O aproveitamento da energia gerada pelo sol, inesgotável na escala
terrestre, tanto como fonte de calor quanto de luz, é hoje uma das alternativas
energéticas mais promissoras para prover a energia necessária ao
desenvolvimento humano.
ELETRICIDADE A PARTIR DO SOL
É cada vez maior o número de pessoas interessadas em produzir energia
elétrica para uso doméstico. Sejam motivadas pelos benefícios ambientais, ou
seja para suprir eventuais necessidades de segurança contra desligamentos da
rede elétrica convencional.
Os sistemas fotovoltaicos possibilitam a produção de energia elétrica a
partir da luz solar. É possível suprir as principais utilidades de iluminação,
aquecimento, bombeamento, alimentação de equipamentos, etc. em ambientes
residenciais, comerciais e industriais. O investimento necessário irá depender
diretamente da potência requerida.
A utilização de energia fotovoltaica garante confiabilidade, autonomia e
independência.
COMO FUNCIONA UM SISTEMA FOTOVOLTAICO - SFV
Um sistema Solar Fotovoltaico básico é composto de um ou mais painéis
fotovoltaicos, controlador de carga e baterias. Em alguns casos utiliza-se
também um inversor:
Painel fotovoltaico: Converte a luz solar em energia elétrica, normalmente 12 ou 24 Vdc - corrente contínua.
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| exemplo de sistema fotovoltaico interligado a rede elétrica |
Painel fotovoltaico: Converte a luz solar em energia elétrica, normalmente 12 ou 24 Vdc - corrente contínua.
Controlador
de carga: Gerencia o
carregamento da bateria, evitando sobrecargas e protegendo contra descargas
abaixo do permitido.
Bateria:
Armazena a energia elétrica gerada
pelo painel ao longo do dia, para ser usada à noite ou em dias muito nublados
ou chuvosos.
Inversor:
Converte a tensão da bateria,
tipicamente de 12 / 24 Vdc para 127 / 200 Vac - corrente alternada, para
alimentar equipamentos como televisores, rádios e outros.
PAINEL FOTOVOLTAICO
O Sol é a nossa maior fonte de
energia: poderosa, durável, confiável e disponível em todo o mundo. A cada
hora, a luz solar que atinge a Terra é maior do que a quantidade de energia
utilizada por cada pessoa no planeta em um ano inteiro.
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| painel fotovoltaico |
A energia Fotovoltaica, uma
tecnologia versátil e flexível, pode ser utilizada para atender quase todas as
necessidades em praticamente qualquer local. No espaço e no ar, na terra e no
mar, as células fotovoltaicas produzem energia quando e onde for necessário.
O que significa
fotovoltaico?
O termo fotovoltaico é derivado da
combinação da palavra grega fotos (luz), com voltaico, em homenagem a
Alessandro Volta, um pioneiro no estudo da eletricidade. Assim, uma célula solar
fotovoltaica (abreviado por PV) converte a luz solar em energia elétrica.
Como Funcionam as
Células Fotovoltaicas?
As Células Fotovoltaicas realizam
essa conversão sem partes móveis, ruído, poluição ou, radiação. Livres de
manutenção, as células fotovoltaicas são feitas de um material semicondutor,
geralmente de silício (um recurso muito abundante na Terra), que é tratado
quimicamente para criar uma camada de carga positiva e uma camada de carga
negativa.
Quando a luz solar atinge uma célula
fotovoltaica, um elétron é desalojado. Estes elétrons são recolhidos por fios
ligados à célula, formando uma corrente elétrica.
Quanto mais células, maior a
corrente e tensão. Um certo número de células dispostas lado a lado formam um
módulo ou painel fotovoltaico. Vários módulos juntos formam um arranjo de
painéis fotovoltaicos.
Os módulos vendidos comercialmente
possuem potências que variam desde 5 Watts até 300 Watts de potência, e
produzem corrente contínua (dc) semelhante a corrente da bateria de um
automóvel.
Utilizações da
Energia Solar:
Sistemas fotovoltaicos já fazem
parte de nossas vidas. As aplicações vão desde pequenas aplicações como
calculadoras e relógios de pulso até o fornecimento de eletricidade para as
bombas de água, sinalizações em estradas, equipamentos de comunicações,
satélites, casas móveis, medicina (para alimentar equipamentos médicos,
purificadores de água, refrigeradores para vacinas), bóias de navegação,
iluminação pública, iluminação de jardins, iluminação de casas e aparelhos
eletrodomésticos.
Especificações de
um painel Solar:
Veja um exemplo das principais
especificações de um painel fotovoltaico típico de 65 Watts:
§ Máxima potência (Pmax): 65 W (+10%,
-5%)
§ Tensão de máxima potência (Vmpp):
17,4 V
§ Corrente de máxima potência (Impp):
3,75 A
§ Tensão de circuito aberto (Voc):
21,7 V
§ Corrente de curto-circuito (Isc):
3,99 A
§ Máxima tensão do sistema: 600 V
§ Dimensões (AxLxH): 751 x 652 x 54mm
§ Peso: 6,0 Kg
CONTROLADOR DE CARGA E DESCARGA
O que é um
Controlador de Carga e Descarga?
É um componente utilizado nos
sistemas fotovoltaicos para gerenciar e controlar o processo de carga e
descarga do banco de baterias.
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| controlador de carga / descarga |
O controlador permite que as
baterias sejam carregadas completamente e evita que sejam descarregadas abaixo
de um valor seguro. É instalado eletricamente entre o painel fotovoltaico e as
baterias.
Um controlador típico possui:
§ Entrada para os painéis
fotovoltaicos
§ Saída para baterias
§ Saída para carga (corrente contínua
- dc)
Os Controladores modernos utilizam
uma tecnologia chamada PWM – Pulse
Width Modulation ou modulação por pulsos ou ainda a tecnologia MPPT
– Maximum Power Point Tracking para assegurar que a
bateria possa ser carregada até atingir sua capacidade máxima. A reposição dos
primeiros 70% a 80% da capacidade da bateria são facilmente obtidos, porém os
20% ou 30 % finais requerem circuitos mais complexos.
Como
funciona um controlador de carga?
Os circuitos de um Controlador de
Carga “lêem” a tensão das baterias para determinar seu estado de carga. Os
circuitos internos dos controladores variam, mas a maioria dos controladores
lêem a tensão para controlar a intensidade de corrente que flui para as
baterias, na medida em que estas se aproximam da sua carga máxima.
As principais características de um
controlador são:
Proteção contra
corrente reversa: Desconecta
os painéis fotovoltaicos para prevenir perda de carga das baterias nos módulos
solares durante a noite.
Controle de
descarga:
Desligamento da saída para evitar
descarga das baterias abaixo de valores seguros.
Monitoramentos do
Sistema: Medidores digitais ou analógicos,
LEDs indicadores ou alarmes de advertência.
Proteção contra
sobre corrente: Através
de fusíveis ou disjuntores.
Opções de Montagem: Montagens embutidas, montagens em
paredes, e sistema de proteção para uso interno ou externo.
Controle de
cargas secundárias: Controle
automático de cargas secundárias, ou controle de lâmpada, bombas d’água ou
outras cargas como temporizadores ou chaveamentos.
Compensação de
temperatura:
Necessários
quando as baterias são instaladas em uma área não climatizada. A tensão de
carga é ajustada em função da temperatura ambiente.
PWM – Pulse Width
Modulation:
Método de carga
muito eficiente, que mantêm uma bateria em sua carga máxima e minimiza a
sulfatação da bateria, por meio de pulsos de tensão de alta frequência.
MPPT – Maximum Power Point
Tracker: Um moderno sistema de carga,
projetado para extrair a máxima energia possível de um módulo solar, através da
alteração de sua tensão de operação para maximizar a potencia de saída.
Como dimensionar
um Controlador de Carga:
Os controladores são dimensionados
em função da corrente dos módulos e da tensão de operação do sistema. As
tensões de operação mais comuns são 12, 24 ou 48V, e a corrente de operação
entre 1 e 60A.
Como exemplo, suponha um sistema com
dois módulos fotovoltaicos que produzem cada um 7,45A. Os dois módulos
produzirão juntos 14,9A.
Em situações especiais de insolação
poderá haver um aumento da corrente total produzida. Como prática devemos
aumentar a capacidade de corrente em 25%, o que elevará para 18,6A.
Devemos então utilizar um
controlador de 20A neste caso, que é o valor mais próximo comercialmente
disponível.
No exemplo não há problema em se
utilizar um controlador de 30A ou maior, a menos da questão custo. Caso você
planeje aumentar a capacidade de seu sistema no futuro, sugerimos considerar um
controlador com a capacidade de corrente sobre dimensionada.
BATERIAS
Porque Usar
Baterias em um Sistema Fotovoltaico:
As baterias são utilizadas nos
sistemas fotovoltaicos para armazenar a energia excedente produzida pelos
painéis solares, para ser utilizada durante a noite ou em dias muito nublados
ou com baixa insolação.
Escolha a Bateria
certa:
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| banco de baterias |
As baterias mais utilizadas em
sistemas fotovoltaicos são geralmente do tipo chumbo-ácido.
Devem ser do tipo “descarga
profunda” ou estacionárias, ou seja, podem ser descarregadas entre 20% e 80% de
sua capacidade máxima e recarregadas novamente todos os dias, durando muitos
anos, conforme especificação do fabricante.
Baterias automotivas têm custo
menor, entretanto serão inutilizadas se forem descarregadas abaixo de 20% de
sua capacidade por várias vezes. As baterias automotivas não são recomendadas para utilização em sistemas fotovoltaicos.
A capacidade da bateria ou banco de
baterias determina sua autonomia. Um banco de baterias precisa ser dimensionado
para suprir energia entre dois e quatro dias sem insolação para uso residencial
e cinco dias ou mais para aplicações específicas.
Baterias do tipo seladas requerem
pouca manutenção. Deve-se, no entanto, verificar o aperto dos terminais e
manter os seus terminais livres de corrosão. As baterias precisam ser
instaladas em local seco e ventiladas. Em nenhuma circunstancia as baterias de
chumbo ácido podem ser mantidas descarregadas totalmente, pois isto poderá
danificá-las permanentemente. Ligação em Paralelo: Na ligação de baterias em
paralelo (terminal positivo com terminal positivo e terminal negativo com
terminal negativo), a tensão do banco de baterias permanece a mesma já a
capacidade final em ampere-horas é a soma das capacidades de cada bateria.
Ligação em Série: Na ligação de
baterias em série (terminal positivo da primeira bateria com terminal negativo
da segunda e a assim por diante), a capacidade em ampere-horas do banco de
baterias permanece a mesma, porém a tensão final é a soma da tensão de cada
bateria.
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| ligação em série |
Ligação em paralelo: A capacidade em ampere-hora do banco aumenta. A tensão final permanece a mesma.
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| ligação em paralelo |
Na prática, de acordo com a necessidade, as baterias deverão ser associadas em série e paralelo para atender às demandas do projeto.
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| associação série / paralelo |
INVERSOR
O que é um
inversor?
O inversor é um equipamento
utilizado em sistemas fotovoltaicos, cuja função é converter corrente contínua
(dc) da bateria ou banco de baterias em corrente alternada (ac) para alimentar
eletrodomésticos e demais equipamentos convencionais.
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| Inversor |
Como funciona um
Inversor?
O inversor é um dos mais importantes
e complexos componentes em um sistema de energia fotovoltaica independente.
Para escolher um inversor é necessário conhecer algumas de suas funções
básicas, características e limitações. Os sistemas fotovoltaicos possuem um
ponto comum que são as baterias para armazenamento de energia. As baterias
recebem, armazenam e fornecem energia em forma de corrente contínua dc.
Ao contrário, a concessionária de
energia elétrica fornece energia em corrente alternada ac. A corrente contínua
flui em uma única direção, já a corrente alternada alterna sua direção muitas
vezes por segundo.
Um inversor converte dc para ac, e
também muda o valor da tensão. Em outras palavras é um adaptador de energia. O
inversor permite que a energia armazenada em uma bateria possa alimentar
aparelhos eletrodomésticos, eletrônicos etc. Existem aparelhos eletrodomésticos
tais como geladeiras, TV e lâmpadas que podem ser ligados diretamente em
baterias sem o uso de um inversor, porém seu custo é na maioria dos casos,
muito superior aos aparelhos convencionais.
O inversor não um
dispositivo simples: Externamente
um inversor tem um formato de uma caixa metálica com um ou dois botões, mas
internamente possui um pequeno universo de componentes. O inversor moderno deve
lidar com um grande número de cargas, desde uma simples lâmpada até a partida
de um motor de bomba ou uma ferramenta elétrica. O inversor deve regular a
qualidade de energia de sua saída, com um mínimo de perda de potência.
Defina suas
necessidades: Para escolher um inversor você deve primeiro definir suas
necessidades. É necessário para isto, conhecer algumas características dos
inversores disponíveis no mercado, normalmente disponibilizadas nas folhas de
dados dos fabricantes. Veja abaixo os principais fatores que devem ser
considerados:
Tipo de
aplicação:
Onde o inversor
será utilizado? Existem inversores para uso doméstico, em veículos, barcos e
equipamentos portáteis.
Tensão de entrada
e saída: A tensão cc de entrada do inversor
deve estar de acordo com o sistema elétrico e o banco de baterias, que
comumente utilizam 12, 24 ou 48 Vdc. Sistemas fotovoltaicos que utilizam
tensões DC maiores (24, 48 V) são vantajosos, pois operam com correntes
menores, o que torna o circuito da fiação elétrica mais barato e fácil de
instalar.
A saída AC do inversor deve estar de
acordo com o padrão utilizado em sua região, para compatibilizar com os eletrodomésticos
e demais equipamentos. No Brasil o padrão normalmente utilizado é 127 Vac ou
220 Vac 60 Hertz (ciclos por segundo).
Potência de
Saída: Qual a carga que pode ser ligada em
um inversor? A potência de saída de um inversor é expressa em Watts (Watts =
Amperes x Volts). Devem ser considerados três níveis de potência: Contínua,
Máxima limitada por tempo e de surto. Potência contínua refere-se a potência
que o inversor pode fornecedor por um período indefinido de horas. Quando um
inversor é especificado por um certo número de Watts, este número geralmente se
refere a sua potência contínua de operação.
Potência máxima
limitada por tempo: Significa
a potência máxima que o inversor poderá fornecer por um certo tempo,
tipicamente 10 ou 20 minutos. O terceiro nível de potência, a potência de surto
refere-se a sua capacidade de partir motores, e será discutido abaixo.
Qualidade da
Energia – Onda Senoidal x Onda Senoidal Modificada:
Alguns inversores produzem uma forma
de onda senoidal em sua saída, livre de distorções, semelhante a forma de onda
da energia entregue pela concessionária de energia elétrica, sendo portanto os
mais apropriados para utilização doméstica. Existem também os inversores que
produzem uma onda senoidal modificada em sua saída, são mais baratos, mas podem
afetar o funcionamento de alguns equipamentos. Estes inversores reduzem a
eficiência de motores e transformadores entre 10% e 20%. Ruídos podem ser
ouvidos em alto-falantes ou emitidos por algumas lâmpadas fluorescentes,
ventiladores de teto e transformadores. Alguns fornos de micro-ondas podem
também emitir algum ruído e aquecer menos os alimentos. TVs e monitores de
vídeo de computadores podem mostrar uma “faixa” deslocando-se pela tela.
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| onda senoidal x onda senoidal modificada |
Eficiência: Não é possível converter energia sem
que haja alguma perda. Eficiência é a relação entre a potência de saída e a
potência de entrada, expressa em porcentagem. Se um inversor tem eficiência de
90%, significa que 10% da potência é perdida ou consumida no próprio inversor.
Proteções
Internas:
Os circuitos
internos mais sensíveis de um inversor devem ser bem protegidos contra surtos
causados por descargas elétricas, partidas de motores e condições de
sobrecarga. Sobrecargas podem ser causadas por mau funcionamento de
equipamentos, problemas com fiação elétrica ou simplesmente pelo excesso de
equipamentos ligados ao mesmo tempo.
Um inversor deve se autodesligar caso a tensão das baterias esteja muito baixa, para protegê-las contra danos por descarga excessiva.
Um inversor deve se autodesligar caso a tensão das baterias esteja muito baixa, para protegê-las contra danos por descarga excessiva.
Cargas Indutivas
e Potência de Surto: Algumas
cargas como motores de bombas, máquinas de lavar, refrigeradores demandam uma
potência extra em sua partida. É comum encontrarmos motores com corrente de
partida igual a 7 ou 8 vezes a corrente nominal (corrente normal de
funcionamento). Porém, para os motores de produção seriada, normalmente
encontrados no mercado, a corrente de partida situa-se entre 5,5 e 7,00 vezes a
corrente nominal. (5,5 x IN < IP < 7,00 x IP).
Se o inversor não estiver
dimensionado para isto ele pode simplesmente desligar-se ao invés de partir o
equipamento. Se sua potência de surto for inadequada, sua tensão de saída
poderá ter uma redução momentânea, o que pode causar redução na iluminação da
casa e até mesmo desligar um microcomputador.
Baterias pouco carregadas, problemas
com o cabeamento também podem dificultar a partida de motores.
Um banco de baterias mal
dimensionado, em condições ruins ou com conexões corroídas podem ser um ponto
fraco para o sistema.
Os cabos do inversor e de
interligação entre as baterias devem estar bem dimensionados já que a corrente
que flui por eles aumenta significantemente durante a partida de motores.
Consumo sem
carga: Um inversor consome energia mesmo
estando sem carga. Em aplicações onde o sistema permanece por muito tempo sem
carga ou com carga muito baixa, esta é uma característica importante. O consumo
típico está entre 15 e 50 Watts. As folhas de especificações dos fabricantes
costumam informar o consumo em Amperes. Para obter este consumo em Watts
multiplique o valor da corrente pela tensão DC do inversor.
Desligamento
automático:
Para economizar a
carga das baterias, alguns inversores para uso doméstico possuem um sensor que
detecta a ausência de carga desligando sua saída quando não há nenhum consumo
de energia, voltando a religar sua saída novamente ao identificar algum consumo
energia.
BOMBAS
Bombeamento de
Água Solar
A energia Solar Fotovoltaica pode
produzir a eletricidade que você precisa para alimentar diversos aparelhos
elétricos, incluindo bombas d’água. As células solares convertem a luz solar em
energia elétrica (corrente contínua dc), que pode alimentar diretamente
aparelhos dc, ou pode ser armazenada em baterias para uso quando não houver
sol, podendo também ser convertida para corrente alternada (ac), para alimentar
aparelhos domésticos convencionais e outros equipamentos elétricos.
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| bomba DC |
O “bombeamento de água solar” de
poços cisternas ou tanques, geralmente se refere ao uso de bombas alimentadas
por painéis fotovoltaicos, que funcionam enquanto o sol está brilhando. São sistemas
simples, de alta durabilidade, e não utilizam baterias para armazenar a
eletricidade gerada. Em essência, um reservatório de água é utilizado para o
armazenamento. Se o sistema for dimensionado para bombear água em quantidade
adequada, e o reservatório for grande o suficiente, você não precisará de
bombeamento d’água durante a noite ou durante dias nublados.
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| sistema de bombeamento |
O Bombeamento de água solar é
economicamente viável, devido a sua confiabilidade e eficiência da energia
elétrica solar tornando se uma excelente opção para o bombeamento de água
principalmente em áreas remotas, sem disponibilidade da rede elétrica
convencional.
Os painéis solares devem ser
instalados em um local ensolarado, onde não ocorre sombreamento ao longo do
dia.
APLICAÇÕES
Onde usar um Sistema
Fotovoltaico:
A Energia Solar Fotovoltaica pode
ser utilizada em aplicações residenciais, comerciais e industriais entre
outras. Veja abaixo alguns exemplos.
§ Iluminação de ambientes internos em
geral;
§ Televisores, Antenas parabólicas,
Rádios;
§ Refrigeradores;
§ Iluminação de praças, jardins e
áreas públicas;
§ Bombeamento de água;
§ Alarme e monitoramento;
§ Moradias rurais em áreas remotas;
§ Cercas eletrificadas;
§ Telecomunicações;
§ Embarcações, motor home;
§ Estações repetidoras;
§ Sinalização;
§ Geração independente;
§ Complementação à rede elétrica.
A R3
Técnica possui ampla experiência em projetos e instalações de sistemas
fotovoltaicos. Os serviços prestados pela R3 Técnica estão em conformidade com
as exigências normativas técnicas e de segurança.
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| Sistema fotovoltaico instalado a bordo do NM Castillo de Zafra em 2013 |
R3 Técnica Ltda.
CNPJ: 07.938,825/0001-09 / Insc. Mun.: 60383-0
Tel.: (21) 2713-7332 / 98801-6684
E-mail: r3tecnica@gmail.com
Blog: www.r3brasil.com.br
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