SISTEMAS DE CAPTAO SOLARESO sol nos entrega sua energia em duas formas principais: calor e luz. Assim, temos dois tipos de sistemas de captao solar: sistemas trmicos, que captam o calor solar para aquecimento de fluidos, e o sistemas fotovoltaicos, que convertem a luz do sol diretamente em eletricidade, como nos mostra a figura 1.

Quando o sistema solar est exposto a luz do sol, gera eletricidade em corrente contnua. Ento um inversor converte a corrrente contnua em corrente alternada, podendo assim ser aplicada no quadro de distribuio da construo, sem afetar a qualidade do suprimento de energia.Os sistemas fotovoltaicos podem ser classificados em: grid-connected (conectados a rede) ou off-grid (fora da rede).

Exemplo de sistema grid-connectedA construo tem duas fontes de energia em paralelo, uma do sistema fotovoltaico e outra da rede de energia convencional. O sistema combinado alimenta todas as demandas de carga conectadas ao quadro eltrico.A taxa de produo do sistema solar vaira. Dependendo do tamanho do sistema. Quando a gerao solar ultrapassa a demanda de consumo, o excesso exportado para a rede e quando no h luz solar para o sistema, a rede convencional fornece energia para a demanda de consumo.

Exemplo de sistema off-grid

Os sistemas off-grid so aplicveis onde no h rede convencional de fornecimento de energia, como reas rurais, ilhas.Dentro das cidades podem ser utilizadas onde h convenincia ou compatibilidade de custo, como por exemplo em iluminao de pistas.A energia gerada pelo sistema armazenada por baterias para uso quando no h exposio solar, como no exemplo da figura acima.

Tecnologia do sistema fotovoltaicoUm sistema fotovoltaico possui quatro componentes bsicos:

Painis solares Fazem o papel de corao, bombeando a energia para o sistema. Podem ser um ou mais painis e so dimensionados de acordo com a energia necessria. So responsveis por transformar energia solar em eletricidade. Controladores de carga Funcionam como vlvulas para o sistema. Servem para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria, aumentando sua vida til e desempenho. Inversores Crebro do sistema, so responsveis por transformar os 12 V de corrente contnua (CC) das baterias em 110 ou 220 V de corrente alternada (AC), ou outra tenso desejada. No caso de sistemas conectados, tambm so responsveis pela sincronia com a rede eltrica. Baterias Trabalham como pulmes. Armazenam a energia eltrica para que o sistema possa ser utilizado quando no h sol.

Estrutura da clula fotovoltaicaClulas fotovoltaicas so fabricadas com material semicondutor, ou seja, material com caractersticas intermdias entre um condutor e um isolante.O silcio apresenta-se normalmente como areia. Atravs de mtodos adequados obtm-se o silcio em forma pura. O cristal de silcio puro no possui eltrons livres e, portanto mal condutor eltrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Este processo denomina-se dopagem. A dopagem do silcio com o fsforo obtm-se um material com eltrons livres ou materiais com portadores de carga negativa (silcio tipo N).Realizando o mesmo processo, mas agora acrescentado Boro ao invs de Fsforo, obtm-se um material com caractersticas inversas, ou seja, falta de eltrons ou material com cargas positivas livres (silcio tipo P).Cada clula solar compe-se de camada fina de material tipo N e outra com maior espessura de material tipo P (ver figura 2.1)

Separadamente, ambas as capas so eletricamente neutras. Mas ao serem unidas, na regio P-N, forma-se um campo eltrico devido aos eltrons livres do silcio tipo N que ocupam os vazios da estrutura do silcio tipo P. Ao incidir luz sobre a clula fotovoltaica, os ftons chocam-se com outros eltrons da estrutura do silcio fornecendo-lhes energia e transformando-os em condutores. Devido ao campo eltrico gerado pela juno P-N, os eltrons so orientados e fluem da camada P para a camada N.Por meio de um condutor externo, ligando a camada negativa positiva, gera-se um fluxo de eltrons (corrente eltrica). Enquanto a luz incidir na clula, manter-se este fluxo.A intensidade da corrente eltrica gerada variar na mesma proporo conforme a intensidade da luz incidente.Uma clula fotovoltaica no armazena energia eltrica. Apenas mantm um fluxo de eltrons estabelecidos num circuito eltrico enquanto houver incidncia de luz sobre ela. Este fenmeno denominado Efeito fotovoltaico (ver figura 2.2)

Ao contrario da maioria dos outros semicondutores, o dispositivo fotovoltaico no usa a estrutura normal do silcio, como nos diodos, ao invs disso usa uma fina camada de xido transparente. Estes xidos so altamente transparentes e tem alta condutividade eltrica. Camadas anti-reflexo podem ser usadas para cobrir uma clula fotovoltaica. Os cristais policristalinos so gros minsculos de material semicondutor.As propriedades dos filmes policristalinos so diferentes do silcio normal. Ele provou ser melhor para criar um campo eltrico entre dois materiais semicondutores diferentes. Veja a estrutura de uma clula (figura 2.3).

Clulas de silcio monocristalinoEstas clulas obtm-se a partir de barras cilndricas de silcio monocristalino produzidas em fornos especiais. As clulas so obtidas por corte das barras em forma de pastilhas finas (0,4 0,5 mm2 de espessura). A sua eficincia na converso da luz solar em eletricidade superior a 12%. A figura 2.4 mostra a estrutura de uma clula monocristalina.

Clulas de silcio policristalinoEstas clulas so produzidas a partir de blocos de silcio obtidos por fuso de silcio puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silcio esfria lentamente e solidifica-se. Neste processo, os tomos no se organizam num nico cristal. Forma-se uma estrutura policristalina com superfcies de separao entre os cristais. Sua eficincia na converso de luz solar em eletricidade ligeiramente menor do que nas de silcio monocristalino. Afigura 2.5 mostra a estrutura de uma clula de silcio policristalino.

Clulas de filmes finosSilcio Amorfo Hidrogenado (a-Si3), uma tecnologia fotovoltaica em filmes finos (pelculas delgadas).A melhor aplicao para essa tecnologia est em calculadoras, relgios e outros produtos onde o consumo de energia baixo. Tais clulas so eficientes sob iluminao artificial (principalmente sob lmpadas fluorescentes).Estes filmes finos so depositados sobre substratos de baixo custo, como vidro, ao, inox e alguns plsticos.Foram desenvolvidos painis solares, disponveis no mercado que so flexveis, inquebrveis, mais leves, semitransparentes, com superfcies curvas, que esto ampliando o mercado fotovoltaico por sua maior versatilidade. Por sua aparncia esttica mais atraente, o Silcio amorfo tem encontrado aplicaes arquitetnicas diversas, substituindo materiais de cobertura de telhados e fachadas na construo civil.O recorde de eficincia em clulas de a-Si individuais disponvel no mercado est na faixa de 8-9%. Em algumas aplicaes arquitetnicas como material de revestimento que o a-Si leva grande vantagem sobre as clulas convencionais de silcio, pois o custo por metro quadrado, e no o custo p Wp, a grandeza de interesse e neste aspecto, hoje o a-Si tem custo inferior metade do custo da tecnologia convencional do silcio.O mais recente competidor no mercado fotovoltaico para gerao de energia eltrica o CdTe4 (telureto de Cdmio), tambm na forma de filmes finos.Outro competidor do mercado no futuro prximo so os compostos baseados no disseleneto de Cobre e ndio (CIS5), principalmente por seu potencial atingir eficincia relativamente elevada. Pequenas reas produzidas em laboratrio apresentam no momento eficincia em torno de 18%.Em um sistema fotovoltaico o elemento bsico a clula. A converso da energia radiante em eletricidade acontece na clula, atravs do efeito fotovoltaico.Cada clula gera uma tenso eltrica da ordem de 0,4 a 0,5 Volt, que sendo associadas em srie pode aumentar essa tenso para uma desejada. Sendo assim na sada de cada mdulo se tem a soma da energia produzida por cada clula resultando num gerador com energia significativa.As clulas mais importantes e consolidadas no mercado so as fabricadas a base de silcio. Atualmente constituem o grande campo de pesquisas para desenvolvimento de clulas de menor custo, so as clulas de filmes finos. A estratgia usar pouco material, diminuir o consumo de energia na fabricao permitindo a produo em larga escala.Um conjunto de clulas associadas em srie paralelo forma um painel fotovoltaico, e com outros dispositivos como acumuladores, conversores e inversores constituem um sistema fotovoltaico de gerao de energia eltrica. A confiabilidade desse sistema uma das caractersticas mais importantes. Porque no possui partes mveis, baixo nvel de complexidade, no se degrada com os efeitos naturais, como: ventos fortes, descargas atmosfricas e alm de tudo apresenta alto ndice de disponibilidade. Para um sistema fotovoltaico utilizado como complemento de energia eltrica em relao a convencional, uma das vantagens que caso ocorra um defeito, este se limita instalao especfica no se estendendo s demais. Outra caracterstica importante que devido s clulas fotovoltaicas estarem dispostas em mdulos, o sistema pode ser expandido.Disponvel em: http://www.solenerg.com.br/files/monografia_cassio.pdf

Dimensionamento de sistema solarOssistemas atuais de gerao eltrica solar fotovoltaicos podem ser conectados rede eltrica (ON-GRID) ou autnomos (OFF-GRID). O dimensionamento de sistema autnomo (OFF-GRID) simples, quando aplicado a uma s tenso (voltagem) de trabalho e alguns pontos de consumo. Os conceitos de dimensionamento aplicados a esses sistemas so simples.De outra forma, quando a aplicao requer vrias tenses ou pontos de consumo de caractersticas diferentes, recomendamos que essa anlise seja feita por pessoa especializada e experiente em implantao de sistemas fotovoltaicos.Para um dimensionamento o conhecimento de alguns valores e grandezas so necessrios:Volts (V) a grandeza usada para medir Tenses;Ampre (I) a grandeza usada para medir a Corrente e Watt (W) a medida da potncia e tambm o produto da tenso pela corrente.[W] Watt = [V] Volts x [I] AmpreOutras medidas aplicadas em sistemas solares so: Wp= Watt de pico: a mxima potncia gerada pelo painel solar em uma condio ideal. Wh= Watt hora: a potencia gerada ou consumida por hora. ApouIp= Ampre de pico: a corrente mxima possvel em uma determinada condio especial. AhouIh= Ampre hora ou corrente mxima obtida ou consumida por hora.

Para iniciar um dimensionamento preciso saber o quanto ser consumido:1) Para isso, faa a relao com a quantidade de todos os equipamentos, luzes, etc..., que pretende ligar ao sistema solar.2) Verifique o consumo individual (em Watts) como mostra o exemplo 13) Faa uma estimativa de horas que cada equipamento ou conjunto ficar ligado por dia.4) Multiplique os valores totais de consumo pelas horas de uso e ;5) Some os resultados, obtendo a demanda diria de energia, ou seja, o valor em Watt x dia.

Relao de consumo em Watts

QtEquipamentoConsumo Whoras de uso/diaConsumo W por dia

unitriototal

10Lmpadas internas99010900

10Lmpadas externas88012960

1Televisor1001006600

1Geladeira1201208960

Total do consumo W/dia3420

O resultado obtido para sua necessidade de gerao, deve ser dividido pelo tempomdio de insolao do local (veja o mapa de insolao abaixo).

Supondo que a localizao est na rea amarela, temos 6 horas.Obtm-se assim, o valor aproximado por hora a ser gerado pelo(s) painis solares para sua necessidade:Exemplo 2:Necessidade de gerao por hora de insolao:3420 Watts / 6 (horas) = 570 Watts horaSer necessrio um conjunto de painis que gere 570 Wh. O sistema dever ter no mnimo tal capacidade.Para se obter tal quantidade de energia, faz-se a associao de vrios painis que, uma vez interligados, fornecero a potencia necessria.Escolha do Painel Solar:Naescolha do painela opo pela tecnologia do painel, rea ocupada, durabilidade, etc... so opes relativas a cada aplicao.Em um mesmo sistema, com mais de um painel, altamente recomendvel que tenham caractersticas semelhantes de potencia (Wp).Exemplo 3:Supondo que optemos por 6 painis de 100Wp, teremos:6 x 100 Wp = 600 Watts horaA somatria da potencia (Wp) entre eles, resultar em um valor igual ou maior que a necessidade. A potencia acima da necessria, ser suareserva de potencia.Associao de Painis Solares:Os painis solares geram eletricidade em corrente contnua (igual ao que gerado em automveis) e fornecem a energia polarizada, ou seja, um plo POSITIVO (+) e o outro plo NEGATIVO (-}. Em sua grande maioria, so fabricados para atender a uma tenso de 12 ou 24 Volts nominais.Aassociao de painisobedece Lei de Ohm, ou seja:a) Se conectarmos um painel a outro em PARALELO-(positivo com positivo e negativo com negativo), a cada painel adicionado, a tenso se mantm e as correntes se somam;b) Se conectarmos um painel a outro em SRIE- (positivo de um painel com o negativo do outro), a cada painel adicionado a corrente se mantm e as tenses se somam.

Com estas propriedades, as associaes nos permitem ter sistemas em tenses mltiplas: (Ex. 12+12= 24V , 24+24= 48V, etc.)E da mesma forma os mltiplos de corrente.Instalao dos Painis Solares:O painel deve ser instalado nadireo do Norte geogrfico, para localidades que esto no hemisfrio sul do nosso planeta.

Fig.5: instale o painel para o NORTE

O local deve ser seguro, evitando o acesso de animais e pessoas. Evite instalar onde haja sombreamento, mesmo que durante parte do dia e esteja o mais prximo do consumo. Os painis podem ser fixados em telhados, lajes, postes, etc...

O painel usado neste exemplo tem as seguintes caractersticas:

Painis Solares Si-CellCdigo90810

ModeloASI-100P

Dimenses (mm)1310 x 1100 x 50

Peso (Kg)18,0

Potncia (Wp)100

Volts (Vcc)17,5

Amperes (A)5,71

Interconexo60

Disponvel em: http://www.sunlab.com.br/Dimensionamento_solar_fotovoltaico.htm