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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

2379EE2

2º semestre de 2016

Prof. Alceu Ferreira Alves

www.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu

22379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016

Na última aula:

• Energia solar – complementos da teoria – radiação

• Massa de ar – Irradiação diária

• Célula fotovoltaica – funcionamento – Tecnologias

• Módulos – Características elétricas

• Curvas características

• Condições Padrão de Teste (STC, NOTC)

• Associação de módulos


Módulos PV – Condições de Teste

• Condições Padrão de Teste (STC – Standard Test Conditions)


Massa de Ar (AM – air mass)

• A radiação solar que chega à superfície da Terra depende da espessura e da composição da atmosfera (partículas)

• A espessura depende da distância do trajeto percorrido pelos raios solares

• Trajeto → Ângulo zenital do Sol



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• Por que usar AM1,5?

• AM1,5 corresponde ao comportamento médio da radiação solar ao longo de 1 ano nos países temperados do hemisfério norte



• AM1,5 inclui EUA, Europa e Ásia – pioneiros em FV

• Zona tropical→θz é menor, AM é menor, há mais luz e calor ao longo do ano (maior insolação)


Medidas de Energia Solar (revisando)

• Irradiância: taxa na qual a energia solar atinge uma unidade de área (J/s.m2 ≡ W/m2 ≡ W.m–2)Irradiância também é conhecida por radiância


Medidas de Energia Solar (revisando)

• Radiação: integral da irradiância para um determinado período de tempo (W.h/m2) Radiação também é conhecida por irradiação ou insolação


Orientação dos Módulos Fotovoltaicos

• Raios solares → Ondas eletromagnéticas que chegam à Terra em linha reta (paralelas)

• Desvios→ Embora a maior parcela da energia prossiga em linha reta, parte dos raios são desviados: difusão, reflexão

• Incidência → É diferente a inclinação nos diferentes pontos do planeta (depende da posição relativa Terra/Sol)

• Radiação difusa → Aleatória e irregular

• Radiação direta → Orientação adequada maximiza a captação


Mapa Solarimétrico – Brasil


Orientação – ângulo azimutal solar

• Obs. → No hemisfério Sul, o ângulo azimutal solar é medido em relação à orientação NORTE


Orientação – ângulo azimutal solar

• Ângulo azimutal solar → Varia continuamente ao longo do dia (desde o nascente até o poente)

• Observador no Hemisfério Sul → Olhando para o norte, (Equador) verá o Sol à sua direita pela manhã e à sua esquerda durante a tarde

• Ângulo azimutal nulo → É observado ao meio-dia solar (que quase nunca coincide com o meio-dia civil)



• Melhor orientação no Hemisfério Sul → Norte geográfico (para painéis FV sem rastreamento)



• Como encontrar o Norte geográfico?

• Indiretamente com o uso da bússola

• Norte geográfico é diferente do Norte magnético

• Subtrai-se o ângulo de correção do norte indicado pela bússola, dependendo da sua localização, corrigindo no sentido horário para um observador no Brasil (Hemisfério Sul)


Inclinação dos Módulos Fotovoltaicos• Declinação → Ângulo dos raios solares em relação ao plano do

Equador (devido à inclinação do eixo da Terra)


Declinação

• Solstícios→ Declinação máxima

• Equinócios→ Declinação zero (raios solares paralelos ao plano do Equador)


Altura Solar

Devido à declinação, a cada dia do ano o Sol descreve uma diferente trajetória (aparente) no céu

• Inverno → A altura solar é menor (Sol ‘mais baixo’)→ ângulo zenital maior → massa de ar maior→ menor insolação

• Verão → A altura solar é maior (Sol ‘mais alto’)→ ângulo zenital menor → massa de ar menor → maior insolação


Altura Solar


Altura Solar – definição

→ ângulo definido entre o plano da trajetória aparente do Sol no céu e o plano horizontal (γs)


Ângulo de Incidência Solar – β

Ângulo de Inclinação do Painel – α

Obs. → Melhor aproveitamento solar: β = 0°


Ângulo de Inclinação dos Módulos FV• Maioria dos Sistemas→ Ângulo α fixo: é preciso escolher a

melhor inclinação para máxima captação


Ângulo de Inclinação dos Módulos FV• É possível escolher o perfil de captação ao longo do ano

→ maximizada ao longo do ano com poucas variações

→ maximizada no inverno

→ maximizada no verão


Ângulo de Inclinação dos Módulos FV

Latitude do Local de Instalação

Ângulo de Inclinação Recomendado

0° a 10° α = 10°

11° a 20° α = latitude

21° a 30° α = latitude + 5°

31° a 40° α = latitude + 10°

41° ou mais α = latitude + 15°

Fonte: “Installation and Safety Manual of the Bosch Solar Modules”



• Como encontrar o Norte geográfico?

• Usando o site www.heavens-above.com


Módulos PV – Características Elétricas

• Tensão Nominal: é a tensão padrão do módulo.

• Tensão de Máxima Potência (Vmpp): é a tensão máxima que o módulo gerará, em seu ponto de máxima potência (STC).

• Tensão em Circuito Aberto (Voc): é tensão máxima que o módulo fornece em vazio (sem carga)

• Corrente em Máxima Potência (Imp): corrente máxima que um módulo pode fornecer a uma carga.

• Corrente de Curto Circuito (Isc): corrente máxima que o módulo fornece com seus terminais em curto circuito.

• Potência Máxima (PM): a potência máxima na curva I-V para dada condição de teste.


Efeito da Radiação na Geração FV

• Corrente do Módulo → depende diretamente da irradiância


Efeito da Temperatura na Geração FV

• Aumento na Temperatura → reduz a tensão fornecida pelo módulo e, consequentemente, a potência gerada


Exercício

• Calcular o ângulo de inclinação ideal (α) para um painel fotovoltaico a ser instalado na sua localização atual.

• Calcular os ângulos β e γ

• Calcular os ângulos azimutal, zenital solar e ângulo de altura solar

• Calcular a massa de ar ao meio-dia solar de hoje, na sua localização atual.

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