Sistema Solar Fotovoltaico

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SISTEMA DE GERAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA
Introdução
	A origem da utilização da energia solar como fonte de energia remete-se ao surgimento do Sol, há bilhões de anos, atualmente responsável por atuar como fonte de energia em diversos processos, principalmente na geração de energia solar fotovoltaica, no aquecimento de água pela energia termossolar e em usinas e parques solares. 
	O Sol teve seu surgimento há cerca de 4,6 bilhões de anos, como a maior estrela do Sistema Solar, sendo responsável por fenômenos meteorológicos, alterações climáticas e pela fotossíntese, processo do qual todos os seres vivos são dependentes. Sua composição é de 74% hidrogênio e 24% hélio, com a taxa restante formada por oxigênio, carbono e ferro. 
	Em 1926, o astrônomo inglês Arthur Eddington fez uma ousada sugestão sobre a origem da energia solar, dizendo que ela só poderia ser gerada por um reator nuclear. A comunidade científica se escandalizou, porque até então se conhecia muito pouco sobre as reações atômicas. Algumas décadas mais tarde, porém, viu-se que a teoria estava certa. O plasma no núcleo do Sol sofre transformações semelhantes às que ocorrem na explosão de uma bomba de hidrogênio e, também como neste caso, passa a emitir radiação principalmente sob a forma de luz e calor. Essa radiação não é visível, pois ainda tem de atravessar as camadas externas. Estima-se que um raio de luz leve milhões de anos chocando-se com as partículas de plasma até emergir na superfície brilhante. A maior parte do trajeto, no caso do calor, é feita em forma de radiação, como ocorre com a luz. 
	Para que esta energia proveniente do sol fosse aproveitada, a jornada para termos o que é hoje uma das fontes de geração de energia sustentável e que traz grande rentabilidade para o consumidor começou em 1839, após a pesquisa do físico francês Alexandre Edmond Becquerel, que descobriu o efeito fotovoltaico, com a criação da primeira célula fotovoltaica em 1883, por Charles Fritts e após uma série de acontecimentos – inclusive um prêmio Nobel para Einstein –, deu-se início à era moderna da energia solar, em 1954, após a elaboração do processo de dopagem de silício por Calvin Fuller e a criação da célula solar moderna por Russell Shoemaker Ohl.
	O início das utilizações de painéis solares ocorreu de modo surpreendente. Em 1958, um painel de 1 W foi anexado ao satélite americano Vanguard I, que foi enviado ao espaço, para alimentar seu rádio na viagem. Assim como o Vanguard I, no mesmo ano os satélites americanos Vanguard II, Explorer III e o russo Sputinik-3, também foram lançados ao espaço com placas solares anexadas. A partir disso, o desenvolvimento do sistema solar fotovoltaico começou para que pudesse atender os consumidores convencionais e os primeiros sistemas fotovoltaicos para residências, estabelecimentos e até mesmo para meios de transportes, como ônibus, navios e aviões começaram a ser implementados. 
	Como toda tecnologia, os preços destes sistemas solares primitivos eram exorbitantes, se comparado com o que encontramos hoje no mercado e com eficiência baixíssima, o que tornava uma aplicação quase que inviável. Porém, nas últimas décadas, os preços dos painéis solares, que compõe a maior parte do montante gasto com estes sistemas, tiveram uma queda significativa. Em 1965 o custo do painel era de aproximadamente US$1.865,00 por watt (valor atualizado em 2019), em 2019 esse valor caiu a incríveis US$0,38 por watt, o que contribui com o aumento da demanda por esta energia renovável e consequentemente a queda ainda maior dos preços. 
	Apesar de estarmos vivendo um período onde os preços e a facilidade de aquisição e instalação sejam as melhores possíveis, o sistema solar fotovoltaico apresenta falhas inerentes ao sistema, uma delas é a falta de energia solar 24h por dia, e quando não há sol, seja por sombras de nuvens, ou pela noite que temos todos os dias, não se produz energia elétrica de forma constante todos os dias. Para remediar essa falha, a bateria solar é o equipamento utilizado para armazenar a energia solar gerada para momentos em que há pouca ou nenhuma geração. Com a bateria solar, é possível ter mais autonomia, conhecidos como sistemas híbridos, ou autonomia plena, quando a capacidade de geração do sistema, e a capacidade de armazenamento das baterias é suficiente para atender toda a carga do consumidor e com isso não ter a necessidade de se conectar à concessionária de energia, os chamados sistemas off-grid. 
	Embora baterias para energia solar já estejam disponíveis há décadas, o mercado realmente começou a prestar atenção nestas baterias em 2015, quando a Tesla anunciou que estava fazendo pré-venda para o seu novo sistema de armazenamento de energia o Powerwall. Logo após o anúncio, muitos outros fabricantes de baterias como a LG, Samsung, BYD e outros, anunciaram que começariam a vender baterias com um preço, desempenho e garantia similares, assim dando início a revolução das baterias solares. Apesar de estar se tornando cada vez mais acessível, a bateria para sistemas fotovoltaicos ainda possui um alto investimento e poucas opções disponíveis no Brasil. 
	A bateria para energia solar pode ser utilizada em dois tipos de sistemas fotovoltaicos: off grid (sistema isolado ou sistema autônomo) e híbrido. 
	Os sistemas solares off-grid são caracterizados pela geração de energia solar e o armazenamento de energia em baterias suficientes para que o consumidor não necessite de estar conectado à rede de distribuição de energia, a desvantagem deste tipo de sistema é o custo total alto, devido aos preços elevados das baterias. A maioria dos proprietários de energia solar off-grid vive em áreas isoladas, onde não existe outra opção a não ser um gerador a diesel.
1-Paineis solares; 2-Controlador de carga; 3-Baterias; 4-Inversor solar; 5-Quadro de distribuição
	Os sistemas solares híbridos são configurados para que sua propriedade esteja conectada à rede elétrica, além de armazenar energia solar em baterias. Os sistemas híbridos priorizam o uso da eletricidade armazenada em suas baterias sobre a eletricidade da rede. A maior vantagem dos sistemas híbridos e ser mais barato que um gerador de energia solar off-grid, pois você precisará de uma quantidade menor de baterias para energia solar para o armazenamento de energia, sendo necessário o seu uso apenas em casos de falta de energia. Pode ser programado para utilizar a energia armazenada quando for horário de pico na distribuidora e, permite que você tenha diversas horas de autonomia caso a rede da distribuidora tenha algum problema.
1-Paineis solares; 2-Controlador de carga; 3-Baterias; 4-Inversor solar; 5-Quadro de distribuição; 6-Fluxo de energia gerada excedente; 7-Fluxo de energia consumida
	Apesar desta deficiência do sistema fotovoltaico, a grande maioria dos sistemas implementados hoje são do modelo on-grid, onde não há a instalação de baterias para armazenamento de energia, dessa maneira os módulos e inversores são ligados diretamente à rede. A economia de energia é feito através do sistema de compensação de energia, que todas as concessionárias adotam, para isso o sistema é dimensionado para que consiga gerar energia suficiente para atender a carga durante o mês. Nos momentos onde há uma geração de energia maior que o consumo de energia, o relógio medidor da concessionária contabiliza o montante de energia gerada, ao passo que quando o consumo excede a geração o medidor irá contabilizar o montante consumido, e ao final do mês é realizado um balanço dos montantes e a geração de energia abate o consumo de energia. O excedente de energia gerada que não fora utilizada na compensação é registrada para o proprietário da unidade consumidora que pode ser utilizado futuramente, dentro do prazo de 60 meses, para compensar a energia consumida num mês quando a geração não fora suficiente para suprir o consumo. 
1-Paineis solares; 2-Controlador de carga; 3-Quadro de distribuição; 4-Cargas consumidoras; 5-Medidor bidirecional
Dimensionamento
	Os sistemasfotovoltaicos trabalham com uma fonte limitada de energia, que é a energia solar incidente sobre os módulos e essa fonte também é variável, pois sofre a influência de fatores meteorológicos de difícil previsão. Por outro lado, a energia elétrica é solicitada ao sistema de acordo com as necessidades de seus usuários. 
	O dimensionamento do sistema deve procurar realizar uma compatibilização dessas duas condições dentro de determinados níveis de confiabilidade e custos. Para atender a todas as necessidades de energia dos usuários com total garantia, haveria a necessidade de se projetar um sistema para as mais severas condições meteorológicas e para as situações de maior uso da eletricidade. Muitas vezes, esse procedimento leva a sistemas com custos inaceitáveis para o usuário. 
	O dimensionamento criterioso deve levar em conta os dados meteorológicos existentes para a região, os aparelhos que serão ligados, o tempo de uso dos mesmos, o volume de recursos que se pretende investir na instalação e o grau de confiabilidade que se quer no fornecimento de energia. Na dosagem desses fatores pode-se chegar a um dimensionamento criterioso, que viabilize o sistema e que deixe o usuário satisfeito.
	Três estudos são básicos para o dimensionamento: definir as características e a quantidade de energia que deve ser disponibilizada para os aparelhos consumidores, estimar a quantidade de energia elétrica gerada a partir da radiação solar, e definir os níveis de autonomia e confiabilidade que se deseja para o sistema em casos de períodos excepcionalmente prolongados de baixa insolação. Os dois primeiros levam ao dimensionamento dos módulos fotovoltaicos e o terceiro permite dimensionar o banco de baterias.
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