Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

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Esteves
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Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por Esteves » terça ago 07, 2012 12:09 am

Um sistema Solar Fotovoltaico básico é composto de um ou mais painéis fotovoltaicos, controlador de carga e baterias. Em alguns casos utiliza-se também um inversor:


Painel fotovoltaico: Converte a luz solar em energia elétrica, normalmente 12Vcc ou 24Vcc etc... - corrente contínua.

Controlador de carga: Gerencia o carregamento da bateria, evitando sobrecargas e protegendo contra descargas abaixo do permitido.

Bateria: Armazena a energia elétrica gerada pelo painel ao longo do dia, para ser usada à noite ou em dias muito nublados ou chuvosos.

Inversor: Converte a tensão da bateria, tipicamente de 12Vcc ou 24Vcc para 127Vca ou 220Vca- corrente alternada, para alimentar equipamentos como TVs, rádios e outros.


PAINEL FOTOVOLTAICO

Eletricidade a partir do Sol:
O Sol é a nossa maior fonte de energia: poderosa, durável, confiável e disponível em todo o mundo. A cada hora, a luz solar que atinge a Terra é maior do que a quantidade de energia utilizada por cada pessoa no planeta em um ano inteiro.
A energia Fotovoltaica, uma tecnologia versátil e flexível, pode ser utilizada para atender quase todas as necessidades em praticamente qualquer local. No espaço e no ar, na terra e no mar, as células fotovoltaicas produzem energia quando e onde for necessário.

O que significa fotovoltaico:
O termo fotovoltaico é derivado da combinação da palavra grega fotos (luz), com voltaico, em homenagem a Alessandro Volta, um pioneiro no estudo da eletricidade. Assim, uma célula solar fotovoltaica (abreviado por PV) converte a luz solar em energia elétrica.

Como Funcionam as Células Fotovoltaicas:
As Células fotovoltaicas realizam essa conversão sem partes móveis, ruído, poluição, radiação ou são livres de manutenção. As células fotovoltaicas são feitas de um material semicondutor, geralmente de silício (um recurso muito abundante na terra), que é tratado quimicamente para criar uma camada de carga positiva e uma camada de carga negativa. Quando a luz solar atinge uma célula fotovoltaica, um elétron é desalojado. Estes elétrons são recolhidos por fios ligados à célula, formando uma corrente elétrica. Quanto mais células, maior a corrente e tensão. Um certo número de células dispostas lado a lado formam um módulo ou painel fotovoltaico, vários módulos juntos formam um arranjo de painéis fotovoltaicos. Os módulos vendidos comercialmente possuem potências que variam desde 5 watts até 300 watts, e produzem corrente contínua (cc) semelhante a corrente da bateria de um automóvel.

Utilizações da Energia Solar:
Sistemas fotovoltaicos já fazem parte de nossas vidas. As aplicações vão desde pequenas aplicações como calculadoras e relógios de pulso até o fornecimento de eletricidade para as bombas de água, sinalizações em estradas, equipamentos de comunicações, satélites, casas móveis, medicina (para alimentar equipamentos médicos, purificadores de água, refrigeradores para vacinas), boias de navegação, iluminação pública, iluminação de jardins, iluminação de casas e aparelhos eletrodomésticos.

Controlador de Carga e Descarga

O que é um Controlador de Carga e Descarga:
É um componente utilizado nos sistemas fotovoltaicos para gerenciar e controlar o processo de carga e descarga do banco de baterias.
O controlador permite que as baterias sejam carregadas completamente e evita que sejam descarregadas abaixo de um valor seguro. É instalado eletricamente entre o painel fotovoltaico e as baterias.
Um controlador típico possui:
- Entrada para os painéis fotovoltaicos
- Saída para baterias
- Saída para carga (corrente contínua - cc)
Os Controladores modernos utilizam uma tecnologia chamada PWM – Pulse With Modulation ou modulação por pulsos ou ainda a tecnologia MPPT – Maximum Power point Tracking para assegurar que a bateria possa ser carregada até atingir sua capacidade máxima. A reposição dos primeiros 70% a 80% da capacidade da bateria são facilmente obtidos, porém os 20% ou 30 % finais requerem circuitos mais complexos.
Como funciona um controlador de carga: Os circuitos de um Controlador de Carga “lêem” a tensão das baterias para determinar seu estado de carga. Os circuitos internos dos controladores variam, mas a maioria dos controladores lêem a tensão para controlar a intensidade de corrente que flui para as baterias, na medida em que estas se aproximam da sua carga máxima.
As principais características de um controlador são: Proteção contra corrente reversa: Desconecta os painéis fotovoltaicos para prevenir perda de carga das baterias nos módulos solares durante a noite.
Controle de descarga: desligamento da saída para evitar descarga das baterias abaixo de valores seguros.
Monitoramentos do Sistema: Medidores digitais ou analógicos, LEDs indicadores ou alarmes de advertência.
Proteção contra sobre corrente: Através de fusíveis ou disjuntores.
Opções de Montagem: Montagens embutidas, montagens em paredes, e sistema de proteção para uso interno ou externo.
Controle de carga secundárias: Controle automático de cargas secundárias, ou controle de lâmpada, bombas d’água ou outras cargas como temporizadores ou chaveamentos.
Compensação de temperatura: Necessários quando as baterias são instaladas em um área não climatizada. A tensão de carga é ajustada em função da temperatura ambiente.
PWM – Pulse With Modulation: Método de carga muito eficiente, que mantem uma bateria em sua carga máxima e minimiza a sulfatação da bateria, por meio de pulsos de tensão de alta frequência.
MPPT – Maximun Power Point Tracker: Um moderno sistema de carga, projetado para extrair a máxima energia possível de um módulo solar, através da alteração de sua tensão de operação para maximizar a potencia de saída.
Como dimensionar um Controlador de Carga:
Os controladores são dimensionados em função da corrente dos módulos e da tensão de operação do sistema. As tensões de operação mais comuns são 12, 24 ou 48V, e a corrente de operação entre 1 e 60A.
Como exemplo, suponha um sistema com dois módulos fotovoltaicos que produzem cada um 7,45A. Os dois módulos produzirão juntos 14,9A. Em situações especiais de insolação poderá haver um aumento da corrente total produzida. Como prática devemos aumentar a capacidade de corrente em 25%, o que elevará para 18,6A. Devemos então utilizar um controlador de 20A neste caso, que é o valor mais próximo comercialmente disponível. No exemplo não há problema em se utilizar um controlador de 30A ou maior, a menos da questão custo. Caso você planeje aumentar a capacidade de seu sistema no futuro, sugerimos considerar um controlador com a capacidade de corrente sobredimensionada.


Baterias

Porque Usar Baterias em um Sistema Fotovoltaico:
As baterias são utilizadas nos sistemas fotovoltaicos para armazenar a energia excedente produzida pelos painéis solares, para ser utilizada durante a noite ou em dias muito nublados ou com baixa insolação.
Escolha a Bateria certa:
As baterias mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos são geralmente to tipo chumbo-ácido. Devem ser do tipo “descarga profunda” ou estacionárias, ou seja, podem ser descarregadas entre 20% e 80% de sua capacidade máxima e recarregadas novamente todos os dias, durando muitos anos, conforme especificação do fabricante.
Baterias automotivas têm custo menor, entretanto serão inutilizadas se forem descarregadas abaixo de 20% de sua capacidade por várias vezes.
A capacidade da bateria ou banco de baterias determina sua autonomia. Um banco de baterias precisa ser dimensionado para suprir energia entre dois e quatro dias sem insolação para uso residencial e cinco dias ou mais para aplicações específicas.
Baterias do tipo seladas requerem pouca manutenção. Deve-se, no entanto, verificar o aperto dos terminais e manter os seus terminais livre de corrosão. As baterias precisam ser instaladas em local seco e ventiladas. Em nenhuma circunstância as baterias de chumbo ácido podem ser mantidas descarregadas totalmente, pois isto poderá danificá-las permanentemente. Ligação em Paralelo: Na ligação de baterias em paralelo (terminal positivo com terminal positivo e terminal negativo com terminal negativo), a tensão do banco de baterias permanece a mesma já a capacidade final em amperes-horas é a soma das capacidades de cada bateria.
Ligação em Série: Na ligação de baterias em série (terminal positivo da primeira bateria com terminal negativo da segunda e a assim por diante), a capacidade em amperes-horas do banco de baterias permanece a mesma, porém a tensão final é a soma da tensão de cada bateria.

Inversor

O que é um inversor:
O inversor, é um equipamento utilizado em sistemas fotovoltaicos, cuja função é converter corrente contínua (cc) da bateria ou banco de baterias em corrente alternada (ca) para alimentar eletrodomésticos e demais equipamentos convencionais.

Como funciona um Inversor:

O inversor é um dos mais importantes e complexos componentes em um sistema de energia fotovoltaica independente. Para escolher um inversor é necessário conhecer algumas de suas funções básicas, características e limitações. Os sistemas fotovoltaicos possuem um ponto comum que são as baterias para armazenamento de energia. As baterias recebem, armazenam e fornecem energia em forma de corrente contínua cc.
Ao contrário, a concessionária de energia elétrica fornece energia em corrente alternada ca. A corrente contínua flui em uma única direção, já a corrente alternada alterna sua direção muitas vezes por segundo.
Um inversor converte cc para ca, e também muda o valor da tensão. Em outras palavras é um adaptador de energia. O inversor permite que a energia armazenada em uma bateria possa alimentar aparelhos eletrodomésticos, eletrônicos etc. Existem aparelhos eletrodomésticos tais como frigoríficos, TV e lâmpadas que podem ser ligados diretamente em baterias sem o uso de um inversor, porém seu custo é na maioria dos casos, muito superior aos aparelhos convencionais.
O inversor não um dispositivo simples: Externamente um inversor tem um formato de uma caixa metálica com um ou dois botões, mas internamente possui um pequeno universo de componentes. O inversor moderno deve lidar com um grande número de cargas, desde uma simples lâmpada até a partida de um motor de bomba ou uma ferramenta elétrica. O inversor deve regular a qualidade de energia de sua saída, com um mínimo de perda de potência.
Defina suas necessidades: Para escolher um inversor você deve primeiro definir suas necessidades. É necessário para isto, conhecer algumas características dos inversores disponíveis no mercado, normalmente disponibilizadas nas folhas de dados dos fabricantes. Veja abaixo os principais fatores que devem ser considerados:
Tensão de entrada e saída: A tensão cc de entrada do inversor deve estar de acordo com o sistema elétrico e o banco de baterias, que comumente utilizam 12, 24 ou 48Vcc. Sistemas fotovoltaicos que utilizam tensões cc maiores (24, 48V) são vantajosos pois operam com correntes menores, o que torna o circuito da fiação elétrica mais barato e fácil de instalar.
A saída ca do inversor deve estar de acordo com o padrão utilizado em cada país, para compatibilizar com os eletrodomésticos e demais equipamentos. Normalmente utilizado é 220Vac 50Hertz (ciclos por segundo).
Potência de Saída: Qual a carga que pode ser ligada em um inversor? A potência de saída de um inversor é expressa em Watts (Watts=Amperes x Volts). Devem ser considerados três níveis de potência: Contínua, Máxima limitada por tempo e de surto. Potência contínua refere-se a potência que o inversor pode fornecedor por um período indefinido de horas. Quando um inversor é especificado por um certo número de Watts, este número geralmente se refere a sua potência contínua de operação.
Potência máxima limitada por tempo: Significa a potência máxima que o inversor poderá fornecer por um certo tempo, tipicamente 10 ou 20 minutos. O terceiro nível de potência, a potência de surto refere-se a sua capacidade de partir motores, e será discutido abaixo.
Qualidade da Energia – Onda Senoidal x Onda Senoidal Modificada:
Alguns inversores produzem uma forma de onda senoidal em sua saída, livre de distorções, semelhante a forma de onda da energia entregue pela concessionária de energia elétrica, sendo portanto os mais apropriados para utilização doméstica. Existem também os inversores que produzem uma onda senoidal modificada em sua saída, são mais baratos, mas podem afetar o funcionamento de alguns equipamentos. Estes inversores reduzem a eficiência de motores e transformadores entre 10% e 20%. Ruídos podem ser ouvidos em alto-falantes ou emitidos por algumas lâmpadas fluorescentes, ventiladores de teto e transformadores. Alguns fornos de micro-ondas podem também emitir algum ruído e aquecer menos os alimentos. TVs e monitores de vídeo de computadores podem mostrar uma “faixa” deslocando-se pelo monitor.
Eficiência: Não é possível converter energia sem que haja alguma perda. Eficiência é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada, expressa em percentagem. Se um inversor tem eficiência de 90%, significa que 10% da potência é perdida ou consumida no próprio inversor.
Proteções Internas: Os circuitos internos mais sensíveis de um inversor devem ser bem protegidos contra surtos causados por descargas elétricas, partidas de motores e condições de sobrecarga. Sobrecargas podem ser causadas por mau funcionamento de equipamentos, problemas com fiação elétrica ou simplesmente pelo excesso de equipamentos ligados ao mesmo tempo. Um inversor deve se auto-desligar caso a tensão das baterias esteja muito baixa, para protegê-las contra danos por descarga excessiva.
Cargas Indutiva e Potência de Surto: Algumas cargas como motores de bombas, máquinas de lavar, refrigeradores demandam uma potência extra em sua partida. É comum encontrarmos motores com corrente de partida igual a 7 ou 8 vezes a corrente nominal (corrente normal de funcionamento). Porém, para os motores de produção seriada, normalmente encontrados no mercado, a corrente de partida situa-se entre 5,5 e 7,00 vezes a corrente nominal. (5,5 x IN < IP < 7,00 x IP). Se o inversor não estiver dimensionado para isto ele pode simplesmente desligar-se ao invés de partir o equipamento. Se sua potência de surto for inadequada, sua tensão de saída poderá ter uma redução momentânea, o que pode causar redução na iluminação da casa e até mesmo desligar um microcomputador. Baterias pouco carregadas, problemas com o cabeamento também podem dificultar a partida de motores. Um banco de baterias mal dimensionado, em condições ruins ou com conexões corroídas podem ser um ponto fraco para o sistema. Os cabos do inversor e de interligação entre as baterias devem estar bem dimensionados já que a corrente que flui por eles aumenta significante-mente durante a partida de motores.
Consumo sem carga: Um inversor consome energia mesmo estando sem carga. Em aplicações onde o sistema permanece por muito tempo sem carga ou com carga muito baixa, esta é uma característica importante. O consumo típico está entre 15 e 100 Watts. As folhas de especificações dos fabricantes costumam informar o consumo em amperes. Para obter este consumo em Watts multiplique o valor da corrente pela tensão cc do inversor.
Desligamento automático: Para economizar a carga das baterias, alguns inversores para uso doméstico possuem um sensor que deteta a ausência de carga desligando sua saída quando não há nenhum consumo de energia, voltando a religar sua saída novamente ao identificar algum consumo energia.

O MEIO AMBIENTE AGRADECE
(E MUITO...)
..........:::::Pré-Reforma:::::..........


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MRider
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por MRider » terça ago 07, 2012 11:02 am

boa info 8-)
Live long and prosper!

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Volt
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por Volt » terça ago 07, 2012 11:28 am

Fixado. :-).
279.999,9 KM a bombar faísca!
Arranjei uma fêmea que não dá à luz mas consome-a

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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por visitante1 » terça ago 07, 2012 9:52 pm

Certamente a partir de agora os projetos a nascer serão de melhor qualidade...
cumprimentos
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JMLorenzo
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por JMLorenzo » segunda jan 28, 2013 7:54 pm

Nos sistemas fotovoltaicos pode-se ligar os painéis em serie ou em paralelo.
Uma duvida que me assiste na ligação dos painéis em paralelo é se há necessidade de colocar em serie com o painel um díodo de bloqueio.
Anexos
paineis paralelo.jpg
ligação em paralelo
paineis paralelo.jpg (16.12 KiB) Visto 12798 vezes
A Green Power já ultrapassou os 200KW mês (no verão) :mrgreen: .

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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por visitante1 » segunda jan 28, 2013 9:22 pm

A esmagadora maioria dos paineis comercializados já tem essa proteção pelo que não é necessária essa preocupação.
cumprimentos
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nunopaulo1975
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por nunopaulo1975 » terça ago 06, 2013 10:05 pm

Lamento mas é exactamente o contrario, quase nenhum painel trás díodos de bloqueio, trazem díodos de bypass.
Como os painéis fotovoltaicos normalmente são ligados em serie, os fabricantes não colocam díodos de bloqueio, porque não são necessários.
Os díodos de bypass são necessários por causa das sombras que possam incidir sobre parte do painel.

Quando parte do painel fica "tapado" a corrente gerada pelas células "ao sol" passa pelo díodo de bypass das células "tapadas", permitindo assim que o painel continue a gerar potencia, embora menos.

Por exemplo, os meus painéis são de 60 células, tem um díodo em paralelo com uma serie de 20, depois mais outro nas outras 20 células e mais outro nas ultimas 20 células.

Junto um esquema e uma foto da caixa de ligações de um painel

Neste esquema vemos :

1) Dois painéis ligados em paralelo
2) Dois díodos de bypass ligados em paralelo com os painéis, normalmente estes díodos já existem no interior das caixas de ligações dos próprios painéis, em alguns painéis até são vários díodos (nos meus painéis são 3).
3) Dois díodos de bloqueio ligados em serie com cada painel.


Espero ter ajudado.
Anexos
alt18.jpg
alt18.jpg (53.03 KiB) Visto 11979 vezes
DSC01034-800x800.JPG
Caixa de ligações painel Martifer MTS230P.
DSC01034-800x800.JPG (104.01 KiB) Visto 11981 vezes


E_MAN
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por E_MAN » quarta ago 07, 2013 11:02 pm

Adoro este tutorial!

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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por LeNnOxLeWiS » sexta jan 02, 2015 1:13 pm

Uma questão muito simples... é possível carregar as baterias com energia da rede no caso de "falta de energia" ou energia abaixo de X%?

cumprimentos

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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por visitante1 » sexta jan 02, 2015 2:22 pm

No caso de falta de energia do lado dos painéis/bateria claro que sim, basta ter um carregador adequado que entre em funcionamento a partir de um determinado parâmetro de tensão.
Os inversores híbridos como o vertex ou até outros mais simples como o Powerstar W7 podem fazer isso, aliás este ultimo já trás carregador incorporado.
Última edição por visitante1 em sexta jan 02, 2015 3:18 pm, editado 1 vez no total.
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Re: Como Funciona um Sistema Fotovoltaico.

Mensagem por LeNnOxLeWiS » sexta jan 02, 2015 2:40 pm

Certíssimo. Obrigado pelo esclarecimento. Ainda estou em fase de estudo mas à partida não terei budget para me iniciar num sistema com baterias. Fico-me pelo grid tie mas queria um sistema evolutivo para só ter que gastar dinheiro 1 vez.. o resto seriam upgrades.

Cumprimentos

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