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Lista de Figuras ………………………………………………………………………….10 Prefácio ……………………………………………………………………………………15 1. Introdução………………………………………………………………………….18 Origem e Linha Histórica ……………………………………………………………….19 Efeito Fotovoltaico……………………………………………………………………….25 Tipos de Energia Solar ………………………………………………………………….28
Energia Térmica ……………………………………………………………………….29 Energia Solar Concentrada ………………………………………………………….30 Energia Solar Fotovoltaica …………………………………………………………..31
O Sol……………………………………………………………………………………….32 Irradiação Solar ………………………………………………………………………….34 Unidades………………………………………………………………………………..35 Irradiação ………………………………………………………………………………35 Solstício……………………………………………………………………………………36 Célula Fotovoltaica ………………………………………………………………………39 Silício Cristalino………………………………………………………………………..41 Silício Monocristalino………………………………………………………………….42 Silício Policristalino ……………………………………………………………………42 Silício em Fita ………………………………………………………………………….43 Filme Fino ………………………………………………………………………………43 Produção das Células……………………………………………………………………44 Matéria Prima ………………………………………………………………………….45 Processo de Fabricação ………………………………………………………………46 Controle de Qualidade………………………………………………………………..50
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Componentes…………………………………………………………………………..59 Arranjo Fotovoltaico ………………………………………………………………….60 Módulo e Eficiência ……………………………………………………………………61 Sombreamento e Sujeira…………………………………………………………….62 Insolação e Energia …………………………………………………………………..63
Montagem…………………………………………………………………………………65 Cabeamento ……………………………………………………………………………66 Tracker (Seguidor Solar) …………………………………………………………….66 Inversor …………………………………………………………………………………68 Baterias …………………………………………………………………………………69 Monitoramento/Medição (NetMetering ou SmartGrid)………………………….71
Outros Sistemas …………………………………………………………………………72 CPV (Sistemas Fotovoltaicos Concentrados)……………………………………..73 Sistemas Mistos ……………………………………………………………………….74 Sistemas Solares de Flutuação ……………………………………………………..74 Sistemas Autônomos (Off-Grid)…………………………………………………….75 Sistemas Pico FV………………………………………………………………………76 Luzes de Rua Solares…………………………………………………………………77 Telecomunicações e Sinalização ……………………………………………………77 Veículos Solares ……………………………………………………………………….78 Bombas Solares ……………………………………………………………………….78 Espaçonave …………………………………………………………………………….79
Conclusão …………………………………………………………………………………80 Futuro da Tecnologia ……………………………………………………………………81
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O futuro da energia solar ………………………………………………………………82 Painéis Híbridos (PVT)………………………………………………………………..82 Tesla Power Wall………………………………………………………………………83 Tesla + Solar City = Tesla Energy …………………………………………………83 Poder sem Fio do Espaço…………………………………………………………….84
2. Dimensionamento…………………………………………………………………87 Energia do Sol ……………………………………………………………………………87 Radiação Solar……………………………………………………………………………88
Radiação Direta e Difusa …………………………………………………………….88 A Corrente e a Tensão para a Irradiância…………………………………………93 Sistemas FV ………………………………………………………………………………94 Medindo a Irradiação in loco (Piranômetro)………………………………………94 O Cálculo da Energia………………………………………………………………….95 Horas de Sol Pico ……………………………………………………………………..96 Horas de Sol Pico para Calcular um Sistema …………………………………….96 Consultando Mapas e Gráficos………………………………………………………97 Efeitos do Sol sobre a Terra……………………………………………………………99 Entenda estes Efeitos Sazonais …………………………………………………….99 Entenda a Altitude e Azimute ……………………………………………………..100 Altitude………………………………………………………………………………..101 Azimute ……………………………………………………………………………….102 O Relógio Solar …………………………………………………………………………103 Interpretar Gráficos Solares……………………………………………………….103 Janela Solar…………………………………………………………………………..104
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Orientando o Arranjo FV para o Azimute ……………………………………….107 Rastreamento (Trackers)…………………………………………………………..108 Análise de Conta ……………………………………………………………………….109 Grupos…………………………………………………………………………………110
Grupo A…………………………………………………………………………………………………………………………….. 110 Grupo B…………………………………………………………………………………………………………………………….. 111 Bandeiras Tarifárias…………………………………………………………………112
Horário de Ponta e Fora de Ponta ………………………………………………..113 Tributos ……………………………………………………………………………….113 Exemplos de Contas de Energia …………………………………………………….115 AES ELETROPAULO………………………………………………………………….115 CELPE………………………………………………………………………………….116 CEMIG …………………………………………………………………………………117 COELBA ……………………………………………………………………………….118 COPEL………………………………………………………………………………….119 COSERN……………………………………………………………………………….120 CPFL……………………………………………………………………………………121 DME ……………………………………………………………………………………122 ELEKTRO………………………………………………………………………………123 ENERGISA…………………………………………………………………………….124 LIGHT ………………………………………………………………………………….124 3. Instalação ………………………………………………………………………..126 Gerenciamento de Projeto ……………………………………………………………126 Ferramentas para Vistoria Técnica……………………………………………….126 Assegurar Autorização e Aprovação ……………………………………………..128
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Pré-Instalação ………………………………………………………………………….129
Implementar um Plano de Segurança …………………………………………..129 Segurança em Trabalhos com Sistema Fotovoltaico ………………………….130 Equipamentos de Proteção …………………………………………………………..131 Equipamentos de Proteção Individual (EPI)…………………………………….133
Capacete…………………………………………………………………………………………………………………………… 135 Proteção para o Rosto……………………………………………………………………………………………………. 135 Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC) ……………………………………..136
Ferramentas Manuais …………………………………………………………………136 Ferramentas para Instalação ……………………………………………………..137
Alicates……………………………………………………………………………………………………………………………… 137 Chaves………………………………………………………………………………………………………………………………. 138 Outras Ferramentas……………………………………………………………………………………………………….. 138 Ferramentas Especiais …………………………………………………………………………………………………… 138 Insumos……………………………………………………………………………………………………………………………. 139 Segurança da Escada……………………………………………………………….140
Configuração Correta para Escada………………………………………………………………………………. 141 Segurança no Telhado ……………………………………………………………..142
Proteção Contra Quedas ……………………………………………………………………………………………….. 142 Armazenamento de suas Ferramentas……………………………………………………………………….. 142 Análise de Segurança Elétrica ……………………………………………………….143
Risco de choque ……………………………………………………………………..144 Visita Técnica …………………………………………………………………………..147 Montar as Peças Mecânicas…………………………………………………………..149 Concluindo a Instalação ………………………………………………………………149 Solução de Problemas…………………………………………………………………151 4. Vendas…………………………………………………………………………….153 Preparando a Venda …………………………………………………………………..153
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É Importante Escutar o Cliente ……………………………………………………..154
Antes de Elaborar um Orçamento…………………………………………………..155 Precificação ……………………………………………………………………………..157 Valor Presente Líquido ……………………………………………………………..157 Taxa Interna de Retorno …………………………………………………………..157 Proposta Comercial………………………………………………………………….158 5. Marketing …………………………………………………………………………162 Introdução ………………………………………………………………………………162 Definindo a Estratégia ………………………………………………………………..162 Marketing Físico………………………………………………………………………..164 Flyer……………………………………………………………………………………164 Outdoor ……………………………………………………………………………….164 Carta …………………………………………………………………………………..165 Telefonema …………………………………………………………………………..165 Visita …………………………………………………………………………………..165 Eventos………………………………………………………………………………..165 Marketing Digital……………………………………………………………………….166 Site …………………………………………………………………………………….167 Conclusão ……………………………………………………………………………….168 6. Empresarial ………………………………………………………………………170 Introdução ………………………………………………………………………………170 Faça uma Pesquisa de Mercado …………………………………………………..170 Faça um Plano de Negócios ………………………………………………………….171 Conheça a Tecnologia Fotovoltaica ………………………………………………171 Faça um Plano de Marketing ………………………………………………………172
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Faça as suas Projeções Financeiras………………………………………………172
Desenvolva uma Marca …………………………………………………………….172 Capitalize o seu Negócio……………………………………………………………173 Gestão Financeira ……………………………………………………………………..173 Seguros ……………………………………………………………………………….174 Local de Trabalho ……………………………………………………………………174 Presença Online ……………………………………………………………………..175 Venda………………………………………………………………………………….175 Fornecedores …………………………………………………………………………175 Estrutura da Empresa …………………………………………………………………176 Equipe …………………………………………………………………………………176 Equipamentos ………………………………………………………………………..177 7. Conclusão…………………………………………………………………………178 Referências Bibliográficas…………………………………………………………….181
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Lista de Figuras
Figura 1 – Alessandro Volta – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)…………19 Figura 2 – Edmond Becquerel – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)………20 Figura 3 – Albert Einstein, prêmio Nobel pelo efeito fotoelétrico – Fonte:
Wikipédia (www.wikipedia.com)………………………………………………………21 Figura 4 – Astronauta na estação espacial, painéis fotovoltaicos
monocristalinos produzem a energia para o consumo da estação. – Fonte: Nasa (www.nasa.gov) …………………………………………………………………………22 Figura 5 – Primeiros módulos fotovoltaicos produzidos pela Bell Labs 1950. – Fonte: KRCB (www.radio.krcb.org)………………………………………………….23 Figura 6 – Montagem de Painel Policristalino – Fonte: Pixabay
(www.pixabay.com) …………………………………………………………………….24 Figura 7 – Número de Conexões acumulado em janeiro de 2016. – Fonte:
ANEEL (www.aneel.gov.br)…………………………………………………………….25 Figura 8 – Célula Fotovoltaica – Fonte: solarbrasil (www.solarbrasil.com.br) ..26 Figura 9 – Efeito Fotovoltaico – Fonte: Energia Tecsolar
(www.energiatecsolar.com.br) ………………………………………………………..26 Figura 10 – Constituição interna de uma célula fotovoltaica – Fonte:
Electronica-PT (www.electronica-pt.com) …………………………………………..27 Figura 11 – Conjunto de células formando um painel – Fonte: Electronica-PT (www.electronica-pt.com) ……………………………………………………………..28 Figura 12 – Radiação Total – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org) ………….29 Figura 13 – Energia Térmica para aquecimento de água – Fonte:
www.micronovasrl.com…………………………………………………………………30 Figura 14 – Usina de Energia Solar Concentrada – Fonte: Construction Review Online www.constructionreviewonline.com …………………………………………31 Figura 15 – Satélite – Fonte: Nasa (www.nasa.org)………………………………32 Figura 16 – O sol – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) …………………………33 Figura 17 – Sol no horizonte – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) …………..34 Figura 18 – Mapa do Potencial Solar – Fonte:entrepreneurstoolkit.org ……….36
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Figura 19 – Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério sul
(solstício de dezembro) – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)……………..37 Figura 20 – Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério norte (solstício de junho) – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com) …………..38 Figura 21 – Irradiância durante o dia. – Fonte: Econotecnia
(www.econotecnia.com)………………………………………………………………..39 Figura 22 – Célula fotovoltaica – Fonte:www.energias.bienescomunes.org…..40 Figura 23 – Célula de filme fino – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)…….41 Figura 24 – Célula monocristalina – Fonte: Cresesb (www.cresesb.cepel.br)..42 Figura 25 – Célula policristalina – Fonte: Cresesb (www.cresesb.cepel.br)…..43 Figura 26 – Células de Filme Fino –
Fonte:www.globaltradeissues.files.wordpress.com………………………………..44 Figura 27 – Silício em estado natural, areia – Fonte: APCMag
(www.apcmag.com) …………………………………………………………………….45 Figura 28 – Silício – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org) …………………….46 Figura 29 – Lingote de silício sendo fatiado – Fonte: APCMag
(www.apcmag.com) …………………………………………………………………….47 Figura 30 – Disco de siliicio que será usado para produzir as células
fotovoltaicas – Fonte: APCMag www.apcmag.com…………………………………48 Figura 31 – Estrutura da célula – Fonte: HowStuffWorks
(www.howstuffworks.com) …………………………………………………………….49 Figura 32 – Áreas de super aquecimento detectadas – Fonte: Solar
professional (www.solarprofessional.com) ………………………………………….51 Figura 33 – Teste de impacto – Fonte: cdn.deseretnews.com…………………..51 Figura 34 – Certificados internacionais – Fonte: Roof Solar Panels
(www.roofsolarpanels.biz)……………………………………………………………..52 Figura 35 – Sistema On-Grid (Conectado à rede) – Fonte: www.eetim.ro……53 Figura 36 – Potencial da energia solar comparada a outras fontes – Fonte: energiaheliotermica.gov.br …………………………………………………………….54 Figura 37 – Custo por Watt nos últimos 40 anos – Fonte:
www.portalsolar.com.br ………………………………………………………………..55
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Figura 38 – Usina Fotovoltaica – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) ………..56
Figura 39 – Sistema On-Grid – Fonte: Eletrotech (www.eletrotech-es.com) …57 Figura 40 – Sistema instalado em telhas de aço – Fonte: Ethical Power
www.ethical-power.com………………………………………………………………..59 Figura 41 – Sistema ancorado – Fonte: www.enjoythessaloniki.com………….60 Figura 42 – Uma limpeza a cada 6 meses de forma simples é suficiente –
Fonte: www.pvnepal.supsi.ch …………………………………………………………63 Figura 43 – Radiação solar – Fonte: www.fcsolar.eco.br…………………………64 Figura 44 – Trilho de alumínio – Fonte: Portal Solar www.portalsolar.com.br .65 Figura 45 – Cabo Nexans para sistemas fotovoltaicos – Fonte: Nexans
www.nexans.com.br …………………………………………………………………….66 Figura 46 – Tracker (seguidor solar) – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) …67 Figura 47 – Inversor Fronius (On-Grid) – Fonte: www.archiexpo.com ………..69 Figura 48 – Bateria estacionária Moura – Fonte: Moura (www.moura.com.br)70 Figura 49 – Tesla Power Wall feita de baterias de lítio-íon – Fonte: Tesla
(www.tesla.com)…………………………………………………………………………71 Figura 50 – Piranômetro – Fonte: Wikipedia (www.eikipedia.org) ……………..72 Figura 51 – CPV (Sistema Fotovoltaico Concentrado) – Fonte: Solar Tribune (www.solartribune.com)………………………………………………………………..73 Figura 52 – Usina fotovoltaica flutuantes – Fonte: www.lgcnsblog.com……….75 Figura 53 – Sistema Off-Grid com gerador opcional – Fonte:
www.energyinformative.org …………………………………………………………..76 Figura 54 – Iluminação pública com sistema FV – Fonte: www.aurogsolar.com ……………………………………………………………………………………………..77 Figura 55 – Bomba Solar – Fonte: www.sigmainovar.com.br …………………..79 Figura 56 – Módulo Híbrido PVT – Fonte: www.zerocarbonsolution.co.uk…….83 Figura 57 – Telhas criadas pela Solar City, empresa irmã da Tesla. Ambas de Elon Musk. – Fonte: Tesla (www.tesla.com) ………………………………………..84 Figura 58 – SSPS – Fonte: www.kijkmagazine.nl………………………………….85 Figura 59 – Irradiância Global Média – Fonte: Matthias Loster, 2006 …………90
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Figura 60 – Radiação Solar Global Anual – Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil
(UFPE) ……………………………………………………………………………………..92 Figura 61 – Mapa brasileiro de irradiação solar em média anual – Fonte:
Pereira, 2006……………………………………………………………………………..93 Figura 62 – Ranking Tarifas B1 – Fonte: ANEEL ………………………………….114 Figura 63 – Exemplo de conta da AES Eletropaulo – Fonte: AES Eletropaulo 115 Figura 64 – Exemplo de conta da CELPE – Fonte: CELPE……………………….116 Figura 65 – Exemplo de conta da CEMIG – Fonte: CEMIG ……………………..117 Figura 66 – Exemplo de conta da COELBA – Fonte: COELBA ………………….118 Figura 67 – Exemplo de conta da COPEL – Fonte: COPEL………………………119 Figura 68 – Exemplo de conta da COSERN – Fonte: COSERN …………………120 Figura 69 – Exemplo de conta da CPFL – Fonte: CPFL ………………………….121 Figura 70 – Exemplo de conta da DME – Fonte: DME …………………………..122 Figura 71 – Exemplo de conta da ELEKTRO – Fonte: ELEKTRO ……………….123 Figura 72 – Exemplo de conta da ENERGISA – Fonte: ENERGISA…………….124 Figura 73 – Exemplo de conta da LIGHT – Fonte: LIGHT……………………….124 Figura 74 – Sinalização de entrada proibida – Fonte: Soliens …………………131 Figura 76- Escada firmemente amarrada e segura – Fonte: Soliens …………132 Figura 75 – Sinalização e isolamento da área – Fonte: Soliens ……………….132 Figura 77 – Equipamentos de Proteção Individual – Fonte: Soliens ………….133 Figura 79 – Lonas, capas de chuva, instintor de incêndio, linhas de vida –
Fonte: Soliens ………………………………………………………………………….134 Figura 78 – EPI’s – Fonte: Soliens ………………………………………………….134 Figura 80 – Ferramentas – Fonte: Soliens…………………………………………137 Figura 81 – Ferramentas – Fonte: Soliens…………………………………………138 Figura 83 – Furadeira de alto impacto com martelete – Fonte: Soliens ……..139 Figura 82 – Parafusadeira – Fonte: Soliens ……………………………………….139 Figura 84 – Kit de pontas e bits para parafusadeiras – Fonte: Soliens ………140 Figura 85 – Kit Bloqueio – Fonte www.masterlock.com …………………………146 Figura 87 – Instalação da String Box – Fonte: Soliens ………………………….179 Figura 86 – Instalação do Sistema Fotovoltaico – Fonte: Soliens …………….179
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Figura 88 – Cabeamento – Fonte: Soliens…………………………………………180
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Prefácio
O objetivo deste livro digital é demonstrar como a tecnologia fotovoltaica é simples e pode ser implementada em praticamente qualquer ponto do território nacional. Temos uma das melhores irradiações solares do planeta, muito superior a países em que a tecnologia já faz parte do cotidiano da população, como é o caso da Alemanha.
Uma das funções deste E-Book é despertar a curiosidade dos leitores e ao mesmo tempo responder dúvidas e esclarecer conceitos. Veremos aqui uma introdução aos sistemas fotovoltaicos, passando pela sua origem e tipos de tecnologia, incluindo a fabricação das células. Mais à frente veremos os fatores que influenciam um dimensionamento, veremos também como se preparar para uma instalação.
Nos módulos 4, 5 e 6, você terá acesso a técnicas de venda, estratégias de marketing usadas no setor e informações de como constituir uma empresa nesse mercado.
É importante frisar que apesar deste livro conter mais de 180 páginas, ele é usado apenas como uma introdução aos conceitos, e não deverá ser usado para a instalação de sistemas, pois não foi desenvolvido com este intuito. Para isso forneceremos informações dos nossos cursos na Soliens Virtual Academy, no fim deste e-book, no módulo de conclusão. Para mais informações, acesse:
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Este livro foi editado e diagramado pela Equipe da Soliens Virtual
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1. Introdução
Compreender os fundamentos dos sistemas fotovoltaicos (FV) é a chave para a concepção e instalação de sistemas de alta qualidade. É por isso que esta parte é fundamental para abrangermos o que a tecnologia significou no passado, no presente e quais são as expectativas para o futuro.
Neste e-book gratuito de introdução a sistemas fotovoltaicos desenvolvido pela SOLIENS, vamos ver os principais componentes usados em todos os tipos de sistemas fotovoltaicos e sua constituição com detalhes e como eles se relacionam uns com os outros. Vamos estudar a sua origem e linha histórica, e a explicação do efeito fotovoltaico. Vamos fornecer uma visão geral dos fundamentos elétricos que conduzem os projetos e instalações de um sistema e ver também o que delineia a relação entre o Sol e a Terra e orientar você na avaliação do recurso solar.
Faremos uma análise sobre todos os tipos diferentes de energia solar, incluindo o uso de “Trackers” (seguidores), as suas vantagens e desvantagens. Vamos falar também sobre as unidades de energia e explicar o básico sobre os fundamentos elétricos e suas diferenças.
Para finalizar vamos dar uma olhada geral nos tipos de célula fotovoltaica padrão, os tipos de painéis e diferentes tipos de tecnologia fotovoltaica, além de uma olhada geral nos sistemas On-Grid (conectados à rede) foco do nosso curso, sistemas Off-Grid de uma forma geral e nos sistemas Híbridos.
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Origem e Linha Histórica
O termo “fotovoltaico” começou a ser utilizado na Inglaterra no ano 1849. Vem do grego: phos, que significa “luz”, e de – voltaico, que vem do campo da eletricidade, em estima ao físico italiano Alessandro Volta.
Figura 1 – Alessandro Volta – Fonte: Wikipédia
(www.wikipedia.com)
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O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez dez anos antes, em
1839, pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel, porém a primeira célula solar não foi fabricada até 1883.
Figura 2 – Edmond Becquerel – Fonte: Wikipédia
(www.wikipedia.com)
Seu criador foi Charles Fritts, quem recobriu uma amostra de selênio semicondutor com pó de ouro, formando junções. Esse aparelho antiquado apresentava uma eficiência menor do que 1%, porém demonstrou de maneira real que, efetivamente, criar eletricidade com luz era possível. As pesquisas realizadas no século XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla e Heinrich Hertz sobre indução eletromagnética, forças elétricas e ondas
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eletromagnéticas, e acima de tudo os de Albert Einstein em 1905,
proporcionaram a base teórica ao efeito fotoelétrico, que é o alicerce da conversão de energia solar para eletricidade.
Figura 3 – Albert Einstein, prêmio Nobel pelo efeito fotoelétrico
– Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)
Nos anos 50, a Bell Labs criou a primeira peça de tecnologia fotovoltaica projetada para uso no espaço. Esta tecnologia logo encontrou seu caminho de volta para terra para uso em aplicações de telecomunicações em áreas remotas. Nas décadas de 1970 e 1980, os módulos fotovoltaicos foram usados para carregar baterias e, em seguida, para alimentar luzes e aparelhos em casas afastadas. Estes primeiros pioneiros ajudaram a preparar o cenário para a indústria fotovoltaica de hoje.
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Figura 4 – Astronauta na estação espacial, painéis fotovoltaicos monocristalinos produzem a energia
para o consumo da estação. – Fonte: Nasa (www.nasa.gov)
As primeiras células fotovoltaicas não foram muito eficientes ou amplamente utilizadas fora do espaço, pois seu custo era bastante elevado. No entanto, ao longo dos anos, as empresas de manufatura aumentaram a eficiência e a confiabilidade e conseguiram reduzir drasticamente os custos. Todas estas contribuições conduziram ao uso generalizado de módulos solares
e sua disponibilidade para todos nós.
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Figura 5 – Primeiros módulos fotovoltaicos produzidos pela Bell Labs 1950. – Fonte: KRCB
(www.radio.krcb.org)
Para você e eu, a eletricidade está disponível em quase todos os lugares, sistemas fotovoltaicos são capazes de se integrar com a rede elétrica existente. Em regiões remotas os sistemas fotovoltaicos fornecem energia valiosa para alimentar sistemas de iluminação, refrigeradores e ajudando a fornecer água potável.
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Figura 6 – Montagem de Painel Policristalino – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)
Historicamente, os Estados Unidos lideraram a instalação de energia fotovoltaica desde o seu início até 1996, quando a sua capacidade instalada atingia os 77MW, mais que qualquer outro país até a data. Nos anos posteriores, foi superado pelo Japão, que manteve a liderança até que a Alemanha o ultrapassou em 2005, mantendo a liderança desde então. A partir de 2015, a Alemanha aproximava-se dos 40GWp instalados.
No entanto, a China é um dos países onde a energia fotovoltaica mais cresce. Espera-se que triplique a sua potência instalada atual até os 70GWp em 2017, se convertendo em curto prazo no maior produtor de energia fotovoltaica do mundo.
No Brasil a tecnologia é recente. Abaixo um gráfico da ANEEL de Janeiro de 2016 indicando como a implementação é recente:
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Figura 7 – Número de Conexões acumulado em janeiro de 2016. – Fonte: ANEEL (www.aneel.gov.br)
Em janeiro de 2017 o total de sistemas já ultrapassava os 9.000 pelo Brasil, um crescimento de cerca de 450% durante um período de instabilidade política e econômica. De acordo com dados da ANEEL, a previsão é de que sejamos 1,5 milhões de sistemas até 2020 e cerca de 18% das residências no Brasil tenham o sistema até 2024.
Efeito Fotovoltaico
O efeito fotovoltaico é a criação de tensão ou corrente elétrica em um material após a exposição à luz e é uma propriedade física e química.
A primeira demonstração do efeito fotovoltaico em 1839 usou uma célula eletroquímica, mas a forma mais familiar do efeito fotovoltaico nos tempos modernos, porém, é em dispositivos de estado sólido, principalmente em fotodiodos.
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Figura 8 – Célula Fotovoltaica – Fonte: solarbrasil (www.solarbrasil.com.br)
Quando a luz solar ou outra luz suficientemente energética incidem sobre o fotodiodo, os elétrons presentes na camada de valência absorvem energia e, sendo excitados, saltam para a banda de condução e tornam-se livres.
Figura 9 – Efeito Fotovoltaico – Fonte: Energia Tecsolar (www.energiatecsolar.com.br)
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Estes elétrons excitados difundem-se, e alguns alcançam a junção
retificadora (geralmente uma junção p-n) onde são acelerados em um material diferente por um potencial incorporado (potencial de Galvani). Isso gera uma força eletromotriz, e assim parte da energia luminosa é convertida em energia elétrica.
Para conseguir uma célula solar prática, também é preciso acrescentar contatos elétricos (que permitam extrair a energia gerada), uma capa que proteja a célula mas deixe passar a luz, uma capa anti-reflexo para garantir a correta absorção dos fótons, e outros elementos que aumentem a eficiência do mesmo.
Figura 10 – Constituição interna de uma célula fotovoltaica – Fonte: Electronica-PT (www.electronica-pt.com)
Um conjunto de células fotovoltaicas constitui um painel fotovoltaico, também conhecido como módulo fotovoltaico.
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Figura 11 – Conjunto de células formando um painel – Fonte: Electronica-PT (www.electronica-pt.com)
Tipos de Energia Solar
A energia solar é a luz e o calor do Sol que é aproveitado usando uma gama de tecnologias em constante evolução, como o aquecimento solar, a energia fotovoltaica, energia solar térmica, arquitetura solar, plantas de energia de sal fundido e fotossíntese artificial. É uma importante fonte de energia renovável e suas tecnologias são amplamente caracterizadas como solar passiva ou solar ativa dependendo de como elas capturam e distribuem a energia ou a convertem em energia elétrica.
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Figura 12 – Radiação Total – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)
A Terra recebe 174.000 terawatts (TW) de radiação solar entrante (insolação) na atmosfera superior. Aproximadamente 30% é refletido de volta ao espaço enquanto o resto é absorvido por nuvens, oceanos e massas terrestres. O espectro de luz solar na superfície da Terra é maioritariamente espalhado pelas faixas visíveis e próximo ao infravermelho com uma pequena parte no ultravioleta próximo.
Energia Térmica
Os sistemas de água quente solar usam a luz solar para aquecer a água. Em baixas latitudes geográficas (abaixo de 40 graus), 60% a 70% da água quente doméstica pode ser fornecida com sistemas de aquecimento solar até 60°C. Os tipos mais comuns de aquecedores de água solares são coletores de vácuo (44%) e coletores de placas planas (34%) geralmente usados para água quente doméstica; e coletores plásticos não esmaltados (21%) utilizados principalmente para aquecer piscinas.
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Figura 13 – Energia Térmica para aquecimento de água – Fonte: www.micronovasrl.com
A partir de 2007, a capacidade instalada total de sistemas de água quente solar era de aproximadamente 154 gigawatt térmicos (GWth). A China é o líder mundial em sua implantação com 70GWth instalado a partir de 2006 e um objetivo de longo prazo de 210GWth até 2020. Israel e Chipre são os líderes per capita no uso de sistemas solares de água quente com mais de 90% das casas usando-os. Nos Estados Unidos, Canadá e Austrália, a piscina de aquecimento é a aplicação dominante de água quente solar com uma capacidade instalada de 18GWth a partir de 2005.
Energia Solar Concentrada
O sal fundido pode ser empregado como um método de armazenamento de energia térmica para reter a energia térmica coletada por uma torre solar ou cocho solar de uma usina de energia solar concentrada, de modo que ele pode ser usado para gerar eletricidade em mau tempo ou à noite. Foi demonstrado no projeto Solar Two de 1995-1999. Prevê-se que o sistema tenha uma eficiência anual de 99%, uma referência à energia retida armazenando calor antes de transformá-lo em eletricidade.
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Figura 14 – Usina de Energia Solar Concentrada – Fonte: Construction Review Online
www.constructionreviewonline.com
Energia Solar Fotovoltaica
Nas duas últimas décadas, a energia fotovoltaica (FV), também conhecida como PV solar, evoluiu de um nicho de mercado puro de aplicações de pequena escala para se tornar uma fonte de eletricidade generalizada.
Uma célula solar é um dispositivo que converte luz diretamente em eletricidade usando o efeito fotoelétrico. Como já vimos, a primeira célula solar foi construída por Charles Fritts em 1880. Em 1931, um engenheiro alemão, o Dr. Bruno Lange, desenvolveu uma célula fotográfica usando seleneto de prata no lugar de óxido de cobre. Embora o protótipo de células de selênio tenha convertido menos de 1% da luz
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incidente em eletricidade, Ernst Werner von Siemens e James Clerk Maxwell
reconheceram a importância desta descoberta.
Figura 15 – Satélite – Fonte: Nasa (www.nasa.org)
O Sol
O Sol é a estrela no centro do Sistema Solar. É uma esfera quase perfeita de plasma quente, com movimento convexo interno que gera um campo magnético através de um processo de dínamo. É de longe a mais importante fonte de energia para a vida na Terra. Seu diâmetro é cerca de 109 vezes o da Terra, além de ser 330.000 vezes maior, representando cerca de 99,86% da massa total do Sistema Solar.
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Figura 16 – O sol – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)
O Sol se formou há aproximadamente 4,6 bilhões anos atrás, do colapso gravitacional da matéria dentro de uma região de uma grande nuvem molecular. A massa central tornou-se tão quente e densa que eventualmente iniciou a fusão nuclear em seu núcleo. Depois que a fusão do hidrogênio em seu núcleo diminuir ao ponto em que não está mais no equilíbrio hidrostático, o núcleo do sol experimentará um aumento na densidade e na temperatura quando suas camadas exteriores se expandirem para transformar eventualmente um gigante vermelho.
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Irradiação Solar
A irradiação solar é a potência por unidade de área recebida do Sol sob a forma de radiação eletromagnética. A irradiação pode ser medida no espaço ou na superfície da Terra após absorção atmosférica e dispersão. A irradiância solar total (ETI), é uma medida da energia solar sobre todos os comprimentos de onda por unidade de área incidente na atmosfera superior da Terra.
A constante solar é uma medida convencional de ETI média a uma distância de uma unidade astronômica (AU). A irradiação na Terra também é medida perpendicularmente à luz solar que entra. Insolação é a potência recebida na Terra por unidade de área em uma superfície horizontal. Depende da altura do Sol acima do horizonte.
Figura 17 – Sol no horizonte – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)
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Unidades
A unidade de irradiância é watt por metro quadrado (W/m2). A indústria de energia solar usa watt-hora por metro quadrado (Wh/m2) dividido pelo tempo. 1kW/m2 = 24kWh/m2dia.
Parte da radiação que atinge um objeto é absorvida e o restante refletido. Geralmente a radiação absorvida é convertida em energia térmica, aumentando a temperatura do objeto. As unidades de irradiância são usadas como entrada para planilhas para dimensionar sistemas de energia solar fotovoltaica. Porque os painéis solares são montados quase sempre em um ângulo determinado pela localização para o sol, seguindo uma tabela, a insolação deve ser ajustada para impedir as estimativas que são imprecisamente baixas para o inverno e irregularmente elevadas para o verão.
Os painéis fotovoltaicos são classificados em condições padrão para determinar a potência em Watt-Pico (Wp = pico de watts), que pode então ser usada com insolação para determinar a saída esperada, ajustada por fatores como inclinação, rastreamento e sombreamento (que podem ser incluídos para criar a classificação Wp instalada).
Irradiação
O mapa solar do Brasil mostra a média anual do total diário de irradiação solar global incidente no território brasileiro. Pode-se observar que a média anual de irradiação global apresenta boa uniformidade, com médias anuais relativamente altas em todo país. O valor máximo de irradiação global ocorre no norte do estado da Bahia. A menor irradiação solar global ocorre no litoral norte de Santa Catarina. Os valores de irradiação solar global incidente em qualquer região do território brasileiro (4200-6700 kWh/m2) são superiores aos da
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maioria dos países da União Europeia, como Alemanha, França e Espanha, onde
projetos de energia solar, são amplamente disseminados.
Figura 18 – Mapa do Potencial Solar – Fonte:entrepreneurstoolkit.org
Solstício
Na astronomia, solstício é o momento em que o Sol, durante seu movimento aparente na esfera celeste, atinge a maior declinação em latitude, medida a partir da linha do equador. Os solstícios ocorrem duas vezes por ano: em dezembro e em junho. O dia e hora exatos variam de um ano para outro.
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No hemisfério norte o solstício de verão ocorre por volta do dia 21 de junho
e o solstício de inverno por volta do dia 21 de dezembro. Estas datas marcam o início das respectivas estações do ano neste hemisfério. Já no hemisfério sul, o fenômeno é simétrico: o solstício de verão ocorre em dezembro e o solstício de inverno ocorre em junho.
Os trópicos de Câncer e Capricórnio são definidos em função dos solstícios. No solstício de verão do hemisfério sul, os raios solares incidem perpendicularmente à superfície da Terra no Trópico de Capricórnio. No solstício de verão do hemisfério norte, ocorre o mesmo fenômeno no Trópico de Câncer.
Figura 19 – Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério sul (solstício de dezembro) – Fonte:
Wikipédia (www.wikipedia.com)
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Figura 20 – Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério norte (solstício de junho) –
Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)
Na linha do equador a duração dos dias é fixa ao longo das estações, com 12 horas de luz e 12 horas de noite (latitude de 0°). Desse modo os solstícios nessa linha não podem ser observados através de dias ou de noites mais longas. Somente podem ser observados através do dia em que o Sol atinge a menor elevação no meio-dia local, podendo o azimute dessa elevação do Sol estar orientado para o norte (solstício de verão no hemisfério norte) ou para o sul (solstício de verão no hemisfério sul).
Nas linhas dos trópicos de Câncer e Capricórnio, os solstícios de verão respectivos a cada hemisfério da Terra coincidem com o único dia do ano em que os raios solares incidem perpendicularmente.
Nas linhas dos círculos polares Ártico e Antártico, os solstícios marcam o único dia do ano em que o dia ou a noite duram 24 horas ininterruptas considerando a estação do ano: verão ou inverno, respectivamente.
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Figura 21 – Irradiância durante o dia. – Fonte: Econotecnia (www.econotecnia.com)
É de suma importância compreender este movimento, pois toda a instalação e o dimensionamento dependem deste conceito. É bom lembrar que os painéis serão voltados para o norte, pois estamos no Brasil (hemisfério sul).
Célula Fotovoltaica
Células solares são tipicamente nomeadas após o material semicondutor de que são feitos. Estes materiais devem ter certas características a fim de absorver a luz solar. Algumas células são projetadas para lidar com a luz solar que atinge a superfície da Terra, enquanto outras são otimizadas para uso no espaço. As células solares podem ser feitas de apenas uma camada única de material absorvente de luz (junção simples) ou usar múltiplas configurações físicas (junções múltiplas) para aproveitar vários mecanismos de separação de carga e absorção.
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Figura 22 – Célula fotovoltaica – Fonte:www.energias.bienescomunes.org
As células solares podem ser classificadas em células de primeira, segunda e terceira geração.
As células da primeira geração – também chamadas de células convencionais, tradicionais ou baseadas em “wafer” – são feitas de silício cristalino, a tecnologia fotovoltaica predominante comercialmente.
As células de segunda geração – são células solares de película fina, que incluem células de silício amorfo, CdTe e CIGS e são comercialmente significativas em centrais eléctricas fotovoltaicas em grande escala, construindo sistemas fotovoltaicos integrados ou em pequenos sistemas de energia autónomos.
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As células de terceira geração – são células solares que inclui várias
tecnologias de filmes finos, muitas vezes descritas como fotovoltaicas emergentes – a maioria delas ainda não foi aplicada comercialmente e ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento.
Figura 23 – Célula de filme fino – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)
Silício Cristalino
De longe, o material mais prevalente para células solares é o silício cristalino (c-Si), também conhecido como “silício de grau solar”. O silício em massa é separado em várias categorias de acordo com a cristalinidade e o tamanho do cristal no lingote, fita ou “wafer” resultante. Estas células são inteiramente baseadas em torno do conceito de uma junção p-n. Células solares feitas de c-Si são feitas de wafers entre 160 e 240 micrômetros de espessura.
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Silício Monocristalino
As células solares de silício monocristalino (mono-Si) são mais eficientes e mais caras do que a maioria dos outros tipos de células. Os cantos das células parecem cortados, como um octógono, porque o material de bolacha é cortado de lingotes cilíndricos, que são tipicamente cultivados pelo processo de Czochralski. Painéis solares usando células mono-Si exibem um padrão distinto de pequenos diamantes brancos.
Figura 24 – Célula monocristalina – Fonte: Cresesb
(www.cresesb.cepel.br)
Silício Policristalino
Silício policristalino, ou células de silício multicristalino (multi-Si) são feitas de lingotes quadrados de fundição – grandes blocos de silício fundido cuidadosamente resfriado e solidificado. Eles consistem em pequenos cristais dando ao material seu efeito de floco de metal típico. As células de polissilício são o tipo mais comum usado em fotovoltaica e são menos dispendiosas, mas também menos eficientes do que as feitas a partir de silício monocristalino.
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Figura 25 – Célula policristalina – Fonte: Cresesb
(www.cresesb.cepel.br)
Silício em Fita
O silício em fita é um tipo de silício policristalino – é formado extraindo películas finas planas do silício derretido e resulta em uma estrutura policristalina. Estas células são mais baratas de fazer do que multi-Si, devido a uma grande redução no desperdício de silício, uma vez que esta abordagem não requer serração de lingotes. No entanto, eles também são menos eficientes.
Filme Fino
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As tecnologias de filme fino reduzem a quantidade de material ativo em
uma célula. A maioria dos projetos envolve o material ativo entre duas lâminas de vidro. Uma vez que os painéis solares de silício utilizam apenas um painel de vidro, os painéis de película fina são aproximadamente o dobro do que os painéis de silício cristalino, embora tenham um impacto ecológico menor (determinado a partir da análise do ciclo de vida).
Figura 26 – Células de Filme Fino – Fonte:www.globaltradeissues.files.wordpress.com
Produção das Células
As células solares fotovoltaicas são discos de silício finos que convertem a luz solar em eletricidade. Esses discos atuam como fontes de energia para uma ampla variedade de usos.
Com a explicação de Albert Einstein em 1905 sobre o efeito fotoelétrico –
o metal absorve a energia da luz e reterá essa energia até que a luz a acerte. No entanto, poucos progressos foram feitos até que a pesquisa em diodos e
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transistores produziu o conhecimento necessário para que os cientistas da Bell,
Gordon Pearson, Darryl Chapin e Cal Fuller produzissem uma célula solar de silício de 4% em 1954. O trabalho adicional trouxe a eficiência da célula até 15%.
Matéria Prima
O componente básico de uma célula solar é silício puro, que não é puro em seu estado natural.
Figura 27 – Silício em estado natural, areia – Fonte: APCMag (www.apcmag.com)
O silício puro é derivado de tais dióxidos de silício como cascalho de quartzito (a sílica mais pura) ou quartzo triturado. O silício puro resultante é então dopado (tratado ) com fósforo e boro para produzir um excesso de elétrons e uma deficiência de elétrons, respectivamente, para fazer um semicondutor capaz de conduzir eletricidade. Os discos de silício são brilhantes e exigem um revestimento antirreflexo, geralmente dióxido de titânio.
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Processo de Fabricação
O dióxido de silício do cascalho de quartzito ou quartzo triturado é colocado em um forno de arco elétrico. Aplica-se então um arco de carbono para libertar o oxigénio. Os produtos são dióxido de carbono e silício fundido. Este processo simples produz silício com 1% de impureza, útil em muitas indústrias, mas não na indústria de células solares.
Figura 28 – Silício – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)
O silício puro de 99% é purificado ainda mais usando a técnica de zona flutuante. Uma vareta de silício impuro é passada através de uma zona aquecida várias vezes na mesma direção. Este procedimento “arrasta” as impurezas em direção a uma extremidade com cada passagem. Em um ponto específico, o silício é considerado puro, e a extremidade impura é removida.
As células solares são feitas de cristais de silício, estruturas mono cristalinas que têm a estrutura atômica de um único cristal. O processo mais comumente usado para criar o lingote é chamado o método Czochralski. Neste processo, um cristal semente de silício é mergulhado em silício fundido. À
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medida que o cristal de semente é retirado e rodado, é formado um lingote
cilíndrico ou “boule” de silício. O lingote retirado é puro, porque as impurezas tendem a permanecer no líquido.
Do lingote, os discos do silício são cortados uma de cada vez usando uma serra circular cujo o diâmetro interno corte a haste, ou com uma serra de fio. (Uma serra de diamante produz cortes que são tão largos quanto a bolacha – 5mm de espessura.) Cerca de metade do silício do lingote é perdida para o corte dos discos acabados – mais ainda se o disco for cortado para ser retangular ou hexagonal. Wafers retangulares ou hexagonais são por vezes utilizados em células solares, porque eles podem ser montados juntos perfeitamente, utilizando assim todo o espaço disponível na superfície frontal da célula solar.
Figura 29 – Lingote de silício sendo fatiado – Fonte: APCMag
(www.apcmag.com)
Os discos são polidos para remover as marcas da serra. (Recentemente foi descoberto que as células mais ásperas absorvem a luz de forma mais eficaz)
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Figura 30 – Disco de siliicio que será usado para produzir as células fotovoltaicas – Fonte:
APCMag www.apcmag.com
A forma tradicional de dopagem (doping = adição de impurezas) wafers de silício com boro e fósforo é introduzir uma pequena quantidade de boro durante o processo de Czochralski no passo #3 acima. Os discos são então selados de costas para trás e colocadas num forno para serem aquecidos ligeiramente abaixo do ponto de fusão do silício (1.410 graus Celsius) na presença de gás fosforoso. Os átomos de fósforo tocam o silício, que é mais poroso porque está perto de se tornar um líquido.
Os contatos elétricos conectam cada célula solar a outra e ao receptor da corrente produzida. Os contatos devem ser muito finos (pelo menos na frente) para não bloquear a luz solar para a célula. Os metais como paládio/prata, níquel ou cobre são evaporados a vácuo. As células são encapsuladas em etileno acetato de vinilo e colocadas numa armação metálica que tem uma folha posterior “mylar” e cobertura de vidro.
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Figura 31 – Estrutura da célula – Fonte: HowStuffWorks
(www.howstuffworks.com)
Depois que os contatos estiverem no lugar, tiras finas (filamentos) são colocadas entre as células. As tiras mais utilizadas são cobre estanhado e prata.
Porque o silício puro é brilhante, pode refletir até 35% da luz solar. Para reduzir a quantidade de luz solar perdida, um revestimento anti-reflexo é colocado sobre o disco de silício. O material usado para o revestimento é aquecido até que suas moléculas fervam, viajam ao silício e condensam-se, ou o material sofre pulverização catódica (sputtering). Neste processo, uma alta tensão bate moléculas fora do material e os deposita no silício no eletrodo oposto. Ainda outro método é permitir que o próprio silício reaja com gases contendo oxigénio ou Nitrogênio para formar dióxido de silício ou nitreto de silício.
As células solares acabadas são então encapsuladas. Isto é, seladas em borracha de silício ou etileno acetato de vinilo. As células solares encapsuladas
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são então colocadas em uma estrutura de alumínio que tem uma folha de fundo
“mylar” ou “tedlar” e uma cobertura de vidro ou plástico.
Controle de Qualidade
O controle de qualidade é importante na fabricação de células solares porque a discrepância nos muitos processos e fatores pode afetar adversamente a eficiência global das células.
O Low Cost Solar Array Project (Projeto de Sistema Fotovoltaico de baixo custo – iniciado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos no final da década de 1970) patrocinou uma pesquisa privada que visava reduzir o custo das células solares.
O silício em si é testado quanto à pureza, orientação cristalina e resistividade. Os fabricantes também testam a presença de oxigênio (que afeta sua resistência e resistência à deformação) e carbono (que causam defeitos). Os discos de silício acabados são inspecionados por qualquer dano, escamação ou dobra que possa ter ocorrido durante a serragem, polimento e gravação.
Durante todo o processo de fabricação do disco de silício, a temperatura, a pressão, a velocidade e as quantidades de contaminantes são continuamente monitoradas. Também são tomadas medidas para assegurar que as impurezas no ar e nas superfícies de trabalho são mantidas a um mínimo.
Os semicondutores concluídos devem ser submetidos a testes elétricos para verificar se a corrente, a tensão e a resistência de cada um correspondem a padrões apropriados.
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Figura 32 – Áreas de super aquecimento detectadas –
Fonte: Solar professional (www.solarprofessional.com)
O teste final para módulos solares é o teste de campo, no qual os módulos acabados são colocados onde eles serão realmente usados. Isso fornece ao pesquisador os melhores dados para determinar a eficiência de uma célula solar em condições ambientais e a vida útil da célula solar, os fatores mais importantes de todos.
Figura 33 – Teste de impacto – Fonte: cdn.deseretnews.com
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Se você mora em uma área que é propensa a tempestades de granizo,
você deve obter painéis solares que foram testados para o impacto. A certificação européia IEC 61215. Todos os módulos vendidos pela SOLIENS, tem esta e várias outras certificações.
Figura 34 – Certificados internacionais – Fonte: Roof Solar Panels
(www.roofsolarpanels.biz)
Sistemas Fotovoltaicos
Um sistema fotovoltaico (sistema de energia solar fotovoltaica) é um sistema de energia projetado para fornecer energia solar utilizável por meio da tecnologia fotovoltaica.
Consiste em um arranjo de vários componentes, incluindo painéis solares para absorver e converter luz solar em eletricidade, um inversor solar para mudar a corrente elétrica de corrente contínua CC para corrente alternada CA, cabeamento e outros acessórios elétricos para configurar um sistema de trabalho. Também pode usar um sistema de rastreamento solar para melhorar
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o desempenho geral do sistema e incluir uma solução de bateria integrada, uma
vez que os preços dos dispositivos de armazenamento devem diminuir nos próximos anos, apesar de encarecerem imensamente os projetos no presente (2017).
Figura 35 – Sistema On-Grid (Conectado à rede) – Fonte: www.eetim.ro
Os sistemas fotovoltaicos convertem a luz diretamente em eletricidade e não devem ser confundidos com outras tecnologias, como a energia solar concentrada ou solar térmica, utilizada para aquecimento e arrefecimento. Os sistemas fotovoltaicos variam de sistemas pequenos montados no telhado ou construídos com capacidade de algumas a várias dezenas de quilowatts, até grandes usinas elétricas de centenas de megawatts.
Operando silenciosamente e sem quaisquer partes móveis ou emissões ambientais, os sistemas fotovoltaicos passaram de aplicações de nicho de mercado para uma tecnologia madura usada para geração de eletricidade em escala global. Um sistema de telhado recupera a energia investida para sua fabricação e instalação dentro de 3 a 7 anos e produz cerca de 95 por cento da energia renovável limpa líquida ao longo de uma vida útil superior a 30 anos.
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Figura 36 – Potencial da energia solar comparada a outras fontes – Fonte:
energiaheliotermica.gov.br
Devido ao crescimento exponencial da energia fotovoltaica, os preços dos sistemas fotovoltaicos diminuíram rapidamente nos últimos anos. No entanto, eles variam de acordo com o mercado e o tamanho do sistema.
Atualmente, os módulos solares fotovoltaicos representam menos de metade do custo global do sistema, deixando o restante para os componentes e outros custos, que incluem a aquisição de clientes, o licenciamento, inspeção e interconexão, o trabalho de instalação e os custos de financiamento.
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Figura 37 – Custo por Watt nos últimos 40 anos – Fonte: www.portalsolar.com.br
Visão Geral
Um sistema fotovoltaico converte a radiação do sol em eletricidade utilizável. Compreende a matriz solar e o equilíbrio dos componentes do sistema. Os sistemas fotovoltaicos podem ser categorizados por vários aspectos, tais como:
✔ Sistemas Conectados à Rede vs. Autônomos
✔ Sistemas Integrados vs. Sistemas Montados em Rack
✔ Sistemas Residenciais vs. Utilitários
✔ Sistemas Distribuídos vs. Centralizados
✔ Sistemas de Telhado vs. Sistemas Montados no Solo
✔ Sistemas de Rastreamento (tracker) vs. Sistemas de Inclinação Fixa
✔ Sistemas Construídos vs. Sistemas Adaptados
Outras distinções podem incluir sistemas com:
✔ Micro Inversores vs. Inversores Centrais
✔ Sistemas que usam Tecnologia de Silício Cristalino vs. Filme Fino (thin-film)
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Cerca de 99% de todos os sistemas europeus e 90% de todos os sistemas de energia solar dos EUA são conectados à rede elétrica, enquanto os sistemas off-grid são um pouco mais comuns na Austrália e Coréia do Sul. Sistemas FV raramente usam armazenamento de bateria. Isso pode mudar em breve, à medida que os incentivos governamentais para o armazenamento distribuído de energia estão sendo implementados e os investimentos em soluções de armazenamento estão gradualmente se tornando economicamente viáveis para sistemas pequenos.
Figura 38 – Usina Fotovoltaica – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)
O silício cristalino é o material predominante usado em 90% dos módulos solares produzidos em todo o mundo, enquanto o filme fino rival perdeu participação de mercado nos últimos anos, mas pode ser uma tendência nos próximos anos. Cerca de 70% de todas as células solares e módulos são produzidos na China e Taiwan, deixando apenas 5% para os fabricantes europeus e norte-americanos.
Existem vários milhões de sistemas fotovoltaicos distribuídos em todo o mundo, principalmente na Europa, com 1,4 milhão de sistemas apenas na Alemanha, bem
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como a América do Norte com 440.000 sistemas nos Estados Unidos. Um módulo solar
convencional aumentou sua eficiência de 15 para 20% nos últimos 10 anos e um sistema fotovoltaico recupera a energia necessária para a sua fabricação em cerca de 2 anos.
Em locais excepcionalmente irradiados, ou quando a tecnologia de filme fino é utilizada, o chamado tempo de retorno de energia diminui para um ano ou menos. A medição líquida e os incentivos financeiros, como as tarifas preferenciais de alimentação para energia solar, também apoiaram muito as instalações de sistemas fotovoltaicos em muitos países.
Sistema On-Grid (Conectado à Rede)
Figura 39 – Sistema On-Grid – Fonte: Eletrotech (www.eletrotech-es.com)
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Um sistema On-Grid é conectado a uma rede independente maior
(tipicamente a rede elétrica pública) e alimenta a energia diretamente na rede. Essa energia pode ser compartilhada por um edifício residencial ou comercial antes ou depois do ponto de medição.
Os sistemas conectados à rede variam de tamanho de residenciais para usinas solares. Esta é uma forma de geração descentralizada de eletricidade. A alimentação de eletricidade para a rede requer a transformação da corrente contínua em corrente alternada por meio de um inversor de malha de rede especial sincronizado. A maioria dos módulos (60 ou 72 células de silício cristalino) geram de 160W a 300W de potência a 36V.
Os sistemas fotovoltaicos são geralmente classificados em três segmentos de mercado distintos: telhado residencial, telhado comercial e sistemas de grande escala montados no solo. Suas capacidades variam de alguns quilowatts a centenas de megawatts.
Um sistema residencial típico é em torno de 10 quilowatts e montado em um telhado inclinado. Embora os sistemas montados no teto sejam pequenos e exibam um custo por watt maior do que as grandes instalações em grande escala, eles representam a maior participação no mercado. Há, no entanto, uma tendência crescente para maiores usinas, especialmente nas regiões de maior insolação do planeta.
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Figura 40 – Sistema instalado em telhas de aço – Fonte: Ethical Power www.ethical-power.com
Componentes
Um sistema fotovoltaico para o fornecimento de energia residencial, comercial, ou industrial consiste na disposição solar e em um número de componentes.
Os componentes incluem equipamentos de condicionamento de energia e estruturas para montagem, tipicamente um ou mais conversores CC para CA, mais conhecidos como inversores, um dispositivo de armazenamento de energia (no caso de Off-Grid), um sistema de racking (trilhos) que suporta o arranjo fotovoltaico, fiação elétrica e proteções e conexões.
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Figura 41 – Sistema ancorado – Fonte: www.enjoythessaloniki.com
Arranjo Fotovoltaico
Células solares convencionais de silício, normalmente ligadas em série, são encapsuladas em um módulo solar para protegê-las do tempo. O módulo consiste de um vidro temperado como capa, um encapsulante macio e flexível, uma folha traseira feita de um material resistente ao intemperismo e resistente ao fogo e uma moldura de alumínio em torno da borda externa. Eletricamente conectados e montados em uma estrutura de suporte, módulos solares muitas vezes são chamados de painéis solares.
A maioria dos arranjos fotovoltaicos usam um inversor para converter a energia de corrente contínua produzida pelos módulos em corrente alternada que pode alimentar luzes, motores e outras cargas. Os módulos em uma matriz fotovoltaica são normalmente primeiro conectados em série para obter a tensão desejada; As strings individuais são então conectadas em paralelo para permitir que o sistema produza mais corrente.
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Módulo e Eficiência
Um típico módulo FV “150 watts” é de cerca de um metro quadrado de tamanho. Tal módulo pode produzir 0,75 quilowatts-hora (kWh) todos os dias, em média, depois de ter em conta o tempo e a latitude, para uma insolação de 5 horas de sol/dia. Nos últimos 10 anos, a eficiência dos módulos comerciais de silício cristalino com base em “wafer” (fatia) aumentou de cerca de 12% para 16% e a eficiência do módulo CdTe aumentou de 9% para 13% durante o mesmo período.
O aumento da temperatura degrada o desempenho dos módulos. É preciso permitir que o ar ambiente flua sobre, e se possível atrás dos módulos fotovoltaicos reduzindo este problema. A vida útil média de um módulo é de cerca de 25 anos ou mais. Alguns estão em operação a mais de 50 anos (satélites).
Devido à baixa tensão de uma célula solar individual (normalmente cerca de 0,5V), várias células são ligadas em série na fabricação de um “laminado”. O laminado é montado em um invólucro protetor contra intempéries, fazendo assim um módulo fotovoltaico ou painel solar. Os módulos podem então ser encadeados juntos em um arranjo.
Em 2012, os painéis solares disponíveis para os consumidores podiam ter uma eficiência de até cerca de 17%, enquanto painéis comercialmente disponíveis podem ir até 27%. Foi registrado que um grupo do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar criou uma célula que pode atingir 44,7% de eficiência, o que torna as esperanças dos cientistas de alcançar o limiar de eficiência de 50% muito mais viável.
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Sombreamento e Sujeira
A célula fotovoltaica é extremamente sensível ao sombreamento. Os efeitos deste sombreamento são bem conhecidos. Quando mesmo uma pequena porção de uma célula, módulo ou arranjo é sombreado, enquanto o restante está na luz solar, a saída cai dramaticamente.
Se a corrente extraída da sequência de séries de células não for maior que a corrente que pode ser produzida pela célula sombreada, a corrente desenvolvida pela sequência é limitada. Se houver tensão suficiente disponível do restante das células em uma string, a corrente será forçada através da célula, quebrando a junção na parte sombreada. Esta tensão de ruptura em células comuns é entre 10 e 30 volts. Em vez de adicionar à potência produzida pelo painel, a célula sombreada absorve energia, transformando-a em calor.
Uma vez que a tensão inversa de uma célula sombreada é muito maior do que a tensão direta de uma célula iluminada, uma célula sombreada pode absorver a potência de muitas outras células na string, afetando desproporcionalmente a saída do painel. É, portanto, importante que uma instalação fotovoltaica não seja sombreada por árvores ou outras obstruções.
Vários métodos foram desenvolvidos para determinar as perdas de sombreamento de árvores para sistemas fotovoltaicos. A maioria dos módulos tem diodos bypass entre cada célula ou sequência de células que minimizam os efeitos de sombreamento e só perdem o poder da parte sombreada do arranjo. A luz solar pode ser absorvida pela poeira, neve ou outras impurezas na superfície do módulo. Isso pode reduzir a luz que atinge as células. Em geral, estas perdas agregadas ao longo do ano são pequenas.
O Google descobriu que a limpeza dos painéis solares montados planos após 15 meses aumentou sua produção em quase 100%, mas que as matrizes
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inclinadas a 5% foram adequadamente limpas pela água da chuva. Portanto é
indicado que sempre haja uma inclinação de preferência para o norte, em sistemas instalados no hemisfério sul, reduzindo dramaticamente a limpeza das placas.
Figura 42 – Uma limpeza a cada 6 meses de forma simples é suficiente – Fonte:
www.pvnepal.supsi.ch
Insolação e Energia
A insolação solar é composta de radiação direta, difusa e refletida. O fator de absorção de uma célula fotovoltaica é definido como a fração de irradiância solar incidente que é absorvida pela célula. Ao meio-dia em um dia sem nuvens no equador, o poder do sol é de cerca de 1kW/m², na superfície da Terra, até um plano perpendicular aos raios solares. Como tal, arranjos FV podem acompanhar o sol através de cada dia para aumentar a coleta de energia. No entanto, os dispositivos de rastreamento (trackers) adicionam custo e exigem
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manutenção, por isso é mais comum que os sistemas fotovoltaicos tenham
montagens fixas que inclinam a matriz e enfrentam o meio-dia solar (apontando para o sul no hemisfério norte, ou para o norte no hemisfério sul).
O ângulo de inclinação, a partir da horizontal, pode ser variado, mas se fixo, deve ser definido para dar saída ideal durante a parte de demanda elétrica de pico de um ano típico para um sistema. A otimização do sistema fotovoltaico para um ambiente específico pode ser complicada, uma vez que questões de fluxo solar, sujeira e perdas devem ser levadas em conta. Além disso, trabalhos recentes demonstraram que os efeitos espectrais podem desempenhar um ótimo papel na seleção de materiais fotovoltaicos.
Figura 43 – Radiação solar – Fonte: www.fcsolar.eco.br
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Montagem
Os módulos são montados em arranjos em algum tipo de sistema de montagem, que pode ser classificada como montagem em terra, montagem em telhado ou montagem em postes.
Para parques solares um grande rack é montado no chão, e os módulos montados no rack. Para os telhados lisos, as cremalheiras, as caixas e as soluções integradas de edifício são usadas. As carcaças do painel solar montadas sobre os postes podem ser estacionárias ou mover-se (Trackers). Montagens laterais são apropriadas para situações em que um poste tem algo montado na parte superior, como uma luminária ou uma antena.
Uma multiplicidade de racks pode ser formada em uma garagem de estacionamento ou outra estrutura de sombra. Um rack que não segue o sol da esquerda para a direita pode permitir ajuste sazonal para cima ou para baixo.
Figura 44 – Trilho de alumínio – Fonte: Portal Solar www.portalsolar.com.br
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Cabeamento
Devido ao seu uso ao ar livre, cabos solares são especificamente projetados para ser resistentes contra radiação UV e flutuações de temperatura extremamente altas e geralmente não são afetados pelo tempo. Uma série de normas especificam a utilização da fiação elétrica em sistemas fotovoltaicos, como a IEC 60364 pela Comissão Eletrotécnica Internacional, na seção 712
“Sistemas de energia solar fotovoltaica (FV)”, a British Standard BS 7671, incorporando regulamentos relacionados à micro-geração.
Figura 45 – Cabo Nexans para sistemas fotovoltaicos – Fonte: Nexans
www.nexans.com.br
Tracker (Seguidor Solar)
Um sistema de monitoramento solar inclina um painel solar ao longo do dia. Dependendo do tipo de sistema de rastreamento, o painel é direcionado diretamente para o sol ou a área mais brilhante de um céu parcialmente nublado.
Os rastreadores melhoram muito o desempenho no início da manhã e no final da tarde, aumentando a quantidade total de energia produzida por um sistema em cerca de 20-25% para um rastreador de eixo único e cerca de 30% ou mais para um rastreador de eixo duplo, dependendo da latitude. Trackers são eficazes em regiões que recebem uma grande porção de luz solar direta. Em luz difusa (isto é, sob nuvem ou neblina), o rastreio tem pouco ou nenhum valor.
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Como a maioria dos sistemas fotovoltaicos concentrados são muito sensíveis ao
ângulo da luz solar, os sistemas de rastreamento permitem que eles produzam energia útil por mais de um breve período a cada dia.
Figura 46 – Tracker (seguidor solar) – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)
Os sistemas de rastreamento melhoram o desempenho por duas razões principais. Primeiro, quando um painel solar é perpendicular à luz solar, recebe mais luz em sua superfície do que se estivesse em ângulo. Em segundo lugar, a luz direta é usada mais eficientemente do que a luz angular. Rastreadores e sensores para otimizar o desempenho são frequentemente vistos como opcionais, mas os sistemas de rastreamento podem aumentar a produção viável em até 45%.
O rastreamento não é necessário para painéis planos e sistemas fotovoltaicos de baixa concentração. Para sistemas fotovoltaicos de alta concentração, o rastreamento de eixos duplos é uma necessidade. Tendências de preços afetam o equilíbrio entre a adição de mais painéis solares estacionários versus ter menos painéis que rastreiam. Quando os preços do painel solar caem, os rastreadores se tornam uma opção menos atraente. Como é o caso dos
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sistemas residenciais, o custo de um tracker e sua manutenção invalidaria um
projeto, portanto indica-se seu uso em projetos bem maiores, como usinas, por exemplo.
Inversor
Os sistemas projetados para fornecer corrente alternada (CA), como aplicações conectadas à rede, precisam de um inversor para converter a corrente contínua (CC) dos módulos solares em corrente alternada (CA).
Os inversores conectados à rede devem fornecer energia CA em forma senoidal, sincronizada com a frequência da rede, limitar a alimentação em tensão mais alta que a tensão da rede e desconectar da rede se a tensão da rede for desligada.
Um inversor solar pode se conectar a uma série de painéis solares. Em algumas instalações, um micro inversor solar é conectado em cada painel solar, individualmente. Por razões de segurança, um disjuntor é fornecido no lado CA e CC para permitir a manutenção. A saída CA pode ser conectada através de um medidor de eletricidade à rede pública.
O número de módulos no sistema determina os watts de CC totais capazes de serem gerados pelo arranjo solar; No entanto, o inversor governa em última instância a quantidade de watts de CA que podem ser distribuídos para consumo.
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Figura 47 – Inversor Fronius (On-Grid) – Fonte: www.archiexpo.com
Anti-ilhamento é um mecanismo de proteção que imediatamente desliga o inversor impedindo-o de gerar energia CA quando a conexão com a carga já não existe. Isso acontece, por exemplo, no caso de um apagão. Sem esta proteção, a linha de suprimento se tornaria uma “ilha” com energia rodeada por um “mar” de linhas não energizadas, já que o sistema FV continua a fornecer energia CC durante a queda de energia. Ilhamento é um perigo para os trabalhadores das distribuidoras de energia, que podem não perceber que um circuito de corrente alternada ainda está ligado e pode impedir a reconexão automática de dispositivos. Podendo ocasionar acidentes sérios
Baterias
Embora ainda caros, sistemas FV cada vez mais usam baterias recarregáveis para armazenar um excedente para ser usado à noite. As baterias utilizadas para armazenamento em rede também estabilizam a rede elétrica ao nivelar as cargas de pico e desempenham um papel importante em uma rede inteligente, pois podem se recarregar durante períodos de baixa demanda e alimentar sua energia armazenada na rede quando a demanda é alta.
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As tecnologias comuns de baterias usadas nos sistemas fotovoltaicos de
hoje incluem a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, uma versão modificada da bateria convencional de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio e íon-lítio. Em comparação com os outros tipos, as baterias de chumbo-ácido (estacionárias) têm uma vida útil mais curta e menor densidade de energia. No entanto, devido à sua alta confiabilidade, baixa auto-descarga, bem como baixos custos de investimento e manutenção, elas são atualmente a tecnologia predominante usada em sistemas fotovoltaicos residenciais de pequena escala.
Figura 48 – Bateria estacionária Moura – Fonte: Moura
(www.moura.com.br)
Em 2015, a Tesla (fabricante de automóveis elétricos) lançou o Powerwall, uma bateria recarregável de lítio-íon que visa revolucionar o consumo de energia. Os sistemas fotovoltaicos com uma solução de bateria integrada também precisam de um controlador de carga, uma vez que a tensão variável e a corrente do conjunto solar requerem um ajuste constante para evitar danos causados pela sobrecarga. Os controladores de carga básicos podem simplesmente ligar e desligar os painéis fotovoltaicos, ou podem medir os impulsos de energia conforme necessário, uma estratégia chamada de modulação PWM ou modulação de largura de pulso.
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Os controladores de carga mais avançados incorporam lógica MPPT em
seus algoritmos de carregamento de bateria. Os controladores de carga também podem desviar energia para um propósito diferente do carregamento da bateria. Ao invés de simplesmente desligar a energia FV livre quando não é necessário, um usuário pode escolher dar outro uso para a energia excedente.
Figura 49 – Tesla Power Wall feita de baterias de lítio-íon – Fonte: Tesla (www.tesla.com)
Monitoramento/Medição (NetMetering ou SmartGrid)
Os sistemas fotovoltaicos precisam ser monitorados para detectar a avaria e otimizar sua operação. Existem várias estratégias de monitoramento fotovoltaico dependendo da saída da instalação e sua natureza. O monitoramento pode ser realizado no local ou remotamente. Pode medir somente a produção, recuperar todos os dados do inversor ou recuperar todos os dados do equipamento de comunicação (sondas, medidores, etc.).
Ferramentas de monitoramento podem ser dedicadas apenas à supervisão ou oferecer funções adicionais. Os inversores individuais e os controladores de carga da bateria podem incluir a monitorização utilizando protocolos e software específicos do fabricante.
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A medição de energia de um inversor pode ter uma precisão limitada e
não é adequada para medições de receitas. Um sistema de aquisição de dados de terceiros pode monitorar múltiplos inversores, usando os protocolos do fabricante do inversor, e também adquirir informações relacionadas com o tempo.
Medidores inteligentes independentes podem medir a produção de energia total de um sistema fotovoltaico. Medidas separadas, como a análise de imagens de satélite ou um medidor de radiação solar (um piranômetro) podem ser utilizadas para estimar a insolação total para comparação.
Figura 50 – Piranômetro – Fonte: Wikipedia (www.eikipedia.org)
Outros Sistemas
Esta seção inclui sistemas que são altamente especializados e incomuns ou ainda uma nova tecnologia emergente. No entanto, sistemas off-grid têm um lugar especial. Eles foram o tipo mais comum de sistemas durante os anos 1980 e 1990, quando a tecnologia FV ainda era muito cara e um nicho de mercado puro de aplicações em pequena escala.
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Somente em locais onde não havia rede elétrica disponível, eram
economicamente viáveis. Embora novos sistemas autônomos ainda estejam sendo implantados em todo o mundo, sua contribuição para a capacidade fotovoltaica global instalada está diminuindo.
CPV (Sistemas Fotovoltaicos Concentrados)
Os sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) e de alta concentração fotovoltaica (HCPV) utilizam lentes ópticas ou espelhos curvos para concentrar a luz solar em células solares pequenas mas altamente eficientes. Além de concentrar, os sistemas CPV’s usam em algum momento rastreadores solares e sistemas de refrigeração e são bem mais caros.
Figura 51 – CPV (Sistema Fotovoltaico Concentrado) – Fonte: Solar Tribune (www.solartribune.com)
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Sistemas Mistos
Um sistema misto combina FV com outras formas de geração, geralmente um gerador a diesel. O biogás também é usado. A outra forma de geração pode ser um tipo capaz de modular a saída de potência em função da demanda. No entanto, pode utilizar-se mais do que uma forma renovável de energia, como o vento. A geração de energia fotovoltaica serve para reduzir o consumo de combustível não renovável.
Em 2015, um estudo de caso realizado em sete países concluiu que, em todos os casos, os custos de geração podem ser reduzidos pela hibridização de mini-redes e redes isoladas. No entanto, os custos de financiamento desses sistemas híbridos são cruciais e dependem em grande parte da estrutura de propriedade da usina.
Sistemas Solares de Flutuação
Os arranjos solares flutuantes são sistemas fotovoltaicos que flutuam na superfície de reservatórios de água potável, lagos de pedreiras, canais de irrigação ou lagoas de rejeitos. Um pequeno número desses sistemas existe na França, na Índia, no Japão, na Coreia do Sul, no Reino Unido, em Singapura e nos Estados Unidos.
Os sistemas têm vantagens sobre os sistemas fotovoltaicos na terra. O custo da terra é mais caro, e há menos regras e regulamentos para as estruturas construídas sobre os corpos de água não utilizados para recreação. Ao contrário da maioria das usinas solares, as matrizes flutuantes podem ser discretas porque estão escondidas da vista pública. Eles conseguem maior eficiência do que painéis fotovoltaicos em terra, porque a água resfria os painéis. Os painéis têm um revestimento especial para evitar ferrugem ou corrosão.
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Um outro benefício de um sistema fotovoltaico flutuante é que os painéis
são mantidos em uma temperatura mais fresca do que seriam na terra, conduzindo a uma eficiência mais elevada da conversão da energia solar. O FV flutuante também reduz a quantidade de água perdida através da evaporação e inibe o crescimento de algas.
As fazendas flutuantes de energia solar estão começando a ser construídas. O fabricante multinacional de eletrônicos e cerâmicas Kyocera desenvolverá a maior do mundo, uma fazenda de 13,4 MW no reservatório acima da barragem de Yamakura na prefeitura de Chiba no Japão usando 50 mil painéis solares.
Figura 52 – Usina fotovoltaica flutuantes – Fonte: www.lgcnsblog.com
Sistemas Autônomos (Off-Grid)
Um sistema autônomo ou fora da rede não está conectado à rede elétrica. Sistemas autônomos variam amplamente em tamanho e aplicação de relógios de pulso ou calculadoras para edifícios remotos ou espaçonaves. Se a carga for fornecida independentemente da insolação solar, a energia gerada é armazenada em buffer com uma bateria. Em aplicações não portáteis onde o
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peso não é um problema, como em edifícios, as baterias de chumbo-ácido são
mais comumente usadas por seu baixo custo e tolerância a intempéries.
Um controlador de carga pode ser incorporado ao sistema para evitar danos da bateria por carregamento ou descarga excessiva. Também pode ajudar a otimizar a produção a partir da matriz solar usando uma técnica de monitoramento de ponto de potência máxima (MPPT). No entanto, em sistemas fotovoltaicos simples em que a voltagem do módulo fotovoltaico é compatível com a tensão da bateria, o uso da eletrônica MPPT é geralmente considerado desnecessário, uma vez que a tensão da bateria é estável o suficiente para fornecer uma captação de energia quase máxima do módulo fotovoltaico.
Figura 53 – Sistema Off-Grid com gerador opcional – Fonte: www.energyinformative.org
Sistemas Pico FV
Os sistemas fotovoltaicos menores, muitas vezes portáteis são chamados sistemas pico fotovoltaico, ou pico solar. Eles combinam principalmente uma bateria recarregável e controlador de carga, com um painel FV muito pequeno. A capacidade nominal do painel é de apenas alguns watt-pico (1-10 Wp) e sua área menor do que um décimo de um metro quadrado, em tamanho.
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Luzes de Rua Solares
As luzes de rua solares são sistemas de energia autônomos e têm a vantagem de economia em custos, paisagismo e manutenção, bem como nas contas de energia elétrica, apesar de seu custo inicial mais alto em comparação com a iluminação de rua convencional. Eles são projetados com baterias suficientemente grandes para garantir a operação por pelo menos uma semana.
Figura 54 – Iluminação pública com sistema FV – Fonte: www.aurogsolar.com
Telecomunicações e Sinalização
A energia solar fotovoltaica é ideal para aplicações de telecomunicações, tais como telefonia local, rádio e TV, microondas e outras formas de comunicação eletrônica. Isso ocorre porque, na maioria das aplicações de telecomunicações, as baterias de armazenamento já estão em uso e o sistema elétrico é basicamente CC. Em terrenos montanhosos, os sinais de rádio e de TV podem não atingir seu destino enquanto ficam bloqueados ou refletidos devido ao terreno ondulado. Nestes locais, os transmissores de baixa potência são instalados para receber e retransmitir o sinal para a população local.
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Veículos Solares
Os veículos solares, quer sejam veículos terrestres, aquáticos, aéreos ou espaciais, podem obter parte ou toda a energia necessária para o seu funcionamento a partir do sol. Veículos espaciais têm utilizado com sucesso sistemas solares fotovoltaicos por anos de operação, eliminando o peso de combustível ou baterias primárias.
Bombas Solares
Uma das aplicações mais econômicas do sol é uma bomba solar, porque é mais barato comprar um painel solar do que é construir linhas elétricas. Muitas vezes encontram-se fontes de água além do alcance de linhas de energia, necessitando instalar no lugar, um moinho de vento ou uma bomba eólica.
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Figura 55 – Bomba Solar – Fonte: www.sigmainovar.com.br
Espaçonave
Os painéis solares das naves espaciais foi uma das primeiras aplicações da energia fotovoltaica desde o lançamento do Vanguard 1 em 1958, o primeiro satélite a utilizar células solares.
Ao contrário do Sputnik, o primeiro satélite artificial a orbitar o planeta, que ficou sem baterias dentro de 21 dias devido à falta de energia solar, a maioria dos modernos satélites de comunicações e sondas espaciais no sistema solar interno dependem do uso de painéis solares para geração de eletricidade.
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Conclusão
Para finalizarmos essa análise vamos resumir os quatro sistemas mais
utilizados no Brasil e no mundo:
1. Os sistemas FV-diretos são os mais simples, consistindo de um módulo fotovoltaico ou módulos conectados diretamente a uma carga. Pode haver controles eletrônicos ou um atuador de corrente linear entre os dois.
2. Sistemas autônomos ou “Off-Grid” acoplam módulos fotovoltaicos com baterias para armazenamento de energia. Isso permite o uso de energia quando o sol não está brilhando. Um controlador de carga impede a sobrecarga das baterias; Ele também pode proteger contra a descarga muito profunda das baterias.
3. Os sistemas On-Grid ligados à bateria (híbridos, bateria mais rede) são semelhantes aos sistemas autônomos, exceto que eles podem usar a rede para “trocar” energia excedente (por créditos para uso futuro) e para carregar a bateria de backup.
4. Os sistemas ligados à rede sem baterias (On-Grid tradicional) são os mais comuns e com o melhor custo. Comparados aos sistemas baseados em baterias, eles são mais simples, mais econômicos e amigáveis ao meio ambiente, e requerem menos manutenção.
Gostaríamos de frisar que no momento a melhor aplicação em termos de custo-benefício é sem dúvidas o On-Grid, foco do curso SOLIENS. Uma solução muito superior economicamente as outras, e a tecnologia que tem se disseminado mais pelo Brasil e pelo mundo inteiro.
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