Projeto de energia fotovoltaica indigena

Projeto de energia fotovoltaica indigena

(Parte 2 de 3)

–A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.

–Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética sua utilização ajuda a diminuir a procura energética nestese consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão.( TECNOSOL, 2014)

2.2.2Desvantagens daenergia solar –Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação climatérica

, além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia emlocais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia.

–Locais em latitudes médias e altas (

Ex: Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da

Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de Inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens tendema ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade. –As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas, por exemplo,aos combustíveis fósseis ( carvão, petróleo e gás)

, e a energia

. –Os painéis solares têm um rendimento de apenas 25%, apesar deste valor ter vindo a aumentar ao longo dos anos.( TECNOSOL, 2014)

Fonte: http://www.portal-energia.com/ Figura2-3-Mapa que mostra a radiação solar no mundo

2.3 ENERGIA SOLAR TÉRMICA A energia Solar térmicatem o calor do sol como sua principal fonte para aquecer geralmente aguaou outros sistemas, são usados coletorestérmicos( também conhecidos como para essa transformaçãoou tubos evacuadospara captar o calor do sol e transferir o

calor. ( PORTALSOLAR 2013)

A energia solar térmica é normalmente usada para produzir água quente para banho ou processos industriais. Em dias chuvosos, provavelmente, não haverá sol suficiente para gerar toda a água quente que precisa, portanto os aquecedores solares possuem também ou uma resistência elétrica ou um aquecedor a gás para auxiliar a atingir a temperatura ideal da água. De qualquer forma, são extremamente eficientes e reduzem em até 80% o consumo de energia relativo ao aquecimento da água.( PORTAL SOLAR 2013)

Estes painéis não geram eletricidade. Os painéis contêm fileiras de tubos cheios de água que coletam o calor do sol, desta forma aquecendo a água e à armazenando em um reservatório térmico( boiler ) . ( PORTAL SOLAR 2013)

Fonte: portal solar

Quadro2.1-Quadro das vantagens e desvantagens em relação ao custo

2.4ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Os sistemas fotovoltaicos são capazes de gerar energia elétrica através das chamadas células fotovoltaicas. As célulasfotovoltaicas são feitas de materiais capazes de transformar a radiação solar diretamente em energia elétrica através do chamado “efeito fotovoltaico”. Hoje, o material mais difundido para este uso é o silício.O efeito fotovoltaico acontece quando a luz solar, através de seus fótons, é absorvida pela célula fotovoltaica. A energia dos fótons da luz é transferida para os elétrons que então ganham a capacidade de movimentar-se. O movimento dos elétrons, por sua vez, gera a corrente elétrica.( NEW ENERGY 2015)

Para que exista este efeito é necessário que as células fotovoltaicas sejam construídas com materiais semicondutores, que se caracterizam por possuir bandas de energia capazes de produzir cargas elétricas com a incidência dos fótons “energia luminosa”.

,Entre os semicondutores mais utilizados temos o silício, que pode ser encontrado em formato de cristais monocristalinos e policristalinos.Quando o

silício é dopado juntamente com boro ( tipo P) e fósforo ( tipo N) na quantidade certa, uma junção do tipo P-N é formada, o que dá origem a um campo elétrico permanente no cristal, que ao encontrar equilíbrio provoca um deslocamento de cargas ( positivas de um lado e negativas do outro) conhecido comoEfeito Fotovoltaico.

Fonte: http://www.portalsolar.com.br/ Figura2-4-Painéis de energia térmica.

Em uma célula fotovoltaica, esta junção P-N fica exposta ao sol e suas extremidades são ligadas a metais condutores, eestes por sua vez são conectados a cabos que permitem a circulação de elétrons para a geração de energia.

Por meio do efeito fotovoltaico a energia contida na luz do sol pode ser convertida diretamente em energia elétrica. Este método de conversão energética apresenta como grandes vantagens sua extrema simplicidade, a inexistência de qualquer peça mecânica móvel, sua característica modular ( desde mW até MW)

, os curtos prazos de instalação e posta em marcha envolvidos, o elevado grau de confiabilidade dos sistemas e sua baixa manutenção. Além disso, sistemas solares fotovoltaicos representam uma fonte silenciosa,não poluentee renovável de energia elétrica bastante adequada à integração no meio urbano, reduzindo quase completamente as perdas por transmissãoe distribuição da energia devido à proximidade entre geração e consumo.( LABE.E.E, 2013)

As células fotovoltaicas podem ser dispostas de diversas formas, sendo a mais utilizada na montagem depainéis ou módulos solares. Além dos painéis fotovoltaicos, também se utilizam filmes flexíveis, com as mesmas características, ou até mesmo a incorporação das células em outros materiais, como o vidro. As diferentes formas com que são montadas as células se prestam à adequação do uso, por um lado maximizando a eficiência e por outro se adequando às possibilidades ou necessidades arquitetônicas.

Fonte: http://www.housepress.com.br/ Figura2-5-Ilustração do efeito foto voltaico

2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas isolados,híbridos e conectados a rede. Os sistemas obedecem a uma configuração básica onde o sistema deverá ter uma unidade de controle de potência e também uma unidade de

armazenamento. ( CRESESB, 2006)

2.5.1 Sistema fotovoltaico isolado ou autônomo Sistemasisolados, em geral, utiliza-se alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito através de baterias, quando se deseja utilizar aparelhoselétricos ou armazena-se na forma de energia gravitacional quando se bombeia água paratanques em

Fonte: w.ambienteenergia.com.br Fonte: CRESESB, Tutorial solar.

Figura2-6-Filme plástico que capita energia solar Figura2-7-Configuração básica de um sistema fotovoltaico sistemas de abastecimento. Alguns sistemas isolados não necessitam dearmazenamento, o que é o caso da irrigação onde toda a água bombeada é diretamenteconsumida ou estocadas

em reservatórios.( CRESESB, 2006)

Em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em baterias, usa-se um dispositivo para controlar a carga e adescargana bateria. O “controlador de carga” tem como principal função não deixar que haja danos na bateria por sobrecarga ou descarga profunda. O controlador de carga é usadoem sistemas pequenos onde os aparelhos utilizados são de baixa tensão e corrente contínua ( C ) . ( CRESESB, 2006)

Para alimentação de equipamentos de corrente alternada ( CA ) é necessário um inversor.

Estedispositivo geralmente incorpora um seguidor de ponto de máxima potência necessário paraotimização da potência final produzida. Este sistema é usado quando se deseja mais confortona utilização de eletrodomésticos convencionais.

2.5.1.1 Sistema autônomo com armazenamento

Um sistema fotovoltaico puro é aquele que não possui outra forma de geração de eletricidade. Devido ao fato de o sistema só gerar eletricidade nashoras de sol, os sistemas autônomos são dotados de acumuladores que armazenam a energia para os períodos sem sol, o que acontece todas as noites, e também nos períodos chuvosos ou nublados. Os acumuladores são dimensionados de acordo à autonomia que o sistema deve ter, e essa varia de acordo às condições climatológicas da localidade onde será implantado o sistema fotovoltaico.

Figura2-8–Diagrama de um sistema fotovoltaico isolado Fonte: CRESESB, Tutorial solar.

27 2.5.1.2Sistema autônomo sem armazenamento

São sistemas que funcionam somente durante as horas de sol. Temos como exemplo os sistemas debombeamento de água. As características das bombas são calculadas levando em consideração a necessidade água e o potencial solar da localidade. O painel fotovoltaico é dimensionado para fornecer potencial para a bomba. Apesar de não utilizarem sistemas de armazenamento elétrico, o armazenamento energético é feito na forma de água no reservatório.

2.5.2SistemaFotovoltaico conectado a rede

Um sistema fotovoltaico conectado à rede, on-grid ou grid-tie,permite a venda da energia excedente gerada,para a concessionariada distribuidora de energia.

O painel fotovoltaico gera eletricidade em corrente contínua, e o inversor de frequência

( aparelho que faz a interface entre os painéis fotovoltaicos e a rede elétrica) converte em corrente alternadaessa energia é enviada para a rede elétrica, tornando o sistema mais simples e mais barato que o isolado e reduzindo também as manutenções.Quando os aparelhos eletroeletrônicos estão consumindo, e o sistema fotovoltaico está gerando energia, toda a energia gerada é aproveitada pelo consumidor.

Quando os aparelhos eletroeletrônicos estão consumindo mais do que o sistema fotovoltaico está gerando no momento, a parte que falta é puxadada rede elétrica.E quando o sistema fotovoltaicogera mais energiado que está sendo consumida,essaenergiaé jogada na rede.Para isso é necessário que o medidor de energia gire ao contrárioeo cliente temum crédito energético aplicado a sua conta para ser consumido em até 36 meses.

Figura2-9-Diagrama de um sistema fotovoltaico conectado a rede

Fonte: CRESESB, Tutorial solar.

28 2.5.3Sistema Fotovoltaico Híbrido

Sistemas híbridos são aqueles que, desconectado da rede convencional, apresenta várias fontes degeração de energia como, por exemplo: turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos entre outras. A utilização de várias formas de geração de energia elétrica tornase complexo na necessidade de otimização do uso das energias. É necessário um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da energia para o usuário.

Osistema híbrido tem uma configuração mais complexa, pois necessitam de um aprimoramento no controle para aperfeiçoar o uso de todas as fontesde energia e fazer com que o usuáriorecebaa eficiência máxima na entrega.

Fonte: real-solar.com Figura2-10–Diagrama de um sistema fotovoltaico híbrido

2.6 COMPONENTES BÁSICOS DO SISTEMA FOTOVOLTAICO

2.6.1 Células Solares

A célula solar é o dispositivo mais importante do sistema fotovoltaico,visto que é responsável pela conversão da energia solar em energia elétrica. Uma célula solar é, basicamente, um sanduíche contendo uma grade metálica, uma lâmina que coleta os raios solares, uma lâmina absorvedora dos fótons e um contato metálico posterior.

A corrente elétrica produzida é coletada pelos contatos metálicos nas superfícies. As células solares normalmente são quadradas ou redondas dependendo do processo de fabricação utilizado. Esta corrente depende da intensidade da radiação solar e da área

Figura2-1–Diagrama dos tipos de sistema foto voltaicos Fonte: http://www.soeletrica.ind.br iluminada. A tensão gerada é apenas uma fração de Volt. A célula solar mais comumente utilizada, de silício cristalino, possui uma tensão de trabalho de aproximadamente 0,5 V.

2.6.1.1Tipos de células

As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria, usando o silício ( Si ) e podendo serconstituídade cristais monocristalinos, policristalinos ou de silício amorfo.

2.6.1.1.1 Silício Monocristalino

A célula de silício monocristalino é historicamente asmaisusadas e comercializadas como conversor direto de energia solar em eletricidade e a tecnologia para suafabricação é um processo básico muito bem constituído.A fabricação da célula de silício começa com a extraçãodo cristal de dióxido de silício. Este material é desoxidadoem grandes fornos, purificado e solidificado. Esteprocesso atinge um grau de pureza em 98 e 9% o que é razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energético ecusto. Este silício para funcionar como célulasfotovoltaicasnecessitade outros dispositivossemicondutores e de um grau de pureza maior devendochegar na faixa de 9,99%.( CRESESB, 2006)

Dentre as células fotovoltaicas que utilizam o silício como material base, as monocristalinassão, em geral, as que apresentam as maiores eficiências. As fotocélulas comerciais obtidascom o processo descrito atingem uma eficiência de até 15% podendo chegar em 18% emcélulas feitas em laboratórios.

Figura2-12–Célula de Silício monocristalino

Fonte: w.portalsolar.com.br

31 2.6.1.1.2 Silício Policristalino

As células de silício policristalino são mais baratas que asde silício monocristalino por exigirem um processo depreparação das células menos rigoroso. A eficiência, noentanto, cai um pouco em comparação ascélulas desilício monocristalino.O processo de pureza do silício utilizada na produção dascélulas de silício policristalino é similar ao processo do Si monocristalino, o que permite obtenção de níveis deeficiência compatíveis. Basicamente, as técnicasdefabricação de células policristalinas são as mesmas nafabricação das células

monocristalinas, porém commenores rigores de controle.( CRESESB, 2006)

,as baterias, ou acumuladores, entre os diversos sistemas, são mais utilizadasnaqueles isolados da rede elétrica, ou seja, são dispositivos responsáveis por fazer o armazenamento da energia elétrica gerada pelos módulos, com o intuito de suprir a demanda da mesma na ausência da radiação solar. Com isso, podem ser consideradas de extrema importância, já que a radiação solar não ocorre nos períodos noturnos, e é reduzida em dias nublados.

Uma bateria é um conjunto de células ou vasos eletroquímicos, conectados em serie ou em paralelo, capazes de armazenar energia elétrica na formade energia química por meio de um processo eletroquímico de oxidação e redução ( redox ) que ocorre em seu interior. Quando uma bateria carregada é conectada a uma carga elétrica, ocorre o processo reverso, ou seja,

Figura2-13–Célula de Silício policristalino Fonte: w.portalsolar.com.br

32 uma corrente continua é produzida pela conversão de energia química em energia elétrica.

( CEPEL-CRESESB 2014)

A escolha das baterias é de suma importância para o sistema por conta da sua durabilidade e pelo alto custo que essas baterias possuem, por isso deve-se levar em consideração alguns fatores na hora de dimensionar as baterias como a capacidade de armazenamento, profundidade de descarga, tempo de vida útil, etc.

A bateria éo primeiro item de desgaste em um sistema fotovoltaico e, portanto, a sua escolha deve levar em conta a dificuldade/custo de manutenção e troca. Sistemas de energia renovável são feitos para durar 30 anos ou mais e economizar em baterias pode não ser a melhor opção no longo prazo.

As baterias mais utilizadas no sistema solar fotovoltaico são as baterias de chumboácido e as baterias de níquel-cádmio, porem a predominante em grande partedos sistemas fotovoltaicos sãoas baterias de chumbo acido.

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