Eletricidade Básica - Curso de Energia Solar Fotovoltaica

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<p>Eletricidade Básica</p><p>Leitura recomendada antes do curso</p><p>Por Alex M. Lima</p><p>Índice</p><p>Conceitos Elétricos</p><p>Corrente elétrica</p><p>DDP ou Tensão</p><p>Potência elétrica</p><p>a Energia Solar</p><p>Energia ou Consumo</p><p>Ligação em Série ou Paralelo</p><p>Ligação em Série</p><p>Fator de Potência</p><p>Saiba o que é Fator de Potência e qual a sua importância.</p><p>Valores e Grandezas de Medidas</p><p>Corrente elétrica</p><p>Tipos de Corrente Elétrica</p><p>Corrente Contínua</p><p>Corrente Alternada</p><p>Tensão Elétrica</p><p>Resistência elétrica</p><p>Ficha Técnica</p><p>Edição: Alex Lima</p><p>Revisão: Dirlene da Costa</p><p>Imagens: Gabriel Lima</p><p>Conceitos Elétricos</p><p>Corrente elétrica (I)​: Deslocamento de cargas dentro</p><p>de um condutor quando existe uma diferença de</p><p>potencial (ddp) entre as suas extremidades.</p><p>É medida em ampéres (A).</p><p>DDP ou tensão (U):​ Força que impulsiona o</p><p>deslocamento das cargas, ou seja, força que impulsiona</p><p>a corrente.</p><p>É medida em volts (V).</p><p>Potência Elétrica (P):​ É o produto da corrente pela tensão.</p><p>P= U vezes I</p><p>É medida em watts (W).</p><p>Porém a unidade pode ser em: W -- kW -- MW – GW</p><p>A potência elétrica pode ser definida como o trabalho elétrico desenvolvido pela</p><p>corrente elétrica num período de tempo. Em termos mais simples �� a conversão de</p><p>energia elétrica em outra energia útil ao ser humano. No caso do chuveiro, quanto</p><p>maior potência elétrica, maior a quantidade de calor que ele gera para aquecer a</p><p>água.</p><p>Nos equipamentos elétricos e eletrodomésticos a informação da potência é muito</p><p>importante, primeiro porque é ela quem define o quão “forte” seu equipamento é</p><p>em relação a outros modelos e em segundo, é ela que nos fornece a informação para</p><p>a devida instalação deste aparelho, como o cabo que será usado, o disjuntor de</p><p>proteção e o consumo de energia.</p><p>Na Energia Solar:</p><p>Utilizamos a Unidade Wp ( Watt-pico) que refere-se a potência máxima instalada</p><p>de painéis fotovoltaicos, é similar ao Watt mas usado apenas para painéis solares</p><p>Quando falamos Watt, é a potência máxima entregue pelo inversor.</p><p>Quando falamos Watt-pico, é a potência instalada dos painéis.</p><p>Geralmente instalamos um pouco mais de painéis do que a capacidade</p><p>do inversor, então podemos ter um sistema de 12kWp instalado e 11kW</p><p>de potência no inversor , por exemplo.</p><p>OBS: A produção dos painéis vai depender de diversos fatores, como radiação,</p><p>horas de sol, sombra, etc. É uma capacidade teórica em condições ideais, tipo</p><p>CNTP..., ele pode produzir mais ou menos potência em determinadas condições.</p><p>Energia ou Consumo: ​potência consumida ao longo</p><p>de um período de tempo.</p><p>E = P x t</p><p>É medida em Wh (Watt-hora) ou KWh / MWh / GWh.</p><p>Dependendo do período considerado, podemos ter:</p><p>Wh/dia, Wh/mês, Wh/ano.</p><p>Na conta de luz, o período integralizado é de um</p><p>mês, portanto a unidade é o KWh/mês.</p><p>Ligação em Série ou Paralelo</p><p>Ligação em Série com Paralelo</p><p>Na Energia Solar</p><p>Fator de Potência</p><p>Saiba o que é Fator de Potência e qual a sua importância.</p><p>Saiba o que é Fator de Potência, qual a sua importância e como fazer a sua correção para</p><p>deixar de ​pagar multas ​ na sua fatura de energia elétrica.</p><p>1. 1. Introdução</p><p>Quando você usa a Corrente Alternada há dois tipos de Potência a serem considerados: a</p><p>Potência Ativa ou Real e a ​Potência Reativa​. A primeira á aquela que realiza o trabalho</p><p>esperado, por exemplo, a produção de luz em uma lâmpada ou a geração de calor em um</p><p>chuveiro elétrico ou ainda o movimento do eixo de um motor.</p><p>Já a ​Potência Reativa é utilizada para a produção e manutenção dos campos</p><p>eletromagnéticos nas cargas indutivas e campos elétricos nas cargas capacitivas.</p><p>A quase totalidade das instalações elétricas apresenta uma predominância de cargas</p><p>indutivas, o que nos faz deduzir que é grande a solicitação de ​energia reativa pelas</p><p>mesmas. Essas cargas indutivas são caracterizadas, entre outros, por equipamentos tais</p><p>como: motores elétricos, lâmpadas fluorescentes, máquinas de solda, transformadores, etc.</p><p>É claro que nos locais em que essas cargas forem em quantidade elevada, é grande a</p><p>solicitação de Energia Reativa.</p><p>A soma dessas duas Potências que são entregues às cargas elétricas é chamada de</p><p>Potência Aparente.</p><p>Resumindo:</p><p>● Potência Real ou Ativa: É aquela que realiza trabalho;</p><p>● Potência Reativa: Não realiza trabalho. É usada na criação e manutenção dos</p><p>campos eletromagnéticos nas cargas indutivas e elétricos nas cargas</p><p>apacitivas;</p><p>● Potência Aparente: É o somatório da Potência Ativa com a Potência reativa.</p><p>2. Unidades usadas</p><p>As três Potências estudadas no item anterior são medidas usando-se as seguintes</p><p>unidades:</p><p>Potência Ativa (P​At​): kW (quilowatts)</p><p>Potência Reativa (P​Re​): kVAR (quilo Volt Ampère Reativos)</p><p>Potência Aparente (P​Ap​): kVA (quilo Volt Ampère)</p><p>Valores e Grandezas de Medidas</p><p>Para o dimensionamento solar, o conhecimento e familiaridade de grandezas e</p><p>medidas elétricas são necessários: veja na tabela abaixo de forma fácil e simples.</p><p>Estas simbologias são aplicadas de forma universal e são de suma importância para</p><p>qualquer projeto elétrico eletrônico.</p><p>● (AC)​ ou ​(CA)​ ​Corrente alternada</p><p>● (DC)​ ou ​(CC)​ ​Corrente Contínua</p><p>● Volts (V) ​ou (U) ​é a grandeza usada para medir Tensões (Diferencial de</p><p>Potencial);</p><p>● Ampère (I)​ ​ou​ ​(A)​ é a grandeza usada para medir a Corrente</p><p>● Watt (W) é a medida da potência e também é o produto da tensão pela</p><p>corrente.</p><p>Assim:​ ​[W] Watt = [V] Volts x [I] Ampère</p><p>Outras medidas aplicadas em sistemas solares são:</p><p>● Hz ​= Hertz é a unidade de medida para frequência, ciclos por segundo, a</p><p>frequência de um evento periódico, oscilações (vibrações) ou rotações por</p><p>segundo</p><p>● Wp ​= Watt de pico: é a máxima potência gerada pelo painel solar em uma</p><p>condição ideal.</p><p>● Wh​ ​= Watt hora: a potência gerada ou consumida por hora.</p><p>● 1 kW​ = 1000 Watts.</p><p>● Ap ​ou ​Ip ​= Ampère de pico: é a corrente máxima possível em uma</p><p>determinada condição especial.</p><p>● Ah​ ​ou​ Ih​ = Ampère hora ou corrente máxima obtida ou consumida por hora</p><p>Estas abreviações de medidas como (W) Watt, (V) Volts e (I) ou (A) Ampére são</p><p>nomenclaturas que aparecerão em nossas fórmulas e cálculos futuros.</p><p>Existem diversas outras grandezas de medidas mais no entanto estas informadas</p><p>acima são as que fazem parte de um sistema elétrico básico em específico um</p><p>gerador de energia solar</p><p>CORRENTE ELÉTRICA</p><p>O deslocamento de cargas elétricas para uma determinada direção e sentido é o</p><p>que se chama de corrente elétrica. A corrente elétrica origina-se por meio de uma tensão</p><p>elétrica aplicada entre dois pontos distintos no espaço. Ilustra-se na Figura 3.1 a corrente</p><p>elétrica gerada por uma bateria. Normalmente utiliza-se a corrente causada pela</p><p>movimentação de elétrons em um condutor, mas também é possível haver corrente de</p><p>íons positivos e negativos (em soluções eletrolíticas ou gases ionizados).</p><p>Em outras palavras, corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que atravessa</p><p>a secção transversal de um condutor em um intervalo de um segundo.</p><p>Tipos de Corrente Elétrica</p><p>Consideram-se dois tipos de corrente elétrica:</p><p>Corrente Alternada (CA) e Corrente Contínua (CC) , Os conceitos são muito</p><p>simples, porém fundamentais para analisar circuitos elétricos e entender o princípio</p><p>de funcionamento de equipamentos, dispositivos e instrumentos elétricos.</p><p>No caso do sistema fotovoltaico, a principal função e inverter a CC corrente continua</p><p>em CA corrente alternada.</p><p>● Corrente Contínua</p><p>​(CC ou DC, em inglês)​ ​ é aquela cujo sentido</p><p>permanece constante. Quando, além do sentido, a intensidade também se</p><p>mantém constante, a corrente é chamada corrente contínua constante. É o</p><p>que ocorre, por exemplo, nas correntes estabelecidas por uma bateria de</p><p>automóvel e por uma pilha.</p><p>● Corrente Alternada ​(CA ou AC, em inglês)​ ​ é aquela cuja intensidade e</p><p>cujo sentido variam periodicamente. Esse é o caso das correntes utilizadas</p><p>em residências, que são fornecidas pelas usinas hidrelétricas, em que temos</p><p>uma corrente alternada de frequência 60 ciclos por segundo (60Hz - Hertz).</p><p>Suas representações gráficas são respectivamente:</p><p>​ CC​ ​ ​CA</p><p>TENSÃO ELÉTRICA OU DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO (DDP)</p><p>A tensão elétrica (V), que também é medida em volt (V) é a diferença de potencial</p><p>elétrico entre dois pontos. A tensão elétrica indica o trabalho que deve ser feito, por</p><p>unidade de carga, contra um campo elétrico para se movimentar uma carga qualquer.</p><p>Separando um corpo neutro em duas regiões com cargas opostas cria-se uma</p><p>tensão elétrica entre essas regiões.</p><p>Toda fonte de tensão é estabelecida com a simples criação de uma separação de</p><p>cargas positivas e negativas. Apresenta-se na Figura 2.1 os símbolos que de fontes de</p><p>tensão, sendo (a) fontes de tensão contínua e (b) fonte de tensão alternada.</p><p>Símbolos de fonte de tensão. (a) Fonte de tensão contínua. (b) Fonte de tensão alternada.</p><p>Quando uma carga de prova é submetida a uma tensão elétrica, ela move-se da</p><p>região de maior potencial para a região de menor potencial. A tensão elétrica é a grande</p><p>responsável pelo surgimento da corrente elétrica.</p><p>RESISTÊNCIA ELÉTRICA</p><p>A resistência elétrica está associada a oposição do fluxo de carga (corrente) em</p><p>um determinado circuito. Essa oposição é chamada de resistência.</p><p>Um resistor, é um componente eletroeletrônico que cuja função é adicionar</p><p>resistência elétrica ao circuito. Seu símbolo é indicado na Figura</p><p>unidade de medida de resistência elétrica é dada em ohms representado pela letra grega</p><p>homega.</p><p>Basicamente, a resistência surge devido às colisões e fricção entre os elétrons</p><p>livres e outros elétrons, íons e átomos</p>