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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

2379EE2

2º semestre de 2016

Prof. Alceu Ferreira Alves

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

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Na última aula:

• Revisão – Condições Padrão de Teste (STC, NOTC)

• Massa de Ar

• Ângulos do Sol em relação à Terra

• Inclinação dos painéis

• Efeito da temperatura

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Efeito da Radiação na Geração FV

• Corrente do Módulo → depende diretamente da irradiância

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Efeito da Temperatura na Geração FV

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

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Efeito da Temperatura na Geração FV

• Coeficiente de Temperatura → necessário para estimar a tensão mínima e a tensão máxima de um arranjo fotovoltaico, devido à variação da temperatura das células fotovoltaicas (verão/inverno)

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Efeito da Temperatura na Geração FV

• Caso não seja fornecido o Coeficiente de Temperatura → há uma tabela de valores “genéricos” para estimar a tensão mínima e a tensão máxima

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Sombreamento

• Em situação normal de funcionamento, o módulo fotovoltaico está recebendo radiação solar, as junções PN estão reversas e a incidência de fótons provoca DDP e corrente elétrica

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Sombreamento

• Sob determinadas condições, se parte do módulo fotovoltaico receber uma sombra, uma ou mais células fotovoltaicas se comporta como diodo diretamente polarizado

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Sombreamento

• Nessa situação, dependendo da corrente que circula pela carga, o material semicondutor sombreado pode se aquecer a ponto de ser danificado pelo calor

• O local danificado é chamado de “ponto quente” (hot-spot)

• O dano é permanente

• Isso acontece quando, ao invés de gerar, o módulo recebe corrente

• Se o sistema operar com baterias, a corrente pode ser muito alta e destruir o módulo fotovoltaico

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Diodo de Desvio• By-pass diode → Diodo de desvio ou de passagem, evita que

excesso de corrente passe na célula com polarização inversa devido ao sombreamento, protegendo-a (normalmente aplicado a um conjunto de células, em geral 18 ou 20)

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Diodos de Bloqueio

• Diodo de bloqueio → normalmente usado em sistemas que utilizam bateria, evitam que o painel se torne uma carga para a bateria, descarregando-a rapidamente (normalmente aplicado a cada string)

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Diodos de Bloqueio

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Sistemas Fotovoltaicos – classificação

• Sistemas Isolados (off-grid)

• Sistemas Conectados à Rede (on-grid ou grid-tie)

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Sistemas Fotovoltaicos – classificação

• Sistema Isolado → não é conectado à rede de distribuição• Pode ser Híbrido ou Autônomo (Puro)• Sistema autônomo pode ter armazenamento (ou não)

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Sistemas Fotovoltaicos

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Sistemas Fotovoltaicos

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Sistemas Fotovoltaicos

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Sistemas Fotovoltaicos

• Sistema Isolado → não é conectado à rede de distribuição

• Pode ser Híbrido ou Autônomo (Puro)

• Sistema autônomo pode ter armazenamento (ou não)

• Sem armazenamento → Ex.: bomba d’água

• Com armazenamento → Ex.: iluminação

• Sistema autônomo CA → aplicações domésticas (rural)

• Sistema autônomo CC → sistemas de comunicação em

locais distantes

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Sistema Fotovoltaico Autônomo

• Principais Componentes

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Sistema

Fotovoltaico

Autônomo

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Sistema Fotovoltaico Híbrido

Opera juntamente com outra fonte de energia (co-geração):

• Eólica (recomenda-se armazenamento)

• Gerador alimentado por motor a combustão (dispensa baterias)

• PCH (ou outra)

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Sistemas Fotovoltaicos – classificação

• Sistema Conectado à Rede (on-grid ou grid-tie) → injeta energia na rede de distribuição da Concessionária

• Pode ser de Grande Porte (Usinas ou Fazendas Solares)• Ou de Pequeno Porte (residencial)

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Sistema Fotovoltaico On-grid

• Sistema Conectado à Rede → é conectado à rede de distribuição

• O potencial gerado é injetado na rede

• A rede age como uma carga, absorvendo a energia

• Geralmente não utilizam sistemas de armazenamento

• Dependem de regulamentação e legislação, porque usam a rede

de distribuição das concessionárias

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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede

• Principais Componentes

1) Módulos Fotovoltaicos

2) Inversor Grid-tie

3) Interruptor de Segurança

4) Quadro de Distribuição

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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede

• Principais Componentes

5) A energia elétrica gerada alimenta as cargas residenciais

6) A energia excedente é injetada na rede, e é medida através de

medidor eletrônico bidirecional

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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede

• Inversor Grid-tie (também conhecido como Inversor On-grid )

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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede

• Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )

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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )

• Totalmente diferente do inversor utilizado em sistemas

autônomos (estrutura de controle e acionamento)

• Rigoroso controle de tensão, fase e frequência

• Alta tecnologia envolvida

• Busca do MPP

• Isolados ou não (peso, tamanho, custo)

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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )

Principais funções:

• Converter CC em CA, em fase, amplitude e frequência compatíveis com a rede de distribuição

• Ajustar-se ao ponto de máxima potência (MPP) do arranjo fotovoltaico, conseguindo o seu maior rendimento

• Registro Operacional, guardando/transmitindo os dados durante o seu funcionamento, através de displays, cartões de memória, rede de dados, etc.

• Proteção em CC e em CA, como por exemplo: proteção contra curtos-circuitos, inversão de polaridade, sobrecorrente e sobretensão, descargas atmosféricas, corrente residual, etc.

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Conexão do Inversor Grid-tie

• Diretamente à rede – a energia é fornecida ao sistema e utilizada pelos consumidores mais próximos

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Conexão do Inversor Grid-tie

• Através do ponto de conexão da edificação com a concessionária –

energia elétrica gerada é consumida pela própria edificação, e

somente o excedente é fornecido à rede

• Até 5 kWp são, geralmente, monofásicos

• Para sistemas de maior potência, geralmente trifásicos

• É possível agrupar inversores monofásicos para constituir um

sistema trifásico

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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )

Características desejáveis:

• Alta eficiência de conversão (tanto na carga nominal quanto em

cargas parciais)

• Alta confiabilidade e baixa manutenção

• Operação em ampla faixa de tensão de entrada

• Baixo conteúdo harmônico

• Baixa emissão de EMI e de ruído audível

• Tolerância aos surtos de carga

• Garantia, boa isolação, proteções eficientes

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Ilhamento

• Situação na qual a rede de distribuição é desenergizada e um (ou

mais) SFCR tem capacidade de suprir a demanda de potência em

determinada seção da rede

• Sua proteção não atua e o SFCR tenta suprir a demanda solicitada

• Problema: segurança (a rede deveria estar desenergizada e não

está)

• Perigo: procedimentos de segurança obrigam o aterramento das

fases durante a manutenção

• Inversores Grid-tie obrigatoriamente devem ter proteção anti-

ilhamento (ABNT NBR IEC 62116:2012)

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Calendário dos Seminários

• A sala foi dividida em grupos e os temas definidos

• As datas de apresentação estão disponibilizadas em

http://www4.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu/2379EE2seminarios.pdf