introducao blue sol

7/25/2019 Introducao Blue Sol

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1. Introduo 11

1.1. Arquitetura Bioclimca 11

1.2. Energia solar Fototrmica 11

1.3. Energia Solar Fotovoltaica 12

2. Sistemas fotovoltaicos 14

2.1. Classicao dos sistemas fotovoltaicos 14

2.1.1. Sistemas Isolados 14

2.1.1.1. Sistemas Hbridos 15

2.1.1.2. Sistemas Autnomos (Puros) 15

2.1.1.3. Sistemas Autnomos Sem Armazenamento 15

2.1.2. Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Autnomo 16

2.1.3. Sistemas Conectados Rede (On-Grid) 17

2.1.3.1. Benecios ao usurio 17

2.1.3.2. Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Conectado Rede (On-Grid) 18

3. Radiao Solar e Efeito Fotovoltaico 20

3.1. Geometria Solar 21

3.2. Radiao Solar ao Nvel do Solo 22

3.3. Medindo o Potencial Solar 24

3.3.1. Horas de Sol Pico 25

Sumrio


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3.4. Efeito Fotovoltaico 26

3.4.1. Princpios de funcionamento 26

4. Clulas Fotovoltaicas 32

4.1. Tipos de Clulas fotovoltaicas 32

4.1.1. Silcio Cristalizado 32

4.1.1.1. Silcio Monocristalino 33

4.1.1.2. Silcio Policristalino 33

4.1.2. Clulas de Pelcula Fina 34

4.1.2.1. Silcio Amorfo (a-Si) 35

4.1.2.2. Disseleneto de Cobre e ndio (CIS) 36

4.1.2.3. Telureto de Cdmio (CdTe) 37

4.1.3. Tabela de Ecincias 39

5. Mdulos Fotovoltaicos 40

5.1. Caracterscas dos Mdulos Fotovoltaicos 43

5.1.1. Caracterscas Fsicas e Mecnicas 43

5.1.2. Caracterscas Eltricas 45

5.2. Condies de Teste e Operao 46

5.3. Associao de Mdulos Fotovoltaicos 49

5.4. Sombreamento, Pontos Quentes e Diodos de Proteo 50

5.4.1. Diodos de By-Pass 51

5.4.2. Diodos de Bloqueio 54


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Prefcio

Esta aposla foi criada para dar suporte a todos os interessados em conhecer a tecnologia por trsda Energia Solar Fotovoltaica. Apresenta uma introduo s tecnologias de gerao de eletricidade por fontefotovoltaica, seus usos e aplicaes no Brasil.

Os captulos 1 e 2 explicam o que so os sistemas fotovoltaicos, sua classicao e ulizao. Ocaptulo 3 fala sobre a Energia Solar, o potencial brasileiro e sobre o efeito fotovoltaico. Os captulos 4 e

5 detalham as tecnologias das clulas fotovoltaicas ulizadas para a fabricao dos mdulos. O captulo 6aborda aspectos da concepo dos painis fotovoltaicos, falando sobre orientao, inclinao e estudo depossveis causadores de sombras. O captulo 7 fala de sistemas fotovoltaicos conectados rede e por m, ocaptulo 8 aborda os sistemas fotovoltaicos autnomos.

Esperamos que com esta aposla o leitor possa car completamente familiarizado com osequipamentos e conceitos empregados nesta tecnologia. Tentamos apresentar o contedo de forma queele seja l tanto para pessoas com conhecimentos tcnicos prvios, quanto para leigos em eletricidadee engenharia. Obviamente, inevitvel que alguns termos tcnicos apaream, mas nada to complexo aponto de prejudicar o compreendimento do todo.

Convidamos voc, leitor, a frequentar e parcipar de nossos grupos de discusses em nossas

redes sociais, onde incenvamos a formao de uma comunidade virtual sobre o tema como forma deenriquecimento do aprendizado.

Blog da Blue Sol - Nocias do setor e textos tcnicos

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Autor

Ronilson di Souza ([email protected])

Edio e diagramao

Luiz Rafael Passari ([email protected])

Todos os direitos reservados a Blue Sol Energia Solar

Av. Antnio Diederichsen 400 - Sala 808

Jardim Amrica / Ribeiro Preto - SP

CEP: 14020-250

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Introduo

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boiler

caixa dgua

coletor solar

gua fria

gua quente

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Figura 1 - Sistema de aquecimento solar

1.3. Energia Solar Fotovoltaica

O efeito fotovoltaico, observado por Edmond Bequerel em 1839, consiste no aparecimento de umadiferena de potencial nos extremos de um semicondutor, quando esse absorve a luz visvel. o objeto deestudo deste livreto e a forma de captao de energia solar mais promissora.

So incontestveis as vantagens da energia solar fotovoltaica:

A matria prima inesgotvel

No h emisso de poluentes durante ageraoda eletricidade

Os sistemas podem ser instalados em todo o globo

Infelizmente a energia solar fotovoltaica tem suas decincias:

A densidade (o uxo de potencial que chega supercie terrestre) pequeno (


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Sistemas

Fotovoltaicos

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eletricidade das concessionrias. Os sistemas isolados podem ser classicados em Hbridos ou Autnomos(Puros). Os sistemas autnomos podem ser com, ou sem armazenamento eltrico.

2.1.1.1. Sistemas Hbridos

Figura 3 - Sistema hbrido elico fotovoltaico

Um sistema fotovoltaico hbrido trabalha em conjunto com outro sistema de gerao eltrica, quepode ser um aerogerador (no caso de um sistema hbrido solar-elico),um moto-gerador a combusvellquido (ex.: diesel), ou qualquer outro sistema de gerao eltrica.

Um sistema hbrido pode ou no possuir sistema de armazenamento de energia. Quando possui,geralmente o sistema de armazenamento tem autonomia menor ou igual a um dia.

2.1.1.2. Sistemas Autnomos (Puros)

Um sistema fotovoltaico puro aquele que no possui outra forma de gerao de eletricidade.Devido ao fato de o sistema s gerar eletricidade nas horas de sol, os sistemas autnomos so dotados deacumuladores que armazenam a energia para os perodos sem sol, o que acontece todas as noites, e tambmnos perodos chuvosos ou nublados. Os acumuladores so dimensionados de acordo autonomia que osistema deve ter, e essa varia de acordo s condies climatolgicas da localidade onde ser implantado o

sistema fotovoltaico.

2.1.1.3. Sistemas Autnomos Sem Armazenamento

So sistemas que funcionam somente durante as horas de sol. Temos como exemplo os sistemas debombeamento de gua. As caracterscas das bombas so calculadas levando em considerao a necessidadegua e o potencial Solarda localidade. O painel fotovoltaico dimensionado para fornecer potencial paraa bomba. Apesar de, geralmente, no ulizarem sistemas de armazenamento eltrico, o armazenamentoenergco feito na forma de gua no reservatrio.


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Figura 4 - Sistema de bombeamento fotovoltaico

2.1.2. Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Autnomo

Um sistema fotovoltaico residencial autnomo, geralmente, possui os seguintes componentes:

1

2

3

4

5

Figura 5-Componentes de um sistema fotovoltaico autnomo

1 Painel fotovoltaico;2 Controlador de Carga/Descarga das baterias;3 Banco de baterias;4 Inversor autnomo, para cargas em CA;

5 Cargas CC ou CA;Nos captulos seguintes sero explicados os detalhes sobre cada um dos componentes de um sistemafotovoltaico autnomo.


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2.1.3. Sistemas Conectados Rede (On-Grid)

Os sistemas fotovoltaicos conectados rede fornecem energia para as redes de distribuio. Todo opotencial gerado rapidamente escoado para a rede, que age como uma carga, absorvendo a energia.

Os sistemas conectados rede, tambm chamados de on-grid, geralmente no ulizam sistemas dearmazenamento de energia, e por isso so mais ecientes que os sistemas autnomos, alm de, geralmente,serem mais baratos.

Os sistemas On-Grid dependem de regulamentao e legislao favorvel, pois usam a rede dedistribuio das concessionrias para o escoamentoda energia gerada.

4 6

2

3 5

1

Figura 6 - Sistema conectado rede

1 Mdulos Fotovoltaicos2 Inversor Grid-Tie Transforma a corrente connua do painel em corrente alternada de 127 V/220

V e 60Hz, compavel com a eletricidade da rede.3 Interruptor de Segurana.4 Quadro de Luz - distribui energia para casa.5 A eletricidade alimenta os utenslios e eletrodomscos6 O excedente volta para a rede eltrica atravs do medidor fazendo-o rodar ao contrario, reduzindo

a tarifa de energia eltrica.

2.1.3.1. Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Conectado Rede (On-Grid)

Um sistema fotovoltaico conectado rede, geralmente, possui os seguintes componentes:


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vencida, menor ser a Irradincia solarao nvel do solo. A camada atmosfrica ser mais ou menos espessa,de acordo elevao do sol, no momento da medio. Essa espessura medida atravs de um coecientechamado Massa de Ar(AM). A massa de ar inuencia atravs dos efeitos de absoro e disperso (Rayleighe Mie), por isso, quanto mais elevado o sol esver no cu, menores sero os efeitos da camada atmosfrica. importante salientar que a poluio atmosfrica potencializa esses efeitos de absoro e disperso.

Figura 12- Relao entre o ngulo de Incidncia e a Massa de Ar

A relao entre o coeciente AM e a altura solar e ngulo zental a seguinte:

Devido a esses fatores, a mxima Irradincia que chega supercie terrestre em torno de 1.000 W/m. A radiao que vem diretamente do sol chamada de Radiao Direta, e a que vem da abbada celeste chamada de difusa. Alm dessas duas, temos tambm a Radiao deAlbedo, que a energia solar reedada Terra, seja por vegetao, construes, etc. A Irradincia de Albedo muito pequena. A soma dessasIrradiaes chamada de Irradiao Solar Total.



Figura 13- Grco do espectro da radiao solar dentro e fora da atmosfera terrestre

3.3. Medindo o Potencial Solar

Para viabilizar os projetos comerciais de sistemas de aproveitamento de energia solar so necessriosestudos sobre a radiao solar na supercie terrestre. Esses estudos tm como base a medio da radiaoextraterrestre (realizada por satlites meteorolgicos), juntamente com a adoo de mtodos de clculosmatemcos e a medio da radiao solar ao nvel do solo. Para calcular a radiao ao nvel do solo soulizados disposivos especcos normazados pela Organizao Mundial de Meteorologia. Os piranmetros,pirelimetros, heligrafos e acngrafos so alguns desses aparelhos.

Esses estudos levam alguns anos para retornarem dados concretos, j que tem que considerar vriosfatores como, por exemplo, as mudanas climcas.

Figura 14 - Piranmetro

No Brasil temos dois principais estudos sobre a radiao solar em territrio brasileiro: o AtlasSolarimtrico do Brasil produzido pelo CRESESB (Centro de Referncia em Energia Solar e Elica Sergio deSalvo Brito); e o Atlas Brasileiro de Energia Solar produzido pela Universidade Federal de Santa Catarina

em conjunto/para com o Projeto SWERA.

Os dois estudos so complementares e mostram as variaes na radiao captada na supercie doterritrio brasileiro ao longo de um ano.


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gap de energia, em torno de 1 eV.

Figura 18 - Gap de enegia nos semicondutores

Nos isolantes o gap de vrios eVs, variando conforme o material.

Figura 19 - Comparavo do gap entre os pos de matrias

Isso d aos semicondutores determinadas caracterscas especiais, como o aumento da sua

conduvidade com o aumento da temperatura, devido excitao dos eltrons da banda de valncia paraa banda de conduo. Outra caractersca importante, a possibilidade de ftons, na faixa do visvel e comenergia suciente, excitarem os eltrons. Esse efeito que acontece nos semicondutores puros, chamados deintrnsecos (i), por si s no permite o funcionamento do material com clula fotovoltaica, pois a maioria doseltrons volta a se reconbinar.

Ser descrito a seguir o funcionamento e a preparao de uma clula fotovoltaica de silcio.

Cada tomo de silcio tem quatro eltrons de valncia, e para angir uma congurao estvel se ligama quatro tomos vizinhos, formando uma rede cristalina. Nesse caso, no h eltrons livres.



Figura 20 - Cristal de Silcio Intrnseco (i)

Para potencializar o efeito fotovoltaico o cristal de silcio dopado com substncias que alteram a

sua rede cristalina. Se ao silcio for misturado tomos de Arsnio ou de Fsforo que possuem 5 eltrons devalncia, um desses eltrons car livre, permindo que com pouca energia trmica esse eltron salteparaa banda de conduo. Esse po de impureza chamado de doadora de eltrons, ou dopante n.

Figura 21 - Silcio dopado com fsforo

Se doparmoso silcio com materiais como o Alumnio ou Boro, que possuem 3 eltrons de valncia,faltar um eltron para criar uma ligao covalente. Esse buracose comporta como uma carga posiva,

j que com pouca energia trmica um eltron vizinho vem ocupar esse buraco, deixando um buraco ondeestava fazendo com que haja uma movimentao do buraco. Esse po de impureza chamado de dopante p.


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Figura 22 - Silcio dopado com boro

Se combinarmos as duas impurezas no mesmo cristal intrnseco de silcio, formamos uma JunoP-N. Na rea de contato da juno, os eltrons livres do semicondutor Tipo-Nuem para os buracosdosemicondutor Tipo-Pat que se forme um campo eltricoque impede o uxo permanente de eltrons.

Figura 23 - Difuso de eltrons na juno P-N

Se a Juno P-N for exposta radiao solar, os ftons com energia superior ao gap liberam maisburacos-eltrons livres que criam uma corrente eltrica na rea da juno.

Alguns dos eltrons liberados so recombinados, se no forem capturados. Alm disso, nem todo oespectro da radiao aproveitado.


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o silcio em estado bruto aquecido no vcuo at uma temperatura de 1.500C e depois resfriado atuma temperatura de 800C. Pode-se aproveitaro processo de puricao do silcio, e j adicionar o Boro.Nesse processo ulizado menos energia. Sero criados blocos de silcio de 40x40 cm com altura de 30cm. O processo segue como o do silcio monocristalino, com o corte, tratamento anrreexo e criao doscontatos frontais.

Ecincia: 13 15% (com anrreexo)

Forma:geralmente quadrada.

Tamanho:10x10 cm, 12,5x12,5 cm, 15x15 cm.

Espessura: 0,3 mm.

Estrutura:durante o resfriamento, formam-se vrios cristais de silcio com orientaes diversas. Essaformao mulcristalina facilmente reconhecida.

Cor:azul (com anrreexo), cinza prateado (sem anrreexo).

Fabricantes: Al-Afandi, BP Solar, Deutsche Cell, ErSol, Eurosolare, GPV, Kwazar JSC, Kyocera, Maharishi,Mitsubishi, Motech, Photovoltech, Photowa, Q-Cells, RWE Scho Solar, Sharp, Shell Solar, Solar Power

Industries, Solartec, Solterra, Suntech, Sunways, Tianjin Jinneng Solar Cell.

Figura 27 - Celulas de silcio policristalino

4.1.2. Clulas de Pelcula Fina

O desenvolvimento das clulas fotovoltaicas de pelcula na vem desde a dcada de 90. O materialsemicondutor aplicado em um substrato, geralmente vidro, atravs de deposio por vaporizao,deposio catdica ou banho eletrolco. Os semicondutores mais ulizados so o silcio amorfo (a-Si),o disseleneto de cobre e ndio (glio) (CIS-CIGS) e o telureto de cdmio (CdTe). Devido alta absoro

luminosa, camadas de menor espessura (0,001 mm) so, em teoria, sucientes para converter a luz solar emeletricidade. Alm disso, esses materiais so mais facilmente dopados e requerem menores temperaturas(entre 200C e500C) para sua fabricao, o que, combinado com a capacidade de automao para produoem larga escala, pode baratear o preo nal dos mdulos.

As clulas de pelcula nam no tem o tamanho e o formato restrito, como as clulas de silciocristalizado.


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Figura 29- Mdulo de silco amorfo

4.1.2.2. Disseleneto de Cobre e ndio (CIS)

Figura 30 - Representao de uma clula CIS

Para se fabricar as clulas CISo substrato revesdo com uma na camada de molibdnio atravs dedeposio catdica, e a camada CIS do po Ppode ser fabricada atravs da vaporizao simultnea do cobre,ndio e selnio, numa cmara de vcuo a 500C, ou atravs da deposio camada a camada dos materiais.O xido de zinco contaminado com alumnio (ZnO:Al) ulizado como contato frontal transparente. Essematerial do po N e depositada uma camada intermediria de xido de zinco intrnseco(i-ZnO). Umacamada de sulfato de cdmio (CdS) do po N ulizada para reduzir as perdas causadas combinaoinadequada das redes cristalinas das camada de CISe ZnO.

Diferentemente do silcio amorfo, clulas CIS no so suscepveis degradao causada pela luz, masapresentam problemas de estabilidade em ambientes quentes e hmidos. Por isso, os mdulos fabricadoscom esse po de clula tem que ter boa selagem.

Os mdulos CIS so os mais ecientes, dentre os mostrados aqui, e provvel que a produo emmassa torne os seus preos mais atravos que os de silcio amorfo. Infelizmente as reservas de ndio estocada vez mais reservadas produo das telas touch-screendos smartphonese tablets, comprometendo o


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uso desse material para a indstria fotovoltaica.

Ecincia:7,5% a 9,5 % de ecincia do mdulo.

Forma: formato livre.

Tamanho: geralmente entre 1,2 x 0,6 m.

Espessura:3 mm para o substrato com revesmento de 0,003 mm.

Cor:preto.

Fabricantes:Shell Solar, Wrth Solar, Showa Shell, EPV, Global Solar, Daystar.

Figura 31 - Clulas CIS

4.1.2.3. Telureto de Cdmio (CdTe)

As clulas de CdTeso fabricadas sobre um substrato de vidro, com uma camada de xido de estanhondio (OTI) como contato frontal, que revesdo com uma camada transparente de sulfato de cdmio ( CdS)do po N,e depois com a camada de telureto de cdmio (CdTe) do po P. Podem ser fabricados por silkscreen, deposio galvnica oupirlise pulverizada.

Figura 32 - Representao de uma clula CdTe

Assim como o CIS, a tecnologia de fabricao do CdTe pode car ainda mais barata com o aumento daproduo em escala. A desvantagem est na toxicidade do cdmio. O CdTe um composto atxico estvel,

mas pode apresentar um risco para o ambiente e a sade na condio de gs. Felizmente o estado gasoso socorre durante a sua fabricao, em centros de produo controlados.

Ecincia: 6 9% de ecincia dos mdulos.


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Mdulos

Fotovoltaico



5. Mdulos Fotovoltaicos

Uma clula fotovoltaica de silcio cristalizado produz uma tenso de aproximadamente 0,46 a 0,56volts e uma corrente aproximadamente 30 mA/cm. As clulas comerciais geram em torno de 1 A, 2,5 A, 3A, 5 Ae 7 A.

Para alcanar as potncias comerciais, os fabricantes de mdulos fotovoltaicos conectam clulasfotovoltaicas entre si, geralmente em srie, em um processo de conexo que feito soldando os terminais

da parte frontal de uma clula parte traseira da seguinte, e assim por diante. Para construir um mdulo detenso nominal em 12 volts, sero conectadas entre 30 e 40 clulas (geralmente 33, 36 ou 40).

Figura 34 - Conexo de clulas fotovoltaicas em srie

O processo de montagem do mdulo fotovoltaico pode ser feito de maneira automca, atravs demaquinrio especializado, ou por manufatura, onde o processo de produo no permite uma alta produoem escala.

Figura 35- Mquina para conexo automca de clulas

Aps a conexo, as clulas sero encapsuladas na seguinte ordem:

Uma lmina de vidro temperado;

Um material orgnico, como o EVA (eleno-vinil-acetato);

As clulas conectadas;


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Figura 40 - Mdulos fotovoltaicos comerciais

5.1. Caracterscas dos Mdulos Fotovoltaicos

Cada po de mdulo, de acordo com a tecnologia ulizada na clula, tem suas caracterscasparculares. Apresentaremos aqui, as caracterscas dos mdulos de silcio cristalizado, pois so os maisulizados atualmente.

Os mdulos so classicados no mercado de acordo sua potncia-pico (Wp), e ao po de clula. Maspara um tcnico ou projesta, existem outras caracterscas a serem consideradas.

5.1.1. Caracterscas Fsicas e Mecnicas

Os mdulos fotovoltaicos comerciais tem forma quadrada ou retangular. A espessura, sem a moldura,no costuma ultrapassar 4 cm. No so muito pesados e, apesar da aparncia rgida, suportam ligeirasdeformaes, adaptando-se a esforos mecnicos.

Figura 41 - Corte transversal de um mdulo fotovoltaico

As caixas de conexo possuem o isolamento necessrio para a conexo dos cabos e a outros mdulos.Alm disso, os mdulos tm um ponto de aterramento, para os casos em que as conexes entre mduloscheguem a tenses maiores.



Figura 42 - Caixas de conexes de mdulos fotovoltaicos

As dimenses e o peso dos mdulos variam de acordo ao fabricante e potncia-pico, mas seguempadres gerais seguidos por todos. Mdulos para sistemas on-gridcostumam vir de fbricacom os conectoresespeciais para conexo rpida. Os mais comuns so os modelos MC3 eMC4, desenvolvidos pela empresaMulcontact, mas que so fabricados por diversos outros fabricantes no mesmo padro.

Figura 43 - Conectores MC3 e MC4

Outro modelo de conector para sistemas fotovoltaicos desenvolvido pela empresa Tyco Eletronics.

Figura 44 - Conectores Tyco

Os modelos no so compaveis entre si, e alguns fabricantes usam diferentes modelos de conectorem seus diferentes modelos de mdulo. A falta de compabilidade entre os conectores serve como o

indicavo da recomendao de no se agrupar mdulos de caracterscas disntas.Tenha bastante ateno quanto ao conector ulizado pelo fabricante, na fase de projeto do sistema

PV, pois a remoo e/ou troca do conector, em muitos casos, invalida a garana contra defeitos de fabricaodo mdulo. possvel contornara incompabilidade entre os conectores dos mdulos e os conectores dos


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Figura 45 - Curva I V de um mdulo fotovoltaico comercial

Ecincia: o quociente entre a potncia gerada e a irradincia incidente sobre o mdulo.

Fator de Forma (Preenchimento): um conceito tericoque mede a forma da curva denida pelasvariveis I e V na seguinte equao:

Figura 46 - Fator de forma de um mdulo comercial

5.2. Condies de Teste e Operao

Para os teste de performance e rotulagem dos mdulos fotovoltaicos, ulizado um padro de

irradincia, massa de ar e temperatura. Esse padro, chamado de Condies Padro de Teste (STC StandardTest Condions) conseguido em laboratrio atravs do simulador solar. Em situaes prcas, no temosas mesmas condies para o trabalho dos mdulos fotovoltaicos. Veja abaixo os valores comparavos emtrs condies:


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Tabela 4 - Condies de teste e operao dos mdulos fotovoltaicos

Parmetros STC NON-STC G-NOCTIrradincia (G) 1.000 W/m 800 W/m 200 W/mMassa de Ar (AM) 1,5 2 2Temperatura da clula 25C 45C 45Temperatura do ar 0C 20C 20C

Todos os mdulos comerciais tm em suas chas de dados os resultados dos testes em STC. recomentado aos fabricantes, pela norma DIN EM 50380, que os fabricantes acrescentem as informaesdos testes em Condies Normais de Operao, inclusive em baixas irradincias, como mostrado na tabelaacima.

A grande importncia disso est no fato de a potncia mxima de um mdulo comercial ser diferenteda nominal quando este est recebendo Irradincias menores, ou quando suas clulas esto submedas atemperaturas diferentes de 25C. Abaixo a variao de tenso em circuito aberto e corrente de curto circuitode acordo Irradincia.

Figura 47- Variao de Voc e Isc de acordo Irradincia

Segundo o grco acima, podemos ver que a tenso varia menos que a corrente. Isto porque um fton(com energia suciente) energiza um eltron. Com maior irradincia, maior a quandade de ftons, e maiora corrente eltrica gerada.

As variaes de temperatura tambm inuenciam o desempenho das clulas fotovoltaicas. Com oaumento da temperatura, a tenso de circuito aberto cai e a corrente de curto circuito aumenta.


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Tabela 5- Coecientes de temperatura de mdulos fotovoltaicos

Coeciente Silcio Cristalizado Pelcula Fina

Corrente de Curto-Circuito (Isc) +15x10-6A por cm de clula +1,3x10-5A por cm de clula

Tenso em Circuito Aberto (Voc) -2,3x10-3V por clula -2,8x10-3V por clula

Potncia do Mdulo (Wp) -0,5%por mdulo -0,5%por mdulo

5.3. Associao de Mdulos Fotovoltaicos

Dicilmente um nico mdulo fotovoltaico ser suciente para constuir o painel fotovoltaico deum sistema fotovoltaico. Um painel fotovoltaico um conjunto de mdulos fotovoltaicos eletricamenteligados entre si, que fornecem determinado potencial, e geralmente estaro ligados a um disposivo decondicionamento de potncia e/ou controle.

Na associao em srie, chamada de leira, os mdulos tero suas tenses somadas, e a tenso dopainel ser a soma das tenses individuais de cada mdulo. A corrente ser a mdia das correntes de cadamdulo, por isso no aconselhvel a associao de mdulos de capacidades disntas.

Figura 50 - Comportamento de uma associao em srie de mdulos fotovoltaicos

Na associao em paralelo teremos o aumento direto da corrente que ser, no painel, a soma dascorrentes individuais de cada mdulo. A tenso ser a mdia das tenses geradas.

Figura 51 - Comportamento de uma associao de mdulos em paralelo

Na maioria dos casos, ser necessrio associar os mdulos em srie, para alcanar a tenso nominaldo sistema, e tambm em paralelo, para alcanar a potncia-pico calculada no projeto. Nesses casos, temosas caracterscas das duas associaes anteriores, e maiores perdas ao ulizar mdulos de caracterscasdiferentes.



Figura 52 - Associao mista de mdulos fotovoltaicos

5.4. Sombreamento, Pontos Quentes e Diodos de Proteo

Sob determinadas condies de operao, uma clula fotovoltaica, ao receber uma sombra, podeaquecer tanto, que o material semicondutor pode ser danicado pelo calor. Aparecem os chamadospontos-quentes(hot-spots), que danicam o mdulo permanentemente. Isso acontece quando, ao invs de gerar,o mdulo recebecorrente.

Figura 53 - Ponto-quente em uma clula fotovoltaica

Vejamos as circunstncias que levam ao aparecimento dos hot-spots e, em seguida, as formas de evit-los. Quando operando normalmente, a corrente eltrica gerada por uma clula fotovoltaica consumidaporuma carga.


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Figura 56 - Diodos de derivao desviando a corrente reversa

Os diodos de derivao so, geralmente, montados nas caixas de conexo, mas os fabricantes scostumam usar os diodos em mdulos com potncia superior a 40 Wp.

Figura 57 - Diodos de by-passnas caixas de conexo dos mdulos

5.4.2. Diodos de Bloqueio

Os diodos de bloqueio so ulizados nas leiras de mdulos em srie, para evitar que um mdulosombreado transforme a leira inteira em uma carga. Em alguns sistemas autorregulados, os diodos soulizados para evitar que a bateria se descarregue sobre o painel fotovoltaico. Nos sistemas que ulizam

controladores no necessrio, sendo at desencorajado o seu uso, pois o diodo provoca uma queda detenso, que em sistemas menores pode ser signicava.

De acordo com a norma IEC 6036-7-712, os diodos de bloqueio no so necessrios se forem ulizadosmdulos do mesmo po, com proteo Classe II e cercados para funcionar com 50%da corrente nominalde curto-circuito, quando polarizados inversamente.



Painel eArranjoFotovoltaico


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6. Painel e Arranjo Fotovoltaico

Dene-se painel fotovoltaicocomo sendo um conjunto de mdulos fotovoltaicos. Um conjunto depainis fotovoltaicos um Arranjo Fotovoltaico.

Em diversas instalaes fotovoltaicas vemos um nico painel formado por um grande nmero demdulos, mas, na verdade, podemos ter vrios painis, do ponto de vista eltrico. Quando a potncia deum painel muito grande, de tal maneira que as correntes eltricas geradas so demasiadamente grandes

para os disposivos de controle, prefervel subdividi-lo em painis menores, que podem ser acomodadosem uma estrutura nica, e seus conectores sero levados a diferentes caixas de conexo, e da para osdisposivos de controle correspondentes.

Veremos agora os cuidados e formas de instalao de um painel fotovoltaico, que podem ser ulizadastanto para sistemas isolados, quanto sistemas on-grid, pois os conceitos so os mesmos.

6.1. Estruturas de Suporte e Ancoragem

To importantes quanto os mdulos fotovoltaicos, so as estruturas que os contm. O maufuncionamentodos suportes faz cair por terra o invesmento na tecnologia limpa da energia solar.

Para cada caso, h uma soluo. No caso de telhados, deve ser vericado o po de telha ou demadeiramento a estrutura que suporta o telhado. Nas instalaes em plano horizontal deve ser vericada aaltura mnima e tambm as cargas de ventoque adicionam um esforo mecnico aos suportes e ancoragens.

Em todos os casos deve ser observada a correta orientao e inclinao do painel. A corretaorientao permite captar o mximo de energia ao meio dia solar e horas prximas, que o momentode maior concentrao da radiao solar. A inclinao adequada permite a melhor captao duranteo ano, compensando a menor irradincia nos perodos de inverno, no caso dos sistemas autnomos, oumaximizando a captao e gerao nos perodos de vero, no caso das instalaes on-grid.

Figura 60 - Painel fotovoltaico montado em telhado

6.1.1. Suportes para telhado

Para xar os mdulos em telhados, necessrio instalar um perl de suporte que pode ser axadonas telhas (no caso de telhas metlicas) ou no suporte do telhado (no caso de telhas de cermica/argila ouconcreto_.


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Figura 66 - Painis fotovoltaicos montados no cho, com inclinao adequada

Para instalao no cho, o painel dever ter altura mnima de 30 cm do cho, para evitar o sombreamentocausado pelo crescimento de ervas, ou a sujeira na base dos mdulos mais baixos, causada pelas gotas dechuva. Esses cuidados so especialmente importantes para os sistemas instalados em localidades remotase/ou inspitas.

Para painis montados em cobertura, a altura mnima recomendvel de 5 cm. Isto para permir oescoamento da gua da chuva, e a quebrada fora do vento em duas componentes, o que diminui a cargade vento sobre o painel.

Figura 67 - Suporte para instalao em plano horizontal

6.1.2.1. Orientao do Painel Fotovoltaico

Os painis fotovoltaicos devem estar orientados para o ponto azimutal, e de preferncia com nguloazimutal de supercie igual a zero. O azimute o equador, portanto no hemisfrio norte os painis soorientados para o sul, e no hemisfrio sul so orientados para o norte. Dentro da zona tropical, o soldeclina para norte e para sul durante as diferentes estaes do ano, o que pode fazer com que um painelcorretamente orientado, no receba os raios solares diretamente em alguns perodos do ano. Nesses casos recomendvel a ulizao de mastros, tanto para as pequenas instalaes, quanto para as grandes usinas.Este lmo caso se benecia dos sistemas de seguimento do sol (sun-tracking). No caso das instalaesresidenciais, ou as que aproveitam o espao livre dos telhados, o melhor compensar essa diculdade


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durante os clculos do projeto.

Em todo caso devem ser evitados os ngulos maiores que 30, tanto para Leste, quanto para Oeste.Para cada 15 de desvio do Norte geogrco, teremos uma hora de diferena para a captao mxima. ParaLeste, haver um adiantamento, e para Oeste haver atraso. O adiantamento em determinadas localidadespode ser benco, como em locais tropicais, onde chove no meio ou m da tarde, prejudicando a gerao.Alm disso, a maior irradincia que acontece ao meio dia solar no ser aproveitada em sua totalidade.

Tambm no recomendvel distribuiros mdulos nas duas guasde um telhado no orientado parao norte, pois teramos pouco mais da metade da gerao durante a manh, e o mesmo valor durante a tarde.

6.1.2.2. Inclinao do Painel Fotovoltaico

A inclinao ideal dos painis fotovoltaicos varia de acordo Latude da localidade, e tambm quantoao po de sistema fotovoltaico. Para sistemas isolados um painel com maior inclinao recomendvel, poisgarante maior captao nos perodos de menor irradincia, prximo ao solscio de inverno. Para os sistemasconectados rede, inclinaes menores propiciam maior captao nos perodos prximos ao solscio devero, o que gera mais energia e, nos pases com tarifas diferenciadas, maiores ganhos nanceiros.

possvel calcular a melhor inclinao, para um sistema isolado, ulizando a seguinte equao:

= + (/4)

Onde:

= inclinao do painel em relao ao plano horizontal.

= Latude da localidade

Esta equao retorna um valor aproximado, e a inclinao real pode ser arredondadaem at 5 semperda de desempenho.

Para os sistemas conectados rede, podemos ulizar a seguinte equao:

= 3,7+0,69

Em latudes acima de entre 15 e 30 podemos aproximar os clculos em:

Latude + 5, para sistemas autnomos.

Latude 5, para sistemas on-grid.

Em nenhum dos casos recomendvel inclinaes menores que 10, pois a limpeza natural dosmdulos pela gua da chuva ser prejudicada. Isso especialmente importante em sistemas autnomosinstalados em localidades remotas ou inspitas, nas quais a manuteno reduzida.

6.1.3. Suporte em Forma de Mastro

Os mastros comportam bem os sistemas de rastreamento solar, que s so rentveisnos grandessistemas.



Figura 68 - Painel fotovoltaico com sistema de rastreio solar

No caso de pequenos sistemas dentro da zona tropical, mesmos os residenciais, o uso de um suporte em

mastro permite a mudana manual da inclinao e orientao, pelo tcnico responsvel pela manuteno.

Figura 69- Painel fotovoltaico em mastro

6.2. Clculos de Sombreamento

Tanto nos sistemas maiores, quanto nas pequenas instalaes, importante evitar a projeo desombras sobre o painel fotovoltaico.

No caso das instalaes menores, as sombras a serem evitadas so das rvores e edicaes ao redor.Para se calcular a projeo das sombras durante o dia, necessrio conhecer a posio do sol em cadamomento, nas diferentes estaes do ano.


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Figura 70 - Diferenas na posio do sol nas diferentes estaes do ano

Para fazer clculos de sombreamento mais soscados, recomendvel o uso de sowares especcos,

que atravs de uma imagem digital, devidamente orientada, descrevem a trajetria do sol e as projees desombras.

Para calcular uma sombra simples, podemos recorrer a equaes simplicadas que do bons resultados,podendo ser adicionadas a planilhas automcas de dimensionamento, facilitando o seu uso. Essas equaesno so recomendadas para sistemas complexos, em localidades urbanas com grande quandade de altosedicios circunvizinhos ao local de instalao do painel fotovoltaico.

Figura 71 - Relaes geomtricas entre possveis geradores de sombra

No caso de sombras causadas por objetos frontais, podemos calcular a sombra no solscio de inverno,quando a projeo maior. Se conseguirmos evitaressa sombra, nesse perodo, evitaremos as sombras oano todo. Nas Latudes abaixo de 20 h o risco de objetos anteriores projetarem sombras, j que em taislocalidades o sol declina a sul em alguns perodos do ano. Em localidades com Latude entre 0 e 15 asituao mais crica, pois o sol declina a sul em metade do ano. Portanto o entornodo painel fotovoltaicodeve ser vistoriado a procura de possveis causadores de sombra.

A seguinte equao permite o clculo da projeo de sombras frontais:

d = z/tan h0

Onde:

d= distncia entre o painel e um obstculo frontal;

z = altura do obstculo;



h0= altura solar, no solscio de inverno, ao meio dia solar;

O fator h0pode ser calculado mediante a seguinte equao:

h0= (90latude da localidade)23,5

Figura 72- Distncia mnima entre o painel e um obstculo frontal

No caso de instalaes que dispem de grande quandade de painis, como a mostrada na gura 62,ulizamos a seguinte equao:

d = l* (sin /tang h0+ cos )

Onde:

l = altura do painel em metros;

= inclinao do painel em graus;

Figura 73- Clculo da distncia entre paineis

d2= Z * cos

Estas equaes calculam a projeo de sombra ao meio-dia-solar. Para estender s duas horas prximas,adicione 25% ao valor encontrado para d.



Sistemas Fotovoltaicos

Conectados aRede



7. Sistemas Fotovoltaicos Conectados Rede

Como, nos sistemas on-grid,a energia eltrica gerada entreguediretamente rede, os disposivosde condicionamento de potncia devem se adequar ao modo como a eletricidade estuindonas linhas dedistribuio, copiando esse padro e fornecendo o mesmo po de sinal eltrico.

Para a conexo rede, ulizamos disposivos e conguraes especcas para tal. Veremos agora oscomponentes e conguraes comumente ulizados em sistemas fotovoltaicos conectados rede.

7.1. Inversores On-Grid

O disposivo responsvel pela injeo de energia na rede o inversor grid-e. Devido ao seu alto graude soscao, os inversores grid-eno so comparveis aos inversores autnomos. Estes NO PODEMser ligados diretamente s redes de distribuio, pois no possuem o mesmo controle sobre a tenso, fasee frequncia que os inversores grid-e possuem.

Figura 74 - Diagrama de ligao com a rede, de um sistema PVon-grid

Os inversores grid-eso conectados de duas formas:

Diretamente rede onde a energia rapidamente escoada para o sistema e ulizada pelosconsumidores mais prximos.

Atravs do ponto de conexo da edicao com a concessionria onde a energia eltricagerada consumida pela prpria edicao/residncia, e somente o excedente fornecido rede.

Os inversores grid-epara sistemas com potncia-pico at 5 kWpso, geralmente, monofsicos. Parasistemas de maior potncia, geralmente trifsicos. Existem tanto grandes inversores centrais trifsicos,quanto inversores monofsicos que podem ser agrupados, formando se assim, um sistema trifsico.


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Figura 76- Inversor chaveado pela rede com ponte de ristores

O inversor controlado pela redeuliza a frequncia e tenso da rede para chavearos ristores, por issoo seu nome. Se houver uma queda na rede, o inversor desliga-se automacamente, o que faz com queesse po de inversor no possa funcionar de modo autnomo. Durante o seu funcionamento so geradospulsos de corrente de onda quadrada, por isso este po de inversor tambm chamado de inversor deonda quadrada.

Figura 77 - Formato da tenso e da corrente de um inversor comutado pela rede

As diferenas da forma de onda senoidal da rede eltrica provocam o aparecimento de grandesdistores harmnicas e alto consumo de potncia reava. Devido a isso so ulizados ltros de sada edisposivos para limitar os harmnicos. Para isolar a rede, ulizado um transformador principal (de 50 Hz,para sistemas europeus). Nos inversores mais recentes, os pulsos so emidos por um microprocessador.Retardando o impulso (controle por ngulo de fase) possvel implementar um sistema de MPPT.

7.1.1.2. Inversores Autorregulados (Auto Chaveados)

Nos inversores autorreguladosso ulizados disposivos semicondutores que podem ser ligados edesligados, em um circuito em ponte. De acordo ao nvel de tenso e desempenho do sistema, podem serulizados os seguintes componentes:

MOSFET (Transistores de efeito de campo de semicondutor de xido metlico);

Transstores bipolares;

GTO (Tiristor de Desligamento Pela Porta at 1kHz); IGBT (Transistor bipolar de porta isolada);


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As desvantagens so aumento da perda de potncia e do tamanho e peso do inversor, fazendo comque alguns fabricantes ulizassem transformadores menores ou os eliminassem por completo.

7.1.1.2.2. Inversores com Tranformadores de Alta Frequencia (HF)

Ulizando transformadores em alta frequncia 10-50 kHz, conseguem-se menores tamanhos,menores perdas, menor peso e menor custo. Entretanto, o circuito deste po de inversor mais complexo,fazendo com que a diferena de preo no seja to signicava.

7.1.1.2.3. Inversores sem Transformadores

Para potncias menores, temos os inversores sem transformadores, cujas vantagens so os menores:tamanho, peso, perdas e custo. Neste po de inversor, a tenso de entrada dever ser maior que a tensode pico da rede, ou deve ser elevada atravs de um conversor CC/CC, geralmente integrado ao circuitodo inversor que, infelizmente aumentam as perdas energcas, diminudo a vantagem de no possuir otransformador.

Como no possuem isolamento eltrico, necessitam de severas medidas de segurana na sua instalao,exigindo a instalao de disposivos de proteo contra corrente residual, tanto do lado CC, quanto no

lado CA. Deve-se observar que, durante o funcionamento dos sistemas fotovoltaicos com inversores semtransformador, formam-se correntes residuais capacivas de mais de 30 mAentre os mdulos e a terra, oque inviabiliza o uso de Interruptores Diferenciais Residuais (IDR) comuns, que desconectam em 30 mA.

Tabela 6- Comparao entre os pos de inversores

Com Transformador Sem Transformador

Caracterscas Tenses de entrada e sada eletricamenteisoladas

Muito difundido

A maioria dos Inversores Centrais

Tenso do arranjo PV deve sermaior que a da rede (ou usarConversor CC/CC

A maioria dos inversores de leira

Vantagens Pode trabalhar com tenses reduzidas na entrada(V < 120 V)

Menores interferncias eletromagncas No necessita de ligao equipotencial ao ponto

de aterramento do arranjo PV

Maior ecincia (se no temconversor CC/CC)

Menor peso Menor volume Instalao CC menor, (para os

inversores de leiras e de mdulosCA)

Desvantagens Perdas no transformador

Maior peso Maior volume

Uso de disposivos de proteo

adicionais Flutuao do ponto de

funcionamento Instalao completa com Proteo

Classe II Maiores interferncias

eletromagncas

7.1.1.3. Caracterscas e Propriedades dos Inversores Grid-Tie

A seguir veremos as principais caracterscas que se destacam nos inversores grid-ecomerciais.


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7.1.1.4. Ecincia de Converso (Conversion Eciency) CON

A Ecincia de Converso representa as perdas na converso direta de corrente connua (CC), emcorrente alternada (CA), compreendendo as perdas causadas pelo transformador nos inversores que opossuem , nos disposivos chaveadores e o controlador, nos disposivos de coleta de dados, etc.

Onde:

PCA

= Potncia de Sada Efeva

PCC

= Potncia de Entrada Efeva

A Ecincia de Converso muito dependente da potncia de entrada. A porcentagem tambm variade acordo tenso de entrada do inversor, um fato importante que foi desprezado por muito tempo.

7.1.1.5. Ecincia de Rastreamento (Tracking Eciency) TR

Os primeiros inversores grid-e possuam um controle xo o ponto de operao do inversorera denido para determinado nvel de tenso, e qualquer ajuste em funo da variao de condiesmeteorolgicas eram mais restritos.

Os modernos inversores atuais, para sistemas fotovoltaicos conectados rede devem garanr umaperfeita adaptao s curvas caracterscas do arranjo fotovoltaico (curvas I-V), mesmo com as variaesde Irradincia e temperatura, que mudam o Ponto de Mxima Potncia(MPP). A capacidade do inversor deajustar o seu ponto trabalho, descrita pela Ecincia de Rastreamento.

Onde:

PPV

= Potncia mxima instantnea do inversor

A utuao do ponto de operao causada pelo indesejado acoplamento dafrequncia da rede naparte CC deve ser a menor possvel, efeito mais evidente nos inversores sem transformador.

7.1.1.6. Ecincia Estca (Stac Eciency) INV

A Ecincia Estca o produto da Ecincia de Conversopela Ecincia de Rastreamentoe pode sercalculada para vrios regimes de carga.

Geralmente, apenas a Ecincia De Converso obda durante condies nominais de operao apresentada, como ecincia nominal, nas folhas de dados (data-sheets). Alm disso, frequentemente, exibida a ecincia mxima, que geralmente entre 50%e 80%da potencia nominal.

Essa mxima ecincia s e alcanada sob determinadas condies de Irradincia e temperatura,cujas variaes so responsveis pelo frequente funcionamento do inversor em estado parcial de carga eraramente em estado nominal. A relao entre a ecincia do inversor, tenso do arranjo fotovoltaico e oregime de carga tem alta inuencia naproduo anual de energia.


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Parmetro Smbolo Unidade Descrio

POTNCIAS

Potncia Nominal CC Pn DC

W Potncia fotovoltaica para a qual o inversor foidimensionado.

Potncia MximaFotovoltaica

PDC max

W Mxima potncia fotovoltaica que o inversor aceita.

Pontncia Nominal CA Pn AC W Potncia CA que o inversor pode fornecer de modoconnuo.

Mxima Potncia CA PAC max

W Mxima potncia em CA que o inversor pode fornecer portempo limitado.

Ecincia Parcial 5%

% Ecincia parcial com 5% da potncia CC nominal.

10%


20%


30%


50%


100%


110%


Ecincia Euro EURO

% Veja sesso 7.1.2.4

Ecincia por diferenade temperatura

T

%/C Reduo da ecincia por temperatura ambiente acima de25C.

Fator de Potncia Cos Fator de controle da potncia reava, que dever ser maiorque 0,9.

Potncia de avao PON

W Potncia fotovoltaica para ligaro inversor.

Potncia de desavao POFF

W Potncia fotovoltaica onde o inversor automacamentedesligado.

Potncia em Stand-By PSTAND-

BY

W Energia (da rede) consumida pelo inversor em modo deespera, antes de entrar no modo noturno.

Potncia noturna PNIGHT

W Energia (da rede) consumida pelo inversor em modonoturno.

TENSES

Tenso CC Nominal VnDC

V Tenso fotovoltaica para a qual o inversor foi desenvolvido.

Faixa de Tenses MPP VMPP

V Intervalo de tenses de entrada onde o inversor segueo

ponto de mxima potncia

Tenso CC Mxima VDCmax

V Tenso fotovoltaica mxima que o inversor suporta.

Tenso de desligamento VDCof

V Mnima tenso fotovoltaica para a qual o inversor aindaopera.

Faixa de Tenso CA VAC

V Faixa de tenso da rede em que o inversor opera, seajustando automacamente.

Tenso CA Nominal VnAC

V Tenso nominal do inversor, que para os padres europeus 230 V.

CORRENTES

Corrente CC Nominal InDC

A Corrente fotovoltaica para a qual o inversor dimensionado.



Corrente DC Mxima IDCmax

A Mxima corrente fotovoltaica que o inversor suporta naentrada.

Corrente CA Nominal InAC

A Mxima corrente que o inversor injeta na rede dedistribuio de modo connuo.

Corrente CA Mxima IACmax

A Injetada na rede em curto perodo.

Fator de DistoroHarmnica k % Fator de qualidade da corrente e/ou tenso injetada narede. Calculada a parr da razo entre o valor RMS dascomponentes harmnicas e a fundamental. Deve serinferior a 5%.

OUTROS

Nvel de Ruido dB(A) De acordo ao po e classe de desempenho, vrios nveisde rudo em operao podem ser gerados, o que dever serconsiderado na escolha do local de instalao.

Dimenses/Volume h, l, w m ou mm Altura (height), largura (width), profundidade (length).

Faixa de temperatura T C Em relao classe de desempenho e po, h vriasfaixas de temperatura de funcionamento, que devem serconsideradas na hora da escolha do inversor.

7.2. Painel Fotovoltaico Para Sistemas On-Grid

A congurao eltrica do painel fotovoltaico est inmamente ligada forma de trabalho do inversorGrid-Tieescolhido para o projeto do sistema.

A congurao mais comum atualmente a de alta tenso de entrada para os inversores semtransformador. Os inversores de leira (string-inverters), com potncias nominais entre 1 kWp e 3 kWp,que requerem leiras (strings) com associaes de 6 a 18 mdulos, so os mais ulizados em instalaesresidenciais ou comerciais de pequeno e mdio porte. Deve ser levada em considerao a tenso mximasuportvel pelos mdulos que , geralmente, em torno de 600 V.

Os painis fotovoltaicos para inversores sem transformador necessitam de um sistema de proteoeltrica mais aprimorado, mas alguns fabricantes j incorporam em seus produtos essas protees, candopara a equipe de instalao montar as caixas de juno de leiras ou painis.

7.2.1. Caixas de Juno

Essas caixas estanques tero em seu interior todos os elementos de proteo das leiras e mdulos:

Fusveis, que protegero os cabos de excessos de corrente.

Diodos de bloqueio, que protegero as leiras e mdulos em casos de sombreamento parcial.

Disposivos de proteo contra surtos, imprescindveis tanto do lado CC (painel fotovoltaico),quanto do lado CA (rede de distribuio).

Interruptor DC, que permita o desligamento do painel ou leira para tarefas de manuteno.

Para facilitar a conexo dos mdulos em um painel, alguns fabricantes de materiais eltricos possuementre seus produtos, caixas de juno prontas. Estas caixas de juno j vm com todos os elementos de


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8. Sistemas Fotovoltaicos Autnomos

Um sistema fotovoltaico isolado (o-grid) aquele que no est em contato com a rede eltrica daconcessionria. Um sistema isolado pode ser feito numa cidade sem problema algum. O isoladodo nomediz respeito tambm ao afastamento da rede eltrica.

8.1. Painel Fotovoltaico

O painel fotovoltaico para sistemas autnomos congurado para fornecer tensesentre 12 e 48 volts, sendo as tenses de 12 V e 24 V as mais comuns, enquanto a tenso de 48Volts ulizada em sistemas maiores. O painel dimensionado para fornecer o potencial eltrico paraum dia mdio de uso. Essa energia ser armazenada em baterias ou ulizada imediatamente, no caso dossistemas fotovoltaicos sem armazenamento.

Figura 90- Painel fotovoltaico 24 V de sistema autnomo

Geralmente so ulizados mdulos de 36 ou 72 clulas, que tem as tenses nominais adequadas paraos controladores de carga sem MPPT. Alm disso, os mdulos para sistemas isolados, no possuem, em suagrande maioria, cabos de conexo com conectores padro.

8.2. Banco de baterias

Um banco de baterias constudo por uma quandade calculada de elementos conectados em seriee/ou paralelo, que fornecero a potncia demandada pelas cargas, no perodo de autonomia em que devemfuncionar sem receber recarga do arranjo fotovoltaico nos dias sem insolao.



Figura 91- Banco de baterias em uma grande central PV

8.2.1. Funes do banco de bateriasEm sistemas isolados, a baterias tem as seguintes funes:

Autonomia: essa a funo mais importante, que suprir a energia para os consumos, quandoo painel no capaz de gerar energia suciente. Isso acontece todas as noites, e tambm nosperodos chuvosos ou nublados, que podem varia durante o dia.

Estabilizar a tenso: os mdulos fotovoltaicos tem uma grande variao de tenso, de acordo irradincia recebida. A conexo de cargas de consumo diretamente aos mdulos pode exp-losa tenses muito altas ou muito baixas para o seu funcionamento. As baterias possuem uma faixade tenses mais estreita que os mdulos fotovoltaicos, e garanro uma faixa de operao mais

uniforme para as cargas.

Fornecer correntes elevadas: a bateria opera como um buer, fornecendo correntes de pardaelevadas. Alguns disposivos (como motores) requerem altas correntes (de 4 at 9 vezes a correntenominal) para iniciar o seu funcionamento, estabilizando e ulizando correntes mais baixas depoisde alguns segundos. Outros disposivos mais vorazesentraro em funcionamento por curtoperodo de tempo, mas consumiro muita potncia. As baterias fornecero essa alta potnciamomentnea, e sero carregadas lentamente pelo painel fotovoltaico durante o dia.

8.2.2. Baterias para Sistemas Fotovoltaicos

As baterias para uso fotovoltaico costumam ser de chumbo-cido ou de nquel-cadmio. As baterias denquel-cdmio suportam descargas maiores e tem maior vida-l, mas seu alto custo e baixa disponibilidadeas tornam viveis em sistemas muito especcos que necessitam de alta conabilidade.

Outros pos de baterias, como as de ons de Lo, no so viveis para sistemas fotovoltaicos, devido capacidade dos bancos de baterias para essa aplicao. a relao custo-benecio que faz com que asbaterias de chumbo-cido sejam as escolhidas para a maioria dos sistemas PV isolados.

Como so as mais ulizadas, as baterias de chumbo-cido sero o objeto do nosso estudo a parr deagora.

8.2.2.1. Constuio e funcionamento de uma Bateria de Chumbo cidoBaterias de chumbo-cido so constudas de clulas individuais tambm chamadas de pilhas

com tenso nominal de 2 V cada uma, que nas baterias em monobloco so ligadas em srie para alcanar atenso nominal.(6 clulas constuem uma bateria de 12 volts).


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for aprofundidade de descarga o nvel de reao qumica que acontece durante a descarga, antes que abateria volte a ser carregada maior ser a perda de capacidade. Com profundidades de descarga menores,mais ciclosde carga e descarga a bateria suportar.

Figura 93 - Expectava de vida l de uma bateria pela profundidade de descarga

A resistncia interna de uma bateria de chumbo-cido varia de acordo carga, sendo maior quandoa bateria est descarregada devida menor concentrao de cido no eletrlito e presena do sulfato dechumbo nas placas. medida que a bateria vai sendo carregada, a sua resistncia interna diminui, fazendocom que a bateria aceitemelhor a carga. Por isso uma bateria com menor profundidade de descarga duranteo ciclo recarregada mais rapidamente.

Quando ange a tenso nal de carga nas clulas, a bateria deve ser desconectadado carregador, poisse inicia um processo de eletrlise da gua presente no eletrlito que leva a dois inconvenientes:

1 Perda de gua, que faz o cido se concentrar mais, se tornando nocivo s placas at a secagem totalque determinaria o m da bateria.

2 Liberao de oxignio e hidrognio. Esse lmo, mesmo em pequenas propores torna oambiente potencialmente explosivo, o que faz com que os bancos de baterias devam ser instalados emlocais venlados. O hidrognio 14 vezes mais leve que o ar e pode se acumular em frestas.

Tabela 8 - Estado de carga de uma bateria pela tenso entre os terminais

Estado de carga Tenso em Circuito Aberto

100% (plena carga) 12,72 V

90% 12,48 V

80% 12,42 V

70% 12,30 V

60% 12,18 V

50% 12,06 V

40% 11,88 V

30% 11,76 V

20% 11,58 V

10% 11,34 V

0% (descarga total) 10,50 V


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Figura 95 - Bateria de eletrlito imobilizado (VRLA)

Baterias Estacionrias de Placa Tubular (OPzS e OPzV):so as baterias certas para sistemasrobustos, de uso permanente em perodos entre 10 a 20 anos.

Podem ser do po OPzS, sigla em alemo (Ortsfeste Panzerplae Spezial) que signica Placa

Tubular Estacionria Especial, com eletrlito lquido e separadores especiais; ou do po OPzV(Ortsfeste Panzerplae Verschlossen) que signica Placa Tubular Estacionria Selada, que temeletrlito em gel e reguladas por vlvula.

A diferena entre essas baterias e as anteriores est na forma dos eletrodos posivos, que sotubulares, com tubospermeveis em torno das varetas, atravs dos quais circula o eletrlito.Esses tubos mantem a matria ava connada, evitando alguns dos efeitos do envelhecimentodas baterias (veja 8.2.4), aumentando o tempo de vida das baterias.

Estas baterias tem vida l muito superior s baterias comuns, mas so mais volumosas, maispesadas e tem maior custo de instalao, inclusive nos preos comerciais muito superiores aoutros pos de baterias.

As baterias OPzSnecessitam de manuteno em perodos de 6 meses a 3 anos, enquanto asbaterias OPzVno requerem manuteno durante a sua vida l.

Figura 96 - Eletrodos posivos de uma baterias OPzS

Baterias de Bloco com Placas Posivas Planas (Blocos OGi): as baterias OGi (do alemo:Ortsfeste Gierplaen, que signica: Placas Estacionrias Radiais) so do po estacionria,

com os eletrodos posivos em formato de placa plana com uma congurao que est entre adas baterias de grade e as baterias de eletrodo tubular. As varetasencaixadas em um protetorcomum, que possibilita a fabricao de placas planas mais baratas que as tubulares, mas comvida l muito maior. Os eletrodos negavos de uma bateria de blocoso em formato de grade.


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determina o m da bateria.

Manter os terminais limpos e apertados, evitando aumento de resistncia ou possibilidade decurto-circuito causado pelo acmulo de sujeira mida.

Usar EPI durante o trabalho com as baterias. As baterias so a maior fonte de perigo numainstalao PV autnoma. As medidas de segurana so aplicadas tanto s parte eltrica, quanto parte qumica, pois o cido sulfrico nocivo para seres humanos e para o meio ambiente,podendo provocar srias queimaduras em contato com a pele. Os olhos e narinas devem estarprotegidos durante o manuseio das baterias. As baterias de eletrlito imobilizado tm a vantagemserem menos crcas quanto segurana.

Fazer manuteno peridica, no mnimo a cada 6 meses, ao ulizar baterias de eletrlito mido.Nas baterias de eletrlito imobilizado recomendvel a manuteno anual.

Evitar baterias automovas para a concepo do banco de baterias, pois no so adequadas e teroque ser substudas em perodos muito curtos.

Quanto reciclagem, o Brasil j tem legislao que exige que o fabricante recolha uma bateria paracada unidade vendida.

O chumbo e a carcaa podem ser reciclados para a criao de uma nova unidade, enquanto osrestos de cido podem ser tratados antes de serem depostos. Esses procedimentos minimizam o impactoambiental de se ulizar as baterias de chumbo para acumular energia em instalaes fotovoltaicosautnomas.

8.3. Controlador/Regulador de Cargas

Em um sistema fotovoltaico autnomo, a tenso do arranjo fotovoltaico deve ser compavel com atenso nominal do banco de baterias, que costuma ser de 12 V, 24 V, ou 48 V.

O controlador (ou regulador) de carga/descarga aumenta o rendimento do sistema fotovoltaico e

a vida l (quandade de ciclos) das baterias. As tenses de carga e equalizao devem ser maiores quea tenso nominal, podendo ser em torno de 14,4 Vnuma bateria com tenso nominal de 12 V. Mdulosstandard, com 36a 40clulas fotovoltaicas de silcio cristalizado, geram tenses nominais entre 15 Ve 18V. Com o aumento da temperatura, a tenso dos mdulos PV diminui, mas ainda assim deve ser maior quea tenso de carga das baterias. Quando a temperatura menor, a tenso em ponto de mxima potncia(Vmpp) do mdulo citado acima ser de aproximadamente 21 Ve a tenso em circuito aberto ser de 25 V,ultrapassando o limite mximo de tenso para recarga das baterias. Um controlador de carga mede a tensodas baterias e as protege de sobrecargas indevidas, de uma das seguintes formas:

Desconectando o arranjo fotovoltaico quando sua tenso ultrapassa a tenso limite pararecarga, como fazem os controladores em srie.

Aplicando um curto-circuitono arranjo PV atravs de um controlador shunt.

Ajustando a tenso do arranjo, como fazem os controladores com MPPT.

Quando o nvel de irradincia baixo, o nvel de tenso do arranjo PV ser inferior das baterias,fazendo com que as baterias se descarreguem nos mdulos. Para evitar isto, os controladores possuemdiodos de bloqueio integrados.


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Figura 99- Controladores de carga

As funes fundamentais de um controlador de carga so:

Controle da perfeita recarga do banco de baterias.

Proteo contra sobrecargas indevidas.

Proteo contra descarga excessiva (acima de 80%, ou ajustvel).

Informao do nvel de carga do banco de baterias.

O melhor funcionamento das baterias para um longo perodo de vida, requer certa intelignciadoscontroladores de carga, que devem se adequar as tenses de carga, ao nvel de carga, idade, temperaturade operao e po (gel, eletrlito lquido, etc.) de bateria.

Como a tenso de recarga deve variar em funo da temperatura, os controladores de carga devempossuir um sensor, que se for integrado ao controlador, esse deve ser instalado prximo ao banco de baterias.Em alguns modelos o sensor externo, permindo sua instalao sobre as baterias.

Os controladores de carga e descarga possuem um sistema de Desconexo em Baixa Tenso (LVD Low Voltage Disconnect), que protegem as baterias de descargas excessivas que evitam profundidadesde descarga maiores que 80%. Essa proteo ava quando a tenso do banco de baterias cai abaixo dedeterminado valor, e pode ser ajustado em alguns modelos de controladores.

Os controladores suportam correntes limitadas, tanto de entrada (do arranjo fotovoltaico), quantode sada (das cargas CC). Possuem fusveis de proteo para os componentes sensveis contra o excessode corrente e, geralmente possuem o mesmo limite tanto na entrada quanto na sada. Os controladorescomerciais tem capacidade que vo de 5 Aat 60 A. Para arranjos fotovoltaicos maiores, podem ser ulizadosvrios controladores em paralelo, ou o arranjo dividido empainis menores ligados ao mesmo banco debaterias. Esta lma congurao d mais segurana e exibilidade ao sistema pois, no caso de falha deum dos painis, os demais connuam fornecendo potencial. Nos dois casos, no recomendado o uso decontroladores diferentes.


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8.4. Inversores Autnomos

Nos sistemas fotovoltaicos, a gerao, armazenamento e disponibilizao da eletricidade na formade corrente connua (CC). Para a ulizao de aparelhos que funcionam com corrente alternada (CA) necessrio um conversor que transforme a corrente connua com tenses entre 12 Ve 48 V, em correntealternada com tenses de 127 Vou 240 V. Essa a funo dos Inversores Autnomos, ulizados em sistemafotovoltaicos isolados.

Figura 103 - Inversores para uso fotovoltaico.

8.4.1. Caracterscas dos inversores Autnomos

As caracterscas desejveis para a escolha de um bom inversor para um sistema fotovoltaico autnomoso listadas abaixo:

Boa ecincia na converso eltrica: . recomendado que o(s) inversor(es) tenha(m) ecinciaacima de 80%. A ecincia mxima de um inversor acontece, geralmente, quando este estfornecendo entre 50%e 70%de sua capacidade nominal connua. Inversores mais soscadosconseguem altas ecincias mesmo quando parcialmente carregado, ou com carga prxima mxima nominal.

Alta capacidade de sobrecarga: um inversor deve ser capaz de fornecer uma potnciainstantnea bem maior que a potncia nominal, o que permir a parda de disposivos

eltricos que consumam alta corrente de parda (ex.: motores), sem a necessidade de superdimensionaro inversor na fase de projeto.

Tolerncia para as utuaes de tenso das baterias: durante os processos de carga edescarga, a tenso das baterias varia de tal maneira, que pode ser nociva a disposivos maissensveis.

Baixo autoconsumo: (quando em stand-by) e deteco automca de cargas.

Proteo contra curto-circuito na sada CA.

Alta proteo eletromagnca.

Baixa distoro harmnica: se refere qualidade da forma de onda de sada da correntealternada. Quanto menor a distoro, mais qualidade tem a corrente de sada.

Proteo contra surtos.

Alguns inversores possuem um sistema possuem um sistema de controle que lhes permite carregar obanco de baterias por uma fonte de energia eltrica em corrente alternada. Esses inversores, chamados deinversor-carregador, no so inversores grid-ee no podem ser ulizados em sistema on-grid.

Tipos de Inversores

De acordo ao formato de onda de sada os inversores autnomos podem ser classicados em:

Inversores de onda quadrada: So os mais baratos. A onda de sada tem uma grande quandadede harmnicosindesejados, que geram interferncias em alguns aparelhos, e tambm perdasde potncia. Costumam ser ulizados com cargaspequenas (ex.: tvs, notebooks, etc.) e no so


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Figura 104 - Esquema de ligaes simplicado.



Dimensionamento deSistemas

FotovoltaicosAutnomos.



9. Dimensionando Sistemas Fotovoltaicos Autnomos

Neste captulo faremos o dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico Autnomo.

O exemplo de clculo ser um pequeno sistema que suprir de energia eltrica uma pequena residncia ruralsituada nas proximidades da Cidade de So Paulo.

Para denir todos os elementos que comporo SFA em questo vamos seguir uma lgica de raciocnio no clculo decada componente, segundo a lista a seguir:

1. Caracterscas do Sistema Fotovoltaico.

1. Demanda diria mdia

2. Potncia do(s) Inversor(s) Autnomo(s)

2. Banco de Baterias.

1. Capacidade l

2. Profundidade de descarga

3. Capacidade Real

4. Congurao dos elementos

3. Painel Fotovoltaico.

1. Disponibilidade solar

2. Potencial solar no plano do painel fotovoltaico

3. Clculo e congurao de elementos

4. Controlador(es) de carga

4. Cabeamento

Durante o dimensionamento do SFA faremos uso de diversasfrmulas rpidasque, se memorizadas, permiro oclculo rpido em qualquer situao.

Acostume-se com as frmulas e os termos ulizados neste texto. Para facilitar a memorizao, transcrevemos cadaum dos termos em uma sigla. Vejas as frmulas e siglas logo abaixo.

No decorrer do exerccio comentado deste captulo faremos uso de cada uma dessas frmulas. Se preferir (copie e)destaque esta pgina e faa vrios exerccios.

O mtodo de clculo apresentado aqui s deve ser ulizado para sistemas fotovoltaicos autnomos que ulizemmdulos fotovoltaicos para sistemas autnomos (mdulos Standard) de 36 ou 72 clulas.


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Nomenclaturas:

NB = Nmero de Baterias

BS = Baterias em srie (para alcanar a tenso de projeto).

BP = Baterias em paralelo (para alcanar a capacidade de acumulaonecessria).

Vi = Tenso de operao do sistema (em Volts).

VB = Tenso nominal da bateria/elemento (em Volts).

CR = Capacidade Real do Banco de Baterias (em Amperes hora Ah).

CN = Capacidade Nominal da Bateria/elemento (em Ah).

CU = Capacidade l do Banco de Baterias (em Ah).

Pd = Profundidade de descarga das baterias/elementos no m daautonomia (40% = 0,4).

ER = Energia Real diria ( j computadas as perdas).

ED = Energia Diria a ser fornecidas s cargas.

R = Rendimento Global da Instalao em decimal (89% = 0,89).

Nm

= Nmero total de mdulos fotovoltaicos.

mS= Mdulos em srie (para alcanar a tenso de projeto).

mP= Mdulos em paralelo (para alcanar a corrente de projeto).

Vi = Tenso nominal de operao da instalao (em Volts).

= Tenso nominal do mdulo fotovoltaico escolhido (em Volts).

= Energia que o Painel dever gerar diariamente (em Wh/dia)

= Corrente de Mxima Potncia do Mdulo escolhido (em A)

= Potencial energco do local da instalao, no plano dopainel (Horas de Sol Pleno em kWh/dia em mdia mensal)

ER = Energia Real diria ( j computadas as perdas).

HC= Energia solar incidente no local da instalao (em kWh/m)

= Coeciente de relao da energia incidente num plano inclinadoorientado ao equador, e o plano horizontal (cho).

Anlise da Curva de CargaO primeiro passo a anlise dos consumos, onde vericamos apotncia e o tempo de uso de cada aparelho consumidor de energiaeltrica. No caso da residncia rural, teremos os seguintes aparelhos

eletroeletrnicos que devero receber potncia eltrica, cada um emseu tempo de uso:

NB = BS * BP

BS =

BP =

CR =

CU =

ER =

Nm= m

S* m

P

mS=

mP=

=

HSP =


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Seguindo com os clculos, usaremos as seguintes caracterscas para este modelo de bateria:

Vb = 12 V

Cn = 105 Ah

Pd = 0,6

Estas caracterscas variam entre fabricantes e modelos, devido s tecnologias que estes ulizam em seusdisposivos. Os manuais e catlogos tcnicos trazem estas caracterscas.

Aplicao do Mtodo de Clculo:

J temos dados sucientes para calcular as caracterscas de um banco de baterias para suprir as necessidades daresidncia ensaiada:

ED = 897 Wh/Dia

N = 3

Vi = 24 V

R = 0,89

VB = 12 V

CN = 105 Ah

Pd = 0,60

Vamos calcular a Energia Real a ser fornecida pela instalao, que a Energia Diria somadas as perdas:

= 1.008 ER = 1.008 Wh/Dia

Sabendo a Energia Real, podemos calcular a Capacidade l do banco de baterias para 3 dias de autonomia:

CU = CU = = 126 CU = 126 Ah

As baterias no podem se descarregar totalmente, pois ocasionaria a m da sua vida l. Podemos aproveitarapenas uma parte da energia acumulada nas baterias, o que equivale profundidade de descarga. Por isso aCapacidade Real do banco de baterias dever ser maior que a Capacidade l: para que sobre carga acumulada

nas baterias. Como j vimos, quanto menor a profundidade de descarga, mais ciclos de carga e descarga a bateriasuporta. S que uma menor profundidade de descarga demanda uma maior Capacidade Real, o que encarece obanco de baterias.

Vamos aos clculos:

CR = CR = = 210 CR = 210 Ah

Portanto o banco de baterias dever ter a Capacidade Real de 210 Ahpara prover a potncia de 1.008 Wh/Diapor

3 dias. Devido a perdas em toda a instalao, devemos fornecer um pouco mais s cargas, que demandam 897 Wh/Dia.

Calcularemos a quandade, e o modo associao das baterias Moura 10MF105para montarmos esse banco debaterias.


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Primeiro o nmero de baterias em paralelo:

BP = BP = = 2 BP = 2

Teremos, portanto 3 baterias em paralelo.

Vejamos a quandade de baterias em srie:

BS = BS = = 2 BS = 2

Usaremos, ento 2 baterias em srie.

J sabemos ento o nmero total de baterias:

NB = BS * BP NB = 2 * 2 = 4 NB = 4Nosso banco de baterias ser constudo por 4 baterias Moura 12MF105, que sero associadas da seguinte forma:

1 2 baterias em srie, totalizando 24 V

2 2 conjuntos iguais aos anteriores completando a capacidade de carga necessria.


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9.2. Painel Fotovoltaico

9.2.1. Inuncia do Controlador de Carga

H uma importante considerao a ser feita, quando se calcula o painel fotovoltaico, em relao ao(s)controlador(es) de carga ulizado:

Controladores com MPPT(Seguidor do Ponto de Mxima Potncia) por possurem um conversor DC/DC entre o

painel fotovoltaico e o banco de baterias, conseguem aproveitar melhor a irradincia encontrando sempre o pontode mxima potncia (por isso o nome) e fornecem uma tenso constante com corrente varivel, extraindo potnciasaplicveis mesmo em situaes de radiao abaixo do umbral.

Controladores sem MPPT desperdiamparte da energia solar nas primeiras e lmas horas do dia, bem como emperodos de baixa insolao. Como NO se adaptams condies de irradincia e temperatura (como fazem osMPPTs) as irradincia abaixo do umbral no so sucientes para avarseus circuitos (no caso dos controladoresmais soscados) ou vencer a barreiraimposta pelos diodos interno de proteo, fazendo com que a energiaconverda pelos mdulos no seja aplicada s baterias. Alm disso, a forma de atuao dos inversores menossoscados, que no sua grande maioria do po srie, provoca um grande perda em relao potncia pico dopainel fotovoltaico.

Quando planejamos um painel fotovoltaico para sistemas autnomos que possua um controlador de carga com

MPPT podemos considerar a Energia que o Painel deve gerar(Ep) como sendo igual Energia Real(ER):

Se o projeto no possuir um controlador de carga com MPPTdevemos considerar que a Energia que o Painel deveGerar (Ep) deve ser 10% superior que a Energia Real (ER) para compensar essas perdas (e outras) no controlador:

Neste exerccio, consideramos um controlador de carga SEM Seguidor do Ponto de Mxima Potncia (MPPT), porisso teremos:

9.2.2. Inuncia da Disponibilidade Solar no Local

O Sistema Fotovoltaico Autnomo ser instalado em uma fazendo prxima So Paulo. Para saber o potencial solarde qualquer localidade (ou cidade de referncia) do Brasil fazemos uso do banco de dados de Radiao Solar doCRESESB Centro de Referncia para Energia Solar e Elica Sergio de Salvo Brito (www.cresesb.cepel.br).

O CRESESB disponibiliza uma ferramenta de consulta aos dados chamado de Sundata, disponvel atravs do seguintelink:

hp://bit.ly/qDhZhr



Para consultar os dados necessrio informar a latude e longitude do local de instalao do SFA. Essa informao

pode ser adquirida facilmente atravs do Google Maps:

hp://maps.google.com.br/

Apenas encontre a localidade a ser pesquisada e clique com o boto direito do seu mouse, selecione: O queaqui?, e as coordenadas geogrcas aparecero na barra de pesquisa.

Lance a latude e longitude no Sundatapara a consulta, que retornar uma tabela com os valores de Radiao Solarem mdia mensal.


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Para o dimensionamento do painel fotovoltaico de um sistema autnomo, consideramos o menor valor de Radiao,que no caso acima se refere ao ms de Junho: 2,94 kWh/m.diano plano horizontal, alm dos valores da Radiaoem trs inclinaes diferentes.

A sujeira sobre os mdulos fotovoltaicos to representava na gerao, que ulizamos um coeciente para avaliara sua ao sobre a gerao. Em locais de alta poluio atmosfrica subtramos um percentual de 5% da RadiaoSolar diria; em locais afastados dos centros urbanos podemos considerar um ganho de 5% devido menorabsoro dos raios solares pelas parculas suspensas. Pode ser ulizado o fato 1para os casos de desconhecimentosobre os nveis de sujeira/poluio do ar.

Na cidade de So Paulo, o coeciente de correo ser de c = 0,95e o potencial energco corrigido (Hc) ser de

2,94*0,95, ou seja:

Hc = 2,94*0,95 = 2,79 kWh/m.dia

Geralmente a melhor inclinao para um painel fotovoltaico dada pela seguinte frmula:

= lat + (lat/4)

= Inclinao do painel fotovoltaico em graus, em relao ao plano horizontal.

lat = latude da localidade em graus

Essa frmula d um valor aproximado. O banco de dados Sundata do CRESESB sugere a melhor inclinao para o

painel fotovoltaico que, se considerada no projeto, produz mos resultados.

Como a cidade de So Paulo est situada na latude de 23,32 a melhor inclinao para um painel fotovoltaico desistema autnomo :

= 23,32 + (23,32/4) = 29,15 30 de inclinao (o Sundata sugere 28).

9.2.3. Inuncia da Inclinao do Painel Fotovoltaico

O conjunto de tabelas Fator de Correo k para superfcies inclinadas, disponvel para download noendereo http://www.blue-sol.com/downloads/HSP-e-FatorK.xls, mostra a diferena entre a energiacaptada por uma superfcie orientada para o equador e inclinada em determinado ngulo, e a energia

captada por uma superfcie semelhante sem inclinao em relao ao plano horizontal. Na planilhatemos os fatores k para a latitude de 23 (23,32 se aproxima mais de 23.). Se tomarmos como base ainclinao de 30 (arredondamos para cima a inclinao ideal de 29,15 em So Paulo) observaremosno ms de Junho o fator k de 1,22. De acordo inclinao, teremos uma diferena anual (ms a ms)entre a energia no plano horizontal (Sundada CRESESB) e a superfcie inclinada.



Enquanto temos um incremento (posicionando e inclinando corretamente o painel) nos meses de menorIrradincia, teremos uma diminuio, nos meses de maior irradincia(ex.: veja o fator kpara o ms de novembroe mulplique pelo Hdesse ms. O Resultado : 0,88*5 = 4,4 kWh/m.dia.) Devemos escolher a inclinao que do mximo incremento no meses com pouca irradiao solar, mas que no provoque uma grande diminuio nosmeses com muita irradiao solar.

K= 1,22 (no ms com menor irradiao Junho).

Com esses valores teremos como resultado as Horas de Sol Pico, que so o equivalente em Quilowas hora incidemsobre um metro quadrado de supercie orientada para o equador e inclinada, na regio:

HSP = 2,79*1,22 = 3,4 kWh/dia (no ms de Junho em So Paulo, em um painel inclinado a 30 e orientado para oNorte geogrco)

9.2.4. Calculando o nmero de Mdulos Fotovoltaicos

Para construir o painel fotovoltaico deste exemplo ulizaremos os mdulos fotovoltaicos STP050D-12/MEAdaSuntech. Esses mdulos tem as seguintes caracterscas:

Potncia Pico (Wp): 50w

Tenso Nominal de trabalho (Vm): 12 v

Tenso em Mxima Potencia (Vmpp): 17,4 V

Corrente em Mxima Potncia (Impp): 2,93 A

Tenso em Circuito Aberto (Voc): 21,8 VCorrente de Curto Circuito (I

sc): 3,13 A

Aplicando o mtodo de clculo, poderemos saber quantos mdulos, e qual a congurao sero adequados ao


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IE= 15,65 * 1,23 = 19,56 A (I

E= corrente de entrada)

Podemos escolher um controlador de carga de 20 A.

No caso de possuirmos carga em CC ligadas ao controlador, devemos calcular a corrente de sada (IS), levandoem considerao as correntes das cargas simultneas e adicionando um fator de segurana, tambm de 25% . Nosistema que ensaiamos nesse anexo, no teremos cargas em CC, e por isso no teremos o clculo da corrente desada (IE).


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Bibliografia


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introducao blue sol

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