Baixe Energia solar fotovoltaica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 1 - 112 MANUAL DE ENERGIA SOLAR FOTO-VOLTAICA ÍNDICE CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO Conceitos de electricidade, electrónica e energias renováveis e recursos solares..................................................................................................................... PAG 3 CAPÍTULO 2 - MÓDULOS OU PAINÉIS SOLARES FOTO-VOLTAICOS............ PAG 19 CAPÍTULO 3 - COMPONENTES DE UMA INSTALAÇÃO FOTO-VOLTAICA ligada à rede ou isolada............................................................... PAG 34 CAPÍTULO 4 - CONEXÃO CABOS E ACESSÓRIOS........................................... PAG 39 CAPÍTULO 5 - RESPOSTA ÀS PERGUNTAS FREQUENTES FAQ.................... PAG 44 CAPITULO 6 - INSTRUÇÕES DE MONTAGEM..................................................... PAG 47 CAPITULO 7 - INSTRUÇÕES DE SEGURANÇA PARA INSTALAÇÃO de painéis Fotovoltaicos........................................................................................ PAG 65 CAPÍTULO 8 - PLANEAMENTO DE UMA INSTALAÇÃO comercial e técnico................................................................................................. PAG 69 CAPÍTULO 9 - PROBLEMAS FREQUENTES........................................................ PAG 83 CAPÍTULO 10 - ESTUDO ECONÓMICO micro-geração fotovoltaica e eólica combinadas.................................................. PAG 85 CAPÍTULO 11 - MICRO-GERAÇÃO ….........................................…......................... PAG 87 CAPÍTULO 12 - LEGISLAÇÃO NACIONAL E COMUNITÁRIA …......................... PAG 92 CAPÍTULO 13 - ANEXOS....................................................... …............................. PAG 93 (As três páginas seguintes são homenagem ao grande cientista e escritor Isaac Azimov por toda sua obra ) Formador: António Subida Referencias Bibliográficas Cartilha de Energia Solar - Kyocera Manual do curso publicado por Panorama Energético (http://www.panoramaenergetico.com). E-TexT Books de Retscreen, do Canadá ( http://www.retscreen.net ), e software para elaborar projectos de fo- tovoltaico. Se quiser este software pode efectuar o descarga. É gratuito. Guias da Energia Solar do Concurso Solar Padre Himalaya . Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 2 - 112 impostos usado para tal fim; e, acima de tudo, da continuidade da estabilidade da ordem social mundial, da ordem económica e do sistema tecnológico. Precisamos de visão e de alguma boa sorte, também…. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 5 - 112 O RECURSO SOLAR O Sol fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5X10 18 KWh de energia radiante. Trata-se de um va- lor correspondente a 10.000 vezes o consumo mundial no mesmo período. Além de ser responsável pela ma- nutenção da vida a radiação solar constitui uma fonte inesgotável de energia podendo ser utilizada por inter- médio de sistemas de captação e conversão em energia eléctrica. Mesmo com os rendimentos relativamente baixos dos sistemas fotovoltaicos comerciais (8 a 20%). Se este recurso tivesse um uso generalizado ou seja se estivesse aproveitado em 0,1% da superfície da terra, ainda seria suficiente para suprir as necessidades energéticas da humanidade actual . APLICAÇÕES DA ENERGIA SOLAR Já existem muitos projectos “Solares” quer governamentais, quer particulares nas áreas de: Telecomunica- ções, Electrificação Rural, Sinalização de Estradas e Bombeamento de Água e actualmente Micro-geração, que utilizam a Energia Solar com bastante sucesso. O principal obstáculo à implementação de centrais deste tipo prende-se com o investimento inicial elevado. No entanto, já é comercialmente viável para pequenas instalações. Os postos de saúde remotos beneficiam com a Energia Solar no que toca a abastecer refrigeradores para a conservação de vacinas, prover ilumina- ção e comunicação. Em regiões isoladas de países desenvolvidos, já são comercializáveis kits (incluem um ou dois módulos Foto- voltaicos, 3 ou 4 lâmpadas, uma bateria e um simples carregador de baterias) para alimentação de habita- ções temporárias, por exemplo uma casa de montanha. O seu uso é particularmente vantajoso em regiões re- motas ou em zonas de difícil acesso. Espera-se contudo que o aumento da produção dos painéis solares, faça descer bastante o investimento desse custo inicial, e que assim o possamos aproveitar o máximo de energia solar possível. As principais aplicações dos sistemas fotovoltaicos são: - Electrificação remota – actualmente uma das principais aplicações da energia fotovoltaica é a possibilida- de de fornecer energia eléctrica a lugares remotos, onde o custo da montagem de linhas eléctricas é superior ao sistema fotovoltaico, ou existe a impossibilidade deste tipo de fornecimento; - Sistemas autónomos – bombagem de água para irrigação, sinalização, alimentação de sistemas de teleco- municações, frigoríficos médicos em locais remotos, etc; - Aplicação de micro-potência – relógios, maquinas de calcular, etc; - Integração em edifícios – a integração de módulos fotovoltaicos na envolvente dos edifícios (paredes e te- lhados) é uma aplicação recente, podendo representar reduções de custos construtivos e energéticos. A energia produzida em excesso pode ser vendida à companhia eléctrica, e quando existem insuficiências, esta pode ser comprada; - Veículos – outra aplicação, ainda em fase de investigação, é a de automóveis de recreio providos de célu- las foto-voltaicas, com suficiente potência para movimentá-los, assim como também embarcações de recreio. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 6 - 112 É vital nos veículos espaciais quer pela disponibilidade energética fornecida pelo Sol quer pelos inconvenien- tes que evita ao não ser necessário transportar combustível para estes veículos. Exemplos de aplicações de energia fotovoltaica Exemplo de uma instalação residencial de micro-geração ligada à rede Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 7 - 112 TELURETO DE CADMIUM (ou CÁDMIO) (CdTe) A fim de competir com o Silício Cristalino e o Silício Amorfo, em nível de produzir potência, surgiu no mercado fotovoltaico o Telureto de Cádmio. Este material é usado há quase uma década nas aplicações em calculado- ras mas, somente agora é que começam a ser comercializados módulos solares de grandes áreas (com uma área de aproximadamente 0.67 m2). Estes módulos, normalmente sob a forma de placas de vidro num tom castanho/azul-escuro, também apresentam um atractivo estético em comparação ao silício cristalino e as em- presas envolvidas com esta tecnologia têm procurado as aplicações arquitectónicas como uma mais valia no mercado. Estas empresas, enquanto desenvolvem os seus produtos, ampliam os seus volumes de produção e reduzem os custos. Assim, como no caso do silício amorfo, os custos de produção do Telureto de Cádmio são atractivamente baixos na produção em grande escala e esta tecnologia tem óptimas hipóteses de desper - tar como um sério competidor no mercado fotovoltaico para gerar potência eléctrica. A baixa abundância dos elementos envolvidos e a sua toxicidade são aspectos que têm de ser levados em conta, principalmente se esta tecnologia atingir quantidades significativas de produção. Com o recorde de eficiência de células individuais de pequenas áreas em laboratório (cerca de 16%), os mó- dulos solares encontrados no mercado internacional apresentam eficiência entre 7 e 9%. DISSELENETO DE COBRE E INDIUM (ou ÍNDIO) (CIS) As células de Disseleneto de Cobre e Índio de pequenas áreas produzidas em laboratório apresentam no mo- mento uma eficiência próxima dos 18%. Módulos de grandes dimensões atingem 11% de eficiência. Os módulos solares de Disseleneto de Cobre e Índio apresentam, como o Silício Amorfo e o Telureto de Cád- mio, uma óptima aparência estética e devem surgir no mercado com grandes superfícies, encontrando aplica- ções arquitectónicas diversas. Assim, como no caso do Telureto de Cádmio, a pouca abundância dos elementos envolvidos e a sua toxicida - de são aspectos que têm de ser considerados se esta tecnologia atingir quantidades significativas de produ- ção. ORGÂNICOS Uma abordagem radicalmente nova são as células solares de materiais electrónicos orgânicos, como por ex- emplo polímeros semicondutores também por vezes denominados por “soft cells”. Engenheiros electricistas da Universidade Princeton (Estados Unidos) criaram uma nova técnica de fabricação de células solares orgâ - nicas que poderão se transformar num meio mais económico de aproveitamento da luz solar. Essas células são geralmente constituídas por um polímero condutor e um material receptor de electrões, como o fulereno (C60). A eficiência desses dispositivos ainda é limitada, principalmente devido à baixa absorção de luz pela camada activa e a baixa mobilidade dos transportadores de cargas. Parte desse problema pode ser minimiza- do através da inserção de um terceiro componente na célula, como corantes orgânicos que apresentem ele- vada absorção de luz na faixa espectral acima de 400 nm. (Pode fazer-se em construção caseira células or - gânicas) CÉLULAS SOLARES PLÁSTICAS Pesquisadores da Universidade de Berkeley (Estados Unidos), descobriram uma forma de construir células solares plásticas a baixo custo. Elas são tão flexíveis que podem ser “pintadas” em qualquer superfície, po- dendo ser utilizadas para fornecer energia para dispositivos electrónicos portáteis. A nova célula solar desen- volvida é de material híbrido, formado por nano bastões (blocos quimicamente puros, de cerca de 100 a 100.000 átomos, ou cerca de 1nm) dispersos num plástico ou polímero orgânico. Os nano bastões são feitos de Seleneto de Cádmio e chegam a medir até 60nm. Uma camada de apenas 200nm de espessura desse material é coberta por eléctrodos, podendo produzir 0,7 volts. Assim, ao contrário das células foto-voltaicas baseadas em Silício, as células plásticas podem ser produzidas sem a necessidade de salas limpas ou câma- ras de vácuo, permitindo desta forma um custo de produção reduzido quando comparado com os processos que envolvem as células de Silício descritas neste trabalho. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 10 - 112 Fotografia de uma célula solar plástica Esquema das Células da BP DESENVOLVIMENTOS DAS TECNOLOGIAS A BP, líder mundial no fabrico de células foto-voltaicas, optou pelo Telureto de Cádmio, que, embora não seja o material mais promissor, é bastante mais fácil de utilizar e tem menos problemas associados. O processo começa com vidro coberto por uma fina película de óxido, em seguida é decomposta por electróli - se a primeira camada de Sulfito de Cádmio, seguida pela segunda camada, de Telureto de Cádmio. A cama- da fina de metal é obtida por deposição de vapores metálicos, feita em fornos de vácuo. Por fim as camadas são cortadas a laser para criar células individuais ligadas em série pelo material condutor. Ligando uma série de células produz-se uma grande voltagem com uma baixa corrente. Uma única célula grande produziria uma grande corrente, mas, com uma tensão muito baixa. A Siemens-Energia optou pelo material mais difícil de transformar, o Disseleneto de Índio e Cobre, desenvol- vido pela Boeing para aplicações espaciais (satélites). Embora seja mais raro, a quantidade de material ne- cessário para uma célula é muito menor, espessuras da ordem dos 0.002mm o que corresponde a 50g de material por metro quadrado de painel contra quase um Kg de Silício necessário para mesma área. Outra das tecnologias em desenvolvimento é a dos revestimentos anti-reflectores. Uma superfície texturada torna o revestimento anti-reflector bastante mais eficaz. Apenas com a aplicação deste revestimento, é possí- vel obter células com rendimentos da ordem dos 12 a 13%. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 11 - 112 Método e Materiais usados no revestimento texturado Outra tecnologia em desenvolvimento acelerado é a célula sem contactos frontais (grelha). Na sua substitui - ção existem zonas do tipo p+ e n+ que actuam como colectores de portadores de carga. A aplicação conjunta desta técnica e do revestimento especial anti-reflexo permitiram à SunPower Corporation o fabrico de células de rendimentos espantosos (20 a 23 %). Estas células foram utilizadas pela Honda no World Solar Challenge, competição de veículos movidos a energia solar. Veículos movidos a energia solar utilizados pela Honda [. A massa dos painéis solares pode ser reduzida utilizando células foto-voltaicas solares de filme fino, feitas de substratos flexíveis. A eficiência pode ser aumentada utilizando novos materiais e concentradores solares que intensificam a luz incidente, aspectos importantes os quais vamos apresentar em seguida, assim como novas tecnologias em produção das células foto-voltaicas. CÉLULAS DE BARREIRA DE SHOTTKY São células cuja junção é induzida quando um contacto de metal é aplicado à superfície do silício dopado. Como resultado das propriedades electrónicas dos dois materiais, os portadores são distribuídos de cada um dos lados da junção de tal maneira que é induzido um campo de base dentro da superfície do silício. Este campo é idêntico ao da junção P-N. A vantagem desta célula é o facto de não necessitar de uma camada colectora dopada à superfície, embora necessite da grelha metálica no topo, já que o metal deposto tem uma resistência demasiado elevada para colectar a corrente das células. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 12 - 112 Corrente [A] Tensão [V] Efeito causado pela temperatura na célula. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 15 - 112 * Pontos de operação para a potência máxima gerada A CÉLULA FOTO-VOLTAICA A geração directa de energia eléctrica a partir da energia radiante fornecida pelo sol faz-se através de um módulo electrónico formado por elementos geradores – as células foto-voltaicas. Os módulos ou painéis fotovoltaicos actuais são formados de células feitas de silício. Cada célula gera corrente contínua com cerca de 0,5 V de tensão. As células comerciais podem ser de três tipos de tecnologia: Células de silício mono-cristalino Correspondem à primeira geração desta tecnologia. Estas células obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício mono-cristalino produzidas em fornos es- peciais. As células são obtidas por corte das barras em forma de pastilhas quadradas finas (0,4-0,5 mm de espessura).São caracterizadas por um rendimen- to energético de conversão elevado (23% em labora- tório e 16-18% disponível nos módulos comerciais). As técnicas de produção são complexas e caras e requerem grande quantidade de energia no seu pro- cesso de fabrico, devido à exigência de se usarem materiais em elevado estado de pureza. (superior a 99,999999 %). São as de preço mais elevado Células de silício poli-cristalino Correspondem à segunda geração desta tecnologia. Estas células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de bocados de silício puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silício arrefece lentamente e solidifica-se. Neste processo, os átomos não se organizam num único cristal. For- ma-se uma estrutura poli-cristalina com superfícies de separação entre os cristais. São caracterizadas por um rendimento energético de conversão médio (18% em laboratório e 11-13% disponível nos módu- los comerciais). As técnicas de produção ainda são complexas e caras mas requerem menos energia no seu processo de fabrico do que as mono-cristalinas. O seu preço é intermédio. Células de silício amorfo ( não cristalino ) Correspondem à terceira geração desta tecnologia. Estas células são obtidas por meio da deposição de camadas muito finas de silício sobre superfícies de vidro ou metal. São caracterizadas por um rendi- mento energético de conversão baixo (13% em labo- ratório e 8-10% disponível nos módulos comerciais). As células de silício amorfo são películas muito fi- nas, permitindo a sua utilização em superfícies flexí- veis e superfícies de materiais cerâmicos aplicados na construção como as telhas e painéis de paredes. São as que têm menor preço. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 16 - 112 Rendimento eléctrico comparado das várias tecnologias do silício Rendimento Típico Máximo registado em aplicações Rendimento máximo registado em labora- tório Mono-cristalina 12-16% 22.7% 24.7% Poli-cristalina 12-14% 15.3% 19.8% Silício amorfo 5-8% 10.5% 12.7% Quadro Resumo Vantagens e Desvantagens da Tecnologia Fotovoltaica A tecnologia solar fotovoltaica apresenta um grande número de vantagens: Alta fiabilidade e durabilidade Não tem peças móveis, o que é muito útil em aplicações em locais isolados e tem uma vida útil superior a 15 anos (típico 20-25 anos) Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 17 - 112 Etapas do processo de fabricação do módulo: a) Ensaio eléctrico e classificação das células b) Interconexão eléctrica das células. c) Montagem do conjunto. Colocação das células soldadas entre camadas de plástico encapsulante e laminas de vidro e plástico. d) Laminação do módulo. O conjunto é processado numa máquina semi-automática a alto vácuo que, por um processo de aquecimento e pressão mecânica, conforma o laminado. e) Curagem. O laminado processa-se num forno com temperatura controlada no qual completa-se a po- limerização do plástico encapsulante e alcança-se a adesão perfeita dos diferentes componentes. O conjunto, depois da curagem, constitui uma única peça. f) Emolduramento. Coloca-se primeiramente um selante elástico em todo o perímetro do laminado e a seguir os perfis de alumínio que formam a moldura. Usam-se máquinas pneumáticas para conseguir a pressão adequada. As molduras de poliuretano são colocadas por meio de máquinas de injecção. g) Colocação de terminais, bornes ( terminais ), díodos e caixas de conexões. h) Ensaio final Ensaio dos módulos Sobre os módulos deve medir-se e observar-se: a) Características eléctricas operacionais b) Isolamento eléctrico (a 3000 Volt de C.C.) c) Aspectos físicos, defeitos de acabamento, etc d) Resistência ao impacto e) Resistência à tracção das conexões f) Resistência à névoa salina e à humidade ambiente g) Comportamento a temperatura elevadas por períodos prolongados (100 graus Celsius durante 20 dias) h) Estabilidade às mudanças térmicas (de -40º C a +90º C) em ciclos sucessivos Os painéis solares são geradores eléctricos amigos do ambiente Os painéis solares geram energia solar, convertendo a luz em electricidade sem partes móveis, com zero emissões de CO2 e quase sem manutenção. Agrupamentos de painéis Podem ser ligados em paralelo para aumentar a corrente (mais energia) e ligados em série para aumentar a tensão para 24, 48 Volt, ou ainda maior tensão. A vantagem de utilizar uma maior tensão de saída nos painéis solares é que se pode usar cabo de secção menor para transferir a mesma energia eléctrica a partir do agrupamento de painéis solares para o controlador de carga, para as baterias ou para o inversor (conversor de CC em CA). Como o preço do cobre subiu consideravelmente nos últimos anos, é muito caro comprar condutores de cobre de secção elevada e assim opta-se pela solução de elevar a tensão dos conjuntos de painéis. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 20 - 112 Características Funcionais dos Módulos Solares Fotovoltaicos : a) Têm a energia solar como fonte de energia, substituindo os combustíveis e não libertando CO2 b) Geram energia mesmo em dias nublados; c) São leves compactos e de construção reforçada e duradoura; d) São de simples instalação; e) Têm fácil manuseio e transporte. f) Facilidade para ampliar os sistemas conforme a necessidade. g) Têm uma longa vida útil . Usualmente têm garantia de 25 anos com 80% do rendimento inicial. h) São compatíveis com qualquer tipo baterias; i) Têm funcionamento silencioso; j) Funcionamento simples e confiável; k) Manutenção quase inexistente; l) Não possuem partes móveis que podem se desgastar; m) Não produzem contaminação ambiental: usam materiais integralmente recicláveis Características Eléctricas dos Módulos Fotovoltaicos Geralmente a potência dos módulos é dada pela potência de pico, ou seja a potência máxima forneci- da em condições óptimas de temperatura e radiação solar incidente. Tão necessárias quanto este parâmetro, existem outras características eléctricas que melhor caracte- rizam a funcionalidade do módulo. As principais características dos módulos são as seguintes: a) Tensão em Circuito Aberto (VOC) b) Corrente de Curto Circuito (ISC) c) Potência Máxima (PM) d) Tensão Eléctrica à Potência Máxima (VMP) e) Corrente à Potência Máxima (IMP) A condição padrão para se obter as curvas característica dos módulos é definida pela radiação de 1000 W/m2, radiação recebida na superfície da Terra em dia claro ao meio-dia, e temperatura de 25º C na célula ( a eficiência da célula é reduzida com o aumento da temperatura.) Curva característica IxV mostrando a corrente Isc e Voc Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 21 - 112 - Isc – Corrente de curto-circuito - Voc – Tensão em circuito aberto Combinações de células e curvas resultantes A tensão no ponto de máxima potencia de saída para uma célula é de aproximadamente 0,5 Volts em pleno sol. A corrente que entrega una célula é proporcional à superfície da mesma e à intensidade da luz. É por isso que para conseguir módulos com correntes de saída menores utilizam-se em sua fabri - cação terços, quartos, meios, etc de células. Um módulo fotovoltaico é um conjunto de células conectadas em série (somam-se suas tensões) que formam uma unidade com suficiente tensão para poder carregar uma bateria de 12 volts de tensão nominal (Esta bateria necessita entre 14 e 15 Volts para poder carregar-se plenamente). Para conseguir esta tensão necessitam-se entre 30 e 36 células de silício mono-cristalino conectadas em série. Características do Módulo: influência da radiação O resultado de uma mudança na intensidade de radiação é uma variação na corrente de saída para qualquer valor de tensão A corrente varia com a radiação de forma directamente proporcional. A ten- são mantém-se praticamente constante. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 22 - 112 Interacção com uma carga resistiva No exemplo mais simples, se se conectam os bornes ( terminais ) de um módulo aos de uma lâmpa- da incandescente (que se comporta como uma resistência eléctrica) o ponto de operação do módulo será o da intersecção da sua curva característica com uma recta que representa graficamente a ex- pressão I= V / R , sendo R a resistência da carga a conectar. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 25 - 112 Interacção com uma bateria Uma bateria tem uma tensão que depende do seu estado de carga, antiguidade, temperatura, regime de carga e descarga, etc. Esta tensão é imposta a todos os elementos que a ela estão ligados, in- cluindo o módulo fotovoltaico. É incorrecto pensar que um módulo com uma tensão máxima de saída de 20 Volt elevará uma bateria de 12 volts para 20 volts e a danificará. É a bateria que determina o ponto de funcionamento do mó- dulo. A bateria varia sua amplitude de tensão entre 12 e 14 volts. Dado que a saída do módulo fotovoltaico é influenciada pelas variações de radiação e de temperatura ao longo do dia, isto se traduzirá numa corrente variável entrando na bateria. Interacção com um motor de corrente contínua Um motor de corrente contínua tem também uma curva I-V. A intersecção da mesma com a curva I-V do módulo determina o ponto de funcionamento. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 26 - 112 Quando se liga um motor directamente ao sistema fotovoltaico, sem bateria nem controles intermediários, di - minuem os componentes envolvidos e portanto aumenta a fiabilidade. Mas, como mostra a figura, não se aproveitará a energia gerada nas primeiras horas da manhã e ao entarde- cer. Principais aplicações dos painéis fotovoltaicos : a) Iluminação em geral; b) Iluminação residencial - (utiliza lâmpadas fluorescentes compactas PLSE de 9 Watts, equivalente a lâmpada de 60 watts incandescentes) super económica - de longa vida - gasta 0,75 ampére/hora, ou mais recentemente LEDS de alta intensidade ainda mais económicos com con- sumos entre 3 e 15 W e com um capacidade luminosa correspondente das lâmpadas anteriores de 25 a 250 W; c) Bombeamento de água; d) Cerca eléctrica; e) Recepção de TV/Antena Parabólica; f) Comunicação em geral e rádio comunicação; g) Telefonia celular e rural; h) Sinalização em geral; i) Carregador de baterias: Automóveis, camiões e máquinas agrícolas ; j) Embarcações em geral. Aplicações frequentes dos painéis fotovoltaicos: a) Electrificação de residências; b) Telecomunicações; c) Fornecimento de água potável e irrigação; d) Subestações energéticas; e) Refrigeração medicinal; f) Iluminação pública; g) Sinalização/bóias marítimas; h) protecção catódica contra corrosão em tubagens. i) Cercas eléctricas Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 27 - 112 Estrutura Principal de um sistema fotovoltaico com ligação à rede Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 30 - 112 Instalações de Energia Solar Residenciais Um ambiente “solar”, é um ambiente com 3R onde as palavras de ordem são : reduzir, reutilizar e reci- clar ou seja Economia e mais Economia Com o sistema solar fotovoltaico não pode haver excessos: os aparelhos ligados a ele têm que ser económi- cos. Todos devem ser de classe A de eficiência energética. As lâmpadas incandescentes comuns, por exemplo, são substituídas pelas fluorescentes compactas de 9 watts ou fluorescentes tubulares 12 volts ou mais recentemente pelas luminárias de LED de alta intensidade que são ainda mais económicos, que produzem a mesma luminosidade com 80% menos de energia. Frigorífi - co, secador de cabelo, ferro eléctrico e chuveiro eléctrico, normalmente não têm tecnologia económica, por- tanto não os recomendamos para uso directo com a Energia Solar Fotovoltaica onde a potência instalada seja menor do que 5KW. Componentes típicos de sistema solar fotovoltaico . 1. Módulo Solar (gera energia). 2. Controlador de carga (protege e optimiza o sistema). 3. A corrente é armazenada em baterias de 12 volts (próprias para uso estacionário). Recomenda-se a bateria selada, pois não precisa adição de água. 4, 5,6,7,8,9 – Equipamentos de consumo típicos numa casa. Esse sistema simples pode manter acesa uma lâmpa- da PLSE 9 watts por 15 horas com inversor ou pode alimentar um aparelho de TV 12 volts durante 6 ho- ras, juntamente com uma antena parabólica com re- ceptor 12 volts ou, fazer funcionar um Telefone rural ou um equipamento de rádio amador durante 1 hora em 12 volts ou Rádio ou equipamento de Som 12 volts ou Bomba D’água 12 volts. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 31 - 112 Com o inversor pode-se usar aparelhos em 12/24/48 ou 220 volts 1. A placa recebe o sol e o transforma em cor- rente eléctrica contínua, 12 volts. 2. Controlador de carga da bateria, para evitar sua sobrecarga ou descarga total. 3. A bateria de 12 volts armazena a electricida- de. 4. Usando um aparelho chamado Inversor, con- vertem a corrente contínua 12 volts em cor- rente alternada 110 volts 220 volts. 5. Assim, é possível utilizar alguns electrodo- mésticos convencionais, como batedeira, li- quidificador, ventilador, desde que não fi- quem ligados por muito tempo. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 32 - 112 Reguladores de carga de baterias Existem diversos tipos de reguladores de carga. A concepção mais simples é aquela que envolve uma só etapa de controlo. O regulador verifica (monitora) constantemente a tensão da bateria de acu - muladores. Quando a referida tensão alcança um valor para o qual se considera que a bateria se encontra carre- gada (aproximadamente 14.1 Volts para uma bateria de chumbo ácido de 12 Volts nominais) o regu- lador interrompe o processo de carga. Isto pode ser conseguido abrindo o circuito entre os módulos fotovoltaicos e a bateria ( controlo tipo serie ) ou curto-circuitando os módulos fotovoltaicos (controlo tipo shunt - paralelo). Quando o consumo faz com que a bateria comece a descarregar-se e portanto a baixar sua tensão, o regulador reconecta o gerador à bateria e recomeça o ciclo. No caso de reguladores de carga cuja etapa de controlo opera em dois passos, a tensão de carga a fundo da bateria pode ser algo superior a 14,1 Volts. O regulador fica definido ao especificar o seu nível de tensão (que coincidirá com o valor de tensão do sistema) e a corrente máxima que deverá manejar. Para ilustrar com um exemplo simples, suponha-se que se tenha de alimentar uma habitação rural com consumo em 12 Vcc. e para isso se utilizem dois módulos fotovoltaicos. A corrente máxima des- tes módulos é Imp = 2,75 A e a corrente de curto-circuito Icc. = 3 A. Quando os módulos estão em paralelo a corrente total máxima que deverá controlar o regulador será I total = 2 x 3 A =6 A Considera-se a corrente de curto-circuito para contemplar a pior situação. O regulador a escolher, portanto, deverá estar concebido para trabalhar a uma tensão de 15 Volts (tensão de trabalho dos módulos) e manejar uma corrente de 6 A. Baterias de acumuladores A função prioritária das baterias num sistema de geração fotovoltaico é acumular a energia que se produz durante as horas de luminosidade a fim de poder ser utilizada à noite ou durante períodos pro- longados de mau tempo. Outra importante função das baterias é prover uma intensidade de corrente superior àquela que o dispositivo fotovoltaico pode entregar. É o caso de um motor, que no momento do arranque pode exigir uma corrente de 4 a 6 vezes sua corrente nominal durante uns poucos se- gundos. Interacção entre módulos fotovoltaicos e baterias Normalmente o banco de baterias de acumuladores e os módulos fotovoltaicos trabalham em conjun- to para alimentar as cargas. A figura a seguir mostra como se distribui a entrega de energia à carga ao longo do dia. Durante a noite toda a energia pedida pela carga é fornecida pelo banco de baterias. Em horas matutinas os módulos começam a gerar, mas se a corrente que fornecerem for menor que aquela que a carga exige, a bateria deverá contribuir. A partir de uma determinada hora da manhã a energia gerada pelos módulos fotovoltaicos supera a energia média procurada. Os módulos não só atenderão a procura e além disso o excesso será armazenado na bateria que começará a carregar-se e a recuperar-se da sua descarga da noite anterior. Finalmente durante a tarde, a corrente gerada diminui e qualquer diferença em relação à procura será entregue pela bateria. Durante a noite, a produção é nula e todo o consumo vem da(s) bateria(s) de acumuladores. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 35 - 112 Os equipamentos que permitem compatibilizar as necessidades do consumo com as capacidades de geração fotovoltaica são: a) Baterias b) Controladores de carga c) Inversores Bateria É o elemento destinado a acumular a energia eléctrica gerada pelo painel tornando-a disponível sempre que necessário. Embora muitos tipos diferentes de baterias sejam usa- dos, a única característica que todas elas devem ter em comum é serem. Baterias de ciclo profundo, ou estacionárias. Ao contrário das baterias de carro, que são baterias de ciclo-baixo, as baterias de ciclo profundo podem des- carregar mais a energia armazenada enquanto man- têm uma longa vida. No arranque do carro, as baterias descarregam uma grande corrente num período muito curto e, imediatamente, recarregam quando o motor trabalha. As baterias PV geralmente tem de descarregar uma corrente menor por um período maior (como durante a noite toda), e são carregadas durante o dia. As baterias de ciclo-profundo mais usadas são as baterias de chumbo ( seladas e ventiladas) e as baterias de níquel-cádmio. As baterias de níquel-cádmio são mais caras, mas duram mais e podem ser descarregadas mais por completo sem causar danos. Mesmo as baterias de chumbo de ciclo pro- fundo não podem ser descarregadas 100% sem reduzir seriamente o tempo de vida e, geralmente, os sistemas PV são projectados para descarregar as baterias de chumbo não mais de 40 ou 50%. Baterias de chumbo com Manutenção ( não seladas ou ventiladas ) As baterias de chumbo-ácido aplicam-se amplamente nos sistemas de geracão fotovoltaicos. Dentro da categoria chumbo-ácido, as de chumbo-antimónio, chumbo-selénio e chumbo-cálcio são as mais comuns. A unidade de construção básica de uma bateria é a célula de 2 Volts. Dentro da célula, a tensão real da bateria depende do seu estado de carga, se está a carregar, a descarregar ou em circuito aberto. Em geral, a tensão de uma célula varia entre 1,75 Volts e 2,5 Volts, sendo a média cerca de 2 Volts, tensão que se costuma chamar nominal da célula. Quando as células de 2 Volts se ligam em série (POSITIVO A NEGATIVO) as tensões das células so- mam-se, obtendo-se desta maneira baterias de 4, 6,12 Volts, etc. Se as baterias estiverem ligadas em paralelo (POSITIVO A POSITIVO E NEGATIVO A NEGATIVO) as tensões não se alteram, mas somar-se-ão suas capacidades de corrente. Só se devem ligar em paralelo baterias de igual tensão e capacidade. Pode-se fazer uma classificação das baterias com base na sua capacidade de armazenagem de energia (medida em Ah à tensão nominal) e no seu ciclo de vida (número de vezes em que a bateria pode ser descarregada e carregada a fundo antes que se esgote sua vida útil). A capacidade de armazenagem de energia de uma bateria depende da velocidade de descarga. A ca- pacidade nominal que a caracteriza corresponde a um tempo de descarga de 10 horas. Quanto maior for o tempo de descarga, maior será a quantidade de energia que a bateria fornece. Um tempo de descarga típico em sistemas fotovoltaicos é 100 hs. Por exemplo, uma bateria que possua uma capacidade de 80 Ah em 10 hs (capacidade nominal) terá 100 Ah de capacidade em 100 hs. Dentro das baterias de chumbo-ácido, as denominadas estacionárias de baixo conteúdo de antimónio são uma boa opção em sistemas fotovoltaicos. Elas possuem uns 2500 ciclos de vida quando a pro- fundidade de descarga é de 20 % (ou seja, que a bateria estará com 80 % da sua carga) e uns 1200 ciclos quando a profundidade de descarga é de 50 % (bateria com 50 % da sua carga). As baterias estacionárias possuem, além disso, uma baixa auto-descarga (3 % mensal aproximada- mente contra uns 20 % de uma bateria de chumbo-ácido convencional) e uma manutenção reduzida. Dentro destas características enquadram-se também as baterias de chumbo-cálcio e chumbo-selénio, que possuem uma baixa resistência interna, valores desprezíveis de gaseificação e uma baixa auto- descarga. Baterias seladas Gelificadas Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 36 - 112 Estas baterias incorporam um electrólito do tipo gel com consistência que pode variar desde um esta- do muito denso ao de consistência similar a uma geleia. Não derramam, podem montar-se em quase todas as posições e não admitem descargas profundas. Electrólito absorvido O electrólito encontra-se absorvido numa fibra de vidro micro-poroso ou num entrançado de fibra poli - mérica. Tal como as anteriores não derramam, montam-se em qualquer posição e admitem descar- gas moderadas. Tanto estas baterias como as Gelificadas não exigem manutenção com acrescentos de água e não desenvolvem gases, evitando o risco de explosão, mas ambas requerem descargas pouco profundas durante sua vida útil. Níquel-Cádmio As principais características são : a) O electrólito é alcalino b) Admitem descargas profundas de até 90% da capacidade nominal c) Baixo coeficiente de auto-descarga d) Alto rendimento sob variações extremas de temperatura e) A tensão nominal por elemento é de 1,2 Volts f) Alto rendimento de absorção de carga (superior a 80%) g) Custo muito elevado em comparação com as baterias ácidas Tal como as baterias de chumbo-ácido, estas podem ser obtidas nas duas versões: standard e seladas. Utili- za-se a mais conveniente conforme a necessidade de manutenção admissível para a aplicação prevista. Dado seu alto custo, não se justifica sua utilização em aplicações rurais. Baterias Necessárias Recomenda-se que a capacidade da bateria seja de 150 ampére, por painel. Então, para 2 painéis de 24 V recomenda-se o uso de 4 baterias de 12 volts, 150 ampére cada uma. Colocando-se 2 baterias de 150 ampére em paralelo, teremos então, 300 ampére. Controlador de Carga O uso das baterias também requer a instalação de outro componente chamado controlador de carga. As baterias duram muito mais se tomar cuidado para que não sejam sobrecarregadas ou descarregadas demais. É isso que o controlador de carga faz. Uma vez que as baterias estejam totalmente carrega- das, o controlador não deixa que a corrente dos módulos PV continu- em fluindo para eles. Também, uma vez que as baterias tenham sido descarregadas até certo nível, controladas pela medição de voltagem, muitos controladores de carga não permitirão que mais corrente seja drenada das baterias até que elas tenham sido recarregadas. O con- trolador de carga optimiza o uso da Energia Fotovoltaica a) Protege a bateria contra sobrecargas e descargas excessivas; b) Não permite a descarga total da bateria desligando o sistema; c) Garante mais vida útil à bateria; d) Protege o módulo evitando o retorno da energia. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 37 - 112 Por razões associadas à protecção contra falhas de terra e curto-circuitos, recomenda-se o uso de cabos mono-condutores isolados para as linhas positiva e negativa. Se forem usados cabos multi- condutores, o condutor de protecção verde/amarelo não deverá estar sujeito a qualquer tensão. Para as instalações foto-voltaicas expostas ao risco de incidência de relâmpagos, deverão ser usados cabos blindados. Os cabos devem ser encaminhados de modo a que a sua integridade mecânica nunca seja posta em causa (ex. pela acção vibrações ou de animais roedores), para isso os cabos devem seguir em tubagens ou caminhos de cabos adequados. Deverá ser sempre possível isolar os circuitos dos condutores da tensão de fileira da linha principal DC. Normalmente, o interruptor princi- pal DC e os pontos de isolamento da caixa de junção do gerador asseguram esta função. Na ligação dos painéis ao inversor como cabo de fileira utilizar-se-ão cabos solares do tipo XLPE-HF- FR 0.4/1KV ou XLPE-HFFR 0.6/1KV, com a ficha técnica abaixo Cabo Solar DC - características técnicas Este cabo é apropriado para uso no exterior em locais secos ou húmidos (resistente a agua não es- tando imerso). Também pode ser instalado directamente na terra, se devidamente protegido contra acções mecânicas. Condutor - multifilar, em cobre 1o Isolamento – Halogéneo XLPE Flexível Cobertura - Halogéneo Resistente a raios U V Cabo Solar (DC) Propriedades Técnicas Temperatura de Operacao (°C) -40 a +160 Temperatura de Pico 150 °C por 500h Max. Temperatura curto - circuito 200 °C por 15 s Max. Tensão (kV) 0,8/1,5 Tensão de Teste (kV) 5 Potencia máxima de saída (W) 3600 Cores disponíveis Preto, Azul e Vermelho CERTIFICACAO STANDARD - IEC 60332.1 - CEI 20-29 Interruptores de fileira e interruptor geral O dispositivo interruptor (caso seja pretendido) deverá ser um conector, a protecção contra sobrecar- gas esta integrada no inversor. Existem basicamente dois tipos de condutores: Condutor rígido (unifilar). É mais indicado para interligação à rede 220V existente ou seja para ligar depois do inversor. O con- dutor rígido não é recomendado para sistemas de corrente contínua (12 ou 24v ou tensões superio- res). Condutor flexível (multifilar). É mais indicado para interligação com sistemas de corrente contínua (12 ou 24v ou tensões superio- res) . Para 1 módulo ou uma fileira de módulos em série (5 a 8 A de débito) recomenda-se: a) Cablagem central até 30m usar pelo menos 4mm ( melhor 6 mm); Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 40 - 112 b) Até 80m usar 6mm; c) Até 150m usar 10mm. Para 2 a 6 módulos ou seja 2 a 6 fileira de módulos (10 a 30 A de débito) recomenda-se: a) Cablagem central até 30m usar 6mm; b) Até 80m usar 10mm; c) Até 150m usar 10mm. Cabo principal DC Os tipos de cabo acima mencionados, podem também ser utilizados para o cabo principal DC. Este cabo estabelece a ligação entre a caixa de junção do gerador e o inversor. Se a caixa de junção do gerador estiver localizada no exterior, os cabos standard cabos devem ser entubados, uma vez que não são resistentes aos raios ultra-violetas. Sempre que houver possibilidade de opção, os cabos de poli-cloreto de vinilo (PVC) não deverão ser usados no exterior. O material halogeneizado PVC é fre- quentemente utilizado nas instalações eléctricas. Tendo em consideração os impactos no ambiente, deverão ser escolhidos produtos isentos de halogéneo. Por razões associadas à protecção contra fa - lhas de terra e curto-circuitos, recomenda-se o uso de cabos mono-condutores isolados para as li - nhas positiva e negativa. Se forem usados cabos multi-condutores, o condutor de protecção verde/amarelo não deverá estar sujeito a qualquer tensão. Para as instalações foto-voltaicas expostas ao risco de incidência de relâmpagos, deverão ser usados cabos blindados Os cabos devem ser en- caminhados de modo a que a sua integridade mecânica nunca seja posta em causa (ex. Pela acção de roedores). Deverá ser sempre possível isolar os condutores da tensão da linha principal DC. Nor- malmente, o interruptor principal DC e os pontos de isolamento da caixa de junção do gerador asse- guram esta função. Cabo de ligação AC O cabo de ligação de corrente alternada liga o inversor à rede receptora, através do equipamento de protecção. No caso dos inversores tri-fásicos, a ligação à rede de baixa tensão é efectuada com um cabo de cinco condutores. Para os inversores mono-fásicos é usado um cabo de três condutores. Outros acessórios da instalação Os cabos devem ser colocados através de materiais de fixação apropriados. Os vários materiais da instalação, tais como as abraçadeiras dos cabos, devem também ser resistentes aos agentes atmos- féricos. As opções mais simples para fixar os cabos são, sem dúvida alguma, as abraçadeiras. Os tubos fle - xíveis de protecção, as calhas e os clips, também poderão ser usados como sistemas alternativos de fixação. Sistemas de ligação ou conectores Os conectores para os cabos eléctricos dos painéis devem ser igualmente próprios para instalação exterior, estanques e resistentes à radiação e corrosão. A ligação dos cabos de fileira e outras liga- ções eléctricas DC, devem ser levadas a cabo com extremo cuidado. A fraca qualidade dos contactos eléctricos podem levar ao aparecimento de arcos e consequentemente, ao aumento do risco de in - cêndio. Normalmente são usados quatro sistemas de ligação: Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 41 - 112 1) Ligadores de aperto por parafuso Para se ligar cabos flexíveis de fios entrançados aos ligadores de parafuso, são usadas terminações metáli- cas com mangas de protecção. 2) Terminais de orelha A ligação dos terminais de poste é efectuada com terminal com orelha, que estão presas entre a porca e o parafuso. 3) Ligadores de acoplamento por mola Nas caixas de junção que usam ligadores de mola, os cabos podem ser presos em segurança sem serem ne- cessárias terminações metálicas. 4) Fichas de engate Por forma a simplificar a instalação, é cada vez mais comum a oferta de módulos fotovoltaicos e cabos com fi- chas isoladas. Cabo de módulo com fichas de engate Fotografia: MultiContact Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 42 - 112 7). Qual é a durabilidade dos sistemas foto-voltaicos e quais as suas necessidades de manutenção? Os sistemas foto-voltaicos são bastante duráveis. Normalmente têm uma garantia de 20 anos e a sua vida útil é estimada em 30 anos. Os dispositivos electrónicos (inversor, controlador de carga) têm vida útil superior a 10 anos. As baterias têm uma duração mais reduzida, podendo durar até 4 a 5 anos (baterias de excelente qualidade poderão durar 7 anos). As necessidades de manutenção são mínimas. Os módulos foto-voltaicos necessitam de uma limpe- za periódica, uma vez que a sujidade diminui a eficiência dos mesmos. Em zonas de pluviosidade re - gular, a própria chuva encarrega-se da limpeza dos painéis. As baterias que requerem manutenção necessitam de uma reposição periódica de água destilada, em média de 2 vezes por ano. 8). Pode-se utilizar baterias de automóveis em sistemas foto-voltaicos autónomos? Não é recomendável, pois a vida útil destas baterias, neste tipo de aplicação, é estimada em cerca de 2 anos. Recomenda-se a utilização de baterias estacionárias de ciclo profundo, que tem uma vida útil de 4 a 5 anos. 9). Podem-se utilizar electrodomésticos comuns em sistemas foto-voltaicos autónomos? Sim, com recurso a um inversor que converte a energia de DC para AC. Alguns electrodomésticos funcionam directamente com corrente DC. 10). Aumentando a quantidade de baterias há também um aumento da energia disponível no sistema? Não necessariamente. O que faz com que a energia aumente é o total de Wp a ser gerado. A capaci- dade de um sistema aumenta de acordo com a quantidade de painéis instalados (potência instalada). Como este crescimento pode ser faseado, pode-se começar com um único painel e ir adicionando ou- tros, a pouco e pouco, até se atingir a necessidade total requerida. 11). Qual a autonomia, em condições de forte nebulosidade, de um sistema fotovoltaico autónomo? Geralmente quando se dimensiona um sistema Solar Foto-Voltaico tem-se em consideração o consu- mo diário e garante-se uma autonomia de cerca de 3 a 7 dias. 12). Que incentivos existem há utilização destes sistemas? No âmbito do Imposto Sobre o Rendimento Singular (IRS) e de acordo com o estabelecido no diplo - ma do Orçamento de Estado de 2005 (Lei 55 -B/2004, de 30 de Dezembro), artigo 85º, são dedutíveis à colecta do IRS, 30% dos encargos com a aquisição de equipamentos novos para a utilização de energias renováveis e de equipamentos para a produção de energia eléctrica e ou térmica, incluindo equipamentos complementares indispensáveis ao seu funcionamento, com o limite de €728. Esta de- dução não é acumulável com as deduções relativas a encargos com imóveis. São beneficiários, todas as pessoas singulares, com rendimentos colectáveis não susceptíveis de serem considerados custos de categoria B (rendimentos empresariais e profissionais). No âmbito do Imposto Sobre o Rendimento Colectivo (IRC) e de acordo com o Despacho Regulamen- tar nº 22/99, de 6 de Outubro, as empresas que invistam em equipamento solar podem amortizar o respectivo investimento no período de 4 anos, visto ser de 25% o valor máximo da taxa de reintegra- ção aplicável Esta medida permite uma redução no IRC anual, acumulável com outros incentivos, que pode ter um impacte substancial na recuperação do investimento. São beneficiários, empresas públi - cas e privadas, e as demais pessoas colectivas de direito público ou privado. Nota 1: O Decreto Regulamentar nº22/99 de 6 de Outubro altera a taxa de amortização dos equipa- mentos de energia solar prevista na Tabela II, divisão I, Grupo 3, anexa ao Decreto Regulamentar nº 2/90 de 12 de Dezembro, que passa a ter a seguinte redacção: "Máquinas, aparelho e ferramentas: 2250 - Equipamento de energia solar-25". Nota 2: O Decreto Regulamentar nº 2/90 de 12 de Janeiro, estabelece o regime das reintegrações e amortizações para efeitos do imposto sobre o Rendimento de Pessoas Colectivas - IRC. No que diz respeito ao Imposto de Valor Acrescentado (IVA), de acordo com a Lei nº 109-B/2001, de 27 de Dezembro, o preço de custo do equipamento específico para sistemas solares é agravado com a taxa reduzida de IVA de 12%. Existe ainda o MAPE, a Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energético e Racionaliza - ção de Consumos, criada pela portaria nº 198/2001, de 13 de Março e posteriormente alterada pela Portaria nº 383/2002, de 10 de Abril, que concede incentivos para a instalação de sistemas de aqueci- mento que utilizem colectores solares térmicos ou sistemas híbridos em que a fonte de energia solar é complementada com gás natural ou electricidade, para abastecimento próprio ou a terceiros de água quente. Os incentivos podem atingir 40% das despesas elegíveis (para montantes superiores a 10000 euros, até ao valor máximo de incentivo de 1500000 euros) e têm a forma de subvenção mista, composta por 50% de incentivo reembolsável e 50% de incentivo não reembolsável. O recurso ao MAPE impõe o cumprimento de regras e requisitos específicos estabelecidos na Portaria nº 383/2002. São beneficiários as empresas, as câmaras municipais, as associações empresariais e sin- dicais, os estabelecimentos de ensino, os estabelecimentos de saúde e acção social e as entidades que desenvolvam actividades de protecção civil, sendo que, no caso dos beneficiários serem entida- des públicas, o apoio concedido é na totalidade não reembolsável. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 45 - 112 13). Quais os impactos ambientais da utilização de módulos foto-voltaicos? Nenhum. Os módulos foto-voltaicos não consomem qualquer tipo de combustível, não geram nenhum tipo de emissão, não têm PA 14). O que é a Micro-Geração? Micro-Geração é produzir electricidade para vendê-la em pequena escala. Com o novo DL 363/2007 de 2 de Novembro a Micro-Geração tornou-se agora numa alternativa mais interessante. 14). Quem pode ser micro-produtor? Qualquer entidade que disponha de um contrato de compra de electricidade em baixa tensão. 15). Quais os incentivos ao investimento? Os equipamentos renováveis estão sujeitos à taxa intermédia de IVA (12%). Por outro lado estes equipamentos são abrangidos por benefícios fiscais, tornando possível deduzir 30%, do investimento, no IRS até ao máximo de 777€. 16). Qual a potência que posso instalar? De acordo com o art.2º e 3º pode instalar até 5,75KW (instalações do grupo I) e desde que a potência a injectar na RESP não seja superior a 50% da potência contratada para a instalação eléctrica de utili- zação (consumo). Mas para beneficiar do regime bonificado (tarifas mais altas) só pode instalar até 3,68KW (art.9º) e terá de ter instalado um colector solar térmico com o mínimo de 2 m2 de área de colector (excepto condomínio que em vez do colector solar térmico terão de realizar uma auditoria energética). No entanto, poderá instalar um sistema (até 3,68KW cada) por cada contrato de consu- mo que detiver. 17). Como posso obter a licença de micro-produção? Pode aceder ao registo provisório através do SRM (Sistema de Registo de Micro-produção) disponí- vel em http://www.renovaveisnahora.pt. A partir da data do registo provisório tem 120 dias para reque- rer a inspecção da unidade de micro-produção, pagando por Multibanco uma taxa aplicável para o efeito da realização da vistoria. Se a sua unidade estiver em condições para ser ligada à rede pública, é entregue pelo inspector, no final da inspecção, o relatório de inspecção que, no caso de parecer fa- vorável, substitui o certificado de exploração. Depois da vistoria deve solicitar através do SRM a emis- são de certificado de exploração. 18). Qual a diferença entre um painel de energia solar térmica e um painel de energia solar fotovoltai- ca? No painel solar térmico, o que se procura é o aquecimento de água para consumo doméstico, en- quanto no painel solar fotovoltaico, o objectivo é produzir energia eléctrica, para consumo próprio e/ou venda à rede eléctrica. 19). Quantos anos duram os equipamentos solar fotovoltaico? Dependendo dos sistemas, um sistema solar tem uma vida útil de cerca de 20 anos, com uma sim- ples mas adequada manutenção. 20). Quantos painéis solares preciso para a minha casa ? A resposta depende do consumo de electricidade de cada um, do local da instalação, orientação dos painéis, etc. 21). É preciso algum tipo de pré-instalação na minha casa para montar painéis solares eléctricos ? Uma instalação de electricidade solar é constituída pelos painéis solares e outros acessórios como estruturas de instalação, cablagem diversa, electrónica de controlo e, eventualmente, baterias para acumular energia. Não é necessário nenhuma pré-instalação além da possibilidade de trazer cabos eléctricos do telhado para dentro de casa. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 46 - 112 CAPITULO 6 - INSTRUÇÕES DE MONTAGEM 1) – Regras de instalação de painéis solares Informações Gerais: A instalação de módulos solares requer o conhecimento de electricidade e dos procedimentos para sua aplicação. A instalação dos sistemas solares fotovoltaicos nos termos da lei é considerada uma instalação de utilização de energia eléctrica de Baixa Tensão e só pode ser efectuada por pessoas com carteira profissional adequada : de electricista de BT e sob a supervisão de um Técnico Responsável inscrito na DGE com carteira adequada à potência da instalação. Os módulos fotovoltaicos produzem electricidade uma vez expostos a qualquer fonte de luz. A volta- gem de um módulo simples não é considerada potencialmente perigosa, porém nas conexões em sé- rie ou em paralelo de vários módulos, a voltagem e corrente são aditivas e em instalações que requei- ram potências acima de 100 Watts o contacto com partes electrificadas pode causar curto-circuito, in- cêndio, danos aos equipamentos ou choques letais. Numa instalação podem dar-se prejuízos, provocados por falta de preparação do instalador ou por in- cumprimentos de regras técnicas ou ainda incumprimento das boas práticas aplicadas aos trabalhos com electricidade. O utilizador e/ou instalador assumem qualquer responsabilidade, sem limitações, por prejuízos ou fe- rimentos que possam ocorrer provenientes da instalação do sistema. 2) – Regras para a instalação de sistemas fotovoltaicos: a) Cuidados gerais: 1. É recomendável que os painéis só sejam desembalados na hora de sua instalação. Evite a queda o choque mecânico do(s) painéis assim como aplicar pesos ou pressão sobre a superfície de vidro. 2. Os painéis solares geram energia em corrente contínua uma vez expostos à luz. Cu- bra-os com plástico preto ou o mais opaco possível e mantenha-os cobertos enquanto esti- ver efectuando a instalação ou manutenção. 3. Utilize sempre equipamento de protecção individual adequado ao manuseio de par- tes eléctricas: luvas e sapatos de protecção e em certos casos viseira de protecção. 4. Utilize ferramentas com isolamento adequado para pelo menos 1000V. Trabalhe sempre com ferramentas e equipamentos secos. 5. Como há o risco de centelhas, não instale o sistema perto de materiais ou gases in- flamáveis. 6. Nunca deixe o painel solar solto ou fixado de forma insegura. Se o painel bater ou cair poderá quebrar o vidro de protecção e sua utilização ficará comprometida. A quebra do vidro não permite a manutenção e o painel deverá ser substituído. 7. Mantenha as baterias e os inversores desconectadas na instalação ou manutenção do sistema. 8. Siga as instruções e recomendações dos equipamentos que compõem o sistema à risca. Não retire as etiquetas com informações das características ou avisos dos produtos. Não pinte ou aplique qualquer adesivo nos painéis solares. 9. Procure as autoridades competentes para saber das recomendações ou restrições para instalação em edifícios, embarcações ou veículos auto-motores. 10. Não utilize painéis solares de características diferentes conectados no mesmo siste- ma. 11. Cobrir a face do painel completamente para não gerar electricidade enquanto estiver instalando e/ou trabalhando com módulo ou cablagem. A tensão de um só painel não é pe- rigosa mas a tenção de uma fileira “string” pode ter de 200 a 700 Volt (letal para o ser hu- mano); 12. Manuseie o módulo com cuidado. Embora robusto, sua superfície de exposição é pro- tegida por vidro. Não faça furos nas molduras; 13. Não desmontar o módulo ou retirar qualquer peça instalada pelo fabricante; 14. Nunca deixe o módulo sem apoio ou sem estar fixado. Se o módulo cair, o vidro pode quebrar-se inutilizando-o; 15. Não sujeite os painéis a esforços mecânicos de torção nem coloque pesos sobre eles. 16. Todos os módulos conectados em série ou em paralelo devem ser iguais. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 47 - 112 Instalação do controlador de Carga O controlador de carga ocupa o ponto que centrali- za as conexões do sistema. A ele são conectados os módulos solares, e também as baterias. Deve ser instalado em lugar acessível, protegido contra humidade e intempéries. Tenha sempre em mente que os sistemas fotovol- taicos são de baixa tensão, e como tal, deve-se re- duzir o comprimento dos condutores eléctricos a um mínimo. No caso do controlador manter o com- primento a um máximo de 3 metros entre controla- dor e baterias. A fixação a uma superfície rígida é indispensável para evitar que os condutores a ele ligados se soltem e prejudiquem o correto funcio- namento do conjunto. Para efectuar as conexões do controlador, siga as indicações da figura acima e no próprio aparelho. Cuidados: Não inverter jamais as ligações (polaridade) da ba- teria ao controlador pois, causará danos irrepará- veis ao mesmo. Não expor o controlador a tensão ou corrente superior ao especificado. Verificar sempre se os contactos estão bem apertados e se não há oxidação nos mesmos. Conecte primeiro a bateria e somente depois os módulos. Instalação das Baterias. Baterias não devem ser instaladas directamente sobre o solo ou piso: devem sempre ser assentadas sobre uma base plástica ou de madeira. Observar que o local esteja sempre livre de humidade e im- purezas, e seja ventilado. Mantenha a bateria em local abrigado do sol e da chuva. Observar o código de cores para polaridade já mencionada. Na conexão à bateria, instale primeiro o terminal negativo e depois o positivo. efectuada a conexão aos bornes ( terminais ) da bateria, recubra os terminais com graxa ou vaselina para evitar sulfatação. As baterias podem armazenar imensas quantidades de energia. Embora seja um elemento de baixa tensão, pode, quando em curto-circuito liberar kilowatts de energia, resultando em choques ou queimaduras. Use uma cobertura isolante para os bornes ( terminais ) e evite tocar ambos os bornes ( terminais ) simultaneamente. Não utilize jóias durante a manipulação ou outros objectos metálicos não apropriados. No caso de utilização de baterias não seladas, observe ainda o seguinte: a) As baterias contêm ácido sulfúrico, portanto, não permita seu contacto com olhos ou pele. No caso de acidente, lave a zona atingida com bastante água, imediatamente. Consulte um médico. b) Cheque todos os meses as baterias: c) Remova as tampas de cada elemento e verifique o nível do líquido. Se necessário, adicione água destilada (obrigatoriamente) para completar o nível. Não permita nunca que as placas das bateri - as fiquem abaixo do nível de solução; d) No caso de sulfatação dos bornes ( terminais ), afrouxe os terminais e limpe os contactos. Reco- loque-os apertando adequadamente. Recubra os terminais com graxa ou vaselina para evitar sul- fatação. e) Manter o local da instalação ventilado! Baterias chumbo-ácidas podem liberar hidrogénio, um gás que pode explodir na presença de faíscas ou chamas. f) O uso do Módulo Solar evita o translado da bateria para recarga periódica, economizando tempo e dinheiro. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 50 - 112 6). Sistemas de fixação mecânica: Os sistemas de fixação mecânica podem classificar-se em: Sistemas fixos Sistemas de seguimento solar Por sua vez os sistemas fixos normalmente classificam-se quanto ao local onde se “amarram” os pai- néis em: Coberturas ou terreno plano ( obriga a um sistema de fixação que garanta a inclinação adequada ) Telhados inclinados (com inclinação natural razoável, mais comum nos países do norte da Europa) Telhados com placa subjacente Telhados montados em arnês (travejamento de madeira ou de ferro podendo ser usadas as telhas tra- dicionais ou o fibrocimento) A indústria dos sistemas de fixação mecânica para painéis solares ( fotovoltaicos e térmicos ) é pre - sentemente uma indústria florescente com muitas soluções originais de elevada qualidade técnica e muito bom efeito estético. Para os sistemas fixos pontificam as estruturas em perfilado de alumínio ou aço que permitem confi- gurações de geometria ajustável como as que abaixo se exemplificam da marca CONERGY Sistemas de Montagem de Painéis Fotovoltaicos CONERGY Legenda das estruturas Conergy Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 51 - 112 Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 52 - 112 Conectores e extensores Acessórios de montagem : parafusos e ganchos de telhado Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 55 - 112 Ganchos e acessórios de telhado Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 56 - 112 Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 57 - 112 Estrutura inclinada – telhado plano ou com correcção de inclinação CONERGY SOLAR FAMULUS II Conergy SolarFamulus II Componentes a Triângulo b Conectores diagonais c Fixador lateral d Fixador bilateral e Perfiles básicos f Conectores (não se mostra) g Barra telescópica h X-Stone Exemplo de encomenda para duas filas de 10 módulos Estrutura para cobertura plana ou para correcção de inclinação – Estrutura Lambda da Mounting Systems Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 60 - 112 Legenda Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 61 - 112 Lista de Verificações para Licenciamento de uma Instalação Código da não conformidade Descrição da não Conformidade MP0101 Unidade pode fornecer potência superior a 50% da instalação de Utilização MP0102 Não existe colector solar térmico na Instalação de Uti- lização MP0103 Canalização de água do colector solar térmico inexis- tente MP0104 Colector solar térmico com área inferior a 2m 2 MP0105 Contador de produção estabelecido de modo inade- quado MP0106 Módulos fotovoltaicos sem identificação MP0107 Módulos fotovoltaicos com identificação deficiente MP0108 Contador de produção inacessível ao comercializador MP0201 Instalação de produção com base em fonte de ener- gia eólica sem seguro de responsabilidade civil MP0202 Técnico responsável não faz parte dos quadros da Entidade Instaladora MP0203 Não foi apresentado relatório de auditoria de eficiên- cia energética MP0204 Equipamento apresentado não consta da listagem do SRM MP0301 Painéis fotovoltaicos instalados não coincidentes com 0 referenciado no pedido MP0302 Potencia do Inversor instalado não coincidente com o referenciado no pedido de inspecção MP0303 Características do Inversor instalado não coincidente com o referenciado no pedido . MP0304 Materiais e/ou aparelhagem não apresentam marca- ção CE MP0305 Equipamentos com IP/IK inadequados ao local MP0401 Equipamentos não são da classe ll de isolamento MP0402 Estruturas metálicas não se encontram ao mesmo po- tencial do TPT MP0403 Condutor de protecção com S<4mm2 MP0404 Unidade sem Iigação equipotencial .MP0405 Não existe ligação entre massas AC e DC MP0406 Disjuntor Diferencial Residual com In >30mA MP0407 Não existe DDR do lado de AC sendo inversor sem transformador de isolamento . MP0408 Valor de resistência de terra elevado MP0409 Secção dos condutores de protecção inadequada Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 62 - 112 CAPITULO 7 -Instruções de Segurança para Instalação de Painéis Fotovoltaicos Informação Geral a) É necessário compreender todas as instruções de instalação e segurança antes de tentar instalar, ligar, operar ou reparar o painel. b) Durante a instalação, é necessário cumprir todos os regulamentos, directrizes e códigos em vigor a nível local, regional, nacional ou internacional. c) A instalação e a manutenção devem ser efectuadas apenas por profissionais qualificados e certifi- cados. d) Os painéis produzem voltagem mesmo quando não estão ligados a quaisquer cargas ou circuitos eléctricos. Os painéis produzem praticamente toda a voltagem nominal mesmo que estejam ex- postos apenas a 5% da luz solar total e tanto a corrente eléctrica como a potência aumentam com o aumento da intensidade da luz. e) Os painéis pode produzir voltagens superiores aos valores especificados. f) Os valores especificados segundo os padrões da indústria foram obtidos em condições de irradia- ção de 1000 W/m2 com as células solares à temperatura de 25 °C (77ºF). Com temperaturas infe- riores, a voltagem e a potência podem ser substancialmente superiores. g) É necessário garantir que os painéis não serão sujeitos a temperaturas fora da gama de -40 a +80°C h) Os reflexos provocados por neve, água ou outras superfícies podem aumentar a luz e, assim, au- mentar tanto a corrente como a potência geradas pelo painel. i) Não concentre luz sobre o painel de forma artificial. j) Os painéis destinam-se apenas a aplicações exteriores e sobre terra. Os painéis não se destinam a aplicações em espaços interiores, nem em veículos móveis de qualquer tipo. k) Entre as aplicações não permitidas estão as instalações em que os painéis entrem em contacto com água salgada ou onde haja alguma possibilidade de ficarem submergidos em água doce ou salgada (por exemplo, barcos, docas e bóias). Existem painéis fabricados especificamente para estas aplicações com características de robustez e estanquicidade adequadas. l) Utilize apenas estruturas de apoio, equipamentos, conectores e cabos eléctricos que sejam ade- quados para um sistema eléctrico solar. m) Cumpra todas as precauções de segurança associadas aos outros componentes utilizados. Segurança no Manuseamento a) Não utilize a caixa de uniões para elevar ou transportar o painel. b) Não se coloque em pé sobre o painel, nem o pise. c) Não sujeite o painel a quedas, nem permita que algum objecto caia sobre ele. d) Não danifique nem arranhe a superfície posterior do painel. e) Evite pousar o painel com violência em qualquer superfície rígida,especialmente quando o colocar sobre uma esquina. f) Não desmonte, não modifique, nem adapte o painel, nem remova qualquer componente ou eti- queta que fabricante tenha colocado. Qualquer uma dessas acções anulará a garantia. g) Não perfure a estrutura ou o vidro do painel. Qualquer uma dessas acções anulará a garantia. h) Não aplique tintas ou adesivos na superfície posterior do painel. i) Nunca abandone um painel sem que ele esteja devidamente suportado ou fixo. j) Os painéis são construídos com vidro temperado, mas ainda assim devem ser sempre tratados com cuidado. k) Um painel que tenha o vidro partido ou o revestimento posterior rasgado não pode ser reparado e também não deve ser utilizado,pois algum contacto com a superfície ou estrutura do painel pode provocar choque eléctrico. l) Os painéis partidos ou com outros danos têm de ser manuseados e eliminados com cuidado. O vidro partido pode ser aguçado e provocar ferimentos se não for manuseado com equipamento de protecção adequado. m) Todos os trabalhos devem ser efectuados apenas em condições secas e com ferramentas secas. Não manuseie um painel que esteja molhado, excepto se o fizer com equipamento de protecção apropriado. n) Quando guardar painéis desligados no exterior por algum tempo, cubra sempre os que ficarem com a face de vidro voltada para baixo para evitar que entre água para o interior e danifique os conectores expostos. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 65 - 112 Segurança durante a Instalação a) Não permita que crianças se aproximem do sistema e dos painéis durante a instalação. b) Não execute qualquer trabalho de instalação na presença de ventos fortes. c) Quando instalar painéis acima do chão, evite quaisquer riscos de queda ou outros perigos seguin- do as práticas de segurança adequadas e utilizando equipamento de protecção adequado. d) Os painéis solares eléctricos não têm interruptor de ligar/desligar. Não é possível impedir que os painéis funcionem, nem mesmo retirando-os da luz ou cobrindo totalmente a superfície frontal com algum material opaco ou trabalhando com eles voltados para baixo e assentes em alguma superfície plana e macia. e) Quando trabalhar com os painéis expostos à luz, cumpra todos os regulamentos aplicáveis aos trabalhos em equipamento eléctrico sob tensão. f) Não toque nos terminais eléctricos, nem na extremidade de qualquer fio, enquanto o painel esti- ver exposto à luz ou durante a instalação do painel. g) Não use jóias metálicas durante os trabalhos de instalação eléctricos ou mecânicos. h) Nunca abra ligações eléctricas nem desencaixe conectores com o circuito sob carga. i) Qualquer contacto com componentes de painéis sob tensão eléctrica, como terminais, pode resul- tar em queimaduras, faíscas ou choque eléctrico letal, quer o painel esteja ligado ou desligado. j) Utilize sempre ferramentas com isolamento eléctrico e luvas de borracha aprovadas para traba- lhos em instalações eléctricas. Segurança contra Incêndio k) Consulte as orientações ou regulamentos específicos relativos a segurança contra incêndios em edifícios ou estruturas. l) A construção e a instalação em telhados pode afectar a segurança contra incêndios do edifício; uma instalação incorrecta pode contribuir para o agravamento dos perigos em caso de incêndio. m) No caso de serem aplicados em telhados, os painéis devem ser montados sobre uma cobertura resistente ao fogo e com especificações adequadas à aplicação em questão. n) Para protecção de pessoas e bens deve usar-se disjuntores (ou interruptores) diferenciais, fusí- veis e disjuntores magneto-térmicos. o) Não coloque painéis próximos de equipamentos ou locais onde possam ser gerados ou guarda- dos gases inflamáveis. Segurança na Instalação Eléctrica a) Evite o risco de choque eléctrico quando estiver a instalar, ligar cabos eléctricos, operar ou repa- rar um painel. b) Se a voltagem de corrente contínua (CC) total do sistema exceder 100 V, o sistema tem de ser instalado, colocado em funcionamento e mantido por um electricista certificado. c) Qualquer contacto com uma voltagem de 30 V em corrente contínua é potencialmente perigoso. d) Não utilize painéis de configurações eléctricas ou físicas diferentes no mesmo sistema. e) A voltagem máxima em circuito aberto de cada fileira de painéis em série não pode ser superior à voltagem máxima do sistema (equipamentos de consumo inversores etc.. f) A maioria dos painéis comerciais estão equipados com cabos e conectores rápidos instalados na fábrica. Os painéis foram concebidos para serem facilmente interligados em série. g) Os conectores mais comuns são os conectores estanques bloqueáveis Multi-Contact® do tipo 4. As ligações com ficha PV podem ficar ainda mais seguras de forem utilizados os clipes de blo - queio de segurança (PV-SSH4) fornecidos pela Multi-Contact®. h) Os “clipes” PV-SSH4 ( Multi-Contact normalmente não são fornecidos com os painéis é necessá- rio adquiri-los separadamente. Com o clipe instalado, uma ligação com ficha PV só pode ser des- bloqueada com a ferramenta PV-MS, também fornecida pela Multi-Contact®. i) Os cabos eléctricos que utilizar no sistema devem ter áreas de secção transversal e fichas ade - quadas, que estejam aprovadas para a corrente máxima de curto-circuito do painel. j) Ao fazer as ligações, é necessário respeitar as polaridades dos cabos e dos terminais; caso con- trário, poderá danificar o painel. k) Quando as correntes inversas puderem exceder o valor máximo do fusível protector indicado na parte de trás do painel, é necessário ligar um dispositivo limitador de corrente (fusível ou disjun - tor), certificado e de valor correcto, em série com cada painel ou conjunto de painéis. l) O valor do dispositivo limitador de corrente não deve exceder o valor máximo do fusível protector indicado nas especificações do painel. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 66 - 112 m) A maioria dos painéis comerciais com potência superior a 30W contém díodos bypass instala- dos na fábrica, no interior da caixa de uniões. n) A caixa de uniões não foi concebida ou certificada para ficar acessível ou sujeita a acções de manutenção e nunca deve ser aberta, seja em que circunstância for. A abertura da caixa de uniões anulará a garantia. o) Os painéis suspeitos de terem algum problema eléctrico devem ser devolvidos ao fabricante para inspecção e possível reparação ou substituição, conforme os termos da garantia dada. Segurança Contra Descargas Atmosféricas e Correntes de Defeito - Ligação À Terra a) Embora alguns fabricantes não exijam a ligação das estruturas dos painéis à terra, o Regula- mento de Instalações de Energia Eléctrica de BT exige que todas as partes metálicas acessíveis sejam ligadas à terra A ligação das estruturas à terra poderá também ser exigida para fins de protecção contra raios ou sobre-voltagem ou edifícios que o exijam. É boa táctica fazer sem- pre a ligação adequada à terra b) Os painéis podem ser ligados à terra nos orifíci- os com 5,5 mm de diâmetro existentes na estru- turas. O cabo de ligação à terra pode ser fixado ao painel com um parafuso de aço inoxidável (tipo M5) e anilhas de aço inoxidável, conforme demonstrado na figura. A secção do cabo e o método de ligação à terra têm de estar em con- formidade com o regulamento. Segurança na Instalação Mecânica a) Os painéis devem ser montados numa orientação que maximize a exposição à luz solar e elimine ou minimize a cobertura com sombras. b) Basta um encobrimento parcial com sombra para o débito de um painel ou sistema ficar substancial- mente reduzido. c) Os painéis têm de ficar firmemente fixos com estruturas de suporte ou kits de montagem específicos para aplicações foto-voltaicas. d) Os painéis podem ficar montados em qualquer ângulo entre as posições horizontal e vertical. e) Deve-se ter o cuidado de evitar ângulos muito reduzidos em relação à horizontal para se evitar a acu - mulação de sujidade entre o vidro e a extremidade da estrutura. f) A acumulação de sujidade na superfície do painel pode fazer com que as células solares activas fi - quem encobertas, levando à deterioração do desempenho eléctrico. g) No caso dos sistemas montados em telhados, é necessário deixar espaço de ventilação suficiente para a refrigeração da parte posterior dos painéis (10 cm ). h) É necessário deixar um espaço de 7 mm , ou mais, entre painéis para permitir a expansão térmica das estruturas. i) Certifique-se sempre de que a parte posterior do painel não fica sujeita ao contacto com objectos es- tranhos ou elementos estruturais que possam tocar-lhe, sobretudo quando o painel estiver sob carga mecânica. j) Garanta que os painéis não ficarão sujeitos a cargas de neve ou ventos que excedam as cargas má- ximas permissíveis, nem sujeitos a forças excessivas provocadas pela expansão térmica das estrutu- ras de apoio. k) Os painéis deverão ser fixados considerando o esforço que deverão suportar em termos de ventos que sejam considerados habituais pelas condições meteorológicas do local de instalação. Em Portu- gal os ventos podem ser de fracos (com velocidades de menos de 10 Km/h até tempestuosos com velocidades até 120Km Hora. A maior velocidade registada de vento em Portugal foi de 167 Km/h du- rante um ciclone em 1941) sendo que ventos com velocidades superiores a 82Km / hora ocorrem com uma probabilidade inferior 0,1% . Assim podem considera-se que os painéis e as respectivas es- truturas de suporte devem poder suportar sem danos próprios ou em terceiros, os ventos ventos até 90Km/h. A responsabilidade civil por ocorrências derivadas de ventos ou condições tempestuosas ( ventos acima destes valores) deve ser suportada por uma apólice de seguro específica. Assim deve considerar-se que por painel solar inclinado a 40º a força provocada por um vento de 120 Km/h será Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 67 - 112 Estas perdas estão relacionadas com a deposição de poeira e sujidade na superfície do fotovoltaica módulos, o que traduz uma menor captação de energia solar e consequentemente menor energia eléctrica gerada. Perdas angulares e espectrais A potência de um módulo fotovoltaico está directamente relacionada com as condições standard de medida, 1000 W / m2 de radiação, 25 ° C de temperatura da célula, com uma incidência da luz per - pendicular à superfície do painel luz essa constituída por um espectro padrão AM1.5G. Mas, na ope- ração normal de funcionamento de um módulo fotovoltaico, a incidência de radiação difere dos valo- res standard, resultando em perdas por reflexão de irradiação, o mesmo se passando com o espectro solar durante todo o período de funcionamento. Perdas nos condutores de DC e AC No lado DC e AC da instalação podem ocorrer perdas de potência, causadas pela queda de tensões dos cabos condutores. Perdas por não cumprimento da potência nominal Os módulos fotovoltaicos obtidos a partir de uma indústria transformadora não são todos idênticos. Os fabricantes garantem a potência de um módulo fotovoltaico com uma potência nominal P*, está dentro de uma faixa que oscila entre P* ± 3% e P* ± 5%. Por isso, é esperado que a potência dos mó- dulos instalados possa não coincidir com a soma das potências de catálogo de cada um. Perdas no Inversor A transformação da corrente gerada pelos módulos fotovoltaicos em corrente alterna está associada a perdas inerentes a processos electrónicos do equipamento inversor cujo rendimento típico varia de 90 a 97%. Perdas de seguimento de potência máxima O inversor fotovoltaico de conexão à rede dispõe de um dispositivo electrónico de seguimento de po- tência máxima (MPPT – Maximum Power Point Tracking) cujos algoritmos de controlo variam entre os diferentes modelos e fabricantes. Um erro no acompanhamento deste ponto implica uma perda da energia captada. Perdas por sombreamento dos painéis A implantação dos módulos solares no sitio, bem como a presença de qualquer objecto no ambiente da instalação poderá influenciar o sombreamento em determinadas horas do dia, levando a uma re- dução de produção de electricidade. A distância mínima entre módulos é a que evita as sombras de uma fileira de módulos sobre outra. Essa distância D é obtida para considerando a latitude do local da instalação, o ângulo de instalação e as dimensões dos painéis. Perdas causadas temperatura Os módulos fotovoltaicos são caracterizados por uma curva de potência que varia com a variação da temperatura, sendo a temperatura em funcionamento normal mais elevada do que o valor medido em condições standard. Isso levará a uma perda de potência que estará dependente da radiação e da temperatura. A potência nominal módulo fotovoltaico é medida a 25 °C de temperatura da célula, em condições de funcionamento a célula pode chegar a temperaturas de 70 ºC. Para testar o funcionamento de uma instalação fotovoltaica a partir de medições instantâneas das condições ambientais, é necessário que as variações resultantes da temperatura do módulo fotovol- taico sejam calculadas no instante de medição. O rendimento da instalação ou “Performance Ratio” (PR) é calculado como o produto de todos os ren- dimentos energéticos. Assim a minimização de todas as perdas e o aumento da eficiência global é o objectivo do PLANEA- MENTO e DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO. Para começar, tem de se escolher o local de montagem dos painéis que tem de ser em área desim- pedida preferencialmente virada a sul e nunca virada a norte, pois tudo o que o painel solar faz é con- verter a luz do sol em corrente contínua que serve para carregar as baterias ou accionar o conversor. Depois devemos recolher vários dados necessários para o dimensionamento dos dos equipamentos, para o que se sugerem os seguintes passos: Passo número 1 - Dados necessários para dimensionar um sistema a) Determinar as cargas que vamos usar tensão de alimentação e consumos em potência nominal b) Determinar em quantos dias da semana iremos utilizar c) Determinar quantas horas por dia iremos utiliza Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 70 - 112 d) Autonomia prevista (quanto tempo o sistema tem de funcionar em caso de baixa insolação por Exemplo tempo chuvoso nublado ou com nevoeiros.) Tensão nominal do sistema. Refere-se à tensão típica em que operam as cargas a conectar. Dever-se-á, além disso distinguir se a referida tensão é alternada ou contínua. Potência exigida pela carga A potência que cada carga exige é um dado essencial. Os equipamentos de comunicações requerem potências importantes quando funcionam em transmissão e isto, muitas vezes, ocorre só durante al- guns minutos por dia. Durante o resto do tempo requerem uma pequena potência de manutenção. Esta diferenciação deve ser levada em conta na concepção do sistema. Horas de utilização das cargas Juntamente com a potência requerida pela carga deverão especificar-se as horas diárias de utilização da referida potência. Multiplicando potência por horas de utilização, obter-se-ão os watts hora requeri- dos pela carga ao fim de um dia. Localização geográfica do sistema (Latitude , Longitude e a altura relação ao nível do mar do sítio da instalação) Estes dados são necessários para determinar o ângulo de inclinação adequado para o módulo foto- voltaico e o nível de radiação (médio mensal) do lugar. Autonomia prevista Isto refere-se ao número de dias em que se prevê que diminuirá ou não haverá geração e que deve- rão ser tidos em conta no dimensionamento das baterias de acumuladores. Para sistemas rurais do- mésticos tomam-se de 3 a 5 dias e para sistemas de comunicações remotos de 7 a 10 dias de auto- nomia. Passo número 2 - Calcular consumos diários e semanais. Para isso preparamos uma tabela: Coluna A = número de aparelhos Coluna B = consumo por hora em ampére Coluna C = quantas horas são usadas por dia Coluna D = quantos dias por semana são usados Coluna E = consumo por semana Ah Coluna FC = total de consumo em ampére por semana é igual: A x B x C x D Exemplo para uma casa típica T3 com 4 pessoas : Equipamentos de Corrente Contínua a 12V APARELHO A Qtd Potencia Nominal W B Consumo /h A C Horas de uso por dia D Dias por Semana E Consumo semanal Ah FC Consumo semanal Wh Iluminação LED 5W recurso e sinalização nocturna 3 5 0,42 2 7 210 Internet Wireless 1 10 3 7 210 TOTAL 420 Equipamentos de Corrente Alterna em 220V APARELHO A Qtd Potencia Nominal B Consumo/ C Horas de D Dias por E Consumo FC Consumo Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 71 - 112 W h A uso por dia Semana médio dia Wh semanal Wh Iluminação LED 5W 10 5 0,42 3 7 105 Iluminação baixo consumo 7W 10 7 2 7 980 Iluminação baixo consumo 18W 2 18 3 7 740 TV cores 32” 120W 1 120 5 7 4,200 TV cores 21” 80W 1 80 2 7 1,120 Frigorífico Classe A 250W 1 250 W 2 7 3,500 Máquina de lavar 1 2200 1 2 4,400 Microondas 1 800 0.5 7 2,400 Ferro de Engomar 1 2000 1 2 4,000 Torradeira 1 800 0,1 7 560 Batedeira Varinha e outros 1 300 0,1 7 210 Total 22,215 Energia consumida Pelo inversor 24,683,33 Energia a Fornecer pelos painéis 3,586,19 25,103,33 Identificar cada carga de corrente contínua, seu consumo em Watts e a quantidade de horas por dia que deve operar. . a) Multiplicar a coluna (A) pela (B) pela ( C ) e pela (D) para obter os Watts hora / dia de consumo de cada aparelho (coluna [A xBxCxD]). b) Somar os Watts hora/semana de cada aparelho para obter os Watts hora/semana totais das cargas em corrente contínua (Subtotal 1). c) Proceder de igual forma com as cargas em corrente alternada com o acrescento de 10% de energia adicional para ter em conta o rendimento do inversor e outras perdas (Subtotal 2 ) Para poder esco- lher o inversor adequado, dever-se-á ter claro quais são os níveis de tensão que se manejarão tanto em termos de corrente alternada como de continua assim como a potência máxima simultânea a de- bitar . Por omissão escolhe-se a 3300 W d) Obter a procura total de energia. Subtotal CC + Subtotal CA. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 72 - 112 Esta estimativa refere-se a uma instalação nova executada segundo as normas técnicas mais aperfeiçoadas (estado da arte ). Contudo como contempla um valor de perdas global conservador podemos considerar estes valor como uma boa base de trabalho para calcular a estimativa do rendimento económico . Assim aos valores do Kwh atribuídos para 2010 (0,5866 €/Kwh e 0,5573 €/Kwh é estimado um rendi- mento anual de 5100x0,5573= 2842,23 € a 5100X0,5866= 2991,66 € ou seja aproximadamente 250 € por mês por instalação. Cálculo do banco de baterias de acumuladores A capacidade do banco de baterias é obtida com a fórmula: Cap.= 1,66 x Dtot x Aut. Em que: 1,66: factor de correcção de bateria de acumuladores que leva em conta a profundidade de descarga admitida, o envelhecimento e um factor de temperatura. Dtot: Débito ou procura total de energia da instalação em Ah/dia. Isto obtém-se dividindo os Wh/dia totais que surgem da folha de dimensionamento pela tensão do sis- tema. Aut: Dias de autonomia conforme visto no item Autonomia prevista. No exemplo adoptado de baterias de 12V será : Cap. Bat. =1,66 x (( 3586,19 Wh/dia / 12 Volts ) x 5 dias) = 1494,24 Ah Se usarmos baterias de 12V-250Ah teremos de usar 6 baterias em paralelo Associação dos Painéis e Baterias e dimensionamento de condutores e cabos Ligações Para assegurar a operação apropriada das cargas deverá efectuar-se a selecção adequada dos con- dutores e cabos de ligação, tanto daqueles que ligam o gerador solar às baterias como os dos que as interligam com as cargas. No caso de uma habitação rural, os esquemas de ligação básicos serão os seguintes: a) Instalação em 12 Vcc com um módulo fotovoltaico de 33 células e regulador de 12 Vcc b) Para alimentação de equipamentos de comunicações podem ser necessárias tensões superiores a 12 Vcc. c) As tensões de trabalho típicas são 24, 36 e 48 Vcc. Para realizar o dimensionamento adequado deve-se consultar o Anexo A. d) Aqui serão indicados apenas algumas ligações básicas para as tensões mencionadas. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 75 - 112 e) Instalação em 24 Vcc com quatro módulos fotovoltaicos de 24 Vcc Instalação em 12 Vcc com módulos fotovoltaicos de 33 células e regulador de 12 Vcc Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 76 - 112 Organização de fileiras As fileiras são associações de painéis em série, destinadas a obter uma tensão final maior que a de um só módulo, adequada aos equipamentos de consumo ou de conversão de corrente. As fileiras por sua vez podem conectar-se em paralelo para se conseguir a potência desejada, atra- vés de uma caixa de conexões que inclui normalmente sistemas que garantem a protecção do sis- tema tais como díodos, etc. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 77 - 112 Com base na latitude do lugar da instalação obtém- se do gráfico o factor de espaçamento. Assim, a distância mínima a que poderá estar loca- lizado o objecto será, como indicado na Fórmula de cálculo do espaçamento Distância = Fe x (Ho - Hm) Onde: a) Fe = Factor de espaçamento obtido da Figura b) Ho = Altura do objecto c) Hm = Altura em relação ao nível do solo em que se encontram instalados os módulos. Os módulos deverão ser orientados de modo a que a sua parte frontal olhe para o Sul. Para orientar o módulo solar faça uso de uma bússola. Notar que a bússola indica a direcção Norte-Sul Magnéticos, que é diferente do Sul Geográfico pela acção da declinação magnética. Para efeito de instalação pode-se adoptar o Sul Geo- gráfico sem muito erro. Para conseguir um melhor aproveitamento da radiação solar incidente, os módulos deverão estar inclinados em relação ao plano horizontal num ângulo que variará conforme a latitude da instalação. Recomenda a adopção dos seguintes ângulos de inclinação: Latitude Ângulo de inclinação 0 a 4 graus 10 graus 5 a 20 graus latitude + 5 graus 21 a 45 graus latitude + 15 graus 46 a 65 graus latitude + 20 graus 66 a 75 graus 80 graus Localização dos demais equipamentos O controlador de carga das baterias deverá ser instalado o mais próximo possível do banco de bateri- as pois os controladores mais modernos possuem dispositivos de compensação de temperatura auto- máticos que ajustam o nível de carga dos módulos solares conforme a temperatura do banco de bate- rias. As baterias deverão ser instaladas num compartimento separado do resto da habitação e com ventila- ção adequada. Nas instalações rurais é aconselhável ter um quadro de distribuição com uma entrada para o banco de baterias e uma ou duas saídas (com as respectivas protecções) em que se repartirão os consu- mos das habitações. No referido quadro também poderá haver um sistema indicador do estado de carga das baterias. Para isso é conveniente colocar o quadro num lugar da habitação de acesso fácil a fim de manter o controle adequado. Deve-se confirmar que não haja projecção de sombras de objectos próximos em nenhum sector dos módulos entre as 9 e as 17 horas, pelo menos. A simples sombra de uma vara ou mesmo uma som- bra parcial de árvore afecta drasticamente o rendimento do painel solar. Deve-se verificar periodicamente se as ligações eléctricas estão bem ajustadas e sem sinais de oxi - dação. Sugere-se o reaperto dos terminais do controlador pelo menos anualmente. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 80 - 112 Manutenção das baterias Desde que possível recomenda-se sempre o uso de baterias do tipo sem manutenção e que portanto não permitem reposição de água. Estas baterias possuem uma vida útil que pode atingir até 4-5 anos. Regularmente deve-se observar os terminais e remover a oxidação que se forma sobre os mesmos. Cálculo da Força do vento Diagrama de forças no painel Os maciços base, a estrutura de suporte, as buchas e ou os sistemas de amarração deverão ser dimensiona- das de forma a serem capazes de resistir eficazmente às tracções provocadas pela força do vento que se passam a explicitar. Para este efeito de cálculo devem ser considerados os dados históricos de vento no local e as normas em vi - gor para este tipo de estruturas. Assim, deve ser considerado que a estrutura na sua totalidade deve suportar uma velocidade máxima do ven- to de 120 km/h, que equivale a 33,3 m/s. A força do vento nos painéis inclinados decompõe-se em duas componentes: uma perpendicular à estrutura que levanta o painel chamada força de sustentação e outra que o empurra na direcção que sopra o vento chamada força de arrasto. Para um valor de 33,2 m/s a pressão do vento sobre uma superfície perpendicular à direcção de sopro é de Fa=Ca*q*A, onde: Ca = coeficiente de arrasto = 2,0 q = pressão estática do vento = 0,613 * 33,33² (para um vendo de 120 km/h). A = área do painel. Assim a força de arrasto de um painel de 1,310m2 perpendicular ao vento será : Fa=2*0,613*33.33*33.33*1.310= 1784.1N ou seja cerca de 181Kgf Como a estrutura à latitude de Portugal Continental vai ter os painéis com 45º de inclinação, para este ângulo e para painéis com 1,31 m2 a força (F1- força de sustentação) que é a força que tende a levantar os módulos e a estrutura de suporte é: F1= 1784.1*sen (45º )= 1261,6N por painel ou seja cerca de 128Kgf por painel. Deve-se verificar periodicamente se o ângulo de inclinação obedece ao especificado, isto por que é comum que as estruturas de fixação sofram pequenos desvios pela acção dos ventos e até mesmo desgaste mecâni- co. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 81 - 112 Software de apoio ao dimensionamento (SMA Sunny Design) Este software multilíngua e multi-local pode ser descarregado gratuitamente do site www.sma.de O programa permite fazer um cálculo rápido dos valores eléctricos de um sistema fotovoltaico consi- derando componentes disponíveis comercialmente e verifica ainda a compatibilidade dos diversos componentes do sistema permitindo depois a impressão de dados técnicos do projecto sob a forma de documentos padronizados. p) No primeiro écran deste software define-se a latitude da instalação o número tipo e inclinação dos painéis q) No segundo écran escolhe-se o inversor e o programa verifica compatibilidades de acordo com o número de módulos e o número de fileiras r) No último visualizam-se os resultados e pode imprimir-se documentação necessária para o supor- te técnico do projecto Escolha de Lâmpadas e Luminárias de baixo consumo para 12 V . Recomenda-se: a) Lâmpadas fluorescentes compactas PLSE 4 pinos 9 watts. b) Tubular c/ inversor 12 volts (fluorescente) 9 e 11 watts; c) Consumo 80% menor que as comuns; d) Melhor luminosidade; e) Vida útil de 8.000 horas; f) Inversores para lâmpadas fluorescentes compactas PLSE e tubular. Lâmpadas recomendadas Consumo em A/h PLSE (4 pinos) Lâmpada 9w = 60w em 110/220V 0,75 A/h Lâmpada fluorescente tubular 15 watts 1,30 A/h Lâmpada fluorescente tubular 20 watts 1,70 A/h Lâmpada fluorescente tubular 40 watts 2,00 A/h “Lâmpadas “ Led 5 watts 0,42 A/h Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 82 - 112 CAPÍTULO 10 –ESTUDO ECONÓMICO ORÇAMENTO MODELO PARA UM SISTEMA FOTOVOLTAICO DE LIGAÇÃO À REDE CONFORME A NOVA LEI DE MICRO-GERAÇÃO 1. Gerador Fotovoltaico O gerador fotovoltaico é composto por 20 módulos fotovoltaicos da marca BP Solar, modelo BP 7175 S. Cada módulo tem uma potência máxima de 175 W, o que resulta numa potência total do gerador de 3,5 kW. Os 20 módulos ocupam uma área de 26 m². Permitem as seguintes configurações padrões quando montados num telhado inclinado: (outras configurações a pedido) Os módulos serão instalados numa estrutura plana de alumínio, que vai ser fixada directamente em cima das telhas existentes. 2. Inversor O inversor indicado é o modelo Sunny Boy SB 3300 da marca SMA. Tem uma potência máxima de saída de 3600 W. Está incorporada a protecção CC ao lado da entrada dos módulos e vem equipado com o sistema ‘Grid Guard’, que respeita as normas de segurança para a interligação com a rede pública. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 85 - 112 3. Caixa de protecções Uma caixa de poli-carbonato IP65 contém as protecções do lado da saída CA: 1 Disjuntor magneto-térmico 2P 20A 1 Interruptor diferencial 25A/30mA As dimensões da caixa: 225 mm (L) x 200 mm (A) x 90 mm (P) 4. Contador O contador modelo SL7000 da marca Actaris é aprovado pela EDP e é fornecido com um modem GSM para cumprir as exigências da lei acerca da tele-contagem. 5. Instalação O preço da instalação inclui a mão-de-obra e o material de instalação como cabos, calhas, etc. Não inclui o cabo que liga ao contador/ramal nem os custos de deslocação do pessoal. 6. Opção Monitorização e Aquisição de Dados Para a monitorização do desempenho do sistema recomendamos um “datalogger” (registador) da marca SMA, modelo Sunny WebBox, que permite a visualização e o armazenamento dos dados da produção atra- vés de um computador. 7. Preços O preço global é composto conforme a tabela seguinte: 8. Condições de Pagamento 35% de adiantamento com a adjudicação 65% depois da conclusão das obras e da verificação do funcionamento técnico. 9. Impostos Aos preços apresentados, acresce o I.V.A. à taxa legal em vigor à data da factura. 10. Validade da Proposta A nossa proposta é válida por 30 dias a contar da presente data, findos os quais fica sujeita a confirmação. 11. Prazo de Entrega O prazo de entrega e início previsto da obra é de 6 semanas depois da adjudicação. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 86 - 112 CAPÍTULO 11 - MICRO-GERAÇÃO FOTO-VOLTAICA E EÓLICA COMBINADAS Produção e Venda de Energia à Rede Eléctrica de Serviço Público (RESP) Regime legal aplicável : Regime simplificado descrito no DL 363/2007 (Nov 2007) Documentação Oficial a) Decreto-Lei nº 363/2007, de 2 de Novembro b) Alteração ao Decreto-Lei nº 363/2007 , de 2 de Novembro c) Despacho com regras técnicas de aplicação (Formato PDF, 29 kb) d) Termo de Responsabilidade (Formato PDF, 15 kb) e) Minuta de contrato de fornecimento de energia f) Elementos para inscrição de entidades instaladoras (Formato PDF, 22 kb) g) Lista de entidades instaladoras h) Portaria das taxas de micropr odução i) Guia de microprodução Proveitos garantidos por lei : a) Produção para venda energia fotovoltaica a 0,65 € / kWh em regime bonificado, até ao 5º ano. Do 6º ao 15º ano 0,503 € / kWh. b) A partir do 15º ano a instalação sai do regime bonificado e fica sujeita ao regime geral. c) Produção para venda energia eólica a 0,455 € / kWh / regime em bonificado. MICRO-PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE DESTINADA A VENDA A finalidade da micro-produção é permitir conectar à rede eléctrica uma instalação fotovoltaica ou eó- lica para venda de toda a energia produzida, de modo a que, progressivamente, que se vá ampliando a percentagem de energia limpa disponível para o consumidor. Ligando à rede eléctrica de serviço público (RESP) uma instalação fotovoltaica ou eólica consegui- mos convertê-la numa pequena central produtora limpa. O governo obriga as grandes companhias eléctricas a comprar a energia produzida e a distribuí-la no mercado. Assim se consegue que os utilizadores possam consumir da rede uma parte de energia que provenha de fontes renováveis. O preço de venda da energia produzida está subvencionado. A título de exemplo : o actual preço de venda ao público é a 0,11 € / kWh e o preço de compra pela rede é de 0,65 €/ kW, isto é 5,9 vezes maior. Assim, o proprietário da instalação pode amortizar bem mais rápido o investimento e ter mesmo a mé- dio prazo, benefícios económicos desse investimento . O preço de compra da energia eléctrica produzida depende do método de geração e do ano em que é comprada: a) Para a energia de origem fotovoltaica é de 0,65 € / kW até ao 5º ano de exploração do sistema e de 0,503€ /kW do 6 ao 15º ano b) Para a energia de origem eólica é de 0,455 € / kW até ao 5º ano de exploração do sistema e de 0,350€ / kW do 6 ao 15º ano c) Para outras origens da energia os valores de subvenção são menores. d) Para o regime geral não bonificado o preço de venda é igual ao preço de compra. Investimento subvencionado O estado subvenciona a fundo perdido 30% do valor da instalação, com um limite máximo de 777€, por dedução directa no IRS das instalações particulares residenciais e ainda aplica a taxa de IVA in- termédia de 12 % aos painéis fotovoltaicos e aero-geradores. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 87 - 112 h) RETORNO DO INVESTIMENTO PARA UMA INSTALAÇÃO DE MICRO-GERAÇÃO FOTO-VOLTAI- CA NAS CONDIÇÕES DO REGIME BONIFICADO Para os limites de potência actuais de 3,68 kW e considerando um período médio de 5 horas úteis de insolação máxima por dia em Portugal, durante 9 meses por ano, temos 1350 horas de aptidão para geração da potência de 3,68 kW, o que dá 4968 kWh de energia injecta- da na rede. Este valor está abaixo dos 8862 kWh máximos passíveis de remuneração. O valor correspondente recebido por ano será 4,968*650=3229 € nos primeiros cinco anos e de 2499 € do 6º ao 10 ano. Como o investimento actualmente se cifra em cerca de 25000 €, sendo dedutíveis no máximo 777 € no IRS do primeiro ano, o período de amortização desse investimento é de 5+(25000 – 777- 5*3229)/2499= 8,2 anos Como os proveitos anuais ficam abaixo de 5000 €, nos termos da lei são isentos de IRS. Os lucros estimados nos primeiros 15 anos são 6,8*2499=16993 € o que corresponde a uma taxa global de 67,9 % ou uma taxa média anual de 4,52% ou seja acima do valor actual de um depósito a prazo. RETORNO DO INVESTIMENTO PARA UMA INSTALAÇÃO DE MICRO-GERAÇÃO EÓLICA NAS CONDI- ÇÕES DO REGIME BONIFICADO Para os limites de potência actuais de 3,68 kW, considerando um período médio de 3 horas de vento útil por dia em Portugal, durante 12 meses por ano, temos 1095 horas de aptidão para geração da potência de 3,68 kW, o que dá 4030 kWh de energia injecta- da na rede. Este valor está abaixo dos 14720 kWh máximos passíveis de remuneração para este tipo de micro-geração. O valor correspondente recebido por ano será 4,030*455=1834 € nos primeiros cinco anos e de 1411 € do 6º ao 10 ano. Como o investimento actualmente se cifra em cerca de 15000 €, sendo dedutíveis no máximo 777€ no IRS do primeiro ano, o período de amortização desse investimento é de 5+(15000 – 777- 5*1834)/1411=8,6 anos Como os proveitos anuais ficam abaixo de 5000 €, nos termos da lei são isentos de IRS. Os lucros estimados nos primeiros 15 anos são 6,4*1411=9030 € o que corresponde a uma taxa glo - bal de 9030/15000=60,2 % ou uma taxa média anual de 4 % ou seja próximo do valor actual de um depósito a prazo. RETORNO DO INVESTIMENTO PARA UMA INSTALAÇÃO DE MICRO-GERAÇÃO COMBINADA FOTO- VOLTAICA+EÓLICA NAS CONDIÇÕES DO REGIME BONIFICADO Neste tipo de instalação consegue-se maximizar o número de horas dia com aptidão para a micro-ge- ração à potência máxima que se pode injectar na rede e por conseguinte maximizar o rendimento económico da instalação. Pode-se ter por tipo de energia menor potência instalada ou seja menos painéis fotovoltaicos e aero- geradores de menor potência, de modo a que os custos totais fiquem dentro de valores razoáveis. Uma instalação típica de micro-geração combinada custará cerca de 30000 Euros com a repartição de potência de 3,68 kW fotovoltaica + 1 kW eólica. Para a micro-geração fotovoltaica considerando um período médio de 5 horas de insolação útil por dia em Portugal durante 09 meses por ano, temos 1350 horas de aptidão para geração da potência de 3,68 kW o que dá 4968 kWh de potência injectada na rede. Este valor está abaixo dos 8862 14720 kWh máximos passíveis de remuneração para este tipo de micro-geração. O valor correspondente recebido por ano será 3229 € nos primeiros cinco anos e de 2499 € do 6º ao 10 ano. Para a micro-geração eólica, considerando um período médio de 3 horas de vento útil por dia em Por- tugal durante 12 meses por ano, temos 1095 horas de aptidão para geração da potência de 1 kW o que dá 1095 kWh de potência injectada na rede. Este valor está abaixo dos 14720 kWh máximos pas- síveis de remuneração para este tipo de micro-geração. O valor correspondente recebido por ano será 1,095*455=498 € nos primeiros cinco anos e de 383 € do 6º ao 10 ano. Na prática o sistema eólico destina-se a permitir injectar na rede os 3,68KW durante mais horas pro- longando o período diário útil para a geração de energia. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 90 - 112 Assim o rendimento combinado mensal será 3229+498=3727 € do primeiro ao quinto ano e 2499+383=2882 € do 6º ao 10º ano Com o investimento previsto de cerca de 28000 €, sendo dedutíveis no máximo 777 € no IRS do pri - meiro ano, o período de amortização desse investimento é de 5+(28000 – 777-5*3727)/2882= 7,98 anos . Como os proveitos anuais ficam abaixo de 5000 €, nos termos da lei são isentos de IRS. Os lucros estimados nos primeiros 15 anos são 7,02*2882=20232€ o que corresponde a uma taxa global de 20232/28000=72,3 % ou uma taxa média anual de 4,8 % ou seja acima do valor actual de um depósito a prazo. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 91 - 112 CAPÍTULO 12 –LEGISLAÇÃO NACIONAL E COMUNITÁRIA Para a produção de energia eléctrica a partir das fontes de energia renováveis, existem em Portugal, basica- mente, dois mecanismos de apoio: i) um regime jurídico, que considera uma remuneração diferenciada por tecnologia das FER e respecti- vo regime de exploração; ii) ii) e uma medida de apoio ao investimento inicial de projectos de produção de energia a partir das FER. Em termos da meta 150 MW (conforme Resolução do Conselho de Ministros nº 63/2003), sobre o actual en- quadramento legal no que respeita ao potencial de expansão nacional dos investimentos na área da energia fotovoltaica, poderemos fazer dois tipo de comentários, que talvez nos possam ajudar a entender o seu real valor. Por um lado, no que respeita ao valor anterior de 50 MW, sem dúvida alguma de que se tratou de um importante aumento, revelando uma actual perspectiva de crescente interesse por parte do Governo Portu- guês. Por outro lado, em termos do enquadramento desta meta no que respeita a resultados de estudos efec- tuados sobre o cenário energético nacional, será de realçar os estudos efectuados pela REN, onde é referido, para o horizonte de 2010, uma possibilidade de evolução da potência instalada até 400 MW, no que respeita à injecção de energia eléctrica na rede pública de distribuição a partir de sistemas fotovoltaicos. Diplomas Publicados Entre os diplomas já publicados em Portugal com especial interesse para a produção de energia eléctrica a partir das FER, e com especial interesse no âmbito de intervenção do presente documento – produção de energia eléctrica a partir de sistemas fotovoltaicos, temos os seguintes Decretos Lei e Portarias: Decreto – Lei 313-95 de 24 de Novembro: Estabelece no âmbito do SEI, o regime jurídico do exercício de actividade de produção de energia eléctrica em aproveitamentos hidroeléctricos, bem como da produção de energia eléctrica a partir das FER. Decreto Lei Nº 168/99 de 18 de Maio: Revê o regime aplicável à actividade de produção de energia eléctri- ca, no âmbito do Sistema Eléctrico Independente (SEI), que se baseia na utilização de recursos renováveis. A presente legislação estabeleceu uma tarifa diferenciada para a entrega de energia eléctrica na rede pública de distribuição. Regula a actividade de produção de energia eléctrica integrada nos termos do Decreto-Lei nº182/95,de 27 deJulho. Portaria nº 198/2001, de 13 de Março, que criou a “Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Ener- gético e Racionalização de Consumos” (MAPE), por sua vez já alterada pela Portaria nº 1219-A/2001, de 23 de Outubro. Decreto-Lei nº 312/2001 de 10 de Dezembro: Define o novo regime de gestão da capacidade de recepção de energia eléctrica nas redes do Sistema Eléctrico de Serviço Público, proveniente de centros electro-produ - tores do Sistema Eléctrico independente. Decreto-Lei nº 339 - C/2001 de 29 de Dezembro: Actualizou o Dec. Lei nº 168/99 de 18 de Maio, que define o regime aplicável à remuneração da produção de energia eléctrica, no âmbito da produção em regime espe- cial do Sistema Eléctrico Independente (SEI). A Tarifa verde, que considera uma mais valia em função dos benefícios ambientais proporcionados, determina uma tarifa diferenciada positiva, no que respeita à remune- ração do kWh produzido a partir de fontes renováveis vendido à rede eléctrica pública Decreto-Lei nº68/2002 de 25 de Março: Regula o exercício da actividade de produção de energia eléctrica em baixa tensão (BT). Portaria nº 764/2002 de 1 Julho: Estabelece os tarifários aplicáveis às instalações de produção de energia eléctrica em baixa tensão, licenciadas ao abrigo do Dec.-Lei nº 68/2002. Portaria n.º 383/2002 de 10 de Abril: No contexto do Programa E4, foi necessário proceder a alguns ajusta- mentos na portaria nº 198/2001, de 13 de Março, que criou a “Medida de Apoio ao Aproveitamento do Poten- cial Energético e Racionalização de Consumos” (MAPE), por sua vez já alterada pela Portaria nº 1219- A/2001, de 23 de Outubro. É definido um regime de incentivos financeiros, num contexto de atribuição de sub- sídios reembolsáveis e a fundo perdido, considerando como elegíveis os projectos relativos a centros de pro - dução de energia eléctrica com utilização de fontes renováveis. Esta medida, inserida no eixo 2 do Programa Operacional da Economia (POE) do QCA III, estará em vigor no período entre 2000 a 2006. Portaria 949 A/2006, de 11 de Setembro. Regras Técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão – RTI- EBT (Decreto – Lei n.º 101/07, de 02 de Abril Decreto-lei 225/2007que concretiza um conjunto de medidas ligadas às energias renováveis previstas na es- tratégia nacional para a energia, estabelecida através da Resolução do Conselho de Ministros n.o 169/2005, de 24 de Outubro. Decreto – Lei 363-2007 de 2 de Novembro. Estabelece o regime simplificado da Micro-Geração - Produção e Venda de Energia à Rede Eléctrica de Serviço Público (RESP) Alteração ao Decreto-Lei nº 363/2007, de 2 de Novembro Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 92 - 112 Anexo II - BIBLIOGRAFIA Fórum ”Energias Renováveis em Portugal – Uma Contribuição para os Objectivos de Política Energética e Ambiental”, INEPTO/ ADENSE/DE, 2003. “Energia para o Futuro: Fontes de Energia Renováveis”, Livro Branco para uma Estratégia e Plano de Acção Comunitários. Comissão Europeia. “Metas Indicativas Relativas à Produção de Electricidade a partir de Fontes de Energia Renováveis em Portugal”, DE, Janeiro 2003. Colares Pereira, M. (1998). Energia Solar. Energia Solar na Indústria, as Aplicações Térmicas, Activas e Passivas. Cadernos de Ambiente AIP, Nº 3, pp.12-15. Rodrigues, A. e Ferreira, M. (1998). Energia Eólica. Situação Actual e Perspectivas. Cadernos de Ambiente AIP, Nº 3, pp.16-19. Falcão, A. (1998). Energia dos Oceanos. O caso Particular da Energia das Ondas. Cadernos de Ambiente AIP, Nº 3, pp.20. “A Energia Eólica e o Ambiente”, Instituto do Ambiente, Janeiro 2003. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 95 - 112 ANEXO III – TABELAS DE CONVERSÃO DE UNIDADES Factores de Conversão MEDIDAS UTILIZADAS EM ENERGIA SOLAR Definições British Thermal Unit (Btu): Unidade de energia. Quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de uma libra (unidade inglesa de massa) de água em um grau Fahrenheit (1 ºF) sob pressão atmosférica normal. Caloria (cal): Unidade de energia. Quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de um grama de água em 1 ºC, de 14,5 ºC a 15,5 ºC, sob pressão atmosférica normal. Joule (J): Unidade de trabalho, de energia e de quantidade de calor. O joule é o trabalho produzido por uma força de 1 newton que leva o ponto de aplicação dessa força a deslo- car-se por uma distância de 1 metro na direção da força. Newton (N): Unidade de força. O newton é a força que, quando aplicada a um corpo de massa igual a 1 quilograma, atribui-lhe a aceleração constante de 1 metro por segundo quadrado na direção da força. Tonelada equivalente de petróleo (tep): Unidade de energia. A tep é utilizada na comparação do poder calorífero de diferentes formas de energia com o petróleo. Uma tep corresponde à energia que se pode obter a partir de uma tonelada de petróleo padrão. Watt (W): Unidade de potência. O watt é a potência de um sistema energético no qual é transferida, contínua e uniformemente, a energia de 1 joule por segundo. Watt-hora (Wh): Unidade de energia. Energia transferida uniformemente por um sistema de potência igual a 1 watt durante uma hora. Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 96 - 112 Múltiplos de unidades de energia UN / Múltiplo. x103 x106 x109 x1012 x1015 x1018 joule kJ MJ GJ TJ PJ EJ British Ther- mal Unit (Btu) kBtu MBtu GBtu TBtu PBtu EBtu caloria (cal) kcal Mcal Gcal Tcal Pcal Ecal tonelada equi- valente de pe- tróleo (tep) ktep Mtep Gtep Ttep Ptep Etep watt-hora (Wh) kWh MWh GWh TWh PWh EWh Relação entre unidades . Exponenciais Equivalências Relações Práticas (k) kilo = 103 1 m3 = 6,28981 barris (M) mega = 106 1 barril = 0,158987 m3 1 tep ano = 7,2 bep ano (G) giga = 109 1 joule = 0,239 cal 1 bep ano = 0,14 tep ano (T) tera = 1012 1 Btu = 252 cal = 60.228 J 1 tep ano = 0,02 bep dia (P) peta = 1015 1 m3 de petróleo = 0,872 t (em 1994) 1 bep dia = 50 tep ano (E) exa = 1018 1 tep = 10.000 Mcal Curso organizado por : ADIV - Associação para o Desenvolvimento e Investigação de Viseu Campus Politécnico 3504-510 VISEU Telefone: 232 480 662 Fax: 232 480 551 e.mail: adiv@adiv.pt Página 97 - 112