REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ch10202410211135
Georg Matheus De Souza Costa;
Orientador: Prof. Esp. Roger Santos Koga
RESUMO
Este artigo descreve o desenvolvimento de um carregador portátil para celulares e vários outros dispositivos que funcionam através de baterias.
Será desenvolvido o protótipo de uma placa solar elétrica para sua validação e garantir a eficácia do protótipo, são realizadas pesquisas científicas sobre o uso da energia solar e seus efeitos no Brasil, qual modelo de placa usar e o circuito elétrico ideal para atender à proposta e requisitos do projetar os exames são realizados em simuladores, placas de ensaio e indicadores.
O protótipo é testado e montado de forma semi-profissional em uma placa de
fenolite, juntamente com uma caixa projetada a partir de sua própria mão impressa em uma impressora 3D.
Palavra-chave: Carregamento portátil, Acionamento de corrente contínua, geração de energia solar, energia solar renovável.
ABSTRACT
This article describes the development of a portable charger for cell phones and various other devices that runs on batteries.
In order to validate the prototype and guarantee its effectiveness, scientific research is carried out into the use of solar energy and its effects in Brazil, which model of board to use and the ideal electrical circuit to meet the proposal and requirements of the project. The tests are carried out on simulators, test boards and indicators.
The prototype is tested and assembled semi-professionally on a phenolite board, together with a box phenolite board, together with a box designed by his own hand printed on a 3D printer.
Keyword: Portable charging, DC drive, solar power generation, renewable solar energy.
1. Introdução
Devido às condições climáticas e ambientais recentes têm se tornado cada vez mais importante o desenvolvimento de projetos utilizando energias renováveis o que direciona a ideia apresentada neste artigo será analisada duas questões: A) o crescimento para busca de soluções para contribuição e para preservar o meio ambiente e B) a busca de novas tecnologias em que as energias renováveis possam ser utilizadas.
O Brasil é localizado geograficamente em uma posição bem favorável para a geração de energia solar. O clima é muito propício para receber a incidência solar captada pelos paineis solares e transformada em energia elétrica pelo sistema fotovoltaico no nordeste do país temos uma incidência no norte de 5.5 kwh/m² e no nordeste 5.9 kwh/m², as maiores média do brasil e mesmo no sul do país tendo em vista a insolação, conseguimos equiparar a vários países da Europa como Alemanha. (Gabriel carioca · 2018- energia solar e sua alta viabilidade no nordeste)
Os paradigmas ecológicos simbolizam as variadas visões que orientam as discussões sobre a sustentabilidade ambiental na produção de energia solar no Brasil. A estratégia escolhida será determinada pela maneira como a sociedade e os responsáveis por decisões balanceiam a procura por fontes de energia limpas e renováveis, ao mesmo tempo que protegem o meio ambiente e minimizam os efeitos sociais. Os maiores obstáculos para o uso de tecnologias fotovoltaicas emergentes incluem o preço, a eficácia, a disponibilidade de materiais, o efeito no meio ambiente e a integração à rede elétrica. Os estudos e progressos nessa área estão progredindo de forma acelerada, e é provável que esses obstáculos sejam vencidos nos anos futuros. Alguns esforços estão sendo feitos para enfrentar esses obstáculos, como a diminuição dos gastos de produção, o aprimoramento da eficiência na conversão de energia, o avanço de novos materiais, a diminuição do impacto no meio ambiente e o avanço de tecnologias de armazenamento de energia.(PCN Cardoso · 2024- Paradigmas da sustentabilidade ambiental na geração de energia fotovoltaica)
O número de lares que tinham acesso à internet aumentou de 69,3% para 74,9% de 2016 para 2017, o que corresponde a um aumento de 5,6 pontos percentuais. Durante esse intervalo, a porcentagem de lares com telefone fixo diminuiu de 33,6% para 31,5%, ao passo que a presença do telefone móvel cresceu, aumentando de 92,6% para 93,2%. Esses são alguns dados da PNAD Contínua TIC 2017, um estudo domiciliar realizado pelo IBGE que examina o acesso à internet e à televisão, bem como a posse de um telefone celular para uso pessoal. O número de indivíduos com 10 anos ou mais que tiveram acesso à Internet por meio de dispositivos móveis cresceu de 94,6% em 2016 para 97,0% em 2017, enquanto a proporção que utilizou a televisão para esse propósito passou de 11,3% em 2016 para 16,3% em 2017.(Estatística IBGE 2018).
Nessas considerações, o projeto apresentado neste artigo é o desenvolvimento de um carregador a energia fotovoltaica portátil, em forma de protótipo, de baixo custo que promova incentivo na utilização de energias renováveis para alternativa da energia elétrica, se conscientizando com o meio ambiente e com a diminuição do consumo de energia elétrica. O objetivo foi utilizar mini placas solares para o carregamento de aparelhos eletrônicos com necessidade de baixa potência, desse modo, sendo assim realizado uma pesquisa de satisfação na finalização do protótipo. Ressaltando que o aparelho desenvolvido, denominado de ELETRIC FEEDER, torna-se altamente ecológico e sustentável, pois utiliza a radiação solar para convertê-la.
Materiais e Métodos
A presente pesquisa foi do tipo estudo de caso, experimental e qualitativa e seguiu o procedimento apresentado na Figura 1. Dentre os materiais utilizados para o desenvolvimento do presente trabalho destaca-se: painel solar-potencia: 3,5w-tensão: 9v-corrente: 0,38a,Caixa de armazenamento de impressão 3D, cabo usb com adaptadores, entre outros.
Figura 1:Etapas de desenvolvimento da pesquisa
1.1 Confecção Do Protótipo
Existem vários tipos de módulos de placas disponíveis no mercado. solares, com uma variedade de atributos como, por exemplo: tensão, corrente, potência, custo, eficiência energia, tipo de matéria-prima usada na fabricação, o modelo o tipo mais frequentemente usado e o mais adequado para cada região em que se pretende usar. Além das células solares policristalinas, as células solares monocristalinas são feitas de silício cristalino.
O protótipo emprega-se em uma minicélula solar fotovoltaica de 23×14 milímetros, produzida por silício policristalino com características de 9 V e 3,5w. A minicélula fotovoltaica usada este mostrada na Figura 2, onde se observam as minicélulas fotovoltaicas utilizadas do projeto. Para maximizar a eficiência, é ideal que a carga tenha 1A de corrente e 9V de tensão. Assim, a minicélula conectada a circuito permanece fornecendo a mesma tensão.
Figura 2: Minicélulas fotovoltaicas. Fonte: o autor.
Células solares são dispositivos capazes de transformar a energia luminosa em energia elétrica. Uma célula solar pode funcionar como geradora de energia elétrica a partir da luz ou como um sensor capaz de medir a intensidade luminosa. Antes da atual procura por novas tecnologias de geração de energia, as células solares, por possuírem uma tecnologia capaz de gerar energia renovável e limpa, já haviam mostrado seu potencial neste campo, podendo o seu desenvolvimento ser dividido em três períodos:
Primeiro período: até o início dos anos 1950, as células eram utilizadas somente como sensores de radiação luminosa;
Segundo período: os sistemas fotovoltaicos passam a ser a fonte principal de energia das naves espaciais;
Terceiro período: a partir dos anos 1970, as células solares para aplicação terrestres superam a produção para uso espacial.
( Projeto de um carregador de celular utilizando celulas fotovoltaicas,TAVEIRA,RIBEIRO)
Além disso, é necessário o uso de um circuito. integrado que conecta a energia fornecidas
pela placa solar e pela bateria. Assim, a placa é usada, que tem uma tensão de operação compatível com o projeto do circuito (9V), e tem capacidade de 5A de corrente (o que seria ideal para o projeto). O Placa também tem um sistema de proteção contra uma possível sobrecarga, diodos emissores de luz (LEDs) que mostram quando a corrente passa e dimensões
consistente com a proposta do projeto (23 x 14 ). A placa solar é integrado e tem uma saída.Na qual é usado para carregar a bateria.
Para que a tensão elétrica utilizada no circuito eletrônico do protótipo seja elevada e alto armazenamento de energia adicionamos uma bateria GD- 640 (6V4.5Ah) de 27Wh com duração de até 30hrs, além da saída USB, Adicionamos também uma saída de corrente de 6V com 4 conectores P4 fêmeas para luminárias de led.
Com o intuito de validar as saídas de correntes do protótipo o adicionamento de um medidor de carga para poder ser descrito para o usuário foi adicionado uma lógica para medição de tensão neste cenário, três LEDs verdes sinalizam o nível de carga da bateria e serão mostrados ao utilizador na Tabela 1 mostra os resultados da pesquisa realizada.
Distribuição de tensão nos diodos emissores de luz, sinalizando o nível de voltagem da bateria.
Tabela 1: Distribuição de tensão nos LEDs
| Porcentagem (%) | Tensão (V) |
| 100 | 7 – 7.20 |
| 75 | 6.5 – 6.9 |
| 50 | 3.60 – 5.5 |
| 25 | 3 – 3.40 |
| 0 | Menor que 3 |
O Fluxograma do protótipo é composto por uma célula fotovoltaica trabalhando para gerar a tensão, sendo ligadas a placa eletrônica responsável pela regulação dessa tensão na qual já faz o trabalho de distribuição de carga para as demais funções do protótipo ligada diretamente a uma chave liga/desliga. No qual irá liberar a corrente para os periféricos como a saída de corrente via USB e para a extensão de saída P4 de corrente contínua para a iluminação. A placa eletrônica já fará a medição e a sinalização do indicador de Bateria, assim que a chave for ligada, na Figura 5 observa-se o diagrama esquemático do protótipo. No contexto geral podemos observar a facilidade e a praticidade para obtenção do protótipo, para o nosso futuro poderíamos inferir em disponibilizar essas pequenas usinas de geração de energia elétrica em indústrias, escolas, igrejas e transporte público, nas figuras 3 e 4 mostra o projetado e o resultado da montagem do protótipo.
Figura 3: Protótipo do carregador . Fonte: o autor
Figura 4: Protótipo do carregador . Fonte: o autor
Figura 5: Fluxograma do protótipo. Fonte: o autor
1.2 Levantamento De Custo De Confecção
Atualmente, sabemos que a energia necessária para recarregar completamente um telefone celular é de 15 Wh ou 0,015 kWh (dividido por um fator de mil para utilizar o prefixo k). Portanto, anualmente, consumimos aproximadamente 365 vezes esse valor, totalizando 5,457 kWh por ano. Considerando o valor do kWh em R$ 0,50, o gasto é de cerca de R$ 2,75.
É claro que outros aspectos devem ser levados em conta, e o mais crucial é a eficácia do carregador de celular, que nunca atingirá 100%. Ademais, ao longo do tempo, após várias recargas, a bateria do telefone móvel pode perder um pouco de sua capacidade de armazenamento, levando a possíveis variações nesse valor.
A energia necessária para recarregar um único telefone celular por um ano não impacta significativamente o consumo de eletricidade em uma residência. No cenário nacional, considerando uma média de 1 telefone celular por pessoa, esse consumo ultrapassa a marca de 1 bilhão de kWh. Esse montante é insignificante quando comparado à maior parte do consumo total (residencial, comercial e industrial), que se aproxima de 380 bilhões de kWh.¹
Existem outras formas de realizar esse mesmo cálculo, como por exemplo, usando a energia potencial elétrica contida nas baterias, o que leva a cálculos ainda mais simples.(HELERBROCK, Rafael)
Sendo assim o gasto único se torna muito eficaz se olharmos a tabela 2 de gastos com os materiais utilizados.
Tabela 2: Custo de Confecção
| Descrição | Valor (R$) |
| Placa integrada | R$ 25,00 |
| Bateria | R$ 50,00 |
| Placa filha (P4 Femea) | R$ 8,00 |
| Painel solar | R$ 30,00 |
| Conexão USB | R$ 40,00 |
| Luminarias de Led (3 Und) | R$ 15,00 |
| Case para armazenamento | R$ 150,00 |
| Total | R$ 268,00 |
2. Análise De Resultados
O calor intenso não apenas impulsiona o consumo de energia elétrica, mas também desperta o interesse dos consumidores por soluções que reduzam suas contas de luz. Isso tem levado ao crescimento das vendas no mercado de energia solar, principalmente nos setores residencial e comercial. No segundo trimestre de 2023, os consumos nesses setores aumentaram 6,6% e 4,2%, respectivamente, de acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (EPE).
Além disso, as altas temperaturas têm um efeito positivo na produção de energia elétrica a partir de fontes fotovoltaicas, pois a maior irradiação solar aumenta a eficiência dos sistemas. No entanto, é importante destacar que temperaturas extremamente elevadas podem comprometer a eficiência dos módulos fotovoltaicos devido ao superaquecimento.(HCC, Energia solar, Clima Quente e Energia Solar: Como as Temperaturas Afetam o Setor Fotovoltaico,2023)
Obtivemos Resultado positivo na primeira análise da figura 6 , onde temos a medição do tempo de carregamento da Bateria, na qual pelo carregamento fotovoltaico tivemos duração de 7 horas para o carregamento completo.
Figura 6: Geração de energia – Carregamento. Fonte: os autores
O protótipo tem como objetivo realizar carregamentos de celulares e alimentação de iluminação de LED, com esse objetivo também buscamos resultados em vários aparelhos e o tempo de duração da lâmpada de LED no qual obtivemos resultados positivos, Adicionalmente, o carregador pelas medições realizadas pode carregar um smartphone 1% a cada 1 minuto, sendo assim levando uma média de 100 minutos para carregar um aparelho telefônico 100% e a lâmpada de led pode ficar ligada até 30 horas.
2.1 Análise De Satisfação
Durante a elaboração de nosso protótipo fizemos uma pesquisa de satisfação com 20 pessoas para, como você define o ELETRIC FEEDER? sendo Otimo (40%) , Bom (25%), Regular (20%) e Ruim (15%) , conforme ilustrada na figura 7.
Figura 7: Como você define o ELETRIC FEEDER?. Fonte: os autores.
Outra pergunta é direcionada se as pessoas usariam o protótipo no seu dia a dia. 15 das pessoas disseram que usariam diariamente, 4 pessoas disseram que usariam as vezes, e 1 pessoa disse que não usaria e nenhuma pessoa disse que não usaria, conforme gráfico da Figura 8.
Figura 8: Como você define o ELETRIC FEEDER?. Fonte: os autores
3. Conclusão
Os testes realizados mostram a eficácia e a capacidade do protótipo para carregamento e armazenamento pela energia solar, sendo o mesmo eficaz para os interiores do Amazonas, colégios. Com os componentes corretos inseridos no protótipo para termos uma boa carga para armazenamento de energia e uma qualidade de energia para saída de corrente contínua.
Em suma, este artigo apresenta o desenvolvimento e a implementação bem-sucedidos de um sistema de carga elétrica, unificados com uma célula fotovoltaica , bateria de capacidade duradoura e uma placa electrónica com seus determinados periféricos para saída de corrente contínua.
O sistema desenvolvido demonstrou pouca oscilação no resultado de geração de energia, mantendo sempre o painel fotovoltaico limpo e longe de sombras, e com a facilidade de deslocamento por ser um protótipo de facilidade para locomoção pelo seu tamanho reduzido, projetado especificamente para locomoção.
Este artigo em si é uma proposta para o nosso futuro na qual devemos recorrer a energias limpas, mesmo com o grande aquecimento global que tem tomado conta de nosso mundo por questões de desmatamento e o desmerecimento do cuidado com o meio ambiente, nos como o futuro da engenharia devemos buscar métodos para que venhamos conseguir mudar o nosso cenário atual, com o avanço da energia solar conseguimos minimizar desmatamento e poluição ao meio ambiente.
Em conclusão ou em análise final, este trabalho contribui para o avanço do campo da energia solar, fornecendo uma solução prática e acessível para uma energia renovável. Esperamos que este estudo inspire futuras pesquisas e aplicações práticas no desenvolvimento de novos protótipos de geração de energia solar, assim como usinas para area industrial e residencial.
REFERÊNCIAS
https://lumusengenharia.com.br/ blog/energia-solar-e-sua-alta-viabilidade-no-nordeste/
https://www.ebc.com.br/ especiais/energias-renovaveis
https://agenciadenoticias.ibge.gov.br /agencia-sala-de-imprensa/2013-agencia-de-noticias/releases/23445-pnad-continua-tic-2017-internet-chega-a-tres-em-cada-quatro-domicilios-do-pais
https://repositorio.uniceub.br /jspui/handle/123456789/3282
https://brasilescola.uol.com .br/fisica/quanto-custa-para-recarregar-bateria-seu-celular.htm
https://hccenergiasolar.com.br /como-as-temperaturas-afetam-o-setor-fotovoltaico
https://Paradigmas da sustentabilidade ambiental na geração de energia fotovoltaica-DOI 10.55905/rdelosv17.n52-002-DELOS: Desarrollo Local Sostenible, Curitiba, v.17, n.52, p. 01-23