Embed Size (px)
Citation preview
ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTÁICA
Entenda melhor sobre o setor
que mais cresce no BRASIL
ÍNDICE
1.0 Sistemas e aplicações fotovoltaicos1.1 Panorama geral1.2 Sistemas autônomos
1.2.1 Painel fotovoltaico – PF (Painel Solar)1.2.2 Baterias1.2.3 Controladores de carga1.2.4 Inversores1.2.5 Exemplos
1.3 Sistemas ligados à rede1.3.1 Painel fotovoltaico – PF (Painel Solar)1.3.2 Estrutura de fixação1.3.3 Cabos AC-DC1.3.4 Mecanismos de proteção e relógios medidores
1.4 O Sol como fonte de energia1.5 Distribuição da radiação solar1.6 Radiação direta e difusa1.7 Definição do ângulo1.8 A Eclíptica e as Estações do Ano
2.0 Instalação de painéis fotovoltaicos2.1 Certifique-se de que você tem área suficiente2.2 Os melhores tipos de cobertura para sistema fotovoltaico2.3 Posição das placas no telhado2.4 Layout do sistema fotovoltaico - tamanho dos painéis2.5 Certifique-se que a estrutura de cobertura suporta as cargas2.6 O local onde o inversor será instalado2.7 Eletrodutos e conexão com os painéis solares2.8 Aterramento do sistema fotovoltaico
3.0 Referências Bibliográficas
4466911151619191919202123242425
262628293031313434
36
1. Sistemas e aplicações fotovoltaicas
1.1 Panorama geral
Os sistemas fotovoltaicos podem ser
divididos em sistemas ligados à rede e em sistemas
autônomos. A algum tempo atrás no Brasil a
energia solar fotovoltaica era empregada
exclusivamente em sistemas autônomos, ou seja,
não conectados à rede, e estes sistemas eram bem
pequenos, somente em locais de difícil acesso ou
aonde a distribuição de energia elétrica não é viável
economicamente, para este tipo de Sistema o
aproveitamento da energia solar precisa de ser
ajustado à procura energética.
Uma vez que a energia produzida não
corresponde (na maior parte das vezes) à procura
pontual de energia de um consumidor, torna-se
obrigatório considerar um sistema de
armazenamento (baterias) e meios de apoio
complementares de produção de energia (sistemas
híbridos).
Através do programa Luz para todos do
governo federal criado em 2003, muitas residências
passaram a ser atendias por eletricidade vinda de
sistemas fotovoltaicos.
O sistema autônomo de energia solar
fotovoltaica é uma grande alternativa para locais
aonde não temos rede elétrica, porém a melhor
maneira de utilizar essa fonte é utilizá-la em
sistemas conectados a rede, a rede pública de
distribuição de eletricidade opera como um
acumulador de energia elétrica.
A maioria dos sistemas fotovoltaicos
encontram-se ligados à rede, esse padrão se repete
em países onde a energia solar está bem
desenvolvida. Nestes sistemas, a totalidade da
energia produzida é injetada na rede pública de
distribuição de energia elétrica, gerando créditos
que abatem o valor dos custos pagos a
concessionária local. Ainda no caso do Brasil, há
previsões no sentido de que, no ano 2050, os
sistemas fotovoltaicos possam ser responsáveis por
uma fatia significativa da energia elétrica fornecida.
Figura 1 - a) Sistema conectado à rede b) Sistema isolado da rede, utilizando banco de baterias.
Nos próximos anos, está previsto que os
sistemas fotovoltaicos sejam progressivamente
instalados no Brasil, as projeções da EPE
(Empresa de Pesquisas
energéticas, vinculada ao Ministério de Minas e
energias do Brasil) mostram um crescimento
exponencial, através da possibilidade de
financiamentos pelo Finame (program de
financiamento de máquinas e equipamentos de
BNDES, juntamente com outrso incentivos para a
instalação de industrias sem setores estratégicos,
atraindo assim a atenção de grandes fabricantes
de elementos do Sistema para o Brasil.
Paralelamente, os sistemas autónomos
assumirão um papel de grande importância nos
países menos desenvolvidos.
A indústria fotovoltaica local poderá ter um
papel chave na crescente implementação deste
tipo de sistema, nas residências e comércios.
A quantidade de Energia que o sistema irá
produzir vai depender da insolação no local de
instalação, no caso do Brasil, a melhor região para
se instalar um sistema fotovoltaico é na região
Nordeste e Centro-Oeste qua são as regiões que
possuem maior potencial solar. Porém as outras
regiões do Brasil não ficam longe deste patamar,
pois também possuem valores consideráveis de
insolacão.
Para nível de comparação, atualmente a
Alemanha é o país que mais utiliza a Energia solar
no mundo, são aproximadamente 20GW de
capacidade instalada, e o local com mais irradiação
na Alemanha é cerca de 3500 Wh/m² por dia,
quantando o Brasil apresenta valores de insolação
diária entre 4500 Wh/m² e 6000 Wh/m².
1.2 Sistemas autônomos
Chamados também de sistemas isolados,
ou autônomos são empregados basicamente em
locais não atendidos por uma rede elétrica
(residências rurais, praia, camping, ilhas),
também podem ser encontrados em iluminação
pública, sinalização de estradas, sistemas de
telecomunicações, carregamento de baterias
para veículos elétricos, um sistema autônomo
típico consta dos seguintes componentes:
1. Painel fotovoltaico - PF (painel solar);
2. Estrutura de fixação;
3. Cabos elétricos;
4. Regulador de carga;
5. Acumulador;
6. Consumidor.
1.2.1 Painel fotovoltaico
Os módulos são encontrados em duas
categorias de acordo com a sua faixa de potência,
módulos de 36 células com potência de pico entre
130W e 140W, e módulos de 60 células com
potencias entre 240W e 250W. Os módulos de 36
células são indicados para os sistemas off-grid,
pois sua tensão é reduzida. Os módulos de 60
células são impróprios para aplicações em 12V e
são direcionados a sistemas conectados à rede.
Existem duas maneiras de se conectar as
placas fotovoltaicas: conexão em paralelo e em
série. Quando conectados em paralelos igual
ilustrado na figura 2, o número de módulos
depende da necessidade de energia dos
consumidores, já o em série ilustrado na figura 3 o
controlador de carga e as baterias devem ser
escolhidos de acordo com o nível de tensão
empregado.
Figura 2 – organização de um sistema autônomo conectado em paralelo. Figura 3 – organização de um sistema autônomo conectado em série.
É possível constituir sistemas fotovoltaicos
de grande porte com os esquemas apresentados
anteriormente, os controladores de carga são
encontrados no mercado com capacidade de
corrente até 60A e tensão 48V que permitem
constituir um sistema até de 4kW, para sistemas
maiores é necessário empregar bancos de
batérias maiores, e para gerencia-los é possível
empregar controladores que permitem operações
em paralelo, de modo que possa ser usados vários
controladores afim de proporcionar ao sistema
capacidade de gerenciar altas correntes.
Para calcularmos a energia trasmitida pelos
painéis precisamos primeiro conhecer o basico
sobre radiação solar. A energia solar é encontrada
na forma de insolação expressa em Wh/m^2/dia
encontrado em swera, é considerado quando
considera o uso de controladores de carga com
recurso do MPPT, no qual espera se extrair o
máximo possível de energia.
O dimensionamento de um sistema baseado
apenas na insolação média anual pode levar a
falhas do sistema por falta de energia no inverno e
excesso de energia no verão.
Existem vários métodos utilizáveis para se
calcular a energia produzida pelo módulo, um deles
é utilizando a média diária do mês que tem a pior
radiação no ano, considerando que este sistema
tenha MPPT, que consegue extrair o máximo
possível da energia dos painéis fotovoltaicos, segue
abaixo o método:
𝑬𝒑 = 𝑬𝒔 𝒙 𝑨𝒎 𝒙 𝝁𝒎
Onde
Es: Insolação diária;
Am: Área da superfície;
Nm: Eficiência do painel fotovoltaico.
1.2.2 Baterias
Além de armazenar energia necessária para
o sistema, na maioria dos sistemas fotovoltaicos
autônomos, a presença de uma bateria ou banco
de baterias, é necessário para estabilizar a tensão
fornecida ao equipamento ou ao inversor, uma vez
que a tensão de saída do módulo não é constante
e pode variar de acordo com diversos fatores.
As baterias podem ser
agrupadas, que chamamos de
banco de baterias, em série ou
paralelo, a conexão em série
nos permite a obtenção de
tensões maiores, pois é a soma
das tensões de cada bateria
mantendo a corrente de uma só
bateria para o conjunto todo,
normalmente as baterias do
mercado são 12V, 24V e 48V.
Por exemplo, um banco de 48V
100Ah, pode ser constituído por
uma bateria de 48V e 100Ah, ou
quatro de 12V e 100Ah ligadas
em série. Já na conexão em
paralelo nos permite a obtenção
de corrente maiores, pois a
tensão é a mesma de uma
bateria individual, e as correntes
somadas. Para aumentar
simultaneamente a tensão e a
capacidade de corrente e
armazenamento nos bancos,
pode-se realizar ao mesmo
tempo a conexão de baterias em
série e paralelo, primeiramente
agregando em série e
posteriormente acrescentando
conjuntos em paralelo.
Existem diversos tipos de
baterias a bateria de chumbo
ácido estacionária com eletrólito
líquido é a mais utilizada por se
tratar de um custo menor, ela
tem um aspecto semelhante a
uma bateria automotiva, porém
com algumas diferenças
importantes: as estacionárias
são projetadas para fornecer
correntes constantes por um
longo período de tempo,
podendo oferecer sobrecorrente
quando necessário, porém
também foi projetada para
fornecer correntes de valores
menores durante o uso, ela é
projetada para ser
descarregada até atingir uma
porcentagem menor de sua
carga sem se danificar
possuindo uma taxa de auto
descarga menor do que a de
uma bateria automotiva, sendo
assim preservada sua carga por
mais tempo quando não está
em uso. A estacionária tem mais
capacidade de reserva,
podendo suportar centenas de
ciclos de descarga e recarga.
Uma bateria muito utilizada
é a de chumbo ácido com
eletrólito em gel. É uma versão
melhorada da bateria anterior,
suas principais vantagens são a
maior vida útil com maiores ciclos
de carga, e a possibilidade de ser
utilizadas em locais pouco
ventilados, pois não libera gases
durante o funcionamento normal,
ela é equipada com um
dispositivo chamado de VRLA
(valve redulated lead acid), que é
uma válvula de permite a
liberação de gases na ocorrência
de sobrecargas. Esta bateria
requer um controlador de carga
adequado a suas características,
pois é altamente sensível a
sobrecarga.
Outras baterias que podem ser utilizadas:
Baterias de NiCd e NiMH: (Níquel-cadmio e
Níquel-metal-hidreto) são mais caras do que as
anteriores pois tem um baixo coeficiente de auto
descarga, suportam elevadas variações de
temperatura e permitem descargas mais
profundas, cerca de 90%, não são muito utilizadas
somente para uso muito especifico pois ela é
menor que as de chumbo com a mesma
capacidade.
A vida útil de uma bateria estacionária é
determinada pelo número de carga e descarga
que ela pode realizar, o número máximo de ciclos
depende da profundidade da descarga realizada,
assim como pelo seu envelhecimento relacionado
a temperatura de operação, nas de chumbo ácido
o fim da vida é quando a bateria está totalmente
carregada e pode armazenar apenas 80% da sua
capacidade normal.
1.2.3 Controladores de carga
Controlador de carga é o dispositivo que faz a
correta conexão entre o painel fotovoltaico e a
bateria, alguns controladores realizam o
carregamento respeitando seu perfil de carga, o
que tende a aumentar a vida útil.
Os mais sofisticados possuem ainda um recurso de
rastreamento do ponto de máxima potência do
módulo aumentando a eficiência.
Existem alguns tipos de
controladores que se encaixam a
cada tipo de cliente, são eles:
Convencionais: de baixo custo,
tem duas funções (desconectar o
módulo quando bateria está
carregada e desconectar o
consumidor quando a bateria
atinge nível muito baixo). Chave
serie: Dentro do controlador
existem duas chaves eletrônicas,
essas chaves são abertas ou
fechadas de acordo com o estado
de carga da bateria. Quando está
operando normalmente, a chave 1
fica fechada, permitindo corrente
para o consumidor e a bateria,
quando a tensão máxima da carga
da bateria está completa a chave
1 é aberta para evitar sobrecarga.
A chave 2 serve para interromper
o fornecimento de energia para o
consumidor quando a tensão da
bateria cai à um nível crítico.
O controlador de carga tem
diversas funções como proteger o
sistema de sobrecarga, proteger
de descarga excessive e gerenciar
a carga da bateria, além de ter
algumas facilidades como estágio
de carregamento pesado, estágio
de absorção (carregamento lento
até 100%) e estágio de flutuação
(mantem carregada).
Modo de utilização do módulo: O
modulo fotovoltaico nunca deve
ser conectado diretamente a
bateria, utilizando o controlador de
carga entre eles, os controladores
são encontrados no mercado com
capacidade de 10A a 60A, em
alguns sistemas pode ser
necessário obter correntes
maiores, nesse caso é possível
utilizar controladores de carga
idênticos ligados em paralelo.
Figura 4 – Estrutura de um controlador de carga com chave série. Chave paralela: Semelhante ao anterior,
porem faz a conexão com o módulo, quando
fechada a 1 desvia toda a corrente e cessa o
fornecimento. No sistema é interrompido quando
a chave 1 está fechada, mas continua circulando
pelo módulo em cc se houver radiação.
Figura 5 – Estrutura de um controlador de carga com chave paralelo.
Controlador PWM: ao invés de reles tem
transistores e circuitos eletrônicos que fazem o
controle preciso das correntes de carga das
baterias, são capazes de realizar o carregamento
através de algoritmos passando por carga pesada
absorção e flutuação.
PWM e MPPT: Os controladores MPPT
(Maximum Power Point Tracking) são os mais
sofisticados e caros do mercado, além de ter
circuito PWM que possibilita otimizar o processo de
carregamento, ainda possui MPPT que faz o
módulo fotovoltaico sempre operar em seu ponto
de máxima potência qualquer seja sua radiação
solar.
1.2.4 Inversores
Princípio de funcionamento: São quatro
transistores que são abertos ou fechados para
transferir tensão e corrente da fonte continua para
os terminais de saída do inversor, são chaves
eletrônicas que interrompem ou permitem a
circulação de corrente de acordo com seu estado
de ligado ou desligado. Acionando alternadamente
os transistores das diagonais com frequência fixa,
obtém-se uma onda quadrada de tensão alternada.
Existem alguns tipos de inversores com
características diferentes, são eles: Onda quadrada
e senoidal modificada: Produzem tensões de
saídas com formato de ondas semiquadradas,
possuem menos distorção harmônicas que as
totalmente quadradas, baixo custo, destinado a
alimentação de eletrodomésticos, lâmpadas,
aparelhos eletrônicos não sensíveis a distorção.
PWM de onda senoidal pura: produzem
tensões de formato de ondas senoidais quase
perfeitas, ideal para alimentar todos os tipos de
consumidores, produz uma sequência de ondas
quadradas de alta frequência, introduzido um filtro
de alta frequência da saída do inversor possibilita a
obtenção de uma tensão de onda senoidal pura
com baixa distorção.
Interativos com rede: Em caso de falha da
rede o inversor alimenta os consumidores através
da bateria.
Figura 7 – Funcionamento de transistores
1.2.5 Exemplos
Figura 8 – Relógio painelfotovoltaico no fundo.
Figura 9 – Calculadora com carregador fotovoltaico.
Figura 10 – Carregador fotovoltaico para celular.
Figura 11 – Painéis instalados em local com pouca radiação.
Figura 12 – Iluminaçãopública com painéis.
Figura 13 – Avião não tripulado com funcionamento através de painéis.
Figura 14 – Carregador de celular
Figura 15 – Carro com painéis fixos no teto, utilizados para carregar as baterias do veículo.
Figura 16 – Imobiliáriourbano com painéis.
1.3 Sistemas ligados à rede
Um sistema fotovoltaico com ligação à rede
opera em parelelo com a rede elétrica, diferente do
sistema autônomo, este sistema é instalado em
locais que já tem acesso a rede. O objetivo deste
sistema é gerar energia elétrica para consume no
local, assim abatendo o custo energético vindo da
concessionária.
O sistema conectado a rede é composto,
normalmente, pelos seguintes componentes:
1. Painel fotovoltaico – PF;
2. Estrutura de fixação;
3. Cabos AC-DC;
4. Inversor;
5. Mecanismo de proteção e relógio medidor de
consumo e geração.
1.3.1 Painel fotovoltaico
O painel fotovoltaico para sistemas ligados à rede
tem o funcionamento idêntico ao funcionamento de
um sistema antônomo explicitado na página 5. A
única váriavel para o sistema ligados a rede, seria
que painéis de 60 células são mais apropriados para
este tipo de sistema.
1.3.2 Estrutura de fixação
As estruturas de fixação são aqueles itens
instalados para dar sustentação as placas, além de
fazer o agrupamento dos módulos do painel solar,
interligando-os de forma simples. Há diversos tipos
de estruturas, pois elas dependem de algumas
variáveis, como modelo, inclinação, local da
instalação e material do qual o painel é formado.
Materiais: Geralmente são de estruturas
metálicas (alumínio ou aço inox).
Modelos: Estrutura metálica com inclinação
fixa, estrutura metálica com Angulo de inclinação
ajustável, Sistema trackers (sistema automático
que segue o sol, para melhor rendimento).
1.3.3 Cabos AC-DC
Cabo AC: Cabo que realiza a ligação entre o
inversor à rede receptora, acompanhado por um
sistema de proteção.
Cabo DC: Cabo que realiza a ligação entre o
gerador e o inversor, também com sistemas de
proteção.
Os condutores elétricos, fios ou cabos,
devem ser feitos de cobre, com isolamento
termoplástico.
1.3.4 Mecanismos de proteção e relógios
medidores
Assim como qualquer instalação elétrica, a
instalação de um sistema fotovoltaico também
necessita de proteções como disjuntores, fusíveis e
dispositivos contra surtos. Estes mecanismos
devem ser dimensionados pelo projetista do
sistema, sempre levando em conta valores do
sistema (tensão, corrente, potência). Lembrando
que é de suma importância a instalação de
proteções condizentes ao tipo de instalação
adequado.
Quanto aos relógios medidores, ficam de
responsabilidade da concessionária em vigor na
localidade da instalação, sendo que o relógio
medidor deve ser bidirecional para haver a
compensação no gasto de energia, este medidor
bidirecional funciona com compensação de
créditos, o sistema produz energia que é devolvida
para a rede que é abatido no valor que está sendo
conumido da concessionária.
O local preferencial para a instalação fotovoltaica, é
nos telhados de residências. Posteriormente, a
integração dos sistemas fotovoltaicos em diferentes
tipos de prédios (apartamentos, escolas, centros
comerciais), estão ganhando um espaço cada vez
maior.
.
Figura 17: Sistema fotovoltaico conectado a rede
Um outro tipo de projeto, também em franca
expansão, são os grandes projetos fotovoltaicos
que são construídos na superfície do solo,
formando grandes centrais fotovoltaicas ligadas à
rede. Essas usinas de painéis fotovoltaicos têm
sido promovidas por iniciativas públicas,
majoritariamente
O projeto de Ituverava, cujas obras começaram em
dezembro de 2015, será instalado no Estado da
Bahia e terá capacidade de 254 MW, com
produção anual de energia estimada em 500 GWh.
A previsão é que o parque solar entre em
funcionamento em meados de 2017.
1.4 O Sol como fonte de energia
O Sol fornece energia na forma de
radiação, que é a base de toda a vida na Terra.
No centro do Sol, a fusão transforma núcleos de
hidrogénio em núcleos de hélio. Durante este
processo, parte da massa é transformada em
energia. O Sol é assim um enorme reator de
fusão. Devido à grande distância existente entre
o Sol e a Terra, apenas uma mínima parte
(aproximadamente duas partes por milhão) da
radiação solar emitida atinge a superfície da
Terra. Esta radiação corresponde a uma
quantidade de energia de 1x1018 KWh/ano. A
Figura 17 relaciona esta quantidade de energia,
com o consumo anual de energia no mundo e
com os recursos das energias de origem fóssil e
nuclear.
Os tipos de energia predominantemente
utilizados na era industrial são limitados. De
acordo com a evolução da exploração das
reservas de petróleo e de gás, é previsto que as
reservas se esgotem nas três primeiras décadas
do nosso século. Mesmo no caso de serem
descobertos novos depósitos, apenas se
prolongará a dependência da energia fóssil por
mais algumas décadas.
Figura 18 - Conteúdo energético da radiação solar na
superfície terrestre, em contraste com o consumo
mundial de energia e com as reservas dos
recursos de energia fóssil e nuclear. – Imagem:
portalsolar.com
A quantidade de energia solar que atinge a
superfície da Terra corresponde, aproximadamente,
a dez mil vezes à procura global de energia. Assim,
teríamos de utilizar apenas 0,01% desta energia
para satisfazer a procura energética total da
humanidade
1.5 Distribuição da radiação solar
Apenas uma parte da quantidade total da
radiação solar atinge a superfície terrestre. A
atmosfera reduz a radiação solar através da
reflexão, absorção (ozono, vapor de água,
oxigénio, dióxido de carbono) e dispersão
(partículas de pó, poluição). O nível de irradiância
na Terra atinge um total aproximado de 1.000
W/m² ao meio- dia, em boas condições
climatéricas, independentemente da localização.
Ao adicionar a quantidade total da radiação solar
que incide na superfície terrestre durante o
período de um ano, obtém-se a irradiação global
anual, medida em kWh/m2. Este parâmetro varia
de um modo significativo com as regiões, como
se pode observar na Figura 18.
Figura 19 - Distribuição da irradiação solar em Wh/m2 –
Fonte: Solargis.
A irradiação solar, em algumas regiões
situadas perto do Equador, excede 2.300 kWh/m2
por ano, enquanto que no sul da Europa não
deverá exceder os 1.900 kWh/m2. Em Portugal,
este valor poderá situar-se entre os 1.300
kWh/m2 e os 1.800 kWh/m2. São notáveis as
diferenças sazonais existentes por toda a Europa,
quando se observa a relação entre a radiação
solar para os períodos de Verão e de Inverno.
No Brasil esse valor varia de 1.650
kWh/m2 à 2.400 kWh/m2. Em todas as regiões é
viável a instalação de painéis fotovoltaicos, o que
vai variar é o tempo para obter o retorno.
1.6 Radiação direta e difusa
A luz solar que atinge a superfície
terrestre, é composta por uma fração direta e por
uma fração difusa. A radiação direta vem
segundo a direção do sol, produzindo sombras
bem definidas em qualquer objeto. Por outro lado,
radiação difusa alcança a superfície da Terra a
partir de todas as direções, após ter sido
dispersada pelas moléculas e partículas
presentes na atmosfera. A radiação difusa pode
ser interpretada como a claridade do céu quando
o sol está totalmente encoberto por nuvens. A
qual também gera eletricidade atraves dos
paineis fotovoltáicos.
Figura 20 - Luz solar no seu percurso
através da atmosfera
1.7 Definição do ângulo
O conhecimento exato da localização do
Sol, é necessário para determinar os dados de
radiação e a energia produzida pelas instalações
solares. A localização do Sol pode ser definida
em qualquer local, pela sua altura e pelo seu
azimute. No campo da energia solar, o Norte é
referido geralmente como α= 0°. O símbolo
negativo é atribuído aos ângulos orientados aLeste (Leste: α = - 90°) e o símbolo positivo aos
ângulos orientados a Oeste (Oeste: α = 90°).
Figura 21 – Trajetória do sol
O movimento do Sol para um observador
em repouso na superfície da Terra - isto é,
tomando-se como referencial um sistema fixo na
superfície da Terra - é conhecido com bastante
detalhes desde a Antiguidade. Esse movimento
depende da latitude na qual o observador se
encontra. A latitude é a distância angular que
separa um ponto da superfície da Terra do plano
equatorial terrestre.
Para uma determinada latitude, esse
movimento varia ao longo do ano. É fácil
observarmos algumas características desta
variação:
•No hemisfério Sul, as sombras sempre
apontam para o Sul e no hemisfério Norte
sempre apontam para o Norte;•As sombras ao meio-dia, durante o Inverno,
são muito mais longas do que no Verão;
•No Inverno o Sol permanece visível no céu
durante um tempo menor do que no Verão;•As posições do nascente e do poente se
encontram mais ao Norte no Inverno do que
no Verão.
1.8 A Eclíptica e as Estações do Ano
Devido ao movimento de translação da
Terra em torno do Sol, o Sol aparentemente se
move entre as estrelas, ao longo do ano,
descrevendo uma trajetória na esfera celeste
chamada Eclíptica. A Eclíptica é um círculo
máximo que tem
uma inclinação de 23 graus e 27 minutos em
relação ao Equador Celeste. É esta inclinação
que causa as Estações do ano.
Embora a órbita da Terra em torno do Sol
seja uma elipse, e não um círculo, a distância da
Terra ao Sol varia somente 3%, sendo que a
Terra está mais próxima do Sol em janeiro. Mas é
fácil lembrar que o hemisfério norte da Terra
também está mais próximo do Sol em janeiro e é
inverno lá.
A causa das estações é a inclinação do
eixo de rotação da Terra com relação à sua
órbita. Este ângulo, chamado de obliquidade
(inclinação da órbita da Terra em torno do Sol,
eclíptica, em relação ao equador da Terra), é de23° 27'. Devido a esta inclinação, à medida que a
Terra orbita em torno do Sol, os raios solares
incidem mais diretamente sobre um dos
hemisférios, proporcionando mais horas com luz
durante o dia sobre este hemisfério e, portanto,
aquecendo-o mais.
No Equador todas as estações são muito
parecidas: todos os dias do ano o Sol fica 12
horas acima do horizonte e 12 horas abaixo do
horizonte. A única diferença é a altura do Sol: aoredor de 21 de junho o Sol cruza o meridiano 23°27' ao norte do Zênite, ao redor de 23 de setembroo Sol cruza o meridiano 23° 27' ao sul do Zênite e,
no resto do ano, ele cruza o meridiano entre esses
dois pontos. Portanto a altura do Sol ao meio-dia
no Equador não muda muito ao longo do ano e,
consequentemente, não existe muita diferença
entre inverno, verão, primavera ououtono.
À medida que nos afastarmos do Equador,
as estações ficam mais acentuadas.
A diferença torna-se máxima nos polos.
2.0 Instalação de painéis fotovoltaicos
Instalar energia fotovoltaica na sua casa é
muito simples! Você não precisa fazer nenhuma
grande alteração para ter os painéis instalados em
seu telhado. Mas se você está na fase de
construção ou planejamento, existem alguns
detalhes que podem ser previstos em projeto para
facilitar a instalação. Siga este guia rápido para
preparar a sua propriedade para energia solar
fotovoltaica.
2.1 Certifique-se de que você tem área
suficiente
Veja se o seu telhado ou laje tem uma área
livre de no mínimo 10m2. Dependendo da sua
demanda de energia você pode precisar de mais
área. Abaixo nós colocamos uma tabela para lhe
servir como base. (Lembre-se que estas áreas
podem variar de acordo com o sistema de energia
solar que você vai instalar na casa):
Área média ocupada por sistemas de
energia solar para casas, utilizando placas de
320wp, a qual tem dimensões de 1,954m x
0,982m. a=1,918828
Potência de 1.6KWp: ocupa no mínimo 9,59m²
Potência de 3.2kWp: ocupa no mínimo 19,18m²
Potência de 4.8kWp: ocupa no mínimo 28,78m²
Potência de 6.4kWp: ocupa no mínimo 38,37m²
Potência de 8.0kWp: ocupa no mínimo 47,95m²
Exemplificando: Um sistema com 16
painéis de 320Watts possui uma potência de
5.120kWp (16 x 260 = 5.120Watts). Este sistema
vai ocupar 30,70m² em área de placas, soma-se
a isso o espaçamento entre as placas, iremos
considerar 10% de área de instalação.
1°Obs da Regra: Sistemas de energia
solar instalados em casa ficam muito mais perto
dos 7m² por kWp pois é possível juntar os
painéis.
2° Obs da Regra: Para geradores de
energia solar de grande porte, como é o caso
para indústrias e armazéns, você deve considerar
que interferências no telhado como chaminés e
maquinas de ar-condicionado podem fazer
sombra nas placas. Além disso é importante
deixar um espaço para andar no telhado para
uma eventual manutenção. Nestes casos
considere uma ocupação entre 9 e 10m² por kWp
instalado.
2.2 Os melhores tipos de cobertura para
sistema fotovoltaico
Os painéis fotovoltaicos são presos ao
telhado através de um sistema de fixação. Cada
tipo de telhado pede um sistema de fixação
diferente. O sistema de fixação representa uma
parte importante do orçamento e por isso o tipo de
telhado deve ser levado em conta quando estamos
preparando uma propriedade para receber energia
solar.
As coberturas de telha metálica, como
as trapezoidais comum e termoacusticas, e as
coberturas de telha tipo "shingle" são as melhores
opções para instalar painéis fotovoltaicos. Essas
coberturas facilitam a fixação e são superfícies
seguras para instalação.
Figura 22 – Telha metálica
Figura 23 – Telha Shigle
As telhas de barro /concreto do tipo
francês ou do tipo capa-canal são a segunda
melhor opção. Elas requerem algum tipo de
manuseio para instalar, mas nada que inviabilize a
sua instalação.
Figura 24 – Telha cerâmica
As telhas do tipo fibrocimento
(conhecidas como "Eternit") trazem alguns
problemas no processo de instalação pois são
frágeis e podem quebrar durante o processo.
Geralmente elas pedem um sistema de fixação
dos painéis independente das telhas.
Figura 25 – Telha de Fibrocimento
Por último, as coberturas planas como
lajes e telhas pré fabricadas em concreto são uma
ótima superfície para instalação. O sistema de
fixação para as coberturas planas compensa a
pouca inclinação do telhado para garantir que os
painéis tenham melhor incidência solar. As 3
formas tradicionais de fixar placas solares em
lajes são:
a. Estrutura parafusada na laje, (requer
impermeabilização);
b. Colado com colas especiais, (precisa ser bem
feito para durar 25 anos);
c. Lastro e Defletor de vento na parte de trás da
placa solar.
2.3 Posição das Placas no Telhado
O ângulo ótimo para produzir o máximo de
energia com os painéis fotovoltaicos é face Norte
com um grau de inclinação igual ao da latitude.Ex: Campinas está na latitude 22°, portanto o
melhor ângulo para o seu painel solar é inclinadoa 22°.
Na prática, você nem sempre vai ter a
inclinação e direção perfeitas, a perda da
produção de energia é pequena e totalmente
aceitável. Você pode ter o seu painel instalado
em qualquer água do telhado menos as viradas
ao Sul. O mais importante é que bata o máximo
de sol sem sombras durante o dia.
A figura a baixo serve como referência para
o desempenho dos painéis. Placas viradas ao
Norte com ângulo de inclinação igual a latitude
terão 100% de aproveitamento. Na figura é
possível ver que mesmo virado para O ou L o
rendimento ainda é muito bom.
Figura 26 – Posição x eficiência no local da instalação
2.4 Layout do sistema fotovoltaico -
tamanho dos painéis
Regra de ouro para fazer o layout de um
sistema de energia solar fotovoltaica: Use sempre
números pares de painéis. Além de ficar mais
bonito será mais fácil configurar o inversor
fotovoltaico.
De uma forma simplificada, hoje em dia,
existem dois tamanhos de painel solar que são
os mais utilizados em casas, indústrias e usinas.
São eles:
a. Painéis de 250, 255, 260, 265 e 270Watts,
possuem todos 60 células e medem
tradicionalmente 166cm de altura por 99cm de
largura e de 4 a 5cm de espessura.
b. Painéis de 300, 305, 310, 315 e 320Watts,
possuem todos 72 células e medem
tradicionalmente 198cm de altura por 99cm de
largura e de 4 a 5cm de espessura.
As variações de potência são relacionadas a
eficiência das células. Células mais eficientes
resultam em um painel que gera mais energia por
m². Para casas, considere os painéis de 60 células
pois são os tradicionais mais fáceis de instalar.
Para sistemas grandes, com mais de 500 painéis,
considere o de 72 células.
Abaixo, os layouts de três sistemas
fotovoltaicos com 10 painéis cada de 260Watts,
totalizando um gerador de 2.6kWp:
Figura 27 – Instalações com 10 painéis fotovoltaicos
2.5 Certifique-se que a estrutura de
cobertura suporta as cargas
O painel fotovoltaico não é pesado. Quase
todos os tipos de telhado e laje estão preparados
para receber esta carga adicional. Mas
dependendo do tipo de estrutura, você pode
precisar de um reforço. De um modo geral, a
carga adicionada é de aproximadamente
14.5kg/m2. Em telhados com coberturas
metálicas, como telhas trapezoidais comum ou
termoacústicas, o peso pode cair para 13.5kg/m².
O peso vai variar principalmente com o tipo de
estrutura de fixação que será utilizado.
2.6 O local onde o inversor será instalado
Portanto é importante protegê-lo de
umidade ou incidência direta da luz do sol.
Alguns foram feitos para ficarem ao ar livre,
porém quanto maior a proteção mais tempo ele
deve durar. Também é importante que o inversor
esteja perto do seu quadro de
distribuição de energia - isso vai facilitar muito a
ligação na rede e também a manutenção. O
acesso fácil também evita que o inversor fique
atrás de móveis ou objetos.
Os inversores que são utilizados em uma
casa ocupam um espaço de 70cm x 50cm x
25cm até 80cm x 55cm x 25cm (Altura, Largura,
Profundidade).
Figura 28 – Inversor da marca Fronius
2.7 Eletrodutos e conexão com os painéis
solares
É importante ter um eletroduto que faça o
caminho entre o inversor e os painéis solares no
seu telhado. Os painéis solares geram uma tensão
alta, portanto é importante identificar e separar a
fiação deste circuito até o inversor. Este eletroduto
pode ser aparente ou embutido (conduíte). Em
residências, considere que até 4 cabos de 6mm
devem vir dos painéis (telhado) até o inversor
(perto do quadro de luz).Também é importante
prever uma caixa para chave / disjuntor
independente do quadro. Isto vai facilitar as
inspeções e reformas futuras.
2.8 Aterramento do sistema fotovoltaico
Todos os sistemas fotovoltaicos devem ser
aterrados por uma questão de segurança.
Tradicionalmente os painéis são aterrados na
estrutura e a estrutura à malha de aterramento da
casa ou empreendimento.
Portanto, para facilitar também, deixe um ponto de
aterramento no telhado onde os painéis serão
instalados para facilitar o processo.
Além das questões práticas da instalação não é
necessário fazer mais nada para receber energia
solar na sua propriedade. A energia fotovoltaica é
simples de instalar e segura de usar!
Referências Bibliográficas
. NBR 10899: Energia solar fotovoltaica — Terminologia, Rio de Janeiro, 2013;
. NBR 11704: Sistemas fotovoltaicos - Classificação, Rio de Janeiro, 2008;
. NBR 16149: Sistemas fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede
elétrica de distribuição, Rio de Janeiro, 2013;
. NBR 16150: Sistemas fotovoltaicos (FV) — Características da interface de conexão com a rede
elétrica de distribuição — Procedimento de ensaio de conformidade, Rio de Janeiro, 2013;
. NBR 16274: Sistemas fotovoltaicos conectados à rede — Requisitos mínimos para
documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho, Rio de Janeiro, 2014;
