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CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS MÓDULO 1 CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS MÓDULO 1. Introdução aos Sistema Solares (TOTAL:5Horas) 1.1. Apresentação dos objetivos do curso, reforçando o caracter pratico e introdutório nesta área, assim como breve revisão de conceitos de eletricidade básica. 1.2. Geometria solar. 1.3. Cálculo de Ângulos e posicionamento de estruturas 1.3.1 Fundamentos teóricos básicos. 1.3.2 Apresentação de Acessórios. 1.3.3 Materiais e Técnicas de tratamento. 1.4. Sombreamentos 1.5. Sistemas Solares Fotovoltaicos 1.5.1 Efeito Fotovoltaico. Introdução e princípio de funcionamento. 1.5.2 A Célula Fotovoltaica - Características, tipos e métodos de fabrico 1.5.3 Principais componentes dos sistemas fotovoltaicos 1.1 - OBJECTIVOS: Esse curso visa dotar os profissionais de engenharia de uma visão muito pratica deste tipo de sistemas, dotando-os de metodologias simples para resolução de alguns dos seus problemas enquanto técnicos na área, fazendo cálculos rápidos, resolvendo exemplos práticos, e possibilitando o contacto direto com materiais e equipamentos CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS INTRODUÇÃO CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS A radiação solar não chega unicamente sob a forma de luz visível. Recebemos também radiação não visível para o olho humano. A gama de radiações visíveis para os nossos olhos abrange valores de comprimentos de onda entre 0,38 e 0,78 μm (1 μm = 1 micrómetro ou micra = 1 x 10-6 m). 1.2 – GEOMETRIA SOLAR CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS A energia produzida pelo Sol transmite-se no espaço em forma de radiação eletromagnética. Esta radiação é um conjunto continuo de ondas de diversos comprimentos de onda, dos quais a luz visível é apenas uma pequena parte. A figura que se segue mostra a distribuição da radiação solar extraterrestre e denomina-se de “espectro da radiação”. A distribuição da radiação no espectro solar, em função do comprimento de onda, esta representada na tabela. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS DADOS IMPORTANTES Diâmetro aproximado da Terra : 12.800km Diâmetro aproximado do Sol : 1.392.000km (aprox. 110 vezes o Diâmetro da Terra) Distancia aproximada da Terra ao Sol : 149.600.000km CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS MASSA DE AR Quando a radiação solar atravessa a atmosfera sofre diversas alterações, devido a vários fatores, como por exemplo: – Vapor de agua; – Ar; – Partículas em suspensão; – Sujidade; – etc. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS MASSA DE AR A massa de ar é uma porção individualizada do ar atmosférico que possui nas suas características e propriedades as condições gerais do tempo dos locais onde se formam. O deslocamento da massa de ar é provocado pela diferença de pressão e temperatura entre as diversas áreas da superfície. A massa de ar tem efeitos na radiação solar. O angulo de incidência dos raios solares através da atmosfera terrestre faz com que estes possuam um percurso com maior ou menor massa de ar atravessada, mudando esta com a declinação da Terra em relação ao Sol. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O nível de radiação anual em todo o nosso planeta, que resulta de registos realizados com o auxilio dos instrumentos descritos e guardados ao longo dos anos, é mostrado na figura. De notar que do mais claro para o mais escuro, representa a subida do nível de radiação solar nesses locais: 1.3 – CALCULOS DE ANGULOS E POSICIONAMENTOS DE ESTRUTURAS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O conceito de Latitude torna-se importantíssimo para o inicio ao estudo desta matéria (Angulo do “Raio” normal à superfície no ponto em estudo e a linha do equador) Em apenas uma hora o Sol oferece-nos a quantidade de energia necessária consumida pela humanidade. Durante um ano, cerca de 5 × 1020 J e, mais fantástico ainda: em 40 horas libera a energia equivalente às reservas estimadas de petróleo existentes na Terra. É meritório fazer uma pequena pergunta: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Em apenas uma hora o Sol oferece-nos a quantidade de energia necessária consumida pela humanidade. Durante um ano, cerca de 5 × 1020 J e, mais fantástico ainda: em 40 horas libera a energia equivalente às reservas estimadas de petróleo existentes na Terra. É meritório fazer uma pequena pergunta: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Porque desperdiçamos tanto? CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS A tecnologia fotovoltaica vem sem qualquer duvida marcar aqui o seu espaço…recorrendo ao uso das suas tecnologias, e boas técnicas de arte, maximizando o potencial solar disponível… Falando em regras de arte, porque é então tão importante a perpendicularidade dos raios solares na superfície exposta? Justificação recorrendo a Cálculo Pmod = Gsolar . ηmodulo . ηtemperatura . sin(α) sendo: Pmod – Potencia Mod PV (Wp) ηmodulo - Rendimento Mod PV (%) η temperatura Perdas temperatura (%) α - Angulo de Incidência da radiação na superfície Mod PV α Mod PV CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Justificação recorrendo a Senso Comum Ver exemplo lanterna CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Duas das variações de interesse e que traduzem a dependência temporal da irradiação solar, são: - Angulo de declinação Solar; - Angulo Horário; \ CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Ao longo da sua trajetória em torno do sol, o planeta terra tem quatro posições características, respeitantes a dois solstícios, de verão e inverno, e dois equinócios, os de primavera e outono. Estas posições representam as quatro estações do ano. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ANGULO DE DECLINAÇÃO SOLAR Ângulo feito entre o plano vertical que passa pelo equador solar e terrestre, que varia entre os 23,5 graus positivos e os 23,5 graus negativos, de acordo com o dia do ano. Este ângulo pode ser calculado recorrendo á seguinte expressão: Sendo n= 1,2,3….365 dias ano (Dia Juliano) CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Assim, como exemplo para o dia de 28 de Abril teremos: n= 118 CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS E para o dia de hoje, 18 de Outubro teremos: n= 322 CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS E para o dia de hoje, 18 de Novembro teremos: n= 322 CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAISANGULO HORÁRIO O ângulo horário, por seu turno, é o ângulo formado entre o meridiano local e o meridiano celeste, que contem o sol. É medido a partir do plano do equador, variando de 0 graus, no meridiano local, a 360 graus. No entanto, o mais comum, é ser medido em horas, 0 às 24 horas, passando a designar-se por tempo solar. Adota-se, normalmente, um ângulo de zero graus ao meio dia solar, sendo que a contagem começa de este, com sinal negativo, acabando para oeste com sinal positivo. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Sendo H o angulo horário, representando o nº de graus que a terra deverá girar até chegar ao meio dia do seu meridiano local e o angulo entre a tangente à terra no local onde nos encontramos e o raio de sol (ou seja, simplificando, entre a superfície da terra no local onde nos encontramos e o raio de sol). H= 15º (graus que a terra gira por hora) x nº de horas em falta até ao meio dia solar. ANGULO SOLAR O ângulo solar pode então ser representado pelo respetivo tempo solar de acordo com as equações apresentadas. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Através de carta solar ANGULO SOLAR CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Em Fortaleza consideramos o meio dia solar aproximadamente às 11:30h locais http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=pt#txtSun_4 ANGULO SOLAR - EXERCICIO PARA DIA 28 DE ABRIL 10:00h CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ANGULO SOLAR Assim, e tendo como exemplo do dia, 28/04 às 10h da manhã em Fortaleza (LAT: 3.72º S) , consideramos: ANGULO DE INCLINAÇÃO DO MODULO SOLAR De acordo com os ângulos de declinação solar e horário do exercício anterior, no dia em causa à hora indicada o meu painel solar deverá teoricamente, com o plano horizontal, ter a inclinação de: 90º - 60.34º = 29.66º CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ANGULO DE INCLINAÇÃO DO MODULO SOLAR Calculemos então para o dia de hoje, à mesma hora: -ANGULO DE DECLINAÇÃO SOLAR -ANGULO SOLAR - ANGULO HORARIO H= 15º (graus que a terra gira por hora) x nº de horas em falta até ao meio dia solar CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ANGULO SOLAR Assim, e tendo como exemplo do dia de hoje 18/11 às 10h da manhã em Fortaleza (LAT: 3.72º S) , consideramos meio dia solar às 11:15h (ver carta solar): CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Apresentamos em seguida duas formas simples e expeditas de calculo deste angulo, em sistemas fixos: Formula resumida para sistema fixos Tabela resumo de inclinações Se Latitude > 7º Se Latitude < 7º Este angulo nunca deverá ser inferior a 10º por motivos de manutenção. As águas pluviais ajudarão na limpeza evitando acumulação de resíduos sólidos. ANGULO DE INCLINAÇÃO DO MODULO SOLAR EM SISTEMAS FIXOS Como exemplo calculemos para as cidades de: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS FORTALEZA (LAT:3º SUL) Tabela resumo de inclinações LISBOA (LAT: 38º NORTE) Formula resumida para sistema fixos Tabela resumo de inclinações Formula resumida para sistema fixos 1.4 – SOMBREAMENTOS Os efeitos dos sombreamentos estão diretamente relacionados com os seguintes fatores: – A distancia mínima entre fileiras de módulos FV. Os próprios módulos poderão provocar sombreamentos uns nos outros; – Perdas por orientação e inclinação; – Perdas por sombreamentos provocados por objetos alheios CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS De forma a melhor resolver esta questão, deverão ter-se em consideração os cálculos apresentados: Sendo: d – distancia entre objeto que faz sombra e o modulo solar; h – altura do objeto que faz sombra; β - ângulo a que corresponde a altura mínima do Sol a 21 de junho; α – ângulo de inclinação dos módulos solares Desta forma, considerando que irei instalar um modulo FV do tipo apresentado, em Fortaleza, a distancia entre linhas de módulos será calculada da seguinte forma: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS 1º - Calculo da altura do objeto que provoca sombra: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS 2º - Calculo (dentro das 6 HSP) do ângulo solar β a que corresponde a altura mínima do Sol a 21 de junho (Hemisfério Sul, sendo para 21 de dezembro no Hemisfério Norte) . Assim consideramos: NOTA: 21 de junho é o 172º dia do ano 21 de dezembro é o 356º dia do ano NOTA: Não esquecer, H trata-se do angulo horário, representando o nº de graus que a terra deverá girar até chegar ao meio dia do seu meridiano local. http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=pt#txtSun_4 H= 15º x nº de horas em falta até ao meio dia solar. Neste caso consideramos a situação de perto de final das horas de sol a pico CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS 3º - Calculo do sombreamento: NOTA: esta distancia deverá ser considerada a mínima, no entanto estudada caso a caso. Não esquecer que em determinadas situações ou zonas poderão e deverão ser deixados corredores para acesso de manutenção, onde pelo menos deverá haver espaço para acesso de uma UP (Unidade Pessoa). CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS 3º - Calculo do sombreamento em Autocad: 1.5 – SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS 1.5.1 - EFEITO FOTOVOLTAICO. INTRODUÇÃO E PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS RESUMINDO, PODEREMOS AFIRMAR QUE EFEITO FOTOVOLTAICO É A PRODUÇÃO DIRECTA DE ENERGIA ELETRICA ATRAVÉS DA ENERGIA DA LUZ. 1.5.2 - A CÉLULA FOTOVOLTAICA CARACTERISTICAS, TIPOS E METODOS DE FABRICO CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Como já descrito no capitulo anterior, a célula fotovoltaica é a responsável, pelo efeito fotovoltaico. O próprio termo já sugere o funcionamento desses dispositivos: "foto" significa "luz" e "voltaica" quer dizer "energia". O efeito fotovoltaico foi descrito pela primeira vez pelo físico francês Alexandre-Edmond Becquerel, em 1839. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Basicamente, trata-se da criação de uma tensão elétrica pela exposição dessas células sensíveis à luz. As células fotovoltaicas são feitas de materiais semicondutores, mais comumente o silício cristalino. Apesar das vantagens do uso da energia renovável, a adoção da energia solar para o abastecimento de cidades inteiras é inviável na maioria dos casos. Cada célula solar com 10 x 10 cm produz cerca de 0,5 Volt de tensão e 2,4 Ampére de corrente com luz solar total. Istocorresponde a cerca de 1,2 Watt de rendimento. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Esta corrente unidirecional é constante para uma dada radiação incidente. A junção p-n funciona como um díodo que é atravessado por uma corrente interna unidirecional ID, que depende da tensão V aos terminais da célula. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Modelo matemático da célula fotovoltaica A fonte de corrente IS representa a corrente elétrica gerada pelo feixe de radiação luminosa, constituído por fotões, ao atingir a superfície ativa da célula (efeito fotovoltaico). O rendimento da célula, a Potencia máxima, a área da célula e a radiação incidente sobre a mesma relacionam-se da seguinte forma: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Sendo: η - rendimento da célula; Pmax - Potencia máxima (W) , A - área da célula (m2) G - radiação incidente (W/m2) Fator de Forma – Quociente entre a potência de ponta e o produto VCA – Tensão em circuito aberto Icc – Corrente de curto circuito. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Sendo: FF – Fator de forma; Pmax - Potencia máxima (W) , VCA – Tensão em circuito aberto (V) Icc – Corrente de curto circuito (A) As células em uso comercial apresentam um fator de forma entre 0,7 e 0,85. Naturalmente que será desejável trabalhar com células em que o fator de forma seja o maior possível. Os painéis que usam o silício, por exemplo, têm níveis de eficiência na faixa dos 10% a 20% e altos custos de produção. Menos comuns, os painéis fabricados a partir o composto sintético arsenieto de gálio são mais eficientes, mas ainda mais caros devido à raridade do material. Atualmente, os módulos fotovoltaicos de silício apresentam uma vida útil de 25 anos. Um dos desafios que se coloca é o de encontrar novos acessórios e equipamentos que ponham esta fasquia bem acima e com um grau de eficiência bastante elevado. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O processo de fabrico das células e módulos fotovoltaicos está representado nas seguintes figuras e de acordo com vídeo apresentado mais à frente. CELULAS DE SILICIO CRISTALINO (1ª Geração) Esta ainda é a geração tecnológica que domina o mercado. Hoje, 90% dos fotogeradores instalados no mundo são feitos à base de silício cristalino. Dentro destes, o silício monocristalino é o mais antigo, e ainda o que domina o mercado. Tipicamente, apresenta eficiências entre os 15% e os 18%, e é utilizado em todo o tipo de aplicações terrestres de média e elevada potência. O silício multicristalino (ou policristalino) é uma alternativa um pouco mais barata, mas também menor performance. Neste momento, no mercado, existem três tipos de células, conforme o método de fabricação: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS – Células de silício monocristalino: Estas células obtém- se a partir de barras cilíndricas de silício Monocristalino produzidas em fornos especiais. As células são obtidas por corte das barras em forma de pastilhas quadradas finas (0,4-0,5 mm de espessura). A sua eficiência na conversão de luz solar em eletricidade situa-se na ordem dos 15 a 18 %. – Células de silício policristalino: 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. Forma-se uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais. A sua eficiência na conversão da luz solar em eletricidade e ligeiramente inferior às monocristalinas situando-se entre os 12 a 16%. Máxima absorção de energia em comprimentos de onda de 500 nm. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CELULAS DE PELICULA FINA (2ª Geração) A segunda geração de células vem responder a uma necessidade de redução do consumo de silício, muito oneroso por requerer elevadas temperaturas na produção e um grau de pureza muito alto. A película fina tem também a vantagem de ser muito menos pesada, permitindo aplicações integradas em fachadas de edifícios. A principal tecnologia é a do silício amorfo, muito usada na eletrónica profissional e em relógios ou calculadoras. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Embora apresente eficiências muito mais baixas do que as de primeira geração, da ordem dos 5% a 7%, o seu fabrico é mais barato, e funciona com uma gama de luminosidade mais alargada. As células de Diseleneto de Cobre e Índio (CIS) são mais eficientes e igualmente baratas, mas contêm Cádmio, um material perigoso e interdito pela UE. Há ainda a tecnologia de Telurieto de Cádmio (CdTe) CONCEITOS DE NOVAS CÉLULAS SOLARES (3ª Geração) Nesse cenário, encontram-se, entre outras, as células orgânicas, as células solares sensibilizadas por corante, também conhecidas por seu nome em inglês, dye-sensitized solar cell (DSSC) e as células solares baseadas em pontos quânticos (quantum dots). As células orgânicas são formadas pela junção de duas camadas principais, onde ocorre o efeito fotovoltaico. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Uma tem a função de doar elétrons e normalmente se utiliza polímeros conjugados, como o poli(3-hexiltiofeno), também conhecido como P3HT, a outra camada é aceptora de elétrons, e normalmente utiliza-se fulerenos, como o éster metílico do ácido -fenil-C61-butírico, o PCBM. É ainda importante referir uma outra, já bastante usada, mas apenas em situações muito específicas: o Arsénio de Gálio (GaAs) apresenta rendimentos que podem chegar a 25%, mas tem custos de produção muito elevados, que só permitem hoje o seu uso em satélites ou sistemas de concentradores (CSP). CONCEITOS DE NOVAS CÉLULAS SOLARES (3ª Geração - PEROSKVITA) Este tipo de células não é ainda tão eficiente quanto a célula solar mais eficiente do mundo, mas apresenta outras vantagens, que a tornam numa tecnologia de futuro a considerar sériamente. Estre outras vantagens, apresenta: CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - construída sobre substratos plásticos, o que lhes dá flexibilidade e um bom nível de transparência - com a grande vantagem de que são totalmente de estado sólido, ao contrario das células solares orgânicas - tipo DSC desta geração - arquitetura mais simples desta célula solar significa que ela pode ser produzida em larga escala a um custo baixo, já que o processo de deposição química usado na sua fabricação é compatível com as técnicas usadas pela indústria - as perovskitas não servem apenas para coletar a luz, desempenham também o papel de portadoras das cargas coletadas, o que permitiu eliminar a parte "molhada" das células solares sensibilizadas por corante - justamente o elo frágil dessa tecnologia CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - Nestas tecnologia de última geração, a perovskita é simplesmente prensada entre os eletrodos de elétrons (cargas negativas) e de lacunas (cargas positivas), a mesma configuração utilizada nas células solares planares convencionais - Baixa espessura - cercade 300 nanômetros, contra 150 micrômetros das células de silício - o que lhes dá flexibilidade e transparência CONCEITOS DE NOVAS CÉLULAS SOLARES (3ª Geração - PEROSKVITA) - Taxa de conversão na ordem de 15% CONCEITOS DE NOVAS CÉLULAS SOLARES Tecnologias de concentradores solares: usam um concentrador ótico para focalizar a radiação solar em uma pequena célula de alta eficiência. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS “A Sharp atingiu a maior taxa de eficiência de conversão solar do mundo, de 44,4%, usando um concentrador de células solares compostas de tripla junção. Essas células são usadas em um sistema concentrador baseado em lente, que foca a luz solar sobre as células para gerar eletricidade. Células solares compostas geralmente obtêm uma alta eficiência de conversão quando utilizam camadas de foto absorção feitas a partir de compostos de vários elementos, como o índio e o gálio. Os concentradores de células solares de tripla junção da empresa usam uma tecnologia por meio de uma pilha de fotoabsorção de três camadas, cuja extremidade inferior é feita de InGaAs (arsenieto de gálio índio). Para alcançar uma eficiência de conversão concentrada de 44,4%, a Sharp ampliou a superfície de células concentradoras eficazes para garantir a uniformidade da largura na interface do concentrador de células e eletródios conectados.” retirado Jornal GGN CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS RESUMINDO: As células de 1ª geração, baseadas em silício cristalino, têm alto custo de produção e instalação, já as de 2ª geração, têm um baixo custo, porém a eficiência dessas células ainda não alcançou um patamar satisfatório que possa torná-las viáveis na substituição das células de silício cristalino. Além disso, muitas células de 2ª geração são compostas de materiais tóxicos ou raros. As células de 3ª geração compreendem as tecnologias emergentes e ainda não encontradas no mercado. Atualmente, essas células representam a possibilidade de associar eficiência e baixo custo. MÉTODOS DE FABRICO DE CELULAS DE SILICIO CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS PRINCIPAIS PARAMETROS DE UMA CÉLULA FOTOVOLTAICA: – Corrente de curto-circuito (ICC para U = 0): É o valor da corrente máxima que uma célula pode entregar a uma carga sob determinadas condições de radiação e temperatura correspondentes a um valor de tensão nula e, consequentemente, potencia nula; – Tensão de circuito aberto (UOC com I = 0): É o máximo valor de tensão que uma célula pode entregar a uma carga sob determinadas condições de radiação e de temperatura, correspondentes a uma circulação de corrente com valor nulo e, consequentemente, potencia nula; CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS – Potência pico (PMPP): É o valor máximo de potencia que se pode entregar a uma carga e corresponde ao ponto da curva no qual o produto V x I e máximo; – Corrente à máxima potência (IMPP): E o valor da corrente que é entregue a uma carga à máxima potencia, sob determinadas condições de radiação e de temperatura. É utilizada como corrente nominal do mesmo. – Tensão a máxima potência (UMPP): É o valor da tensão que é entregue à carga à máxima potencia, sob determinadas condições de radiação e temperatura. É utilizada como tensão nominal do mesmo. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Fatores como a intensidade da radiação solar incidente e temperatura ambiente influenciam diretamente o desempenho de uma célula fotovoltaica, o que facilmente se consegue observar através da sua característica I-V. A corrente de curto-circuito aumenta de forma aproximadamente linear com o aumento da radiação incidente, ao passo que o valor de tensão de circuito aberto pouco varia com a variação da radiação, sendo esta habitualmente desprezada nos cálculos. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS A temperatura é um parâmetro importante uma vez que, estando as células expostas aos raios solares, o seu aquecimento e avultado. Alem disso, uma parte da incidência solar absorvida não é convertida em energia elétrica, mas sim dissipada sob a forma de calor. Esta e a razão pela qual a temperatura de uma célula é sempre mais elevada em relação a temperatura ambiente. Num sistema com módulos ligados em serie e perante baixas temperaturas, o aumento de tensão num modulo poderá ultrapassar a tensão máxima permitida pelos dispositivos a jusante. No Verão, devido ao aumento de temperatura, pode-se verificar uma diminuição na potencia produzida de 35 %, sendo que para evitar este fenómeno, os módulos devem ser capazes de dissipar o excesso de calor para o exterior. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS 1.5.3 –PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS - INVERSOR - BANCO DE BATERIAS - REGULADOR CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS Um módulo ou painel fotovoltaico consiste num número de células solares ligadas eletricamente, normalmente em série, podendo também ser ligadas em paralelo, encapsuladas e montadas numa estrutura. Esta associação de células solares, tanto em série como em paralelo, deve-se ao facto da sua potência máxima não exceder normalmente os 2 W, o que se torna manifestamente insuficiente para a maioria das aplicações. 1.5.3 –PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O número de células num módulo é determinado pelas necessidades da carga a alimentar, sendo que normalmente são utilizadas de 30 a 36 células de silício cristalino ligadas em série, dependendo do local onde os sistemas serão instalados. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Por sua vez, os módulos também podem ser associados em série e paralelo como acontece nas células, formando assim um gerador fotovoltaico. Assim sendo e como é de esperar, a associação de módulos em série irá ter influência sobre o nível de tensão que o sistema irá ter, ou seja, se se pretender ter uma tensão superior para o sistema deverão ser associadas uma maior quantidade de módulos em série. No entanto, se o objetivo for aumentar a corrente elétrica, deveremos associar uma maior quantidade de células em paralelo. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE MODULOS FOTOVOTAICOS Na construção dos módulos, é necessário dotá-los de características que lhes permitam resistir às condições ambientais adversas a que vão estar submetidos. Neste sentido, a fim de garantir a proteção contra a ação de esforços mecânicos, dos agentes atmosféricos e da humidade, as células são normalmente embebidas numa película de etileno acetato de vinilo (EVA). Trata-se de um materialflexível, translúcido e não refletor da radiação solar, que tem ainda a particularidade de assegurar o isolamento elétrico entre as células. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Para a estabilização mecânica da estrutura, o acabamento é executado com aros de alumínio (leves e resistentes) e uma placa de vidro. A figura representa esquematicamente os componentes e materiais normalmente utilizados na construção de módulos fotovoltaicos. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CAIXAS DE CONEXÃO CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE MODULOS FOTOVOTAICOS - SILICIO AMORFO Para produção de filmes finos de silício amorfo hidrogenado, faz-se a deposição de silano (SiH4) via descarga induzida por radiofrequência ou por deposição de vapor químico induzida por plasma. Para fazer um filme dopado do tipo n, basta utilizar atmosfera de SiH4 contendo 1% de Hidreto de fosforo (PH3), e para obter um filme do tipo p utiliza-se atmosfera de SiH4 com 1% de Diborano (B2H6). As células de silício amorfo tem sua estrutura do tipo p-i-n. Elas são formadas por três camadas sobrepostas de silício amorfo, a primeira é um filme dopado do tipo p, em seguida, tem um filme de silício intrínseco, ou seja, puro, e por fim, tem um filme dopado do tipo n. A condução da corrente produzida é feita por uma folha de alumínio na parte posterior da célula e por um óxido condutor transparente (TCO) na parte frontal da célula, normalmente Dióxido de estanho (SnO2). A proteção desse conjunto na parte frontal é feita com vidro transparente, já na parte posterior o próprio alumínio exerce essa função. A eficiência dessas células chega a 12,5% em laboratório, porém em larga escala, elas possuem eficiência entre 6 a 9%.16-20 CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS FILME SOLAR…O QUE É E COMO PODE SER APLICADO… CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS FILME SOLAR…O QUE É E COMO PODE SER APLICADO… CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CARACTERISTICAS DOS MODULOS FOTOVOTAICOS As características (parâmetros elétricos, térmicos ou mecânicos) dos módulos fotovoltaicos são medidas (nas condições de referência, STC - Standard Test Conditions) pelos fabricantes e disponibilizadas na forma de fichas técnicas específicas. No entanto, em contexto de utilização real, as condições de referência muito raramente ocorrem. Na verdade, mesmo que um módulo fotovoltaico opere num cenário que eventualmente se caracterize por uma temperatura do ar igual a 25ºC, a temperatura do módulo será superior. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CARACTERISTICAS DOS MODULOS FOTOVOTAICOS STC= Standard-Test-Conditions (condições de teste standard). Para poder comparar os rendimentos de diferentes módulos, recorre-se às mesmas condições de teste. Radiação 1000W/m²; Temperatura 25 Graus Celsius e AM 1,5 (AM=Air Mass; esta indicação quantifica a espessura da camada de ar. No equador a massa de ar é de AM=1 e na Europa cerca de 1,5). A sensibilidade das células solares altera-se segundo a composição da luz espectral. - Intensidade da radiação solar incidente na superfície = 1000 W/m2; - Temperatura do ar = 25ºC; - Massa de Ar = 1,5; CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CARACTERISTICAS DOS MODULOS FOTOVOTAICOS Relativamente às características Elétricas consideram-se as já referidas para as células fotovoltaicas, nomeadamente: – Potência pico (PMPP) – Tensão a máxima potência (UMPP) – Corrente a máxima potência (IMPP) – Tensão de circuito aberto (UOC) – Corrente de circuito fechado (ISC) CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS WORKSHOP 1 ENGº LUIS MOTA RODRIGUES ANTIGO RESPONSAVEL PRODUÇÃO DA FÁBRICA DE MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS MFS EM MOURA - PORTUGAL CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ENSAIOS REALIZADOS: - CURVA IV Obtida a partir de um Simulador Solar Classe AAA, capaz de traçar as curvas de resposta em potência e fazer a caracterização de todos os parâmetros relevantes de qualquer módulo fotovoltaico, para uma gama de temperaturas que vai dos -10 aos +70°C. - RESPOSTA ESPECTRAL Conseguida em Simulador Solar Classe AAA, dotado de um conjunto de filtros que permitem fazer a caracterização da resposta espectral dos 400 aos 1.100nm. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - ELECTROLUMINESCENCIA Obtida a partir de câmaras de grande resolução, que pode ir até aos 1.024x1.024, e elevada sensibilidade, que atinge os 80% aos 750 nm. -CORROSÃO SALINACâmara capaz de assegurar os ensaios de corrosão salina e corrosão cíclica. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - CARGAS MECANICAS Simulação em laboratório de cargas de vento e de neve que podem ir muito além dos 5.400 Pa exigidos nas normas de certificação de produto - CICLOS TÉRMICOS Câmaras Climáticas de grande dimensão e de elevado rendimento, permitem a realização de ensaios configuráveis de ciclos térmicos, numa gama de temperaturas que pode ir dos -45 aos 150 °C. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - ENVELHECIMENTO PRECOCE UV Câmara de conceção própria e verificada através de espectrómetro calibrado, assegura a acumulação de energia equivalente a vários anos de exposição natural em poucos dias de simulação de esforço. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS -Qualificação de acordo com a norma IEC EN 61215 (Critérios de Qualidade dos Módulos Cristalinos) -Qualificação de acordo com a norma IEC EN 61646 (Critérios de Qualidade dos Módulos Filme Fino) -Qualificação de acordo com a norma IEC EN 61730 (Teste de Segurança) -Qualificação de acordo com a norma IEC EN 62108 (certifica o projeto global do modulo – características elétricas, mecânicas e térmicas) - Qualificação de acordo com a norma IEC EN 61701 (Resistência à Salinidade) CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS WORKSHOP 2 ENGº LUIS PACHECO LABORATORIO DE CERTIFICAÇÃO DE MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS LÓGICA E.M. EM MOURA - PORTUGAL CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ASSOCIAÇÃO DE MODULOS EM SÉRIE Com a associação de módulos em serie podemos ter valores de tensão mais elevados, mas a corrente mantem o seu valor. Quando ligamos vários módulos em serie, devemos ter o cuidado de analisar a datasheet do fabricante, de forma a verificar qual o valor de tensão máximo permitido para este tipo de associação (dado pelo fabricante). De salientar que normalmente são colocados nos módulos díodos de desvio ou by-pass para prevenir eventuais avarias nos módulos, evitando que os sistemas FV bloqueiem. De referir ainda que nas instalações de “On grid” são associados módulos em serie de forma a garantir a tensão de arranque do inversor. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Analisando a figura em cima verifica-se: UT = U1+U2+U3+…+UN = n x U =….(V) IT = I1 = I2 = I3…= IN = …(A) PT = P1+P2+P3…+PN=…(W) PT = UT x IT = …(W) CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ASSOCIAÇÃO DE MODULOS EM PARALELO Com este tipo de associação de módulos, o valor da tensão mantem-se e o valor da corrente aumenta quanto maior for a associação de módulos FV. Analisando a figura em cima verifica-se: UT = U1 = U2 = U3 =…UN = ...(V) IT = I1+I2+I3+…= IN = …(A) PT = P1+P2+P3…+PN=…(W) PT = UT x IT = …(W) CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O número de módulos que irão ser ligados em série e em paralelo vai depender da potência desejada para o sistema a projetar, da quantidade de energia elétrica a ser consumida e da insolação do local. No entanto, essa associação requer alguns cuidados, no que concerne á proteção do sistema. Para evitar danos causados pelo sobreaquecimento das células sombreadas, usam-se os chamados díodos de bloqueio (bypass) e os díodos de passo (fileira). Os díodos de passo são instalados paralelamente aos módulos, quando estão ligados em série, criando um caminho alternativo para a corrente produzida pelas unidades que não estão defeituosas ou sob o efeito de sombra. Evita-se assim que todo o conjunto saia de serviço, possibilitando que o painel continue a produzir e fornecer energia elétrica, embora em menor quantidade. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Por sua vez, os díodos de bloqueio são instalados em série com cada célula ou módulo evitando problemas de curto circuitos, tensões diferentes entre elementos associados em paralelo e mesmo correntes inversas, provocadas quando o módulo passa a receber mais corrente do que a que realmente consegue produzir. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - INVERSORES Os inversores são indispensáveis em qualquer sistema fotovoltaico, pois são eles que fazem a interligação dos painéis com a rede elétrica principal, ou com o banco de acumuladores (baterias) no caso de sistemas isolados com o quadro de cargas, obtendo a onda de tensão com as características desejadas, nomeadamente frequência, forma da onda e conteúdos harmónicos. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Os inversores são então responsáveis por um conjunto de funções de grande importância para o sistema fotovoltaico: -Adequar a energia produzida e disponibilizada pelos módulos fotovoltaicos, com características contínuas, aos padrões da rede que fornecem energia em corrente alternada. -Rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT – Maximum Power Point Tracking), através do controle da corrente e da tensão. Este sistema faz ajustes que permite aos módulos fotovoltaicos operarem constantemente no ponto ótimo. - Relatório de Status, onde o inversor deverá apresentar no painel de informação com parâmetros do sistema, como tensão, corrente e potência em CA e CC, energia CA acumulada entregue á rede, frequência e parâmetros meteorológicos como o nível de irradiância no gerador e sua temperatura de funcionamento. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Quando se escolhe um inversor, é importante ter em conta o local onde vão ser instalados e a condição de operação dos equipamentos, pois o fator de dimensionamento e as próprias características dos inversores têm de estar perfeitamente em sintonia. Algumas das características intrínsecas aos inversores e a ter em linha de conta são: - Eficiência ; -Segurança; -Qualidade da energia produzida; -Compatibilidade com o arranjo fotovoltaico; CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS TIPOS DE INVERSORES Inversores de Onda Quadrada Têm a vantagem de ser baratos e de fácil construção, apresentam porém alto valor de distorção harmónica, normalmente superior a 40%, níveis de eficiência baixos, de 60 a 80% e são pesados, pois utilizam transformadores de baixa potência volumosos. Embora este tipo de inversores trabalhem sem problemas com a maioria dos aparelhos podem surgir interferências ou ruídos nos televisores e sistemas de som CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Inversores de Onda Sinusoidal São utilizados um pouco por toda a indústria eletrónica, pois apresentam níveis de distorção harmónica muito inferiores aos restantes inversores, 1 a 5%, possuem também eficiência de conversão mais elevadas, normalmente entre os 90 e os 95% e têm também a vantagem de permitir fazer um controlo de frequência e de amplitude mais eficaz. No entanto, embora o seu preço o torne inviável para muitas aplicações, sistemas como eletrónica médica, impressoras LASER, equipamento Hi-Fi ou computadores exigem este tipo de alimentação. TIPOS DE INVERSORESCURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Relativamente às características Elétricas consideram-se: Input DC – Tensão máxima de entrada DC – Tensão de funcionamento DC – Corrente a máxima de entrada DC Output AC – Tensão nominal de saída AC – Frequência nominal de saída AC – Potencia Nominal – Corrente nominal de saída AC – Fator de Potencia CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - REGULADORES A função do regulador de carga, é a de proteger as baterias de serem sobrecarregadas, ou descarregadas profundamente, e assim garantir, que toda a energia produzida pelos painéis fotovoltaicos, é armazenada com maior eficácia nas baterias. Os reguladores de carga, utilizam-se principalmente em sistemas isolados da rede, compostos por módulos fotovoltaicos, ligados a um regulador, que por sua vez está ligado a baterias para alimentação. Quando a bateria fica com a carga máxima, o regulador de carga desvia a corrente com origem na fonte de energia para outra utilização ou simplesmente evita que as baterias continuem a carregar. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS - REGULADORES -Tensão nominal - Corrente de carga nominal - Máxima Tensão de entrada - Temperatura ambiente de funcionamento -Conexão sistema FV -Conexão sistema Baterias -Conexão sistema Carga CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS BATERIAS DE ACUMULADORES A bateria e um elemento essencial nos sistemas fotovoltaicos, e não só. Permitindo o armazenamento de energia elétrica, revela-se importantíssima. Se for produzida imensa energia durante o dia, como é que a poderíamos utilizar durante a noite? E se depois de vários dias com energia, não armazenada, o que se faria nos dias seguintes sem sol? Sem duvida que a bateria é muitíssimo importante neste tipo de situações. A um conjunto de acumuladores ligados em serie chamamos de bateria de acumuladores. De seguida e apresentado o símbolo elétrico de uma bateria. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS O universo das baterias pode ser dividido segundo a tecnologia de construção. Para o caso das baterias ácidas existem três tipos de tecnologias: Baterias Fluidas, Baterias Gel e Baterias AGM. As Fluidas ou “Células Molhadas” são o tipo mais comum dentro das baterias ácidas e as mais utilizadas. Neste tipo de baterias o líquido eletrolítico move-se livremente nos compartimentos das células, podendo o utilizador adicionar água destilada. Dentro deste tipo de baterias também as há seladas, sofrendo apenas uma pequena alteração na sua estrutura básica. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS As baterias de Gel contêm um aditivo de sílica que envolve o electrólito. No gel, que envolve o electrólito, formam-se micro fendas que permitem as reações e recombinações entre a placa positiva e a placa negativa. Estas baterias usam a tecnologia VRLA (Valve Regulated Lead Acid Battery), ou seja, são seladas e possuem um mecanismo de válvula de regulação que permite o escape dos gases, hidrogénio e oxigénio, durante o processo de carga. A tensão de carga, neste tipo de baterias, é mais baixa que nos outros tipos de baterias ácidas. As baterias AGM (Absorved Glass Mat), são o último passo na evolução das baterias ácidas. Em vez de usarem gel, as AGM usam fibra de vidro a envolver o electrólito, o que contribui para que sejam as mais resistentes aos impactos. Estas baterias também utilizam a tecnologia VRLA, fazendo tudo o que as de Gel fazem mas melhor . CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Nestes equipamentos a energia elétrica é armazenada sob a forma de energia química. Quando se necessita dessa energia armazenada, esta é novamente convertida em energia elétrica contínua. Cada bateria é composta por um conjunto de células eletroquímicas. A tensão elétrica da bateria é função do número de células ligadas em série. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS TIPOS DE BATERIAS Existem diversos tipos de baterias utilizando tecnologias e materiais diferentes que resultam em equipamentos de tamanhos, pesos, capacidades de armazenamento, custos e durabilidades bastante diferentes. Existem as baterias automotivas especificamente projetadas para veículos nos quais se desejam correntes elevadas e onde ocorrem poucas descargas profundas. Existem as baterias próprias para tração, como as utilizadas em veículos elétricos, adequadas às descargas profundas características dessa aplicação. As baterias estacionárias, usadas como backup em condições de emergência, operam na maior parte do tempo em flutuação, fornecendo energia para a carga com esporádicos ciclos mais profundos de descarga e carga. Já as baterias fotovoltaicas trabalham com ciclos diários de carga e descarga, com esporádicos ciclos mais profundos em épocas de chuva. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS TIPOS DE BATERIAS Existem baterias especificamente projetadas para sistemas fotovoltaicos que levam em conta as características próprias desse tipo de aplicação. As baterias mais utilizadas no Brasil em sistemas fotovoltaicos isolados são as de chumbo- ácido do tipo automotivo, mas modificadas para trabalhar em regime estacionário com descargas profundas eventuais. São baterias com uma boa relação custo- benefício. Deve ser evitado o uso de baterias automotivas comuns, utilizadas em veículos, que tem uma vida útil menor quando instaladas em sistemas fotovoltaicos. Podem também ser usadas baterias do tipo OPzS ou OPzV e outras baterias mais caras de acordo com as características da aplicação. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS CARACTERISTICAS DE BATERIAS PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Quanto maior é a capacidade da bateria em armazenar energia, maior autonomia de funcionamento na ausência de radiação solar tem o sistema. A capacidade das baterias determina o número de dias em que determinado sistema pode fornecer energia para os equipamentos consumidores, sem a presença do sol. Essa capacidade pode ser expressa em Wh ou kWh, mas, a forma mais comum é expressá-la em Ah (Ampère-hora). Essa unidade de energia quantifica a corrente elétrica que se pode tirar em determinado tempo da bateria, considerando-se condições específicas de descarga, temperatura e tensão mínima. As baterias mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos são de 12/24 V de tensão nominal. Esta é a tensão nominal, já que a tensão realmente presente nos terminais da bateria depende de sua condição de carga e do fornecimento ou solicitação externa de energia. Normalmente, a bateria está à plena carga em torno de 115%, não devendo receber mais corrente e quando atinge 95% as cargas devem ser desligadas. Estas providências aumentam a vida útil da bateria. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Uma bateria típica utilizada em sistemas fotovoltaicos tem uma capacidade nominal de descarga de 220 Ah em 20 horas - referência a 25°C. Isso significa que se pode tirar dessa bateria, quando totalmente carregada,11A durante 20 horas. Entretanto, à medida que a descarga for mais rápida ou mais lenta do que o especificado, a capacidade da bateria será ligeiramente diminuída ou aumentada. Não se deve usar normalmente toda a capacidade da bateria, pois, quando a profundidade da descarga ultrapassa 50% ou 60% da capacidade total, ocorre uma descarga profunda. Esse tipo de descarga reduz a vida útil da bateria e deve ser evitada em alguns tipos de baterias. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS As baterias, devido aos seus processos internos, estão permanentemente se descarregando, mesmo quando não conectadas a nenhum circuito externo. Considerando que a energia solar fotovoltaica é normalmente, gerada em pequena escala, deve-se reduzir ao mínimo esta energia perdida internamente. O ideal é que esta auto-descarga não ultrapasse 5% ao mês na temperatura de 30ºC. Considerando o ciclo diário de carga e descarga das baterias em sistemas fotovoltaicos, é importante que estas apresentem níveis de eficiência elevados, ou seja, que haja pouca diferença entre a energia retirada de uma bateria e a quantidade de energia que se tem que colocar para que ela volte ao mesmo estado de carga anterior. A vida útil de uma bateria termina quando ela não consegue mais armazenar 80% da energia que armazenava quando nova. Isso significa que ela precisa ser substituída. É isso é um problema quando se considera que os sistemas fotovoltaicos estão situados em locais remotos, distantes de centros de manutenção. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS A forma como a vida útil da bateria é afetada pela profundidade da descarga está ilustrada na Figura. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Considerando que os sistemas fotovoltaicos funcionam em um ciclo diário de carga e descarga, em condições algumas vezes adversas de temperatura, é importante que as baterias sejam dimensionadas e especificadas criteriosamente, colocadas em locais frescos e ventilados e que tenham controladores de carga bem ajustados que impeçam descargas profundas ou sobrecargas. Podem ser usadas, em sistemas fotovoltaicos, tanto as baterias abertas, que necessitam de inspeção periódica do eletrólito e eventual adição de água, como as baterias seladas, do tipo “livre de manutenção”, sem necessidade de reposição de água. Em aplicações pequenas em locais remotos, sem estrutura de manutenção, é recomendável que se use a bateria selada. CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS Nas baterias de chumbo-acido são definidas quatro importantes tensões na sua operação: – Tensão nominal: O valor de tensão nominal para um elemento ou para a bateria, e definido pelo sistema eletroquímico utilizado vezes o numero de unidades elementares ligadas em serie, sendo que geralmente esta impresso na carcaça da bateria. No caso de um elemento de bateria de chumbo-acido, este valor é de 2,0 V e, no caso de uma bateria de 6 elementos, é de 12,0 V. – Tensão de flutuação: E a tensão que e aplicada ao banco de baterias para evitar a Auto descarga. Nas baterias submetidas a tensao de flutuacao correcta circula uma corrente chamada de corrente de flutuação, que compensa as perdas devidas as reaccoes da auto-descarga. A maioria das baterias de chumbo-acido possui uma tensao de flutuacao na ordem de 2,20 a 2,25 V/elemento a uma temperatura ambiente de 25 °C. mais relevantes CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS – Tensão de carga: A tensão de carga e a tensão que se aplica nos casos em que há um conjunto de baterias interligadas em serie/paralelo (banco de baterias) com tensões individuais que diferem. A finalidade da carga e a de nivelar individualmente as tensões de cada bateria e também o seu estado de carga. – Tensão final de descarga: E o menor valor de tensão que é permitido a um elemento da bateria chumbo-acido atingir durante uma descarga. Normalmente, o valor da tensão final de descarga e de 1,75 V/elemento. Se este valor baixar, existe o risco de se danificar a bateria irreversivelmente, devido a sulfatação das placas ou a inversão de polaridade das mesmas, podendo-se ate inutiliza-la. Como exemplo deixamos uma bateria com as características mais relevantes CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS ALGUMAS MARCAS DE REFERENCIA http://www.atersa.com http://www.sma-portugal.com http://www.lorentz.de http://www.martifersolar.com http://www.bp.com http://www.trinasolar.com http://www.solarworld.de http://us.sunpower.com http://www.kyocera.pt http://www.sharp-solar.com http://www.sharp-solar.com http://www.bosch-solarenergy.de http://www.parfel.pt http://solarbloc.es/pt-pt/ https://www.moura.com.br CURSO DE INICIAÇÃO AOS SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS PARA PROFISSIONAIS OBRIGADO PELA VOSSA ATENÇÃO ENCONTRAMO-NOS NO MODULO 2
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