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Manual de engenharia_fv_2004[1] copy

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  • 1. 1Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos

2. 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 3. 3Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Grupo de Trabalho de Energia Solar - GTES CEPEL - CRESESB Edio Especial PRC-PRODEEM Rio de Janeiro - Agosto - 2004 4. 4 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Centro de Referncia para Energia Solar e Elica Srgio de Salvo Brito - CRESESB Av. Hum S/N - Ilha da Cidade Universitria CEP 21941-590 Rio de Janeiro - RJ Tel.: 0xx 21 2598-2187 Fax: 0xx 21 2598-6384 Home Page: Http://www.cresesb.cepel.br Centro de Pesquisas de Energia Eltrica - CEPEL Av. Hum S/N - Ilha da Cidade Universitria CEP 21941-590 Rio de Janeiro - RJ Tel.: 0xx 21 2598-2112 Fax: 0xx 21 2260-1340 Home Page: Http://www.cepel.br Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Grupo de Trabalho de Energia Solar - GTES 621.472 C397m Centro de Pesquisas de Energia Eltrica. Centro de Referncia para Energia Solar e Elica Srgio de Salvo Brito. Grupo de Trabalho de Energia Solar. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos / Rio de Janeiro, CRESESB, 1999. pp ; cm. 1. Energia solar. 2. Energia solar fotovoltaica. 3. Radiao solar. 4. Sistema fotovoltaico conectado rede. 5. Sistema hbrido. 6. Mdulo fotovoltaico. 7. Clula solar. 8. Bateria solar. 9. Utilizao de energia solar. 10. Sistema fotovoltiaco de bombeamento de gua. COLABORADORES: Fernando A. A. Prado Jr. - CESP Maria Julita G. Ferreira - CESP Joo Jorge Santos - CHESF Joaquim Paim Marzulo - CEEE Leonildo de Souza Silva - MIN. DA AERONUTICA Lus Srgio do Carmo - CEMIG Osvaldo L. S. Pereira - COELBA Teresa V. Mousinho Reis - COELBA Paulo M. A. Craveiro - COELCE Ruberval Baldini - BRSOLAR Srgio Beninc - SOLTEC ENG. ENERGIA ELABORAO E EDIO: Ana Paula C. Guimares - UFMG Claudio M. Ribeiro - CEPEL Leopoldo E. G. Bastos - UFRJ Luiz C. G. Valente - CEPEL Patrcia C. da Silva - CRESESB Rosimeri X. de Oliveira - LIGHT PRIMEIRA REVISO Ana Paula C. Guimares - UFMG Elizabeth M. D. Pereira - PUC-MG Joo T. Pinho - UFPA Lcio Csar de S. Mesquita - AGNCIA ENERGIA Marco A. F. C. Ribeiro - THE NEW WORLD POWER DO BRASIL Maria Julita G. Ferreira - CESP Mrio H. Macagnan - UFRGS Arno Krenzinger - UFRGS SEGUNDA REVISO Claudio M. Ribeiro - CEPEL Hamilton Moss de Souza - CEPEL Marco Antnio Galdino - CEPEL Patrcia C. da Silva - CRESESB Ricardo M. Dutra - CRESESB Roberto Zilles - USP Programao Visual e Capa Ricardo Marques Dutra - CRESESB Impresso Ediouro Grfica e Editora S.A.. 5. 5Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Sobre esta edio O CRESESB e o CEPEL, com o apoio da ELETROBRS e do Ministrio de Minas e Energia, tem o prazer de lanar esta reedio do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Esta obra, certamente um clssico na bibliografia brasileira sobre energia fotovoltaica, encontrava-se praticamente esgotada. Tendo em vista a implantao do Plano de Revitalizao e Capacitao do PRODEEM e do Programa Luz para Todos, identificou-se a necessidade de reedit-la. Com este relanamento temos a certeza de estarmos ampliando o pblico que ter acesso ao seu contedo e contribuindo para a consolidao do uso da energia fotovoltaica no Brasil. 6. 6 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 7. 7Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Apresentao O PRODEEM Programa de Desenvolvimento Energtico de Estados e Municpios, atualmente integrando o Programa Luz para Todos, do Governo Federal, passa por um profundo processo de revitalizao. Este processo, consolidado no Plano de Revitalizao e Capacitao do PRODEEM PRC, fruto da experincia acumulada nas fases anteriores do Programa. Discusses, Seminrios, reunies nos mais diferentes nveis, visitas tcnicas, inspees, consulta a especialistas, permitiram um preciso diagnstico da situao dos sistemas de gerao fotovoltaica patrocinados pelo PRODEEM. Com base neste diagnstico, o PRC est empreendendo diversas aes para que a sustentabilidade do fornecimento de energia s comunidades atendidas pelo programa possa ser assegurada. Capacitao pea chave deste processo de revitalizao. com pessoas devidamente treinadas e motivadas que as transformaes ocorrem e se sustentam. Publicaes e outros instrumentos didticos e de difuso de informao especfica para dar suporte ao treinamento de pessoal esto a caminho. Esta reedio tambm faz parte deste esforo. O Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, agora reeditado, j uma obra clssica em nosso meio. Esta obra resultado do esforo de inmeros profissionais e colaboradores. Ao longo destes ltimos anos tem sido um fiel companheiro de trabalho dos pioneiros que fizeram e fazem a histria do uso da energia fotovoltaica no Brasil. Nesta atual fase do PRODEEM, ser mais uma vez um valioso instrumento para o treinamento das equipes que percorrero o Pas, imbudas da nobre misso de assegurar o suprimento de energia para as comunidades atendidas pelo Programa. Em breve, os resultados desta revitalizao do PRODEEM estaro evidentes e contribuindo efetivamente para o cumprimento das metas do Programa Luz para Todos. Paulo Augusto Leonelli Diretor do PRODEEM 8. 8 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 9. 9Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Apresentao da Primeira Edio com satisfao que apresentamos o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Este Manual fruto da iniciativa dos membros do subgrupo Manuais do GTES - Grupo de Trabalho de Energia Solar, que conseguiram, em paralelo com suas atividades regulares, elaborar o presente material. O GTES, criado em setembro de 1992, nasceu da necessidade de fomentar, discutir e difundir questes ligadas Tecnologia Solar Fotovoltaica, envolvendo pessoas e/ou instituies de perfis e interesses variados. Assim sendo, periodicamente o grupo rene, entre outros interessados, Concessionrias, Centros de Pesquisa, Universidades e Fabricantes. Este Manual destina-se a auxiliar os engenheiros e tcnicos envolvidos com projetos de Sistemas Fotovoltaicos de Energia. Alm disso, visa atender a necessidade bsica de se ter, na lngua portuguesa, literatura sobre o assunto, em conformidade com a realidade brasileira. Este Manual enfoca, prioritariamente, sistemas de pequeno porte, em funo da demanda apresentada pelos participantes do GTES. Seu contedo contempla: descrio da tecnologia fotovoltaica; avaliao do recurso solar; descrio dos principais tipos de Sistemas Fotovoltaicos e de seus componentes bsicos; mtodos de dimensionamento; e procedimentos de instalao, operao e manuteno dos sistemas. Todos os captulos apresentam uma introduo suscinta sobre os assuntos que sero, por eles, abordados. Espera-se que esta verso do Manual seja uma semente para a disseminao da energia solar fotovoltaica no Brasil e que possamos evoluir em direo ao seu contnuo aperfeioamento e gerar novos documentos, com outros enfoques e para diferentes pblicos alvo. Claudio Moises Ribeiro Luiz Carlos Guedes Valente 10. 10 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 11. 11Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Sumrio Captulo 1 - Introduo ................................................................................................ 17 Captulo 2 - Radiao Solar e Efeito Fotovoltaico ..................................................... 23 2.1- Radiao Solar: Captao e Converso ............................................................................... 23 2.2- Efeito Fotovoltaico ................................................................................................................. 30 Captulo 3 - Configuraes Bsicas ............................................................................ 35 3.1- Sistemas Isolados ................................................................................................................... 36 3.1.1- Carga CC sem Armazenamento ............................................................................. 36 3.1.2- Carga CC com Armazenamento............................................................................. 37 3.1.3- Carga CA sem Armazenamento ............................................................................. 37 3.1.4- Carga CA com Armazenamento............................................................................. 37 3.2 - Sistemas Conectados Rede ................................................................................................ 38 3.2.1- Sistemas Residenciais ............................................................................................... 38 3.2.1.1- Medio nica do Balano de Energia ............................................................... 39 3.2.1.2- Medio Dupla ....................................................................................................... 39 3.2.1.3- Medies Simultneas ........................................................................................... 39 3.2.2- Sistemas de Grande Porte........................................................................................ 40 Captulo 4 - Componentes Bsicos............................................................................... 43 4.1 - Mdulo Fotovoltaico ............................................................................................................. 43 4.1.1 - Clula Fotovoltaica.................................................................................................. 43 4.1.2 - Caractersticas Construtivas dos Mdulos ........................................................... 45 4.1.3 - Caractersticas Eltricas dos Mdulos .................................................................. 46 4.1.4 - Arranjo dos Mdulos .............................................................................................. 48 4.1.5 - Fatores que Afetam as Caractersticas Eltricas dos Mdulos .......................... 49 4.2 - Baterias ................................................................................