Energia Solar Fotovoltaica

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SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS

APRESENTAÇÃO

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Designação: Energia Solar Fotovoltaica (F. Modular)

Formador: Bruno Alves

• email: [email protected]• tlm: 938 371 569

REFERENCIAL DE FORMAÇÃO

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Introdução

• Apresentação;

• Definição de energia solar fotovoltaica;

• Generalidades


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Tecnologia dos Sistemas Solares Fotovoltaicos

• Tipos de sistemas. Sistemas autónomos. Sem armazenamento. Com armazenamento. Sistemas ligados à rede eléctrica. Sistemas híbridos

• Tipos de ligação. Ligação em série. Ligação em paralelo


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Sistemas Solares Fotovoltaicos

. Esquemas de sistemas solares fotovoltaicos

. Funções e características dos elementos constituintes

. Módulos/células solares fotovoltaicas

. Bateria

. Regulador de carga

. Conversores de corrente contínua/corrente alternada

. Gerador auxiliar

. Instalação eléctrica (quadro eléctrico, cablagem, protecções contra descargas atmosféricas, disjuntores,fusíveis e outros elementos do circuito eléctrico)


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Sistemas Solares Fotovoltaicos

. Exemplo de Dimensionamento de um sistema ligado à rede;

. Exemplo de Dimensionamento de um sistema isolado.

Funcionamento e regulação

Normas técnicas e legislação aplicável

Manutenção e conservação – princípios

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

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A energia solar fotovoltaica corresponde a um sistema directo de

conversão, uma vez que os fotões da radiação solar interactuam de

um modo directo com sobre os electrões do captador fotovoltaico.

Dá-se então um efeito foto eléctrico e em consequência a geração

de corrente eléctrica.

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

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Componente BásicoComponente Básico

O componente básico deste modo directo de conversão é a célula

solar, com a qual se constroem os módulos solares ou painéis

solares, os quais proporcionam a corrente eléctrica, com um valor

que depende da radiação solar recebida.

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Constituição Básica do SistemaConstituição Básica do Sistema

Um conjunto de componentes permitem a acumulação de energia

eléctrica e sua posterior utilização na alimentação de

equipamentos eléctricos e até injecção da rede de distribuição.

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AplicaçõesAplicações

• Electrificação Habitacional

Inicialmente em locais de difícil acesso à rede de distribuição,

mas agora com uma aplicação mais abrangente.

• Agricultura e Pecuária

Aplicação na iluminação de estufas; bombeamento de água;

sistemas de rega; electrificação de cercas; entre outros.


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AplicaçõesAplicações

• Comunicações

Alimentação de repetidores de sistemas telefónicos, de rádio e

TV; sistemas de telemetria; sistemas telefónicos rurais.

• Sinalização

Iluminação de outdoors; balizas de sinalização; sinalização em

auto-estradas; estações meteorológicas; semáforos.


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Instalações Isoladas da RedeInstalações Isoladas da Rede

Obtenção de energia eléctrica para qualquer tipo de aplicação,

sem nenhum ponto de conexão com a rede pública de energia.

CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES

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Dois tipos:

Centralizadas – Centralizadas – cobrem as necessidades de um conjunto de

vivendas com o objectivo da redução do impacte ambiental e

económico.

Descentralizadas – Descentralizadas – cobrem as necessidades de uma só utilização.


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Diagrama de blocos

Painel Fotovoltaico

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Instalações Ligadas à RedeInstalações Ligadas à Rede

São as instalações que estão conectadas à rede pública e que

permite as seguintes possibilidades:

• Venda da totalidade da energia eléctrica gerada;

• Venda da energia eléctrica sobrante, segundo as necessidades do

local de geração da energia.


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Instalações Ligadas à RedeInstalações Ligadas à Rede

São introduzidos dois novos componentes em relação ao tipo de

instalação anterior. A saber:

• Inversor de rede – com a finalidade de sincronizar a fase da

energia a injectar com a da energia pública.

• Contador de energia – para medir a injecção de energia na rede,

para efeitos de cobrança.


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Diagrama de blocos

Painel Fotovoltaico

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História História

• Edmond Becquerel, em 1839, descreve o efeito fotovoltaico

como o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos

de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela

absorção de luz;

• Em 1876 foi concebida a primeira célula fotovoltaica;

• Em 1956 iniciou-se a produção industrial de células fotovoltaicas;

SEMICONDUTORES E EFEITO FOTOVOLTAICO

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História História

• A corrida espacial foi o grande impulsionador da industria

fotovoltaica;


Nave Nimbus - 1964

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História História

• A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em

aplicações terrestre;

• Em 1978 a produção industrial atingiu a marca de 1 MWp/ano;

• Em 1998 a produção atinge a marca de 150MWp/ano, sendo o

silício quase absoluto entre os materiais utilizados;


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Tecnologia dos Equipamentos FotovoltaicosTecnologia dos Equipamentos Fotovoltaicos

• O silício que é o segundo elemento mais abundante na natureza,

é explorado sob as seguintes formas:

Monocristalino;

Policristalino;

Amorfo.

CÉLULA FOTOVOLTAICA

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Silício PolicristalinoSilício Policristalino

• Obtidas a partir de lingotes de silício, por fusão do silício puro,

utilizando moldes especiais e com um arrefecimento lento;

• Os átomos organizam-se em cristais, formando uma estrutura

policristalina;

• Os lingotes são cortados depois em finas bolachas, para

construirem posteriormente as células fotovoltaicas.

TIPOS DE CÉLULAS

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Silício PolicristalinoSilício Policristalino

TIPOS DE CÉLULAS

Lingote e

Corte em bolachas

SilícioPolicristalino

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Silício MonocristalinoSilício Monocristalino

• Obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino

obtidos em fornos especiais e serrados em bolachas com espessura

de 0,4 a 0,5mm;

• A célula obtém-se a partir de um único cristal;

• A rede cristalina é a mesma e tem muito poucos defeitos ou

imperfeições;

TIPOS DE CÉLULAS

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Silício MonocristalinoSilício Monocristalino

• Processo de cristalização ainda complexo e caro, mas que leva a

uma maior eficiência;

• O método mais utilizado é o de Czochralski, em que se funde o

lingote policristalino por meio de indução electromagnética,

arrefecendo depois de forma lenta, o que leva à homogeneização

do cristal monocristalino de silício, para depois ser cortado em

finas bolachas

TIPOS DE CÉLULAS

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Silício AmorfoSilício Amorfo

• Deposição de finas camadas de plasma de silício monocristalino

sobre vidro, plásticos e outros materiais;

• Tem o rendimento mais baixo das células de silício, mas tem

maior estabilidade face à temperaturamaior estabilidade face à temperatura;

• Para temperaturas mais elevada é o que varia menos a sua

eficiência.

TIPOS DE CÉLULAS

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Silício AmorfoSilício Amorfo

TIPOS DE CÉLULAS

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ComparativoComparativo

TIPOS DE CÉLULAS

Tipo de Célula Rendimento Características

Monocristalino 15-18% • Cristal único• Bom rendimento• Cor azul homogénea

Policristalino 12-44% • Diferentes cristais • Preço inferior ao mono• Diferentes tons de azul

Amorfo <10% • Camada fina• Células finas em forma de lâmina• Cor castanha homogénea

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Efeitos da TemperaturaEfeitos da Temperatura

• Estes efeitos nos painéis FV fazem-se sentir negativamente na sua

eficiência, mais nos módulos mono e policristalinos;

• Os painéis de silício amorfo são uma boa solução em climas

quente, embora exijam uma área de implantação superior para

uma mesma potência.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

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Efeitos da TemperaturaEfeitos da Temperatura

• As células FV são estudadas nas Condições de Teste Standard

(CTS) para temperatura de 25ºC;

• O aumento da temperatura mantém a fonte de corrente mas

diminui a tensão, diminuindo assim a potência fornecida pelos

módulos.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

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Características Características

• As células FV são agrupadas em módulos fotovoltaicos e estes

agrupam-se em painéis de múltiplos módulos;

MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

CélulasFV

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Associação de 36 células em módulo FV

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• Em termos construtivos os módulos devem estar dotados de

meios que lhes permitam suportar as condições ambientais

adversas em que vão ser colocados;

• O acabamento, além dos aros de alumínio, leves e resistentes,

usa na película superficial o Etileno Acetato de Vinilo (EVA) e o

vidro.


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Suportes - FixosSuportes - Fixos


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Suportes RotativosSuportes Rotativos

Possui:Possui:

• Um Sistema Optoelectrónico Sistema Optoelectrónico detector do deslocamento Este-

Oeste do Sol.

• Um sistema electromecânico que é acoplado entre a estrutura

de solo e o suporte dos painéis, com a finalidade de modificar a

inclinação segundo os sinais eléctricos fornecidos pelo captador

optoelectrónico.


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Suportes RotativosSuportes Rotativos

• Com este tipo de estrutura conseguem-se rendimentos adicionais

de 20% a 40% no Verão, em relação aos fixos.


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Baterias de AcumuladoresBaterias de Acumuladores

• As baterias de acumuladores são muito importantes num sistema

fotovoltaico, pois permitem o armazenamento de energia

eléctrico;

• A sua importância deve-se ao facto de estas dotarem o sistema

de autonomia, pois a produção e o consumo de energia não

coincidem, quer durante o dia, quer durante a noite.

ACUMULADORES

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Bateria de Acumuladores de Chumbo-ÁcidoBateria de Acumuladores de Chumbo-Ácido

ACUMULADORES

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Bateria de Chumbo-Ácido Ventiladas (Vented Lead Acid – VLA)Bateria de Chumbo-Ácido Ventiladas (Vented Lead Acid – VLA)

ACUMULADORES

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ACUMULADORESBaterias de GelBaterias de Gel

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FunçãoFunção

• O inversor promove a ligação entre o painel fotovoltaico e a rede

ou carga AC (corrente alterna);

• Este equipamento promove a conversão do sinal DC (corrente

contínua) num sinal AC, com a amplitude e frequência da rede à

qual está ligado.

• São também chamados de conversores DC/AC.

INVERSORES

Energia Solar Fotovoltaica

Education

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