Embed Size (px)
Citation preview
Escola básica e secundária de Salvaterra de Magos
Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis – variante de sistemas solares
2015/2016
Sistema solar fotovoltaico
Bryan Neves, nº 28317
Diogo Cardoso, nº (cartão)
Francisco Pires, nº 28318
Inês Carvalho, nº 27945
Stepan Lavrenkov nº 27940
Salvaterra de Magos, Julho de 2016
Orientador: Jorge Cipriano
Agradecimentos
Queremos agradecer a todo o quadro de professores envolvidos
neste projeto educacional, Curso Profissional Técnico de Energias
Renováveis – Variante Sistemas Solares 2013/2016.
Queremos fazer um especial agradecimento aos nossos familiares e
amigos, que nos auxiliaram, motivaram e apoiaram desde início. Também
ao Diretor e Coordenador de curso, profº Jorge Cipriano, Profº Jorge
Santos, Profª Helena Gaspar.
Índice Geral
Resumo ...................................................................................................... 7
Introdução.................................................................................................. 8
Como surgiram as Energias Renováveis................................................... 8
A radiação solar ........................................................................................ 10
Irradiância solar..................................................................................... 10
Zénite solar .............................................................................................. 15
Fontes de energia ..................................................................................... 16
Protocolo de Quioto ................................................................................. 22
Significado de Fotovoltaico ...................................................................... 26
Constituição interna de uma célula fotovoltaica ................................... 26
Produção da corrente elétrica ............................................................... 27
Tipos de Células Fotovoltaicas ............................................................... 27
Células de Silício Mono cristalino .......................................................... 29
Células de Silício Poli cristalino .............................................................. 31
Células de Silício Amorfo ....................................................................... 32
Tipos de Sistemas Solares Fotovoltaicos................................................... 34
Painéis de Suporte Fixo ......................................................................... 34
Painéis Mono cristalinos .................................................................... 34
Painéis Poli cristalinos ........................................................................ 35
Seguidores Solares ............................................................................. 38
Associação de módulos fotovoltaicos ....................................................... 39
Controlador de carga................................................................................ 41
Baterias .................................................................................................... 42
Inversor .................................................................................................... 44
Quadro de Entrada de um sistema Fotovoltaico ...................................... 45
O Projeto .................................................................................................. 47
Consumo Diário dos painéis: ................................................................. 47
Webgrafia................................................................................................. 52
Índice de figuras
Figura 1 mapa-mundo com o total de energia produzida através de
fontes primárias. ..................................................................................... 16
Figura 2 Painéis Fotovoltaicos ................................................................. 17
Figura 3 Coletores Solares ....................................................................... 17
Figura 4 Aerogeradores ou moinhos eólicos. .......................................... 18
Figura 5 Captação de energia marítima, através de uma barragem. ...... 19
Figura 6 Captação da energia das ondas ................................................. 19
Figura 7 Barragem do Alqueva, Portugal. ................................................ 20
Figura 8 Biomassa vegetal, desperdícios de madeiras. ........................... 20
Figura 9 Exemplo de um geiser nos Açores. ............................................ 21
Figura 10 Central Geotérmica nos Açores. .............................................. 21
Figura 11 Gráfico sobre as emissões de CO2, Fonte: Boden, T.A.,
Marland, G., and Andres R.J. (2015). Centro de análises de Dióxido de
Carbono, Oak Ridge Laboratório Nacional, U.S. Departamento de
energia. .................................................................................................... 22
Figura 12 Célula de Silício. ....................................................................... 26
Figura 13 Esquema de funcionamento de uma célula fotovoltaica. ....... 27
Figura 14 diferentes tipos de células. ...................................................... 28
Figura 15 Células mono cristalinas .......................................................... 31
Figura 16 Célula Poli Cristalina ................................................................ 32
Figura 17 Pelicula de uma célula de silício amorfo .................................. 33
Figura 18 Painel Fotovoltaico. ................................................................. 33
Figura 19 Painéis fixos Mono cristalinos. ................................................ 34
Figura 20 Painéis de suporte fixo Poli cristalinos. ................................... 35
Figura 21 Aplicação de painéis solares de filme fino. .............................. 37
Figura 22 Campo de trackers, para produção energética. ....................... 38
Figura 23 Ligação em série dos painéis fotovoltaicos.............................. 39
Figura 24 Ligação em paralelo dos painéis fotovoltaicos. ....................... 39
Figura 25 Ligação mista dos painéis fotovoltaicos. ................................. 40
Figura 26 Controlador de carga ............................................................... 41
Figura 27 Bateria de ácido. ...................................................................... 42
Figura 28 Bateria selada AMG. ................................................................ 43
Figura 29 Bateria de Gel .......................................................................... 43
Figura 30 Inversor 12V/DC para 230V/AC ............................................... 44
Figura 31 Disjuntor Diferencial ................................................................ 45
Figura 32 Disjuntor parcial ....................................................................... 46
Resumo
A realização deste projeto de Prova de Aptidão Profissional (PAP)
tem por objetivo colocar em prática os conhecimentos adquiridos ao
longo dos três anos do Curso Profissional Técnico de Energias Renováveis
com vertente Fotovoltaica.
Este projeto consiste na instalação de um sistema Fotovoltaico com
um quadro de entrada, tendo por objetivo a alimentação de quatro
cabines de montagem, situadas na sala 12 do Bloco C, e também saídas de
energia para futuras instalações.
Iremos também falar sobre a origem das energias renováveis, os
benefícios das energias renováveis, qual a sua relevância a nível mundial e
nacional, iniciativas á sua utilização, propriedades dos vários tipos de
painéis e o seu funcionamento interno, entre outros aspetos relevantes.
Introdução
Como surgiram as Energias Renováveis
Ao longo da história o ser humano sempre necessitou de energia,
fosse ela de que natureza fosse. Ao longo das descobertas energéticas que
foram revolucionando o mundo, tais como os combustíveis fosseis, em
paralelo foram se realizando estudos de impacto ambiental e tempo de
renovação/ consumo dessas fontes energéticas. As conclusões retiradas
desses estudos foram que o seu tempo de renovação era muito inferior à
sua velocidade de consumo.
Este dilema começou a provocar algum desconforto mundial, pois
todos os sistemas desenvolvidos estavam relacionados direta ou
indiretamente com os combustíveis fosseis, a quantidade destes
combustíveis que é produzida em milhares de anos é consumida apenas
em alguns meses, o que começara assim a gerar preocupação pela parte
das nações. Dado isto todos os países teriam de se unir e pensar numa
nova alternativa de produção de energia e não poluente para o
ecossistema.
As Energias Renováveis surgiram através da necessidade de
encontrar uma fonte de energia não poluente e inesgotável, é cada vez
maior, pois vários estudos científicos demonstraram que as utilizações de
combustíveis fósseis para além de serem extremamente poluentes
também acabarão por se esgotar, gerando assim uma quebra da energia
mundial dentro de um prazo estimado de 100 a 200 anos.
Após estas conclusões, vemos que é vital pensar em formas mais
eficazes de produzir uma energia limpa independente dos combustíveis
fósseis e poluentes. E assim começaram a surgir as chamadas energias
renováveis, estas produzem a energia necessária através do Sol, Ar, Água,
Biomassa, Calor Geotérmico, entre outras ainda em desenvolvimento.
A radiação solar
A Radiação Solar é uma radiação proveniente do Sol que é
transmitida em forma de radiação eletromagnética. Apenas uma parte é
transmitida com luz visível, que é a que se encontra com a frequência mais
alta, além da luz visível temos também a luz invisível a olho nu, que se
divide em duas partes que são:
Infravermelhos;
Radiação ultra violeta.
Podemos concluir que como previamente descrito a luz visível
é a que tem uma maior frequência.
Irradiância solar
A Irradiância Solar é dada em watt-hora por metro quadrado
(Wh/m2), em que esta é determinada em curto intervalo de tempo pela
área que pretendemos determinar, neste caso em m2.
Figura 1 Gráfico representante da frequência de radiação solar.
Através deste mapa-mundo conseguimos perceber que as maiores
zonas de Irradiância solar São a América do Sul, a Africa e a Oceânia, neste
mapa podemos também ver ligeiramente que na zona da europa a
Península Ibérica se encontra em destaque face à Irradiância solar.
Podemos observar que de toda a zona Europeia, os maiores níveis de
irradiancia solar, são captados na região da Península Ibérica, Portugal e
Espanha.
Figura 2 Mapa-mundo com os níveis de irradiancia incidente.
Figura 3 Mapa Europeu de irradiância solar.
Na fig.5 podemos observar mais detalhadamente Portugal, e
concluir que este tem níveis de irradiancia muito elevados, o que torna o
mesmo vantajoso no setor de produção de energia elétrica fotovoltaica.
Conseguimos perceber que a nossa zona se encontra representada a
laranja e a um vermelho mais claro, o que irá corresponder entre 16
Wh/m2 a 17 Wh/m2, também conseguimos interpretar que a zona de
irradiancia mais forte superior a 17 Wh/m2 se encontra no Sul do País,
Faro.
Figura 4 Mapa de Portugal de irradiância solar
Neste gráfico interpretamos que as horas de pico solar são entre as
8h da manhã e as 16h da tarde em que existe uma radiação média de
1000 W/m2
Figura 5 Representação gráfica da hora de pico solar em função da irradiancia.
Zénite solar
A Zénite é um método usado em astronomia e trigonometria, que
consiste em um ponto que é intercetado por um eixo vertical que é
imaginado através da cabeça de um observador, este método costuma de
ser usado para fins de navegação astronómica, através da trigonometria.
Figura 6 Zénite solar
Figura 7 Inclinação do painel para melhor captação variando as estações
Fontes de energia
O universo não é nada mais nada menos que um gigantesco
reservatório de energia. Esta energia existente devido às reações
nucleares que ocorrem nas estrelas.
O Sol, estrela central do nosso sistema solar, é a nossa principal
fonte de energia, emitindo a cada segundo para o espaço o equivalente a
cerca de 4 × 1026𝐽.
Apesar do planeta Terra ser um enorme recetor da energia emitida
pelo sol, este apenas consegue absorver o equivalente a cerca de
1,7 × 1017𝐽 por segundo.
Uma ínfima parte desta energia foi armazenada ao longo de milhões
de anos sobre a forma daquilo que nós hoje designamos por combustíveis
fósseis. Sendo estes categorizados como uma fonte energética primária.
Figura 8 mapa-mundo com o total de energia produzida através de
fontes primárias.
A energia elétrica produzida a nível mundial é essencialmente
produzida através das centrais térmicas, hidrelétricas e nucleares. As
fontes de energia renováveis, surgiram para solucionar a crise energética
que o se estava a instalar, através do Sol, vento, oceanos, plantas e do
calor produzido pelo centro da terra.
O Sol tem a utilidade de produzir eletricidade através de painéis
fotovoltaicos e calor através dos coletores solares.
Uma vantagem é que é uma fonte praticamente inesgotável
de energia;
Uma desvantagem é que não é possível explorar este recurso
em regiões onde a incidência de radiação solar seja reduzida.
Figura 9 Painéis Fotovoltaicos Figura 10 Coletores Solares
O vento produz eletricidade através do movimento das turbinas
existentes nos aerogeradores, esta fonte de energia para além de
económica, também é inofensiva para o ambiente, pois provoca impacto
visual.
Uma vantagem é que pode ser explorada em regiões isoladas;
Uma desvantagem: só pode ser implementada em zonas
onde o vento seja forte e constante, a uma rapidez de 6 m/s.
Figura 11 Aerogeradores ou moinhos eólicos.
Através dos oceanos também se consegue extrair energia elétrica,
aproveitando uma diferença de pelo menos 5 metros entre a preia-mar e
a baixa- mar, para esta ser rentável.
Uma vantagem é a de não provocar poluição ambiental;
Uma desvantagem é a de necessitar de um custo elevado
para a sua exploração.
A energia das ondas pode ser captada de duas formas: ou através da
oscilação provocada pelas ondas ou através da compressão do ar em
plataformas específicas com turbinas no seu interior.
Uma vantagem é a de ser extremamente útil em ilhas isoladas
e em zonas costeiras;
Uma desvantagem é a de só poder ser utilizada num reduzido
número de locais no mundo.
Figura 12 Captação de energia marítima,
através de uma barragem.
Figura 13 Captação da energia das
ondas
Por fim dentro dos recursos hídricos, temos os rios, onde se integra
barragem, para centrais hidrelétricas.
Uma vantagem é a de não ser poluente;
Uma desvantagem é a de só poder ser incorporada em
zonas onde existam cursos de água.
Da Biomassa (matéria vegetal), consegue-se extrair energia
através da tradicional combustão de matéria orgânica (madeiras).
Algumas das plantas terrestres que contem um elevado teor energético,
como o milho, também podem ser utilizadas como combustíveis.
Uma vantagem é a de ser uma fonte inesgotável;
Uma desvantagem é de ser muito poluente e de constituir
perigo para a camada do ozono.
Figura 14 Barragem do Alqueva, Portugal.
Figura 15 Biomassa vegetal,
desperdícios de madeiras.
O calor proveniente do interior da terra, também é uma opção
viável de produção de energia. Este “calor” pode se manifestar através de
duas maneiras: através de geiseres ou através de fumarolas, ambos
consistem na libertação de água e vapor de água a elevadas temperaturas,
proveniente do subsolo.
Uma vantagem é a de ser uma fonte inesgotável;
Uma desvantagem só é possível a sua utilização em zonas que
contenham águas subterrâneas a elevadas temperaturas, o
que é mais comum em regiões vulcânicas.
Figura 16 Exemplo de um geiser nos
Açores. Figura 17 Central Geotérmica nos
Açores.
Protocolo de Quioto
Este protocolo é um tratado internacional com obrigações rígidas
para a redução da emissão de gases que têm vindo a agravar
progressivamente o efeito estufa, com todas as investigações científicas
realizadas podemos concluir que este aumento é devido às atividades
humanas.
O protocolo é consequência de uma séria de eventos que teve início
na Conferência da Alteração Atmosférica de Toronto, no Canadá a
Outubro de 1988, de seguida sucede o Painel Intergovernamental de
Mudanças Climáticas em Agosto de 1990, que acabara por culminar na
Convenção do Quadro das Nações Unidas sobre a Mudança Climática que
decorreu na ECO-92 no Rio de Janeiro, Brasil a Junho de 1992.
Figura 18 Gráfico sobre as emissões de CO2, Fonte: Boden, T.A., Marland, G., and Andres R.J.
(2015). Centro de análises de Dióxido de Carbono, Oak Ridge Laboratório Nacional, U.S.
Departamento de energia.
Este fora discutido e negociado em Quioto no Japão em 1997, e fora
aberto para recolher assinaturas a 11 de Dezembro de 1997 e fora
ratificado a 15 de Março de 1999.
Para que o Protocolo entrasse em vigor era necessário a assinatura
de 55 países que juntos produzissem 55% das emissões, entrando assim
em vigor a 16 de Fevereiro de 2005 depois de a Rússia o ter ratificado em
2004.
Posteriormente fora proposto um calendário pelo qual os países
membros (principalmente os desenvolvidos) tinham a obrigação de
reduzir a emissão dos gases com efeito estufa em pelo menos 5.2%
comparativamente com os níveis de 1990, num período de 4 anos tendo
início em 2008.
As metas com objetivo desta redução não eram para todos os países
membros, este colocara níveis diferentes para os 38 países com maior
emissão de gases. As metas propostas não se aplicavam temporariamente
aos países que ainda estavam em desenvolvimento.
A redução destas emissões deve de acontecer em várias atividades
exercidas. O protocolo viera estimular os países signatários a cooperarem
entre si com ações básicas:
Reformar os setores de energia e transportes;
Promover o uso de fontes energéticas renováveis;
Eliminar mecanismos financeiros e de mercados inapropriados aos
fins da convenção
Limitar as emissões de metano no gerenciamento de resíduos e dos
sistemas energéticos.
Proteger florestas e outros sumidouros de carbono
Se o Protocolo de Quioto for implementado com sucesso estima-se que
a temperatura global reduza entre 1,4˚C e 5,8˚C até 2100. No entanto
tudo isto depende muito das negociações pós períodos 2008/2012, pois
há comunidades científicas que afirmam que a meta de redução da
temperatura global em 5,2˚C em relação aos níveis de 1990 seja
insuficiente para o abrandamento do aquecimento global.
Atualmente e discutido no ano de 2016 um Acordo que levara duas
semanas de intensas negociações ficaram acordados que a partir de 2020
é obrigatório a participação de todas as nações e não apenas dos países
desenvolvidos para o combate as mudanças climáticas mais eficaz. Ao
todo 195 países membros da convenção do clima da ONU e da União
Europeia ratificaram o documento.
O atual objetivo deste atual acordo é a manter o aquecimento global
muito abaixo dos 2˚C, pois este é o ponto a partir do qual os cientistas
afirmam estar a condenar o planeta a um futuro sem volta de efeitos
devastadores, tais como a elevação do nível do mar, eventos climáticos
extremos e a falta de água e alimentação.
Portugal cumpre com as metas estabelecidas no protocolo, e também
definiu como metas principais:
Limitar entre 2008 e 2012 o crescimento das emissões de GEE
(Gases com Efeito de Estufa) em 27%;
E a redução de 20% das emissões de GEE até 2020.
Significado de Fotovoltaico
O significado de Fotovoltaico, consiste na transformação direta
da luz solar em energia elétrica, através de células fotovoltaicas.
Constituição interna de uma célula fotovoltaica
As células fotovoltaicas são constituídas por metais semicondutores,
como o silício, Índio ou Germânio. Para um
rendimento mais elevado das células é necessário que
os seus constituintes tenham um elevado grau de
pureza, sendo este, adquirido através de sucessivas
etapas de purificação.
A produção elétrica nas células ocorre devido a uma diferença de
potencial. Estas são constituídas por duas partes: uma do tipo n, que
contem um excesso de eletrões, e outra do tipo p, que tem um défice de
eletrões, unidas por uma junção p-n. A parte de silício tipo n chama-se de
emissor e a do tipo p recetor.
Luz Solar
Energia Elétrica
Figura 19 Célula de Silício.
Produção da corrente elétrica
A radiação solar é constituída por fotões, estes ao incidir na célula
fotovoltaica são absorvidos pelos eletrões. As ligações entre estes são
quebradas devido à energia recebida. Por conseguinte os eletrões
libertados são conduzidos através de um campo elétrico, da área n para as
lacunas da área p. Criando estas condições, obtemos corrente elétrica em
circuitos fechados.
Estas células fotovoltaicas, isoladas produzem uma corrente
muito baixa, por isso são agregadas umas às outras, formando assim
painéis com variáveis de corrente entre 12V ou 24V.
Tipos de Células Fotovoltaicas
Existe uma vasta gama de células fotovoltaicas no mercado, apesar
de à primeira vista não o parecer, e de serem todas compostas por silício
(Si).
Figura 20 Esquema de funcionamento de uma célula
fotovoltaica.
Após exames mais específicos, foi-se revelando uma diversidade
considerável. Esta pode variar entre:
Estrutura (homogénea ou cristalina);
Forma (retangular, quadrada, semiquadrada ou
arredondada);
Dimensão (10cm X 10cm; 12,5cm X 12,5cm, 15cm X 15cm);
Cor (azul ou preto).
Relativamente à cor, estas podem variar para além das referidas
acima, indicando outros tipos de tratamentos, posteriores à sua estrutura
interna, tais como o uso de um revestimento anti refletivo, que faz com
que as células adquiram cores tais como o magenta, o dourado, o
castanho e o verde.
Caso este revestimento anti refletivo seja omisso, as células
adquirem uma tonalidade de cinza prata.
Existem três tipos principais de células fotovoltaicas:
Células de Silício Mono cristalino;
Células de Silício Poli cristalino;
Células de Silício Amorfo.
Figura 21 diferentes tipos de
células.
Células de Silício Mono cristalino
As células de silício mono cristalino são as mais utilizadas e
comercializadas.
O fabrico das células de silício, consistem na extração dos cristais de
dióxido de silício, esta desoxidação ocorre em fornos, que purificam e
solidificam o silício sobre a forma de cilindros, tendo estes um grau de
pureza de 98% a 99%.
As células de silício mono cristalinas, para serem utilizadas como
células fotovoltaicas, estas necessitam de outros dispositivos
semicondutores, cujo seu grau de pureza deva ser cerca de 99,9999%.
De seguida, o silício é dopado com Boro, normalmente, podendo se
utilizar outros, tais como o arsénio e o antimônio, que são elementos do
tipo p, utilizados em materiais semicondutores puros para alterar as suas
características elétricas.
Posteriormente a este processo, os cilindros são cortados em discos
com cerca de 300 micrómetros.
Sofrendo de seguida uma limpeza e uma nova dopagem com
elementos do tipo n, sendo neste caso o fósforo o elemento mais
utilizado.
Esta etapa é processada através de uma difusão controlada de
vapor de fósforo no forno em que as temperaturas podem variar entre
800C e os 1000C.
Após todas estas etapas as células ao serem agregadas, formando
assim os painéis fotovoltaicos, podem atingir rendimentos dentro dos 16%
(células testadas em laboratório o rendimento pode atingir até 22%). As
células mono cristalinas são as que possuem maior eficiência e
rendimento.
Células de Silício Poli cristalino
As células de silício poli cristalino são consideravelmente mais
baratas que as células de silício mono cristalino, devido a estas não
sofrerem processos de preparação tão rigorosos.
Consequentemente o seu nível de eficiência também diminui, em
comparação às anteriormente referidas.
Estas são produzidas sobre a forma de paralelepípedo, sendo de
seguida cortadas. Devido a estas células não passarem por processos de
produção tão rigorosos e não atingirem um grau de pureza tão elevado, se
submetidas a técnicas adequadas, conseguem produzir cristais com
características próprias de tamanho, morfologia e concentração de
impurezas.
Figura 22 Células mono cristalinas
O rendimento destas células de silício poli cristalino, apesar de
inferior, atinge entre 11% e 13%, sendo que em laboratório podem atingir
até 18% de rendimento. Esta redução de rendimento é causada devido às
imperfeições dos seus cristais.
Células de Silício Amorfo
As células de silício amorfo são totalmente diferentes das
anteriormente referidas, pois a sua organização atómica é extremamente
desordenada.
A utilização deste tipo de silício na produção de células fotovoltaicas
tem vindo a revelar algumas vantagens tanto ao nível de propriedades
elétricas como no processo de fabrico.
Devido á sua capacidade de absorção de luz na faixa do visível e
podendo ser produzida através da deposição de vários tipos de substratos.
Demonstrando assim ser uma tecnologia forte e de baixo custo nos
sistemas fotovoltaicos.
As vantagens que este tipo de células possuem, são algo
consideráveis, tendo em conta que tem um fabrico relativamente fácil e
Figura 23 Célula Poli Cristalina
barato e permitem a criação de peliculas muito finas e de grandes
dimensões.
Apesar de aparentemente ser uma boa aposta de investimento,
estas possuem algumas desvantagens, tais como um rendimento muito
baixo, oscilando apenas entre os 8% e 10%, sendo que em laboratório
atingem até 13%, e durante os primeiros meses de funcionamento, estas
sofrem processos de degradação, reduzindo assim o seu nível de eficiência
ao longo da vida.
Figura 24 Pelicula de uma
célula de silício amorfo
Figura 25 Painel Fotovoltaico.
Tipos de Sistemas Solares Fotovoltaicos
Existem vários tipos de sistemas solares fotovoltaicos, todos eles
tem o mesmo propósito, que é a produção de energia elétrica. Alguns
exemplos são: os seguidores solares, coletores de suporte fixo, painéis
solares de filme fino, telhas fotovoltaicas, concentradores solares, entre
outros. De seguida irão ser apresentados alguns exemplos mais comuns
no nosso cotidiano.
Painéis de Suporte Fixo
Painéis Mono cristalinos
Estes tipos de painéis fotovoltaicos, por possuírem um único tipo de
cristal, silício puro, e por isso são considerados os melhores do mercado.
Vantagens:
Alto nível de eficiência;
Maior produção elétrica, ocupando menos espaço físico;
Vida útil de mais de 30 anos.
Figura 26 Painéis fixos
Mono cristalinos.
Desvantagens:
Custo de produção elevado;
Grande parte das células, no processo de corte são
desperdiçadas.
Painéis Poli cristalinos
A painéis poli cristalinos devido á sua composição interna ser mais
diversa, estes consequentemente o seu nível de eficiência é menor.
Vantagens:
Vida útil longa;
Custo de produção mais barato;
Menor quantidades de silício utilizado no processo de fabrico.
Desvantagens:
Menor eficiência energética;
Figura 27 Painéis de suporte fixo
Poli cristalinos.
Necessita de maior área de instalação;
Maior custo de investimento.
Painéis solares de filme fino
Este tipo de painéis são uma tecnologia recente e inovadora. Esta
tecnologia é utilizada na eletrónica orgânica, um ramo da eletrónica que
lida com polímeros orgânicos condutores, que também tem capacidade de
absorver a luz solar e transforma-la em energia elétrica.
Vantagens:
Tem um nível de produção em massa mais simples que a
tecnologia cristalina;
Tem uma aparência esteticamente bonita e homogénea;
É feito num material flexível, que pode levar a diversas
utilizações;
As altas temperaturas e zonas sombreadas, não tem menos
impacto sobre o desempenho destes painéis.
Desvantagens:
Não são utilizados em sistemas fotovoltaicos residenciais, pois
apesar de baratos exigem uma grande área de instalação;
Menos eficientes;
Maiores custos de instalação e mão-de-obra;
Figura 28 Aplicação de painéis solares de filme fino.
Mais rapidamente degradáveis.
Seguidores Solares
O seguidor solar ou tracker é um sistema de agregação de
painéis fotovoltaicos num suporte, que tem por objetivo seguir a
trajetória solar ao longo do dia, captando assim o máximo de
radiação possível ao longo do dia.
Vantagens:
Grande produção energética;
Captação máxima de energia solar.
Desvantagens:
Elevado custo de investimento;
Destruição da paisagem (impacto visual);
Em zonas com vento, grande possibilidade de quebra ou
danificação.
Figura 29 Campo de trackers, para produção energética.
Associação de módulos fotovoltaicos
Os módulos fotovoltaicos produzem tensão e corrente.
Consoante o objetivo que queiramos atingir, existem três tipos de ligações
possíveis, que são: ligação em série, ligação em paralelo e ligação mista.
Uma ligação em série tem por objetivo obter o máximo de
corrente possível, sem aumentar a tensão e ter o mínimo de perdas
possíveis no sistema.
Uma ligação em paralelo é utilizada em sistemas autónomos, em
que o objetivo é obter uma maior tensão e a mesma corrente.
Figura 30 Ligação em série dos painéis fotovoltaicos.
Figura 31 Ligação em paralelo dos painéis fotovoltaicos.
Os sistemas mistos são utilizados quando é necessário obter
corrente e tensão.
Consoante o objetivo final do sistema, se queremos mais tensão
ou mais corrente, assim se adapta e escolhe o tipo de ligação mais
vantajosa, embora ocorra alguns fatores que devemos ter em conta, tais
como a distância a que os painéis de encontram do sistema que vão
alimentar, o tipo de clima e as características do espaço, as perdas do
sistema e os aumentos de temperatura.
O aumento de temperatura pode ser provocado por um excesso
de tensão. Este ocorre nomeadamente nos condutores, isto para alem de
baixar os níveis de rendimento do sistema fotovoltaico, poderá também
danificar os componentes do sistema, nomeadamente o controlador de
carga.
Figura 32 Ligação mista dos painéis fotovoltaicos.
Controlador de carga
O controlador de carga é um dos principais componentes de um
sistema solar fotovoltaico. Este é o principal responsável pelo tempo de
vida das baterias existentes no sistema de armazenamento de energia.
Outra função do controlador de carga é proteger as baterias de
sofrerem sobrecargas e/ou descargas profundas, garantindo assim uma
maior eficácia no armazenamento da energia enviada dos painéis.
Na constituição interna do controlador de carga, este possui uma
série de dispositivos que informam permanentemente sobre o estado de
carga do sistema, e permite uma adaptação às necessidades do utilizador.
Estes tipos de dispositivos podem ser integrados normalmente em
sistemas isolados da rede, ou seja, sistemas autónomos.
Figura 33 Controlador de carga
Baterias
As Baterias num sistema fotovoltaico são fundamentais, pois são
elas as principais responsáveis pelo armazenamento de energia. Estas são
compostas por elementos eletroquímicos.
Existem vátios tipos de baterias mais usuais nos sistemas
fotovoltaicos, que são:
Baterias Monobloco ácido;
Baterias AMG
Baterias de Gel
As baterias monoblocos ácidas são baterias de ácido-chumbo, as mais
usuais devido ao seu valor relativamente acessível. Ao nível de
manutenção, exigem alguma manutenção. Estas baterias têm uma tensão
de funcionamento dada em volts (V), geralmente 12V, e uma capacidade
media dada em amperes-hora (Ah).
Figura 34 Bateria de ácido.
As Baterias AMG são equipamentos selados e com terminais em cobre,
muito semelhantes às baterias monoblocos.
As baterias de Gel são as que apresentam um maior tempo de vida e
resistência aos ciclos de carga e descarga sofridos. Em contra partida,
estas apresentam um valor muito superior às de ácido-chumbo, devido
aos seus componentes e materiais de melhor qualidade.
Figura 35 Bateria selada AMG.
Figura 36 Bateria de Gel
Inversor
O inversor ou ondulador, é um dispositivo que converte a corrente
contínua (DC) de 12V produzida pelos painéis, para corrente alternada
(AC)de 230V, pois é esta que utilizamos no quotidiano.
Figura 37 Inversor 12V/DC para 230V/AC
Quadro de Entrada de um sistema Fotovoltaico
Um quadro de entrada de um sistema fotovoltaico é composto por
dois tipos de disjuntores:
Disjuntor Diferencial.
Disjuntor Parcial
Um Disjuntor Diferencial tem como função ser um aparelho de
proteção contra sobreintensidades. Este pode voltar a ser rearmado caso
dispare, caso ocorra um curto-circuito ou uma sobrecarga.
O que ocorre é que o disjuntor diferencial ao ser acionado, isola
automaticamente o sistema fotovoltaico da rede elétrica.
Os Disjuntor Parcial são aparelhos de proteção extremamente
sensíveis. Estes dispositivos têm como função analisar a corrente que
percorre o circuito de ida e volta. Caso ocorra algum tipo de anomalia, em
que a diferença entre ambas as correntes ultrapasse os 30mA, estes
dispositivos atuam isolando o circuito elétrico em menos de 0,2 segundos.
Figura 38 Disjuntor Diferencial
Este dispositivo disparará caso ocorra uma falha de isolamento, um
contato direto ou um contacto indireto.
Figura 39 Disjuntor parcial
O Projeto
Após toda esta breve introdução em relação a assuntos pertinentes nos
sistemas fotovoltaicos, passaremos a apresentar todos os passos que
tomamos para a atingir os objetivos inicialmente estipulados. Comecemos
pelos dimensionamentos.
Sabemos que o objetivo é alimentar quatro cabines de montagem que
estarão a simular todo o tipo de ligações existentes numa habitação.
Consumo Diário dos painéis:
Potência Tempo de
funcionamento
Potencia total
de
funcionamento
Cabine 1 150 W 20 Minutos 49,5 Whd
Cabine 2 150 W 20 Minutos 49,5 Whd
Cabine 3 150 W 20 Minutos 49,5 Whd
Cabine 4 150 W 20 Minutos 49,5 Whd
Total 600 W 198whd
30 min. 0,5 h =20×0,5
30= 0,33ℎ
20 min.
Potência total por cabine: 150 x 0.33 = 49,5 W
a) Consumo de energia da instalação
𝐼𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎çã𝑜 =𝐼𝑚á𝑥.𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜
𝑈
𝐼𝑚á𝑥 =198
12 𝐼𝑚á𝑥. = 16,5 𝐴
b) Valor da energia diária máxima necessária
𝐼𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑚á𝑥. = 𝐼𝑚á𝑥. 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 + 𝐼𝑚á𝑥.𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 × 20%(𝑡𝑜𝑙𝑒𝑟â𝑛𝑐𝑖𝑎)
𝐼𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑚á𝑥. = 16,5 + 16,5 × 20%
𝐼𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑚á𝑥. = 16,5 + 3,3
𝐼𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑚á𝑥. = 19,8 𝐴ℎ
c) Valor das perdas da bateria
𝐼𝑚á𝑥. = 𝐼𝑚á𝑥.
𝐾𝑇(𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑖𝑠 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎)
𝐼𝑚á𝑥. = 19,8
0,6
𝐼𝑚á𝑥. = 33𝐴ℎ
d) Valor da energia fornecida por cada módulo fotovoltaico por dia
𝐼𝑚ó𝑑. = 𝐼𝑀𝑃𝑃 × 𝐻𝑃𝑆 ×
𝐼𝑚ó𝑑. = 8,27 × 7,509 × 15%
𝐼𝑚ó𝑑. = 9,31 𝐴ℎ
e) Nº de módulos em paralelo
𝑁 =𝐼𝑚á𝑥.𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠
𝐼𝑚ó𝑑.
𝑁 =33
9,31
𝑁 = 3,54 ≅ 4 Painéis
f) Valor da capacidade das baterias
Nota: Para DC o valor
extipulado é de 0,6 para
3/4 dias de autonomia.
IMPP – 𝐼𝑚á𝑥. Pico a
pico
HPS – hora de pico
solar
- Rendimento do
painel
𝐶𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝐼𝑚á𝑥.𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠×𝐷𝐴𝑇(𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎)
𝑃𝐷(𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎)
𝐶𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =33×2
70%
𝐶𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 = 94,28 ≅ 94,3 𝐴ℎ
g) Nº de baterias necessárias
𝑁 =𝐶𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝐶𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑁 =94,28
200
𝑁 = 0,47 ≅ 1 Bateria
h) Nº de reguladores
𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝐼𝑐𝑐 (𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑙) × 𝑁º𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑖𝑠
𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 8,81 × 4
𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 35,24 𝐴h
𝑁º 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =35,24
30
𝑁º 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 1,17 ≅ 1 Regulador
i) Nº de inversores
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 600𝑤
𝑁º𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠 = 1
Webgrafia
Protocolo de Quioto: http://www.portal-energia.com/historia-e-
definicoes-do-protocolo-quioto/
História da energia:
http://tudoenergia.home.sapo.pt/historia_energia.htm
Energia elétrica: https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica
Tipos de painéis:
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160419103847.htm
Paineis: http://oilprice.com/Alternative-Energy/Solar-Energy/The-
Evolving-Efficiency-of-Photovoltaic-Solar-Panels.html
Produção elétrica:
http://www.quercus.pt/comunicados/2016-col-150/janeiro/4552-
balanco-da-producao-de-eletricidade-2015
https://yearbook.enerdata.net/world-electricity-production-map-graph-
and-data.html
https://yearbook.enerdata.net/world-electricity-production-map-graph-
and-data.html#renewable-in-electricity-production-share-by-region.html
http://www.edp.pt/pt/aedp/unidadesdenegocio/energiasrenovaveis/Page
s/EnergiasRenovaveis.aspx
Sol desenvolvimento:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sol
http://www.explicatorium.com/cfq-8/espectro-eletromagnetico.html
http://www.infoescola.com/geografia/efeito-estufa
https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_fotovoltaico
Células de Silício:
http://www.portal-energia.com/principais-tipos-de-celulas-fotovoltaicas-
constituintes-de-paineis-solares/
Painéis:
https://es.wikipedia.org/wiki/Concentrador_solar
http://www.portalsolar.com.br/tipos-de-painel-solar-fotovoltaico.html
Baterias:
http://www.ccbs-energia.pt/formacao-tecnica/solar-fotovoltaico/baterias
http://www.damiasolar.com/produtos/solar-gel-38
Inversor:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Inversor
Imagens
https://www.ipma.pt/pt/index.html
https://www.google.pt/search?q=global+maps+of+solar+radiation&biw=1
366&bih=667&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjq_qi
wg77NAhVMbBoKHe7BBzIQsAQIGg&dpr=1#tbm=isch&tbs=rimg%3ACWlq
a06ifRFrIjgetoxPcQo0S7kMA_1KZpLOD7Wf_1GWgg_1TftjK7o4sukwACGylI
WSqc_16qMlDosNxjgmuOr3J_11opSoSCR62jE9xCjRLEQ88IAf9CGFHKhIJuQ
wD8pmks4MROj4Y1vVf2nkqEgntZ_18ZaCD9NxHzZ2V23W-
I1ioSCe2Mrujiy6TAETJ_17McfEY54KhIJAIbKUhZKpz8Roke_12DEVkmEqEgn
qoyUOiw3GOBFX90jgTDHKcCoSCSa46vcn_1WilEVckCcQqU4gd&q=global%
20maps%20of%20solar%20radiation%202016&imgrc=HLQCerrmFXewXM
%3A
https://www3.epa.gov/climatechange/ghgemissions/global.html
