Dimensionamento de Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos ...

of 104/104
Dimension Relatório Ramo Pr Professora Doutora namento de sistemas fotovoltaic Susana Sofia Alves Freitas o de projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Industrial o Engenharia Electrotécnica rojecto realizado sob a orientação de Fernanda Resende, do Departamento de Elec Novembro de 2008 cos ctrotecnia
  • date post

    07-Jan-2017
  • Category

    Documents

  • view

    262
  • download

    14

Embed Size (px)

Transcript of Dimensionamento de Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos ...

  • Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos

    Relatrio de projecto

    Ramo

    Projecto realizado sob a orientao de

    Professora Doutora Fernanda Resende, do Departamento de Electrotecnia

    Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos

    Susana Sofia Alves Freitas

    Relatrio de projecto para obteno do grau de Mestre em

    Engenharia Industrial

    Ramo Engenharia Electrotcnica

    Projecto realizado sob a orientao de

    Professora Doutora Fernanda Resende, do Departamento de Electrotecnia

    Novembro de 2008

    Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos

    Professora Doutora Fernanda Resende, do Departamento de Electrotecnia

  • 2

    Agradecimentos

    Agradeo especialmente a minha orientadora, Professora Doutora Fernanda Oliveira Resende,

    pelas suas valiosas indicaes, sugestes, crticas e correces que contriburam ao

    desenvolvimento e concluso deste trabalho.

    Ao Professor Doutor Amrico Vicente Leite, pelas suas aulas de incentivo ao estudo inicial dos

    sistemas fotovoltaicos.

    Mestre ngela Paula Ferreira e ao Professor Doutor Joo Paulo Teixeira pela compreenso e

    incentivo concluso deste trabalho.

    Aos colegas de trabalho pelo apoio tcnico e amizade.

    Aos meus pais que sempre me incentivaram e apoiaram.

    Um agradecimento especial ao Pedro pelo afecto e apoio.

  • 3

    Resumo

    No presente trabalho feita uma descrio e anlise dos componentes principais que constituem os

    sistemas fotovoltaicos autnomos e ligados rede. Foram tambm sistematizados os passos que, no seu

    conjunto, constituem uma metodologia adequada para efectuar o dimensionamento de ambos os tipos de

    sistemas fotovoltaicos.

    Com base na metodologia identificada foi desenvolvida uma aplicao computacional em linguagem

    Hypertext Preprocessor (PHP) para a Internet, a qual foi utilizada em dois casos de estudo:

    Dimensionamento de um sistema fotovoltaico autnomo e de um sistema fotovoltaico ligado rede.

    Palavras-chave: energia solar, sistemas fotovoltaicos autnomos, sistemas fotovoltaicos ligados rede,

    dimensionamento de sistemas fotovoltaicos.

  • 4

    Abstract

    In this work, the main components of photovoltaic systems both stand alone and grid connected, are

    described and analysed. It was also presented the sequence of the main tasks, which constitutes a

    methodology suitable to carry out the sizing procedure of both stand-alone and grid connected

    photovoltaic systems.

    Based on this methodology, a computational application was developed under Hypertext Preprocessor

    (PHP) language for the Internet, which was used on two study cases: Sizing of a stand-alone photovoltaic

    system and grid connected photovoltaic system.

    Keywords: solar energy, stand-alone photovoltaic systems, grid connected photovoltaic systems, sizing

    of photovoltaic systems.

  • 5

    ndice

    1. Introduo ............................................................................................................................................... 11

    1.1. Objectivos ............................................................................................................................................ 13

    1.2. Estrutura do relatrio ........................................................................................................................... 13

    2. Sistemas de energia solar fotovoltaica .................................................................................................... 14

    2.1. Radiao solar ..................................................................................................................................... 14

    2.1.1. Geometria Sol/Terra ......................................................................................................................... 15

    2.1.2. Condicionantes meteorolgicas ........................................................................................................ 17

    2.2. Tecnologias de painis fotovoltaicos ................................................................................................... 18

    2.2.1. Clula fotovoltaica............................................................................................................................ 19

    2.2.1.1. Modelo matemtico da clula fotovoltaica .................................................................................... 20

    2.2.1.2. Corrente de curto-circuito e tenso em circuito aberto .................................................................. 21

    2.2.1.3. Factor de forma e rendimento ........................................................................................................ 22

    2.2.1.4. Potncia elctrica ........................................................................................................................... 23

    2.2.1.5. Efeito da radiao .......................................................................................................................... 23

    2.2.1.6. Efeito de temperatura .................................................................................................................... 24

    2.2.1.7. Tecnologias das clulas fotovoltaicas ............................................................................................ 24

    2.2.2. Mdulos e painis fotovoltaicos ....................................................................................................... 27

    2.2.2.1. Associao de clulas .................................................................................................................... 27

    2.2.2.2. Pontos quentes, dodos de derivao e sombreamento .................................................................. 28

    2.2.2.3. Caractersticas tcnicas dos mdulos ............................................................................................. 29

    2.2.2.4. Aspectos a ter em conta na escolha do mdulo ............................................................................. 30

    2.2.2.5. Potncia produzida, ngulo de inclinao e orientao ................................................................. 31

    2.3. Tecnologias dos conversores electrnicos ........................................................................................... 31

    2.3.1. Configuraes de inversores para sistemas ligados rede ............................................................... 32

    2.3.1.1. Inversor central .............................................................................................................................. 33

    2.3.1.2. Inversor de fileira .......................................................................................................................... 34

    2.3.1.3. Inversor de vrias fileiras .............................................................................................................. 34

    2.3.1.4. Inversor com mdulo integrado ou mdulo CA ............................................................................ 35

    2.3.1.5. Especificaes tcnicas dos inversores ligados rede ................................................................... 36

    2.3.2. Inversores para sistemas autnomos ................................................................................................. 37

    2.4. Baterias, requisitos de carga e carregadores ........................................................................................ 38

    2.4.1. Tipos de baterias ............................................................................................................................... 38

    2.4.1.1. Bateria chumbo-cido .................................................................................................................... 39

    2.4.1.2. Bateria nquel-cdmio ................................................................................................................... 39

    2.4.2. Requisitos de carga e carregadores ................................................................................................... 40

    2.5. Outros equipamentos ........................................................................................................................... 41

    2.5.1 Condutores de ligao ao gerador ..................................................................................................... 41

    2.5.2. Condutor principal CC ..................................................................................................................... 41

  • 6

    2.5.3. Condutor de ligao CA ................................................................................................................... 41

    2.5.4. Interruptor principal CC ................................................................................................................... 42

    2.5.5. Equipamento de proteco CA ......................................................................................................... 42

    2.6. Tipos de sistemas fotovoltaicos ........................................................................................................... 43

    2.6.1. Sistemas Autnomos ........................................................................................................................ 43

    2.6.2. Sistemas ligados rede ..................................................................................................................... 44

    2.6.3. Sistemas hbridos .............................................................................................................................. 45

    2.7. Normas legais em vigor ....................................................................................................................... 45

    2.7.1. Regimes de Remunerao de microproduo ................................................................................... 49

    3. Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos .......................................................................................... 51

    3.1. Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos autnomos .................................................................... 51

    3.2. Sistemas fotovoltaicos ligados rede .................................................................................................. 56

    3.3. Programas de simulao e dimensionamento de sistemas fotovoltaicos ............................................. 60

    3.3.1. SolTerm ............................................................................................................................................ 60

    3.3.2. PV F-CHART ................................................................................................................................... 61

    3.3.3. Fdim 1.0............................................................................................................................................ 61

    3.3.4. FV-Expert ......................................................................................................................................... 61

    3.3.5. SolSim 1.0 ........................................................................................................................................ 61

    3.3.6. Homer 2.0 ......................................................................................................................................... 61

    3.3.7. RETScreen 2000 ............................................................................................................................... 62

    3.3.8. PVS 2001 .......................................................................................................................................... 62

    3.3.9. SlDIM ............................................................................................................................................... 62

    3.3.10. SolEm 2.14 ..................................................................................................................................... 62

    3.3.11. Design Pro 5.0 ................................................................................................................................ 63

    3.3.12. Sol Pro ............................................................................................................................................ 63

    3.3.13. PVSYST ......................................................................................................................................... 63

    3.3.14. SolarPro .......................................................................................................................................... 63

    3.3.15. Hybrid2 ........................................................................................................................................... 64

    3.3.16. Inseldi 7.0 ....................................................................................................................................... 64

    3.3.17. MODES .......................................................................................................................................... 64

    3.3.18. Comparao dos softwares apresentados ........................................................................................ 65

    4. Metodologia para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos ........................................................... 66

    4.1. Algoritmo para o dimensionamento de sistemas autnomos ............................................................... 66

    4.2. Sistemas ligados rede ........................................................................................................................ 69

    4.3. Implementao da metodologia de dimensionamento ......................................................................... 71

    4.3.1. Servidor Apache ............................................................................................................................... 72

    4.3.2. Base de dados MySQL ..................................................................................................................... 73

    4.3.3. Linguagem de programao PHP ..................................................................................................... 74

    5. Casos de estudo e resultados .................................................................................................................. 75

    5.1. Sistemas autnomos ............................................................................................................................ 75

  • 7

    5.1.1. Avaliao das necessidades energticas ........................................................................................... 75

    5.1.2. Seleco da localizao, tenso do sistema e nmero de dias de autonomia .................................... 76

    5.1.3. Seleco do mdulo fotovoltaico, do inversor, do controlador e da bateria ..................................... 77

    5.1.4. Apresentao da configurao do sistema ........................................................................................ 79

    5.1.5. Caso de estudo: habitao isolada localizada em Bragana ............................................................. 80

    5.2. Sistemas ligados rede ........................................................................................................................ 85

    5.2.1. Definio da rea disponvel ou do valor de potncia do sistema .................................................... 85

    5.2.2. Seleco do mdulo fotovoltaico e do inversor ................................................................................ 86

    5.2.3. Apresentao da configurao do sistema ........................................................................................ 88

    5.2.4. Caso de estudo: Produo de 3.68 kW para injectar na rede elctrica .............................................. 89

    6. Concluses e perspectivas de evoluo futura ........................................................................................ 93

    Bibliografia ................................................................................................................................................. 94

    Anexo 1 - Listagem de mdulos fotovoltaicos ............................................................................................. I

    Anexo 2 - Listagem de inversores fotovoltaicos ........................................................................................ III

    Inversores para sistemas fotovoltaicos ligados rede ................................................................................ III

    Inversores para sistemas fotovoltaicos autnomos ..................................................................................... IV

    Anexo 3 - Listagem de baterias ................................................................................................................... V

    Anexo 4 - Listagem de controladores ....................................................................................................... VII

    Anexo 5 - Listagem de localidades ............................................................................................................. IX

  • 8

    ndice de figuras

    Figura 1.1 - Central fotovoltaica da Amareleja .......................................................................................... 12

    Figura 2.1 - ngulo Znite, inclinao do plano, superfcie azimutal e ngulo solar azimutal para

    superfcies inclinadas ................................................................................................................................. 15

    Figura 2.2 - Relao entre as dimenses do Sol e da Terra ........................................................................ 16

    Figura 2.3 - rbita da Terra em torno do Sol, com o seu eixo N-S inclinado num ngulo de 23,5 .......... 16

    Figura 2.4 - Luz solar no seu percurso atravs da atmosfera ...................................................................... 17

    Figura 2.5 - Posio do painel solar ........................................................................................................... 18

    Figura 2.6 - Variao da inclinao dos painis solares ao longo do ano ................................................... 18

    Figura 2.7 - Princpio de funcionamento de uma clula fotovoltaica (efeito fotovoltaico) ........................ 19

    Figura 2.8 - Circuito elctrico equivalente de uma clula fotovoltaica alimentando uma carga Z. ............ 20

    Figura 2.9 - Curva I-V de uma clula solar fotovoltaica ............................................................................ 22

    Figura 2.10 - Efeito causado pela variao de intensidade luminosa ......................................................... 23

    Figura 2.11 - Efeito causado pela temperatura na clula ............................................................................ 24

    Figura 2.12 - Clulas monocristalinas ........................................................................................................ 25

    Figura 2.13 - Clulas policristalinas ........................................................................................................... 25

    Figura 2.14 Clulas amorfas .................................................................................................................... 26

    Figura 2.15 Clulas de pelcula fina ........................................................................................................ 26

    Figura 2.16 - Associao de clulas em srie ............................................................................................. 27

    Figura 2.17 - Associao de clulas em paralelo ........................................................................................ 28

    Figura 2.18 Clula solar com ponto quente ............................................................................................. 28

    Figura 2.19 - Mdulo fotovoltaico sombreado com dodos de derivao .................................................. 29

    Figura 2.20 - Caractersticas tcnicas de um mdulo fotovoltaico ............................................................. 30

    Figura 2.21 - Eficincia dos mdulos monocristalinos, policristalinos, de pelcula fina e amorfos ........... 31

    Figura 2.22 - Inversor central ..................................................................................................................... 33

    Figura 2.23 - Inversor de fileira .................................................................................................................. 34

    Figura 2.24 - Inversor de vrias fileiras ...................................................................................................... 35

    Figura 2.25 - Inversor com mdulo integrado ou mdulo CA ................................................................... 36

    Figura 2.26 Sistema autnomo com inversor autnomo ......................................................................... 37

    Figura 2.27 Interruptor principal DC ....................................................................................................... 42

    Figura 2.28 - Diagrama de sistemas fotovoltaicos em funo da carga utilizada ....................................... 44

    Figura 2.29 - Sistema ligado rede ............................................................................................................ 44

    Figura 2.30 - Exemplo de sistema hbrido .................................................................................................. 45

    Figura 4.1 - Organograma do algoritmo para o sistema autnomo ............................................................ 66

    Figura 4.2 - Organograma do algoritmo para o sistema ligado rede ........................................................ 69

    Figura 4.3 - Estrutura da aplicao computacional..................................................................................... 72

    Figura 5.1 - Tabela de avaliao das necessidades energticas .................................................................. 76

    Figura 5.2 - Opo Continuar activa ....................................................................................................... 76

    Figura 5.3 - Especificaes do sistema: localidade, nmero de dias de autonomia e tenso do sistema .... 77

  • 9

    Figura 5.4 - Seleco do mdulo fotovoltaico para um sistema autnomo ................................................ 78

    Figura 5.5 - Seleco do inversor para o sistema autnomo....................................................................... 78

    Figura 5.6 - Seleco da bateria e do controlador....................................................................................... 79

    Figura 5.8 - Apresentao da configurao do sistema para o sistema autnomo ...................................... 80

    Figura 5.9 - Tabela de anlise de consumos ............................................................................................... 81

    Figura 5.10 - Valores de potncia ............................................................................................................... 81

    Figura 5.11 - Seleco da localizao, autonomia e tenso ........................................................................ 82

    Figura 5.12 - Seleco do mdulo fotovoltaico para o sistema autnomo ................................................. 82

    Figura 5.13 - Seleco do inversor para o sistema autnomo ..................................................................... 83

    Figura 5.14 - Seleco do controlador ........................................................................................................ 83

    Figura 5.15 - Seleco da bateria................................................................................................................ 83

    Figura 5.16 - Apresentao da configurao do sistema (dimensionamento de uma habitao isolada) ... 84

    Figura 5.17 - Seleco da forma de dimensionamento rea/potncia ......................................................... 85

    Figura 5.18 - Definio da rea disponvel ................................................................................................. 86

    Figura 5.19 - Definio do valor potncia .................................................................................................. 86

    Figura 5.20 - Seleco do mdulo fotovoltaico para um sistema ligado rede.......................................... 87

    Figura 5.21 - Seleco do inversor para um sistema ligado rede ............................................................. 87

    Figura 5.22 - Compatibilidade inversor-mdulo fotovoltaico .................................................................... 88

    Figura 5.23 - Apresentao da configurao do sistema ligado rede ....................................................... 89

    Figura 5.24 - Seleco da potncia do sistema ligado rede...................................................................... 90

    Figura 5.25 - Seleco do mdulo fotovoltaico para um sistema ligado rede de 3.68kW ....................... 90

    Figura 5.26 - Seleco do inversor com mensagem de advertncia ........................................................... 91

    Figura 5.27 - Seleco do inversor para um sistema ligado rede ............................................................. 91

    Figura 5.28 - Verificao da compatibilidade painel-inversor ................................................................... 91

    Figura 5.29 - Apresentao do resultado do dimensionamento do sistema fotovoltaico de 3.68 kWp ligado

    rede 92

    ndice de tabelas

    Tabela 1.1 - Previso futura da capacidade instalada mundial (unidade MW) ........................................... 11

    Tabela 2.1 - Condies Experimentais ....................................................................................................... 21

    Tabela 2.2 - Rendimentos das diferentes tecnologias ................................................................................. 27

    Tabela 3.1 - Principais caractersticas dos programas pesquisados ............................................................ 65

  • 10

    Lista de abreviaes

    BD Base de Dados

    CA Corrente Alternada

    CC Corrente Contnua

    CdTe Telurio de Cdmio

    CiGs Indio-Gvio-Silino

    CIS Cobre-Indio-Silinio

    DR Dirio da Repblica

    FER Fontes de Energia Renovvel

    FF Factor de Forma

    IRC Imposto sobre o Rendimento das Pessoas Colectivas

    IVA Imposto sobre o Valor Acrescentado

    MySQL Sistema de gesto de bases de dados relacionais

    PHP Hypertext Preprocessor

    PPM Ponto de Potncia Mxima

    PWM Pulse Width Modulation

    SEI Sistema Elctrico Independente

    SEN Sistema Elctrico Nacional

    SGBD Sistema de Gesto de Base de Dados

    SQL Structured Query Language

    SRM Sistema de Registo de Microproduo

  • 11

    1. Introduo

    O impacto dos problemas ambientais causados pelo aumento da actividade econmica e industrial desde a

    revoluo industrial est hoje na ordem do dia. Depois de algumas dcadas de incertezas e hesitaes, os

    governos das grandes potncias mundiais esto mais do que nunca concentrados na resoluo do

    problema do aquecimento global, unindo esforos para diminuir os efeitos secundrios e negativos que a

    actividade humana tem no nosso planeta. O paradigma da produo de energia elctrica aquele que mais

    rapidamente se est a adaptar nova realidade, o recurso a combustveis fsseis insustentvel a mdio

    prazo e o recurso s energias renovveis para produo de energia elctrica cada vez mais uma aposta

    global [1].

    No panorama actual das energias renovveis, a electricidade proveniente da energia solar fotovoltaica

    assume particular relevo. Embora a produo mundial de electricidade recorrendo a sistemas

    fotovoltaicos seja ainda marginal quando comparada com a produo total, o mercado tem crescido a uma

    taxa anual de 35%, e o potencial desta tecnologia teoricamente infindvel a cada hora, a Terra recebe

    do Sol uma quantidade de energia superior produzida anualmente no planeta inteiro [2].

    Nesta primeira dcada do sculo XXI, a energia solar fotovoltaica aquela que mais est a crescer, em

    termos relativos. esperado que em 2010 se alcance uma capacidade instalada no Mundo de 11 GW, dez

    vezes mais do que a que existia em 2000. Nem mesmo a energia elica tem uma evoluo to expressiva,

    embora em termos absolutos os 130 GW de energia do vento esperados superem em doze vezes a

    previso para o fotovoltaico [2].

    A Europa, encabeada pela Alemanha, est assim muito bem posicionada no mercado mundial. No

    entanto, a mdio prazo, outros pases tm j definidas metas muito ambiciosas de produo elctrica a

    partir de sistemas fotovoltaicos. O quadro seguinte mostra as metas dos principais pases, at 2025.

    Tabela 1.1 - Previso futura da capacidade instalada mundial (unidade MW). [2]

    Portugal apresenta uma forte dependncia energtica do exterior, das maiores da Unio Europeia. No

    explorando quaisquer recursos energticos fsseis no seu territrio desde 1995 (quando deixou de extrair

  • 12

    carvo), a sua produo prpria de energia assenta exclusivamente no aproveitamento dos recursos

    renovveis, como sendo a gua, o vento, a biomassa, e outros em menor escala [9].

    Na Unio Europeia, Portugal , depois da Grcia e da Espanha, o pas com maior potencial de

    aproveitamento de energia solar. Com mais de 2300 horas/ano de insolao na Regio Norte, e 3000

    horas/ano no Algarve, o nosso pas dispe de uma situao privilegiada para o aproveitamento deste tipo

    de energia [3].

    Em relao situao de produo fotovoltaica em Portugal, as ltimas estatsticas nacionais conhecidas

    apontavam para cerca de 2,6 MWp de potncia total instalada no final de 2004. Em Maro de 2007 foi

    inaugurada em Brinches, concelho de Serpa, uma central fotovoltaica de 11 MW. Com esta central, a

    potncia fotovoltaica actualmente instalada em Portugal situa-se em cerca de 13,5 MWp. No incio de

    2008 foi ligada rede, a ttulo experimental, a primeira fase (2,75 MWp) da central da Amareleja,

    concelho de Moura. Esta central, com entrada em operao prevista para o final de 2008, ter instalados

    46 MWp, num total de 260 mil mdulos, ocupando uma rea de 250 ha (Figura 1.1) [4].

    Figura 1.1 - Central fotovoltaica da Amareleja. [4]

    Segundo a DirecoGeral de Geologia e Energia, foram j aprovados pedidos de informao prvia que

    totalizam cerca de 128 MWp, o que praticamente esgota a meta de 150 MWp estabelecida pelo Governo

    para o horizonte temporal de 2010. De entre as instalaes j aprovadas merecem destaque, para alm de

    Moura, Ourique (2 MWp), Albufeira (10 MWp), Lisboa (6 MWp) e Freixo de Espada Cinta (2 MWp)

    [4].

  • 13

    1.1. Objectivos

    Um correcto dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos um ponto de partida para que a instalao

    deste tipo de sistemas prolifere cada vez mais e para que o aumento da sua utilizao faa com que a

    investigao em termos de produo de novas tecnologias de clulas fotovoltaicas seja cada vez maior.

    Assim, o trabalho apresentado no mbito deste projecto teve como objectivos:

    Elaborar a sistematizao dos passos que conduzem a uma metodologia adequada para realizar o

    dimensionamento de sistemas fotovoltaicos autnomos e ligados rede.

    Desenvolver uma aplicao computacional com base na metodologia referida anteriormente

    capaz de efectuar o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos autnomos e ligados rede.

    1.2. Estrutura do relatrio

    O presente trabalho para alm da introduo constitudo por mais cinco captulos. No segundo captulo

    so abordadas questes relevantes para um melhor entendimento dos sistemas fotovoltaicos como a

    radiao solar e as tecnologias dos elementos constituintes. Foi elaborada tambm uma descrio das

    normas legais em vigor.

    No terceiro captulo so tratadas as questes relacionadas com o projecto propriamente dito de sistemas

    solares fotovoltaicos. apresentado todo o procedimento de clculo para o dimensionamento dos vrios

    componentes dos sistemas fotovoltaicos, e ainda, um estudo dos programas existentes para

    dimensionamento e simulao de sistemas fotovoltaicos.

    No quarto captulo apresentada a metodologia implementada no programa de dimensionamento de

    sistemas fotovoltaicos. No captulo seguinte, so apresentados os resultados obtidos de alguns

    dimensionamentos efectuados pelo programa.

    Finalmente no sexto captulo so apresentadas as concluses e as perspectivas de desenvolvimentos

    futuros.

  • 14

    2. Sistemas de energia solar fotovoltaica

    Os sistemas de energia solar fotovoltaica convertem a energia proveniente da radiao solar que atinge a

    superfcie terrestre em energia elctrica. Na maior parte das vezes a energia elctrica gerada entregue a

    rede receptora (baixa tenso ou mdia tenso) ou utilizada para alimentar cargas em rede isolada. Essa a

    principal razo pela qual se distinguem dois tipos de sistemas de energia solar fotovoltaica: sistemas

    ligados rede e sistemas autnomos.

    Estes dois tipos de sistemas de energia diferem quanto aos requisitos a satisfazer e, em consequncia,

    quanto ao tipo de componentes que integram. Por outro lado os procedimentos relativos ao projecto e ao

    dimensionamento dos componentes obedece tambm a requisitos diferentes.

    Assim, na seco 2.1 apresentada uma breve reviso sobre as questes relacionadas com a radiao

    solar disponvel superfcie terrestre e no plano de um painel. Na seco 2.2 apresentado o modelo da

    clula solar e efectuado o estudo das diferentes tecnologias dos mdulos fotovoltaicos. A seco 2.3

    dedicada s tecnologias dos conversores electrnicos, a seco 2.4 dedicada aos diferentes tipos de

    baterias, requisitos de carga e respectivos carregadores e na seco seguinte efectuada uma descrio

    dos equipamentos de proteco e dos condutores. Na seco 2.6 apresentada a distino entre os

    sistemas fotovoltaicos ligados rede e os sistemas fotovoltaicos autnomos. Na seco seguinte so

    apresentadas as normas legais em vigor relativas ao incentivo, licenciamento e instalao dos sistemas

    fotovoltaicos.

    2.1. Radiao solar

    A quantidade de energia proveniente do sol que atinge a superfcie da Terra corresponde,

    aproximadamente, a dez mil vezes a procura global de energia. Pelo que para satisfazer as necessidades

    energticas da humanidade basta utilizar 0,01% desta energia.

    A radiao solar importante nos movimentos de circulao atmosfrica (ventos) e ocenica, para a vida

    vegetal e para a formao de combustveis fsseis.

    Os fenmenos que afectam a radiao solar no seu percurso atravs da atmosfera so o principal

    problema para se quantificar a disponibilidade energtica. Quando esta energia entra na atmosfera,

    existem dois tipos de fenmenos que vo influenciar o seu percurso: a geometria Sol-Terra e os factores

    meteorolgicos. Estes sero os responsveis por uma atenuao na quantidade de energia que poderia

    chegar at a superfcie terrestre.

  • 15

    2.1.1. Geometria Sol/Terra

    Conhecer o ngulo de incidncia dos raios solares crucial para quantificar a energia proveniente do Sol.

    Para tal necessrio conhecer os factores geogrficos do local, como a latitude, o ngulo horrio,

    declinao solar, ngulo da superfcie em relao ao plano horizontal e a direco para a qual se vo

    colocar os elementos conversores de energia (mdulos fotovoltaicos). As relaes geomtricas que

    definem a geometria Sol/Terra so: a inclinao da superfcie, a declinao solar, a latitude do local, o

    ngulo azimutal e o ngulo horrio, conforme a figura 2.1.

    Figura 2.1 - ngulo Znite, inclinao do plano, superfcie azimutal e ngulo solar azimutal para superfcies

    inclinadas.

    O ngulo de incidncia de radiao solar (), num plano pode ser obtido atravs da equao (2.1).

    Onde:

    a inclinao da superfcie; a declinao solar; a latitude do local; o ngulo azimutal da superfcie solar; o ngulo horrio.

    A Terra na sua translao desenha uma trajectria elptica. A linha do equador tem uma inclinao em

    relao ao plano descrito por esta translao de aproximadamente 23,5. O plano que contm esta

    trajectria denominado elptica e a excentricidade desta rbita tal que a distncia da Terra ao Sol varia

    em +/- 1.7%. Na figura 2.2, est representada a distncia entre a Terra e o Sol.

  • 16

    Figura 2.2 - Relao entre as dimenses do Sol e da Terra. [5]

    Duffie e Beckman propem a seguinte expresso para corrigir a radiao solar por efeito da

    excentricidade da elptica (Eo)

    ! "

    onde dn o nmero do dia do ano, que varia de 1 at 365.

    O movimento da translao da Terra volta do sol encontra-se esquematizado na figura 2.3. Pode

    observar-se o solstcio de Vero, em que a durao do dia mxima, o solstcio de Inverno em que a

    durao do dia mnima e os equincios de Primavera e Outono, com igual durao entre o dia e a noite.

    Figura 2.3 - rbita da Terra em torno do Sol, com o seu eixo N-S inclinado num ngulo de 23,5. [6]

  • 17

    A posio solar (), definida como sendo a posio angular dos raios solares em relao ao plano do equador variando com o dia do ano de acordo com a equao (2.3).

    #$! % & '$ ! "(

    Onde n o dia do ano (de 1 a 365).

    2.1.2. Condicionantes meteorolgicas

    A radiao solar reduzida ao longo da atmosfera por fenmenos de reflexo, absoro e disperso.

    Apenas uma parte da quantidade total da radiao solar atinge a superfcie terrestre pois a atmosfera reduz

    a radiao solar atravs da reflexo, absoro (ozono, vapor de gua, oxignio, dixido de carbono) e

    disperso (partculas de p, poluio). O nvel de radiao na superfcie da Terra atinge um total

    aproximado de )*+,ao meio-dia, em boas condies climatricas no plano horizontal, independentemente da localizao.

    A luz solar que atinge a superfcie terrestre, composta por uma fraco directa e por uma fraco difusa

    tal como apresentado na figura 2.4. A radiao directa vem segundo a direco do Sol, produzindo

    sombras bem definidas em qualquer objecto. Por outro lado, a radiao difusa carece de direco

    especfica.

    Figura 2.4 - Luz solar no seu percurso atravs da atmosfera.

    Os parmetros orientao e inclinao de um painel fotovoltaico, so muito importantes porque visam

    maximizar os nveis de produo elctrica. No caso de Portugal a orientao que maximiza a quantidade

    de radiao aproveitvel coincide com o Sul geogrfico, conforme se pode observar na figura 2.5.

  • 18

    Figura 2.5 - Posio do painel solar. [7]

    De modo a captar a mxima radiao solar a inclinao do painel deve variar ao longo do ano (solstcio

    de Vero e de Inverno), tal como ilustrado na figura 2.6.

    Figura 2.6 - Variao da inclinao dos painis solares ao longo do ano. [7]

    Nas subseces seguintes apresentada uma descrio das caractersticas das clulas fotovoltaicas.

    2.2. Tecnologias de painis fotovoltaicos

    A funo de uma clula solar consiste em converter directamente a energia solar em electricidade. A

    forma mais comum das clulas solares o fazerem atravs do efeito fotovoltaico [8].

    Uma clula individual, unidade de base dum sistema fotovoltaico, produz apenas uma reduzida potncia

    elctrica, o que tipicamente varia entre 1 e 3 W, com uma tenso menor que 1 Volt. Para disponibilizar

    potncias mais elevadas, as clulas so integradas, formando um mdulo. A maioria dos mdulos

    comercializados composta por 36 clulas de silcio cristalino, ligadas em srie, para aplicaes de 12V.

    Quanto maior for o mdulo, maior ser a potncia e/ou a corrente disponvel. Nas subseces seguintes

    vai ser descrito as caractersticas das clulas fotovoltaicas.

  • 19

    2.2.1. Clula fotovoltaica

    A clula fotovoltaica constituda por um material semicondutor, o silcio, ao qual so adicionadas

    substncias, ditas dopantes, de modo a criar um meio adequado ao estabelecimento do efeito fotovoltaico,

    isto , converso directa da radiao solar em potncia elctrica produzida em CC.

    Uma clula fotovoltaica constituda por cristais de silcio puro no produziria energia elctrica. Para haver

    corrente elctrica necessrio que exista um campo elctrico, isto , uma diferena de potencial entre

    duas zonas da clula. Atravs do processo conhecido como dopagem do silcio, que consiste na

    introduo de elementos estranhos com o objectivo de alterar as suas propriedades elctricas, possvel

    criar duas camadas na clula: a camada tipo p e a camada tipo n, que possuem, respectivamente, um

    excesso de cargas positivas e um excesso de cargas negativas, relativamente ao silcio puro.

    O boro o dopante normalmente usado para criar a regio tipo p. Um tomo de boro forma quatro

    ligaes covalentes com quatro tomos vizinhos de silcio, mas como s possui trs electres na banda de

    valncia, existe uma ligao apenas com um electro, enquanto as restantes trs ligaes possuem dois

    electres. A ausncia deste electro considerada uma lacuna, a qual se comporta como uma carga

    positiva que viaja atravs do material, pois de cada vez que um electro vizinho a preenche, outra lacuna

    criada. A razo entre tomos de boro e tomos de silcio normalmente da ordem de 1 para 10 milhes.

    O fsforo o material usado para criar a regio n. Um tomo de fsforo tem cinco electres na sua banda

    de valncia, pelo que cria quatro ligaes covalentes com os tomos de silcio e deixa um electro livre,

    que viaja atravs do material [4].

    Ao juntar as camadas n e p dos semicondutores impuros forma-se uma regio de transio denominada

    juno p-n, onde criado um campo elctrico que separa os portadores de carga que a atingem. Quando

    uma clula solar exposta luz os fotes so absorvidos pelos electres. Assim, quando o foto contm

    energia suficiente a ligao entre os electres quebrada e estes movem-se para a banda de conduo e

    so conduzidos atravs do campo elctrico para a camada n. As lacunas criadas seguem para a camada p.

    Quando se ligam os terminais da clula a um circuito exterior que se fecha atravs de uma carga ir

    circular corrente elctrica. Se a clula no estiver ligado a nenhuma carga, obtida a tenso em circuito

    aberto da clula solar [4].

    Na figura 2.7 apresentada a constituio interna de uma clula fotovoltaica tpica.

    Figura 2.7 - Princpio de funcionamento de uma clula fotovoltaica (efeito fotovoltaico). [10]

  • 20

    2.2.1.1. Modelo matemtico da clula fotovoltaica

    Para se poder analisar pormenorizadamente o comportamento de um sistema elctrico de energia

    necessrio que sejam desenvolvidos modelos matemticos para os componentes constituintes do sistema.

    Uma clula fotovoltaica pode ser descrita atravs do circuito elctrico equivalente simplificado que

    representado figura 2.8.

    Figura 2.8 - Circuito elctrico equivalente de uma clula fotovoltaica alimentando uma carga Z.

    A fonte de corrente Is representa a corrente elctrica gerada pelo feixe de radiao luminosa, constitudo

    por fotes, ao atingir a superfcie activa da clula (efeito fotovoltaico). A juno p-n funciona como um

    dodo que atravessado por uma corrente interna unidireccional ID, que depende da tenso V aos

    terminais da clula [4].

    A corrente ID que se fecha atravs do dodo calculada atravs da equao (2.4)

    -. - % /0 /1 "$

    em que:

    Io a corrente inversa mxima de saturao do dodo;

    V a tenso aos terminais da clula;

    m o factor de idealidade do dodo (dodo ideal: m = 1; dodo real: m > 1);

    VT designado por potencial trmico23 456 ; T a temperatura absoluta da clula em K (0C = 273,16 K);

    Q a carga elctrica do electro (7 # 89:;).

    A corrente I que se fecha pela carga , obtida atravs da equao (2.5).

    - - -. - -%

  • 21

    2.2.1.2. Corrente de curto-circuito e tenso em circuito aberto

    Dois pontos de operao da clula merecem ateno particular: curto-circuito e circuito aberto. No caso

    de curto-circuito,

    2 ? -. - - -

    A corrente de curto-circuito @AA o valor mximo da corrente de carga, igual corrente gerada por efeito fotovoltaico. O seu valor uma caracterstica da clula, sendo um dado fornecido pelo fabricante para

    determinadas condies de radiao incidente e temperatura.

    No caso de circuito aberto,

    B

    2C + 2D E --"F

    A tenso em vazio o valor mximo da tenso aos terminais da clula, que ocorre quando esta est em

    vazio.

    As condies nominais de teste STC, normalizadas para a realizao das medidas dos parmetros

    caractersticos da clula, designadas condies de referncia so:

    Radiao incidente: H r =1000W /+, Temperatura: G !H; I 3G J' K

    As grandezas referenciadas pelo ndice superior r so consideradas medidas nas condies de referncia

    STC.

    De forma a explicar o significado das grandezas descritas anteriormente, apresentado a seguir um

    exemplo em que determinada a caracterstica I-V para uma clula fotovoltaica de silcio cristalino de

    +,, com as seguintes condies experimentais [4]:

    Tabela 2.1 - Condies Experimentais.

    H(W /LM A(LM) NOP Icc(A) Vca(V) Teste 430 0.01 25 1.28 0.56

    A corrente inversa mxima de saturao do dodo foi calculada a partir das condies de curto-circuito e

    de circuito aberto. Assim a partir da equao (2.7) e tendo em conta a equao (2.6) obtm-se:

    - $$ 89QR

  • 22

    m=1 (considerando o dodo ideal);

    Tendo em conta a expresso (2.5), a corrente que se fecha pela carga dada por:

    - ' $$ 89Q % /0 /S "R

    A figura 2.9 representa a caracterstica I-V da clula fotovoltaica para as condies de referncia.

    Figura 2.9 - Curva I-V de uma clula solar fotovoltaica [11].

    A anlise da curva I-V fundamental para a caracterizao de um mdulo fotovoltaico, pois a partir dela

    possvel obter os principais parmetros que determinam a sua qualidade e desempenho. Algumas

    definies importantes para caracterizar as clulas esto descritas nas subseces seguintes.

    2.2.1.3. Factor de forma e rendimento

    O FF expressa a aproximao da representao da curva I-V a um rectngulo. Quanto maior for a

    qualidade das clulas, mais prxima da forma rectangular ser a curva I-V, ou seja, a curva pode ser

    utilizada para qualificar as clulas. O factor de forma calculado atravs da seguinte equao (2.8).

    TT -UUV 2UUV-WW 2XW '

    O FF tem um valor menor que uma unidade, comum entre 0,7 e 0,8 para clulas de Silcio.

    O rendimento () define-se como a relao entre o ponto de potncia mxima de uma clula e a potncia

    da radiao solar incidente sobre a clula, como mostra a equao (2.9).

  • 23

    Y Z0 [\R ]J

    em que:

    A a rea da clula;

    G a radiao solar incidente por unidade de superfcie.

    2.2.1.4. Potncia elctrica

    A potncia elctrica de sada (P) de um mdulo fotovoltaico o produto entre a tenso e a corrente de

    sada dado pela equao (2.10).

    Z 2- 2 &- -% /0 /S "(

    O ponto de potncia mxima calculado atravs da equao (2.11).

    Z+C^ 2+C^ -+C^

    2.2.1.5. Efeito da radiao

    Tal como se pode observar na figura 2.10, a potncia de sada aumenta com o aumento da radiao

    incidente. A corrente de curto-circuito aumenta de forma aproximadamente linear com o aumento da

    radiao incidente ao passo que o valor de tenso de circuito aberto pouco varia com a variao da

    radiao.

    Figura 2.10 - Efeito causado pela variao de intensidade luminosa. [11]

  • 24

    2.2.1.6. Efeito de temperatura

    A temperatura um parmetro importante uma vez que, estando as clulas expostas aos raios solares, o

    seu aquecimento considervel. Alm disso, uma parte da incidncia solar absorvida no convertida em

    energia elctrica, mas sim dissipada sob a forma de calor. Esta a razo porque a temperatura de uma

    clula sempre superior temperatura ambiente [11].

    Para estimar a temperatura da clula, a partir da temperatura ambiente, pode utilizar-se a equao (2.12).

    3 3C _`;3 ' J ' KDa;b

    Onde,

    cd a temperatura da clula em C; ce a temperatura ambiente medida em C; fgho ndice de claridade; ijPc a temperatura nominal de funcionamento da clula.

    A variao da temperatura faz com que os pontos de operao correspondentes extraco de potncia

    mxima variem. Analisando a figura 2.11 verifica-se, que o valor da tenso em circuito aberto baixa com

    o aumento da temperatura, enquanto que o valor da corrente de curto-circuito pouco varia.

    Figura 2.11 - Efeito causado pela temperatura na clula. [11]

    2.2.1.7. Tecnologias das clulas fotovoltaicas

    Dependendo do material utilizado no fabrico das clulas solares fotovoltaicas, estas podem ser

    classificadas como clulas monocristalinas, policristalinas e amorfas.

    No entanto existem novas tecnologias em fase de desenvolvimento e comercializao. As clulas que

    utilizam estas novas tecnologias so denominadas por clulas de pelcula fina. De seguida feita uma

    breve descrio sobre as diferentes tecnologias das clulas solares fotovoltaicas.

  • 25

    Clulas monocristalinas

    O silcio monocristalino o material mais usado na composio das clulas fotovoltaicas, atingindo cerca

    de 60% do mercado. A uniformidade da estrutura molecular resultante da utilizao de um cristal nico

    ideal para potenciar o efeito fotovoltaico. As clulas monocristalinas foram as primeiras a serem

    elaboradas a partir de um bloco de silcio cristalizado num nico cristal. Apresentam-se sob a forma de

    placas redondas, quadradas ou pseudo quadradas [12]. Contudo, apresentam dois inconvenientes:

    Preo elevado;

    Elevado perodo de retorno do investimento.

    A figura 2.12 apresenta o aspecto visual das clulas monocristalinas.

    Figura 2.12 - Clulas monocristalinas. [12]

    Clulas policristalinas

    O silcio policristalino, constitudo por um nmero muito elevado de pequenos cristais da espessura de

    um cabelo humano, dispe de uma quota de mercado de cerca de 30%. As descontinuidades da estrutura

    molecular dificultam o movimento de electres e encorajam a recombinao com as lacunas, o que reduz

    a potncia de sada. O processo de fabricao mais barato do que o do silcio cristalino. A figura 2.13

    apresenta o aspecto visual deste tipo de clulas [12].

    Figura 2.13 - Clulas policristalinas. [12]

  • 26

    Clulas amorfas

    As clulas amorfas so compostas por um suporte de vidro ou de outra matria sinttica, na qual deposta

    uma camada fina de silcio (a organizao dos tomos j no regular como num cristal). O rendimento

    deste tipo de clulas mais baixo do que nas clulas cristalinas mas, mesmo assim, a corrente produzida

    razovel.

    A sua gama de aplicaes so os pequenos produtos de consumo como relgios, calculadoras, mas podem

    tambm ser utilizadas em instalaes solares. Apresentam como vantagem o facto de reagirem melhor

    luz difusa e luz fluorescente e, portanto, apresentarem melhores desempenhos a temperaturas elevadas.

    A figura 2.14 apresenta o aspecto visual das clulas amorfas [12].

    Figura 2.14 Clulas amorfas. [12]

    Clulas de pelcula fina

    As clulas de pelcula fina tais como CIS, CdTe e CiGs, encontram-se em fase de desenvolvimento.

    Apesar de possurem baixas eficincias, as clulas de pelcula fina apresentam-se como uma alternativa

    promissora ao silcio, por serem muito mais resistentes aos efeitos de sombreamento e a temperaturas

    elevadas. Estas apresentam custos de produo mais baixos.

    Os painis solares de CIS apresentam, como o a-Si (silcio amorfo) e o CdTe, uma agradvel aparncia

    esttica. Apresentam rendimentos algo inferiores ao do silcio, mas em contrapartida encontram

    aplicaes arquitectnicas diversas, devido s vantagens de utilizarem tecnologias de pelculas finas e

    permitirem a passagem parcial de luz. No caso do CdTe, a pouca abundncia dos elementos envolvidos e

    a sua toxicidade so aspectos que tm de ser considerados se esta tecnologia atingir quantidades

    significativas de produo. O aspecto visual das clulas de pelcula fina est representado na figura 2.15

    [12].

    Figura 2.15 Clulas de pelcula fina. [12]

  • 27

    A tabela seguinte apresenta os rendimentos tpicos e tericos obtidos com cada uma destas tecnologias.

    Tabela 2.2 - Rendimentos das diferentes tecnologias.

    Material da clula Solar Eficincia da Clula

    Silcio monocristalino 11-16%

    Silcio policristalino 10-14%

    Silcio Cristalino de pelcula fina 6-8%

    CIS, CIGS 4-7%

    2.2.2. Mdulos e painis fotovoltaicos

    Os mdulos fotovoltaicos so constitudos por agrupamentos de clulas ligadas em srie e/ou em paralelo

    de forma a se obter os valores desejveis de tenso e corrente.

    2.2.2.1. Associao de clulas

    Associao de clulas em srie

    Num agrupamento ligado em srie, as clulas so atravessadas pela mesma corrente e a caracterstica

    resultante deste agrupamento obtida pela adio das tenses aos terminais das clulas, para um mesmo

    valor de corrente, como mostra a figura 2.16.

    Figura 2.16 - Associao de clulas em srie.

    Logo:

    k k k l k (2.13) - - - l - (2.14)

    Associao de clulas em paralelo

    Num agrupamento ligado em paralelo, as clulas esto submetidas mesma tenso e as intensidades de

    corrente adicionam-se. A caracterstica resultante obtm-se por adio de correntes, para um mesmo valor

    de tenso, como mostra a figura 2.17.

  • 28

    Figura 2.17 - Associao de clulas em paralelo.

    Logo:

    k k k l k (2.15) - - - l - (2.16)

    A grande maioria dos mdulos so construdos associando em primeiro lugar as clulas em srie at se

    obter um nvel de tenso considervel, e depois associando-as em paralelo at alcanar o nvel de corrente

    desejado.

    2.2.2.2. Pontos quentes, dodos de derivao e sombreamento

    Sob determinadas condies de funcionamento, uma clula solar sombreada pode aquecer at ao ponto de

    se danificar, dando origem a um ponto quente. Isto pode acontecer quando flui uma corrente inversa

    relativamente elevada atravs da clula solar.

    Quando uma clula solar fica totalmente obscurecida, esta clula passa a estar inversamente polarizada,

    passando a absorver energia elctrica, convertendo-a em calor. No caso da corrente que a atravessa ser

    suficientemente elevada, no mximo igual corrente de curto-circuito, resulta um ponto quente conforme

    se pode verificar na figura 2.18 [12].

    Figura 2.18 Clula solar com ponto quente. [12]

    De modo a prevenir a ocorrncia de pontos quentes, a corrente deve ser desviada da clula solar atravs

    de uma derivao que, por sua vez, conseguida atravs de um dodo de derivao ligado em anti-

    paralelo com as clulas solares impedindo assim o aparecimento de tenses inversas elevadas nas clulas

  • 29

    solares. Na prtica os dodos de derivao so colocados em anti-paralelo com um conjunto de 18 a 20

    clulas solares, conforme figura 2.19 [12].

    Figura 2.19 - Mdulo fotovoltaico sombreado com dodos de derivao. [12]

    Em caso de sombreamento de um mdulo solar, a caracterstica I-V do mdulo ser modificada pelo

    dodo de derivao. Na ausncia deste, a corrente total do mdulo seria determinada pela clula

    sombreada [12].

    2.2.2.3. Caractersticas tcnicas dos mdulos

    A norma europeia Standard EN 50380 especifica quais as caractersticas tcnicas que os fabricantes

    devem apresentar nas folhas descritivas das caractersticas dos mdulos fotovoltaico [13]. Nem todos os

    fabricantes respeitam esta norma, no fornecendo todas as caractersticas tcnicas que a norma impe,

    que so:

    Potncia nominal de pico;

    Tenso no ponto de potncia mxima;

    Corrente no ponto de potncia mxima;

    Tenso em circuito aberto;

    Corrente em curto-circuito;

    Coeficiente de variao da tenso em funo da temperatura;

    Coeficiente de variao da corrente em funo da temperatura.

    Estes valores so vitais para se poderem realizar estimativas da quantidade de energia gerada, bem como

    verificar a compatibilidade de ligao com outros componentes do sistema fotovoltaico. Todos estes

    valores so obtidos em condies de teste (STC).

  • 30

    O coeficiente de temperatura muito importante porque em dias em que o valor de radiao elevado, a

    temperatura nas clulas aumenta, podendo chegar aos 70C, causando uma reduo do rendimento. Por

    outro lado a baixas temperaturas, o valor de tenso em circuito aberto aumenta, colocando em risco o

    estado da clula fotovoltaica.

    As caractersticas construtivas dos mdulos tambm devem ser evidenciadas, nomeadamente:

    Dimenses (Comprimento e largura);

    Espessura;

    Peso.

    As caractersticas construtivas mencionadas anteriormente so de crucial importncia para a realizao do

    projecto, porque estes dados permitem-nos escolher as estruturas de suporte e o espao que os mdulos

    vo ocupar.

    Na figura 2.20 est exemplificada uma folha de caractersticas de um mdulo fotovoltaico.

    Figura 2.20 - Caractersticas tcnicas de um mdulo fotovoltaico.

    2.2.2.4. Aspectos a ter em conta na escolha do mdulo

    Existe uma enorme variedade de opes de mdulos fotovoltaicos no mercado, mas tal como foi dito

    anteriormente nem todos respeitam as normas e por consequncia nem todos esto certificados. Quando

    se faz a escolha de um mdulo fotovoltaico necessrio ter em conta alguns factores, como por exemplo:

    Qualidade - com uma inspeco visual pode-se verificar se as caractersticas construtivas do

    mdulo so fiveis. O carimbo de certificao do mdulo por si, j deve garantir que o mdulo

    foi construdo segundo as normas. Por outro lado, o prprio fabricante dos mdulos por norma

    j um factor que influencia a escolha do mdulo.

    Tipo de clula solar - o tipo de clula solar pode ser monocristalina, policristalina ou de pelcula

    fina.

    Questo da eficincia - ao analisar a eficincia das clulas fotovoltaicas verifica-se que quanto

    maior o valor da eficincia menor vai ser a rea ocupada por kW produzido. Esta caracterstica

    evidenciada na figura 2.21.

  • 31

    Figura 2.21 - Eficincia dos mdulos monocristalinos, policristalinos, de pelcula fina e amorfos. [13]

    2.2.2.5. Potncia produzida, ngulo de inclinao e orientao

    A radiao medida numa superfcie horizontal ao longo de um determinado perodo de tempo sendo

    este valor dado em m)n*+,. Pode ser uma mdia anual, mensal ou um valor dirio. A potncia produzida por um mdulo fotovoltaico calculada atravs da equao (2.17).

    ZD%CZopqC Zr _s%noC%oCCtum)nF

    A quantidade de energia produzida por um sistema fotovoltaico influenciada pela orientao do painel e

    pelo ngulo de inclinao deste relativamente ao plano horizontal. Se estes parmetros proporcionarem

    um aumento da

    energia captada pelos mdulos, a energia produzida tambm vai aumentar.

    Para se poderem calcular estes valores existem alguns programas que nos permitem obter ngulos de

    inclinao e orientao ptimos de forma a se obter valores de extraco de radiao mximos, pelo que

    no trabalho desenvolvido recorri ao site da Pvgis [14] em que se define a localidade e o programa fornece

    dados de radiao mdia anual, mensal e nmero de horas de radiao. Permite ainda a obteno do valor

    de inclinao e orientao ptimos.

    2.3. Tecnologias dos conversores electrnicos

    Os conversores electrnicos de potncia so utilizados para converter a energia elctrica produzida em

    CC pelo painel fotovoltaico em CA monofsica ou trifsica com caractersticas de frequncia e tenso

    adequadas para a sua ligao rede (sistemas ligados rede) ou para ser utilizada em sistemas

    autnomos.

    O inversor estabelece a ligao entre o sistema fotovoltaico e a rede. A sua principal tarefa consiste em

    converter o sinal elctrico contnuo do painel num sinal elctrico alternado, e ajust-lo para a frequncia e

    nvel de tenso da rede qual est ligado.

  • 32

    Dependendo da aplicao, existe uma distino entre os inversores utilizados nos sistemas com ligao

    rede (inversores de rede) e nos sistemas autnomos (inversores autnomos).

    Nos sistemas fotovoltaicos com ligao rede, o inversor ligado rede elctrica principal de forma

    directa ou atravs da instalao do servio elctrico do prdio. Com uma ligao directa, a electricidade

    produzida injectada directamente na rede elctrica pblica. Com a ligao instalao do prdio, a

    energia gerada em primeiro lugar consumida no prdio, sendo ento a excedente fornecida rede

    pblica.

    Os inversores ligados rede elctrica podem ser classificados em dois tipos:

    Comutados pela prpria rede elctrica, utilizando o sinal da mesma para se sincronizar;

    Auto-comutados, em que um circuito electrnico no inversor controla e sincroniza o sinal dele

    ao sinal da rede.

    O PPM varivel ao longo do dia, principalmente em funo das condies ambientais, tais como a

    radiao e a temperatura. Os inversores ligados directamente ao painel fotovoltaico possuem um seguidor

    do PPM para maximizar a transferncia de energia.

    necessrio que os inversores se desliguem da rede elctrica quando esta for desligada, razo pela qual

    se recomenda o isolamento galvnico obtido com o uso de transformadores no sistema inversor.

    Em relao qualidade da energia, os parmetros de qualidade devem estar dentro dos nveis estipulados

    nomeadamente o baixo contedo de harmnicos e a forma de onda, a qual deve ser sinusoidal.

    Num sistema solar fotovoltaico ligado rede podem ser utilizados diferentes tipos de inversores,

    dependendo da configurao do painel fotovoltaico: inversores centrais, inversores de fileira e inversores

    de multi-fileira [13].

    Normalmente os painis solares fotovoltaicos so ligados a um nico inversor central. No entanto se um

    sistema possui uma potncia instalada elevada ou se possui vrias partes situadas em locais distintos,

    podem ser necessrios vrios inversores.

    Nas subseces seguintes apresentada uma breve descrio das possveis configuraes para os

    inversores.

    2.3.1. Configuraes de inversores para sistemas ligados rede

    Tal como referido anteriormente na subseco 2.2.8, os mdulos fotovoltaicos podem ser ligados em

    srie, em paralelo ou em associaes srie-paralelo.

    O tamanho e nmero das fileiras so determinados com base na escolha do inversor, tendo em conta a

    potncia de sada do mdulo. Para um conjunto de mdulos ligados em srie, a corrente de sada da fileira

    igual corrente produzida por um nico mdulo, sendo o valor da tenso igual soma das tenses aos

    terminais de cada mdulo na fileira. No caso de os mdulos estarem ligados em paralelo, a tenso global

    permanece igual a tenso de sada de cada mdulo e a corrente igual soma das correntes individuais

    produzidas em cada mdulo.

    Em sistemas ligados rede os mdulos fotovoltaicos so normalmente ligados em srie formando fileiras,

    pelo que o valor mximo da tenso da fileira deve ser inferior ao valor mximo da tenso nominal do

  • 33

    inversor. No entanto, pode haver necessidade de ligar mdulos fotovoltaicos em paralelo no caso de

    sombreamentos de partes do painel fotovoltaico do sistema, no caso de o painel ser constitudo por

    mdulos com diferentes caractersticas elctricas ou ainda quando necessrio cumprir com um

    determinado valor da tenso de sada das fileiras.

    Neste contexto podem ser definidas as seguintes configuraes de inversores:

    Inversor Central, quando a converso CC/CA de todo o sistema fotovoltaico assegurada por

    um nico inversor.

    Inversor de fileira, quando utilizado um inversor por fileira para efectuar a converso CC/CA.

    Inversor de vrias fileiras, no caso da converso CC/CA de uma ou vrias fileiras ser realizada

    por um inversor.

    Inversor com mdulo integrado, quando utilizado um inversor por cada mdulo.

    Nas subseces seguintes apresentada uma breve descrio de cada uma destas configuraes.

    2.3.1.1. Inversor central

    Neste tipo de configurao todos os mdulos que constituem o painel fotovoltaico esto ligados a um

    nico inversor, tal como apresentado na figura 2.22. Normalmente todas as fileiras do painel fotovoltaico

    so ligadas numa caixa de juno antes de serem ligadas no inversor.

    Os inversores centrais oferecem uma alta eficincia e baixo custo. No entanto a sua utilizao restrita a

    mdulos com iguais caractersticas elctricas e sujeitos a condies de sombreamentos semelhantes. Caso

    contrrio, apesar de os mdulos possurem caractersticas diferentes, a tenso e a corrente entrada do

    inversor possuem valores nicos, sendo o ponto de potncia mxima determinado em base nesses valores

    de tenso e corrente. Pelo facto do sistema no ter capacidade de diferenciar os pontos de potncia

    mxima das vrias fileiras de mdulos, a eficincia do sistema reduzida.

    Por outro lado a fiabilidade do sistema fotovoltaico est limitada pelo facto deste depender de um s

    inversor e em caso de falhas do mesmo toda instalao fica comprometida [15].

    Figura 2.22 - Inversor central. [15]

  • 34

    2.3.1.2. Inversor de fileira

    Nos sistemas fotovoltaicos de grandes dimenses compostos por varias fileiras com diferentes orientaes

    ou sujeitos a diferentes condies de sombreamento, a instalao de um inversor por cada fileira de

    mdulos permite uma melhor adaptao do ponto de potncia mxima s condies de radiao. Assim

    mdulos sujeitos a condies de funcionamento semelhantes (radiao e sombreamento) devem estar

    ligados na mesma fileira e esta, por sua vez, ao inversor de fileira.

    A ligao dos inversores s fileiras de mdulos tem as seguintes vantagens em comparao com a

    configurao de inversores centralizados [15]:

    A adaptao individual do ponto de potncia mximo de cada fileira permite o aumento da

    eficincia do sistema;

    O efeito de ligaes defeituosas reduzido, assim como o efeito associado s questes de

    sombreamento (reduo de potncia mxima do sistema pelo facto de apenas uma parte se

    encontrar sombreada);

    Em caso de avaria de uma fileira, a energia produzida nas restantes continua a ser entregue

    rede.

    Estas vantagens das qualidades tcnicas conduzem a uma soluo de custo mais reduzido e a um aumento

    de eficincia energtica da instalao, assim como da fiabilidade da mesma [15]. A figura 2.23 representa

    o inversor de fileira.

    Figura 2.23 - Inversor de fileira. [15]

    2.3.1.3. Inversor de vrias fileiras

    A configurao inversor de vrias fileiras combina os conceitos de inversor central e inversor de fileira.

    Do ponto de vista do painel fotovoltaico esta configurao consiste em vrios inversores de fileira, mas

    do ponto de vista da rede a configurao vista como um nico inversor central, tal como apresentado na

    figura 2.24.

    O inversor de vrias fileiras foi desenvolvido especialmente para ser utilizado em situaes onde o painel

    fotovoltaico no possui inclinao nem orientao uniforme, sendo portanto composto por diferentes tipos

  • 35

    de mdulos por fileira, com diferentes nmeros de mdulos ou o painel est instalado num local onde

    existe sombreamento.

    Este tipo de configurao permite que seja seguido o ponto de potncia mxima de cada fileira e/ou

    conjunto de fileiras de forma individual, atravs do conversor CC/CC, partilhando assim todas as

    vantagens das configuraes apresentas nas subseces anteriores. As instalaes deste tipo esto numa

    faixa de potncia mdia de 3 at 10 kW [15].

    Figura 2.24 - Inversor de vrias fileiras. [15]

    2.3.1.4. Inversor com mdulo integrado ou mdulo CA

    A eficincia global de um sistema fotovoltaico ser maior se for garantido o funcionamento permanente e

    individual de cada mdulo no seu PPM. Assim o mdulo fotovoltaico e inversor devem ser integrados

    numa nica unidade, tal como se pode verificar no sistema fotovoltaico apresentado na figura 2.25. Uma

    das vantagens desta configurao reside na sua modularidade, permitindo uma expanso simples do

    sistema. As desvantagens destes mdulos so os seus elevados custos e a sua baixa eficincia, pelo menos

    quando comparada com a eficincia do inversor de fileira [15].

    No entanto, a menor eficincia compensada pela maior produo que resulta do ajuste individual de

    cada mdulo no seu PPM. Assim, os mdulos fotovoltaicos esto directamente ligados rede, esta

    topologia necessita de cabos CA de maior comprimento do que as demais configuraes. Estas unidades

    mdulos/inversores de potncias que variam de 50 at 400W esto actualmente disponveis no mercado e

    so designados por mdulos CA [15].

  • 36

    Figura 2.25 - Inversor com mdulo integrado ou mdulo CA. [15]

    2.3.1.5. Especificaes tcnicas dos inversores ligados rede

    O inversor converte a CC produzida pelos mdulos fotovoltaicos em CA. As especificaes tcnicas que

    devem constatar na ficha tcnica de um inversor so [15]:

    Entrada em CC:

    Potncia em CC mxima;

    Tenso em CC mxima;

    Corrente mxima de entrada;

    Valor mnimo e mximo de tenso no ponto de potncia mxima;

    Valor de consumo em stand-by.

    Sada em CA:

    Potncia nominal em CA;

    Potncia mxima em CA;

    Corrente mxima de sada;

    Corrente nominal;

    Eficincia.

    A eficincia a relao entre a potncia de sada e a potncia de entrada do inversor. A eficincia dos

    inversores varia e tem uma tendncia a diminuir quando estes esto a funcionar abaixo do valor da sua

    potncia nominal.

    Outra caracterstica a considerar nas especificaes tcnicas de um inversor a forma de onda. As formas

    de onda mais comuns so: a quadrada, a quadrada modificada e a sinusoidal. Para construir inversores

    com forma de onda sinusoidal comum utilizar a tecnologia PWM, onde so utilizados dispositivos

    electrnicos para modular a largura de impulsos de uma onda quadrada obtendo assim uma sequncia que

    reproduz o perfil de tenses de uma forma de onda sinusoidal. A forma da onda uma indicao da

  • 37

    qualidade do inversor e quanto mais perfeita for a sinusoidal sada do inversor maior vai ser o seu custo.

    Ela depende do mtodo de converso e filtragem utilizado para eliminar os harmnicos indesejveis

    resultantes da converso.

    2.3.2. Inversores para sistemas autnomos

    Num sistema fotovoltaico isolado o armazenamento de energia nas baterias e o fornecimento de energia

    para o consumo feito em CC. Os inversores so utilizados para possibilitar o uso de aparelhos elctricos

    convencionais que requerem alimentao em CA (V=230V e f=50Hz) a partir da rede em CC. Um

    sistema isolado tpico apresentado a seguir atravs da figura 2.26.

    Figura 2.26 Sistema autnomo com inversor autnomo. [13]

    Os inversores utilizados nos sistemas autnomos possuem caractersticas bastante diferentes dos

    inversores utilizados em sistemas ligados rede e so, por vezes, conhecidos como inversores para

    baterias ou inversores autnomos [13].

    A escolha de um inversor para um sistema deste tipo feita tendo em conta a potncia do inversor e

    atendendo a que a potncia nominal do inversor deve ser suficiente para alimentar as cargas de forma

    contnua.

    Quando no sistema autnomo existirem motores ou outras cargas que exijam correntes de arranque

    elevadas, o inversor dever ter capacidade de fornecer essas correntes de arranque. Por outro lado, os

    inversores utilizados em sistemas fotovoltaicos autnomos tm que ser eficientes. Segundo o manual [13],

    estes inversores devem possuir as seguintes caractersticas:

    Gerar uma onda de tenso em CA estvel;

    A tenso CC de entrada deve acautelar as variaes de tenso na bateria;

  • 38

    Ser dimensionado de modo a ter capacidade de alimentar continuamente todas as cargas;

    Capacidade de fornecer correntes de arranque elevadas;

    Elevada eficincia para diferentes condies de carga;

    Fiabilidade elevada;

    Baixa interferncia electromagntica;

    Baixo consumo quando no h carga a ser alimentada.

    Num sistema autnomo podem ser usados dois ou mais inversores. No entanto devem ser ligados a

    circuitos distintos pois caso contrrio podem sofrer danos.

    Existem no mercado inversores sofisticados que podem funcionar em paralelo segundo uma filosofia

    mestre-escravo, permitindo assegurar o nvel mais elevado de segurana e aumentar a eficincia de

    sistemas de grande dimenso evitando a alimentao das cargas (por inversores) de forma separada.

    2.4. Baterias, requisitos de carga e carregadores

    Em sistemas fotovoltaicos autnomos, dado que a produo e consumo de energia muitas vezes no

    coincidem, quer ao longo do dia, quer ao longo dos dias do ano, o armazenamento de energia assume um

    papel fundamental. Para tal so utilizadas baterias, as quais devem possuir tempos de vida til longos em

    condies de carga e descarga dirias, tambm conhecidas como baterias de alta profundidade de carga.

    Outras caractersticas importantes so uma elevada eficincia de carga, mesmo para baixas correntes de

    carga e uma baixa razo de auto-descarga.

    As baterias so uma forma de armazenamento de energia, pois so capazes de transformar directamente

    energia elctrica em energia potencial qumica e posteriormente converter, directamente, a energia

    potencial qumica em elctrica. Cada bateria composta por um conjunto de clulas electroqumicas

    ligadas em srie de modo a obter a tenso elctrica desejada [16].

    De modo a proteger as baterias contra sobrecargas so utilizados controladores de carga. Questes

    relacionadas com as baterias e controladores de carga so apresentados nas subseces seguintes.

    2.4.1. Tipos de baterias

    A escolha apropriada da bateria, bem como da sua capacidade, uma tarefa essencial de modo a

    assegurar o adequado funcionamento do sistema solar fotovoltaico autnomo e proporcionar bateria um

    longo tempo de vida til.

    As baterias podem ser classificadas em duas categorias, primria e secundria. As baterias primrias no

    podem ser recarregadas, ou seja, uma vez esgotados os reagentes que produzem energia elctrica, devem

    ser descartadas. As secundrias podem ser recarregadas atravs da aplicao de uma corrente elctrica aos

    seus terminais. Os sistemas fotovoltaicos utilizam baterias do tipo recarregveis sendo as de chumbo-

    cido e as de nquel-cdmio as mais comuns [17].

  • 39

    O ciclo de carga/descarga das baterias repete-se diariamente, pelo que deve ser tido em conta o valor da

    percentagem de descarga no dimensionamento, uma vez que ir determinar o tempo de vida til da

    bateria. Em resultado do processo de carga/descarga a capacidade da bateria diminui, sendo a perda de

    capacidade maior quanto maior for a profundidade de descarga. Para aumentar a durabilidade das baterias

    necessrio garantir um ciclo de carga/descarga adequado, de acordo com as recomendaes do

    fabricante. O nvel de carga de uma bateria nunca deve ser inferior ao valor mximo permitido para a sua

    profundidade de carga. A escolha da bateria a ser utilizada em sistemas fotovoltaicos autnomos requer a

    avaliao das suas caractersticas. Par alm da razo custo/desempenho, capacidade, requisitos de

    manuteno, tamanho e espao necessrio sua instalao, a sua eficincia e razo de auto descarga

    devem tambm ser tidos em conta [16].

    Nas subseces seguintes apresentada a descrio destes dois tipos de baterias.

    2.4.1.1. Bateria chumbo-cido

    As baterias de chumbo-cido possuem esta denominao, porque so constitudas por uma soluo

    aquosa de cido sulfrico. So formadas por elementos constitudos por duas placas de polaridades

    opostas, isoladas entre si e banhadas pela soluo de cido sulfrico. A capacidade medida pela

    quantidade de carga elctrica ou seja pelo nmero de horas que uma determinada corrente pode ser

    fornecida por uma bateria totalmente carregada, e expressa em Ampre - hora (Ah), isto o produto da

    corrente em ampres pelo tempo em horas corrigido para a temperatura de referncia [17].

    Devido ao seu baixo custo e grande disponibilidade no mercado, as baterias de chumbo-cido so

    frequentemente utilizadas nos sistemas solares fotovoltaicos autnomos. A clula electroqumica de

    chumbo-cido possui uma tenso nominal de 2Vcc. Assim vrias destas clulas so ligadas em srie de

    modo a obter nos terminais da bateria valores de tenso desejveis. No mercado existem baterias de

    chumbo-cido de 12, 24 e 48 V. No entanto a tenso nos terminais da bateria depende do seu estado de

    carga e do processo de carga/descarga, baixando durante o processo de descarga e subindo durante o

    processo de carga.

    2.4.1.2. Bateria nquel-cdmio

    As baterias de nquel-cdmio so tambm utilizadas em sistemas de gerao de energia elctrica

    fotovoltaica. Apresentam uma estrutura fsica semelhante s das baterias chumbo-cido, utilizando

    hidrxido de nquel para as placas positivas, xido de cdmio para as placas negativas e hidrxido de

    potssio para o electrlito.

    As baterias de nquel-cdmio, quando comparadas com as de chumbo-cido, so menos afectadas por

    sobrecargas e podem ser totalmente descarregadas. No estando sujeitas a sulfatao, possuem um custo

    mais elevado que as chumbo-cido [17].

  • 40

    2.4.2. Requisitos de carga e carregadores

    Tal como j foi referido anteriormente, nos sistemas fotovoltaicos autnomos a tenso aos terminais do

    painel fotovoltaico dever ser compatvel com a tenso nominal da bateria, devendo ser a tenso do painel

    superior tenso da bateria.

    Tendo em conta a dependncia da tenso aos terminais do painel com a temperatura, conveniente que

    para temperaturas elevadas a tenso gerada seja suficientemente elevada para possibilitar a carga das

    baterias e para valores baixos de temperatura conveniente garantir que a tenso do painel fotovoltaico

    no supere a tenso de carga da bateria. Assim, o controlador de carga mede a tenso da bateria e protege-

    a contra a possibilidade de sobrecarga. No caso da tenso no painel ser superior tenso da bateria, o

    controlador de carga evita que a bateria descarregue atravs do painel, atravs da utilizao de dodos de

    bloqueio que evitam a passagem de corrente inversa.

    Como as baterias so em geral muito sensveis tanto a sobrecargas como a descargas profundas, a

    utilizao do controlador de carga contribui significativamente para o aumento do seu tempo de vida til.

    Os controladores de carga so compostos por um circuito de controlo e outro de comutao. Tendo em

    conta que a tenso mxima de carga e mnima de descarga da bateria dependem do seu estado de carga, o

    circuito de controlo monitoriza a tenso, corrente e tambm a temperatura da bateria, processa essas

    informaes e gera sinais de controlo para o circuito de comutao. O circuito de comutao formado

    por dispositivos semi-condutores de potncia que controlam a tenso e/ou a corrente de carga ou de

    descarga das baterias.

    As principais funes atribudas aos controladores de carga das baterias so:

    Assegurar o carregamento da bateria;

    Evitar a sobrecarga da bateria;

    Bloquear corrente inversa entre a bateria e o painel;

    Prevenir descargas profundas (no caso de baterias chumbo-cido).

    Existem basicamente dois tipos de controladores: os que so ligados em paralelo e os que so ligados em

    srie. Os controladores ligados em paralelo so constitudos por transstores que dissipam a potncia

    gerada em excesso, quando a tenso nos plos da bateria atingir um determinado valor. A tenso de corte

    recomendada de 2,35 V/elemento quando a temperatura for de 25C. Neste caso, conveniente instalar

    um dodo de bloqueio entre a bateria e o transstor para evitar dissipao da energia das baterias atravs

    dos transstores. Por sua vez, os controladores ligados em srie desligam os painis das baterias quando a

    tenso atinge o valor correspondente tenso mxima de carga. O interruptor utilizado pode ser um

    dispositivo electromecnico, como um rel, ou esttico, como por exemplo um transstor.

    Os controladores de carga em paralelo e em srie nem sempre conseguem fazer o melhor aproveitamento

    da energia solar disponvel. As perdas de energia podem ser da ordem dos 10% aos 40%, dependendo da

    tenso da bateria, da radiao e da temperatura. Estas perdas podem ser evitadas utilizando um sistema de

    PPM, que consiste essencialmente num conversor CC/CC regulado. A regulao executada pelo

    controlador PPM, que num dado intervalo de tempo percorre a curva caracterstica corrente-tenso do

  • 41

    gerador fotovoltaico e determina o PPM. O conversor CC/CC regulado de forma a ajustar o sinal de

    sada em funo da tenso de carga da bateria. Os controladores de carga PPM so mais utilizados para

    potncias fotovoltaicas superiores a 500 W [12].

    2.5. Outros equipamentos

    Para alm dos equipamentos descritos anteriormente existem outros equipamentos necessrios ao bom

    desempenho do sistema fotovoltaico global. Nas subseces seguintes feita uma breve descrio destes

    componentes.

    2.5.1 Condutores de ligao ao gerador

    Para a instalao elctrica de um sistema fotovoltaico apenas devem ser usados cabos que cumpram os

    requisitos para este tipo de aplicaes. , tambm, conveniente fazer a distino entre os cabos de

    mdulos, cabo principal CC e cabo do ramal CA.

    Designam-se por cabos de mdulo ou cabos de fileira, os condutores que estabelecem a ligao elctrica

    entre os mdulos individuais de um gerador solar e a caixa de juno do gerador. Estes cabos so

    geralmente aplicados no exterior. Com o objectivo de garantir proteco contra a ocorrncia de defeitos

    de terra, bem como, de curto-circuitos, os condutores positivos e negativos no podem ser colocados lado

    a lado no mesmo cabo.

    Cabos mono condutores com isolamento duplo tm sido a melhor soluo, oferecendo uma elevada

    segurana. Contudo, a verso standard deste tipo de cabo apenas permite temperaturas mximas de 60C

    [18].

    2.5.2. Condutor principal CC

    O cabo correspondente ao condutor principal CC estabelece a ligao entre a caixa de juno do gerador e

    o inversor. Se a caixa de juno do gerador estiver localizada no exterior, estes cabos devem ser

    entubados, uma vez que no so resistentes aos raios ultravioletas. Sempre que houver possibilidade de

    opo, os cabos de policloreto de vinilo no devero ser usados no exterior [18].

    2.5.3. Condutor de ligao CA

    O cabo de ligao de CA liga o inversor rede receptora, atravs do equipamento de proteco. No caso

    dos inversores trifsicos, a ligao rede de baixa tenso efectuada com um cabo de cinco plos. Para

    os inversores monofsicos usado um cabo de trs plos [18].

  • 42

    2.5.4. Interruptor principal CC

    Na eventualidade de ocorrncia de defeitos ou para realizao de trabalhos de manuteno e de reparao

    necessrio isolar o inversor do gerador fotovoltaico, utilizando o interruptor principal CC, representado

    na figura 2.27. De acordo com a norma IEC 60364-7-712, Instalaes elctricas nos edifcios

    requisitos para instalaes ou localizaes especiais sistemas solares fotovoltaicos, estipulada a

    necessidade da instalao de um aparelho de corte da ligao acessvel entre o gerador fotovoltaico e o

    inversor.

    Figura 2.27 Interruptor principal DC.

    conveniente que o interruptor principal CC tenha poder de corte suficiente para permitir a abertura do

    circuito CC em condies de segurana. Deve tambm ser dimensionado para a tenso mxima em

    circuito aberto do gerador solar bem como para a corrente mxima [18].

    2.5.5. Equipamento de proteco CA

    Disjuntores

    Os disjuntores so aparelhos de proteco contra sobre intensidades, que podem voltar a ser rearmados

    depois de dispararem. Isolam automaticamente o sistema fotovoltaico da rede elctrica, caso ocorra uma

    sobrecarga ou curto-circuito e so frequentemente utilizados como interruptores CA [18].

    Disjuntores diferenciais

    Os disjuntores diferenciais so aparelhos de proteco sensveis corrente residual diferencial. Estes

    dispositivos observam a corrente que flui nos condutores de ida e de retorno do circuito elctrico. Caso

    a diferena entre ambas as correntes ultrapassem os 30mA, estes actuam o circuito em menos de 0,2

    segundos. Este dispositivo disparar se ocorrer uma falha de isolamento, um contacto directo ou indirecto

    [18].

  • 43

    2.6. Tipos de sistemas fotovoltaicos

    Hoje em dia os sistemas fotovoltaicos so usados num vasto conjunto de aplicaes distintas, de entre as

    quais se destacam as seguintes aplicaes em mdia potncia [2]:

    Electrificao rural, em que os sistemas fotovoltaicos so utilizados para o abastecimento de

    cargas domsticas em locais sem rede, bombagem de gua, irrigao, complemento de

    abastecimento de locais remotos com ou sem rede.

    Produo descentralizada, em que os sistemas solares fotovoltaicos so utilizados como fonte de

    produo dispersa, entregando rede a totalidade ou parte da energia produzida.

    Os sistemas fotovoltaicos, sozinhos ou com associao com outras fontes de energia renovveis so j

    competitivos para a alimentao de certos locais remotos onde as solues alternativas convencionais

    (gerador diesel ou rede elctrica) apresentam inconvenientes ambientais considerveis e so inferiores do

    ponto de vista econmico. No caso dos sistemas fotovoltaicos ligados rede, a situao bastante

    diferente, pois estes esto ainda longe de serem competitivos mesmo quando comparados com outras

    fontes de energia renovveis [6].

    Os sistemas solares fotovoltaicos podem ser explorados de trs formas distintas:

    Sistemas ligados rede;

    Sistemas isolados ou autnomos;

    Sistemas hbridos.

    Estes modos de operao dos sistemas fotovoltaicos so apresentados nas subseces seguintes.

    2.6.1. Sistemas Autnomos

    Um sistema fotovoltaico autnomo concebido para alimentar um conjunto de cargas sem a presena da

    rede elctrica, durante todo o ano. Assim, o dimensionamento do painel normalmente efectuado com

    base na radiao disponvel no ms com menor radiao solar. Em conjunto com o painel solar o sistema

    deve incluir tambm:

    Baterias, de m