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APRESENTAÇÃO
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Designação: Energia Solar Fotovoltaica (F. Modular)
Formador: Bruno Alves
• email: [email protected]• tlm: 938 371 569
REFERENCIAL DE FORMAÇÃO
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Introdução
• Apresentação;
• Definição de energia solar fotovoltaica;
• Generalidades
REFERENCIAL DE FORMAÇÃO
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Tecnologia dos Sistemas Solares Fotovoltaicos
• Tipos de sistemas. Sistemas autónomos. Sem armazenamento. Com armazenamento. Sistemas ligados à rede eléctrica. Sistemas híbridos
• Tipos de ligação. Ligação em série. Ligação em paralelo
REFERENCIAL DE FORMAÇÃO
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Sistemas Solares Fotovoltaicos
. Esquemas de sistemas solares fotovoltaicos
. Funções e características dos elementos constituintes
. Módulos/células solares fotovoltaicas
. Bateria
. Regulador de carga
. Conversores de corrente contínua/corrente alternada
. Gerador auxiliar
. Instalação eléctrica (quadro eléctrico, cablagem, protecções contra descargas atmosféricas, disjuntores,fusíveis e outros elementos do circuito eléctrico)
REFERENCIAL DE FORMAÇÃO
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Sistemas Solares Fotovoltaicos
. Exemplo de Dimensionamento de um sistema ligado à rede;
. Exemplo de Dimensionamento de um sistema isolado.
Funcionamento e regulação
Normas técnicas e legislação aplicável
Manutenção e conservação – princípios
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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A energia solar fotovoltaica corresponde a um sistema directo de
conversão, uma vez que os fotões da radiação solar interactuam de
um modo directo com sobre os electrões do captador fotovoltaico.
Dá-se então um efeito foto eléctrico e em consequência a geração
de corrente eléctrica.
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
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Componente BásicoComponente Básico
O componente básico deste modo directo de conversão é a célula
solar, com a qual se constroem os módulos solares ou painéis
solares, os quais proporcionam a corrente eléctrica, com um valor
que depende da radiação solar recebida.
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Constituição Básica do SistemaConstituição Básica do Sistema
Um conjunto de componentes permitem a acumulação de energia
eléctrica e sua posterior utilização na alimentação de
equipamentos eléctricos e até injecção da rede de distribuição.
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AplicaçõesAplicações
• Electrificação Habitacional
Inicialmente em locais de difícil acesso à rede de distribuição,
mas agora com uma aplicação mais abrangente.
• Agricultura e Pecuária
Aplicação na iluminação de estufas; bombeamento de água;
sistemas de rega; electrificação de cercas; entre outros.
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
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AplicaçõesAplicações
• Comunicações
Alimentação de repetidores de sistemas telefónicos, de rádio e
TV; sistemas de telemetria; sistemas telefónicos rurais.
• Sinalização
Iluminação de outdoors; balizas de sinalização; sinalização em
auto-estradas; estações meteorológicas; semáforos.
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
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Instalações Isoladas da RedeInstalações Isoladas da Rede
Obtenção de energia eléctrica para qualquer tipo de aplicação,
sem nenhum ponto de conexão com a rede pública de energia.
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
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Instalações Isoladas da RedeInstalações Isoladas da Rede
Dois tipos:
Centralizadas – Centralizadas – cobrem as necessidades de um conjunto de
vivendas com o objectivo da redução do impacte ambiental e
económico.
Descentralizadas – Descentralizadas – cobrem as necessidades de uma só utilização.
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
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Instalações Isoladas da RedeInstalações Isoladas da Rede
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
Diagrama de blocos
Painel Fotovoltaico
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Instalações Ligadas à RedeInstalações Ligadas à Rede
São as instalações que estão conectadas à rede pública e que
permite as seguintes possibilidades:
• Venda da totalidade da energia eléctrica gerada;
• Venda da energia eléctrica sobrante, segundo as necessidades do
local de geração da energia.
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
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Instalações Ligadas à RedeInstalações Ligadas à Rede
São introduzidos dois novos componentes em relação ao tipo de
instalação anterior. A saber:
• Inversor de rede – com a finalidade de sincronizar a fase da
energia a injectar com a da energia pública.
• Contador de energia – para medir a injecção de energia na rede,
para efeitos de cobrança.
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
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Instalações Isoladas da RedeInstalações Isoladas da Rede
CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES
Diagrama de blocos
Painel Fotovoltaico
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História História
• Edmond Becquerel, em 1839, descreve o efeito fotovoltaico
como o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos
de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela
absorção de luz;
• Em 1876 foi concebida a primeira célula fotovoltaica;
• Em 1956 iniciou-se a produção industrial de células fotovoltaicas;
SEMICONDUTORES E EFEITO FOTOVOLTAICO
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História História
• A corrida espacial foi o grande impulsionador da industria
fotovoltaica;
SEMICONDUTORES E EFEITO FOTOVOLTAICO
Nave Nimbus - 1964
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História História
• A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em
aplicações terrestre;
• Em 1978 a produção industrial atingiu a marca de 1 MWp/ano;
• Em 1998 a produção atinge a marca de 150MWp/ano, sendo o
silício quase absoluto entre os materiais utilizados;
SEMICONDUTORES E EFEITO FOTOVOLTAICO
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Tecnologia dos Equipamentos FotovoltaicosTecnologia dos Equipamentos Fotovoltaicos
• O silício que é o segundo elemento mais abundante na natureza,
é explorado sob as seguintes formas:
Monocristalino;
Policristalino;
Amorfo.
CÉLULA FOTOVOLTAICA
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Silício PolicristalinoSilício Policristalino
• Obtidas a partir de lingotes de silício, por fusão do silício puro,
utilizando moldes especiais e com um arrefecimento lento;
• Os átomos organizam-se em cristais, formando uma estrutura
policristalina;
• Os lingotes são cortados depois em finas bolachas, para
construirem posteriormente as células fotovoltaicas.
TIPOS DE CÉLULAS
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Silício PolicristalinoSilício Policristalino
TIPOS DE CÉLULAS
Lingote e
Corte em bolachas
SilícioPolicristalino
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Silício MonocristalinoSilício Monocristalino
• Obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino
obtidos em fornos especiais e serrados em bolachas com espessura
de 0,4 a 0,5mm;
• A célula obtém-se a partir de um único cristal;
• A rede cristalina é a mesma e tem muito poucos defeitos ou
imperfeições;
TIPOS DE CÉLULAS
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Silício MonocristalinoSilício Monocristalino
• Processo de cristalização ainda complexo e caro, mas que leva a
uma maior eficiência;
• O método mais utilizado é o de Czochralski, em que se funde o
lingote policristalino por meio de indução electromagnética,
arrefecendo depois de forma lenta, o que leva à homogeneização
do cristal monocristalino de silício, para depois ser cortado em
finas bolachas
TIPOS DE CÉLULAS
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Silício AmorfoSilício Amorfo
• Deposição de finas camadas de plasma de silício monocristalino
sobre vidro, plásticos e outros materiais;
• Tem o rendimento mais baixo das células de silício, mas tem
maior estabilidade face à temperaturamaior estabilidade face à temperatura;
• Para temperaturas mais elevada é o que varia menos a sua
eficiência.
TIPOS DE CÉLULAS
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ComparativoComparativo
TIPOS DE CÉLULAS
Tipo de Célula Rendimento Características
Monocristalino 15-18% • Cristal único• Bom rendimento• Cor azul homogénea
Policristalino 12-44% • Diferentes cristais • Preço inferior ao mono• Diferentes tons de azul
Amorfo <10% • Camada fina• Células finas em forma de lâmina• Cor castanha homogénea
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Efeitos da TemperaturaEfeitos da Temperatura
• Estes efeitos nos painéis FV fazem-se sentir negativamente na sua
eficiência, mais nos módulos mono e policristalinos;
• Os painéis de silício amorfo são uma boa solução em climas
quente, embora exijam uma área de implantação superior para
uma mesma potência.
CURVAS CARACTERÍSTICAS
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Efeitos da TemperaturaEfeitos da Temperatura
• As células FV são estudadas nas Condições de Teste Standard
(CTS) para temperatura de 25ºC;
• O aumento da temperatura mantém a fonte de corrente mas
diminui a tensão, diminuindo assim a potência fornecida pelos
módulos.
CURVAS CARACTERÍSTICAS
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Características Características
• As células FV são agrupadas em módulos fotovoltaicos e estes
agrupam-se em painéis de múltiplos módulos;
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
CélulasFV
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Características Características
• Em termos construtivos os módulos devem estar dotados de
meios que lhes permitam suportar as condições ambientais
adversas em que vão ser colocados;
• O acabamento, além dos aros de alumínio, leves e resistentes,
usa na película superficial o Etileno Acetato de Vinilo (EVA) e o
vidro.
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
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Suportes RotativosSuportes Rotativos
Possui:Possui:
• Um Sistema Optoelectrónico Sistema Optoelectrónico detector do deslocamento Este-
Oeste do Sol.
• Um sistema electromecânico que é acoplado entre a estrutura
de solo e o suporte dos painéis, com a finalidade de modificar a
inclinação segundo os sinais eléctricos fornecidos pelo captador
optoelectrónico.
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
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Suportes RotativosSuportes Rotativos
• Com este tipo de estrutura conseguem-se rendimentos adicionais
de 20% a 40% no Verão, em relação aos fixos.
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
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Baterias de AcumuladoresBaterias de Acumuladores
• As baterias de acumuladores são muito importantes num sistema
fotovoltaico, pois permitem o armazenamento de energia
eléctrico;
• A sua importância deve-se ao facto de estas dotarem o sistema
de autonomia, pois a produção e o consumo de energia não
coincidem, quer durante o dia, quer durante a noite.
ACUMULADORES
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Bateria de Chumbo-Ácido Ventiladas (Vented Lead Acid – VLA)Bateria de Chumbo-Ácido Ventiladas (Vented Lead Acid – VLA)
ACUMULADORES
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FunçãoFunção
• O inversor promove a ligação entre o painel fotovoltaico e a rede
ou carga AC (corrente alterna);
• Este equipamento promove a conversão do sinal DC (corrente
contínua) num sinal AC, com a amplitude e frequência da rede à
qual está ligado.
• São também chamados de conversores DC/AC.
INVERSORES