participar da discussão, seja a direção da escola, os professores e os alunos.
As atividades começam com o professor e os alunos analisando os dados de suas contas de eletricidade. Aí entram os conceitos de medição, consumo, Quilowatt/hora (Kw/h), etc.
Em seguida, deve ser dada uma palestra introdutória sobre energia solar, através da qual os alunos e professores terão contato com os vários tipos de aproveitamento da energia solar, como: Painéis fotovoltaicos, captadores térmicos para aquecimento de água ou de ambiente, fornos solares, concentradores solares parabólicos, concentradores tipo torre, etc.
Paralelamente as atividades citadas anteriormente, os professores de biologia e química podem expor em suas aulas informações sobre efeito estufa, concentração de CO2 na atmosfera, metano, poluição do ar e aquecimento global.
Finalmente, o professor de Física, ou tutor de tecnologia, deve dividir os alunos em grupos de trabalho para que eles possam utilizar o equipamento em horários diferentes.
Os alunos fazem, com o multímetro, as medições de corrente e tensão enquanto o sistema está funcionando. Este procedimento deve ser repetido várias vezes ao dia em horários diferentes.
Com as medidas das tensões fornecidas, os alunos devem fazer as contas relativas a potência consumida, com o monitoramento do professor de Física. Eles montam seus gráficos em papel milimetrado e depois passam os gráficos para o Calc ou Excel com o auxilio do professor de informática.
No final do processo os alunos e o professor ou professores deverão discutir os resultados em sala de aula.
Levantamento de Dados e Resultados
Um questionário pode ser feito para saber o que cada um aprendeu neste projeto seja professor ou aluno. Neste questionário, deve ter além de questões objetivas, questões subjetivas, também, e que informem se houve realmente uma maior aproximação entre professor e aluno, professor e professor, e aluno e aluno.
Com os resultados pode-se publicar o questionário, gráficos, fotos e vídeos de todas as etapas do trabalho, colocar a experiência em murais ou no blog do colégio ou da turma.
Uma Pequena Discussão
É difícil dizer até onde o projeto irá nos levar, mas com certeza todos teremos muita a aprender não só sobre eletricidade ou energia solar, ou sustentabilidade, mas também uns com os outros. Introduzir uma conta de luz na projeto, traz o mundo do aluno para a sala de aula e inclui um aprendizado de cidadania na disciplina de Física, e porque não em Biologia e Matemática. Assim, entramos no caminhos da multidisciplinaridade.
