Energia solar fotovoltaica

Energia solar fotovoltaica

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Instalações de Energia Solar Residenciais

Um ambiente “solar”, é um ambiente com 3R onde as palavras de ordem são : reduzir, reutilizar e reciclar ou seja Economia e mais Economia

Com o sistema solar fotovoltaico não pode haver excessos: os aparelhos ligados a ele têm que ser económicos. 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. Frigorífico, secador de cabelo, ferro eléctrico e chuveiro eléctrico, normalmente não têm tecnologia económica, portanto 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 lâmpada PLSE 9 watts por 15 horas com inversor ou pode alimentar um aparelho de TV 12 volts durante 6 horas, juntamente com uma antena parabólica com receptor 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.

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Com o inversor pode-se usar aparelhos em 12/24/48 ou 220 volts 1.A placa recebe o sol e o transforma em corrente 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 electricidade. 4.Usando um aparelho chamado Inversor, convertem a corrente contínua 12 volts em corrente alternada 110 volts 220 volts. 5.Assim, é possível utilizar alguns electrodomésticos convencionais, como batedeira, liquidificador, ventilador, desde que não fiquem ligados por muito tempo.

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Microgeração - tornar-se um produtor individual de energia eléctrica

Os governos da Comunidade Europeia incluindo o governo Português estão a incentivar o investimento particular na geração de energia eléctrica “verde” com particular destaque para a energia fotovoltaica. Assim nos termos da lei a microgeração particular é subvencionada através da dedução de parte do investimento no IRS e através de subvenção aos preços de venda que fazem com que os preços de venda sejam mais de 5 vezes o preço de compra.

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CAPÍTULO 3 - Componentes de uma instalação fotovoltaica ligada à rede ou isolada.

Directamente ligados a uma carga

É o sistema mais simples de todos. O gerador fotovoltaico liga-se directamente à carga, geralmente um motor de corrente contínua. Utiliza-se sobretudo na bombagem de água. Por não existirem baterias de acumuladores nem componentes electrónicos melhora a fiabilidade do sistema, mas torna-se difícil manter um desempenho eficiente ao longo do dia.

Sistema módulo-bateria de acumuladores

Pode-se utilizar um módulo fotovoltaico para repor simplesmente a auto-descarga de uma bateria que se utilize para o arranque de um motor, por exemplo. Para isso podem utilizar-se os módulos de silício amorfo ou mono-cristalino. Outra importante aplicação em que o sistema fotovoltaico se liga de forma directa à bateria é em sistemas de electrificação rural de baixa potência. Nesses casos utilizam-se um ou dois módulos de silício mono-cristalino de 30 células, cada um ligado em paralelo para alcançar a potência desejada

Sistema fotovoltaico, bateria e regulador

É a configuração utilizada com módulos de 3 ou 36 células na qual se liga o gerador fotovoltaico a uma bateria através de um regulador para que esta não se sobrecarregue. As baterias de acumuladores alimentam cargas em corrente contínua.

Bateria, inversor

Na maior parte das vezes o sistema fotovoltaico destina-se a fornecer energia eléctrica a uma instalação existente, preparada para ter um suprimento permanente de energia a partir da rede eléctrica pública. Sendo por natureza a produção fotovoltaica dependente do ciclo solar circadiano, a sua disponibilidade de energia não é compatível com as necessidades habituais dos consumo: a)Iluminação á noite b)Potência muito variável com picos de consumo em certas horas do dia e de valores em geral mais elevados do que o que o sistema fotovoltaico produz. c)Tensão de alimentação dos equipamentos consumidores em corrente alternada 220 V típica da rede eléctrica pública

Assim o sistema solar fotovoltaico deve ter equipamentos que armazenem a energia produzida e a disponibilizem sem interrupções em função das necessidades e com as características exigidas pelo consumo. Deve ainda ter equipamentos que transformem a corrente contínua produzida palas associações de painéis em corrente alternada de 220V. A potência gerada no sistema fotovoltaico poderá ser transformada com alto rendimento (cerca de 90%) em corrente alternada ou poderão alimentar-se simultaneamente cargas de corrente contínua (C.C.) e de corrente alternada (C.A.)

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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 acumuladores. Quando a referida tensão alcança um valor para o qual se considera que a bateria se encontra carregada (aproximadamente 14.1 Volts para uma bateria de chumbo ácido de 12 Volts nominais) o regulador 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 destes 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 prolongados 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 segundos.

Interacção entre módulos fotovoltaicos e baterias

Normalmente o banco de baterias de acumuladores e os módulos fotovoltaicos trabalham em conjunto 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.

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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 usados, 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 descarregar mais a energia armazenada enquanto mantêm 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 profundo 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 somam-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 capacidade 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 profundidade 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 aproximadamente 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 autodescarga.

Baterias seladas Gelificadas

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Estas baterias incorporam um electrólito do tipo gel com consistência que pode variar desde um estado 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 polimérica. Tal como as anteriores não derramam, montam-se em qualquer posição e admitem descargas 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. Utiliza-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 carregadas, o controlador não deixa que a corrente dos módulos PV continuem 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 controlador de carga optimiza o uso da Energia Fotovoltaica

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