CESF_AULA_1_ENERGIA_SOLAR

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NOÇÕES DE ELETRICIDADE
PARA SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
Rafael Alex Vieira do Vale
GRANDEZAS ELÉTRICAS
Em qualquer sistema elétrico deve-se ter em
mente as grandezas que definem as
características elétricas de equipamentos e
instalações que são:
 Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial;
 Corrente Elétrica;
 Resistência Elétrica
 Potência Elétrica;
TENSÃO OU DIFERENÇA DE POTENCIAL (V)
A tensão ou diferença de potencial é um
desequilíbrio elétrico entre potenciais em um
meio;
Em sistemas elétricos, a tensão elétrica é a
diferença de níveis de energia elétrica em um
material condutor e sua unidade é o Volt (V);
TENSÃO OU DIFERENÇA DE POTENCIAL (V)
A tensão promove a força necessária para o
movimento das partículas carregadas, os
elétrons;
Esta força provoca o trânsito destas partículas
dando origem a corrente elétrica;
Para a medição da tensão elétrica usamos o
Voltímetro;
Este aparelho deve ser ligado em paralelo com
o componente elétrico a que se quer saber a
tensão;
TENSÃO OU DIFERENÇA DE POTENCIAL (V)
CORRENTE ELÉTRICA (I)
A corrente elétrica é o movimento ordenado
dos portadores livre de carga elétrica em um
material condutor com unidade Ampere (A);
No caso, os elétrons livres na camada de
valência mais afastada do núcleo quando
submetidos a uma tensão ou diferença de
potencial entram em movimento;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
Este movimento pode ser contínuo ou
oscilante promovendo as classificações da
corrente:
 Corrente Contínua;
 Corrente Contínua Pulsante;
 Corrente Alternada;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
A corrente contínua é a corrente que
apresenta sempre o mesma intensidade
independente do instante de tempo estudada;
A corrente permanece constante em todos os
instantes de tempo;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
A corrente elétrica contínua pulsante é a
corrente que varia de intensidade com o
tempo, porém, permanece com polaridade
sempre fixa;
Este tipo de corrente é resultado de circuitos
ou componentes elétricos chamados de
retificadores;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
A corrente alternada é a espécie de corrente
que oscila com o tempo e muda de polaridade
em determinados intervalos de tempo;
É o tipo de corrente elétrica encontrada na
geração, transmissão e distribuição de
energia;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
A forma da corrente depende diretamente da
fonte geradora de tensão o de circuitos
elétricos associados;
Fonte de energia química como pilhas e
baterias são responsáveis por promover
tensões contínuas;
Geradores mecânicos como geradores a diesel,
turbinas hidrelétricas ou eólicas são fontes de
corrente alternada;
Já circuitos retificadores promovem a
conversão de corrente alternada para
pulsante;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
O aparelho de medição de corrente elétrica é
feita pelo Amperímetro;
O amperímetro deve ser instalado em série
como o componente do circuito que se deseja
saber a intensidade da corrente elétrica;
CORRENTE ELÉTRICA (I)
RESISTÊNCIA ELÉTRICA (R)
A resistência elétrica é a propriedade de todo
como ou material de se opor a passagem de
corrente elétrica;
Sua unidade de medida é o Ohm (Ω);
As partículas portadoras de cargas viajam
pelo corpo ou material condutor e se chocam
com os átomos deste material;
Estes choques reduzem a energia dos elétrons
reduzindo a intensidade da corrente
transformando essa energia em calor;
RESISTÊNCIA ELÉTRICA (R)
Em um fio a resistência elétrica depende
diretamente do material, da área da seção
transversal e do comprimento deste fio;
Desta forma pode-se quantificar que a
resistência elétrica em um fio pode ser
determinado por:
𝑅 = 𝜌
𝑙
𝑆
Onde ρ é a resistividade do material, l o
comprimento e S a área da seção transversal
do fio;
RESISTÊNCIA ELÉTRICA (R)
RESISTÊNCIA ELÉTRICA (R)
A resistência é medida pelo Ohmímetro e o
mesmo deve ser conectado em paralelo com a
resistência sem a presença de tensão ou
corrente elétrica;
POTÊNCIA ELÉTRICA (P)
A potência elétrica é a taxa de energia
transferida ou transformada em um
determinado intervalo de tempo;
Sua unidade de medida é o Watt (W);
A energia contida nos elétrons pode ser
transformada ou transferida para o
funcionamento dos componentes ou
equipamentos elétricos envolvidos no circuito;
POTÊNCIA ELÉTRICA (P)
O instrumento de medição usado para medir a
potência elétrica é o Wattímetro;
O Wattímetro colhe as informações de tensão
e corrente do componente ou equipamento do
circuito e apresenta a medida em Watt;
LEI DE OHM
Em 1827, o físico e matemático, Georg Simon
Ohm, publicou os resultados de seus trabalhos
com os circuitos elétricos;
Ohm descobriu que a corrente que atravessa
um fio condutor é proporcional a diferença de
potencial aplicada;
A proporcionalidade entre a corrente elétrica
e a diferença de potencial no fio em alguns
tipos de materiais existia e foram chamados
de materiais ôhmicos;
LEI DE OHM
A razão V/I mostra o quanto de tensão deve
ser aplicada para um determinado nível de
corrente em um dispositivo do circuito;
Quanto maior a dificuldade que o dispositivo
impõe a passagem de corrente elétrica, maior
deve ser aplicada a tensão para atingir um
certo nível de corrente elétrica;
Logo, essa relação entre tensão e corrente
ficou conhecida como Resistência Elétrica;
LEI DE OHM
Assim a Lei de Ohm é definida como a relação
entre tensão, corrente e resistência;
A lei é expressa, matematicamente, da
seguinte forma:
𝑉 = 𝑅 . 𝐼
Onde V é a tensão aplicada, R é a resistência
do componente e I a corrente que passa por
este componente;
LEIS DE KIRCHOFF
O físico alemão Gustav Robert Kirchoff,
formulou suas conhecidas leis da ainda quando
estudante em 1845 na Universidade de
Königberg intituladas hoje como:
 Lei de Kirchoff das Tensões (LKT)
 Lei de Kirchoff das Correntes (LKC)
Amplamente usadas em resoluções de circuitos
elétricos;
LEI DE KIRCHOFF DAS TENSÕES (LKT)
Baseado na Lei da Conservação da
Energia;
A soma algébrica das elevações e quedas de
potencial em torno de um caminho fechado (ou
malha fechada) é igual a zero;
LEI DE KIRCHOFF DAS TENSÕES (LKT)
Considerando o circuito:
Logo, a soma das elevações de tensão em torno
de uma malha fechada é igual a soma das
quedas de tensão;
LEI DE KIRCHOFF DAS CORRENTES (LKC)
Baseada na Lei da Conservação das
Cargas;
A soma algébrica das correntes que entram e
saem de uma região sistema ou nó é igual a
zero;
LEI DE KIRCHOFF DAS CORRENTES (LKC)
Considerando o circuito:
Então, a soma das correntes que entram em
uma região, sistema ou nó é igual a soma das
correntes que saem dessa mesma região,
sistema ou nó.
CIRCUITOS SÉRIE
Um circuito série é caracterizados por
componentes ligados em sequencia de tal
forma que a corrente elétrica por eles tem o
mesmo valor;
CIRCUITOS SÉRIE
Para que isto ocorra é necessário que se forme
somente um caminho para a passagem da
corrente elétrica;
A ligação deve ser feita com um terminal do
componente ao terminal do componente
seguinte;
Uma outra característica é que a tensão em
cada componente elétrico é dividida
proporcionalmente;
RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO CIRCUITO
SÉRIE
Se tratando da tensão total do circuito e a
corrente elétrica também total diz-se que esta
relação é chama de resistência equivalente;
𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3
A ideia pode ser estendida para qualquer
quantidade de resistores em série:
𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 +⋯+ 𝑅𝑛
CIRCUITO PARALELO
Um circuito paralelo é um associação que os
componentes elétricos encontrados no circuito
compartilham da mesma tensão;
Para que isto ocorra os terminais devem ser
conectados sobre a mesma diferença de
potencial;
CIRCUITO PARALELO
A corrente elétrica é dividida,
proporcionalmente, para cada elemento do
circuito;
Este tipo de associação segue as diretrizes da
Lei de Kirchoff das Correntes (LKC);
Esta associação é caracterizado também pela
presença de Nós Elétricos ondeas correntes
elétricas se dividem para outros ramos do
circuito;
RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO CIRCUITO
PARALELO
Pode-se chamar o fator 1/Req de condutância
propriedade inversa da resistência;
E a equação pode ser expressa para outros
números de resistores obtendo:
1
𝑅𝑒𝑞
=
1
𝑅1
+
1
𝑅2
+⋯+
1
𝑅𝑛
RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO CIRCUITO
PARALELO
Quando tem-se n resistores ligados em paralelo
com o mesmo valor de resistência podemos
calcular a resistência equivalente de acordo com:
𝑅𝑒𝑞 =
𝑅
𝑛
Um caso particular para 2 resistores quaisquer
em paralelo pode-se calcular a resistência
equivalente da seguinte forma:
𝑅𝑒𝑞 =
𝑅1. 𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Os semicondutores são materiais que
apresentam condutividade (resistividade)
transitória entre o material condutor e
dielétrico (isolante);
Os semicondutores são muitas vezes metais
que apresentam estrutura química estável;
Os principais exemplares encontrados na
eletrônica, no que diz respeito a
semicondutores, são o Silício (Si) e Germânio
(Ge);
MATERIAIS SEMICONDUTORES
A estrutura molecular do Silício, por exemplo,
é uma estrutura com ligações Covalentes
em uma formação Tetravalente;
Quando a estrutura apresenta somente
átomos do material semicondutor original
designa-se que este material é praticamente
Puro ou Intrínseco;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Porém, muitas vezes para provocar uma
melhor condução dos componentes elétricos
semicondutores utiliza-se a técnica de
Dopagem;
A dopagem é a implantação de impurezas na
estrutura do material semicondutor;
Esta dopagem eleva o grau de condução dos
semicondutores bem como reduz o gap de
energia necessário para a movimentação de
um elétron na estrutura molecular;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
No caso da dopagem o material deixa de ser
puro ou intrínseco e passa a ser classificado
como Extrínseco;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Geralmente, para que ocorra condução de
elétrons os matérias Extrínsecos são
dopados por materiais com excesso e
deficiência de elétrons com relação ao átomo
original;
São usados materiais considerados
pentavalentes (1 elétron a mais) e trivalente
(1 elétron) a menos;
Essa divisão define os extrínsecos em
matérias tipo N e P;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
O material tipo N é uma estrutura de um
semicondutor dopado com átomos
pentavalentes;
Os átomos pentavalentes apresentam cada
um elétron desemparelhado deixado a
estrutura com característica negativa;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
O material tipo P é uma estrutura de um
semicondutor dopado com átomos trivalentes;
Os átomos trivalentes apresentam cada um
elétron a menos que o átomo do semicondutor
puro deixado a estrutura com característica
positiva;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Os matérias tipo N e P são postos em contato
e na presença de uma tensão os elétrons da
camada N são transportados a camada P;
Esse transporte reduz o gap ou barreira de
energia necessária para o fluxo dos elétrons
entre as camadas;
MATERIAIS SEMICONDUTORES
Com a redução do gap e a continuidade da
tensão aplicada nas camadas o fluxo de
elétrons aumenta, exponencialmente;
Este procedimento da origem a diversos
componentes semicondutores como diodos,
transistores, chips ou CI’s entre outros
componentes;
Esse raciocínio será válido para o
entendimento do funcionamento de painéis
fotovoltaicos;