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Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaico - Cresesb

1. ao fexcin o socar wcioente a supenrici 1 M DIA MENSAL ao Far os E 205 07 Figura A 4 Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Abril Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Figura A S Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Maio Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Figura A 6 Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Junho Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos ly dia Brasil Figura A 7 Radia o Solar Incidente na Superf cie M dia Mensal Julho 2 Manual de Engenharia Sistemas Fotovoltaicos Figura A 8 Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Agosto Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Iy dia Brasil 5 9 x 5 E Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos e 4 Tl
2. auaoo ogsu r ou 34 a 94 s E E za 14 59 ope OES VD ou5eld ogeognadsag Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 13 Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual M xima Permitida 1 Tens o Nominal do Sistema CC 12 Volts Bitola do Cabo Secao em mm2 4 6 10 16 25 20 2 30 35 40 45 50 55 60 55 80 55 90 9 400 mo 420 430 140 L so 1 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual M xima Permitida 1 Tens o Nominal do Sistema CC 24 Volts Bitola do Cabo Sec o em mm2 s 25 30 35 40 45 50 55 60 65 80 55 90 95 to 430 2150 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual Maxima Permitida 1 Tens o Nominal do Sistema CC 48 Volts Bitola do Cabo Sec o em mm2 4 6 10 16 25
3. ADAGE WCOENTE A uy sorar ana sa MEDIA MENSAL r Figura 10 Radia o Solar Incidente na Superf cie ly dia Brasil M dia Mensal Outubro Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 25 Figura Radia o Solar Incidente Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Novembro Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos M dia Mensal Dezembro Figura 12 Radia o Solar Incidente na Superf cie ly dia Brasil
4. 1 Ser points que podem ser especificados para aplica es especiais Tabela 4 3 1 Especifi controlador de carga bas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 75 de informa es espec ficas detalhadas da bateria a ser utilizada como por exemplo valor da resist ncii interna e coeficiente de varia o da tens o com a temperatura Varia es bruscas de corrente tamb m resultam em modifica es na tens o da bateria dif ceis de modelar Outro problema para os Sistemas Fotovoltaicos determinar ajuste do ser point indicativo da tens o de desconex o LVD Se decis o recair em ter uma pequena profundidade de descarga 10 20 provavelmente a vida til da bateria se prolongar por m frequentemente o controlador poder interromper a energia que est alimentando a carga sem que haja uma necessidade real Por outro lado se uma profundidade de descarga maior 30 a 50 for permitida ent o poder haver redu o da vida da bateria 4 3 4 Caracter sticas Ideais para Uso em Sistemas Fotovoltaicos Um controlador ideal para a aplica o fotovolta deve al m de satisfazer os objetivos b sicos apresentados gerenciar carga de acordo com a disponibilidade de energia solar necessitando para tal el do estado de carga da bateria em um dado instante Deve evitar penalizar possuir uma informa o con usu rio ao mesmo tempo em que bus
5. a 25 30 35 40 45 50 55 60 65 80 55 90 95 fo 2150 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual Maxima Permitida 3 Tens o Nominal do Sistema CC 12 Volts Bitola do Cabo Sec o em mm2 4 6 10 16 25 25 30 35 40 45 50 55 60 55 80 55 90 400 mo 420 130 440 L so Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual Maxima Permitida 3 Tens o Nominal do Sistema CC 24 Volts Bitola do Cabo Sec o em mm2 4 6 10 16 25 a 25 30 35 40 45 50 55 60 65 80 55 90 95 fo 2150 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Comprimento M ximo do Fio metros Perda Percentual M xima Permitida 3 Tens o Nominal do Sistema CC 48 Volts Bitola do Cabo Sec o em mm2
6. omon op om y opousay umano ona omang ap ogee ap opsuay ep emanog ap weg 19 s s E 19 W Ww v ofueuy awed E E 05 0011040104 ofuexay op o3enunuo p Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 1661 s taote1oqsrl msissy SIC amjoaoioyd Uad JO 00qpuwH y uo y puS op amo e umd ofiary amano 3 sope Joprn as pjoys2ay1 emmeradway opSesuaduio 9 soda op ewru oun op epepisede apomaioo zv aopulonuoO oppo anus w aw sv ET str 19 v v op sopejonuoo onnano Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos sy us o papsnfy epres ap 5 seanse sou SD
7. Marco Ant nio Galdino CEPEL Patr cia C da Silva CRESESB Ricardo Dutra CRESESB Roberto Zilles USP 621 472 397m Centro de Pesquisas de Energia El trica Centro de Refer ncia para Energia Solar e E lica S rgio de Salvo Brito Grupo de Trabalho de Energia Solar Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos Rio de Janeiro CRESESB 1999 cm 1 Energia solar 2 Energia solar fotovoltaica 3 Radia o solar 4 Sistema fotovoltaico conectado rede 5 Sistema solar 9 Utiliza o de energia solar 10 Sistema fotovoltiaco de bombeamento de gua Programa o Visual e Capa Ricardo Marques Dutra CRESESB Impress o Ediouro Gr fica Editora S A Centro de Refer Av Hum S N Ilha da Ci cia para Energia Solar e E lica S rgio de Salvo Brito CRESESB Centro de Pesquisas de Energia El trica CEPEL Av Hum S N Iha da Cidade Universit ria le Universit ria 21941 590 Rio de Janeiro RJ CEP 21941 590 Rio de Janeiro RJ Tel Oxx 21 2598 2187 Fax 21 2598 6384 Home Page Htp uww eresesh cepel br Tel 21 2598 2112 Fax Oxx 21 2260 1340 Home Page Hip iwww cepel br Sobre esta edi o O CRESESB e o CEPEL com o apoio da ELETROBRAS e do Minist rio de Minas e Energia tem o prazer de lan ar esta reedi o do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Esta obra certamente um cl ssico na bibl
8. op ESET ap ojn uy gu saapu 9 ON V LON v cuja 10S r TE 108 3173105 30021118 OPES pn ap aaoo ouj os jog ap musu 105 297 T rra ase VET 1 561 PNET RINGO 50410 SON ent 5 SPIE PED ered ORTON 2 016018 o s 0 0 v pny v v pio n apog jog viro apamanoo 1a 108 105 DEE DEE DE Era ase BE Vit VEL VE oSI ep ep oSI EP OF ofuexay ap oIn uy Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos DN SDRAM U A 10
9. 2y SIC Jo V uolV pue1S op sepridope Ta vir pay v 2 og aigdary supi avo ME woody ep ou sep sep op oma ouso vp Raman oL epumod_ E w po oumsuog v gt VO 9 OO sep mol wound a 2 vio Br x x Per ther x x 2 Per afe x x E oo x oa x x 55 3 ao 875 a w W O 23 wassap o remos avo w 2 v wogduy remo ons omas nop otimo vinow mow seo ep pop ego consta amooo md Telal E z s ve el fe DJ sep otunsuo T Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos IN tipung 91499 soum eg BISA Jo sus
10. 4 3 1 Tipos de Controladores de Carga Como j foi citado anteriormente os controladores podem diferir quanto grandeza utilizada para o controle Carga integra o do fluxo de corrente na bateria tens o e densidade do eletr lito s o as mais utilizadas Outro fator de diferencia o a forma que controlador utiliza para desconectar o painel fotovoltaico da bateria quando esta apresenta carga plena Sob este aspecto podemos classific los como shunt ou s rie Ambos podem ser efetivamente usados sendo que cada um pode incorporar um n mero de varia es Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos que alteram o desempenho b sico e aplicabilidade As Figuras 4 3 1 4 3 2 mostram os circuitos para o regulador tipo shunt e tipo s rie respectivamente Ambos apresentam fun o opcional para LVD que ser explicado na pr xima se o O regulador shunt geralmente consome menos energia do que o regulador s rie e por isso mais comumente utilizado Um regulador shunt usa um dispositivo de estado s lido ou um rel eletromec nico que desliga ou reduz o fluxo de corrente para bateria quando ela est completamente carregada Assim parte da corrente gerada pelo arranjo desviada atrav s de um dispositivo em paralelo com bateria e apenas uma pequena quantidade desta corrente continua carregando bateria Componentes de Chaveamento Opcional Arranjo o Carga Batr
11. Obs Aplicar a corre o de temperatura para medi o das densidades espec ficas antes de registr las nesta planilha C lula 3 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 3 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 3 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Bateria C lula 1 C lula 2 3 C lula 4 C lula 5 C lula 86 Dens Espec fica ou Tens o Dens Espec fica ou Tens o Dens Dens Espec fica ou Tens o Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 83 C lula 4 C lula 5 C lula 46 Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 83 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 3 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Bateria C lula 1 C lula 2 C lula 3 C lula 4 C lula 5 C lula 6 Dens Dens Espec fica ou Tens o Dens Espec fica ou Tens o Dens Espec fica ou Tens o 10 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 09 Painel fotovoltaico Requer servi o N o Cobertura de vidro limpa e inteira dos m dulos e estruturas de montagem todas aterradas Todas as c lulas em todos os m dulos sem sombra durante todo o dia Estruturas de montagem firmes e em bom es
12. x Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Controladores eletr nicos s o recomendados para os outros tipos de bombas por m s o extremamente Eles ir o ajustar o ponto de opera o do arranjo fotovoltaico de modo a fornecer a m xima corrente para partida do motor Muitos modelos de controladores apresentam um seguidor do ponto de m xima pot ncia MPPT Estes controladores possuem um dispositivo eletr nico inteligente respons vel por transformar as la com a pot ncia de entrada da bomba Eles permitem opera o para uma extensa faixa de n veis de insola o alturas manom tricas vaz es de gua Em adi o solucionam o problema de partida das bombas volum tricas Estes controladores eletr nicos consomem tipicamente de 4 a 7 da pot ncia de sa da do arranjo fotovoltaico Baterias tamb m podem ser usadas entre bomba volum trica e o arranjo fotovoltaico para fornecerem tens o est vel para partida e opera o da bomba Al m disso permitem a partida do motor mesmo quando os n veis de insola o estiverem baixos Na maioria da vezes os controladores e as baterias n o s o dimensionados para permitir o bombeamento de gua durante a noite mas somente para dar estabilidade opera o do sistema uma As bombas volum tricas geralmente instaladas quando se necessita de vaz es na faixa de 0 3 40 m dia e alturas manom tricas de 10 500 metros
13. s 25 30 35 40 45 50 55 60 65 80 55 90 95 to 430 2150 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 Instru es para uso das Planilhas de Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos Asp uti isolados A maioria destes sistemas ter o subsi das para dimensionamento de Sistemas Fotovolt de armazenamento baterias ilhas e instru es aqui apresentadas Aplica es com gera o fotovoltaica como por exemplo direct drive pequenos sistemas com cargas ilumina o p blica etc bombeamento de gua prote o cat dica ou sistemas h bridos diferem somente no m todo para c lculo da carga O procedimento restante para o dimensionamento o mesmo Cada campo da planilha Um D no canto possue um n mero no superior direito do canto superior esquerdo campo indica que um As instru es apresenta valor padr o pode das a seguir correspon ser encontrado nestas dem a estes n meros instru es 4 D Tens o de Convers o de Pot ncia v Um n mero no canto inferior esquerdo uma refer ncia cruzada indica que um valor calculado anteriormente deve ser usado Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Planilha 1 C lculo do Consumo das Cargas Descri o das Cargas Descrever resumidamente cada carga isto l mpada fluo
14. e As extremidades de empunhadura das ferramentas met licas usadas durante componentes el tricos devem estar adequadamente isoladas com uma fita ou revestimento n o condutivo de pl stico resistente Al m disso as ferramentas devem se poss vel ser mais curtas do que a dist ncia entre os terminais da bateria para reduzir a possibilidade de causar um curto circuito em caso de queda Curto cireuito em baterias podem derreter o elemento causador do curto provocando s rias queimaduras no t cnico que est efetuando o trabalho manuten o dos 16 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos O compartimento das baterias deve estar bem ventilado pois com a poss vel libera o do g s hidrog nio durante o carregamento o mesmo pode ser inflamado por uma fa sca resultando em uma explos o Em fun o disto poss veis fontes de igni o tais como cigarros fa scas chamas etc devem estar afastadas das baterias Como as baterias chumbo cido cont m cido sulf rico de alta concentra o ao manuse la recomendado o uso de protetores para os olhos e face e luvas de borracha importante ainda manter pr ximo ao local gua bicarbonato de s dio para remover e neutralizar o cido nos casos de emerg ncia conforme mostrado na Tabela 8 1 1 Ocorr ncia A o Lavar os olhos com gua corrente por pelo menos dez minutos cido nos olhos Procurar assist n
15. dmio podem sofrer ciclos Uma desvantagem das c lulas n quel c dmio quando comparadas com as chumbo cido que os meios de medi o do estado de carga n o s o simples Isto deve se ao fato de existir muito pouca varia o da tens o e do peso espec fico do eletr lito durante a descarga Desta forma n o h possibilidade de indica o do momento em que a bateria encontra se completamente descarregada o que um inconveniente para os usu rios Uma solu o usar uma unidade de controle sofisticada que revela a carga em Amp res hora calculando a automaticamente atrav s de medi es cont nuas do fluxo de corrente Outra solu o seria ainda ter uma bateria reserva completamente carregada mantida em standby Efeito da temperatura Baterias abertas podem ser utilizadas para uma extensa faixa de temperatura ou seja de 25 a 45 O eletr lito congela abaixo do limite inferior de temperatura mas nenhum dano causado Para otimizar utiliza o de uma c lula selada importante manter temperatura da c lula bem abaixo de 45 C em todos os momentos especialmente durante o sobrecarregamento quando calor produzido pela c lula Acima de 45 o separador degrada se lentamente e eventualmente as placas se tocam Isto significa que a c lula curto circuitada internamente e n o pode ser reutilizada Outro problema com temperaturas elevadas causado pelo fato do eletr lito secar len
16. Baterias s o conhecidas por serem uma conveniente e eficiente forma de armazenamento de energi Quando uma bateria est conectada a um circuito el trico h fluxo de corrente devido a uma transforma o eletroqu mica no seu interior ou seja h produ o de corrente continua atrav s da convers o de energia qu mica em energia el trica A mais simples unidade de opera o de uma bateria chamada de c lula eletroqu mica ou simplesmente c lula Uma bateria pode ser composta de apenas uma c lula ou do arranjo el trico de diversas Baterias podem ser classificadas em recarreg veis e n o recarreg veis dependendo do tipo de c lula de que s o compostas Existem dois tipos b sicos de c lulas prim rias e secund rias As c lulas prim rias comp em as baterias que podem ser utilizadas apenas uma vez n o recarreg veis Quando as c lulas prim rias descarregam se completamente sua vida til termina e elas s o inutilizadas As baterias n o recarreg veis ou prim rias s o geralmente utilizadas como fontes de energia de baixa pot ncia em aplica es tais como rel gios de pulso aparelhos de mem ria digital calculadoras muitos outros aparelhos port teis poss vel encontrar baterias compostas por c lulas prim rias que admitem recargas leves aumentando sua vida til As c lulas secund rias comp em as baterias recarreg veis ou seja aquelas que podem ser carregadas com o aux lio de uma fon
17. Exemplos de apli Monitoramento das condi es clim ticas Controle do tr fego nas estradas Registros s smicos Investiga es cient ficas c Projeto de um Sistema Fotovoltaico Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 01 Cap tulo 6 Projeto de um Sistema Fotovoltaico O projeto de um Sistema Fotovoltaico SF o casamento entre a energia fornecida pelo Sol ao sistema a demanda de energia pela carga O crit rio para o dimensionamento pode ser custo da energia gerada confiabilidade efici ncia ou uma combina o destes fatores Alguns m todos simplificados de dimensionamento est o dispon veis e baseiam se em caracter sticas m dias dos componentes e valores t picos de radia o solar Um exemplo de m todo simplificado s o planilhas que orientam cada passo do projeto e baseiam se geralmente na opera o do sistema em um dia t pico Para sistemas mais complexos de m dio ou grande porte algumas ferramentas softwares de dimensionamento e simula o de opera o est o dispon veis e podem se utilizadas corretamente com dados confi veis gerar projetos pelo ponto de vista do dimensionamento com sucesso garantido e custo adequado O dimensionamento de um SF deve levar em conta robustez e facilidade de instala o e manuten o visto que na maioria dos casos eles ser o utilizados em locais re
18. O estado de carga aproximado de cada bateria pode ser determinado com o aux lio do gr fico da Figura 8 2 5 considerando se a compensa o por temperatura conforme explicado no Capitulo 4 2273 da o Figura 8 2 6 Medindo a tens o de circuito aberto do conjunto de bateri Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Figura 8 2 7 Medindo a tens o de circuito aberto de uma bateria com c lulas com conex es externas A bateria necessitar de manuten o ou dever ser substitu da nos casos em que a tens o de qualquer c lula ou bateria individual estiver fora do intervalo de 10 acima ou abaixo da tens o m dia do conjunto A troca de uma c lula em uma bateria ou de uma bateria em um banco deve ser cuidadosamente avaliada pois elemento novo possuir caracter sticas el tricas diferentes dos j instalados Al m dos testes mencionados anteriormente podem ser realizadas avalia es de desempenho das baterias com seqii ncias de carga e descarga Pode se para tal utilizar pr prias cargas fontes do sistema ou equipamentos espec ficos para teste de baterias Em geral este tipo de teste mais preciso sendo no entanto complexo e demorado 8 2 3 Equipamentos Eletr nicos Recomenda se seguir procedimentos dos fabricantes para verificar se todos os controles encontram se calibrados e funcionam adequadamente Deve
19. Planilha 3 Dimensionamento do Banco de Baterias 29 Consumo Amp re hora Corrigido Entrar com o valor do campo 20 Planilha 1 30 Dias de Armazenamento Escolher entrar com o n mero de dias consecutivos que o sistema de armazenamento bateria ter que atender carga nos per odos em que arranjo fotovoltaico n o estiver gerando energia A disponibilidade do sistema definida como cr tica 99 de disponibilidade ou n o cr tica 95 de disponibilidade e afeta diretamente o n mero de dias de armazenamento NOTA Caso a aplica o necessite utilizar um grande banco de baterias com mais de 10 dias de armazenamento utilizando baterias de ciclo profundo deve se usar um m todo alternativo para dimensionamento que permitir reduzir o tamanho do arranjo fotovoltaico e possibilitar que um grande banco de baterias forne a carga durante os meses de condi es cr ticas 31 Profundidade de Descarga M xima decimal Entrar com a m xima descarga permitida para a bateria que dependente do seu tamanho e tipo Recomenda se consultar os fabricantes de bateria ou usar os valores padr o dados abaixo Profundidade de Descarga M xima Tipo de Bateria Padr o Chumbo antim nio 08 Chumbo c lcio 0 6 Niquel cadmio 0 9 32 Desconto por Temperatura decimal Entrar com o fator que corrige a capacidade da bateria para baixas temperaturas O valor padr o usado para o Brasil p
20. Solar Electricity As baterias n o devem ser operadas continuamente acima de 40 C caso contr rio ocorrer o danos permanentes nas placas Um problema com temperaturas abaixo de 09C que o eletr lito poder congelar se a bateria estiver descarregada Se isto ocorrer ela n o poder operar e danos permanentes ser o causados Quando bateria descarrega o cido dilui e congela uma temperatura mais alta Com 20 do estado de carga o ponto de congelamento cerca de 10 C em uma bateria t pica Baterias projetadas para serem utilizadas em climas muito frios t m uma concentra o de cido mais elevada que mant m o eletr lito em estado l quido nesta temperatura Em um dado estado de carga mudan as de temperatura tamb m afetam as medi es do peso espec fico do eletr lito e da tens o Sulfata o Um problema que comumente ocorre nas c lulas chumbo cido um processo chamado sulfata o A sulfata o a forma o de cristais de sulfato de chumbo nas placas das c lulas Fora das condi es normais de opera o forma se durante a descarga uma fina camada de sulfato de chumbo na superf cie das placas No in cio do processo existem muitos espa os em volta de cada pequeno cristal de sulfato de chumbo por onde o eletr lito pode ainda alcan ar os materiais ativos di xido de chumbo chumbo Entretanto gradualmente os pequenos cristais de sulfato de chumbo juntam se
21. de fon queo 1 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos e Instalar uma chave de desconex o manual local para cargas distantes que s o controladas automaticamente PERIGO Cabe lembrar que algumas configura es de Sistemas Fotovoltaicos podem apresentar n veis de tens o e corrente letais As baterias tamb m requerem extremo cuidado no manuseio pois podem conter elementos perigosos em sua composi o qu mica al m de sua alta densidade de energia 7 2 M dulos Fotovoltaicos 7 2 1 Localiza o do Arranjo Fotovoltaico Um aspecto importante a examinar durante o processo de pr instala o a melhor localiza o do arranjo fotovoltaico Pode haver conflito entre desejo de mant lo mais pr ximo das baterias e das cargas para minimizar queda de tens o nos fios melhor localiza o para receber radia o sola Fatores que podem influenciar na localiza o dos arranjos tais como pr dios rvores cercas e outros objetos potencialmente sombreadores devem ser evitados O arranjo dever ser colocado suficientemente distante de objetos que possam encobrir luz do Sol para que nenhuma sombra ocorra nas horas de melhor insola o usualmente entre 9 e 15 horas nos dias mais curtos 21 de junho no Hemisf rio Sul e 21 de dezembro no Hemisf rio Norte A procura de um local para a instala o do arranjo n o problem tica em reas remotas onde se disp e de amp
22. o H duas desvantagens das baterias sem manuten o chumbo c lcio quando instaladas em Sistemas Fotovoltaicos Uma a reduzida vida c clica para ciclos profundos quando comparadas com as pla positivas de baixo antim nio A outra desvantagem que elas s o sempre fornecidas com eletr lito Isto aumenta o risco de deteriora o durante o per odo de armazenamento e ou distribui o e o eletr lito pode ser perdido se as baterias forem viradas por engano Ser necess rio tamb m recarreg las periodicamente enquanto estiverem armazenadas para evitar ocorr ncia de sulfata o Baterias seladas As bateria manuten o al m de n o haver risco de contato com o eletr lito chumbo lo seladas s o muito desej veis porque n o necessitam de nenhum tipo de pio b sico das baterias seladas usar um ci O prin clo interno de oxig nio para eliminar a perda de gua sob condi es normais de opera o As baterias seladas apresentam caracter sticas espec ficas para que o ciclo de oxig nio ocorra Por isso o tamanho capacidade total das placas positivas ligeiramente menor o totalmente carregadas antes que as placas s gaseifiquem desta forma apenas oxig nio gasoso produzido O oxig nio gasoso produzido flui atrav s do eletr lito para os espa os das placas negativas onde ele reage para formar o sulfato de chumbo e gua Al m disso o carregamento transforma o sulfat
23. v op PION FOR Em OPO Em HDE GTEC x x TE E m vam mn wanos q op eag ep wag vp wa seug apeprandeo aprptondeo sr E Ir x SE w 0 opera aws sojafoad sepoieg w sepana 222 Odu VLON moj cum OWN ogsuaL oF 6E FE TE ra x ay Ipun p pny oppwa eusieq w emd ousa wo seng euog emda ssureuny osun apeproedeo sod ouoasag apeprpunyosa ap sua SE FE EE dE ueg oyu tueuotsu uriq 17 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos n MONON PUPS UMS spt Jo V suns op sepeidepe epeaa a stem opuwnb sepi2peq su dedos auans
24. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 5 Cap tulo 3 Configura es B sicas isolados h bridos ou ssificados em tr s categorias principe o de cada uma dessas op es depender da apli em quest o e das restri es espec ficas de cada projeto Isto pode ser facilmente visualizado por exemplo quando se considera utiliza o de um sistema h brido Diesel fotovoltaico Neste caso o percentual de cada um que pode ir de O a 100 depender de fatores como investimento inicial custo de manuten o dificuldade de obten o do combust vel polui o do ar e sonora do Diesel rea ocupada pelo Sistema Fotovoltaico curva de carga etc n o conectados rede el trica podem ou n o apresentar fontes de energia complementares gera o fotovoltaica Quando a configura o n o se restringe gera o fotovoltaica temos os sistemas h bridos Se o sistema puramente fotovoltaico ent o ele chamado de sistema isolado Sistemas aut nomos isolados ou h bridos em geral necessitam de algum tipo de armazenamento O armazenamento pode ser em baterias quando se deseja utilizar aparelhos el tricos nos per odos em que n o h gera o fotovoltaica ou outras formas de energia Num sistema de bombeamento de gua onde esta armazenada em tanques elevados energia solar estar armazenada em forma de energia potencial
25. o devido ao seu amplo potencial de aplica o no Brasil O m todo apresentado em 6 1 somado ao instrumental apresentado em 6 3 permite a inclus o de um sistema de bombeamento como uma carga adicional CA ou CC de um 12 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos sistema com armazenamento Entretanto desenvolvimento de procedimentos diferen caracter sticas nicas desta aplic dos para seu dimensionamento justificam o Algumas caracter sticas gerais dos Sistemas de Bombeamento de interesse para o projeto s o N o necessidade de armazenamento de energia o solo pode ser visto como elemento armazenador ou o fluido bombeado pode ser armazenado em tanques e Sistemas de bombeamento de gua para irriga o ou consumo humano possuem um bom ci entre a demanda de gua e oferta de energia solar Uma pergunta que os projetistas certamente se far o a seguinte Por que utilizar uma bomba t o sofistic e consegilentemente cara e com pouca disponibilidade no mercado se existem diversos fabricantes de bombas de diversos modelos e pot ncias que se pode encontrar em qualquer lugar e por um pre o muito mais baixo A resposta que as bombas dispon veis no mercado s o pouco eficientes necessitando portanto de maior capacidade de gera o fotovoltaica Al m disso requerem elevados desembolsos com manuten o Estes fatores refletem se no custo da gua bombeada longo da vida do sistema A
26. o do meio em que est imerso A convers o direta da energia solar em eletricidade tamb m explicada por esta teoria Nesta vis o corpuscular a pot ncia de um feixe luminoso descrita como fluxo de f tons com energia unit ria hf onde f a freq ncia da onda eletromagn tica associada e h a Constante de Planck 6 62 10 34 15 A energia solar incidente no meio material pode ser refletida transmitida e absorvida A parcela absorvida d origem conforme o meio material aos processos de fotoconver termoconvers o conforme indicado na Figura 2 1 4 x Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Vil Boca _ Radia o Solar fora da atmosfera terrestre 23 Radia o Solar ao n vel do meio dia c u claro intensidade de hz N mero ca tans Escura Elevada Energia foton Basa Comprimento de onda e Lengo Irradia o Solar W m um 1600 Irradia o Total AM1 5 833 W m 120 j 2 670W m 400 o o 06 09 12 15 18 21 24 27 Comprimento de onda um Figura 2 1 3 Distribui o espectral da radia o solar Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook Radia o Solar em N vel do Solo De toda radia o solar que chega s camadas superiores da atmosfera apenas uma fra o atinge superf cie terrestre devido reflex o e absor o dos raios solares pela atmosfera Esta fra o que
27. o e ou Queda de tens o na Corrigir a inclina o sa da do arranjo efou orienta o o do arranjo Queda de tens o na Substituir a fia o para balan o do sa da do arranjo subdimensionada sistema subdimensionada ou muito longa 3 Determinar o motivo pelo qual os fus veis ou circuitos de prote o disjuntores est o estragados ou soltos antes de substitu los ou mont los novamente 14 Baterias Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Bateria com baixo estado de carga Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Baixo estado de carga Uso excessivo de Reduzir o tamanho da energia cargas muito carga ou aumentar o grandes colocadas tamanho do sistema muito longe ou n veis desligar a carga e de insola o recarregar a bateria inadequados carga deixada ligada al m do tempo determinado Conex es frouxas ou Apertar as oxidadas para a bateria abra adeiras que estiverem frouxas limpar as conex es M dulos sujos Limpar os vidros dos m dulos Fus vel danificado na Substituir o fus vel unidade de controle Elevada taxa de auto Substituir a bateria descarga nas baterias Bateria com baixa tens o Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Baixo n vel de eletr lito Tens o abaixo do ser point de retomada do carregamento Tens o abaixo do set point de baixa tens o de desconex o Perda de tens o durante a noite me
28. 5 3 2 Tipos de Motores Deve se escolher uma bomba ou grupo moto bomba para operar pr ximo ao ponto de m xima efici ncia sob as condi es de altura manom trica e vaz o necess rias Tanto a bomba centrifuga quanto a volum trica podem ser acionadas por um motor CA ou CC escolha do tipo de motor mais adequado depende do volume de gua necess rio da pot ncia requerida para atingir a altura manom trica desejada efici ncia geralmente mais elevada para motores CC custo geralmente mais baixo para motores CA necessidade do motor estar submerso ou n o tamanhos limitados impostos pelo po o no caso do motor estar colocado dentro de um po o confiabilidade disponibilidade e facilidade para realiza o de manuten o Recomenda se consultar os fabricantes de bombas para obter se informa es espec ficas dos modelos dispon veis 5 3 2 1 Motores CC Os motores CC s o bastante adequados em fun o da sua compatibilidade com a fonte de energia fotovoltaica e porque sua efici ncia geralmente mais elevada se comparada dos motores CA Entretanto seu custo inicial mais elevado e os motores com escovas necessitam de manuten o peri dica Tipicamente os motores CC precisam de comuta o de escovas para permitir que os campos el tricos do motor mudem rapidamente no tempo Motores com escova s o projetados para operarem por longo tempo entretanto as escovas utilizadas devem ser substitu das
29. A laje pode ser feita no local ou podem ser transportadas lajes pr fabricadas at obra Este tipo de funda o n o adequado para aplica es distantes onde custo de transporte do cimento proibitivo Tamb m n o adequada em terrenos muito acidentados devido escava o que seria necess ria antes de executar a funda o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos INSTALA O DE PAIN IS SOLARES FOTOVOLTAICOS Lp POSSIBILIDADES o 1 Solo N 2 Poste ae 3 Parede 4 Telhado Figura 7 2 2 Vista de uma vila com sistemas residenciais instalados Cear Fonte Informativo PRODEEM 1996 15 1 6 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos wy a Figura 7 2 3 Detalhe de sistema de fixa o em parede de resid ncias Funda o tipo bloco A funda o tipo bloco mais adequada para terrenos acidentados e locais remotos porque relativamente leve e transportavel e pode ser pr fabricada nos locais onde se disponha de cimento e de equipamentos apropriados necess ria pouca escava o e os blocos podem ser posicionados com razo vel facilidade minimizando os problemas de alinhamento Os blocos devem ser montados com armaduras todas as cavidades devem ser completamente preenchidas com concreto ou argamassa Funda o tipo viga A funda o tipo viga um meio termo entre os tipos laje e bloco adequada para terrenos ond
30. A palavra bateria refere se um grupo de c lulas conectadas eletricamente em s rie e ou paralelo produzir uma tens o e ou corrente mais elevada do que a que pode ser obtida por uma nica c lula Uma E Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos bateria pode tamb m ser constitu da por uma nica c lula caso esta se constitua num sistema de armazenamento eletroqu mico completo Capacidade Embora a capacidade de uma bateria seja normalmente definida como quantidade de Amp res hora que pode ser retirada da mesma quando esta apresenta carga plena pode tamb m expressar capacidade em termos de energia Watt hora ou kiloWatt hora Capacidade Nominal uma estimativa conservadora do fabricante do n mero total de Amp res hora que pode ser retirado de uma c lula ou bateria nova para os valores especificados de corrente de descarga temperatura e tens o de corte Capacidade Instalada o total de Amp res hora que pode ser retirado de uma c lula ou bateria nova sob um conjunto espec fico de condi es operacionais incluindo a taxa de descarga temperatura e tens o de corte Capacidade Dispon vel total de Amp res hora que pode ser retirado de uma c lula ou bateria sob um conjunto espec fico de condi es operacionais incluindo taxa de descarga temperatura estado inicial de carga idade e tens o de corte Capacidade de Energia o n mero total de Watts hora que p
31. Controlador e rea limpos Controlador firmemente instalado Temperatura ambiente em faixa apropriada Controlador n o instalado junto com as baterias Tens o de opera o compat vel com a unidade Corrente m xima compat vel com gera o dos m dulos Corrente m xima compat vel com as cargas alimentadas AESA g Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 07 Banco de baterias Requer Servi o im AA A com tamanho hor rio tipo corretos s e c lulas numeradas Superf cie superior da bateria limpa e seca Tampas das c lulas presas Conex o das baterias firmes sem corros o e com anti xido Prateleiras e presilhas firmes e em bom estado Aus ncia de objetos e prateleiras acima das baterias N veis do eletr lito adequados Sistema de ventila o adequado e desobstru do Temperatura ambiente na faixa adequada Aviso de N o fume visivelmente colocado Se o n vel do eletr lito estiver baixo fazer uma marca para cada c lula da bateria que requer adi o de gua nas planilhas Registro da tens o de circuito aberto das baterias que se seguem Registro da Densidade Espec fica Temperatura do eletr lito Corre o de temperatura aplicada cada medid Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 08 Registro da tens o de circuito aberto das baterias danos ao controlador de carga Cuidado ao desconectar a bateria do sistema para n o causar
32. at i 75 Temperatura os MW Profundidade de Descarga 5 Figura 4 2 1 Curvas t picas do efeito da profundidade de descarga e da temperatura na vida til da bateria Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook de um sistema de controle de carga carregar a bateria eficientemente evitando os efeitos prejudici excessivo carregamento As Figuras 4 2 2 4 2 3 mostram respectivamente curvas t picas de carga e descarga das c lulas chumbo cido abertas A produ o dos gases oxig nio e hidrog nio em uma c lula ocorre principalmente durante o carregamento as tamb m pode ocorrer durante uma descarga normal da bateria As c lulas chumbo cido abertas podem resistir uma quantidade moderada de sobrecarregamento desde que os gases envolvidos possam escapar atrav s dos furos de ventila o Entretanto tanto produ o de oxig nio quanto as rea es de recombina o s o exot rmicas resultando no consequente aumento da temperatura da bateria ocasionando problemas para o controlador de carga Em adi o aumentando a temperatura da c lula aumenta tamb m taxa de degrada o tanto dos eletrodos quanto dos separadores reduzindo a vida 4 bateria Muito embora alguns problemas sejam ocasionados pelo sobrecarregamento este se faz necess rio para carregar totalmente as placas da c lula Por m muitas vezes a principal dificuldade est em como detectar o n vel de c
33. completamente as baterias Nenhum fluxo de energia do arranjo para a bateria Nenhum fluxo de energia do arranjo para as baterias Pequeno fluxo de ener para a bateria Reduzida ten sa da do arranjo Reduzida tens o Reparar ou substituir controlador de carga Reparar ou substituir o controlador de arga Fechar chaves montar novamente o circuito de prote o disjuntor ou substituir o fus vel Apertar reparar ou substituir a fia danificada io Remover a fonte de sombreamento substituir o m dulo ou corrigir sua Aumentar a bitola do fio 15 16 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Baterias Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Tens o acima do set Controlador de carga Redu o da vida til Substituir por um point de t rmino do defeituoso ou da bateria poss veis controlador de carga carregamento e ou inexistente danos s cargas com set point de elevada perda de t rmino do gua carregamento mais baixo Capacidade de da vida til Aumentar o banco armazenamento do da bateria poss veis de baterias de forma banco de baterias danos s cargase a aumentar a muito pequena para baterias capacidade de o arranjo armazenamento Controlador de carga Redu o da vida til Ajustar o desajustado da bateria poss veis controlador de carga danos s cargas Bateria e regulador Redu
34. condi es ideais de teste A efici ncia do inversor fun o do tipo de inversor e do tamanho da carga i ncia desejada para o do inversor sob as B11 Especifica es do Inversor Entrar com os dados fornecidos pelo fabricante do inversor selecionado Conversor Estas instru es devem ser usadas nos casos em que o sistema necessite de um conversor CC CC Listar as caracter sticas do sistema no espa o fornecido e procurar nos cat logos dos fabricantes um conversor que atenda a estas necessidades C1 Tens o de Entrada CC V Entrar com a tens o CC de entrada Esta a tens o nominal do sistema fornecida no campo 9 Planilha 1 C2 Tens o de Sa da CC V Entrar com a faixa de tens o de sa da CC para o conversor C3 Pot ncia de Sa da W Entrar com a pot nci alimentar as cargas espec ficas necess ria que deve ser fornecida pelo conversor para 4 Temperatura de Opera o Entrar com a faixa de temperatura de opera o desejada C5 Conversor Especificar o conversor que possua as caracter sticas listadas Fia o Estas instru es s o aplicadas para sistemas CC Para maiores detalhes sobre o tipo de fio a ser utilizado e aspectos de seguran a de instala o consultar o Cap tulo 7 E1 e F1 Circuito CA ou CC Identifica o e listagem de toda a fia o no sistema E2 e F2 Tens o do Sistema V Entrar com tens o de trabalho de cada um dos circuitos CC o
35. disjuntor do inversor Atua o do circuito de prote o CC disjuntor do inversor Cargas operam com surto de corrente muito elevado Capacitores do inversor n o carregam acima do valor inicial para partida Correntes excessivas exigidas pela carga Correntes excessivas exigidas pelo inversor Reduzir o tamanho das cargas ou substituir inversor por um de maior capacidade Instalar uma chave de contato moment nea e um resistor 150 50W em paralelo com o circuito de prote o us lo por alguns egundos para carregar os capacitores durante a primeira partida 182 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Cargas intoma Causa Resultado A o Corretiva Cargas inoperantes Carga muito grande Redu o da vida til Reduzir o tamanho da para o sistema ou da bateria poss veis carga ou aumentar o n veis de insola o danos as cargas tamanho do arranjo inadequados elou do banco de baterias Chaves no sistema A energia fotovoltaica Colocar todas est o desligadas ou n o pode ser fornecida chaves na posi o mal posicionadas para cargas ou baterias correta Os circuitos de Montar circuitos de prote o disjuntores prote o novamente ou fus veis est o ou substituir fus vel danificados Cargas operam Elevada queda de Tens o inadequada Aumentar a bitola do ineficientemente tens o no sistema para carregar as f
36. dulos Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovol tems Prentice Hall International Ltd 1991 Sys Grupo FAE DEN UFPE I Curso sobre Eletrifica o Rural com Tecnologia Fotovoltaica Parte 1 1992 Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 Cap tulo 4 Componentes B sicos Baterias Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assi tems A Handbook of Recommended Des Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 187 M S Imamura W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC S Stephens amp Associates 1992 Sandia National Laboratories Handbook for Battery Energy Storage in Photovoltaic Power Systems Relat rio Final Bechtel National Inc 1979 S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovoltaic Sys tems Prentice Hall International Ltd 1991 Grupo FAE DEN UFPE I Curso sobre Eletrifica o Rural com Tecnologia Fotovoltaica Parte 2 1992 D Linden Handbook of Batteries and Fuel Cells McGraw Hill Book Company 1984 Siemens Sola
37. genas Necessitam de reatores para 12V CC 24V CC dependendo da aplica o SW 15W 20W 40W 22W 32W Necessitam de soquetes e reatores para 12V CC 24V CC dependendo da aplica o Fluorescentes Compactas e 5W 7W 9W 11W 13W tipo PL 18W 26W Tabela 5 1 3 Tipos de l mpadas dispon veis no mercado para uso em sistemas fotovoltaicos CC 5 2 Refrigera o Uma das principais s dos refrigeradores em Sistemas Fotovoltaicos a conserva o de vacinas que devem em geral ser mantidas entre O e 8 C Normalmente h necessidade de um compartimento separado freezer para fabrica o de gelo que muitas vezes utilizado no transporte das vacinas O princ pio de funcionamento destes refrigeradores semelhante ao dos refrigeradores dom sticos convencionais de corrente alternada S o geralmente formados por um recipiente isolado termicamente um evaporador e condensador o fluido refrigerante um compressor que utiliza o ciclo de compress o e descompress o do g s R 134A em substitui o ao g s Freon R12 A nica diferen a entre eles est no fato de operarem em corrente cont nua Recomenda se que os refrigeradores para uso em Sistemas Fotovoltaicos possuam alto rendimento que minimizam a perda de calor atrav s de suas paredes reduzindo significativamente quantidade de energia consumida Motores em corrente cont nua que operam e
38. o condutivas e Projetar o setor das baterias com ventila o adequada e tamb m convenientemente protegido das intemp ries Levantar as baterias apenas de uma forma aprovada pelo fabricante e nunca pelos seus terminais Planejar o processo de transporte de baterias prevendo o uso de instrumentos auxiliares igamento carros de transporte ou outros equipamentos m veis Evitar simplesmente agarrar as baterias e arrast las pelo terreno Ferramentas Usar ferramentas apropriadas para montar as c lulas e Ter as extremidades de empunhadura das ferramentas met licas cobertas com uma fita isolante ou revestimento n o condutivo de pl stico resistente Manipula o e O cido sulf rico corrosivo pode provocar graves queimaduras no contato com a pele Por isto as baterias devem ser manuseadas com cuidado protegendo as m os com luvas adequadas recomend vel uso de baterias estacion rias seladas onde manuten o dificil realizada para ser 7 3 2 Compartimento das Baterias As baterias devem ser colocadas em um container uma caixa ou uma sala que permita acesso f cil seguro para trocas e manuten o exposi o reduzida s varia es extremas de temperatura e condi es ambientais ventila o adequada e acesso restrito a pessoal treinado ou autorizado As baterias seladas dever o ser instaladas de modo a possibilitar visualiza o do hidr metro ou densimetro que indi
39. o da vida til Substituir o de tens o mal da bateria poss veis controlador de carga combinados danos s cargas ou mudar os set points nas unidades ajust vei Elevada perda de Baterias est o com Tens o na qual Isolaro gua altas temperaturas inici compartimento da gases gaseifi bateria e ou fornecer mais baixa do que ventila o adequada normal Manuten o pouco Baixos n veis de Diminuir os freq ente gua danos s intervalos de baterias manuten o Tens o ligeiramente Sensor de Para o controlador Reparar substituir acima do set point temperatura de carga as baterias ou reposicionar o de t rmino do defeituoso ou mal est o em sensor carregamento posicionado temperaturas mais conex es ruins dos altas do que sua real terminais do sensor temperatura controlador de carga Baterias Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Baterias n o aceitam carga vazamentos de eletr lito Material do eletr lito impuro pequenas quantidades entre as placas Eletr lito descolorado ou com odor A bateria n o apresenta nenhum outro sintoma Simplesmente aceita carga quebrado fuga de l quido Envelhecimento Eletr lito contaminado Divis rias quebradas entre as c lula placas e separadores desalinhados furos nos separadores etc de chumbo Despreendimento da placa Falhas na b
40. os limites permitidos para perda de tens o Sua constru o depende do meio ambiente temperatura condu te etc a que est submetido e do tipo de instala o em que ser utilizado Deve se utilizar os cabos el tricos de bitola e qualidade recomendadas pelo projetista ou indicadas nos t logos t cnicos dos equipamentos fornecidos pelo fabricante respeitando as polaridades positivo e negativo das caixas de liga o 12 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos aicos devem ser de cobre e fabricados de acordo com as los nos Sistemas Fotovol normas nacionais correspondentes A se o do condutor deve ser tal que a queda m xima de tens o entre o m dulo a carga n o exceda 5 da tens o nominal do sistema ou 3 em qualquer circuito derivado Aten o especial deve ser dada ao trecho controlador bateria s onde perda n o deve exceder 1 Para conex o do m dulo ao controlador de carga deve se usar condutor com capacidade para suportar pelo menos 125 da corrente nominal de curto circuito do sistema fotovoltaico Em toda a instala o os condutores utilizados devem ter as polaridades positivo e negativo claramente identificadas Deve se respeitar a conven o de cores dos revestimentos do cabo bipolar ou seja vermelha para condutor positivo e preta para o condutor negativo Cuidado especial deve ser observado durante opera o de desencapar extremidad
41. serem vencidos antes que possam alcan ar uma plena maturidade industrial atingir o n vel de confian a das c lulas cristalinas Para o sil cio amorfo estes obst culos est o relacionados principalmente com a estabilidade do material efeito Staebler Wronski No entanto este efeito tem sido minimizado atrav s da ado o de c lulas com m ltiplas camadas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 45 C lulas com concentra o Uma possibilidade alternativa o uso de lentes concentradoras acopladas c lulas de alta efici ncia Para este uso o pr prio sil cio cristalino e o arseneto de g lio GaAs t m sido utilizados na fabrica o destas c lulas A quest o aqui como conseguir sistemas simples e eficientes de focaliza o de luz e de seguimento do Sol uma vez que apenas os raios diretos do Sol podem ser concentrados sobre o dispositivo 4 1 2 Caracter sticas Construtivas dos M dulos As c lulas fotovoltaicas de sil cio s o encapsuladas em m dulos O empacotamento feito para fiquem protegidas das intemp ries principalmente da umidade do ar que Cada c lula solar como j foi citado anteriormente gera aproximadamente 0 4 Volts em seu ponto de m xima pot ncia Tens es mais altas s o produzidas quando v rias c lulas s o conectadas em s rie no m dulo Para carregar baterias de 12V m dulos fotovoltaicos devem produzir aproximadamente 16V devido ao efeito da temperatu
42. tica quando as excesso de energia seria perdido as est o completamente carregadas Isto importante uma vez que este 4 3 3 Controladores de Carga Baseados em Tens o Como j foi citado este tipo de controlador o que mais se utiliza atualmente embora conforme ser descrito nesta se o apresente uma s rie de incovenientes para a sua utiliza o eficiente Todas as decis es s o tomadas com base no valor instant neo da tens o nos terminais da bateria Estes controladores possuem par metros b sicos id nticos variando somente os valores aferidos em suas calibra es Variam fundamentalmente quanto ao n vel de sofistica o qualidade e fun es dispon veis Os dados dos fabricantes geralmente fornecem os limites de aplica o do controlador tais como correntes de carga e do arranjo fotovoltaico temperaturas de opera o perdas valores aferidos Em alguns casos os valores aferidos podem variar de acordo com temperatura ou com a oscila o da corrente da bateria ou atrav s de ajustes realizados pelo pr prio usu rio A Tabela 4 3 1 apresenta um exemplo de especifica es do fabricante para um controlador de carga de 12 Volts sem as op es de compensa o de temperatura e corrente Os par metros T rmino de Carregamento prote o contra sobrecarga enquanto que e Reconex o se referem prote o contra sobredescarga e Rein cio de Carrega
43. Arranjo pontode Cargas Fotovoltaico maxima pot ncia Armazenamento Figura 3 1 4 Sistema isolado com armazenamento e seguidor do ponto de m xima pot ncia para alimenta o de cargas CA 3 2 Sistemas Conectados Rede Estes sistemas s o basicamente de um nico tipo e s o aqueles em que arranjo fotovoltaico representa uma fonte complementar ao sistema el trico de grande porte ao qual est conectado S o sistemas que normalmente n o utilizam armazenamento de energia pois toda a pot ncia gerada entregue rede instantaneamente Instala es deste tipo v m se tornando cada dia mais populares em diversos pa ses europeus no Jap o Estados Unidos mais recentemente no Brasil As pot ncias instaladas v o desde poucos kWp em instala es residenciais at alguns MWp em grandes sistemas operados por empresas Conforme apresentado a seguir estes sistemas se diferenciam quanto forma de conex o rede nos sistemas residenciais esta depender fortemente da legisla o local 3 2 1 Sistemas Residenciais Existem basicamente tr s tipos de conex o quanto forma de medi o da energia Todas elas devem atender as exig ncias de qualidade de energia da concession ria local quanto aos limites em distor i harm nica desvio de freq ncia e fator de pot ncia Estas exig ncias recaem sobre o inversor cujas caracter sticas s o discutidas no Cap tulo 4 Al m d
44. As tecnologias listadas na Tabela 1 1 s o utilizadas para produ o de c lulas em n vel de laborat rio e empregam processos complexos e princ pio dif ceis de serem reproduzidos em larga escala a custo razo vel para produ o de c lulas comerciais Tecnologia Desenvol Efici ncia C lula Negra 1974 1983 1 MIS Metal Insulator Semiconductor C lula PESC Passivated Emitter Solar C lula de Contacto Pontual Point Contact Solar Cells 1983 1984 18 1984 1986 20 1987 1988 21 6 C lula PERL Passivated Emitter and Rear Locally Difused 1989 1993 22 3 C lula PERF Passivated Emitter and Rear Floating Junction apati de 1994 24 Tabela 1 1 Desenvolvimento das c lulas Fonte Progress in Photovoltaics Research and Apli solares de Si laborat rio tion Entre os desenvolvimentos recentes nos processos de produ o para c lulas comerciais de Si est o as tecnologias de fita de Si Ribbon o confinamento magn tico para o crescimento dos cristais de Si MCz growth o corte de c lulas com fio cont nuo diamantado o melhor controle sobre o tratamento superfi cial etching das c lulas os contactos met licos enterrados BCSC Buried Contact Solar Cells Alguns destes progressos j s o empregados por determinados fabricantes para produ o comercial Um desafio paralelo para a ind stria fotovoltaica o des
45. Assistence Center Architectural Energy Corporation Maintenance and Operation of Stand Alone Photovoltaic Systems 1991 10 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovol tems Prentice Hall International Ltd 1991 Sys Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 LO 7274 Declina es Magn ticas Mapas Solarim tricos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 18 Anexos Declina es Magn ticas O Mapa Magn tico do Brasil 1990 0 mostra as declina es magn ticas em graus longo de todo o territ rio nacional Este mapa foi elaborado pela Diretoria de Geoci ncias do IBGE com dados do Observat rio Nacional CNPq 14 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Anexos Mapas Solarim tricos Os mapas solarim tricos aqui apresentados foram publicados em 1979 na Revista Brasileira de Armazenamento Trata se do trabalho Estudo da Distribui o de Radia o Solar Incidente sobre o Brasi elaborado por G S S Nunes R G B Andr R L Vianello e V S Marques Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se conhecer a distribui o temporal e espacial da ra solar no Brasil Atualmente no pa s exi
46. Diesel dq Outras Fontes Figura 3 2 Exemplo de s necessitando se portanto de um inversor dispositivo que transforma a corrente cont nua CC em corrente alternada CA Devido maior complexidade e multiplicidade de op es e o constante aperfei oamento dessas unidades a forma de otimiza o desses sistemas ainda hoje tema de estudos Este Manual n o se aprofunda neste assunto devendo interessado buscar outras fontes de consulta Sistemas conectados rede s o aqueles em que pot ncia gerada pelo arranjo fotovoltaico entregue rede el trica Para tanto indispens vel que se utilize um inversor que deve satisfazer as exig ncias de qualidade e seguran a para que n o degrade qualidade do sistema no qual se interliga o arranjo fotovoltaico A Figura 3 3 mostra um esquema de um Sistema Fotovoltaico conectado rede Arranjo Barramento Fotovoltaico da rede Figura 3 3 Sistema conectado rede 3 1 Sistemas Isolados Dentre os sistemas isolados existem muitas configura es poss veis A seguir apresentam se estas possibilidades indicando se exemplos de aplica es mais comuns 3 1 1 Carga CC sem Armazenamento Neste caso energia el trica usada no momento da gera o por equipamentos que operam em corrente cont nua Um exemplo deste uso em sistemas de bombeamento de gua com bombas com motor de Manual de Engenharia para Sistemas Fotovol
47. Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos wasis op sa tona OH ap 1089009 emd 8 a a 2 9 soe Do puwa ered DO somo Jopejoguoo wed Bed ojnpoW ofany op omano emyesodura ogSnpai eed onfesuaduoo ap epon ou ap odiy a ops va Ei wa OO ogera ep Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos OP BIBL op 51 song VD ABD 13 ered ope EJ ered 10899 9 a a 2 CUNO SOU VD seep ered 59 u oquuro emas opsua com 3
48. Figura 3 2 2 dupla 3 2 1 3 Medi es Simult neas Quando se deseja ter informa es mais precisas sobre o consumo de energia e a produ o do SF deve se adotar este tipo de medi o Conforme pode ser visto na Figura 3 2 3 a conex o do SF rede feita independente do painel de servi o local evitando qualquer interfer ncia do circuito de consumo local com a produ o e ou tarifa o da energia gerada Por interesse do produtor fotovoltaico a caixa de jun o deve garantir que toda energia gerada possa fluir garantindo que caso a rede n o esteja apta a receber esta energia ela ser computada e portanto comprada pela ec Rede Unidade de Caixa Painel arranjo Controle Pa Fotovoltaico Condicionamento Jun o Seni o de Pot ncia Figura 3 2 3 Medi imult neas 40 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 3 2 2 Sistemas de Grande Porte Estes sistemas s o operados por empresas e sua conex o com a rede em geral feita em m exemplo 13 8 kV tens o por A Figura 3 2 4 mostra um esquema de um sistema deste tipo onde evidenciada presen a de um transformador para elevar tens o ao n vel de distribui o Unidade se Arranjo Controle e Baixa M dia mea 36 TRAPO Pete de Pot ncia Figura 3 2 4 Sistemas de grande porte se AT Componentes B sicos Cap tulo 4 Manual de Engenharia para Sistem
49. KW os inversores trif sicos s o mais comuns Geralmente a efici ncia do inversor mais alta inversores com baixo auto consumo e a efici ncia aumenta quando a tens o de entrada CC cresce A escolha de um inversor interfere no desempenho confiabilidade e custo de um Sistema Fotovoltaico Quando est o no circuito adicionam complexidade ao mesmo mas possuem os atrativos de facilitar a instala o el trica e permitir o uso de acess rios convencionais TVs v deos geladeiras etc 4 4 1 Tipos de Inversores Existem basicamente dois tipos de inversores os comutados pela rede comuta o natural e os auto comutados comuta o for ada No primeiro o processo de invers o controlado pela tens o da rede el trica no auto comutado o controle realizado pelo pr prio inversor As tecnologias est o possibilitando que o mesmo inversor possa operar nos dois sentidos isolado ou sincronizado rede 4 4 2 Caracter sticas dos Inversores Inversores isolados comumente operam com tens es de entrada de 12 24 48 ou 120 Volts CC que geralmente s o convertidos em 120 ou 240 Volts CA na frequ ncia de 60 ou 50 Hertz Para especificar um inversor necess rio considerar tanto tens o de entrada CC quanto tens o de Os inversores s o dimensionados levando se em considera o basicamente dois fatores O primeiro pot ncia el trica que dever alimentar em opera o normal por determinado
50. a assegurar que tens o gerada pelo arranjo fotovoltaico seja suficiente para manter as baterias completamente carregadas ismo que impede o fluxo de corrente da bateria para o Um diodo de bloqueio pode n o ser necess rio nos sistemas de baixa tens o dependendo dos componentes escolhidos pois estes n o experimentam perdas elevadas devido s correntes reversas durante a noite As perdas ocorridas pelo uso de um diodo de bloqueio podem ser mais elevadas do que as perdas causadas por correntes reversas Entretanto todos os sistemas de tens es mais elevadas maiores que 24 volts necessitam de diodos de bloqueio ver se o 6 1 7 Desconex o da carga LVD Alguns controladores de carga evitam que a bateria tenha um descarregamento excessivo Com op o de desconex o as cargas que est o sendo alimentadas pelo Sistema Fotovoltaico podem ser desconectadas para proteger a bateria Para baterias de ciclo profundo ou baterias n quel c dmio esta fun o pode n o Entretanto deve se inclu la quando utilizam se baterias de ciclo raso e a capacidade da bateria pequena se comparada com o consumo ser necessi Dependendo do tipo de controlador a desconex o pode ser realizada desligando se as cargas temporariamente ou ativando indica o luminosa ou alarmes para alertar o usu rio do sistema quanto baixa tens o nas baterias O usu rio ent o desconecta ou desliga as cargas at que as
51. a uma c lula ou bateria durante o processo de carga Esta taxa normalizada em rela o capacidade nominal da c lula ou bateria Por exemplo uma bateria de 500 Ah de capacidade nominal com um intervalo de carga de 10 horas tem sua taxa de carga expressa da seguinte forma Capacidade Nominal 500 Ah 50 Amps taxa Intervalo de Carga A efici ncia de Ah de muitas baterias inferior a 100 portanto o tempo necess rio para recarreg las completamente a partir de uma profundidade de descarga de 100 maior que o indicado para a sua descarga com a mesma taxa Taxa de descarga Valor de corrente durante o processo de descarga de uma c lula ou bateria Esta taxa pode ser expressa em Amp res mas mais comumente encontrada normalizada pela capacidade nominal da bateria ver taxa de carga Tens o de circuito aberto Tens o nos terminais de uma c lula ou bateria para um determinado estado de carga e uma determinada temperatura na condi io em que n o h corrente entre os terminais Tens o de corte Valor de tens o em que a descarga da bateria interrompida Pode ser especificada em fun o das condi EJ Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos operacionais ou pode ser o valor determinado pelos fabricantes como tens o de final de descarga da qual danos irrevers veis podem ser causados bateria partir Tens o de final de carga Tens o da c lula ou b
52. a utiliza o de um MPPT Continuamente estes devem controlar as tens es e correntes de entrada de forma a seguir pot ncia m xima em qualquer condi o de opera o do arranjo fotovoltaico maximizando a produ o de energia Desta forma o dimensionamento de sistemas que utilizam dispositivos seguidores de m xima pot ncia bastante cr tico uma vez que tanto tens o quanto a corrente variam simultaneamente dentro de uma larga faixa Por estes motivos uso de um MPPT s vi vel nos projetos de grandes instala es que j possuem sistemas de controle sofisticados Estudos devem ser realizados para avaliar se os benef cios de um MPPT justificam o aumento de custo A localiza o de um MPPT quando inclu do em um Sistema Fotovoltaico depender se as cargas por ele alimentadas s o CC ou CA Desta forma o controle MPPT poder atuar tanto sobre um conversor CC quanto sobre um inversor A Figura 4 6 1 mostra exemplos de sistemas que utilizam MPPT E Conversor Controlador de Painel Cargas a a Baterias b Painel Motor CA Figura 4 6 1 Exemplo de sistemas que utilizam MPPT a Sistema CC e b Sistema CA Uma alternativa mais simples e mais econ mica de controle do ponto de opera o curva caracter stica do arranjo fotovoltaico consiste em fixar tens o de sa da
53. aberto 1 m s Velocidade do venti 48 Corrente de Projeto Corrigida A Calcular a corrente gerada pelo arranjo minima necess ria para fornecer carga m dia di ria para local escolhido NOTA Selecionar o m dulo fotovoltaico e anotar suas especifica es nos campos referentes s informa es sobre o m dulo Deve se determinar a tens o esperada para o m dulo quando o mesmo estiver operando na temperatura do local 49 Corrente Nominal do M dulo A Entrar com a corrente nominal do m dulo para as condi es padr o de teste STC 50 N mero de m dulos em Paralelo Entrar com o n mero necess rio de m dulos conectados em 51 52 53 54 55 56 57 58 59 61 63 64 65 67 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos paralelo para fornecer a corrente do arranjo Tens o Nominal da Bateria V Entrar com valor do campo 37 Planilha 43 N mero de Baterias em S rie Entrar com o valor do campo 38 Planilha 43 Tens o Necess ria para Carregar as Baterias V Calcular a m nima tens o necess ria para carregar as baterias Tens o do M dulo para a Temperatura mais Elevada V Entrar com o valor fornecido nas especifica es do fabricante para tens o do m dulo correspondente ao valor mais alto esperado para a temperatura de opera o N mero de M dulos em S rie Calcular n mero necess rio de m dulos conectados em s rie para pro
54. aumenta se confiabilidade e exige se pouca manuten o Um sistema de tamanho m dio pode bombear cerca de 100 m3 por dia para uma altura manom trica de 4 metros 5 3 2 2 Motores CA Os motores CA adicionam complexidade ao sistema pois exigem a inclus o de um inversor para transformar a corrente cont nua gerada pelo arranjo fotovoltaico em corrente alternada al m de causar pequenas perdas de energia Entretanto possuem a vantagem de ter pre os mais baixos e est o mais facilmente dispon veis no mercado Motores CA s o geralmente melhores quando a aplica o necessita de pot ncia acima de 10 HP 7500 Watts embora alguns fabricantes recomendem uso de motores CA para todas as faixas de pot n H inversores que podem aceitar uma extensa faixa de tens es produzida pelo arranjo fotovoltaico e serem conectados diretamente um motor CA sem o uso de baterias Atualmente encontram se no mercado sistemas de bombeamento solares que utilizam um inversor especial para operar um motor CA trif sico acoplado diretamente ao arranjo Os inversores podem usar ainda um controle seguidor do ponto de m xima pot ncia para otimizar o funcionamento do sistema Aplica o dos motores CA Os motores s o geralmente utilizados em Sistemas Fotovoltaicos de bombeamento de gua submersos adequados para grandes profundidades Em sistemas projetados para po os profundos o conjunto moto bomba colocado no in
55. baterias sejam recarregadas Outros controladores de carga podem ainda acionar algum tipo de suprimento de energia auxiliar para recarregar as baterias ou alimentar as cargas O ponto de desconex o da carga muitas vezes chamado de LVD Low Voltage Disconnect abreviatura da express o em ingl s Alguns LVD s s o inclu dos especialmente para ilumina o de controle Quando um LVD for usado deve se tomar as precau es necess rias para n o exceder o valor de corrente da chave estado s lido ou rel pois isto danificar a unidade Um exemplo seria a alta corrente de partida de uma l mpada de vapor de s dio baixa press o ou de um motor Alguns LVD s incorporam um temporizador de 5 10 segundos fim de que eles n o desconectem uma carga devido uma redu o tempor ria de tens o da bateria quando utiliza s ta corrente de pico Em projetos especiais os controladores de carga poder o ser conectados em paralelo para tral Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos com correntes mais elevadas geradas pelo arranjo fotovoltaico Entretanto os projetos dimensionados com este objetivo dever o ser estudados com maiores cuidados Valores t picos de profundidade de descarga utilizados para LVD s o para baterias de ciclo raso de 20 a 40 para as de ciclo profundo em torno de 80 Estes valores permitem em geral uma boa rela o custo benef cio mas dependem fortemente de especificidades de c
56. com mecanismo de seguimento do Sol trackers com idade de acompanh lo em seus movimentos di rios ao longo do ano tracking em dois eixos s o dimensionados considerando 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos se as componentes de radia o direta normal e difusa no plano instant neo do painel e Sistemas com concentra o da radia o solar que normalmente possuem mecanismos de seguimento do Sol s o dimensionados considerando se prioritariamente a componente direta normal Outros fatores considerados s o a rela o de concentra o e redu o de performance dos m dulos em fun o da maior temperatura de opera o e Sistemas com seguidores do ponto de m xima pot ncia com MPPT s o dimensionados com a energia especificada em Wh j que as tens es de opera o do painel fotovoltaico do sistema n o est o amarradas 6 1 6 Especifica o dos Demais Componentes B sicos Al m do dimensionamento e especifica o de componentes associados gera o fotovoltaica e ao armazenamento o projetista tamb m vai confrontar se com a especifica o de controladores de carga dispositivos de condicionamento de pot ncia Estes componentes que se integrar o ao sistema em fun o da aplica o e ou da configura o precisam de uma correta especifica o para a boa opera o Componentes especificados corretamente e apenas com as fun es realmente necess rias reduzem com
57. conectado diretamente ao arranjo fotovoltaico Em sistemas de bombeamento de ua em geral o armazenamento realizado em tanques de gua sem idade de baterias Assim nos casos em que o uso da gua se faz necess rio mesmo quando energia do sol n o est dispon vel ou para compensar os per odos de baixa radia o solar pode se utilizar um tanque de armazenamento que far a distribui o da gua por gravidade neci Bombas de gua acionadas por meio de gera o fotovoltaica s o vi veis para abastecimento regular e confi vel de regi es remotas Ao comparar se o custo de bombas de gua utilizando gera o fotovoltaica com sistemas a Diesel as bombas solares s o geralmente consideradas mais baratas para vaz es menores do que 50 m3 por dia e alturas manom tricas menores do que 20 metros muito embora isto varie com as condi es locais n veis de insola o di rio e custo do combust vel Para uma opera o eficiente necess rio que as caracter sticas de tens o e corrente da bomba combinem se bem com a sa da do arranjo fotovoltaico Para isso basicamente existem tr s formas de conectar as bombas ao arranjo A mais simples acoplar diretamente a entrada da bomba sa da do arranjo A outra interpor baterias entre a entrada da bomba e a sa da do arranjo e a terceira usar controladores eletr nicos As principais aplica es para Sistemas Fotovoltaicos de bombeamen
58. controladores eletr nicos Sistemas Fotovoltaicos est o substituindo a maneira convencional de obten o de energia que conseguida retificando se a corrente alternada fornecida pela rede el trica transformando a em corrente cont nua em geral fornecida ininterruptamente A maioria dos Sistemas Fotovoltaicos para pequenas aplica es que es CC incluem baterias de forma fornecer continuamente corrente necess ria Entretanto pesquisas est o sendo desenvolvidas para determinar a prote o dada por um sistema fotovoltaico sem armazenamento e que portanto reverte corrente apenas durante o dia Os sistemas de controle de corros o encontram aplica o em Torres de transmiss o Tanques de armazenamento Estradas de ferro Pontes Tubula es de g s leo combust vel gua 5 Telecomunica es Sistemas Fotovoltaicos est o sendo h muitos anos usados para fornecer energia para a rea de telecomunica es devido sua simplicidade e reduzida manuten o A confiabilidade das fontes de energia para a maioria 4 bastante cr tica e a disponibilidade deve ser muito alta Geralmente estes sistemas necessitam de baixa pot ncia e s o instalados em reas remotas com acesso limitado e geralmente com severas condi es clim ticas vento maresia Algumas vezes para reduzir o custo inicial especialmente se a demanda da pot ncia m xima muito mai
59. corros o O conceito b sico da prote o cat dica simples ou seja se a perda de el trons de um metal que est enterrado puder ser impedida n o haver corros o Existem basicamente duas t cnicas para interromper o fluxo dos el trons A primeira delas utiliza uma fonte de energia externa que ir aplicar entre o metal a ser protegido e eletr lito uma tens o ligeiramente maior do que potencial de oxida o A segunda t cnica consiste em enterrar um metal com maior tend ncia a corroer do que o metal a ser protegido Neste caso o anodo de sacrif cio geralmente de magn sio ou zinco corroer e proteger o outro metal Entre estas duas t cnicas de controle da corros o mais eficaz aplicar uma corrente utilizando uma fonte de energia externa Ela quase sempre utilizada quando existe uma fonte de energia dispon vel no local O m todo do anodo de sacrif cio n o necessita de uma fonte de tens o externa Entretanto para s efic cia o material do anodo de sacrif cio dever corroer facilmente reduzindo o potencial de oxi entre o metal a ser protegido e o eletr lito O anodo de sacrif cio perde efic cia quando corr i e por i possui vida limitada e deve ser substitu do periodicamente No outro m todo onde uma fonte de energia externa de baixa tens o CC utilizada para potencial galv nico entre o metal enterrado e o anodo um ou mais anodos s o enterrados na prox
60. da demanda de pot nci Por outro lado para uma melhor efici cia de opera o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos total nece deve se escolher uma pot nci para alimentar as carg nominal que seja somente um pouco superior pot nci Taxa de utiliza o Indica o n mero de horas que o inversor poder fornecer a pot ncia de pico ou m xima Alguns inversores podem operar na sua pot ncia de pico por um curto per odo de tempo e se este valor for excedido poder causar falhas no equipamento Tens o de entrada Em geral a tens o de entrada fun o da pot ncia total fornecida pelo inversor s cargas CA Normalmente a tens o nominal de entrada do inversor aumenta com o aumento da demanda de carga o que mant m a corrente em n veis adequados A tens o de entrada CC pode ser fornecida por baterias devendo ser compat vel com os requisitos de entrada do inversor Se bateria descarrega e a tens o diminui abaixo da tens o m nima especificada maioria dos inversores desliga se automaticamente Tens o de sa da A tens o de sa da da maioria dos inversores regulada Ela deve atender s especifica es necess rias para alimentar as cargas que ser o operadas Capacidade de surto A maioria dos inversores pode exceder sua pot ncia nominal Deve se determinar as necessidades de surtos para cargas espec ficas Alguns motores CA quando acionados n
61. de curto circuito do painel solar Conjunto Corrente Total Conjunto Corrente Total A A M dulo 1 A M dulo 1 A M dulo 2 A M dulo 2 A M dulo 3 A M dulo 3 sai M dulo 4 A M dulo 4 M dulo 5 A M dulo 5 A M dulo 6 A M dulo 6 A Conjunto Corrente Total Conjunto Corrente Total A A M dulo 1 A M dulo 1 A M dulo 2 A M dulo 82 A M dulo 43 A M dulo 43 ah M dulo 4 A M dulo 4 M dulo 5 A M dulo 5 A M dulo 6 A M dulo 6 A 12 Cargas CC Requer servi o Sim N o O Cargas com pot ncia hor rio e tipo adequados O Cargas requerem manuten o ou reparos m Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 13 Inversor Requer servi o Sim N o 0 O O Leituras dos medidores fixos coerentes com as dos medidores port teis 0 Som do inversor normal 8 Interruptores do inversor bem dimensionados O Todos os condutores firmes em bom estado de conserva o O Aus ncia de curto circuito 0 Exist ncia de aterramento O Inversor e rea bem limpos secos e ventilados 0 Suporte e inv lucros firmes e em bom estado de conserva o 14 Cargas CA Requer servi o Sim N o O Cargas com pot ncia hor rio e tipo adequados Cargas requerem manuten o ou reparos Reconectar todos os condutores e fechar todos os disposi de interrup o que estiverem abertos 8 3 Manut
62. de forma equalizar os n veis de tens o e corrente que s o submetidas as diferentes baterias Os fios devem ter comprimentos iguais OF E Figura 7 2 4 Forma correta de conex o de banco de baterias Ex Banco com 4 elementos em s rie e 3 em paralelo O n mero m ximo de baterias em paralelo deve ser limitado entre 4 e 6 e todas as baterias utilizadas devem ser rigorosamente iguas fabricante modelo capacidade e idade Os terminais das baterias devem ser protegidos com algum tipo de graxa anti corrosiva de forma evitar sua oxida o 7 4 Controle Controladores de carga inversores e conversores geralmente s o instalados em uma caixa de controle junto com chaves fus veis e outros componentes para o balan o do sistema BOS 150 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Umidade e temperatura elevada reduzem a vida til dos dispositivos eletr nicos Por isso a caixa de controle dever ser instalada em um local seco e ventilado que esteja o mais pr ximo poss vel do arranjo fotovoltaico e que permita acesso f cil para manuten o Deve ser lacrada de forma a n o possibilitar o acesso do usu rio ao seu interior Sem no entanto impedir adequada ventila o dos equipamentos conforme indicado pelos fabricantes Poeira e insetos tamb m s o problemas comuns nos lo instala o de Sistemas Fotovo
63. dias em que a rela o consumo disponibilidade de energia solar m xima Nas planilhas apresentadas no final do cap tulo carga avaliada atrav s do produto do consumo nominal dos equipamentos expresso em Amp res e do tempo de utiliza o numa base di ria O consumo de uma l mpada de 20 Watts de tens o nominal de 12 Volts e com 5 horas de opera o di ria calculado conforme mostrado abaixo 20 Watts Casa Ah 12 Volrs 8 33 O consumo poderia tamb m ser expresso em Watts hora mas como tens o do sistema tende variar durante o processo diferen a na tens o das baterias para os per odos de carga e descarga por exemplo mais conveniente express lo em Amp res hora Nos casos em que o sistema disp e de seguidores de m xima pot ncia mais indicado utilizar se Wh Outro fator importante na avalia o da carga a determina o dos valores extremos de consumo m ximo e m nimo para que os componentes possam ser dimensionados segundo as condi es cr ticas de opera o Motores el tricos podem apresentar correntes de partida da ordem de 6 vezes a sua corrente nominal Al m disso deve se pensar que todos os equipamentos poder o ser acionados ao mesmo tempo Tens o nominal e caracter sticas adicionais sobre os equipamentos CA ou CC efici ncias etc fecham a o da carga Projetistas de sistemas interconectados rede
64. diferentes podem ser utilizados A corre o necess ria s leituras provenientes da b ssola pode ser realizada com o uso do Mapa de Declina o Magn tica dispon vel em anexo 8 2 1 2 Aspectos El tricos Para verificar o desempenho dos arranjos fotovoltaicos recomenda se medir tens o de circuito aberto e a corrente de curto circuito conforme descrito a seguir Procedimentos para medir a tens o de circuito aberto Arranjo fotovoltaico Com o arranjo fotovoltaico desconectado do resto do sistema de forma obter a tens o do arranjo e n o a da bateria pode se medir a tens o de circuito aberto com uso de um voltimetro de corrente cont nua Figura 8 2 1 Deve se multiplicar a tens o especificada pelo fabricante para o n vel de insola o no momento da medi o pelo n mero de m dulos conectados em s rie e compar la ao valor medido da tens o de circuito aberto do arranjo fotovoltaico M dulo fotovoltaico Mantendo o arranjo desconectado do resto do sistema deve se medir a tens o de circuito aberto de cada ado entre os terminais positivo e idade de desconectar os m dulos do conjunto Figura m dulo Para isso o volt metro de corrente cont nua dever ser col negativo de cada m dulo N o h portanto nece 8 2 2 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Mees 223 Interuptor do Arranjo Aberto Figura 8 2 1 Medindo a tens
65. dimensionamento simplificado planilhas apresentado neste cap tulo estaremos sempre trabalhando com valores m dios de energia di ria expressos em n mero de horas de Sol Pleno 6 1 2 Estimativa da Curva de Carga Para dimensionamento do sistema de gera o precisamos analisar a demanda de energia pela carga O objetivo desta an lise construir com a maior fidelidade poss vel uma curva de carga identificando as poss veis sazonalidade O levantamento preciso da curva de carga pode implicar uma redu o signi custo do sistema e prevenir contra efeitos de poss veis vari ativa do es localizadas no comportamento da carga Radia o Solar 01 05 94 1200 Joanes 22 E Geb Hal DirNar Em 3 200 2 190 Hora Minuto Exemplo de perfil di rio Radia o Solar M dia Maio 94 100 Joanes bead Enegia GH 4 77 kW h m2 da e MA Em a E 500 ER Em 7 na E 300 200 7 21 0 9 Hora Minuto b M dia mensal Figura 6 1 3 Radia Radi solar na vila de Joanes Par Maio 1994 global e difusa no plano horizontal e radi direta normal Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 15 ico atrav s do A forma mais comum de se especificar uma carga para o projeto de um Sistema Fotovol seu consumo di rio de energia comum utilizar se o valor de consumo correspondente a
66. e recristalizam se formar cristais maiores Este fen meno constitui se em problema j que os cristais maiores n o s o decompostos durante o recarregamento A sulfata o reduz permanentemente capacidade da c lula Assim todas as precau es devem ser tomadas para impedir a sua ocorr ncia seguir s o apresentados alguns fatores que acentuam o processo de sulfata o e que portanto devem ser evitados Manter a c lula descarregada por longos per odos de tempo Carregamentos baixos ou parciais prolongados Open a de 45 C 6 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos e Permitir que o eletr lito torne se fortemente concentrado Quando duas ou mais destas condi es ocorrem ao mesmo tempo o processo de sulfata o ainda mais acelerado O primeiro sinal de sulfata o geralmente acontece quando uma bateria parece carregar rapidamente como indicado pela elevada tens o de carregamento Entretanto uma medi o do peso espec fico mostra que o estado de carga ainda est baixo Manter uma lenta corrente durante o carregamento poder minimizar os danos mas geralmente a capacidade da bateria se reduzir irreversivelmente A melhor maneira de evitar sulfata o carregar a c lula regularmente para que todo o sulfato de em ciclos profundos os fabricantes recomendam que as baterias ida descarga profunda vel em sistemas solares quando a descarga prof
67. haja necessidade de limpeza da cobertura de vidro mesma pode ser feita com o uso de uma flanela e gua Cuidados devem ser tomados para evitar que o vidro seja arranhado por part culas que estejam presas na flanela Por este mesmo motivo o uso de sab o e j ias an is e rel gios n o recomendado Durante limpeza deve ser observado o melhor posicionamento evitando se apoiar nos m dulos Nos dias em que tempo estiver claro com poucas nuvens os m dulos dever o ser limpos preferencialmente no in cio da manh ou final da tarde de forma evitar que poss veis choques t rmicos danifiquem o vidro de cobertura do m dulo Se o m dulo estiver instalado em ambiente muito empoeirado recomenda se limp lo mensalmente pois per odos superiores tr s meses poder o prejudicar significativamente o desempenho do sistema Perdas de at 10 no desempenho j foram verificadas em m dulos instalados em regi es de muita poeira no Brasil O ngulo de inclina o dos m dulos com toler ncia de 5 daquele especificado no dimensionamento do sistema pode ser verificado com o uso de um transferidor Com o uso de uma b ssola pode se verificar tamb m o ngulo azimutal do m dulo Geralmente o sistema aponta para o Norte Verdadeiro quando situado no Hemisf rio Sul e para o Sul Verdadeiro quando est no Hemisf rio Norte Entretanto conforme mostrado no cap tulo 7 Instala o ngulos
68. metal poder ser reduzida se o metal for revestido por uma camada protetora antes da sua instala o A corros o est inversamente relacionada com resistividade do solo Assim em solos com pequena resistividade o problema da corros o pode ser cr tico Por outro lado em solos com elevada resistividade corros o bastante reduzida e portanto Entretanto n o simples estimar resistividade do solo Em geral solos secos e arenosos possuem maiores resistividades do que p ntanos de gua salgada resistividade do solo muda consideravelmente com as diferentes caracter sticas do terreno tais profundidade ete cat dica ser textura composi o org nica localiza o Por isso ao especificar um sistema para prote o cat dica necessita se de muitos dados sobre as caracter sticas do terreno Recomenda se fazer alguns testes usando um anodo tempor rio e um gerador Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 97 de baixa tens o CC que imprimir uma corrente ao sistema de forma medir a tens o aplicada ao anodo tempor rio Alguns sistemas de prote o cat dica possuem um resistor vari vel que permite ajus corrente ser impressa e compensar os efeitos causados pela mudan a da composi o do solo corros o da rea superficial do anodo polariza o tipo de anodo ete Mais recentemente para compensar as varia es da resistividade do solo utilizam se
69. o apresentadas no final do cap tulo No Cap tulo 4 Componentes B sicos apresenta se uma desc detalhada de cada um dos componentes citados nesta se o 6 1 7 Projeto El trico Outros desafios para projetista durante o dimensionamento de um SF s o gt Interconex o dos diversos componentes do sistema de forma eficiente evitando perdas de energia Tom lo seguro sob o ponto de vista el trico considerando se seguran a do sistema e do usu rio e Vesifica o da obedi ncia aos c digos locais para instala es el tricas Os pontos mencionados constituem o que chamamos de projeto el trico que inclui desde escolha dos condutores at o dimensionamento especifica o de dispositivos de prote o Diodos de passo e bloqueio Diodos de prote o s o inclu dos em Sistemas Fotovoltaicos com um dos objetivos abaixo do arranjo e evitar danos aos m dulos hot spots em per odos em que h sombreamento parcial do sistema ou quando os m dulos que comp em o arranjo possuem caracter sticas el tricas diferentes 2 Evitar fuga de corrente da bateria para o painel fotovoltaico em sistemas com armazenamento du rante o per odo noturno ou quando os n veis de insola o s o muito baixos Os diodos de bloqueio s o utilizados em ambas as situa es apresentadas No caso 2 como mostra Figura 6 1 4 eles s o instalados em s rie com a sa da do painel evitando o
70. o adequados para uma maior variedade de cargas incluindo l mpadas equipamentos eletr nicos e maioria dos motores embora n o consigam operar um motor t o eficientemente quanto um inversor de onda senoidal o mais adequados para operarem motores do que os inversores de onda quadrada j que o aquecimento do motor menor O torque de partida e opera o tamb m s o melhores visto que tens o e corrente de pico s o maiores Entretanto a tens o de pico destes inversores n o deve ser S o geralmente mais caros entretanto se adequadamente projetados e dimensionados s o os que produzem uma tens o de sa da e desempenho mais adequados Podem operar qualquer aparelho CA ou motor dentro da sua classifica o de pot ncia Utilizam normalmente a t cnica PWM com uma filtragem posterior Usado em geral para inversores trif sicos Possuem distor o harm nica muito baixa principalmente em configura es trif sicas apesar do aspecto visual da forma de onda Permitem a constru o de inversores senoidais com filtragem n o muito complexa Adequado para quase todas as cargas CA exceto equipamentos muito aracteristicas de inversores com diferentes formas de onda Indica que pot nci inversor pode fornei er continuamente carga Um inversor deve ser especificado para fornecer uma pot ncia sempre superior s necessidades m ximas das cargas conectadas de forma considerar algum aumento
71. o de circuito aberto do arranjo 1 21 O valor de tens o de circuito aberto de cada m dulo dever ser comparado com as especifica es do fabricante Conforme descrito no Cap tulo 4 tens o de circuito aberto fortemente dependente da temperatura da c lula Pelo fato da temperatura real de opera o ser normalmente maior do que 25 esperado que a tens o de circuito aberto medida seja inferior quela especificada para as condi es padr o Procedimentos para medir a corrente de curto circuito No momento de medir as correntes de curto circuito dos m dulos ou do arranjo fotovoltaico recomenda se tomar muito cuidado para n o curto circuitar os terminais do banco de baterias Para isso deve se garantir que chave de desconex o colocada entre o curto circuito e o banco de baterias esteja aberta Arranjo fotovoltaico A leitura da corrente de curto circuito realizada com uso de um medidor de corrente cont nua amper metro Para realizar medi o deve se ligar as conex es do arranjo curto circuitar os pontos positivo e negativo do conjunto inteiro Em seguida mede se com o alicate amperimetro corrente de curto circuito real Figura 8 2 3 Deve se usar fio com bitola apropriada e cuidar para evitar centelhamento no momento do curto O ideal utilizar se uma chave dimensionada para os n veis de tens o e corrente do arranjo e que seja
72. ocorra um curto rapidamente ca o sinal da carga que eles possuem essencial que os eletrodos positivo ircuito ser causado e a c lula descarregar Quando todo o material ativo nos dois eletrodos convertido a c lula est completamente descarregada Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 5 Durante carregamento processo revertido ocorre convers o do material ativo para o estado inicial Ciclo A sequ ncia carga descarga de uma bateria at uma determinada profundidade de descarga chamada de ciclo Densidade de energia Energia nominal capacidade de energia normalizada pelo volume ou pelo peso da c lula ou bateria Descarga Processo de retirada de corrente de uma c lula ou bateria atrav s da convers o de potencial eletroquimico em energia el trica no interior da c lula Quando a descarga ultrapassa 50 da capacidade da bateria ela chamada de Descarga Profund Efici ncia Rela o entre sa da til e a entrada Existem tr s formas de se expressar efici ncia de uma bateri Efici ncia Coul mbica ou de Amp re hora Ah rela o entre quantidade de Ah retirada de uma c lula durante a descarga e a quantidade necess ria para restaurar o estado de carga inicial calculada atrav s da raz o entre integral da corrente ao longo do tempo de descarga e carga Efici ncia de Tens o rela o entre a tens o m dia durante a descarga de uma
73. os el trons em c lulas de sil cio Figura 2 2 2 Outro fator o de que cada f ton s consegue excitar um el tron Portanto para f tons com energia superior energia do gap haver um excesso de energia que ser convertida em calor Por fim mesmo para os el trons excitados existe uma probabilidade de que estes n o sejam coletados n o contribuam para a corrente A tecnologia de fabrica o de c lulas fotovoltai s tenta reduzir ao m ximo este ltimo SEM EFEITO Intensidade Espectral 0 1 2 3 Comprimento de Onda um Figura 2 2 2 Convers o de energia luminosa numa c lula de Sil cio Fonte Universidade de Berlin EMI SES 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos efeito Para c lulas de sil cio o limite te rico de convers o de radia o solar em eletricidade de 27 A Figura 2 2 3 apresenta compara o entre as efici ncias atingidas em laborat rio e comercialmente pelos diferentes materiais utilizados para as tecnologias que j atingiram o est gio comercial Dentre os materiais utilizados temos o telureto de c dimio CdTe cobre ndio g lio enxofre sel nio grupo de c lulas CIGS sil cio amorfo 481 e cristais de sil cio Si crist inca Figura 2 2 3 Tipos de materiais utilizados e suas respectivas efici ncias Fonte Demik et al 1993 Cap tulo 3 Configura es B sicas
74. os recentes da tecnologia de baterias t m exigido um controle cada vez melhor do processo de carga e descarga tornando o uso dos controladores mais necess rio e recomend vel Arranjo Controlador Cargas Fotovoltaico de carga cc Armazenamento Figura 3 1 2 Sistema isolado com armazenamento e cargas CC 3 1 3 Carga CA sem Armazenamento Da mesma forma como apresentado para cargas CC pode se usar equipamentos que operem em corrente alternada sem o uso de baterias bastando para tanto introdu o de um inversor entre o arranjo fotovoltaico e o equipamento ser usado vide Figura 3 1 3 Um exemplo deste uso quando se deseja utilizar bombas com motores convencionais em Sistemas Fotovoltaicos 3 1 4 Carga CA com Armazenamento Para alimenta o de equipamentos que operem em corrente alternada necess rio que se utilize um Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Arranjo l Cargas Fotovoltaico CA Figura 3 1 3 Sistema isolado sem armazenamento para alimenta o de cargas CA inversor comum sistemas deste tipo incorporarem um seguidor do ponto de m xima pot ncia que pode estar embutido no pr prio inversor Um caso t pico de aplica o destes sistemas no atendimento de resid ncias isoladas que fa am uso de eletrodom sticos convencionais Um exemplo de sistema que utiliza esta configura o pode ser visto na Figura 3 1 4 Seguidordo
75. owsu awuot l s vied Odu soap sOjafoad wawd emo aupuopassy 05 ode SVION x XT ocr 8 TE w w w oppna suas mug se mg ap wosompow ussonpow woo ud wo serowa wp urus morom opomumN emd 0 ap E E ra E E 1 E v ompong epo op v op purun ap ounn ap maino ola 58 ojuaweuosuaud p Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 1661 SOPRA Jo v SUISA TONA uoly pums v say ap oped awasog opsipuoo EN Ee s s soupa sodums sou us tiquj opd sepronioy 05 se 4680 VION opesadsa ouaqy omano op ipuoo N Ts OPOIC Essais EEE urmon OBB CENENA 2111040104 91408 52058100 x ss os Ww W 2
76. pela sulfata o se forem mantidas sem pacidade carregamento por longos per odos O custo destas baterias tem sido compensado por sua maior til associada possibilidade de trabalhar com valores maiores de profundidade de descarga Efeito da temperatura Caracter sticas t picas de baterias chumbo cido de 12 Volts s o dadas na Tabela 4 2 4 para uma temperatura de 20 C Quando a temperatura aumenta a capacidade total tamb m aumenta Isto claramente uma vantagem por m acarreta alguns inconvenientes tais como o aumento da taxa de auto descarga redu o do ciclo de vida e sulfata o acelerada em baterias que n o est o totalmente carregadas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 6 Tens es caracteristicas a 20 C V C lula Bateria com seis c lulas Nominal 2 12 Tens o m xima 23 25 14 0 15 0 Tens o de flutua o 2223 13 0 14 0 Tens o de circuito aberto 21 22 12 5 13 0 com carga plena Tens o limite para medida da 1 8 1 9 10 8 11 4 capacidade2 Mudan a das caracteristicas 0 05 V para cada 10 C 0 33 V para cada 10 C de tens o com a temperatura DE i Estas tens es aplicam se depois de deixar sistema desconectado por pelo menos uma hora 20 valor limite estabelecido para a desconex o baixa tens o depende da profundidade de descarga recomendada e da corrente de descarga Tabela 4 2 4 Tens es caracter sticas de c lulas e bateri Fonte
77. periodicamente Atualmente est o sendo fabricados alguns motores CC sem escovas Estes motores que possuem como vantagens o aumento da confiabilidade do sistema e reduzida necessidade de manuten o j encontram se dispon veis no mercado Entretanto eles s o geralmente de tamanhos menores motores CC n o s o comumente dispon veis em tamanhos maiores do que 10 HP Os motores CC sem escovas possuem dispositivos eletr nicos que chaveiam o fluxo de corrente Assim podem evitar o centelhamento aquecimento e desgaste associados aos motores com escovas Al m disso s o capazes de operar por mais longo tempo entre os intervalos de manuten o o que especialmente importante para os sistemas de bombeamento em reas remotas onde manuten o deve ser bastante Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos reduzida Entretanto os dispositivos eletr nicos que comp em os motores sem escovas s o poss veis fontes de defeitos e por isso devem ser projetados para alta confiabilidade em ambiente severos Aplica o dos motores CC Para po os rasos e outras fontes superficiais de gua o motor e a bomba s o combinados em uma nica unidade grupo moto bomba que pode flutuar na gua Nestes casos geralmente o motor alimentado por corrente cont nua possibilita a conex o direta com os arranjos fotovoltaicos Al m disso n o utilizando se motores com escovas opera o por comuta o eletr nica
78. por possuirem uma banda de val ncia totalmente preenchida por el trons e uma banda de condu o totalmente vazia temperaturas muito baixas A separa o entre as duas bandas de energia permitida dos semicondutores gap de energia da ordem de 1 eV o que os diferencia dos isolantes onde o gap de v rios eVs Isto faz com que os semicondutores apresentem v rias caracter sticas interessantes Uma delas o aumento de sua condutividade com temperatura devido excita o t rmica de portadores da banda de val ncia para a banda de condu o Uma propriedade fundamental para as c lulas fotovoltaicas a possibilidade de f tons na faixa do vis vel com energia superior ao gap do material excitarem el trons banda de condu o Este efeito que pode ser observado em semicondutores puros tamb m chamados de intr nsecos n o garante por si s o funcionamento de c lulas fotovoltaicas Para obt las necess rio uma estrutura apropriada para que os el trons excitados possam ser coletados gerando uma corrente til O semicondutor mais usado o sil cio Seus tomos se caracterizam por possuirem quatro el trons de liga o que se ligam aos vizinhos formando uma rede cristalina Ao adicionarem se tomos com cinco el trons de liga o como f sforo por exemplo haver um el tron em excesso que n o poder ser emparelhado e que ficar sobrando fracamente ligado seu tomo de o
79. que tentam com o m ximo de fidelidade estimar as grandezas cuja medi o mais complexa ou mais dispendiosa ou aproveitar uma grande base de dados dispon vel Os principais modelos t m os seguintes objetivos e Traduzir valores medidos no plano horizontal para superf cies inclinadas Estimar as componentes direta e difusa a partir dos dados sobre radia o global Obter valores de pot ncia ou energia a partir do n mero de horas de insola o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 18 e Estimar valores hor rios a partir de valores di rios ou di rios a partir de mensais assim por diante A Figura 6 1 3 mostra um caso de medi o de rat solar para a localidade de Joanes Ilha de Maraj no Par O equipamento utilizado permite a medi o de radia o global e da componente difusa ambas no plano horizontal e estima a radia o direta normal incidente no plano perpendicular aos raios do Sol Nessa figura s o mostrados tanto medi o para um dia qualquer quanto m dia mensal Tanto a m dia quanto a curva di ria correspondem ao m s de maio de 94 Na esta o os dados foram armazenados a cada minuto embora os valores apresentados correspondam m dias de 10 minutos Apresenta se anexo a este Manual Mapas de Insola o para o Brasil para cada m s do ano No entanto estes dados s devem ser utilizados quando n o for poss vel obter se dados mais localizados Valores resulta
80. rias outras t cnicas al m daquelas usualmente empregadas em qualquer instala o el trica convencional Entretanto recomenda se que os servi os de montagem sejam realizados por pessoas experientes com conhecimento elementar de Energia Solar facilitando assim a solu o de problemas que comumente surgem durante instala o Pelo fato das insta s distantes es de Sistemas Fotovoltaicos serem frequentemente realizadas em loc e de dif cil acesso deve se transportar para o local todos os materiais ferramentas e equipamentos que ser o necess rios execu o dos servi os Todos os componentes que podem ser montados na oficina dever o ser transportados previamente preparados Para facilitar e agilizar o processo de instala o sugere se dividi lo nas fases de pr instala o e instala o Durante fase de pr instala o a aten o do projetista dever estar voltada para o dimensionamento sele o dos componentes suportes fia o terminais etc lay out do local e pr montagem O processo de instala o real envolve montagem e teste do sistema fotovoltaico que dever o ser realizados no local definitivo de forma r pida e segura instala O texto apresentado seguir descreve procedimentos relativos um sistema fotovoltaico dos v rios componentes de Recomenda es Gerais sobre Seguran a Recomenda se consultar as normas e c digos locais para
81. s o o E V A e o Tedlar que fornecem prote o permanente O lado frontal radia o solar incidente coberto normalmente por vidro temperado ou pl stico ambos transparentes ou ainda resina de silicone os quais s o bastante resistentes promovendo rigidez mec nica e protegendo as c lulas fotovoltaicas A regi o posterior radia o solar incidente coberta por camadas de materiais tais como folha de alum nio pl stico Tedlar e vidro Estas camadas fornecem prote o para a parte de tr s dos m dulos Finalmente uma estrutura met lica auto portante permite uma montagem r pida dos m dulos Utiliza se geralmente estrutura de alum nio anodizado 46 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 4 1 3 Caracter sticas El tricas dos M dulos Geralmente a pot ncia dos m dulos dada pela pot ncia de pico expressa na unidade Wp Entretanto nem sempre este o melhor caminho para compara o entre diferentes tipos de m dulos Em certos casos o que realmente importa como um m dulo pode carregar uma bateria mais rapidamente Isto decidido pela corrente que o m dulo pode gerar sob diferentes condi es Assim sendo os par metros ou caracter sticas el tricas de um m dulo precisam ser entendidos para que se possa selecionar o tipo de m dulo apropriado para cada sistema em particular Voltagem de circuito aberto e corrente de curto circuito Quando um m dulo est posicionad
82. seguir devem ser observadas para que as baterias tenham um bom desempenho quando instaladas em um sistema solar fotovolta Elevada vida c clica para descargas profundas Necessidade de pouca ou nenhuma manuten o Elevada efici ncia de carregamento Baixa taxa de auto descarga Confiabilidade M nima mudan a no desempenho quando trabalhando fora da faixa de temperatura de opera o Outros fatores que tamb m devem ser considerados no momento de escolher bateria adequada para aplica o s o Disponibilidade dos fornecedores Dist ncia dura o e custo do transporte para o local Custo da capacidade til para um ciclo Custo da capacidade til para o ciclo de vida Necessidade de manuten o durante armazenamento Peso Densidade de energia Disponibilidade e custo das unidades de controle se necess rio Estes fatores podem variar bastante para os v rios tipos de bateria e dependem das A escolha da bateria envolve o conveniente balanceamento de todos os fatores mencionados Embora dentre os modelos dispon veis no mercado as baterias chumbo cido sejam as mais utilizadas atualmente em Sistemas Fotovoltaicos as n quel c dmio s o as que apresentam caracter sticas mais pr ximas das ideais As baterias n quel c dmio n o apresentam por exemplo problemas de ciclos profundos ou de sulfata o e portanto podem ser deixadas completamente descarregadas Entretanto o elevado custo
83. tipos de l mpadas dispon veis no mercado 5 1 1 Tipos de L mpadas e suas Caracter sticas 5 1 1 1 L mpadas Incandescentes As l mpadas incandescentes e hal genas comp em se b espiralado que inserido dentro de um bulbo de vidro icamente de um filamento de tungst nio A corrente el trica ao passar por este filamento provoca o seu aquecimento fazendo com que ele ao atingir temperaturas elevadas irradie luz incandesc ncia Entretanto neste momento uma grande quantidade de calor produzida e somente uma pequena fra o da energia consumida convertida em luz vis vel cerca de 5 Por esse motivo estas l mpadas possuem baixa efici ncia Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Tempo de Forma Componentes Princ pio de Efici ncia vida m dio Funcionamento Qm W horns EES 7 Filamento espiralado em Incandesc ncia de eae Pee um g s inerte um filamento 8 15 1000 a Filamento espiralado em Incandesc ncia de g s hal geno um filamento 30 2000 Fluorescente Vapor de merc rio c uma Descarga de g s Convencional PL Tubo subst ncia fluorescente fluoresc ncia 50 75 8000 Vapor de S dio Tubo Vapor de s dio Descarga de g s 120 10000 Tabela 5 1 1 Caracter sticas t picas dos principais tipos de l mpadas L mpadas incandescentes est o dispon veis em uma extensa faixa de pot ncia de sa da e algumas delas podem o
84. 1 5 30 40 C 50 60 Voltagem Volts Figura 4 1 8 Efeito causado pela temperatura da c lula na curva caracter stica IxV para 1000 W m em um m dulo fotovoltaico de sili Fonte Universidade de Berlin EMI SES cristalino Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 51 acompanhamento destes movimentos Entretanto os m dulos normalmente s o instalados em posi fixa devido ao elevado custo dos equipamentos que permitem sua movimenta o seguidores ou track ers Dessa forma fundamental determinar a melhor inclina o para cada regi o em fun o da latitude local e das caracter sticas da demanda Temperatura das c lulas io da temperatura ambiente implicam uma varia o de temperatura nas c lulas que comp em os m dulos A Figura 4 1 8 mostra curvas IxV para diversa temperaturas de c lula deixando claro influ ncia quando se compara os joelhos das curvas O aumento do n vel de insola o aumenta temperatura da c lula consequentemente tende reduzir efici ncia do m dulo Isto se deve ao fato de que a tens o diminui significativamente com o aumento da temperatura enquanto que corrente sofre uma eleva o muito pequena quase desprez vel Os m dulos de sil cio amorfo apresentam uma menor influ ncia da temperatura na pot ncia de pico embora tamb m sofram redu o no seu desempenho 4 2 Baterias
85. 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Existe todo um processo para que o material semicondutor se transforme realmente em uma fotovoltaica O que ocorre de uma maneira geral que semicondutor deve passar por uma eta purifica o e em seguida por uma etapa de dopagem atrav s da introdu o de impurezas dosadas na quantidade certa Os principais tipos de c lulas fotovoltaicas s o apresentados seguir Sil cio Si Monocristalino Este material basicamente o mesmo utilizado na fabrica o de circuitos integrados para microeletr nica As c lulas s o formadas em fatias de um nico grande cristal previamente crescido e enfatiado A grande experi ncia na sua fabrica o e pureza do material garantem alta confiabilidade do produto e altas efici ncias Enquanto o limite te rico de convers o da luz solar em energia el trica para esta tecnologia de 27 valores nas faixas de 12 a 16 s o encontrados em produtos comerciais Devido s quantidades de material utilizado e energia envolvida na sua fabrica o esta tecnologia apresenta s rias barreiras para redu o de custos mesmo em grandes escalas de produ o Sil cio Si Multicristalino Tamb m chamado de Sil cio Si Policristalino estas c lulas s o fabricadas a partir do mesmo material que ao inv s de formar um nico grande cristal solidificado em forma de um bloco composto de muitos pequenos cristais A partir dest
86. 4 1 6 Curvas IxV para conex o em paralelo de dois dispositivos fotovoltaicos Fonte Photovoltaic System Design Course Manual 4 1 5 Fatores que Afetam as Caracter sticas El tricas dos M dulos O desempenho dos m dulos fotovoltaicos fundamentalmente influenciado pela intensidade luminosa temperatura das c lulas EJ Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos adr o para plotagem das curvas caracter sticas e testes dos m dulos definida para a ra recebida na superf cie da terra em dia claro meio dia temperatura de 25 C da c lula reduzida com o aumento da temperatura A condi o de 1000 W m radi na c lula a efici nci Intensidade luminosa Como mostra a Figura 4 1 7 corrente gerada pelo m dulo aumenta linearmente com aumento da intensidade luminosa importante ressaltar conforme visto no Cap tulo 2 que sol possui movimento aparente no c u de acordo com a hora do dia e com o dia do ano Para receber maior intensidade luminosa necess rio Corrente Amp res s 100 Wien _ Wia 600 Wima 200 owa L o 5 10 Voltagem Volts Figura 4 1 7 Efeito causado pela varia o da intensidade da luz na curva caracter stica IxV para um m dulo fotovoltaico Fonte Universidade de Berlin EMI SES S di gi poli 25 C Temperatura padr o 20 C 10 C 1000 Wim AM
87. 40450 5 003200 iquel zinco 185 15165 10460 6090 250350 Sistemas Avan ados C lula combustivel 13 20050 gt 2000 Litio sulfeto met lico 37 400 500 1000 Niquel idrog nio 450 gt 3000 S dio enx lre 300 400 900 2000 Zinco bromo 2 10 050 600 1800 Zinco cloro 2 210150 6090 500 800 Tens o de Circuito Aberto Geralmente com profundidades de descarga de 60 SOF vida til significativamente mais elevadas para menores profundidades de descargas N o dispon veis Tabela 4 2 2 Caracter sticas t cnicas das baterias secund rias Fonte Photovoltai System Technology An European Handbook 4 2 1 Terminologia A seguir apresentada uma terminologia com os principais termos relativos a baterias Auto descarga Num processo espont neo todas as baterias descarregam gradualmente atrav s de processos qu micos internos quando n o est o em uso A este processo d se o nome de A taxa de auto descarga normalmente especificada como uma percentagem da capacidade nominal que perdida a cada m s As baterias de chumbo cido t m como caracter stica uma alta taxa de auto descarga Quando n o est o sendo utilizadas podem perder de 5 30 por m s de sua capacidade dependendo da temperatura e composi o qu mica da c lula Comparativamente a faixa m dia de auto descarga das baterias de n quel c dmio de 3 a 6 ao m s Bateria
88. Elevada tens o da Inversor n o d partida Conectar a carga s bateria desconecta no baterias oper las inversor aberto por tempo suficiente para baixar a tens o da bateria Ajustar a elevada tens o de desconex o no controlador de carga Aquecimento dos Uso de inversor de Harm nicos da forma Mudar para motores motores durante sua onda quadrada de onda s o rejeitados CC ou usar um opera o quando aquecem inversor com forma de onda senoidal ou quase senoidal Cargas operam Correntes excessivas Tens o do inversor Reduzir o tamanho das inadequadamente exigidas pela carga muito baixa paraa cargas ou substituir o carga inversor por um de maior capacidade Uso de inversor de Mudar para motores onda quadrada CC ou usar um inversor com forma de onda senoidal ou quase senoidal Inversor defeituoso Substituir o inversor Motores operam com Inversor n o possui Frequ ncia CA varia Substituir o inversor velocidades erradas dispositivo para com a tens o da por um que possua controle de frequ ncia bateria dispositivo para controle de frequ ncia 5 Determinar o motivo pelo qual os fus veis ou os circuitos de prote o disjuntores est o estragados ou soltos antes de substitu los ou mont los novamente Inversores Continua o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Atua o do circuito de prote
89. Em geral as bombas volum tricas tamb m chamadas de bombas de deslocamento positivo s o adequadas quando se deseja atingir grandes alturas manom tricas com pequenos ou moderados volumes de gua A efici ncia das bombas volum tricas aumenta com o aumento da altura manom trica Al m disso sa da de gua das bombas volum tricas quase independente da altura manom trica Estes tipos de bombas movem um volume de gua por meio de um pist o ou cavidade deslocando gua com outra quantidade de gua e Os tipos de bombas volum tricas mais usados em Sistemas Fotovoltaicos s o as bombas de pis contrapeso tamb m chamadas de bombas jack ou bombas donkey e as bombas de cavidade progressiva algumas vezes chamadas de bombas de parafuso com As caracter sticas de opera o das bombas volum tricas n o se ajustam t o bem com a sa da do arranjo fotovoltaico quanto as das centr fugas Por isso n o s o muito adequadas para liga o direta aos arranjos uma vez que a corrente necess ria muda a cada ciclo da bomba Pequenas mudan as nos n veis de insola o sobre arranjo fotovoltaico diminuir o a velocidade do motor mas n o reduzir o sua capacidade para atingir a altura manom trica necess ria como acontece no caso das bombas centr fuga Por este motivo uma bomba do tipo deslocamento positivo tem condi es de atingir altura manom tri desejada e continuar bombeando gua ao longo de todo dia
90. Estes s o alguns dos dilemas com os quais o projetista vai se deparar Devo usar baterias de ciclo profundo ou de ciclo raso Qual a tecnologia mais adequada chumbo cido ou n quel c dmio Automotivas ou estacion rias Seladas au abertas Com maior tens o nominal ou capacidade de corrente por unidade E assim por diante E as respostas para estas quest es s o bastante complexas pois dependem inclusive da estimativa de vida til para as unidades que pode variar enormemente e depende fortemente das condi es de opera o Esta se o ajudar o projetista a avaliar para um dado modelo de bateria o n mero de unidades necess rias para atender demanda nas condi es cr ticas de gera o A partir da o projetista deve comparar os resultados com os obtidos para outros modelos de baterias e considerando spectos como custo e expectativa de vida escolher mais adequado Uma planilha para orientar no dimensionamento do banco de baterias apresentada no final do cap tulo Para obter mais detalhes sobre baterias o leitor pode recorrer ao Cap tulo 4 se o 2 Baterias i ncia a m xima Os par metros mais importantes para dimensionamento do banco de baterias s o a efi profundidade de descarga para ciclos di rios e ciclos espor dicos e a automomia do Efici ncia Existem dois valores de efici ncia para uma bateria a de Wh e de Ah A primeir
91. Manual de Cugenharia para Sistemas Fotovoltaicos e Trabalho de Solar GTES CEPEL CRESESB Edi o Especial PRC PRODEEM 2004 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Grupo de Trabalho de Energia Solar GTES CEPEL CRESESB Edi o Especial PRC PRODEEM Rio de Janeiro Agosto 2004 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Grupo de Trabalho de Energia Solar GTES COLABORADORES Fernando A A Prado Jr CESP Maria Julita G Ferreira CESP Jo o Jorge Santos CHESF Joaquim Paim Marzulo CEEE Leonildo de Souza Silva MIN DA AERON UTICA Lu s S rgio do Carmo CEMIG Osvaldo L S Pereira COELBA Teresa V Mousinho Reis COELBA Paulo M Craveiro COELCE Ruberval Baldini BRSOLAR S rgio Beninc SOLTEC ENG ENERGIA ELABORA O E EDI O Ana Guimar es UFMG Claudio M Ribeiro Leopoldo E G Bastos UFRJ Luiz G Valente CEPEL Patricia C da Silva CRESESB Rosimeri X de Oliveira LIGHT PRIMEIRA REVIS O Ana Guimar es UFMG Elizabeth M D Pereira PUC MG Jo o Pinho UFPA L cio C sar 8 Mesquita AG NCIA ENERGIA Marco C Ribeiro THE NEW WORLD POWER DO BRASIL Maria Julita Ferreira CESP M rio Macagnan UFRGS Amo Krenzinger UFRGS SEGUNDA REVIS O Claudio M Ribeiro CEPEL Hamilton Moss de Souza
92. Ou seja uma vez que a l mpada foi ligada a descarga no g s manter o filamento aquecido Nos sistemas convencionais CA os reatores s o respons veis por gerar tens es de partida mais elevadas e adaptar as caracter sticas el tricas da l mpada aos valores nominais da fonte de alimenta o dispositivos de partida starters ajudam aquecer os eletrodos no in cio do processo Para a aplica o em Sistemas Fotovoltaicos CC os reatores devem incluir um inversor L mpadas fluorescentes necessitam de tens es mais elevadas do que 100 Volts em corrente alternada para funcionarem Entretanto pequenos Sistemas Fotovoltaicos operam em 12 ou 24 Volts em corrente continua Assim cada l mpada tem seu pr prio inversor que permite opera o a partir de uma fonte CC Os reatores inversores feitos para l mpadas fluorescentes s o projetados para lig las bem como para gerar tens de opera o necess ria incorporando reator o starter 5 1 1 4 L mpadas de Vapor de S dio de Baixa Press o As l mpadas de vapor de s dio de baixa press o tamb m podem ser usadas em Sistemas Fotovoltaicos possuem maior efici ncia do que as fluorescentes convencionais composi o espectral destas l mpadas sendo quase monocrom tica luz amarela distorce as cores Por isso s o tipicamente usadas para ilumina o de reas externas As l mpadas de vapor de s dio de baixa press o s o compostas
93. RAM U A JO V SUDISES uo V puwS Ww EPRS 9 9p O Te y3 Q peng w epres epumod oppo w eps W OO epenua ap 12 3 wus 105134009 etpssasau wtupod ema omod sopin os op 5197 O RIou sjsue1 1 SA w o ossos GE O aouo uw O eo o ep 2 opsesodoO op odwaz CFE O sensor w cordans O oung eung V og a yo pis w VO mox euog sg OO apeprsede puO ewarsig op opsua w OO zg ap 18 3 T SoNSMbIy JOS ulpu loq soapisodsiq sop ogde ayp dsa Manual de
94. Terra Todo metal exposto que passa ser tocado tamb m deve ser aterrado O toque em uma superf cie met lica n o aterrada pode ser fatal seja por n veis elevados de tens o e corrente que possam ser gerados pelo pr prio sistema seja pela incid ncia de descargas atmosf ricas A moldura met lica do m dulo deve estar conectada um eletrodo de Terra situado mais pr ximo poss vel do m dulo A estrutura do m dulo deve ter uma indica o clara do ponto destinado conex o ao Terra A palavra TERRA pode ser usada com este prop sito ou ent o o s mbolo correspondente aceito internacionalmente 1 Uma grande dist ncia entre o arranjo fotovoltaico e caixa de controle baterias pode provocar considera o de dois Terras um para o arranjo e outro pr ximo s baterias e aos controles No entanto estes devem ser interconectados preferencialmente por um cabo n enterrado formando uma pequena Malha de Terra 7 6 Cabos e Conex es Todos os componentes de um Sistema Fotovoltaico m dulo bateria controlador de carga cargas inversor etc devem ser interconectados por meio de condutores el tricos de bitola e tipo adequados O dimensionamento dos cabos apresentado com detalhes no Cap tulo 6 A bitola dos condutores depende principalmente do circuito onde os mesmos s o instalados Seu comprimento depende do posicionamento dos v rios elementos do sistema desde que n o sejam excedidos
95. a conti Componentes de E E Chaveamento Figura 4 3 1 Regulador shunt com LVD opcional Componentes de Componentes de Chaveamento Chaveamento opcional Arranjo Carga Bateria s Figura 4 3 2 Regulador s rie com LVD opcional A fra o de corrente a desviar depende do limite de tens o estabelecido para a bateria O regulador shunt timo se comporta como uma carga vari vel de forma que a tens o na sa da do arranjo mantida constante e igual ao valor limite Um componente necess rio no regulador shunt um diodo de bloqueio que deve ser ligado em s rie entre o elemento de chaveamento e a bateria fim de mant la protegida de curto circuito quando corrente do arranjo desviada Controladores tipo shunt s o normalmente projetados para apli correntes menores que 20 Amp res devido s altas limita es de chaveamento Um regulador s rie pode usar um rel eletromec nico ou uma chave de estado s lido que desconecta o arranjo fotovoltaico quando bateria est completamente carregada Um diodo de bloqueio pode n o ser necess rio em um regulador s rie A maioria dos sistemas de baixa Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos tens o dependendo dos componentes escolhidos n o experimentam perdas elevadas devido s correntes reversas durante a noite As per
96. a es na rea de telecomunica es Niquel c dmio aberta Amplamente disponivel e usada para 700 50 600 aplica es estacion rias carros telecomunica es e UPS selada Usada principalmente em pequenas 100 500 10 unidades tamanhos e D Naves espaciais gt 5 000 50 Niquel ferro Fontes limitadas 500 Sistemas avan ados C lulas combust veis Gis natural L tio sulfeto met lico Estado avan ado de desenvolvimento 20 30 Niquel hidrog nio e Aplica o terrestre Estado avan ado de desenvolvimento 2 000 100 gt Fontes limitadas e Aplica o espacial e Usado em Comsats desde 1982 25 000 50 Fontes limitadas S dio enx fre Produ o pr xima de larga escala pela 400 1200 ABB BBC para carros Fontes limitadas Zinco bromo Estado avan ado de desenvolvimento 500 1 500 Tabela 4 2 1 Estado de desenvolvimento e disponibilidade Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook dos principais tipos de baterias secund rias Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 3 Tempera Tens o Nominal VCC viga ti de Energia Opera o Sem No de Dean 0 Sistemas Convencionais Chumbo cido aberta 1050 1530 selada 10 30 Niguel c dmio pocker plate aberta 13 0450 gt 5000 sintered plate selada 13 1012 5440 1000 Niquel ferro 14 127
97. a a vantagem de usar um inversor est no fato de que a dimens o se o dos cabos para interliga o entre longas dist ncias pode ser reduzida Isto 8 tens es de opera o s o mais elevadas e consequentemente acontece uma vez que nos circuitos CA as correntes s o pequenas Neste caso redu o de custo pelo uso de cabos de menor bitola bastante consider vel Tamb m mais f cil elevar ou reduzir tens o atrav s de transformadores Existem dois tipos de conversores conversores est ticos estado s lido e eletrome Apenas primeiro habitualmente chamado de inversor O mais antigo tipo de conversor o eletromec nico tamb m chamado de conversor rotativo Consiste de um motor CC diretamente acoplado a um gerador CA alternador O motor CC deve ter uma tens o CC de entrada compat vel com a sa da CC do Sistema Fotovoltaico e o gerador uma tens o adequada carga que ser alimentada Conversores rotativos s o menos eficientes do que os inversores eletr nicos para mesma pot ncia de sa da e as partes m veis necessitam de manuten o peri dica Apenas inversor est tico eletr nico ser o objeto do texto aqui apresentado O conversor est tico utiliza dispositivos semicondutores que chaveiam entrada CC produzindo uma sa da CA de freq ncia determinada Inversores monof sicos s o geralmente adequados para aplica es de baixa pot ncia at 5 KW Acima de 5
98. a causado pela umidade do piso Deve se garantir o isolamento com o solo instalando as em uma bancada de madeira ou material que seja n o condutivo e resistente ao cido importante verificar se as baterias est o totalmente carregadas e se o n vel do eletr lito est nos valores recomendados pelo fabricante O t cnico deve verificar tamb m os valores da tens o de todas as c lulas e anot los em uma planilha para compara o posterior Os procedimentos para verificar o estado de carga da bateria s o abordados com detalhes no Cap tulo 8 As baterias e ferramentas devem ser manuseadas com extremo cuidado Grande perigo ocorrer se os fios forem conectados inadequadamente ou se as ferramentas forem derrubadas sobre os terminais n s da bateria Todas as conex es devem ser verificadas v rias vezes antes que conex o final seja executada recomend vel que a bateria esteja instalada em um local cuja temperatura varie entre 20 25 C Se temperatura diminuir muito a capacidade da bateria tamb m reduzir por outro lado com o aumento da temperatura bateria envelhecer mais rapidamente As baterias devem estar localizadas o mais pr ximo poss vel do arranjo fotovoltaico para evitar perdas de tens o e possibilitar o uso de fios mais curtos A montagem de um banco de baterias com associa o em s rie paralelo de baterias deve ser efetuada com uma fia o cruzada conforme o exemplo da Figura 7 2 4
99. a s tropical dado abaixo Valor Padr o para a Corre o de Temperatura 1 33 Capacidade Necess ria para a Bateria Ah Calcular capa carga di ria durante n mero de dias necess rio NOTA Escolher a bateria e anotar suas especific bateria es campos correspondentes s informa es sobre 34 Capacidade da Bateria Selecionada Ah Entrar com capacidade nominal de armazenamento em Amp res hora fornecida pelo fabricante Normalmente as especifica es das baterias s o fornecidas para condi es ideais de teste com temperatura e taxa de descarga constantes 35 N mero de Baterias em Paralel para fornecer capacidade de armazenamento Calcular o n mero necess rio de baterias conectadas em paralelo 36 Tens o Nominal do Sistema V Entrar com o valor do campo 9 Planilha 1 11 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 37 Tens o Nominal da Bateria V Entrar com a tens o nominal da bateria escolhida 38 N mero de Baterias em S rie Calcular o n mero necess rio de baterias conectadas em s rie para fornecer a tens o do sistema 39 N mero de Baterias em Paralelo Entrar com o valor do campo 35 40 N mero Total de Baterias Calcular o n mero total de baterias do sistema 41 N mero de Baterias em Paralelo Entrar com o valor do campo 35 42 Capacidade da Bateria Selecionada Ah Entrar com o valor do campo 34 43 Capacidade da Bateria do Si
100. a 4 2 3 Perfil t pico da tens o durante o proc uma c lula chumbo cido aberta com v rias taxas de descarga Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook positiva e chumbo met lico Pb numa estrutura porosa altamente reativa como material ativo da placa eletrodo negativa Estas placas s o imersas em uma solu o dilu da de cido sulf rico H SO que comporta se como o eletr lito mistura em geral de 36 de cido sulf rico e 64 de gua Durante a descarga o cido sulf rico reage com os materiais ativos das placas produzindo gua que dilui o eletr lito Durante carregamento processo revertido o sulfato de chumbo PbSO de ambas as placas transformado em chumbo esponjado di xido de chumbo PbO e cido sulf rico H SO A densidade do eletr lito varia durante o processo de carga e descarga e valores t picos s o apresentados Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos na Tabela 4 2 3 Estes valores dependem tamb m da temperatura e do tipo de bateria em que Con jo da c lula Densidade gr em completamente descarregada 1 12 completamente carregada 8 Tabela 4 2 3 Densidade do Eletr tito valores t picos a 25 C A rea o qu mica revers vel em uma bateria chumbo cido dada por PbO Pb 2 H SO 2 PbSO 2 H O carga descarga Quando a c lula est completamente carregada e maior
101. a de 3 possibilidades de inclina o para o arranjo fotovoltaici 3 Dimensionamento do e baseia se na capacidade necess ria e no n mero de Banco de Baterias dias de autonomia assume que todo o consumo ocorre fora do per odo de gera o e planilhas adaptadas ao clima brasileiro 4 Dimensionamento do n o consideram possibilidade de ajuste do ponto de Arranjo Fotovoltaico m xima pot n utilizam se de um fator de desconto para compensar piora da performance do m dulo em fun o das condi es de opera o Outras E a e utilizadas para especifica o dos demais componentes b sicos e fia o bitola dos condutores 1 Preencher uma planilha para cada m s ou esta o que possua uma demanda significativamente diferente 2 Os dados de radia o solar nas inclina es indicadas nesta planilha latitude latitude mais 15 graus e latitude menos 15 graus s o em geral de dif cil obten o Uma forma mais f cil de se identificar a inclina o mais adequada atrav s do SUNDATA dispon vel na p gina do CRESESB nternet www cresesb cepel br nica restri o imposta pelo SUNDATA que ele assume um consumo mensal constante longo do ano Portanto a inclina o tima passa a ser aquela que fornece maior m nimo para a radia o m dia mensal Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 1661 ouolta0qir1 ONEN mpg 1
102. a qualidade importante a quest o de seguran a A concession ria deve ser capaz de isolar o Sistema Fotovoltaico sempre que desejar e isto dever ser feito de forma simples e sistem tica evitando riscos para os t cnicos de manuten o da rede el trica Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 39 3 2 1 1 Medi o nica do Balan o de Energia Esta op o apresentada na Figura 3 2 1 depende da concession ria remunerar energia entregue pelo produtor fotovoltaico ao mesmo pre o que este compra da concession ria Neste caso um nico medidor registra a entrada ou sa da de energia el trica na resid ncia apresentando ao final do per odo valor da diferen a entre energia consumida e entregue rede Rede Unidade de Arranjo Controle e Panel Fotovoltaico Condicionamento Sonics 3 de Pot ncia B Figura 3 2 1 Medi o nica do balan o de energia 3 2 1 2 Medi o Dupla Aqui os medidores que podem ser vistos na Figura 3 2 2 operam cada um num sentido registrando assim separadamente compra venda de energia rede Desta forma valores diferentes podem ser atribu dos a cada uma das parcelas Observe que cada instante apenas um dos medidores estar em opera o dependendo da diferen a instant nea entre demanda e pot ncia gerada pelo SF kwh j kWh Rede Unidade de Painel Arranjo Controle e Fotovoltaico Condicionamento s de Pot ncia 2
103. a situa se em torno de 85 enquanto a segunda aproxima se dos 100 Ambas sofrem redu o quando a bateria est com estado de carga pr ximo carga plena 100 Baixas temperaturas tamb m tendem a reduzir a efici ncia das baterias As planilhas apresentadas trabalham com efici ncia de Ah N mero de dias sem Sol Este valor uma previs o do maior per odo poss vel de consumo de energia com gera o solar insuficiente para repor estado de carga inicial das baterias com uma determinada taxa de risco M xima profundidade de descarga permitida Existem dois limites que s o normalmente estabelecidos para a m xima profundidade de descarga o c clico di rio e espor dico Estes limites normalmente expressos como percentuais da nominal da bateria v o depender da expectativa de vida desejada para mesma Quanto mais profundo o ciclo mais curta a vida da bateria como foi mostrado na se o 4 2 Os ciclos espor dicos correspondem aos per odos cr ticos de gera o solar e embora vida da bateria esteja mais ligada ciclagem di ria o projetista deve avaliar o efeito dos mesmos no desempenho Baterias quando utilizadas em ambientes de temperatura muito baixa perdem significativamente a capacidade comum portanto existir nos m todos de dimensionamento um fator que compense esta varia o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 107 6 1 5 Dimensionamento da Gera o Foto
104. ada aplica o comportamento da carga caracter sticas da bateria vida til esperada entre outras Compensa o t rmica Como pode ser visto na se o 4 2 as caracter sticas de carregamento das baterias mudam com a varia o da temperatura A compensa o t rmica faz se mais necess ria quando a faixa de temperatura de opera o das baterias excede 59 em torno da temperatura ambiente 250C Se a concentra o do eletr lito foi ajustada para temperatura ambiente local e a varia o da temperatura das baterias pequena a compens pode n o ser necess ria Alguns controladores possuem um sensor de temperatura preso pr ximo bateria que permite mudar os set points de acordo com a temperatura 6 a 4mV c lula OC para baterias chumbo cido Para uma bateria chumbo cido de 12 Volts de tens o nominal temos aproximadamente uma varia o de 30mV Assim uma varia o de 109C acarreta uma mudan a de 0 3 Volts na tens o da bateria Este valor equivale a uma varia o da ordem de 20 vide Figura 4 2 2 justificando necessidade de compens t rmica dos set point O sensor deve ter um bom contato t rmico com o lado de uma das baterias no centro do banco O sensor nunca deve ser imerso no eletr lito da bateria ou conectado ao seu terminal Alarmes e indica es visuais Muitos controladores de carga t m um LED Diodo Emissor de Luz que aceso quando as baterias est o compl
105. agrupamento em m dulos j que uma c lula fornece pouca energia el trica em uma tens o em torno de 0 4 Volts no ponto de m xima pot ncia conforme explicado na se o 4 1 3 A densidade de corrente da ordem de 30 mA em Adicionalmente a c lula apresenta espessura muito reduzida necessitando de prote o contra esfor os mec nicos e fatores ambientais O n mero de c lulas conectadas em um m dulo e seu arranjo que pode ser s rie e ou paralelo depende da tens o de utiliza o da corrente el trica desejada Deve ser dada cuidadosa aten o s c lulas serem reunidas devido s suas caracter sticas el tricas A incompatibilidade destas caracter sticas leva a m dulos ruins porque as c lulas de maior fotocorrente e fotovoltagem dissipam seu excesso de pot ncia nas c lulas de desempenho inferior Em consequ ncia a efici ncia global do m dulo fotovoltaico reduzida 4 1 1 C lula Fotovoltaica A convers o da energia solar em energia el trica obtida utilizando se material semicondutor como elemento transformador conhecido como c lula fotovoltaica ou c lula solar conforme mencionado no Cap tulo 2 Os semicondutores mais apropriados convers o da luz solar s o os mais sens veis ou melhor aqueles que geram o maior produto corrente tens o para luz vis vel j que a maior parcela de energia fornecida pelos raios do sol est dentro da faixa vis vel do espectro
106. alidade da luz produzi Tipo Pot ncia Watts PL 9 11 15 20 23 Incandescente 127V 25 40 60 75 100 Incandescente220 V 40 60 75 100 Consumo de Tipo Vida til horas PL 20 10000 Incandescente 100 1000 Percentual relativo ao consumo da l mpada incandescente O consumoindicado para l mpada PL reflete o caso mais favor vel essa tecnologia Tabela 5 1 2 Exemplo de quadro comparativo entre l mpadas PL e incandescentes comuns para um determinado fabricante Novos tipos de l mpadas fluores mens Watis melhor brilho e vida mais longa quando comparadas com os modelos antigos Estas l mpa possuem um tubo de menor di metro e s o chamadas de tubos 10 ntes no formato tradicional est o dispon veis e produzem mais lu das Reatores Inversores para l mpadas fluorescentes em Sistemas Fotovoltaicos Para que a descarga el trica em uma l mpada fluorescente se inicie necess rio que a difere EM Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos potencial entre os eletrodos seja superior um certo valor cr tico Al m isso os eletrodos devem ser aquecidos por meio de uma corrente el trica Uma vez iniciada a descarga ela poder ser mantida com tens es menores que as de igni o podendo se tamb m eliminar o aquecimento dos eletrodos que se manter o na temperatura ideal pela pr pria descarga el trica que existe entre eles
107. alquer outro trecho individual por exemplo trecho entre m dulo e controlador 5 de perda total desde o m dulo at o usu rio final Estes percentuais s o relativos tens o nominal do sistema As planilhas apresentadas referem se a limites de 1 e 3 e indicam a bitola adequada para os condutores em fun o do comprimento do ramal para circuitos com corrente entre 0 5 200 Amp res e tens o nominal de 12 24 ou 48 Volts Parte da corrente Toda corrente Nenhuma passa atrav s do passa atrav s do corrente passa diodo m dulo e para as atrav s do diodo cargas Elemento muito Elemento normal pouco sombreado ou com defeito sombreado ou com pouco descasamento Figura 6 1 6 Opera o de um diodo de passo Prote es A especifica o dos dispositivos de prote o varistores disjuntores aterramento etc passa por procedimentos j normatizados que s o substancialmente id nticos aos relacionados com sistemas el tricos em geral Deve se lembrar no entanto que muitos elementos dos Sistemas Fotovoltaicos ou quase a totalidade deles operam com corrente cont nua Apresenta se no Cap tulo 7 informa es necess rias para a correta instala o de um Sistema Fotovoltaico Os dispositivos de prote o tamb m ser o abordados nesse cap tulo 6 2 Sistemas de Bombeamento Sistemas Fotovoltaicos para bombeamento devem ser olhados com especial aten
108. ande variabilidade induzindo conforme caso sele o de um sistema apropriado de estocagem para a energia resultante do processo de conves Superf cie da Terra Limite da atmosfera AM SEC 0 1 cos 5 Trajet ria dos raios de sol na atmosfera e jo do coeficiente de Massa de Ar hotovoltaic System Design Course Manual Fonte Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Observa se que somente componente direta da radia o solar pode ser submetida a um processo de concentra o dos raios atrav s de espelhos parab licos lentes etc Consegue se atrav s da concentr uma redu o substancial da superf cie absorvedora solar e um aumento consider vel de sua temperatura Pelos c lculos da astronomia obt m se que a dura o do dia fun o da poca do ano e da localiza o do lugar escolhido no globo terrestre Tamb m para um observador numa dada posi o a trajet ria aparente do Sol o plano da ecl ptica no c u muda ao longo do ano Esta caracter stica importante para o projeto de sistemas de convers o que fazem o rastreio solar visando uma concentra o dos raios solares e para a olha da orienta o de pain is fixos de forma a otimizar o resultado alcan ado durante ano Apresentam se em anexo mapas mensais de insola o para o Brasil es No Hemisf rio Sul o sistema de capta solar fixo deve estar orientado para o Norte G
109. ando alguns motores efici ncia real pode ser inferior a 50 A efici ncia de muitos inversores tende a ser mais baixa quando est o operando bem abaixo da sua pot ncia nominal Erti ncia 100 Inversor que t cnica digtal 60 o 25 sa 75 109 Pot ncia de Saida do Inversor de Carga Plena a dos inversores Fonte 1 aic System Technology An European Handbook Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos D Caracteristicas Inversores de onda quadrada Inversores de onda quadrada modificada ou retangular Inversores de onda senoidal Tabela 4 4 1 Pot ncia nominal de saida Fornecem uma sa da CA com harm nicos elevados e pequena regula o de tens o A onda quadrada obtida simplesmente altemando se a tens o e corrente Comparando se com a opera o em tens o senoidal da rede el trica um motor de indu o que esteja operando com estes tipos de inversores tem somente cerca de 60 do seu torque normal e aquecimentos indesej veis S o tipicamente mais baratos por m n o devem ser usados para cargas indutivas como motores Entretanto s o muito adequados para cargas resistivas tais como l mpadas incandescentes j o um refinamento dos inversores de onda quadrada Chaveamentos adicionais s o usados para melhor aproxima o de uma onda senoidal e por isso estes possuem menor distor o harm nica que os de onda quadrada S
110. ano As isolinhas foram tra adas para intervalos de 50 Iy dia tentando ajust las o melhor poss vel aos dados calculados de forma que elas se tornassem consistentes com os campos de nebulosidade obtidos a partir de fotos de sat lite e de observa es convencionais de v rios tipos de nuvens Outras fontes de dados de radia o solar no Brasil tamb m foram propostas pelo GTES em 1995 a saber O Atlas Solarim trico do Brasil publicado em 1997 pelo Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativ FAE UFPE e o Atlas de Irradia o Solar do Brasil publicado em 1998 pelo Laborat rio de Energia Solar Lab Solar UFSC o Instituto de Pesquisas Espaciais INPE Ambos os atlas representam um esfor o na busca por uma qualidade ainda melhor de solarim tricos no Brasil Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 7 saan cext se 5 Figura A 1 Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Janeiro 1 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Figura A 2 Radia o Solar Incidente na Superf cie Iy dia Brasil M dia Mensal Fevereiro Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos
111. arga total Manuten o peri dica do carregamento A maioria dos Sistemas Fotovoltaicos tende operar por v rios dias ou semanas sem adequado recarregamento das baterias devido falta de energia solar Acredita se que a falta de rec durante o tempo ruim cido 4 2 2 1 Baterias Chumbo cido As c lulas chumbo cido utilizam di xido de chumbo PbO como material ativo da placa eletrodo 1 Esta curva busca apresentar comportamento da vida til com temperaturas e profundidades de descarga Os valores s o indicativos e tentam apenas dar uma no o m dia do valor dos par metros para diversas baterias dispon veis Recomenda se no entanto que as especifica es dos fornecedores sejam sempre consultadas para se ter uma id ia mais precisa dos mesmos Estes par metros variam muito de modelo para modelo e tecnologia para tecnologia Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Tens o da c lula VCC 27 feno 25 23 21 19 10 100 1000 Tempo horas Figura 4 2 2 Perfil t pico da tens o durante carregamento de uma c lula chumbo cido aberta com v rias taxas de carga Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook Tens o VCC 22 Obs Dados v lidos para uma nova completamente carregada 18 Taxas de descarga en 2 ieee 200 100 50 10 5 1 05 025 Tempo horas Figur
112. as Mais recentemente as baterias seladas com eletr lito manuten o com liga de c lcio nas pla absorvido come aram entrar tamb m neste segmento do mercado Baterais abertas com liga de baixo antim nio nas placas positivas A caracter stica principal destes tipos de baterias que elas possuem placas positivas feitas de uma liga de chumbo e baixo antim nio cerca de 1 a 3 Al m disto s o compostas por c lulas n o seladas possuem placas empastadas de m dia espessura e est o contidas em uma caixa feita de pl stico transparente para facilitar inspe o do n vel do eletr lito de cada c lula e das condi es f sicas das placas e separadores O uso do antim nio e placas de m dia espessura aumentam a vida c clica das c lulas para descargas profundas A baixa porcentagem de antim nio reduz o efeito da gaseifica o e da auto descarg Uma vantagem das c lulas n o seladas que bateria pode ser fornecida a seco e o eletr lito pode ser adicionado no local da instala o No caso da bateria ter sido fornecida a seco n o h possibilidade de ocorrer sulfata o resultante da auto descarga Al m disso n o haver maiores problemas se a bateria for virada por engano Embora este tipo de bateria seja projetada para operar em ciclos profundos esta nunca deve ser totalmente descarregada Precau es como uso de uma unidade de controle eletr nico controlador de carga com pos
113. as Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos a Cap tulo 4 Componentes B sicos Este cap tulo tem a finalidade de descrever os componentes b sicos de um Sistema Solar Fotovoltaico O sistema compreende agrupamento de m dulos em pain is fotovoltaicos e de outros equipamentos relativamente convencionais que transformam ou armazenam energia el trica para que esta possa ser utilizada facilmente nas v rias aplica es finais De acordo com Figura 3 1 o sistema normalmente composto por tr s partes b sicas o arranjo dos m dulos subsistema de condicionamento de pot ncia o qual converte sa da do arranjo em pot nci til e as baterias que t m a fun o de armazenar energia el trica gerada stema A c lula solar que est localizada no m dulo o dispositivo mai respons vel pela convers o da energia solar em energia el tric importante de todo o s O subsistema de condi jonamento de pot ncia compreende controlador de carga inversor conversor e seguidor do ponto de m xima pot ncia MPPT Estes s o os equipamentos mais importantes que controlam a energia enviada s baterias e aos pontos de consumo 4 1 M dulo Fotovoltaico O m dulo fotovoltaico a unidade b sica de todo o sistema O m dulo composto por c lulas conectadas em arranjos produzindo tens o e corrente suficientes para a utiliza o da energia indispens vel o
114. as pelo arranjo fotovoltaico Isto ocorrer quando o arranjo estiver operando em temperaturas mais baixa Calcular estes valores utilizando os dados fornecidos pelo fabricante do m dulo para temperaturas mais baixas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 137 specifica o do Controlador de Carga A1 Corrente de Curto Circuito do Arranjo A Entrar com o valor do campo 62 Planilha 4 A2 Corrente Minima do Controlador A Calcular m nima corrente do controlador Ao multiplicar pelo fator de 1 25 superdimensiona se o controlador em 25 para suportar a produ o de corrente nas condi es de radi Capacidade do Controlador Lado do arranjo A Caso um nico controlador n o possa ser selecionado para operar com corrente calculada em A2 pode se utilizar controladores em paralelo Entrar com o valor nominal do controlador selecionado A4 Controladores em Paralelo Calcular n mero necess rio de controladores em paralelo AS Controlador Entrar com o fabricante modelo tipo tens o nominal do sistema Verificar as caracter sticas desejadas Caso um dos setpoints do controlador seja ajust vel indicar o setpoint especificado pecifica o dos Dispositivos de Condicionamento de Pot ncia Inversor Listar os requisitos para o condicionamento de pot ncia no espa o fornecido e pesquisar nos cat logos dos fabricantes os inversores adequados B1 Forma de Onda Especifica
115. ateria Sintoma Resultado A o Corretiva Elevada perda de Temperaturas Substituir bateria gua elevadas danificam reparar ou substituir as placas e os o controlador de separadores carga existentes na bateria Pequenos Compartimento Substituir bateria Substituir a bateria Substituir a bateria Substituir a bateria 4 As baterias danificadas por estas causas n o podem ser verificadas se n o forem completamente desmontadas Elas jamais devem ser desmontadas por pessoas n o qualificadas 17 Controladores de Carga Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Tens o da bateria abaixo do set point de retomada do carregamento lembora o controlador Indo carregue as baterias Tens o da bateria acima do set point de t rmino do carregamento lembora o controlador continue carregando as baterias Ru dos nos rel s Opera o irregular do controlador de carga desconex o inadequada de cargas Sensor de temperatura defeituoso ou mal posicianado conex es ruins dos terminais do sensor da bateria no controlador de carga Sensor de temperatura defeituoso ou mal posicionado conex es ruins dos terminais do sensor da bateria no controlador de carga Pequena quantidade de baterias em s rie Conex es da bateria frouxas ou oxidadas Baixa tens o na bateria Timer n o sincronizado a hora r
116. ateria na qual o processo de carga interrompido por supor se que a carga atingida suficiente ou que a bateria ou c lula esteja plenamente carregada Tens o nominal A tens o m dia de uma c lula ou bateria durante o processo de descarga com uma determinada taxa de descarga a uma determinada temperatura Terminais Pontos de acesso externo das baterias que permitem a sua conex o el trica Vida til A vida til de uma bateria pode ser expressa de duas forma dependendo do tipo de servi o para o qual a bateria foi especi n mero de ciclos ou per odo de tempo ada Para o primeiro caso a vida til o n mero de ciclos com uma determinada profundidade de descarga que uma c lula ou bateria pode ser submetida antes de apresentar falhas em satisfazer s especifica Este n mero chamado de vida c clica depende da profundidade de descarga do ciclo da corrente de descarga e da temperatura de opera o des Nas baterias de chumbo cido o fim de vida geralmente tomado como o instante em que a c lula estando totalmente carregada pode fornecer apenas 80 da sua capacidade nominal Esta perda permanente de 20 est relacionada com ciclagem com a idade da bateria Em cada ciclo de uma c lula pequenas quantidades de material ativo s o desprendidos dos eletrodos transferidos para os seus terminais Uma vez que este material separou se do eletrodo ele n o po
117. atinge o solo constitu da por uma componente direta ou de feixe e por uma componente difusa Notadamente se superf cie receptora estiver inclinada com rela o horizontal haver uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno solo vegeta o obst culos terrenos rochosos etc O coeficiente de reflex o destas superf cies denominado de albedo Antes de atingir solo as caracter sticas da radia o solar intensidade distribui o espectral e angular s o afetadas por intera es com a atmosfera devido aos efeitos de absor o e espalhamento Estas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 27 Absorvedor Process Fotoconversio Eletricidade 2 anios DNS combustiveis e Subst ncias Quimicas Radia o Solar a Produ o Temoconvers o wise Ambiente at de Aquec Ambiente et Processos Convers o Produtos de Prim rios Mecarismos Tecnoi gicos uso final igura 2 1 4 Processos de convers o da energia solar s o dependentes da espessura da camada atmosf rica tamb m identificada por um coeficiente Massa de Ar AM e portanto do ngulo Zenital do Sol da dist ncia Terra Sol e das condi es atmosf ricas e meteorol gicas ver Figura 2 1 5 denomil Devido altern ncia de dias e noites das esta es do ano e per odos de passagem de nuvens e chuvosos recurso energ tico solar apresenta gr
118. baterias chumbo cido 4 3 2 Detalhamento das Caracter sticas e Fun es Os valores de corrente m xima que deve ser maior do que a m xima corrente de curto circuito esperada para o arranjo fotovoltaico e tens o de opera o do sistema s o o m nimo necess rio para se especificar um controlador Outras caracter sticas desej veis mas nem sempre dispon veis nos modelos mais comuns s o Estrat gias de controle especiais por exemplo PWM Set points ajust veis Prote o contra corrente revers Desconex o da carga prote o contra descargas excessivas Compensa o t rmica Alarmes e indi Desvio da energia do arranjo Seguidor do Ponto de M xima Pot ncia MPPT ver se o 4 6 Baixo consumo pr prio Prote o contra invers o de polaridade Terminais exclusivos para modifica o de tens o das baterias A combina o dos m todos de controle e dos set points para regular o fluxo de corrente para a bateri compensa o de temperatura ou corrente para estes m todos e a dist ncia entre os ser points determinam a efic cia de um controlador instalado em um Sistema Fotovoltaico Set points ajust veis Ser points termo da l ngua inglesa a denomina o usual para os valores dos par metros que definem a opera o do controlador de carga e que devem ser determinados para especifica o do mesmo determina o dos set points do controlador bastante complexa uma ve
119. c lula ou bateria e da Efici ncia de Energia ou de Watt hora Wh rel processo de descarga e energia necess ria para restaurar o estado de carga inicial entre energia retirada da bateria durante o Eletrodo Os eletrodos fornecem suporte estrutural para material ativo transportam corrente para topo dos terminais Embora haja revers o de polaridade durante processos de carga e descarga chama se normalmente de catodo o termir Eletr lito Meio que proporciona o mecanismo de transporte de ons entre os eletrodos positivo e negativo Em algumas c lulas tal como as do tipo chumbo cido o eletr lito pode tamb m participar diretamente nas rea es eletroqu micas de carga e descarga Estratifica o Divis o do eletr lito em camadas de diferentes densidades apresentando como consequ nci da capacidade da bateria e corros o da parte inferior dos eletrodos a redu o Equaliza o Processo em que se busca igualar o estado de carga das c lulas que comp em uma bateria Para as 56 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos baterias chumbo cido este processo dimensionado para levar todas as c lulas carga plena Alguns tipos de baterias requerem uma descarga total durante o processo de equaliza o Estado de carga Capacidade dispon vel em uma bateria ou c lula expressa como porcentagem da capacidade nominal Por exemplo se 25 Ah foram reti
120. ca o seu estado de Qualquer lugar razoavelmente ventilado adequado para a localiza o da s bateria s Deve existir corrente de ar mesmo que seja pequena para eliminar gases produzidos durante recarga da bateria Se este cuidado n o for observado existe risco de explos o necessidade de ventila o n o impede que no caso do uso de uma nica bateria esta possa ser acondicionada em uma caixa devidamente apropriada com furos para ventila o preferencialmente localizados na parte superior da caixa Um grande banco de baterias pode requerer ventiladores enquanto um pequeno pode precisar apenas de furos ou um tubo de ventila A caixa de baterias pode ser constru da usando se madeira compensada e um isolante r gido ou outros materiais adequados como polipropileno Este inv lucro al m de garantir a seguran a do usu rio deve proteger a pr pria bateria contra golpes ou qualquer outra atividade que possa danific la acidental ou intencionalmente Dever tamb m assegurar uma adequada ventila o d l m de permitir m nima corrente de fuga f cil acesso para manuten o substitui o caixa dever ser lacrada para evitar o contato casual por pessoas n o autorizadas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 7 3 3 Montagem do Banco de Baterias As baterias n o devem ser montadas diretamente sobre o piso de concreto para evitar aumento da auto descarg
121. ca satisfazer os requisitos de opera o das baterias como por exemplo evitando que baterias chumbo cido permane am descarregadas por longos per odos A maioria dos controladores de carga atualmente dispon veis no mercado s o dispositivos anal gicos convencionais que por v rios motivos n o atendem s reais necessidades dos usu rios Est o em desenvolvimento pesquisas que t m como objetivo obter um controlador de carga inteligente capaz de implementar as fun es de prote o contra carga e descarga excessivas mantendo independ nci com rela o ao modelo de bateria em quest o Estas pesquisas apontam que um circuito microprocessado capaz de medir em tempo real o fluxo de corrente que entra e sai da bateria poderia calcular a carga correspondente em Amp res hora e consequentemente conhecer estado de carga da bateria a qualquer momento O maior desafio para esta tecnologia a varia o da efici ncia da bateria em fun o do estado de carga e da temperatura Observa se que quando a bateria est operando pr ximo do estado de carga de 100 efici ncia cai acentuadamente A possibilidade de ac mulo de erro durante integra o tem sido cuidadosamente examinada havendo sugest es de formas de contornar este problem Atualmente j existem fabricantes que comercializam controladores de carga inteligentes com esta tecnologia destinados aplica o em baterias port teis
122. capaz de absorver o arco do chaveamento Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 Como mencionado na se o 4 1 a corrente de curto circuito proporcional intensidade solar e por isso no momento do teste recomenda se usar um medidor de radia o solar A quantidade de corrente do arranjo pode ser muito mais alta do que a capacidade do amper metro Para evitar danos ao instrumento recomenda se estimar valor da corrente m xima antes de realizar medi es Isto pode ser feito multiplicando se a corrente esperada fornecida pelo fabricante para cada um dos m dulos pelo n mero de m dulos conectados em paralelo no sistema Deve se iniciar as medi es com o amper metro ajustado para sua mais alta faixa de opera o e gradativamente ir baixando escala Controlador de Carga EEE 1 interruptor do Aranje Aberto NNA Figura 8 2 3 Medindo a corrente de curto circuito do arranjo Cuidados especiais devem ser tomados ao abrir ou fechar circuitos de elevada corrente continua pois os arcos CC centelhas s o muito dificeis de extinguir e podem causar s rias queimaduras e ou danos ao equipamento M dulo fotovoltaico Caso o instrumento utilizado seja um alicate amper metro pode se usar um pequeno peda o de fio para conectar os terminais positivo e negativo de cada m dulo Figura 8 2 4 importante usar fio com bitola apropriada para corrente esperada Conf
123. cia m dica imedia tamente Neutralizar o cido imediatamente com um a solu o de gua e bicar Acido sobre a pele Donato de s dio e Lavar a regi o afetada com gua fresca em abund ncia Beber grande quantidade de gua ou leite seguido de leite de magn sia ovo batido ou leo vegetal Procurar assist ncia m dica imedia tamente cido agindo internamente Tabela 8 1 1 A es recomendadas em caso de acidente com baterias 8 2 Manuten o Preventiva Recomenda se fazer inspe es peri dicas nos Sistemas Fotovoltaicos pois desta forma pequenos problemas poder o ser identificados e corrigidos de modo n o afetar opera o do sistema A inspe peri dica deve ser iniciada logo ap s instala o do sistema quando ele supostamente est operando satisfatoriamente A seguir s o apresentados para alguns componentes procedimentos simples de manuten o preventi que se bem realizados garantir o o adequado funcionamento dos 8 2 1 M dulo Fotovoltaico 8 2 1 1 Aspectos F sicos Na inspe o visual devem ser verificadas as condi es de vidro est inteira e limpa as c lulas n o do m dulo certificando se de que cobertura presentam sinais de rachaduras e descolora o a arma o e Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 157 estrutura de montagem est o fixas sem pontos de oxida o e devidamente aterradas Caso
124. claramente identificado e vendido para um tipo espec fico de bateri Existem v rios tipos de controladores de carga dispon veis Alguns determinam o estado de carga da bateria integrando corrente que est entrando ou saindo ao longo do tempo Outros simplesmente medem a press o dentro da bateria para determinar seu estado de carga Por m tipo mais comum estima o estado de carga medindo a tens o nos seus terminais Desta forma para evitar sobrecargas ou descargas excessivas basta manter tens o da bateria entre dois valores limites m ximo e m nimo No momento de se especificar um controlador de carga primeiro importante saber tipo de bateria a ser ada e o regime de opera o do sistema A seguir determina se tens o e corrente de opera o do sistema Para valores elevados de corrente de opera o o custo do controlador aumentar significativamente e a disponibilidade no mercado reduzir importante selecionar um controlador com as m nimas caracter sticas necess rias Caracter sticas desnecess rias adicionam complexidade ao sistema aumentam o custo e diminuem a confiabilidade Baterias e controladores de carga possuem uma rela o extremamente ntima e quase imposs vel entender a opera o dos controladores se n o possuirmos algum conhecimento sobre baterias Portanto recomenda se a leitura pr via do item 4 2 Baterias para uma melhor compreens o deste componente
125. co de Bateri 7 4 Controle 7 5 Prote es 141 141 142 142 142 143 147 147 148 149 149 150 151 152 de Baterias Cap tulo 8 Manuten o e Inspe o 8 1 Procedimentos Gerais de Seguran a 155 8 2 Manuten o Preventi 8 2 1 M dulo Fotovol 8 2 1 1 Aspectos F sicos 8 2 1 2 Aspectos El tri 8 2 2 Bates 8 2 2 1 Aspectos F sicos 8 2 2 2 Aspectos El tricos 8 2 3 Equipamentos Eletr nic 8 2 4 Inversores 8 2 5 Carg 8 2 6 Fi Bibliografia Anexos 775 Introdu o Cap tulo 1 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 7 Cap tulo 1 Introdu o O aproveitamento da energia gerada pelo Sol inesgot vel na escala terrestre de tempo tanto como fonte de calor quanto de luz hoje sem sombra de d vidas uma das alternativas energ ticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo mil nio E quando se fala em energia deve se lembrar que Sol respons vel pela origem de praticamente todas as outras fontes de energia Em outras palavras as fontes de energia s o em ltima inst ncia derivadas em sua maioria da energia do Sol consegilente gera o de eletricidade hidroeletricidade A radia o solar tamb m induz a circula o atmosf rica em larga escala causando os ventos Petr leo carv o e g s natural fora
126. das ocorridas pelo uso de um diodo de bloqueio podem ser mais elevadas do que as perdas causadas por correntes reversas Entretanto todos os sistemas de tens es mais elevadas maiores que 24 Volts necessitam de diodos de bloqueio a menos que a chave impe a fluxo de corrente para o arranjo fotovoltaico A estrat gia de controle adotada tamb m um fator de diferencia o entre controladores de carga A estrat gia de controle dos controladores de carga comerciais mais utilizados est baseada na tens o instant nea nos terminais da bateria que comparada dois limites Para baterias chumbo cido 250C no limite superior 2 3 2 5 Volts por c lula bateria ser desconectada do arranjo por considerar se que ao atingir este ponto ela est completamente carregada No limite inferior 1 9 a 2 1 Volts por c lula a carga ser desconectada da bateria pois neste ponto considera se que a bateria esteja descarregada na m xima profundidade Pelo fato da tens o da bateria ser dependente da corrente instant nea os limites de desconex o s o ligeiramente diferentes dos de reconex o para evitar oscila es Os par metros para especifica o dos controladores de carga s o obtidos da demanda de energia e das curvas caracter sticas das baterias como as de carga descarga mostradas nas Figuras 4 2 2 e 4 2 3 de vida til em ciclos desejada mostrada na Figura 4 2 1 para o caso espec fico de
127. de Em alguns sistemas o uso de m ltiplos inversores muito vantajoso Eles podem ser conectados em paralelo para operarem diferentes cargas Algumas vezes fornecido um chaveamento de carga manual para permitir que o inversor possa atender aumenta a confiabilidade do sistema Fator de pot ncia cargas mais comuns em sistemas residenciais s o indutivas com o fator de pot ncia podendo chegar 0 5 Os melhores inversores s o projetados para compensarem as cargas indutivas e manterem o fator de pot ncia pr ximo de 1 que maximiza a transfer ncia de pot ncia para a carga desej vel que a carga tenha um fator de pot ncia elevado ou seja pr ximo de 1 uma vez que isto reduz corrente necess ria para qualquer n vel de pot ncia O inversor deve ter um fator de pot ncia nominal compat vel com o fator de pot ncia desejado para as cargas Se os fatores de pot ncia das cargas n o forem inclu dos em suas especifica es eles poder o ser obtidos do fabricante Consumo de pot ncia sem carga consumo permanente ou auto consumo a quantidade de pot ncia que inversor utiliza mesmo quando nenhuma carga est sendo alimentada Alguns inversores verificam continuamente se alguma carga est sendo usada No momento que uma carga for detectada ent o inversor ser ativado implicando uma redu o do consumo permanente 4 5 Conversores CC CC Uma aplica o muito comum de conversore
128. de baixa pot ncia em geral n quel c dmio que alimentam equipamentos tais como computadores port teis laptops telefones celulares ete Espera se que os resultados destas pesquisas levem a nova tecnologia que possibilite projetar controladores de carga mais eficientes de forma a prolongar a vida til das baterias e aumentar a confiabilidade dos Sistemas Fotovoltaicos instalados 4 4 Inversores O componente respons vel pela convers o de corrente cont nua CC em corrente alternada CA comumente conhecido como inversor ou mais genericamente conversor CC CA Este tamb m mencionado na literatura como PCU Power Conditioning Unit Unidade Condicionadora de Pot ncia O inversor deve dissipar o m nimo de pot ncia evitando as perdas e deve produzir uma tens o com baixo teor de harm nicos e em sincronismo com a rede el trica se o Sistema Fotovoltaico estiver interligado rede Muitas vezes utilizam se filtros para minimizar o conte do de harm nicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Os inversores usam um met ismo de chaveamento para alternar fluxo de corrente entre as dire es positiva e negativa Transistores de pot ncia retificadores controlados de sil cio SCRs e mais recentemente os IGBTs Insulated Gats Bipolar Transistors s o tipicamente usados como chaves semicondutoras Noss istemas de pot ncia elevada que cobrem uma extensa re
129. de ser utilizado novamente reduzindo a pacidade da c lula m a A capacidade de uma bateria tamb m permanentemente reduzida pelo seu envelhecimento que est diretamente relacionado com a temperatura de opera o armazenamento e forma de armazenamento das c lulas Procedimentos que contribuem para o aumento da vida til da bateria s o manuten o do estado de carga em baterias chumbo cido equaliza o e flutua o opera o em ambientes de temperatura controlada controle de sobrecargas sobredescargas etc 4 2 2 Baterias Recarreg veis Como j foi antecipado baterias recarreg veis s o aquelas que apresentam uma constitui o qu mica que permite rea es revers veis Com o aux lio de uma fonte externa pode se recuperar a composi o qu mica inicial e deix la pronta para um novo ciclo de opera o De acordo com a aplica o elas podem ser ssificadas como Automotivas tamb m conhecidas como SLI do ingl s starting lighting ignition s o baterias projetadas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 59 fundamentalmente para descargas r pidas com elevadas taxas de corrente e com reduzidas profundidades de descarga Esta condi o t pica na partida de motores de autom veis Tra o indicadas para alimentar equipamentos m veis el tricos como por exemplo empilhadeiras e s o projetadas para operar em regime de ciclos di rios profundos c
130. descentes de Hal geno ou Hal genas 5 1 1 3 L mpadas Fluorescentes 5 1 1 4 L mpadas de Vapor de S dio de Baixa Pres 5 1 2 Aplica 5 1 3 Tipos Dispon veis no Mercado 5 2 Refrigera 5 2 1 Aplica 5 2 2 Tipos Dispon veis no Mercado 5 3 Bombeamento de 5 3 1 Tipos de Bombas de gua 5 3 1 1 Bombas Centr fugas 5 3 1 2 Bombas Volum trica 5 3 2 Tipos de Motores 5 3 2 1 Motores CC 5 3 2 2 Motores CA 5 4 Prote o Cat di 5 5 Telecomunica es 5 6 Esta o Remota para Monitoramento Cap tulo 6 Projeto de um Sistema Fotovoltaico 6 1 Etapas do Projeto de um Sistema Fotovoltaico 6 1 1 Avalia o do Recurso Solar 6 1 2 Estimativa da Curva de Carga 6 13 Escolha da Configura o 6 1 4 Dimensionamento do Sistema de Armazenamento 101 101 101 104 105 105 107 108 109 AM 6 1 6 Especifica o dos Demais Componentes B 6 1 7 Projeto El trico 6 2 Sistemas de Bombeamento 6 3 Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos de Pequeno Porte Cap tulo 7 Instala es 7 1 Recomenda es Gerais sobre Segurang 7 2 M dulos Fotovoltaicos 7 2 1 Localiza o do Arranjo Fotovoltaico 7 2 2 Orienta o do Arranjo Fotovolt 7 2 3 Montagem da Estrutura dos M dulos 7 3 Bateria 7 3 1 Recomenda es sobre Seguran a e 7 32 Compartimento das Baterias 7 3 3 Montagem do Ban
131. do arranjo Este valor escolhido de forma se obter ao longo do ano o m ximo de gera o nesta condi jo de tens o fixa Por m a melhor tens o fixa comumente chamada de BFV Best Fixed Voltage n o f cil de ser encontrada para um dado sistema pois ela depender do tipo de m dulo configura o s rie paralelo do arranjo localiza o geogr fica e aspectos clim ticos Assim a defini o da melhor tens o de opera o BFV requer um estudo bastante cuidadoso Utilizando se um o circuito necess rio mais simples mais confi vel e mais econ mico A perda em rela o uso do seguidor de m xima pot ncia menor do que 5 podendo chegar 1 de diferen a do nas mesmas a rela Nos projetos de grandes Sistemas Fotovoltaicos preciso aval o custo benef cio para cada a Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos uma das alternativas MPPT ou BFV de forma a definir qual delas a mais vantajosa No caso das regi es tropicais em particular as litor neas onde a varia o de temperatura ambiente e das condi es de durante um dia e mesmo ao longo do ano normalmente n o s o t o grandes quanto em outras regi es utiliza o do BFV pode ser bastante promissora Entretanto a degrada o dos m dulos sujeira sombreamento ou problemas operacionais no arranjo podem resultar em varia es na forma da curva IxV que levam a maiores perdas do que
132. do pela frente mas ir o agir no sentido oposto quando o carregamento estiver na traseira do arranjo As for as verticais s o suportadas pelo peso pr prio da funda o resist ncia s for as horizontais est relacionada com densidade do solo coes o agregados ao peso e projeto da funda o Em alguns casos pode ser necess rio reali se qualificada do solo no local com um estudo dos resultados para determinar projeto e peso necess rio da funda o especialmente para suportes de arranjos de grande porte 7 Bateria 7 3 1 Recomenda es sobre Seguran a e Manuseio de Baterias As baterias que muitas vezes comp em os Sistemas Fotovoltaicos merecem uma aten o especial pois s o potencialmente perigosas quando inadequadamente manuseadas instaladas e operadas Correntes e tens es elevadas e produtos qu micos perigosos s o riscos potenciais Qualquer pessoa que esteja trabalhando com baterias deve familiarizar se com medidas de seguran a e com o projeto do sistema Sugere se consultar a norma ANSI IEEE 937 1987 Pr ticas Recomendadas para Instala o Manuten o de Baterias de Chumbo cido para Sistemas Fotovoltaicos Todas as baterias devem ser instaladas e manuseadas de acordo com as instru es do fabricante e com os c digos e regulamentos locais A observa o das t cnicas adequadas ajudar garantir uma vida longa bateria com manuten o re
133. duas etapas primeira ajuda na determina o da inclina o do arranjo e do m s cr tico para dimensionamento segunda ajuda a determinar n mero total de m dulos O m todo de projeto usa corrente Amp res ao inv s de pot ncia Watts para descrever a demanda de energia da carga Como a tens o do sistema fixa varia apenas dentro dos limites ditados pelos processos de carga e descarga de uma bateria por exemplo mais f cil comparar o desempenho de m dulos fotovoltaicos quando pensamos em corrente Os par metros mais importantes para o dimensionamento s o Cconsumo calculado para carga Radia o solar global no plano do m dulo Efici ncia do banco de baterias Perdas causadas por componentes adicionais BOS Valor t pico de corrente que corresponde ao ponto de m xima pot nci Tens o de opera o deve se lembrar que para sistemas com armazenamento sem seguidor do ponto de m xima pot ncia a tens o imposta pela bateria e depende da corrente do estado de carga e da temperatura A utiliza o de diodos de bloqueio e de bypass discutida no item 6 1 7 Projeto El trico Na se o 1 do Cap tulo 4 M dulo Fotovoltaico apresenta se uma descri o detalhada das caracter sticas dos m dulos fotovoltaicos Embora este cap tulo n o focalize prioritariamente estes casos cabem aqui alguns coment rios sobre projeto de sistemas mais sofisticados Sistemas
134. duzida e opera o segura do sistema A seguir s o apresentadas algumas sugest es de seguran a para auxiliar o t cnico no apropriado e seguro manuseio instala o inspe o e substitui o de baterias em Sistemas Fotovoltaicos Seguran a pessoal Remover quaisquer j ias do pesco o m os e pulsos antes de trabalhar com baterias Usar capacetes duros n o met licos para evitar um poss vel choque el trico Vestir roupas de prote o quando trabalhando com baterias Isto inclui luva aventais e prote es para os olhos gua fresca e sab o facilmente acess veis o caso de respingar cido na pele olhos ou roupas Ter bicarbonato de s dio facilmente acess vel para o caso de derramar o cido N o trabalhar sozinho ter sempre algu m por perto que possa auxili lo em caso de acidentes resistentes a cidos Condi es para evitar riscos Manter fa scas chamas descobertas longe do setor das bateri 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Descarregara eletricidade est tica do corpo tocando um condutor aterrado antes de tocar os terminais da bateria N o toque o terminal da bateria caso n o saiba o valor da tens o principalmente se a mesma fizer parte de uma associa o s rie Desconectar banco de baterias de quaisquer fontes de carga ou descarga antes de trabalhar nelas Manter terminais da bateria cobertos por revestimentos ou capas resistentes n
135. duzir tens o do sistema N o se deve arredondar para baixo Arredondar para cima ou escolher outro m dulo com uma tens o mais elevada N mero de M dulos em Paralelo Entrar com o valor do campo 50 N mero Total de M dulos Calcular o n mero total de m dulos que comp em o arranjo fotovoltaico N mero de M dulos em Paralelo Usar valor do campo 50 Corrente Nominal do M dulo A Entrar com o valor do campo 49 Corrente Nominal do Arranjo A Calcular corrente nominal do arranjo para as condi es padr o de teste STC Corrente de Curto Cireuito do M dulo A Entrar com a corrente de curto para as condi es padr o de teste STC cuito do m dulo Corrente de Curto Cireuito do Arranjo A Calcular a corrente de curto circuito do arranjo para as condi es padr o de teste STC N mero de M dulos em S rie Usar o valor do campo Tens o Nominal do M dulo V Entrar com a tens o do m dulo para as condi es padr o de teste STC Tens o Nominal do Arranjo V Calcular a tens o do arranjo para as condi es padr o de teste STC Tens o de Circuito Aberto do M dulo V Entrar com tens o de circuito aberto do m dulo para as condi es padr o de teste STC Tens o de Circuito Aberto do Arranjo V Calcular tens o de circuito aberto do arranjo para as condi es padr o de teste STC NOTA Para algumas deve se conhecer as tens es mais elevadas que podem ser gerad
136. e bloco s o obtidas fatias e fabricadas as c lulas A presen a destas c lulas Na pr tica os produtos a quantidade de material por c lula basicamente mesmo do caso anterior entretanto a energia necess ria para produz las significativamente reduzida Filmes Finos No intuito de buscar formas alternativas de se fabricar c lulas fotovoltaicas muito trabalho de pesquisa tem sido realizado Um dos principais campos de investiga o o de c lulas de filmes finos O objetivo geral obter uma t cnica atrav s da qual seja poss vel produzir c lulas fotovoltaicas confi veis utilizando pouco material semicondutor obtido de forma pass vel de produ o em larga escala resultando em custo mais baixo do produto consequentemente da energia gerada destes em Estes estudos tem se dirigido a diferentes materiais semicondutores e t cnicas de deposig amadas finas com espessura de poucos microns Entre os materiais mais estudados est o o sil cio amorfo hidrogenado a Si H disseleneto de cobre e ndio CIS o telureto de c dmio CdTe O sil cio amorfo respons vel pelo maior volume de produtos nesta rea embora outros j sejam dispon veis N o claro hoje qual das tecnologias em estudo ter maior sucesso no futuro O que se pode dizer que todas t m potencialidade de gerar produtos de baixo custo se produzidos em grande escala Por outro lado todas t m ainda obst culos
137. e cont nua gerada pelos arranjos fotovoltaicos seja convertida em corrente alternada possibilitando o uso dos equipamentos convencionalmente comercializados Entretanto o uso de um inversor em Sistemas Fotovoltaicos implica um aumento no dimensionamento do painel fotovoltaico para compensar as perdas decorrentes da transforma o da corrente cont nua em corrente alternada efici ncia do inversor Por outro lado isto permite que os usu rios localizados em lugares remoto n utilizar aparelhos dom sticos em corrente alterada Em sistemas de pequeno porte onde n o se justifica o uso de um inversor s o necess rios equipamentos que operam em corrente cont nua A seguir s o apresentados alguns exemplos de equipamentos consumidores para CA e CC que podem ser tipicamente alimentados por Sistemas Fotovoltaicos aut nomos 5 Ilumina o A principal aplica o da energia gerada por pequenos Sistemas Fotovoltaicos em geral a ilumina o Existem muitas considera es que devem ser avaliadas no momento de se escolher as l mpadas mais adequadas para uma determinada aplica o entre elas luminosidade efici ncia disponibilidade requisitos de pot ncia custo Embora as l mpadas incandescentes sejam descritas neste cap tulo elas n o s o utilizadas normalmente em Sistemas Fotovoltaicos devido sua baixa efici ncia A Tabela 5 1 apresenta algumas caracter sticas dos principais
138. e do cabo bipolar de uso duplo isolamento para n o comprometer o isolamento entre os dois condutores e possibilitar a ocorr ncia de um curto circuito Os fios sujeitos a intemp ries e diretamente expostos luz solar devem ter revestimento pl stico resistente a radia o ultravioleta ou ter o que ser substitu dos periodicamente Cuidado especial deve ser tomado nas conex es onde recomenda se fortemente o uso de terminais conectores conforme apresentado na se o seguinte 7 7 Acess rios Usualmente a instala o dos Sistemas Fotovoltaicos tamb m requer terminais fita isolante eletroduto parafusos bornes para bateria abragadeiras buchas de fixa o pregos etc para fixar os diversos elementos do sistema suas bases e suportes e para efetuar as conex es el tricas Estes acess rios devem ser adequados ao tipo de material sobre o qual ser o instalados As t cnicas e procedimentos usados para fixa o dos condutores s o as habituais de uma instala el trica convencional lembrando se de dois detalhes importantes est se trabalhando com corrente cont nua e em geral 08 n veis de corrente s o elevados Deve se sempre utilizar conectores e terminais apropriados para ligar os condutores aos equipamentos e dispositivos el tricos Todas as conex es e terminais devem ser bem apertados para evitar perdas desnecess rias de tens o e sobreaquecimento provocado por mau conta
139. e interesses variados Assim sendo periodicamente o grupo re ne entre outros interessados Concession rias Centros de Pesquisa Universidades e Fabricantes Este Manual destina se a auxiliar os engenheiros e t cnicos envolvidos com projetos de Sistemas Fotovoltaicos de Energia Al m disso visa atender necessidade b sica de se ter na l ngua portuguesa literatura sobre o assunto em conformidade com a realidade brasileira Este Manual enfoca prioritariamente sistemas de pequeno porte em fun o da demanda apresentada pelos participantes do GTES Seu conte do contempla descri o da tecnologia fotovoltaica avalia o do recurso solar descri o dos principais tipos de Sistemas Fotovoltaicos e de seus componentes b sico m todos de dimensionamento e procedimentos de instala o opera o e manuten o dos sistemas Todos os cap tulos apresentam uma introdu o suscinta sobre os assuntos que ser o por eles abordados Espera se que esta vers o do Manual seja uma semente para dissemina o da energia solar fotovoltaica no Brasil e que possamos evoluir em dire o ao seu cont nuo aperfei oamento e gerar novos documentos com outros enfoques para diferentes p blicos alvo Claudio Moises Ribeiro Luiz Carlos Guedes Valente Sum rio Cap tulo 1 Introdu o 23 Cap tulo 2 Radia o Solar e Efeito Fotovoltaico 2 1 Radia o Solar Capta o e Convers o Efeito Fotovo
140. eal do dia Ru do el trico do inversor Sensor de temperatura defeituoso ou mal posicionado conex es ruins dos terminais do sensor da bateria no controlador de carga Elevados surtos para a carga Controlador de carga defeituoso possivelmente em fun o de danos causados pela ilumina o Para o controlador de carga as baterias est o em temperaturas mais baixas do que sua real temperatura Para o controlador de carga as baterias est o Jem temperaturas mais altas do que sua real temperatura Baixa tens o Elevada queda de tens o Controlador liga e desliga em periodos ferrados Ciclagem liga desliga muito r pida Para o controlador de carga as baterias est o Jem temperaturas mais altas ou mais baixas do que sua real temperatura Queda de tens o da bateria durante o surto Cargas desconectadas inadequadamente e outras opera es irregulares Reparar substituir ou reposicionar o sensor Reparar substituir ou reposicionar o sensor de temperatura ou mudar o controlador de carga Reconfigurar ou adicionar baterias Apertar reparar ou substituir os cabos Reparar ou substituir as baterias Esperar at o reset autom tico do dia seguinte ou desconectar o arranjo esperar 10 segundos e conect lo novamente Conectar o inversor diretamente s baterias colocar filtros na carga Reparar reposicionar ou substituir sensor de temperatura ou muda
141. ecessitam de uma corrente elevada de partida por um curto per odo para entrarem em opera o Esta corrente de partida para motores de indu o pode atingir de 3 6 vezes a corrente necess ria para opera o cont nua Regula o de tens o Indica a varia o de amplitude permitida na tens o de sa da Os melhores inversores produzir o uma tens o de sa da aproximadamente constante para uma extensa faixa de cargas Fregii ncia Os aparelhos s o fabricados para operarem em uma fregi ncia espec fica Alguns tipos de equipamentos necessitam de uma cuidadosa regulagem de freqii ncia pois varia es poder o causar perda do desempenho de rel gios e timers eletr nicos A fregii ncia do sinal de sa da CA geralmente 60 ou 50 Hz Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos a Prote es a Sobre tens o na entrada CC Um inversor ser danificado se os n veis de tens o de entrada CC forem excedidos Uma bateria de 12 Volts poder alcan ar 16 Volts ou mais e isto poder danificar alguns inversores A maioria dos inversores tem sensores que o desconectar o da bateria se os limites de tens o especificados forem excedidos b Sobrecargas e eleva o de temperatura Recomenda se incluir controles capazes de desligar a unidade para impedir danos se as cargas impo ao inversor excederem sua capacidade m xima ou se a temperatura de opera o do inversor exceder seu limite Modularida
142. em uma resposta espectral adequada as fotoc lulas apresentam uma n o uniformidade na resposta espectral Conv m ser lembrado que quando da montagem do sistema de capta o a orienta o para a Norte Geogr fico pode ser feita atrav s de uma b ssola que indica o Norte Magn tico Atrav s do Maj de Declina o Magn tica apresentada em anexo e varia o anual do Observat rio Nacional determinada angular necess ria No caso do Rio de Janeiro em 1994 por exemplo esta corre de Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Inverno Figura 2 1 6 Total di rio de radia o kWh m7dia que incide na superficie Fonte inclinada de um ngulo igual latitude andia National Laboratories SAND87 08047 29 5 NAO TAL ho ho a 1 1 ag 100 40 100 so 40 20 Primavera Ver o a 0 Tat o 25 x zo al po L wo 60 o 20 100 80 so 40 20 Outono E Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 21227 para Leste ou seja deve se adicionar este ngulo dire o aponta sentido dos ponteiros do rel gio pela b ssola tomando se o 2 2 Efeito Fotovoltaico Existem na natureza materiais classificados como semicondutores que se caracterizam
143. emo o de 25 Ah de uma bateria de capacidade nominal de 100 Ah resulta em uma profundidade de descarga de 25 o valor complementar do estado de carga Sob certas condi es tais como taxas de descarga inferiores que foi utilizada para especificar bateria a profundidade de descarga pode exceder os 100 Segundo alguns fabricantes de baterias de n quel c dmio estas podem ser totalmente descarregadas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 57 recarregadas sem sofrerem altera quanto descargas profundas no seu desempenho J as de chumbo cido possuem severas restri es Separador Material eletricamente isolante microporoso perme vel ao fluxo de ons usado para evitar contato direto entre as placas que formam a c lula Sobrecarga quando continua se fornecendo corrente em uma c lula ap s a mesma ter atingido carga plena sobrecarga n o aumenta a disponibilidade de energia na c lula ou bateria e pode resultar na gaseifi ou no sobreaquecimento da mesma ambos possuindo reflexos na vida til do dispositivo Esta situa o implica perda de gua Sulfata o Forma o de cristais de sulfato de chumbo nas placas de uma bateria chumbo cido Pode ser causada por deixar se este tipo de bateria descarregada por prolongados per odos de tempo pode causar por exemplo o aumento da resist ncia interna Taxa de carga Valor de corrente aplicado
144. en o Corretiva Os procedimentos espec ficos e metodol gicos aplicados durante inspe o muitas vezes auxil identifica o e solu o de alguns problemas que ocorrem nos sistemas fotovoltaicos O guia a seguir lista v rios desses problemas Para cada sintoma sugerem se causas poss veis e a es corretivas necess rias Arranjo Fotovoltaico Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Baixo fluxo de corrente de carregamento Baixa tens o no arranjo Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Nenhum fluxo de Chaves fus veis ou Fechar chaves corrente de circuitos de prote o substituir fus veis carregamento disjuntores abertos reparar ou substituir estragados ou soltos a fia o danificada fia o quebrada ou apertar limpar oxidada conex es conex es frouxas ou oxidadas M dulos Remover fonte de sombreados sombreamento Interconex es do Queda de tens o na Reparar as arranjo quebradas ou sa da do arranjo interconex es oxidadas Diodos de bloqueio Queda de tens o na Substituir os diodos ou by pass saida do arranjo defeituosos defeituosos M dulos danificados Queda de tens o na Substituir os ou defeituosos sa da do arranjo m dulos afetados Baixos n veis de Queda de tens o na Esperar por tempo insola o dispon vel sa da do arranjo ensolarado M dulos sujos Queda de tens o na Limpar os m dulos sa da do arranjo Orienta
145. ente pelas partes met licas Entretanto se partes do bulbo forem tocadas as manchas poder o ser limpas com lcool As l mpadas hal genas duram quase duas vezes mais do que as l mpadas incandescentes convencionais e sua efici ncia quase o dobro Est o dispon veis em uma ampla faixa de pot ncia e geralmente possuem um refletor preso ao bulbo para intensificar a luminosidade Algumas destas podem operar em 12 Volts 5 1 1 3 L mpadas Fluorescentes As l mpadas fluorescentes s o l mpadas que operam partir da descarga el trica em gases O princ pi de funcionamento completamente diferente das incandescentes As l mpadas fluorescentes s o constitu das por um tubo de vidro em cujas extremidades se localizam eletrodos de tungst nio recobertos uma camada de xidos emissores de el trons O meio interno das l mpadas fluorescentes cont m uma pequena quantidade de g s inerte geralmente o arg nio que facilita a forma o da descarga inicial Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos gotas de merc rio que ser o vaporizadas durante o per odo de aquecimento da l mpada As descargas el tricas quando em contato com o g s produzem luz ultravioleta Por m como a luz ultravioleta invis vel as l mpadas fluorescentes possuem camada de uma subst ncia fosforescente depositada na face interna do tubo para corre o de cor Tal camada converte as radia es ultraviol
146. envolvimento de acess rios e equipamentos complementares para Sistemas Fotovoltaicos com qualidade e vida til compar veis s dos m dulos fabricantes de m dulos de Sil cio cristalino est o garantindo seus produtos por 25 anos enquanto os de il cio amorfo est o dando em torno de 10 anos de garantia Sistemas de armazenamento e de condicionamento de pot ncia t m sofrido grandes impulsos no sentido de aperfei oamento e redu o de custos O atendimento de comunidades isoladas tem impulsionado busca o desenvolvimento de fontes renov veis de energia No Brasil por exemplo 15 da popula o n o possui acesso energia el trica Coincidentemente esta parcela da popula o vive em regi es onde o atendimento por meio da expans o do sistema el trico convencional economicamente invi vel Trata se de n cleos populacionais esparsos e pouco densos t picos das regi es Centro Oeste Nordeste e Norte not vel o impulso que a gera o de energia el trica por convers o fotovoltaica vem recebendo no Brasil nos ltimos anos atrav s de projetos privados governamentais atraindo interesse de fabricantes pelo mercado brasileiro A quantidade de radia o incidente no Brasil outro fator muito animador para aproveitamento da energia solar Visando apoiar os interessados na tecnologia fotovoltaica o GTES identificou a necessidade de literatura em l ngua portuguesa sobre o assunto e viabilizou a pre
147. eogr fico de modo a melhor receber os raios solares durante o ano e ser colocado inclinado com rela o horizontal de um ngulo pr ximo ao da latitude do lugar conseguindo se captar um m ximo de energia solar longo do ano evidente que pr ximo ao Equador o melhor posicionamento o horizontal sendo dada no entanto pequena inclina o para drenagem de gua na superf cie externa do equipamento entretanto como mencionado outras formas de montagem para um sistema de capta o solar que segui Sol tais como conjunto seguidor de 1 eixo Norte Sul de 1 eixo leste oeste e de 2 eixos ou altazimutal A Figura 2 1 6 apresenta para a Am rica Latina as curvas indicadoras do total di rio de radia o solar em kWh m2dia que incide em uma superf cie fixa orientada para o Norte Geogr fico e inclinada de um ngulo igual ao da latitude do lugar ao longo das esta es do ano Estes mapas de radia o s o suficientes para o dimensionamento na Am rica do Sul da rea de coleta para sistemas de convers o solar com montagens fixas inclinados com ngulo igual ao da latitude do local Quando for necess rio o projeto de sistemas de capta o com rastreamento solar ou se desejar fazer estudos de simula o onde s o necess rios valores instant neos dos componentes da radia o solar ou da radia o total global refletida instant nea os dados apresentados na Figura 2 1 6 s o insuficient
148. eral todo inversor deve ser dimensionado com uma folga de pot ncia 10 a 20 para aumentar a confiabilidade e sua vida til Efici ncia na convers o de pot ncia Efici ncia a rela o entre pot ncia de sa da e a pot ncia de entrada do inversor para uma carga resistiva A Figura 4 4 3 mostra a efici ncia t pica de um inversor para cargas resistivas Uma compara o Quadra modificada ou retangular Quadrada Tempo ht ET Figura 4 4 1 Formas de ondas t pi Fonte Photovoltaic System Technology An European Handbook B Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos mais til a efici ncia do inversor para cargas indutivas que s o os tipos de cargas mais frequentemente alimentadas pelo inversor A efici ncia de inversores isolados varia significativamente com o tipo de carga bastante dif cil medir a pot ncia de sa da quando a tens o de s do maior n mero de harm nicos existentes Em situa o deve se verificar o equipamento adequado para realizar medi o pois forma de onda pode induzir erros de a Deve se sempre utilizar equipamentos True RMS RMS verdadeiro A efici ncia dos inversores varia normalmente na faixa de 50 a 90 Deve se projetar um inversor visando alcan ar efici ncia superior a 90 Os valores especificados nos cat logos de fabricantes s o os valores m ximos que podem ser obtidos Quando oper
149. ergia dove ser eo desligada no momento de 2 sto eso Figura 8 2 8 Detectando um curto circuito Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 16 Mota A energia dove sor Ponta do desigada no momento aderamento do realizar elo teto 27 Figura 8 2 9 Detectando um aterramento indevido Verificar exist ncia de continuidade do aterramento Todos os objetos met licos envolvidos no sistema el trico caixas condutores e eletrodutos devem estar adequadamente aterrados Observar se os fios foram devidamente instalados conforme os c lculos de dimensionamento de forma evitar que a queda de tens o nos fios entre os componentes arranjo bateria e bateria carga jo real entre os fios durante a opera o n o seja superior 3 Se poss vel medir queda de tens normal Verificar se toda a fia o es especialmente nas dobras e nos pontos de fixa o adequadamente afixada Inspecionar o isolamento quanto desgaste A seguir apresentado um exemplo de planilha de inspe o Esta planilha que poder ser adaptada para atender a casos espec ficos tem o objetivo de ajudar o t cnico no momento em que estiver realizando a inspe o 16 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Exemplo de Planilha para Inspe o de Sistemas Fotovoltaicos Font Maintenance and Operation of Stand Alone Photovoltaic Systems Inspe o feita por Permiss o para desligar No
150. es requerendo o uso de programas computacionais especialmente desenvolvidos como por exemplo aqueles realizados por Rossi 1985 e Barzolla 1992 que utilizam c lculos de astronomia de posi registros solarim tricos Todos mapas de radia o solar dispon veis apoiaram se na sua consolida o em valores medidos A maior parte dos instrumentos de medi o dispon veis hoje no Brasil medem apenas n mero de horas de insola o Um n mero bem mais reduzido de equipamentos capaz de medir radia o global no plano horizontal Al m disso a escassez de pontos de medi o aumenta a dificuldade em estimar se corretamente recurso solar Isto concorreu para o desenvolvimento e ou aperfei oamento de t cnicas de tratamento destas grandezas de modo a gerar com o m ximo de fidelidade valores mais teis no dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos Paralelamente esfor os tem sido feitos para melhoria de dados tanto de radia o terrestre quanto por meio de sat lites Os instrumentos de medi o do recurso solar mais comumente encontrados s o os piran metros radi global actin grafos radia o global heli grafos n mero de horas de insola o e os piroheli metros radia o direta normal e baseiam se em sensores do tipo termopilhas pares bi met licos ou fotoc lulas Os equipamentos que utilizam as fotoc lulas como elemento sensor embora mais baratos apresentam a desvantagem de n o possuir
151. etamente carregadas Alguns t m outro LED para mostrar quando o arranjo fotovoltaico est carregando as baterias Outro LED pode mostrar quando o estado de carga da bateria est muito baixo Algumas vezes um volt metro usado para indicar tens o da bateria mostrando seu estado de carga aproximado Em sistemas grandes justifica se uma monitora o mais precisa Para tanto um amper metro pode informar corrente que flui da bateria Ele funciona como um veloc metro descrevendo como energia est sendo usada pela carga Outro uso para um amper metro mostrar a corrente que flui dos m dulos para as baterias Desta vez ele mostra o fluxo de energia que est sendo armazenado para uso futuro Com um radi metro pode se medir a insola o radia o solar incidente que est atingindo o arranjo desta forma poss vel medir o quanto de energia est dispon vel e estimar o desempenho do sistema Com instrumentos de medi o e LED s descrevendo o desempenho do sistema localiza o de falhas opera es de manuten o ficam mais f ceis Os instrumentos de medi o devem estar ligados apenas quando uma leitura est sendo realizada Por outro lado os LED s devem estar ligados continuamente Desvio da energia do arranjo Alguns controladores de carga t m a capacidade de desviar energia de um arranjo fotovoltaico para uma Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos arga n o cr
152. etas produzidas na descarga em luz vis vel Com o envelhecimento parte interna das extremidades do tubo toma se escura por causa do tungst nio existente filamento Falhas no tubo n o s o necessariamente causadas por quebra do filamento Mais frequentemente a camada de xidos emissores de el trons existente nos eletrodos gradualmente perdida a ponto do arco n o ser mais capaz de acontecer Quando l mpada nestas condi es ligada suas extremidades t m um forte brilho amarelo por m descarga no g s n o inic A luz produzida pelas l mpadas fluorescentes inclui se bem dentro da faixa vis vel e por isso sua efici ncia boa Tradicionalmente bulbos fluorescentes s o longos cilindros que v o de poucos Watts at dezenas de Watts Novas l mpadas de comprimento reduzido PL do termo ingl s parallel lenght est o dispon veis S o mais compactas e muitas vezes podem substituir as l mpadas incandescentes nos dispositivos convencionais bocais As l mpadas do tipo PL possuem o cilindro com uma forma compacta Est o dispon veis em diversos modelos com uma ampla faixa de pot ncia A Tabela 5 1 2 mostra informa es de um determinado fornecedor sobre a equival ncia entre l mpadas PL e incandescentes Cada fabricante de l mpadas PL costuma apresentar um quadro comparativo id ntico ao da Tabela 5 1 2 mas o consumidor deve prestar aten o em outros aspectos como por exemplo a qu
153. fa I vee 010 020 04 050 05 070 Figura 4 1 2 Curva t pica de pot ncia versus tens o para a c lula de sil cio monocristalino da Figura 4 1 1 Fonte Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual Corrente Amp res Pot ncia Wate 050 Ponto de Pot ncia a 040 a20 ump L 020 020 04 050 08 Voltagem Vote Figura 4 1 3 Par metros de pot ncia m xima Fonte Photovoltaic System Design Course Manual 48 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Conhecida ent o curva caracter stica IxV de uma c lula ou um m dulo pode se calcular Pot ncia m xima Pm Imp x Vmp n Imp x Vp A x Ie Fator de Forma FF Imp x Vmp Ise x Voc Onde Ic luz incidente Pot ncia luminosa incidente W m2 A rea til do m dulo m2 Corrente Imp x Vmp Ise x Voc Figura 4 1 4 Fator de Forma defini o Fonte Photovoltaic System Design Course Manual 4 1 4 Arranjo dos M dulos Os m dulos assim como as c lulas em um m dulo podem ser conectados em liga es s rie e ou paralelo dependendo da pot ncia e tens o desejadas Dispositivos fotovoltaicos conectados em s rie A conex o em s rie dos dispositivos fotovoltaicos feita de um terminal positivo de um m dulo um terminal negativo de o
154. fluxo de corrente proveniente fuga de corrente ou a O projetista deve verificar o que resulta em menor perda de energi queda de tens o introduzida pelo diodo de bloqueio A maioria dos controladores de carga j possuem em seus circuitos eletr nicos um diodo de bloqueio ou algum tipo de prote o que evitam o fluxo reverso Al m da fun o anterior eles protegem o circuito contra uma poss vel invers o de polaridade durante a instala o No caso 1 os diodos de bloqueio s o utilizados conforme mostrado na Figura 6 1 5 Neste caso eles s o respons veis por evitar que em arranjos em que haja conex o em paralelo de m dulos ou de fileiras conex o em s rie de m dulos ocorra fluxo de corrente de uma fileira com maior tens o para uma de menor tens o Os diodos de passo ou de bypass Figura 6 1 6 s o utilizados apenas para o caso 1 Eles evitam que corrente de um m dulo ou de uma fileira seja limitada pelo elemento de pior desempenho c lula ou 10 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos m dulo Esta queda de desempenho pode estar associada sombreamento ou defeito O diodo de passo serve como um caminho alternativo para a corrente e limita a dissipa o de pot ncia no elemento sombreado ou defeituoso Isso ocorre porque a queda de tens o reversa no m dulo ou c lula fica limitada pela tens o direta do diodo A Figura 6 1 6 auxilia na compreens o da opera o de um diodo de passo Os m d
155. gravitacional Sistemas de irriga o s o um exemplo de sistema aut nomo sem armazenamento pois toda gua bombeada imediatamente usada Al m das baterias e energia gravitacional mencionadas acima existem outras formas de armazenar a energia gerada como a produ o de hidrog nio ar comprimido flying wheel ete A Figura 3 1 mostra um esquema de um Sistema Fotovoltaico b sico Unidade de Arranjo controle e y Fotovoltaico condicionamento Usuarle de pot ncia Armazenamento Figura 3 1 Configura o b sica de Sistema Fotovoltaico Conforme mencionado anteriormente chama se sistemas h bridos aqueles em que estando desconectados da rede el trica existe mais de uma forma de gera o de energia como por exemplo gerador Diesel turbinas e licas e m dulos fotovoltaicos Estes sistemas s o mais complexos e necessitam de algum tipo de controle capaz de integrar os v rios geradores de forma a otimizar a opera o para o usu rio Existem v rias configura es poss veis assim como estrat gias de uso de cada fonte de energia A Figura 3 2 apresenta uma destas possibilidades Em geral utilizam se sistemas h bridos para o atendimento a cargas de corrente alternada CA x Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Armazenamento Arranjo d Fotovoltaico Unidade de E _ contre condicionamento usu rio de pot ncia
156. gual a latitude menos 15 Calcular corrente de projeto para os tr s ngulos de inclina o caso a demanda de carga varie muito ao longo do ano 22 Carga Corrigida Ah dia Ver campo 20 Planilha 1 Entrar com a carga corrigida para cada m s 23 Sol Pleno h dia m Entrar com um de 1000W Entrar com o n mero m dio de horas di rias nas quais insol lor para cada m s 24A BeC Corrente de Projeto A Calcular a corrente necess ria para o arranjo fotovoltaico alimentar as cargas do sistema NOTA A principio para selecionar o ngulo de inclina o do arranjo fotovoltaico determina se a maior corrente de projeto necess ria para cada um dos tr s ngulos de inclina o Em seguida seleciona se a menor corrente de projeto entre estas tr s possibilidades Este procedimento indica o melhor ngulo de inclina o para o arranjo fotovoltaico 25A 26A 25B 26B 25C 26C Corrente de Projeto A e Sol Pleno h dia Escolher e entrar com o maior valor mensal de corrente de projeto e com o n mero de horas de Sol Pleno correspondente extra dos respectivamente dos campos 24A B e C e 23A B e C 2728 Corrente de Projeto A e Sol Pleno h dia Escolher e entrar com o menor valor de corrente de projeto e com o n mero de horas de Sol Pleno correspondente extra dos respectivamente dos campos 26A B e C e 25A B e C Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 1
157. ho neces fornecida pelo tenha efici ncia do conversor que est sendo usado pode se usar os abaixo para o dimensionamento inicial sita de pot ncia CA ou CC em uma tens o diferente da tens tema deve se entrar com a efici ncia de convers o do dispositivo Caso n o se alores default dados na tabela Efici ncia Default na Convers o de Pot ncia CC para CA 0 80 CC para CC 0 85 Tens o Nominal do Sistema V Entrar com a tens o CC do sistema Valores usuais s o 12 24 48 120 Volts Consumo Amp res hora Ah dia Calcular o consumo m dio di rio da carga em Amp res hora Pot ncia Total das Cargas CA e CC W Adicionar a pot ncia das cargas individuais CA e ou CC HA Carga Total CC em Watts HB Carga Total CA em Watts 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 11 Consumo Total Amp re hora Ah dia Calcular consumo m dio di rio do sistema em amp res hora Pot ncia Total das Cargas CC W Entrar com o valor do campo LA Pot ncia Total das Cargas W Entrar com o valor do campo 11 Tens o Nominal do Sistema V Entrar com o valor do campo 9 Estimativa da Corrente de Pico A Calcular a corrente m xima operam simultaneamente Este valor usado para Consumo Total Amp re hora Entrar com valor do campo 12 Fator de Efici ncia da Fia o decimal 1 perda no fi
158. ia do cido sulf rico foi convertida em chumbo e di xido de chumbo come a a ocorrer produ o dos gases hidrog nio e oxig nio Isto acontece pois todo o material ativo das placas positivas foi completamente utilizado de maneira que elas n o s o mais capazes de converter a corrente de carga em energia eletroquimica Neste momento tens o da c lula torna se maior do que a tens o de gaseifica o eletr lise cerca de 2 39 Volts por c lula e t m in cio as rea es de sobrecarregamento acelerando a produ o de hidrog nio e oxig nio gaseifi consequente perda de gua equa o a seguir mostra rea o qu mica da eletr lise HO gt H 12 O Nas c lulas chumbo cido seladas esta rea o controlada para impedir a evolu o do hidrog nio e a perda de gua pela recombina o do oxig nio como ser detalhado a seguir A constru o b sica de uma c lula n o selada mostrada na Figura 42 4 A grade consiste de uma estrutura feita de chumbo met lico que suporta o material ativo das placas e conduz corrente el trica O material tradicionalmente usado para recentemente outras ligas em especial ligas de chumbo grades de chumbo uma liga de chumbo antim nio embora io tamb m t m sido utilizadas O antim nio um componente de liga que promove rea o de decompos o da gua eletr lise contida no eletr lito A eletr lise da gua raz o pela qua
159. ico associada s condi es padr o de testes STC Standard Test Conditions radia o solar de IkW m temperatura de c lula 25 C Massa de Ar 1 5 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos a Para cada ponto na curva IxV o produto corrente tens o representa a pot ncia gerada para aquela condi o de opera o A Figura 4 1 2 mostra que para uma c lula fotovoltaica e conseqiientemente para o m dulo existe somente uma tens o e correspondente corrente para a qual pot ncia m xima pode ser extra da importante ressaltar que n o existe gera o de pot ncia para condi es de circuito aberto e curto circuito j que tens o ou corrente s o zero respectivamente O ponto de pot ncia m xima corresponde ent o ao produto da tens o de pot ncia m xima Vmp corrente de pot ncia m xima Imp Os valores Pm Vmp Imp e Isc s o os cinco par metros que especificam o produto sob dadas condi es de radia o temperatura de opera o e massa de ar A Figura 4 1 3 mostra a curva caracter stica IxV superposta curva de pot ncia para an lise dos par metros O fator de forma FF uma grandeza que expressa quanto a curva caracter stica se aproxima de um ret ngulo no diagrama IxV Quanto melhor qualidade das c lulas no m dulo mais pr xima da forma retangular ser sua curva IxV A defini o do FF apresentada Figura 4 1 4 0 125
160. imidade e a fonte de tens o externa conectada entre estes anodos e o metal a ser protegido O anodo feito de um inerte tal como o grafite ferro com alta liga de sil cio ou um dos metais nobres embora estes ltimos n o sejam muito utilizados devido ao seu alto custo Para minimizar ou interromper o movimento dos el trons que fluem do metal para o eletr lito podem ser utilizados Sistemas Fotovoltaicos que fornecem a tens o necess ria para reverter o fluxo de corrente que passa ser do anodo para metal a ser protegido Deve se projetar um sistema que forne a uma corrente maior ou igual a corrente que causa a corros o Correntes excessivas devem ser evitadas pois elas podem resultar na forma o de bolhas no revestimento que protege o metal A corrente neces depender de muitos fatores tais como tipo de metal rea do metal em contato com o eletr lito superf cie exposta do metal composi o do eletr lito efic cia do revestimento do meta efeito da polariza o caracter sticas do solo onde o metal est enterrado resistividade forma da superf cie do metal cil ndrica plana tipo e tamanho do anodo utilizado A tens o ser aplicada pelo sistema depende da corrente necess ria e da resist ncia total do circuito de prote o cat dica A corros o come a na superficie exposta do metal e gradativamente penetra no mesmo A corrente necess ria para proteger superf cie exposta do
161. instala es el tricas convencionais que se aplicam a muitas quest es relacionadas ao projeto e instala o de Sistemas Fotovoltaicos N o existem normas brasileiras espec ficas sobre este assunto Entretanto as recomenda es apresentadas na se o 690 do C digo El trico Nacional National Electric Code NEC dos EUA podem ser utilizadas como refer ncia A seguir s o apresentadas algumas sugest es de seguran a para auxiliar o t cnico na instala o apropriada e segura dos Sistemas Fotovoltaicos Estabelecer e fazer cumprir os procedimentos de seguran a pessoa Seguir os c digos locais para instala es el tricas caso existam Instalar uma cerca ao redor do arranjo fotovoltaico caso o local onde ele esteja situado seja facilmente acessado por pessoas n o treinadas Cercar tamb m cargas mais distantes tais como bombas de gua autom ticas e Instalar controles equipamento condicionador de pot ncia instrumentos e bateri acesso seja controlado e protegidos contra umidade poeira insetos ete Fixar em local vis vel instru es para desconectar a energia do equipamento antes dos servi os para sua reconex o Cobrir o arranjo com uma manta ou uma cobertura quando trabalhando no sistema para reduzir o risco de um choque el trico Cabe lembrar no entanto que este procedimento n o garante que o m dulo n o esteja gerando n veis de tens o e corrente letais 1 e dos equipamentos
162. io reduzir tamanho verif baterias e ou operar as da carga encontrar e subdimensionamento cargas corrigir as falhas de ou fia o muito longa aterramento carga superdimensionadas falhas no aterramento ou exist ncia de diodos defeituosos Fia o ou conex es Reparar ou substituir frouxas quebrad fia o ou conex o queimadas ou danificada oxidadas Fia o ou conex es Reparar curto curto circuitadas ou circuitos e ou as falhas com falhas de de aterramento aterramento Pequenas cargas Desligar as cargas fantasmas inativas fantasmas ou mantidas pelo inversor aliment las com uma outra fonte de energia Polaridade da fia o Cargas inoperantes ou Corrigir a polaridade invertida operando invertidas da fia o Bibliografia Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 185 Bibliografia Cap tulo 1 Introdu o M G Ferreira Inser o da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil Gradua o em Energia USP S o Paulo 1993 Tese de Mestrado Programa de P s Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 C Flavin N Lenssen Power Surge Guide to the Coming Energy Revolution W W Norton amp Com pany 1994 12 Edi o S R Wenham and M A Green Silicon Solar Cells Progress in Photovoltaics Research and Aplica
163. iografia brasileira sobre energia fotovoltaica encontrava se praticamente esgotada Tendo em vista a implanta o do Plano de Revitaliza o e Capacita o do PRODEEM e do Programa Luz para Todos identificou se a necessidade de reedit la Com este relan amento temos a certeza de estarmos ampliando o p blico que ter acesso ao seu conte do e contribuindo para consolida o do uso da energia fotovoltaica no Brasil Apresenta o O PRODEEM Programa de Desenvolvimento Energ tico de Estados e Munic pios atualmente integrando o Programa Luz para Todos do Governo Federal passa por um profundo processo de revitaliza o Este processo consolidado no Plano de Revitaliza o e Capacita o do PRODEEM PRC fruto da experi ncia acumulada nas fases anteriores do Programa Discuss es Semin rios reuni es nos mais diferentes n veis visitas t cnicas inspe es consulta a especialistas permitiram um preciso diagn stico da situa o dos si patrocinados pelo PRODEEM Com base neste temas de gera o fotovoltai diagn stico o PRC est empreendendo diversas a es para que sustentabilidade do fornecimento de energia s comunidades atendidas pelo programa possa ser assegurad Capacita o pe a chave deste processo de revitaliza o com pessoas devidamente treinadas e motivadas que as transforma es ocorrem e se sustentam Publica es e outros instrumentos did ticos e de difus
164. l baterias convencionais devem ter gua adicionada periodicamente Assim com objetivo de reduzir decomposi o da gua na bateria durante seu Polaridade Terminal Eletrodo Material ativo Eletr lito Caixa Separador Figura 4 2 4 Princi ais partes constituintes de uma c lula eletroquimica Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos carregamento ligas de chumbo de chumbo c lcio tem sido as cio t m sido utilizadas A principal aplica o das grades feitas com ligas erias automotivas que em geral s o vendidas como manuten o Para impedir contato entre as placas positivas e negativas e consequentemente o curto circuito da c lula utilizam se isolantes finos chamados de separadores Estes separadores que podem ser feitos de vidro pl stico madeira amianto borracha ou fibra de vidro s o microporosos e permitem a livre passagem do eletr lito entre as placas ao mesmo tempo que impedem o contato f sico entre elas Os separadores tamb m ajudam fixar o material ativo nas pla Os tipos de bateria chumbo cido adequadas aos Sistemas Fotovoltaicos s o conhecidos como bateria solares ou baterias fotovoltaicas Os dois tipos de baterias chumbo cido mais comumente utilizadas para o t m sido baterias abertas com liga de baixo antim nio nas placas positivas e baterias sem s positiv
165. la o elas podem ser conectadas diretamente ao arranjo fotovoltaico sem necessidade de inclus o de bateria Entretanto uma boa rela o entre bomba e o arranjo fotovoltaico necess ria para um eficiente funcionamento Isto exige um profundo conhecimento das caracter stica de opera o da bomba e do arranjo fotovoltaico O desempenho de uma bomba centr fuga conectada diretamente ao arranjo fotovoltaico muito sens vel ao valor da radia o solar Assim quando o n vel de insola o se reduz corrente do arranjo ca e o motor gira mais lentamente Pequenas mudan as no n vel de insol em grandes mudan as na sa da da bomba podendo lev la n o superar a altura manom trica necess ria Em alguns casos o bombeamento ser interrompido at o retorno de n veis de insola o mais elevados o resulta Existem duas classes principais de bombas centr fugas as submers veis e as de superficie As submers veis trabalham afogadas enquanto as de superf cie necessitam de um cano para suc o Para as bombas de superf cie recomenda se uma altura de suc o m xima de aproximadamente 6 metros Alguns modelos como as auto aspirantes podem possuir alturas de suc o maiores lores de vaz o Existem sistemas instalados As bombas centr fugas s o adequadas uma ampla faixa de com capacidades que v o at cerca de 1000 m3 h 5 3 1 2 Bombas Volum tricas
166. lar incidente normalmente sobre Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 25 su a Oeste Norte Posi o sul Normal Superficie Leste P Oeste Superficie Norte Figura 2 1 2 Ilustra o dos ngulos e as b Coordenadas de orienta o da superf cie ay e B e o ngulo uma superf cie situada no topo da atmosfera Dados recentes da WMO World Meteorological Organiza tion indicam um valor m dio de 1367 W m para a radia o extraterrestre F rmulas matem ticas permitem o c lculo a partir da Constante Solar da radia o extraterrestre ao longo do ano fazendo a corre o pela rbita el ptica o eletromagn tica que se propaga uma velocidade de 300 000 km s podendo se observar aspectos ondulat rios e corpusculares Em termos de comprimentos de onda radia o solar ocupa a faixa espectral de 0 1 fm a 5 Hm tendo uma m xima densidade espectral em 0 5 que a luz verde atrav s da teoria ondulat ria que s o definidas para os diversos meios materiais as propriedades na faixa solar de absor o e reflex o e na faixa de 0 75 a 100 correspondente ao infra vermelho as propriedades de absor o reflex o e emiss o ver Figura 2 1 3 Por outro lado pela teoria corpuscular ou fot nica atrav s da mec nica qu ntica determinada a pot ncia emissiva espectral do corpo negro em termos de sua temperatura e do indice de refra
167. lo espa o Para uma montagem em telhados limitados ou de grandes arranjos onde o custo do solo importante pode ser conveniente realizar uma an lise do custo do solo versus perda de energia Outros aspectos que tamb m devem ser considerados da vegeta o as possibilidades de vandalismo e crescimento 7 2 2 Orienta o do Arranjo Fotovoltaico Coma finalidade de beneficiar se da m xima capta o de energia ao longo do ano duas condi es devem ser observadas A primeira considera que para uma opera o adequada os m dulos devem estar orientados em dire o ao Equador Para instala es localizadas no territ rio brasileiro Hemisf rio Sul os m dulos fotovoltaicos fixos devem estar orientados em dire o ao Norte Verdadeiro Por m esta regra pode n o ser v lida caso o clima local varie muito durante um dia t pico por exemplo se ocorre neblina durante manh e a maioria da insola o ocorre tarde ou caso se deseje privilegiar a gera o em alguma hora espec fica do dia Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 18 Na maioria das regi es o Norte Verdadeiro raras vezes coincide com o Norte Magn tico indicado pela b ssola A diferen a entre a dire o Norte Verdadeiro e Norte Magn tico chamada de Declina o Magn tica do Lugar A verifica o da dire o Norte Sul atrav s de uma b ssola est sujeita a grandes desvios Este fato pode ser percebido colocando se um pequeno i
168. longo dos dias dando origem s esta es do ano e dificultando os c lculos da posi o do Sol para u ser visto na Figura 2 1 1 A posi o angular do Sol ao meio dia solar em rela o ao plano do Equador Norte positivo chamada de Declina o Solar 8 Este ngulo que pode ser visto na Figura 2 1 1 varia de acordo com o dia do ano dentro dos seguintes limites 23 45 lt 8 lt 23 45 A soma da declina o com latitude local determina trajet ria do movimento aparente do Sol para um determinado dia em uma dada localidade na Terra As rela es geom tricas entre os raios solares que variam de acordo com o movimento aparente do Sol superf cie terrestre s o descritas atrav s de v gulos ver Figura 2 1 2 que s o definidos seguir Angulo de incid ncia ngulo formado entre raios do Sol e a normal superf cie de apta o ngulo Azimutal da Superf cie aw ngulo entre proje o da normal superficie no plano horizon tal e a dire o Norte Sul O deslocamento angular tomado a partir do Norte 180 lt aw lt 180 Obs Positivo quando a proje o se encontrar esquerda do Norte e negativo quando se encontrar direii ngulo Azimutal do Sol as ngulo entre a proje o do raio solar no plano horizontal e a dire o Norte Sul Obedece mesma conven o acima Altura Solar 0 ngulo compreendido en
169. ltaic Systems A Handbook of Recommended De sign Practices Revis o Nov 91 P Spirito G F Vitale Course on Electrical Energy Production from Renewable Energy Sources Photo voltaic Systems and Use of Local Resources S LE S Dpto de Engenharia Eletr nica Fev 1988 Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 Revis o 91 Cap tulo 7 Instala es Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assistence Center tems A Handbook of Recommended Design Practices 1991 tand Alone Photovoltaic Sys Grupo FAE DEN UFPE Curso para Instaladores de Pequenos Sistemas Fotovoltaicos Aut nomos Apostila 1993 Photovoltaic Design Assistance Center Architectural Energy Corporation Maintenance and Operation of Stand Alone Photovoltaic Systems Sandia National Laboratories 1991 Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 Cap tulo 8 Manuten o Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assistence Center Stand Alone Photovoltaic Sys tems A Handbook of Recommended Design Practices 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design
170. ltaico 23 Cap tulo 3 Configura es B sicas 35 3 1 Sistemas Isolado 3 1 1 Carga CC sem Armazenamento 3 1 2 Carga CC com Armazenamento 3 1 3 Carga CA sem Armazenamento 3 14 Carga com Armazenamento 3 2 Sistemas Conectados Rede temas Resident Medi o nica do Balan o de Energia 37 37 37 38 38 39 3 2 2 Sistemas de Grande Porte Cap tulo 4 Componentes B sicos 4 1 M dulo Fotovoltaico 4 1 1 C lula Fotoyoltaic 4 1 2 Caracter sticas Construtivas dos M dulos S dos M dulos 45 413 Caracter sticas El tri 4 1 4 Arranjo dos M dulos 4 1 5 Fatores que Afetam as Car 4 2 Baterias 4 2 1 Terminologia 4 2 2 Baterias Recarreg veis 422 1 Baterias Chumbo Acido 4 Baterias N quel C dmio 4 2 3 Caracter sticas Ideais para Uso em 43 Controladores de Carga 4 3 1 Tipos de Controladores de Carga 4 3 2 Detalhamento das Caracter sticas e Fung 4 3 3 Controladores de Carga Baseados em Tens o 4 3 4 Caracter sticas Ideais para Uso em Sistemas Fotovoltaicos 4 4 Inversores 4 4 1 Tipos de Inversores 4 4 2 Caracter sticas dos Inversores 4 5 Conversores CC CC 4 6 Seguidor do Ponto de M xima Pot ncia Cap tulo 5 Caracter sticas das Cargas 5 1 Ilumina o 5 1 1 Tipos de L mpadas e suas Caracteristi 5 1 1 1 L mpadas Incandescentes 5 1 1 2 L mpadas Incan
171. ltaicos requerendo freq entemente o uso de telas Em meio fortemente corrosivo perto do com umidade e calor elevado deve se realizar veda o total da caixa de controle preenchendo a com um elast mero base de silicone fim de evitar risco de Equipamentos de controle n o devem ser instalados no mesmo compartimento que as baterias pois estas podem produzir um ambiente corrosivo l quidos e gases Outro aspecto importante que controle deve sempre ser instalado isolado de fontes de ru do eletr nico Quando o controlador de carga possuir um dispositivo de compen equipamento dever ser presa pr xima bateria de acordo com as recomenda L ponta do sensor deste des do fabricante 7 5 Prote es Em Sistemas Fotovoltaicos assim como em qualquer sistema el trico utilizam se chaves e fus veis pa proteger as pessoas e os equipamentos de surtos de corrente e ou tens o que possam ocorrer Algumas vezes os projetistas de Sistemas Fotovoltaicos preferem substituir as chaves e fus veis por di que possuem elevada confiabilidade e evitam o desconforto da troca de fusiveis a As chaves oferecem a possibilidade de interromper o fluxo de corrente em casos de emerg ncia ou para manuten o Os fusiveis e ou disjuntores permitem proteger os condutores equipamentos e componentes nos casos de correntes elevadas por um curto circuito no sistema consumo elevado ou falha no ate
172. m perto da b ssola que sofrer uma altera o em sua dire o Deve se consultar o Mapa de Declina o Magn tica ver em anexo para achar a corre o angular que dever ser aplicada leitura da b ssola e cuidar se para obter uma leitura correta com a b ssola evitando objetos met licos fontes de campos magn ticos etc A segunda condi o ser observada refere se ao ngulo de inclina o dos arranjos fotovoltaicos Em geral a inclina inferior 10 para impeza dos m dulos Vale lembrar ainda que em locais com muita poeira necess rio limpar regularmente superf cie do m dulo uma vez que a sujeira afeta capta o de luz reduzindo o seu desempenho No entanto deve se cuidar para n o danificar vidro ou qualquer outro material de cobertura do m dulo jo deve ser igual latitude do local onde o sistema ser instalado mas nun favorecer a O ngulo de inclina o que maximiza a gera o de energia varia com a poca do ano com a latitude do local onde sistema ser instalado Para maximizar energia gerada ao longo do ano inclina o do arranjo fotovoltaico deve estar dentro de 10 no entorno da latitude do local Por exemplo um sistema usado longo de todo ano em uma latitude de 35 pode ter um ngulo de inclina o de 25 45 uma redu o significativa no seu desempenho anual Dependendo da aplica o e das condi es clim ao longo do an
173. m baixa tens o s o usados para acionar compressor que pode ser diretamente conectado s baterias As principais caracter sticas destes refrigeradores s o baixo consumo de energia alimenta o em 12 CC ou 24 CC grupo compressor herm tico de alta confiabilidade componentes de alta qualidade prote o contra corros o manuten o reduzida restrita apenas limpeza Al m disso os refrigeradores destinados conserva o de vacinas podem ser homologados pela Organiza o Mundial de Sa de caso haja interesse do fabricante o que pode significar um produto de melhor qualidade 5 2 1 Aplica es Uso dom stico geral acinas e medicamentos em postos de s Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 5 2 2 Tipos Dispon veis no Mercado Atualmente est o dispon veis no mercado refrigeradores com capacidades que v o de dezenas centenas de litros para as diversas apli i 5 3 Bombeamento de gua O arranjo fotovoltaico uma fonte vari vel de tens o de maneira que a tens o de funcionamento depende da carga a ser utilizada As cargas pequenas e que t m uma boa rela o entre demanda de energia intensidade solar muitas vezes podem ser conectadas diretamente a um arranjo fotovoltaico dispensando bateria e controlador de carga Um conjunto moto bomba que pode ser submerso ou de superf cie acionado por exemplo por um pequeno motor de 12V CC pode ser
174. m gerados a partir de res duos de plantas e animais que originalmente obtiveram a energia necess ria ao seu desenvolvimento da radia o solar As rea es qu micas s quais a mat ria org nica foi submetida altas temperaturas e causa da energia do Sol que a mat ria org nica como cana de a car capaz de se desenvolver fazer fotoss ntese para posteriormente ser transformada em combust vel nas usinas Algumas formas de utiliza o da energia solar s o apresentadas a seguir Energia Solar Fotot rmica Nesse caso estamos interessados na quantidade de energia que um determinado corpo capaz de absorver sob a forma de calor a partir da radia o solar incidente no mesmo A utiliza o dessa forma de energia la Os equipamentos mais difundidos com o objetivo espec fico de se implica saber capt la e armazen utilizar energia solar fotot rmica s o conhecidos como coletores solares Os coletores solares o aquecedores de fluidos l quidos ou gasosos e s o classificados em coletore concentradores e coletores planos em fun o da exist ncia ou n o de dispositivos de concentra o da radia o solar O fluido aquecido mantido em reservat rios termicamente isolados at o seu uso final gua aquecida para banho ar quente para secagem de gr os gases para acionamento de turbinas etc Os coletores solares planos s o hoje largamente utilizados para aqueci
175. me cr ticas autorizada por Cargo 01 Medidores do sistema Requer servi o Sim Medidor fixo Medidor port til O Tens o do painel O Tens o da bateria O Corrente do painel O Corrente da carga 02 LEDs e outros indicadores para estado de carga das baterias Requer servi o Situa a dos indicadores Sim N o Ligado Desligado O Em Carga O Carga completa 2 Carga desligada por baixa tens o 03 Medi es nos instrumentos port teis Requer servi o Sim TEns o total do banco de baterias Corrente de carga Continuidade do sistema de aterramento Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 167 04 Dispositivos de interrup o Requer servi o No in cio da inspe o Sim Nat Instalado Fechado Aberto 8 Painel O O O 6 Banco de baterias O O Polaridade correta O 0 O O Carga O O A partir daqui todos os dispositivos de interrup o devem estar abertos 05 Fia o Requer servi o Dispositivos de interrup o no lugar e abertos Aus ncia de curto circuitos Exist ncia de aterramento Conven o de cores dos fios correta Interruptores disjuntores e rel s sem danos de arco Isolamento de condutores eletrodutos sem danos Conex es dos condutores sem danos e presas Descri o de defici ncias identificadas 06 Controlador de carga Requer servi o im
176. medida que os m dulos fotovoltaicos ca rem de pre o prov vel que os modelos menos sofisticados ganhem mercado Outras perguntas est o relacionadas aos tipos de motor e bomba serem utilizados Algumas respostas estas e outras quest es relativas a Sistemas Fotovoltaicos para bombeamento de gua podem ser encontradas na bibliografia complementar Existem hoje alguns fabricantes que disponibilizam linhas de produtos espec ficos para aplica o fotovoltaica Muitas vezes motor bomba e elementos de condicionamento de pot ncia s o vendidos como parte de um kit completo A melhor maneira de dimensionarmos sistemas deste tipo seguirmos procedimentos indicados pelos fabricantes Estes procedimentos baseiam se em avalia o do desempenho do sistema sob diversas condi es de opera o O projetista dever obter informa es sobre altura manom trica e vaz o al m do recurso solar De posse destes dados ele identifica o sistema mais adequado dentro da linha de produtos do fabricante e verifica a pot ncia necess ria para o painel fotovoltaico e capacidade do tanque caso exista Na falta de procedimentos espec ficos pode se adotar m todos simplificados que permitam uma estimativa inicial para o dimensionamento dos diversos blocos Neste caso valores t picos de efici ncias para motores bombas e circuitos de condicionamento de pot ncia s o utilizados 6 3 Dimensionamento de Sistemas Fo
177. mento est o associados Descone A rela o entre estado de carga e as quant ete e sua depend ncia de par metros externos em especial a temperatura n o bem entendida A Figura 4 2 2 mostra as caracter sticas do carregamento de uma c lula chumbo cido Pode se verific que estado de carga resultante do produto do tempo com taxa de carga tem uma rela o bastante complexa com a tens o e corrente de carregamento taxa de carga tens o varia muito lentamente faixa de 30 a 80 do estado de carga Assim se descarga da bateria deve ser limitada precisamente por exemplo em 40 ser dif cil determinar um nico valor de tens o que represente este estado de carga Isto se torna ainda mais dif cil se forem considerados os efeitos de envelhecimento temperatura taxa de descarga ete Controladores que apresentam op es de compensa o de temperatura e de corrente precisam Tens es Nominais Volts Par metros Unidades 6 2 36 as Mix de Circuito q gt gt Aberto do Arranjo jet 2 Queda de Tens o 05 05 050 Volts 7 40 1 143202 429506 Carregamento Reinicio do E a EETA Volts 132403 396409 Consumo de Comente 10 10 10 10 10 ER EE OE 20450 20450 20440 26450 Opera o ad oc sags Tens o de Desconex o Volts 11 5 02 460 08 Reconexiol Valls 130402
178. mento de gua em resid ncias hospitais hot is ete devido ao conforto proporcionado e redu o do consumo de energia el tri Sistemas de m dio e grande porte utilizando concentra o come am a ser testados visando a apli na gera o de energia el trica Nesse caso vapor ou rea o qu mica produzidos acionam turbinas Arquitetura Bioclim tica Chama se arquitetura bioclim tica o estudo que visa harmonizar as construg locais pensando no homem que habitar ou trabalhar nelas e tirando partido da energia solar atrav s de correntes convectivas naturais e de microclimas criados por vegeta o apropriada a ado o de solu es s adaptadas s condi se da luz e do calor provenientes da radia o solar incidente A inten o do uso da luz solar que implica em redu o do consumo de energia para ilumina o condiciona o projeto arquitet nico B Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos quanto sua orient ial quanto s dimens es de abertura das janelas e transpar ncia cobertura das mesmas Por outro lado inten o de aproveitamento do calor proveniente do Sol implica sele o do material adequado isolante ou n o conforme as condi es clim ticas para paredes veda es e coberturas superiores e orienta o espacial entre outros fatores A arquitetura bioclim tica n o se restringe a caracter sticas arquitet nicas adequadas Preocupa se tamb m c
179. motos e in spitos Tamb m devem ser consideradas as perdas relativas aos componentes que embora n o sejam considerados b sicos s o de igual import nci para o seu funcionamento adequado Trata se do Balan o do Sistema BOS derivado da express o em ingl s Balance of System O BOS envolve os condutores diodos de bloqueio prote es ete Este cap tulo pretende ajudar o leitor a projetar o seu Sistema Fotovoltaico Na se o 6 3 s o apresentadas planilhas que auxiliam o projetista no dimensionamento de SFs isolados com aplica es que v o desde residencial at sistemas de m dio porte para cargas concentradas As informa es para o preenchimento das planilhas tamb m est o inclu Os leitores efetivamente interessados em dimensionar um sistema devem escolher a ferramenta planilhas ou software adequada ao seu projeto e aplic la O texto deste capitulo busca apenas esclarecer as quest es fundamentais relacionadas com o assunto e direcionado aplica o das planilhas apresentadas na se o 6 3 6 1 Etapas do Projeto de um Sistema Fotovoltaico Como pode ser visto na Figura 6 1 1 os blocos b sicos de um SF s o gera o fotovoltaica e outras fontes armazenamento de energia e unidades de controle e condicionamento de pot ncia Partindo dos dados meteorol gicos e de uma boa estimativa da curva de carga o projetista ir dimensionar ou especificar cada um destes blocos al m dos demais com
180. na o do estado de carga das baterias que s o o Densimetro e a Tens o de Circuito Aberto Densimetro Um densimetro algumas vezes chamado de hidr metro indica o estado de carga da bateria determinando a densidade do eletr lito A densidade a medida do peso espec fico do eletr lito comparado com o peso espec fico da gua Pode se usar peso espec fico como indica o do estado de carga apenas nos casos de baterias que possuem eletr lito cido O peso espec fico do eletr lito em baterias de n quel c dmio n o muda ignificativamente com os diferentes estados de carga A densidade um indicador do estado de carga da bateria mas sua faixa de varia o pequena Valores t picos est o apresentados na Figura 8 2 5 Pelo fato dos fluidos quentes serem menos densos do que os fluidos frios quando as baterias encontram a temperatura de 30 C faz se necess rio realizar uma compensa o de temperatura Por este motivo a temperatura do eletr lito precisa ser cuidadosamente medida e controlada Para isso alguns hidr metros possuem term metros embutidos Nos casos em que o hidr metro n o possui este recurso pode se usar um term metro de vidro de precis o Para cada 5 5 C acima ou abaixo de 309C um fator de 0 004 g cm ser subtra do nos casos em que a temperatura da bateria estiver acima de 30 C ou somado nos casos em que temperatura estiver abaixo de 30 C ao
181. nergy Center Photovoltaic System Design Laboratory Manual FSEC GP 36 88 1988 Borba Conversor para Acoplamento de Sistemas Fotovoltaicos Rede Trif sica Tese UFRJ COPPE 1995 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Cap tulo 4 Componentes B sicos Conversores CC CC Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assi tems A Handbook of Recommended Des M S Imamura P Helm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC H S Stephens amp Associates 1992 S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovoltaic Sys tems Prentice Hall International Ltd 1991 Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Laboratory Manual FSEC GP 36 88 1988 Cap tulo 4 Componentes B sicos MPPT M S Imamura PHelm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook H S Stephens amp Associates 1992 Cap tulo 5 Caracter sticas das Cargas Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assistence Center Stand Alone Photovoltaic Sys tems A Handbook of Recommended Design Practices 1991 M G Thomas Water Pumping The Solar Alternative Photovoltaic Systems Design Assistance Center Sandia National Laboratories SAND87 0804 1992 S Robe
182. ntes de medi o em locais pr ximos devem sempre ser procurados Outra importante fonte de informa o o programa SUNDATA dispon vel na p gina do CRESESB na internet www cresesb cepel br sundatn htm onde podem ser obtidos valores m dios para o ponto mais pr ximo ao ponto de interesse O SUNDATA tamb m ajuda a identificar inclina o mais adequada para o painel fotovoltaic Radia o Solar Unidades Fatores de Convers o Para Converter de Para Multiplique por cal em Jem 4 1868 2 Wim 6978 cal em kWh m 0 01163 Jem cal em 0 23885 Jem kWh m 0 0027778 kWh m cal em 85 985 kWh m Yom 360 Langley 2 Wim cal em min 0 0014331 Wim mcal em2 s 0 023885 m2 dia kWh m2 dia 0 27778 Langley dia kWh m2_ dia 0 01163 Tabela 6 1 1 Unidades para radia o solar e fatores de convers o Pot ncia Wim 1000 Meio Dia horas Sol Pleno Figura 6 1 2 Perfis de radia o solar di ria com valores equivalentes de SP w Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Maiores detalhes sobre radia o solar s o apresentados no Cap tulo 2 se o 1 Radia o Solar capt convers o Informa es adicionais sobre dados dispon veis como onde encontrar medi o estimativa da radia o solar podem ser encontradas na bibliografia complementar No m todo de
183. o Entrar com a fra o decimal de acordo com a perda de energia causada pela fia o Este fator pode variar entre 0 95 a 0 99 dimens o do fio deve ser escolhida de forma a manter a perda nos fios em qualquer circuito simples menor do que 3 maior do que 0 97 Valor Padr o para a Efici ncia da Fia o 0 98 Fator de Efici ncia da Bateria decimal Entrar com a efici ncia da bateria que igual ao n mero de Amp res hora de sa da dividido pelo n mero de Amp res horas de entrada Usar dados do fabricante para bateria espec fica Assumir tens o de opera o constante Valor Padr o para a Efici ncia da Bateria 0 95 Consumo Amp re hora Corrigido Ah dia Calcul m dia di ria necess ria para alimentar a carga 102 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Planilha 2 Determina o da Corrente e do ngulo de Inclina o do Arranjo 21 Localiza o do Sistema Localiza o da Medi o Entrar com a latitude e longitude do local onde ser instalado o sistema e do local de medi o dos dados de insola o utilizados NOTA Um arranjo instalado no ngulo igual latitude do local maximizar a energia nual produzida Se demanda de carga mais elevada no ver o Hemisf rio Sul o ngulo de inclina o do arranjo deve ser igual latitude do local mais 15 Para cargas predominantes no inverno ngulo de inclina o do arranjo deve ser i
184. o Outro uso espacial que impulsionou o desenvolvimento das c lulas solares foi a necessidade de energia para sat lites A crise energ tica de 1973 renovou ampliou interesse em aplica es terrestres Por m para tornar economicamente vi vel essa forma de convers o de energia seria necess rio naquele momento reduzir em at 100 vezes o custo de produ o das c lulas solares em rela o ao daquelas c lulas usadas em explora es espaciais Modificou se tamb m o perfil das empresas envolvidas no setor Nos Estados Unidos as empresas de petr leo resolveram diversificar seus investimentos englobando a produ o de energia partir da radia o solar Em 1978 a produ o da ind stria no mundo j ultrapassava marca de 1 MWp ano O objetivo das pesquisas americanas na d cada de 80 era fornecer de 1 a 5 5 de toda a energia el trica consumida no ano 2000 nos Estados Unidos atrav s da convers o fotovoltaica Em 1998 a produ o de c lulas fotovoltaicas atingiu a marca de 150 MWp sendo o Sil cio quase absoluto no ranking dos materiais utilizados O Sil cio segundo elemento mais abundante na crosta terrestre tem ido explorado sob diversas formas monocristalino mono Si policristalino poly Si e amorfo a Si No entanto a busca de materiais alternativos intensa e concentra se na rea de filmes finos onde sil cio amorfo se enquadra C lulas de filmes finos al m de utilizarem menor
185. o de informa o espec fica para dar suporte ao treinamento de pessoal est o caminho Esta reedi o tamb m faz parte deste esfor o O Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos agora reeditado j uma obra cl ssica em nosso meio Esta obra resultado do esfor o de in meros profissionais e colaboradores Ao longo destes ltimos anos tem sido um fiel companheiro de trabalho dos pioneiros que fizeram e fazem hist ria do uso da energia fotovoltaica no Brasil Nesta atual fase do PRODEEM ser mais uma vez um valioso instrumento o treinamento das equipes que percorrer o o Pa s imbu das da nobre miss o de assegurar o suprimento de energia para as comunidades atendidas pelo Programa Em breve os resultados desta revitaliza o do PRODEEM estar o evidentes e contribuindo efetivamente para o cumprimento das metas do Programa Luz para Todos Paulo Augusto Leonelli Diretor do PRODEEM Apresenta o da Primeira Edi o que apresentamos o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Este Manual fruto da iniciativa dos membros do subgrupo Manuais do GTES Grupo de Trabalho de Energi Solar que conseguiram em paralelo com suas atividades regulares elaborar o presente material O GTES criado em setembro de 1992 nasceu da necessidade de fomentar discutir e difundir quest es ligadas Tecnologia Solar Fotovoltaica envolvendo pessoas e ou institui es de perfis
186. o pode se utilizar outras inclina conforme mencionado no Cap tulo 6 s que privilegiem a gera o em pocas espec ficas 7 2 3 Montagem da Estrutura dos M dulos O suporte do m dulo fotovoltaico tem como fun o posicion lo de maneira est vel Al m disso ele deve assegurar a ventila o adequada permitindo dissipar o calor que normalmente produzido devido a o dos raios solares Isto importante porque a efici ncia das c lulas diminui com a eleva o da temperatura que podem inclusive chegar a falhar Em qualquer caso o suporte uma estrutura concebida especialmente para se adaptar ao terreno e latitude local Os m dulos fotovoltaicos devem ser montados sobre esta estrutura que deve ser leve r gida e de geometria adequada para dar a orienta o e o ngulo de inclina o fixo ou vari vel necess rios fim de assegurar a m xima capta o da luz solar durante ano e dotar o conjunto de uma rigidez mec nica que permita suportar ventos fortes Na Figura 7 2 1 s o mostradas as formas mais usuais de instala o dos m dulos fotovoltaicos cujas vantagens e desvantagens s o destacadas na Tabela 7 2 1 Em sistemas residenciais de pequeno porte usualmente os m dulos fotovoltaicos s o instalados sobre o telhado quando a casa possui resist ncia estrutural adequada Caso contr rio por exemplo com telhados de telha palha etc ou quando por raz es de posicionament
187. o da casa seu telhado n o recebe Sol suficiente o m dulo pode ser instalado na parte superior de um poste colocado ao lado da Um exemplo interessante de fixa o de m dulos para Sistemas Fotovoltaicos pequenos em resid ncias mostrado nas Figuras 7 2 2 e 7 2 3 O destaque deste suporte deve se sua simplicidade com conseqiiente redu o de gastos com material leveza facilidade de instala o e aplicabilidade aos diversos tipos de constru es encontrados no Brasil No sistema da Figura 7 2 2 a fixa o se d atrav s de dois conjuntos abracadeira batente que comprimem a parede em dois pontos Um outro fator importante que ele permite ao usu rio um ajuste semestral do m Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Forma de Sings Vantagens Desvantagens Fixa o Forma mais cl ssica quandoo Montagem muito acess vel n mero de m dulos muito facilitando a possibilidade de grande danos Solo Estrutura mais robusta Maior probabilidade de ser Minima influ ncia do vento atingido por sombras Grande facilidade de montagem Cabos de interconex o e manuten o longos Adequado a sistemas de pequeno 9 Necessita de um mastro ou tamanho at m poste e Montagem f cil simples Menor resist ncia e maior Poste exposi o ao vento que o anterior Cabos de interconex o longos e Estrutura muito leve Depende da robustez da Dificil aces
188. o de chumbo em chumbo e restabelece o balan o qu mico da c lula O resultado final que o oxig nio fica circulando das placas positivas para as placas negativas durante o sobrecarregamento e n o perdido Este processo s acontece com o oxig nio Isto ocorre pelo fato da c lula estar limitada positivamente para impedir as placas negativas de alcan arem o estado de carregamento total e consequentemente produzir hidrog nio que absorvido muito lentamente Como parte do ciclo de oxig nio deve haver um fluxo livre de g s oxig nio das placas positivas para as placas negativas do que das placas negativas Assim as placas positivas s negativas atinjam este estado Isto importante para que somente as placas positiv As c lulas seladas podem resistir a uma completa descarga mais eficientemente do que os outros tipos de c lula chumbo cido Entretanto elas devem ser recarregadas mais r pido poss vel para impedir danos permanentes Outra tecnologia que vem sendo explorada o uso de v lvulas de recombina o catal tica onde o oxig nio o hidrog nio provenientes da eletr lise s o recombinados e transformados em gua As principais desvantagens das baterias seladas s o custo curto ciclo de vida para ciclos profundos e n o possibilidade de serem distribu das e ou armazenadas sem o eletr lito Embora tenham uma baixa taxa de auto descarga podem ser prejudicadas permanentemente
189. o na dire o do sol tens o pode ser medida entre os terminais positivo e negativo atrav s de um volt metro Se n o houver ainda nenhuma conex o de qualquer equipamento ao m dulo a corrente n o flui ent o esta medida denominada tens o de circuito aberto Voe A corrente deve ser medida por um amper metro e ainda sem as conex es de qualquer equipamento se ligarmos os terminais de um m dulo diretamente haver uma corrente fluindo denominada corrente de curto circuito Isc neste caso a tens o zero Curva caracter stica IxV Quando um acess rio conectado as medidas de corrente e tens o podem ser plotadas em um gr fico De acordo com as mudan as de condi es da carga novos valores de corrente e tens o s o medidos quais podem ser representados no mesmo gr fico Juntando todos os pontos gera se uma linha denominada curva caracter stica IxV vide Figura 4 1 1 Normalmente estas curvas est o associadas s condi es em que foram obtidas intensidade da radia o temperatura etc Corrente Amp res 125 lse 1 00 075 0 50 0 25 Voe 010 020 030 040 050 08 070 Voltagem Volts Figura 4 1 1 Curva caracter stica IxV t pica de uma c lula de sil cio monocristalino normalizada pela corrente de curto circuito Fonte Photovoltaic System Design Course Manual 1 A especifica o da pot ncia do m dulo fotovoltaico dada em Wp Watt p
190. o previsto para o BFV Conant amp res Pot ncia Wats 100 ae See Mor NSS aa 0 75 0 50 0 20 0 25 010 PER A ES 020 040 050 060 070 Voltagem Volts Figura 4 6 2 Perda de pot ncia do BFV em rela o ao a mesma condi o e para exemplo da Figura 4 1 3 Caracter sticas das Cargas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 87 Cap tulo 5 Caracter sticas das Cargas Fotovoltaicos aut nomos geram eletricidade em corrente cont nua CC atrav s de c lulas s a partir da luz solar para uso pelo consumidor por exemplo em resid ncias escolas postos m dicos etc A eletricidade gerada por c lulas fotovoltaicas diferencia se da eletricidade convencional fornecida pela rede el trica pelo fato dessa ser distribu da em corrente alternada CA Os equipamentos e utens lios dom sticos normalmente encontrados no mercado s o projetados funcionamento em corrente alternada em geral nas tens es de 110 e 220 Volts embora hajam tamb m v rios equipamentos dispon veis para operarem diretamente em corrente cont nua Esses s o vendidos em lojas especializadas e dificilmente s o encontrados fora dos grandes centros urbanos Por esta raz o algumas vezes faz se necess rio o uso de um equipamento inversor para que energia el trica em corrent
191. o sol Estas ltimas grandezas s o teis no dimensionamento de sistemas com concentra o da radia o solar e ou equipados com seguidores do movimento do Sol trackers Os dados de radia o solar podem estar especificados em termos de fluxo de pot ncia valores instant neos ou energia com diversos per odos de integra o por unidade de rea A forma mais comum de apresenta o dos dados de radia o atrav s de valores m dios mensais para energia acumulada ao longo de um dia Tamb m comum determinar se um Ano Meteorol gico Padr o ou T pico com informa es armazenadas ao longo de v rios anos Existem diversas unidades para se representar valores de radia solar A Tabela 6 1 1 mostra algumas destas unidades e os fatores de convers o Uma forma bastante conveniente de se expressar valor acumulado de energia solar ao longo de um dia atrav s do n mero de horas de Sol Pleno Esta grandeza reflete o n mero de horas em que radia o solar deve permanecer constante e igual 1 kW m 1000 W m de forma que a energia resultante seja equivalente energia acumulada para o dia e local em quest o Mostra se abaixo um exemplo de c lculo do n mero de horas de Sol Pleno SP para um caso em que a energia di ria acumulada de 6 kWh m2 kWh dia A Figura 6 1 2 ajuda na compreens o desta grande Os m todos de tratamento de dados utilizam modelos
192. ode ser retirado de uma c lula ou bate totalmente carregada Teoricamente uma bateria de 200 Ah deve ser capaz de fornecer corrente de 200 A durante 1 hora ou 50 por 4 horas ou 4 A por 50 horas ou ainda 1 por 200 horas Um fator que influencia na capacidade da bateria a velocidade de carga ou descarga Quanto mais lento for o descarregamento ligeiramente maior ser a sua disponibilidade de carga e vice versa Os fabricantes normalmente fornecem a capacidade para cada regime de des Outro fator que influent pacidade a temperatura de opera s para trabalharem a 250C Assim temperaturas mais baixas reduzem significativamente sua temperaturas mais altas resultam em uma capacidade ligeiramente maior acarretando contudo aumento da perda de gua e diminui o do n mero de ciclos durante a vida til da bateria Carga Convers o de energia el trica em potencial eletroqu mico no interior da c lula C lula a unidade eletroqu mica b sica de uma bateria e possui uma tens o caracter stica que depende dos materiais nela contidos Uma c lula uma combina o de dois eletrodos e do eletr lito Quando uma c lula est descarregando ocorrem rea es qu micas entre o material ativo de cada eletrodo e o eletr lito que produzem eletricidade Durante o processo de carga rea o inversa ocorre consumindo energia A polaridade dos eletrodos in e negativo n o se toquem Caso isto
193. om o desenvolvimento de equipamentos e sistemas que s o necess rios ao uso da edifica o aquecimento de gua circula o de ar e de gua ilumina o conserva o de alimentos etc e com o uso de materiais de conte do energ tico t o baixo quanto poss vel Energia Solar Fotovoltaica A Energia Solar Fotovoltaica energia obtida atrav s da convers o direta da luz em eletricidade Efeito Fotovoltaico O efeito fotovoltaico relatado por Edmond Becquerel em 1839 o aparecimento de uma diferen a de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor produzida pela absor da luz c lula fotovoltaica a unidade fundamental do processo de convers o Os principais eventos no desenvolvimento dos equipamentos de convers o da energi podem ser visualizados na Figura 1 1 de estado s lido e apenas em 1956 iniciou se a produ o industrial seguindo o desenvolvimento da microeletr nica Em 1876 foi concebido o primeiro aparato fotovoltaico advindo dos estudos das estrutura Inicialmente o desenvolvimento da tecnologia apoiou se na busca por empresas do setor de telecomunica es de fontes de energia para sistemas instalados em localidades remotas O segundo agente impulsionador foi a corrida espacial A c lula solar era e continua sendo o meio mais adequado menor custo e peso para fornecer quantidade de energia necess ria para longos per odos de perman ncia no espa
194. om taxa de descarga moderada C 6 Estacion rias s o direcionadas tipicamente para aplica es em que as baterias permanecem em flutua o e s o solicitadas ocasionalmente para ciclos de carga descarga Esta condi o t pica de sistemas de back up Fotovoltaicas so projetadas para ciclos didrios rasos com taxas de descarga reduzidas e devem suportar descargas profundas espor dicas devido a poss vel aus ncia de gera o dias nublados As baterias recarreg veis tamb m podem ser diferenciadas quanto forma de confinamento do eletr lito em abertas ou seladas As baterias abertas s o aquelas que necessitam de verific o peri dica do n vel do eletr lito Seu eletr lito l quido e livre n o confinado no separador e por e raz o devem trabalhar na posi o vertic As baterias seladas possuem o eletr lito confinado no separador ou sob a forma de GEL Elas tamb m conhecidas como sem manuten o porque n o necessitam de adi o de gua Os usu rios ligados aplica es em Telecomunica es costumam denomin las de baterias reguladas a v lvula Atualmente baterias similares s abertas est o sendo vendidas como seladas devido artif cios que ser o detalhados na pr xima se o As principais figuras de avalia o de baterias recarreg veis s o Densidade de Energia volum trica ou por peso Efici ncia Capacidade Vida C clica Ta
195. omo querosene ou gasolina gt Escovaras partes met licas utilizando uma solu o neutralizante composta por gua bicarbonato de s dio at que o conector possa ser facilmente removido Limpar as superf cies de contato do terminal da bateria e do conector com a solu o neutralizante Para obter uma superf cie lisa pode se usar uma lixa Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 161 Caso as extremidades do cabo estejam oxidadas deve se cortar a parte danificada e refazer a conex o com o conector Revestir o conector e os fios desencapados com graxa Limpar excesso de graxa ajustar conector terminal da bateria torcendo levemente para garantir o contato metal metal e apertar moderadamente at que esteja firme Verificar a expans o do inv lucro bateria inchada estado das placas caso o inv lucro seja transparente Verificar a forma o de bolhas no eletr lito para baterias de eletr lito l quido e inv lucro transparente 8 2 2 2 Aspectos El tricos medida que a bateria se descarrega a rela o entre a quantidade de gua e cido se altera influenciando diretamente no seu estado de carga A mudan a no estado de carga interfere tanto na composi densidade do eletr lito quanto na tens o da bateria Uma forma de se avaliar uma bateria medir seu estado de carga e comparar com o valor esperado A seguir ser o descritos os m todos mais usuais para determi
196. ons do lado para lado este processo alcan a um equil brio quando o campo el trico forma uma barreira capaz de barrar os el trons livres remanescentes no lado n A Figura 2 2 1 mostra a varia o do campo el trico na dire o perpendicular jung Se uma jun o pn como a da Figura 2 2 1 for exposta f tons com energia maior que gap ocorrer gera o de pares el tron lacuna se isto acontecer na regi o onde o campo el trico diferente de zero as cargas ser o aceleradas gerando assim uma corrente atrav s da jun o este deslocamento de cargas d origem a uma diferen a de potencial ao qual chamamos de Efeito Fotovoltaico Se as duas extremidades do peda o de sil cio forem conectadas por um fio haver uma circula o de el trons Esta a base do s c lulas fotovoltaicas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos a a 5 7 Figura 2 2 1 a Jun o pn ilustrando regi o onde ocorre o ac mulo de c b Campo el trico resultante da transfer ncia de cargas atrav s da jun o pn Resta a quest o de quais s o os fatores limitantes neste processo de convers o de energia da luz em energia el trica O primeiro limitador ao se tentar transformar luz do Sol em eletricidade o espectro de sua radia o Como foi visto ele se espalha numa ampla faixa e apenas a parcela com comprimento de onda inferior a aproximadamente 1 m capaz de excitar
197. or da resist ncia respons vel pelas perdas entre estes componentes 8 2 5 Cargas Verificar todas as cargas el tricas que est o sendo alimentadas pelo sistema fotovoltaico sejam elas CC ou CA para assegurar se de que est o operando corretamente Examinar necessidade de limpeza e lubrifica o tal como ocorre com bombas e motores el tricos que exigem lubrifica o das suas partes m veis No caso de refrigeradores deve se verificar o estado da borracha das portas respons vel pelo isolamento Deve se garantir que as cargas tenham o mesmo n mero pot ncia e tipo das que forum especificadas originalmente Muitos problemas em Sistemas Fotovoltaicos podem ser provocados por acr scimos de carga ou cargas ligadas durante muitas horas por dia 8 2 6 Fia o e Dispositivos de Seguran a Todos os eletrodutos e conex es existentes no Deve se examinar a ocorr ncia de liga es frouxas quebradas e oxidadas Quando necess rio deve se limp las e apert las istema Fotovoltaico devem estar firmes e sem danos Verificar tamb m a exist ncia de dispositivos de seguran a tais como fus veis e disjuntores que estejam danificados Verificar a ocorr ncia de curto circuito ou aterramento inadequado como indicado nas Figur e 8 2 9 Com o sistema desligado e todos os interruptores de desconex o abertos pode se verificar 5 duas condi es com um ohmimetro Ponto do 00 Nota A en
198. or do que a demanda m dia utilizam se sistemas h bridos istemas Fotovoltaicos na rea de telecomuni Esta o remota de r dio Torres repetidoras de Aux lio navega o Repetidoras de telefone celular Telefones de emerg ncia em estradas A corrente para carga varia de acordo com o modo de opera o e tempo de utiliza do equipamento 54 Esta o Remota para Monitoramento Equipamentos para instrumenta o remota e comunica o de dados necessitam de uma fonte de energi confi vel de forma a impedir interrup o ou perda de dados Sistemas Fotovoltaicos s o adequados para esta aplica o porque a energia necess ria baixa e os locais onde s o instalados geralmente encontram Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos se afastados da fonte de energia convencional Devido confiabilidade simplicidade dos Sistemas Fotovoltaicos estes est o substituindo tamb m alguns equipamentos alimentados por fontes CA em reas atendidas pela rede el trica Quase todos os sistemas de observa o remotos alimentados com energia fotovoltaica funcionam uma tens o de 12 Volts carga varia de acordo com quantidade de detectores taxa de aquisi o de dados e os requisitos de transmiss o de dados comum que as baterias desses sistemas tenham uma capa carga pode n o exceder alguns miliamp res ade de at 30 dias porque a demanda de s o
199. or que os conversores para elevar a tens o Quanto mais o conversor elevar tens o de entrada menor ser a efici ncia de convers o Pode se ter conversores CC CC que proporcionem isolamento galv nico entre entrada sa da que pode ser necess rio em alguns tipos de aplica o principalmente quando a tens o de sa da elevada Normalmente os conversores incluem mecanismos de prote o que garantem uma opera o segura evitam que em caso de alguma falha curto a sa da sobretens es de entrada etc o mesmo seja danificado Tamb m podem ser associados conversores CC CA de forma a adequar o n vel de tens o na sa da do Sistema Fotovoltaico ao necess rio na entrada do conversor CC CA Em geral estes conversores utilizam o armazenamento de energia em indutores ou transformadores para obter o valor de tens o desejado na sa da A transfer ncia de energia se processa atrav s do chaveamento da tens o de entrada de forma adequada Controlando o per odo de chaveamento dos semicondutores empregados com chaves poss vel regular a tens o de sa da nos valores desejados As chaves semicondutoras mais utilizadas s o os transistores de pot ncia em suas v rias vers es PBJTs PMOS IGBTs 4 6 Seguidor do Ponto de M xima Pot ncia A pot ncia de sa da de um m dulo pode ser estimada analisando se uma fam lia de curvas IxV como mostra a Figura 4 1 1 Um dos pontos de maior interesse ne
200. orme citado anteriormente no momento do teste deve se medir o n vel de radi basta comparar a corrente medida dos m dulos com as especifi radia o solar incidente Tipicamente a corrente de sa da do m dulo especificada para n vel de temperatura de 25 Pelo fato da temperatura real de opera o ser o solar Em seguida es do fabricante para a quantidade de normalmente maior que 25 esperado que corrente de sa da medida seja ligeiramente maior que especificada mesmo uma radia o no plano do m dulo igual 1000 W m2 Durante os testes dos m dulos deve se considerar que a ra Assim enquanto as medi es estiverem sendo realizadas importante observar indica o do medidor de radia o Outro fator que deve ser considerado a limpeza dos m dulos uma vez que m dulos sujos fornecem menos corrente o solar pode sofrer varia es significativas 10 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos pe Figura 8 2 4 Medindo a corrente de curto circuito do m dulo 8 2 2 Baterias Algumas baterias seladas n o precisam de reposi o de gua e por isso manuten o ser realizada mais simples Entretanto os tipos que necessitam de reposi o de gua exigem maiores cuidados Nestes casos deve se verificar o n vel e a densidade do eletr lito periodicamente a fim de evitar danos bateria conseqii nte
201. ovoltaico com Barreira de Potencial Goldman amp Brodsky Monocristal partir do Si Fundido Czochralski Retificador de Grondahl C lula Fotovoltaica de Cu CusO Grondahl amp Geiger Teoria de Bandas em S lidos Strut Brillouin Kronig amp Teoria de C lulas com Barreiras V H Schottky et al Teoria da Difus o Eletr nica Dember Aplica es Fotom tricas Lange 1 efici ncia em C lulas de Sulfeto de TI S Nix amp Treptow Crescimento de C lulas Fotovoltaicas com Jun Teoria de Jun es p n Shockley Jun es p n Difundidas Fuller C lula Solar de Si Pearson Fuller amp Chapin C lula Solar de CAS Reynolds et al Teoria de C lulas Solares Piann amp Roosbroeck Prince O Bandgap e Efici ncia das C lulas Loferski R amp W Teoria da Resposta Espectral Mecanismos de Perdas Wolf Efeitos de Resist ncia em S rie Wolf amp Rauschenbach C lulas de Si Resistentes Radia o Kesperis amp M Contatos Evaporados de Ti Ag BTL C lulas Violetas com 1 25 de efici ncia C lulas de Sil cio Amorfo C lulas MIS de 24 dos eventos chave no desenvolvimento das c lulas solares inser o da Tecnologia Solar no Brasil Figura 1 1 Representa i Fonte 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos A Tabela 1 1 cont m um hist rico do desenvolvimento de c lulas solares de Si posteriormente ao apresentado na Figura 1 1
202. para o deste Manual Pretende se que este Manual permita ao leitor uma primeira aproxima o com tema SO a Radia o Solar e Efeito Fotovoltaico Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos B Cap tulo 2 Radia o Solar e Efeito Fotovoltaico A Terra recebe anualmente 1 5 1018 kWh de energia solar o que corresponde a 10 000 vezes o consumo mundial de energia neste per odo Este fato vem indicar que al m de ser respons vel pela manuten o da vida na Terra a radia o solar constitui se numa inesgot vel fonte energ tica havendo um enorme potencial de utiliza o por meio de sistemas de capta o convers o em outra forma de energia t rmica el trica etc Uma das poss veis formas de convers o da energia solar conseguida atrav s do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como c lulas fotovoltaicas Estas c lulas s o componentes optoeletr nicos que convertem diretamente a radia o solar em eletricidade S o basicamente constitu das de materiais semicondutores sendo o sil cio o material mais empregado 2 1 Radia o Solar Capta o e Convers o O nosso planeta em seu movimento anual em torno do Sol descreve em trajet ria el ptica um plano que inclinado de aproximadamente ial Esta inclina o respons vel pela varia o da eleva o do Sol no horizonte em rela o mesma hora
203. per odo de tempo O segundo Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos pot ncia de pico necess ria para partida de motores outras cargas que requerem de duas a sete vezes pot ncia nominal para entrarem em funcionamento A tens o de entrada CC e a varia o de tens o aceit vel devem ser especificadas no lado de entrada do inversor Algumas caracter sticas que devem ser consideradas na especifica o de um inversor s o apresentadas seguir Forma de onda Os inversores geralmente s o classificados de acordo com o tipo de tens o CA produzida A Figura 4 4 1 ilustra os tr s tipos mais comuns de formas de onda quadrada quadrada modificada ou retangular senoidal A Figura 4 4 2 mostra a forma de onda t pica de um inversor tipo PWM Pulse Width Modula tion A forma de onda de sa da uma indica o da qualidade e custo do inversor Ela depende do m todo de convers o e filtragem utilizados para suaviz la e eliminar os harm nicos indesej veis que resultam do processo de convers o A Tabela 4 4 1 apresenta as caracter sticas de inversores com diferentes formas de onda de sa da N o h um padr o geral para estabelecer um crit rio de desempenho dos inversores Por isso que alguns destes podem fornecer tr s vezes sua pot ncia nominal para surtos mas s o capazes de operar na pot ncia de pico somente por pouco mais de meia hora sem superaquecimento Em g
204. perar em 12 Volts CC 5 1 1 2 L mpadas Incandescentes de Hal geno ou Hal genas As l mpadas hal genas s o tamb m conhecidas como l mpadas de quartzo de iodo ou iodina Diferem das incandescentes convencionais pela presen a no interior do bulbo de vidro de um g s especial O filamento de tungst nio das l mpadas hal genas fica ainda mais quente do que nas l mpadas incandescentes convencionais obtendo maior efici ncia luminosa Al m dis ncia da camada superficial resultante dos dep sitos met licos provenientes da evapora o do tungst nio enegrecimento aumenta a vida til destas l mpadas o aus Pelo fato das l mpadas hal genas atingirem temperaturas muito mais elevadas o tungst nio evaporaria muito mais rapidamente do filamento Para impedir a evapora o do tungst nio o g s dentro do bulbo possui uma pequena quantidade de g s hal geno iodo ou bromo que evita este processo O bulbo das l mpadas hal genas para resistir elevadas temperaturas e press es de opera o deve ser fabricado com um material resistente tal como quartzo A superf cie do bulbo de quartzo das l mpadas hal genas n o deve ser tocada com as m os para evitar engordur la o que pode danificar o bulbo quando a l mpada estiver ligada Isto acontece pelo fato de uma maior quantidade de calor ser absorvida na regi o das marcas gordurosas ponto quente Por isso recomenda se peg las som
205. plexidade e o custo aumentam confiabilidade do sistema Controladores de carga O valor m ximo de corrente e a tens o de opera o s o os par metros m nimos para a especific Outras caracter sticas desej veis s o Compensa o de temperatura Alarme de tens o baixa na bateria Prote o contra corrente reversa Seguidor do ponto de m xima pot ncia Indica es visuais leds display etc Dispositivos de condicionamento de pot ncia Inversores os par metros b sicos para especifica o de inversores s o tens o de entrada pot ncia i as da sa da Os par metros mais comuns s o Caracter sticas de sa Efici ncia forma de onda freqii ncia amplitude distor Pot ncia nominal Pot ncia maxim Taxa de utiliza o Tens o de entrada nominal e faixa permitida Modularidad Fator de pot ncia Consumo permanente Tamanho e peso Ru do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 109 Indica es visuais leds display medidores ete Prote es Caracter sticas adicionais para os inversores e capacidade de interconex o com a rede o opera o em mais de um quadrante inversor bi direcional Conversores especifica o bem similar de um inversor exceto pela caracter stica da sa da que neste caso CC Planilhas que auxiliam na especifica o do inversor controlador de carga e conversor CC CC s
206. ponentes necess rios opera o segura e confi vel do sistema As principais etapas do projeto de um SF com armazenamento s o apresentadas nos itens seguintes Detalha se apenas projeto de sistemas isolados n o interligados rede puramente fotovoltaicos fixos sem tracking sem concentra o da radia o solar 6 1 1 Avalia o do Recurso Solar Nesta fase do projeto busca se quantificar radia o solar global incidente sobre o painel fotovoltaico de forma a podermos calcular energia gerada Nem sempre os dados est o dispon veis na forma que precisamos para utiliz los no dimensionamento do sistema Por isso muitas vezes necess rio utilizar se m todos de tratamento de dados que permitam estimar a s grandeza s de interesse 102 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Unidade de Controle Sistema Unidade de de e Condicionamento lt Gera o de Pot ncia Sistema de Armazenamento Carga ou Rede El trica Figura 6 1 1 Diagrama de blocos de um sistema fotovoltaico Para os equipamentos de medi o dispon veis no Brasil as grandezas mais comumente medidas s o o n mero de horas de insola o e a radia o global no plano horizontal Equipamentos mais sofisticados poder o fornecer informa es sobre as componentes difusa e direta da radia o solar num plano pr estabelecido ou no plano normal aos raios d
207. por um tubo de descarga interno em forma de U que cont m uma mistura de ne nio com uma pequena quantidade de arg nio de baixa press o respons vel por facilitar a partida da l mpada e uma certa quantidade de s dio met lico respons vel pela emiss o amarela que ser vaporizado durante funcionamento Nas suas extremidades encontram se os eletrodos recobertos com xidos emissores de el trons O tubo de descarga encerrado dentro de uma camisa extema em v cuo 5 1 2 Aplica es Atualmente as principais aplicag s de Sistemas Fotovoltaicos para ilumina o s o Ilumina o interna em resid ncias escolas postos de sa de ete Ilumina o externa em postes de rua ilumina o p blica Ilumina o de placas de publicidade Luzes de emerg ncia Sinaliza o mar tima a rea e terrestre 5 1 3 Tipos Dispon veis no Mercado Os tipos de l mpadas incandescentes hal genas fluorescentes e fluorescentes compact atualmente dispon veis no mercado e adequadas utiliza o em Sistemas Fotovoltai apresentados na Tabela 5 1 3 tipo PL os CC s o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 91 Tipos de L mpadas Pot ncias di Observa es 12V CC SW 10W 15W 75W 100W 24V CC 25W 60W 100W Incandescentes 2V CC LOW 17W 209 Produzem 30 mais luz do W SOW que as l mpadas incandes centes convencionais Hal
208. porte Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 151 pode ser mais econ mico proteger o usu rio evitanto o contato do mesmo com partes vivas do que o sistema Esta situa o ocorre quando em pequenos sistemas isolados a probabilidade de falha do sistema ou de ocorr ncia de indu es eletromagn ticas fundamentalmente associadas a descargas atmosf ricas baixa o custo dos componentes ou sistemas para prote o alto Aterramento Um sistema de aterramento el trico fornece um caminho de baixa resist ncia de um ponto aterrado no sistema para o ch o onde carga el trica pode ser dissipada com seguran a O aterramento uma medida preventiva de fundamental import ncia e deve ser inclu da no projeto de um Sistema Fotovoltaico de forma evitar condi es perigosas para pessoas e para componentes do sistema Em Sistemas Fotovoltaicos necess rio fazer se o aterramento dos equipamentos conex o da dos equipamentos ao Terra e o aterramento do sistema conex o do circuito el trico ao Terra geralmente atrav s da linha de polaridade negativa com objetivo de impedir riscos de choques el tricos estabilizar a tens o do sistema e proteger os equipamentos de correntes excessivas decorrentes de uma falha Por raz es de seguran a importante que as caixas dos equipamentos e molduras suportes dos m dulos fotovoltaicos estejam devidamente conectados
209. quantidade de material do que as que apresentam estruturas cristalinas requerem uma menor quantidade de energia no seu processo de fabrica o caracter sticas que por si s justificam o esfor o em seu aperfei oamento O custo das c lul s solares ainda hoje um grande desafio para a ind stria e o principal empecilho pa Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 a difus o dos sistemas fotovoltaicos em larga escala No entanto a tecnologia fotovoltaica est se tornando cada vez mais competitiva tanto porque seus custos est o decrescendo quanto porque a aval custos das outras formas de gera o est se tornando mais real levando em conta fatores que eram anteriormente ignorados como quest o dos impactos ambientais Especialistas afirmam hoje que a tecnologia de filmes finos poder levar no in cio do s culo XXI a um custo de 1 US Wp aproximadamente 1 4 dos pre os praticados atualmente no mercado internacional para os m dulos fotovoltaicos Investimentos em melhorias no processo de fabrica o tamb m auxiliar o de custo Descoberta do Sel nio Se Berzelius Prepara o do Sil cio Si Berzelius Efeito Fotovoltaico Becquerel Efeito Fotocondutivo no Se Smith Retificador do Ponto de Contato Braun Efeito Fotovoltaico no Se Adams amp Day C lulas Fotovoltaicas de Se Fritts Uljanin Fotosensitividade em Hallwachs Efeito Fot
210. r Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 Cap tulo 4 Componentes B sicos Controladores de Carga Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 M S Imamura P Helm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC S Stephens amp Associates 1992 S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovoltaic Sys tems Prentice Hall International Ltd 1991 M A E Galdino C M Ribeiro A Intteligent Battery Charge Controller for Small Scale PV Systems 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exibition 1994 Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Laboratory Manual FSEC GP 36 88 1988 Cap tulo 4 Componentes B sicos Inversores Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories Photovoltaic Design Assistence Center Stand Alone Photovoltaic Sys tems A Handbook of Recommended Design Practices 1991 M S Imamura P Helm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC S Stephens amp Associates 1992 S Roberts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovoltaic Sys tems Prentice Hall International Ltd 1991 Florida Solar E
211. r a forma de onda necess ria B2 Tens o do Sistema CC V Entrar com a tens o CC do sistema Esta deve ser selecionada depois de terem sido estudadas quest es como disponibilidade desempenho custo dos inversores dispon veis B3 Tens o do Sistema CA V Entrar com a tens o CA desejada B4 Capacidade de Surto W Entrar com a capacidade de surto que ser necess ria para o pior caso Algumas cargas para partirem tais como motores el tricos podem necessitar de corrente seis vezes maior do que a corrente nominal do motor BS Pot ncia Total W Entrar com a carga CA total do campo 11B Planilha 1 B6 Carga CA M xima simples Entrar com a m xima carga CA simples do campo 11B da Planilha 91 B7 Carga CA M xima simult nea Entrar com a m xima carga CA simult nea esperada Esta determinada somando se as cargas que operam ao mesmo tempo Ver Planilha 81 B8 Tempo de Opera o do Inversor com Carga M xima Simult nea min tempo em minutos no qual o inversor ter que alimentar a m xima carga CA simult nea B9 Taxa de Servi o Cont nuo do Inversor W Estimar taxa de servi o para o inversor baseando se na carga m dia esperada Este valor n o poder exceder a pot ncia nominal do inversor 18 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos B10 Efici ncia do Inversor Necess ria com Carga Entrar com a efi inversor a carga m dia Os fabricantes geralmente determinam a efici n
212. r eficientemente uma bateria chumbo antim nio n o selada da mesma forma controladores projetados para baterias chumbo cido podem n o ser adequados para as n quel c dmio e assim por diante Pequenos sistemas de cargas est veis e cont nuas podem ser projetados para operarem sem um controlador de carga desde que tens o entregue pelo arranjo seja compat vel com a tens o da bateria No entanto como ocorre na grande maioria dos casos o controlador indispens vel e sua utiliza o permite uma otimiza o no dimensionamento do banco de baterias e um maior n vel de prote o contra um aumento excessivo de consumo ou uma poss vel interven o do usu rio Os controladores devem desconectar o arranjo fotovoltaico quando a bateria atinge carga plena e interromper fornecimento de energia quando o estado de carga da bateria atinge um n vel m nimo de seguran a Alguns controladores tamb m monitoram o desempenho do SF tal como corrente e tens o de carregamento da bateria ou da carga e acionam alarmes quando ocorre algum problema Para melhorar o desempenho do controlador de carga pode se ainda acoplar ele um sensor de temperatura de forma compensar efeito da varia o da temperatura nos par metros das baterias O controlador de carga deve permitir o ajuste dos seus par metros e a escolha do m todo de controle para adapt los aos diferentes tipos de baterias Se isso n o for poss vel ele deve ser
213. r o controlador de carga Usar fios maiores para a carga ou adicionar baterias em paralelo Reparar ou substituir o controlador de carga verificar sistema de aterramento Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Controladores de Carga Continua o inadequada de cargas Queima do fus vel colocado no circuito que alimenta o arranjo Queima do fus vel colocado no circuito que alimenta as cargas desconex o Chave da carga em posi o errada no controlador Controlador de carga n o possui a caracter stica de desconex o Arranjo curto circuitado com as baterias conectadas Corrente de sa da do arranjo muito elevada para o controlador de carga Curto cireuito na carga Corrente exigida pela carga muito elevada para o controlador de carga Surto de corrente exigido pela carga muito elevado para o controlador de carga Cargas nunca desconectam Cargas nunca desconectam Grande fluxo de corrente atrav s do controlador de carga Grande fluxo de corrente atrav s do controlador de carga Corrente ilimitada Grande fluxo de corrente atrav s do controlador de carga Grande fluxo de corrente atrav s do controlador de carga Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Opera o irregular do Ajustagem incorreta Cargas Alterar set point controlador de carga do set point de desconectadas de baixa tens o de e ou descone
214. ra e s perdas que ocorrem nos cabos e diodos de bloqueio Dessa forma os m dulos atualmente em opera o cont m entre 28 e 40 c lulas de sil cio cristalino O dispositivo de filme fino produz tens o mais alta do que forma cristalina podendo os m dulos possuir menos do que 28 c lulas Devido ao processo de produ o baseado em dep sito de material em um substrato os m dulos de filme fino apresentam fronteiras mais t nues para as c lulas por essa raz o mais dif ceis de se vizualizar Tamb m apresentam tamanhos e formas livres podendo adaptar se a superf cies como telhas Geometria das c lulas importante considerar geometria devem ocupar o m ximo de rea poss vel do m dulo Atualmente existem c lulas quadradas e redondas em opera o As quadradas ocupam melhor espa o nos m dulos enquanto que as redondas t m a vantagem de n o sofrerem perda de material devido forma cil ndrica de crescimento do sil cio mono cristalino Encapsulamento das c lulas de sil cio cristalino Antes de serem encapsuladas as c lulas de um m dulo devem ser conectadas em s rie atrav s de tiras de metal soldadas na parte de tr s de uma c lula e na frontal da seguinte S o conectadas duas tiras em cada c lula com a fun o de seguran a caso ocorra interrup o da corrente em uma delas Estas duas tiras s o conhecidas como Os materiais pl sticos mais utilizados para o encapsulamento das c lulas
215. rados de uma bateria de capacidade nominal de 100 Ah completamente carregada o novo estado de carga 75 o valor complementar da profundidade de descarga Flutua o Processo de carga que busca manter as baterias ou c lulas com um estado de carga pr ximo carga plena evitando que as mesmas permane am por longos per odos com estado parcial de carga Este processo importante para baterias chumbo cido sendo dispens vel para as de n quel Gaseifica o Gera o de g s em um ou mais eletrodos de uma c lula A gaseific descarga ou da eletr lise da gua no eletr lito durante o processo de carga Est relacionada com sobrecarga e aumenta para elevadas temperaturas de opera o Grade Estrutura condutora que suporta o material ativo de uma pla mas que n o participa quimicamente da Material ativo Constituinte de uma c lula que parti o eletroqu mica de carga e descarga Placa Montagem do material ativo e em alguns casos uma grade de suporte As placas formam os eletrodos positivos e negativos de uma c lula Polariza o Desvio da tens o de circuito aberto causada pelo fluxo de corrente em uma c lula eletroqu mica Pode ser de ativa o ou de concentra Profundidade de descarga A profundidade de descarga indica em termos percentuais quanto da capacidade nominal da bateria foi retirada a partir do estado de plena carga Por exemplo a r
216. redu o de sua vida til A seguir s o apresentados procedimentos gerais de manuten o que dever o ser realizados nas baterias usadas em Sistemas Fotovoltaicos Pelo fato das baterias chumbo cido serem as mais utilizadas e necessitarem de intervalos regulares de manuten o esta se o dar maior enfoque a esta tecnologia 8 2 2 1 Aspectos F sicos Pelo fato das baterias em geral liberarem gases durante processo de recarga necess rio um sistema de ventila o adequado e funcional que tamb m contribuir para manter temperatura de opera o das baterias dentro de n veis adequados Assim sendo os furos ou venezianas na caixa das baterias devem estar abertos circula o de ar podendo ter telas para prevenir a obstru o por vegeta o i animais Os terminais das baterias pa com um inibidor de corros o que comumente encontrado no mercado Toda devem estar bem presas a estarem protegidos da oxida o devem ser limpos e tratados periodicamente as conex es de cabos Deve se verifi a exist ncia de eletr lito derramado na superf cie da bateria ou no ch o Algumas vezes pode ser dif cil remover o conector do terminal da bateria devido oxida o Deve se evitar for ar o conector para n o danificar o terminal da bateria Em vez disto recomenda se seguir procedimentos listados abaixo Remover a graxa protetora das conex es com um solvente tal c
217. rescente bomba r dio etc Entrar com as cargas CC na parte superior com as cargas CA se existentes na parte inferior Preencher uma planilha para cada m s ou esta o que possua uma demanda de carga significativamente diferente A princ pio considerar o pior caso Qtde Entrar com o n mero de cargas id nticas do sistema Corrente da Carga A Entrar com o valor estimado para corrente usada por cada carga Usar corrente nominal fornecida pelo fabricante em Amp res ou se houver acesso ao dispositivo medir corrente Tens o da Carga V Entrar com a tens o da carga isto 120VCA 24 ete A tens o de opera o geralmente mostrada no aparelho 5A Pot ncia da Carga CC W Calcular e entrar com a pot ncia exigida pela carga CC 5B 6 10 Pot ncia da Carga W Calcular e entrar com pot ncia exigida pela carga Ciclo de Servi o Di rio h dia Entrar com o tempo m dio di rio que a carga ser usada Entrar com as fra es de horas na forma decimal isto 1 hora e 15 minutos dever ser escrita como 1 25 horas Ciclo de Servi o Semanal dias semana Entrar com o n mero m dio de dias que a carga ser usada por semana Efici ncia na Convers o de Pot ncia decimal Este fator est relacionado com perda de energia que utilizam componentes condicionadores de pot ncia inversores ou que ocorre nos conversores Se aparel
218. rigem Isto faz com que com pouca energia t rmica este el tron se livre indo para banda de condu o Diz se assim que o f sforo um dopante doador de el trons e denomina se dopante n ou impureza n Se por outro lado introduzem se tomos com apenas tr s el trons de liga o como o caso do haver uma falta de um el tron para satisfazer as ligag cio da rede Esta falta de el tron denominada buraco ou lacuna ocorre que com pouca energi um el tron de um s tio vizinho pode passar esta posi o fazendo com que o buraco se desloque Diz se portanto que um aceitador de el trons ou um dopante p temperatura ambiente existe energia t rmica suficiente para que praticamente todos os el trons em excesso dos tomos de f sforo estejam livres bem como que os buracos criados pelos tomos de possam de deslocar Se partindo de um sil cio puro forem introduzidos tomos de boro em uma metade e de f sforo na outra ser formado o que se chama jun o pn vide Figura 2 2 1 O que ocorre nesta jun o que el trons livres do lado n passam ao lado p onde encontram os buracos que os capturam isto faz com que haja um ac mulo de el trons lado tornando o negativamente carregado e uma redu o de el trons do lado n que o toma eletricamente positivo Estas cargas aprisionadas d o origem a um campo el trico permanente que dificulta a passagem de mais el tr
219. rramento As chaves disjuntores e fusiveis usados para proteger os componentes de um sistema fotovoltaico devem ser selecionados para operarem em corrente cont nua Dispositivos CA poder o a princ pio operar adequadamente Por m caso sejam utilizados por um per odo de tempo maior provavelmente apresentar o problemas Os componentes s o selecionados em fun o da tens o e da corrente m ximas admitidas A corrente do arranjo fotovoltaico limitada pela corrente de curto circuito na condi o de maior radia o No entanto para se especificar os componentes serem instalados entre o arranjo e o controlador de carga utiliza se normalmente um fator multiplicativo de seguran a de 1 25 Fus veis nb m devem ser instalados entre a bateria e o controlador Nos circuitos que alimentam as cargas geralmente instalam se fus veis ou disjuntores io normalmente instalados na cai Conforme mencionado anteriormente os elementos de prote o de controle Diodos de prote o quando necess rios dever o ser inseridos no sistema conforme descrito no Cap tulo 6 No entanto eles s o normalmente instalados em caixas intermedi rias denominadas de caixas de jun o onde s o feitas interconex es entre arranjos e s o instalados os protetores contra surtos atmosf ricos varistores Vale a pena lembrar que tanto os diodos quanto os varistores destinam se mais a sistemas de m dio e grande
220. rts Solar Electricity A Practical Guide to Designing and Installing Small Photovol tems Prentice Hall International Ltd 1991 Sys Grupo FAE DEN UFPE I Curso sobre Eletrifi 1992 o Rural com Tecnologia Fotovoltaica Parte 2 V A Moreira Ilumina o e Fotometria Teoria Aplic Editora Edgard Bl cher Ltda 1976 Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 Cap tulo 6 Projeto de um Sistema Fotovoltaico CHESF BRASCEP Fontes Energ ticas Brasileiras Invent rio Tecnologia Distribui o Estat stica de Radia o Solar no Nordeste 1987 Funda o Padre Leonel Franca Mapeamento do Potencial Nacional de Energia Solar Relat rio Fi Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 19 nal PUC RJ Nov 1988 Grupo FAE DEN UFPE I Curso sobre Eletrifica o Rural com Tecnologia Fotovoltai 2 Nov 92 ELyra N Fraidenraich C Tiba Solarimetria no Brasil Situa o Proposti Solarimetria 1993 7 Relat rio do Subgrupo Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual and Technical Appendix 1990 Edition 4 0 Grupo FAE DEN UFPE Curso sobre Bombeamento de gua com Tecnologia Fotovoltaica Apostila Seu94 Sandia National Laboratories Stand Alone Photovo
221. s como controlador de carga de baterias a partir da energia gerada por pain is solares Isto porque com a utiliza o destes conversores poss vel controlar de forma mais precisa a corrente e a tens o que s o aplicadas s baterias proporcionando assim um aumento da vida til das mesmas e uma melhor efici ncia do processo de transfer ncia de energia do painel para bateria 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Este conversor pode conter um sistema de controle que permita extrair do painel solar a que est sendo gerada e com isso obter um melhor rendimento do sistema Este mecanismo de controle conhecido por MPPT Maximum Power Point Tracker Seguidor do Ponto de M xima Pot ncia e dependendo da situa o pode resultar num bom ganho de energi Tamb m necess rio utilizar este conversor quando se deseja uma tens o CC de sa da de valor diferente daquele fornecido pelas baterias e pain is Pode se utilizar este conversor tanto para elevar tens o conversores tipo Boost quanto para abaixar a tens o conversores tipo Buck Tamb m poss vel obter com este conversor v rias tens es de sa da a partir de uma nica tens o de entrada A efici ncia dos conversores depende dos semicondutores de pot ncia utilizados e de alguns outros fatores pot ncia nominal fator de multiplica o da tens o ete Normalmente os conversores para abaixar a tens o tem uma efici ncia mai
222. s Nominal 125 12 Tens o m xima para baterias 50125 EPT abertas Tens o de flutua o para baterias abertas Corrente de carregamento para PRP aio baterias seladas Tens o de circuito aberto para os EA Wasa diversos estados de carga Tens o limite o 91 Para evitar polaridade reversa para a primeira descarregada Tabela 4 2 5 Tens es lula na bateria que encontra se completamente as de n quel c dmio Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 7 As baterias de n quel c dmio s o menos afetadas por sobrecargas podem ser totalmente descarregadas n o est o sujeitas sulfata o e seu carregamento n o sofre influ ncia da temperatura Embora o custo inicial destas baterias seja mais alto do que as chumbo cidofc lcio o metal c dmio raro t xico e portanto dif cil de manusear a constru o das suas placas mais complicada seus baixos custos de manuten o e vida mais longa fazem com que estas sejam escolha mais adequada para muitas instala es fotovoltaicas desde que o sistema esteja situado em local remoto e perigoso Quando seus custos s o comparados em fun o da sua capacidade dispon vel durante seu ciclo de vida as baterias n quel c dmio podem ser mais baratas Outra diferen a para as c lulas chumbo cido que as c lulas de n quel c profundos e ser deixadas descarregadas sem causar qualquer preju zo s pla
223. se inspecionar exist ncia de oxida o e insetos na caixa de controle e nos pontos de contato dos rel s Se necess rio os componentes danificados dever o ser substitu dos Todos os controles alarmes medidores etc devem estar devidamente fixados e operando Deve se verificar os valores dos set points de tens o do controlador de carga com rela o s especifica es da bateria e exig ncias do sistema bem como observar ocorr ncia de ru dos anormais no controlador de carga tais como sons emitidos pelos rel s Deve se garantir que o controlador de carga esteja instalado em ambiente fechado limpo e bem ventilado 8 2 4 Inversores Durante inspe o deve se verificar a opera o do inversor Os leds dever o indicar as condi es de opera o e os medidores se existirem confirmar as leituras dos medidores port teis O inversor deve estar limpo seco ventilado e em ambiente seguro Os sons zumbidos emitidos pelos 164 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos inversores s o normais e n o indicam necessariamente sinais de falha Deve se assegurar que inversor esteja realmente alimentando as cargas CA de forma adequada Deve se medir a corrente do inversor em ambos os estados ou seja quando o mesmo est operando em vazio e com carga Al m disso deve se medir a queda de tens o sob carga entre o inversor e a bateria e tamb m a corrente que poder ser usada para calcular o val
224. sibilidade de interrup o da sa da de corrente ver se o 4 3 que impede ocorr ncia de descargas abaixo de um determinado valor devem ser tomadas para evitar que isto aconte a Alternativamente o estado de carga pode ser checado com um volt metro cada dia O principal inconver de manuten o ela nte de uma bateria com baixo antim nio aberta que apesar da pequena quantidade ita ser feita regularmente para evitar danos permanentes Isto envolve verificar o nivel do eletr lito e preench lo quando necess rio com gua destilada ou deonizada Outra desvantagem das baterias n o seladas a n voa cida produzida pela guseifica o que flui atrav s dos furos de ventila o e se deposita em superf cies pr ximas Pelo fato de ser cida esta n voa danifi as partes met licas dos contatos el tricos dos terminais Baterais sem manuten o com liga de c lcio nas placas positivas As baterias fotovoltaicas de baixa manuten o seladas usam uma liga de chumbo c lcio nas placas positivas Isto minimiza a taxa de gaseifica o ponto de n o ser necess rio preencher o eletr lito regularmente com gua O nico requisito de manuten o que os terminais precisam ser limpos a cada Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 12 meses Estas baterias nunca devem ser viradas pois se houver derramamento de l quido ser imposs vel realizar sua substitui
225. smo quando cargas est o desligadas Sobrecarregamento Controlador de carga defeituoso Controlador de carga defeituoso Diodo de bloqueio defeituoso ou inexistente controlador de carga defeituoso Perda de capacidade da bateria Excessiva profundidade de descarga Excessiva profundidade de descarga Fluxo de corrente reversa durante noite descarregando as baterias Adicionar gua destilada a menos que as baterias danificadas necessitem de outros reparos Ajustar os set points ou reparar ou substituir o controlador de carga Ajustar os ser points ou reparar ou substituir o controlador de carga Substituir o diodo reparar ou substituir s rie de rel s do controlador de carga Baterias Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Bateria com baixa tens o Continua o Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Tens o aumenta muito lentamente mesmo quando as cargas est o desligadas Tens o n o aumenta mesmo quando as argas est o desligadas e o Controlador n o est com plena carga est na condi o de flutua o de carga Controlador de carga defeituoso Chaves ou fusiveis abertos estragados ou soltos Fia o frouxa oxidada ou quebrada M dulos sombreados c lulas quebradas ou m dulos desorientados Fia o muito longa ou subdimensionada Fluxo de corrente inadequada para carregar
226. so constru o Parede Pequena a o do vento Adequado a sistemas de pequeno tamanho at 1 m2 Dificil acesso Necessita ser fixado Reduz problemas de adequadamente para suportar sombreamento a for a do vento relhado Dificuldade de manuten o Depende da qualidade e tipo do telhado Tabela 7 2 1 Caracter sticas das formas usuais de instala o de m dulos fotovoltaicos posicionamento do m dulo o que pode resultar em ganhos significativos de energia em localidades situadas pr ximas ao Equador Ba para o Norte hora para o Sul ta que o usu rio gire o tubo de fixa o com o m dulo apontando hora A instala o de arranjos fotovoltaicos no solo exige a escolha o projeto do tipo de funda adequados A funda o tem como objetivo manter orienta o adequada do arranjo com rela o ao Sol e evitar um Deve se considerar muitos fatores ao se escolher funda o mais indicada para montagem de um arranjo Fatores como acesso ao local topografia propriedades do solo c digos de obras locais disponibilidade de m o de obra entre outros s o de fundamental import ncia no momento de escolher o tipo de funda o a ser utilizada Os tipos de funda es mais comuns s o apresentados a seguir lesprendimento dos m dulos durante ventos fortes Funda o tipo laje A funda o tipo laje requer um grande volume de concreto e um terreno relativamente plano
227. ssi Rastreamento e Radia o Incidente em Sistemas de Convers o da Energia Solar Tese de Mestrado COPPE UFRJ 1985 16 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos A C Barzolla An lise do Aquecimento Solar de gua por Sistema a Termosif o Tese de Mestrado COPPE UFRJ 1992 N Fraidenraich C Tiba Solarimetria no Brasil Situa o e Propostas Relat rio do Subgrupo Solarimetria GTEF 1993 Funda o Padre Leonel Frane 1988 Mapeamento do Potencial Nacional de Energia Solar Relat rio Final R Dogniaux Programme Calcule clairements Energ tiques et Lumineux de I Energie Solaire Pro ceedings Colloque Electricit Solaire Toulouse 1976 L E Murr Solar Materials Science Academic Press USA 1980 CNPq IBGE Mapa Magn tico do Brasil Observat rio Nacional do Rio de Janeiro 1990 Cap tulo 3 Configura es B sicas Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 Sandia National Laboratories tems A Handbook of Recommended Design Stand Alone Photovoltaic Sys M S Imamura P Helm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC S Stephens amp Associates 1992 Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 Cap tulo 4 Componentes B sicos M
228. sta curva o ponto de m xima pot ncia Uma vez conhecida curva IxV pot ncia fornecida pela c lula fotovoltaica pode ser calculada pelo produto da corrente pela tens o A m xima pot ncia encontra se na regi o do joelho da curva IxV Curvas de pot ncia constante agrama IxV hip rboles equil teras o no Pode se verificar atrav s das Figuras 4 1 7 4 1 8 que a corrente produzida pelas c lulas solares diretamente proporcional radia o solar e muito pouco afetada pela temperatura Entretanto a tens o e pot ncia decrescem significativamente com o aumento da temperatura Ao longo do dia o arranjo fotovoltaico est submetido a diferentes n veis de radia o Observi Figura 4 1 8 que o ponto de m xima pot ncia oscila dentro de uma faixa Algumas vezes os projetos de Sistemas Fotovoltaicos para otimiza o do ponto de opera o utilizam um controle eletr nico capaz de aumentar o rendimento de gera i jo Nestes casos o controle do ponto de opera o realizado por dispositivos seguidores do ponto de m xima pot ncia comumente chamados de MPPT Maximum Power Point Tracker que operam de modo a regular tens o e corrente de opera o do arranjo fotovoltaico Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos fim de obter o m ximo produto IxV Os conversores de pot ncia s o dispositivos sofisticados do ponto de vista dos circuitos el tricos especialmente com
229. stem cerca de 187 est inicial das dificuldades operacionais apenas uma pequena parte faz medidas de ra dado solarim trico dispon vel em todas elas o n mero de horas de insola o es meteorol gicas Entretanto em raz o do alto custo o solar O nico Diante deste fato autores deste trabalho utilizaram um modelo desenvolvido por Bennett para o Hemisf rio Norte o qual foi adaptado para o Brasil Este modelo determina a radia o solar global a partir de uma formula o que al m de considerar efeito do n mero de horas de insola o incorpora tamb m os efeitos relativos altitude latitude e poca do ano Foram utilizados dados de n meros de horas de insola o observados em um per odo de dez anos para esta es de territ rio brasileiro e de trinta anos para alguns pa ses lim trofes como Col mbia Venezuela e Guianas Para testar a validade do modelo de Bennett nas regi es brasileiras os resultados obtidos foram comparados com outros calculados partir de equa es de regress o cujos coeficientes foram determinados de acordo com os dados de radia o medidos em dois pontos do pa s de latitudes bem diferentes O erro apresentado foi de 2 5 perfeitamente aceit vel 14 que as pr prias medi es podem apresentar erros superiores este Os resultados foram apresentados em forma de mapas elaborados um para cada m s com a utiliza o de dados plotados para os doze meses do
230. stema Ah Calcular capacidade do sistema de armazenamento bateria 44 Profundidade de Descarga M xima decimal Entrar com o valor do campo 31 45 Capacidade til da Bateria Ah N mero de Amp res hora que pode seguramente ser fornecido pelas baterias instaladas Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 15 Planilha 4 Dimensionamento do Arranjo Fotovoltaico 46 Corrente de Projeto A Entrar com o valor do campo 28 Planilha 82 47 Fator de Corre o do M dulo decimal Entrar com o fator de ajuste da corrente do m dulo Condi es Padr o de Teste STC para as condi es de campo isto ac mulo de poeira perdas entre os m dulos mal conectados degrada o ao longo do tempo etc Recomenda se consultar o fabricante do m dulo ou utilizar valores padr o dados abaixo Valor Padr o para Corre o do Tipo de M dulo Fator Cristalino 09 Amorfo 07 Condi es Padr o Condi es Padr o de Teste STC Radia o 1000 Wim Temperatura da C lula 25 C e Massa de ar 1 5 Condi es Padr o de Opera o SOC Radia o 1000 Wim Temperatura da C lula NOCT Massa de ar 1 5 Condi es Nominal de Opera o NOC Radia o 800 Wim Condi es Nominal de Opera o NOCT Radia o na superf cie do arranjo 800 W m Temperatura ambiente 20 C Arranjo fotovoltaico em circuito
231. tado de conserv Eletrodutos e conex es firmes e em bom estado de conserva o Aus ncia de curto circuito Exist ncia de aterramento M dulos todos numerados Tens o de circuito aberto do painel e Tens o de circuito aberto do painel e terra Tens o de circuito aberto do painel e terra Todas as tens es de circuito aberto dos m dulos est o dentro da varia o de 10 da nominal O Corrente de curto circuito do painel O Todas as correntes de curto circuito dos m dulos est o dentro da varia o de 10 da nominal C a sara CB 1 M dulos com tens o de circuito aberto fora da varia o de 10 da nominal M dulos com corrente de curto circuito fora da varia o de 10 da nominal com compensa o para a varia o de radia o solar Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 10 Registro da tens o de circuito aberto do painel solar Conjunto Tens o Total Conjunto Tens o Total M dulo 1 M dulo 1 M dulo 2 M dulo 2 M dulo 43 M dulo 3 M dulo 4 v M dulo 4 iM M dulo 5 M dulo 5 V M dulo 6 v M dulo 6 Conjunto Conjunto Tens o Total M dulo 1 M dulo 1 M dulo 2 M dulo 2 M dulo 3 M dulo 3 57 M dulo 4 M dulo 4 M dulo 5 M dulo 5 V M dulo 6 v M dulo 6 V 11 Registro da corrente
232. taicos 37 corrente cont nua Em alguns casos o sistema pode incorporar um seguidor do ponto de m xima pot ncia de forma a otimizar o funcionamento da bomba A Figura 3 1 1 mostra um esquema de sistema deste tipo Arranjo Equipamento Fotovoltaico CC Figura 3 1 1 Sistema isolado com carga CC sem armazenamento 3 1 2 Carga CC com Armazenamento Este o caso em que deseja se usar equipamentos el tricos em corrente cont nua independente de haver to seja poss vel a energia el trica deve ser armazenada ou n o gera o fotovoltaica simult nea Para que em baterias Exemplos comuns s o ilumina o r dio televis o sistemas de comuni etc comum o uso de controlador de carga de forma a proteger as baterias de danos por sobrecarga ou descarga profunda Na Figura 3 1 2 pode ser visto o esquema de um sistema deste tipo Os controladores podem ser dispensados em duas situa es quando a capacidade de armazenamento grande em compara o com gera o quando os m dulos fotovoltaicos apresentam uma curva IxV vide informagi adicionais apresentadas na se o 4 1 tal que a corrente seja baixa tens o de carga plena das baterias No ltimo caso haver um desperd cio de energia quando as baterias estiverem pr ximas da carga plena Al m disso importante levar em considera o os impactos do n o uso do controlador na prote o da bateria por sobredescarga Os avan
233. tamente C lulas seladas para aplica o em temperaturas elevadas t m um melhor separador e selo para resistir temperaturas acima de 65 As especifica es de tens o e capacidade s o geralmente dadas para 20 Para temperaturas mais altas ou mais baixas as tens es s o ligeiramente diferentes N o h mudan a na capacidade com a temperatura exceto abaixo de 20 quando capacidade come a cair devido ao congelamento do eletr lito Abaixo de 5 absor o do oxig nio lenta Assim corrente de sobrecarregamento para c lulas seladas deve ser menor do que C 10 para evitar a produ o de hidrog nio 4 2 3 Caracter sticas Ideais para Uso em Sistemas Fotovoltaicos A opera o de uma bateria usada em um Sistema Solar Fotovoltaico deve atender dois tipos de ciclos Ciclos rasos a cada dia Ciclos profundos por v rios dias tempo nublado ou se 5 durante o inverno Os ciclos profundos ocorrem quando o carregamento n o sufi pelos aparelhos durante todo dia Por iss nte para repor q antidade de carga da ciclo di rio Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos ligeiramente reduzido e se isto ocorrer por um per odo de v rios dias levar um ciclo profundo Quando o tempo melhora ou os dias prolongam se h um carregamento extra aumentando o estado de depois de cada ciclo di rio As caracter sticas mencionadas a
234. te de tens o ou corrente e reutilizadas v rias vezes S o comumente chamadas de acumuladores ou baterias de armazenamento e s o teis na maioria das aplic per odos como por exemplo em Sistemas Fotovoltaicos Para cada tipo de c lula existem diversas tecnologi materiais envolvidos As Tabelas 4 2 1 e 4 2 2 mostram de forma comparativa diversos tipos de bateria recarreg veis destacando tecnologias densidade de pot ncia custo ete Atualmente as baterias chumbo cido e n quel c dmio s o as mais utilizadas e ser o descritas com mais detalhes a seguir Tecnologias como niquel ferro s dio enx fre e n quel hidrog nio s o muito promissoras Para o caso espec fico de Sistemas Fotovoltaicos as baterias chumbo cido respondem pela quase totalidade dos sistemas j instalados e tem se dado prefer ncia s abertas para sistemas grandes e s seladas para sistemas pequenos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Tamanhos de c lulas individuais ou bateria dispon veis e ou desenvolvidos Tipo Disponibilidade Aplica o Ah ropa 088890 Sistemas convencionais Chumbo cido aberta Amplamente dispon vel e usada nas reas 80 120 50 10 000 de telecomunica es e transporte Principal tipo utilizado em aplica es fotovoltaicas Disponivel no mundo inteiro Chumbo cido selada Amplamente utilizada em veiculos 100 160 60 6 000 automotivos e aplic
235. tem limitado o seu uso em pequenos sistemas Baterias automotivas jo projetadas para curtos per odos de r pida descarga sem danific motivo pelo qual elas n o s o apropriadas para Sistemas Fotovoltaicos Isto no entanto n o suficiente para que se deixe de us las j que estas apresentam como atrativo seu baixo custo Em qualquer situa o indispens vel conhecer as caracter sticas el tricas da bateria selecionada escolher um controlador de carga adequado 4 3 Controladores de Carga Controladores de carga s o inclu dos na maioria dos Sistemas Fotovoltaicos SFs com os objetivos b sicos de facilitar a m xima transfer ncia de energia do arranjo fotovoltaico para bateria ou banco de baterias e proteg las contra cargas e descargas excessivas aumentando consequentemente a sua vida til Denomina es do tipo Gerenciador de Carga Regulador de Carga ou Regulador de Tens o tamb m s o comuns referem se a controladores de carga com diferentes n veis de sofistica Controladores de ci aso venham a falhar bateria ou jo componentes cr ticos em SFs isolados pois Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos carga poder o sofrer danos irrevers veis Eles devem ser projetados considerando se especificidades dos diversos tipos de bateria uma vez que um controlador projetado para uma bateria chumbo c lcio selada pode n o carrega
236. terior do po o submerso na gua O motor de indu o corrente alternada acionado por um inversor especialmente proje a dar partida no motor e possuir freqli ncia vari vel para casar a tens o de sa da do arranjo com carga do motor Pelo fato do inversor estar combinado bomba geralmente alcan am efici ncias superiores a 90 Um sistema de tamanho m dio pode bombear cerca de 20 m3 por dia atrav s de uma altura manom trica de 30 metros 5 4 Prote o Cat dica Sistemas Fotovoltaicos podem ser usados para prote o cat dica de forma a impedir corros o nas estruturas de metal enterradas A corros o dos metais ocorre devido um processo de oxida o que desencadeia uma rea o qu mica e faz com que os el trons fluam do metal para o eletr lito Nas situa es pr ticas o eletr lito a gua existente no solo que possui impurezas e geralmente cida ou salgada Pelo fato da densidade do eletr lito variar sazonalmente e em alguns casos at mesmo diariamente os projetos de sistemas para prote o cat dica tornam se bastante complexo Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos A maioria dos metais corroem fa cilmente quando s o colocados em ambientes midos As nicas exce es s o os metais nobres tais como o ouro que reagem somente quando est o em uma solu o fortemente cida Entretanto os materiais que possuem ferro em sua composi o est o sujeitos
237. tion Vol 4 1996 W H Bloss EPfisterer M Schubert and T Walter Thin film Solar Cells Progress in Photovoltaics search and Aplication Vol 4 1996 Re Capitulo 2 Radia o Solar e Efeito Fotovoltaico LE Kreider F Kreith Solar Energy Handbook McGraw Hill Book Company 1981 E Lorenzo y otros Electricidad Solar Ingenieria de Los Sistemas Fotovoltaicos Instituto de Energia Solar Universidad Polit cnica de Madrid Progensa Promotora General de Estudios S A 1994 Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 M S Imamura PHelm W Palz Photovoltaic System Technology An European Handbook CEC S Stephens amp Associates 1992 M G Thomas Water Pumping The Solar Alternative Photovoltaic Systems Design Assistance Center Sandia National Laboratories SAND87 0804 1992 Grupo FAE DEN UFPE I Curso sobre Eletrifica o Rural com Tecnologia Fotovoltaic 1992 Parte 1 M L G Ferreira Inset Gradu io da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil Tese de Mestrado Programa de P s em Energia USP S o Paulo 1993 Siemens Solar Industries Training Department Photovoltaic Technology and System Design Train ing Manual 1990 Edition 4 0 CHESF BRASCEP Fontes Energ ticas Brasileiras Invent rio Tecnologia Distribui o Estat stica de Radia o Solar no Nordeste 1987 O D Ro
238. to de gua s o Bombeamento de gua residencial Bombeamento de gua para consumo humano e animal de pequenas comunidades Sistemas de irriga o A seguir s o apresentadas as principais caracter sticas dos equipamentos bombas e motores el tricos utilizados em tais sistemas 5 3 1 Tipos de Bombas de gua Existem duas categorias principais de bombas que podem ser usadas em Sistemas Fotovoltaicos isolados centrifugas e volum tricas de deslocamento positivo Elas t m caracter sticas e princ pios de funcionamento diferentes 5 3 1 1 Bombas Centr fugas Em geral as bombas centr fugas s o adequadas para aplica es que exigem grandes volumes de gua elevadas vaz es e pequenas alturas manom tricas reservat rios superficiais ou cisternas Possuem Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos p s ou impelidores que giram em alta velocidade criando press o e for ando o fluxo de gua As bombas centrifugas s o projetadas para alturas manom tricas fixas e sua sa da de gua aumenta com o aumento da velocidade de rota o das p s A efici ncia destas bombas descresce para alturas manom tricas e vaz es distantes do seu ponto de projeto As caracter sticas de opera o das bombas centr fugas adequam se razoavelmente bem sa da do arranjo fotovoltaico Assim pelo fato de partirem gradualmente e sua vaz o aumentar com a entrada de corrente el trica maiores n veis de inso
239. to el trico e poss vel curto circuito Em muitos casos indicado o uso de vaselina ou graxas especiais para prote o das conex es principalmente nas baterias cujos terminais costumam apresentar corros o acentuada Para isolar uni es em clima quente mido n o se deve utilizar fita isolante pois cola da fita sofre degrada quando exposta este tipo de clima Fitas de auto fus o s o mais eficientes Os terminais para conex o com os outros elementos do sistema devem estar claramente identificados segundo o circuito a que correspondam Cap tulo 8 Manuten o e Inspe o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 15 Cap tulo 8 Manuten o e Inspe o Todo Sistema Fotovoltaico deve sofrer inspe o e manuten o regularmente de forma a garantir uma opera o eficiente e impedir em muitos casos a ocorr ncia de problemas futuros em Sistemas Fotovoltaicos relativamente r pida e simples Muitos procedimentos para uma boa manuten o preventiva podem ser realizados pelo pr prio usu rio do sistema Entretanto os procedimentos de manuten o corretiva exigem conhecimentos mais profundos acerca dos componentes do sistema fotovoltaico e por isso devem ser realizados por pessoas capacitadas A seguir s o apresentadas recomenda es de seguran a pessoal e procedimentos de inspe o para os v rios componentes de um sistema fo
240. tovoltaico tamb m apresentado um exemplo de planilha de inspe o que ap s sofrer adapta es poder ser utilizada para casos espec ficos Um guia para auxiliar na identifica o e solu o dos problemas mais comuns est contemplado final deste cap tulo 8 1 Procedimentos Gerais de Seguran a e PERIGO Apesar das baixas tens es tipicamente geradas pelos m dulos fotovoltaicos e baterias ambos podem conter quantidades letais de corrente el trica Al m disso a associa o destes componentes pode tornar ainda mais perigosa a manipula o de SFs comum para sistemas de m dio e grande porte tens es nominais de centenas de Volts em corrente cont nua Os procedimentos citados a seguir devem ser cuidadosamente observados sempre que uma manuten o se fizer necess ria Informa es adicionais sobre seguran a s o apresentadas no Cap tulo 7 Os m dulos fotovoltaicos geram energia sempre que alguma luz solar incide sobre eles Assim para deslig los ser necess rio cobri los com um material opaco ou vir los para ch o Sistemas Fotovoltaicos trabalham em geral com altos n veis de corrente embora a tens o do conjunto possa ser baixa Por este motivo durante a manuten o o t cnico deve manter se isolado de partes vivas do circuito ou de pontos de aterramento ou seja deve permanecer em potencial flutuante conveniente o uso de luvas cal ados isolantes
241. tovoltaicos de Pequeno Porte O objetivo desta se o fornecer ao usu rio uma ferramenta que auxilie dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico As planilhas apresentadas nesta se o foram traduzidas do Manual Stand Alone Photovoltaic Sys tems A Handbook of Recommended Design Practices produzido pelo Sandia National Laborato ries Revis o Nov 91 Em alguns casos foram feitas pequenas adapta es em fun o das caracter sticas locais como por exemplo as temperaturas m dias Estas planilhas tratam apenas do projeto de sistemas isolados n o interligados rede puramente Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos us fotovoltaicos fixos sem tracking e sem concentra o da radia o solar Todas as planilhas p ginas de 112 a 120 e instru es de uso p ginas de 127 a 136 est o anexadas a este cap tulo e a Tabela 6 3 1 resume o conte do de cada uma delas Planilha Descri o Aplica o 1 C lculo do Consumo c lculo do consumo com base di ria suportando das Cargas sazonalidade semanal para cargas CA e CC utiliza o dos fatores de efici ncia para convers o de pot ncia baterias fia o 2 Determina o da trabalha com o conceito de Sol Pleno que considera Corrente do ngulo de o n mero di rio de horas de insola o igual a Inclina o do Arranjo 1k Wim equivalente energia solar dispon vel permite a avalia o simult ne
242. trabalham normalmente com a hip tese de que rede uma carga capaz de consumir toda a energia gerada e no momento da gera o Al m disso a avalia o da carga feita segundo outros par metros como por exemplo qualidade do sinal requerida pelo comprador n vel de harm nicos regulagem da tens o etc capacidade de corrigir o fator de pot ncia nivel de interfer ncia no sistema etc 6 1 3 Escolha da Configura o A escolha da conFigura o para o sistema pode ser realizada baseada nas informa es apresentadas no Cap tulo 3 Configura es B sicas onde apresentam se alguns detalhes sobre as configura es mais sistemas aut nomos ou interconectados rede CA ou CC com ou sem armazenamento etc s da carga e na disponibilidade de recursos energ ticos ente a escolha basei 6 1 4 Dimensionamento do Sistema de Armazenamento Baterias s o na atualidade o meio mais difundido melhor rela o custo versus benef cio de armazenamento de energia el trica Portanto quando falamos de Sistema de Armazenamento pensamos imediatamente em baterias embora outras alternativas existam O processo de dimensionamento de um banco de baterias rativo O projetista oscila entre a escolha do 15 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos modelo tecnologia capacidade etc e o c lculo do n mero de unidades neces considerando aspectos como vida til confiabilidade e custo
243. tre o raio solar proje o do mesmo sobre um plano horizontal 24 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos EES Treo de 235 ins quar 1222 Figura 2 1 1 rbita da Terra em torno do Sol com seu eixo N S inclinado de um ngulo de 2 Fonte Photovoltai System Technology An European Handbook Inclina o ngulo entre plano da superficie em quest o e a horizontal Outros ngulos de igual import nci 2 s o que n o est o representados na Figura 2 ngulo Hor rio do Sol ou Hora Angular w deslocamento angular leste oeste do Sol a partir do meridiano local e devido ao movimento de rota o da Terra Assim cada hora corresponde a um deslocamento de 15 Adota se como conven o valores positivos para o per odo da manh com zero s 12 00hs ngulo Zenital 02 ngulo formado entre os raios solares e a vertical Z nite A radia o solar que atinge o topo da atmosfera terrestre prov m da regi o da fotosfera solar que uma camada t nue com aproximadamente 300 km de espessura e temperatura superficial da ordem de 5800 K Por m esta radia o n o se apresenta como um modelo de regularidade pois h a influ ncia das camadas externas do Sol cromosfera e coroa com pontos quentes e frios erup es cromosf ricas etc Apesar disto pode se definir um valor m dio para o n vel de radia o so
244. u CA e F3 Corrente M xima A Entrar fi corrente m xima para E4 e F4 Comprimento de um Caminho m Determinar o comprimento de fio em cada trecho do circuito ES e FS Queda de Tens o Permitida Especificar a queda de tens o permitida para cada circuito e F6 Compensa o para Redu o de Temperatura Especificar a compensa o condutores expostos temperaturas maiores que 30 E7 F7 Bitola do Fio mm Determinar a bitola do fio a ser usado em cada ponto do considerando a corrente e a dist ncia de cada ponto Uma r pida refer ncia pode ser obt tabelas de Comprimento M ximo do Fio apresentadas nas p ginas 121 a 126 E8 F8 Tipo de Fio Descrever o tipo de fio a ser usado em cada fia o E9 F9 E10 e F10 Fio Terra Descrever o tipo de fio ser usado como fio terra dos equipamentos EA Instala es Cap tulo 7 1 0 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos m Cap tulo 7 Instala es Este cap tulo apresenta algumas informa es que devem ser observadas para uma boa instala o de Sistemas Fotovoltaicos Arranjos de grande porte a preocupa o central deste texto e devem ser tratados com cuidados especiais Os aspectos gerais de organiz e execu o da instala o de Sistemas Fotovoltaicos s o relativamente simples j que n o s o necess
245. ulados com cimento largos trilhos de madeira ou outros materiais que possuam o adequado formato para vig N o h nenhuma funda o que seja aplic vel a todas as situa es pois para isso acontecer seria necess rio superdimension la tomando o projeto anti econ mico Embora existam varia es nos projetos das funda es uma delas geralmente ser mais adequada uma aplica o particular O peso da funda o que depende do carregamento esperado para arranjo e do tipo de solo deve ser determinado como parte do projeto O carregamento do arranjo inclui a for a do vento empurrando o ou arrancando o dos apoios al m do peso pr prio dos m dulos Nos locais mais frios as camadas de neve que podem acumular sobre o arranjo tamb m devem ser consideradas Deve se projetar uma funda o para apoiar um arranjo durante a condi o de pior carregamento Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos w As for das funda es representam s de rea o a estes carregamentos tanto horizontais quanto verticais n o s o os pesos requeridos for as que ser o transmitidas funda o durante de pior carregamento Para ficar im vel a funda o deve ser capaz de reagir com pelo menos mais estas for as na dire o oposta As for as de rea o t m valores tanto positivos quanto negativos porque elas agem em ambas as dire es As for as ser o em um sentido quando o arranjo empurra
246. ulos fotovoltaicos incluem na sua maioria diodos de passo evitando que o projetista tenha que consider los em seu sistema A especifica o dos diodos feita atrav s da determina o da corrente direta de opera o un o do n mero de m dulos em paralelo e da tens o reversa m xima fun o do n mero de m dulos em s rie A queda de tens o fun o da tecnologia e do material sil cio germ nio etc Quanto menor queda mais caro dispositivo Maiores detalhes sobre diodos de prote o podem ser encontrados na bibliografia complementar Diodo de Bloqueio gt M dulo Fotovoltaico Bateria Carga Figura 6 1 4 Diodo de bloqueio evitando o fluxo de corrente da bateria para o m dulo Diodos de Bloqueio M M dulos Fotovoltaicos M Bateria Carga Figura 6 1 5 Diodos de bloqueio evitando o fluxo de corrente entre as fileiras do arranjo Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Fia o Planilhas que auxiliam na escolha da bitola dos condutores s o apresentadas no fim do cap tulo fia es CA e CC s o tratadas de forma diferenciada Atualmente no Brasil n o existem normas espec ficas para Sistemas Fotovoltaicos no que tange ao dimensionamento dos condutores No entanto a exper ncia tem mostrado que limites de perda de tens o razo veis para condi o cr tica de opera o s o 1 entre controlador e bateria s 3 para qu
247. unda resultante do tempo nublado Neste caso se faz necess rio reduzir uso de eletricidade por v rios dias ou ent o recarregar as baterias por interm dio de outras fontes A taxa de sulfata o varia para os diferentes tipos de c lulas dependendo da qualidade das placas da sua aplica o Os materiais ativos cont m aditivos que retardam a taxa de sulfata o mas que n o podem interromp la completamente Em lugares onde a temperatura m dia est acima de 30 C utiliza se um eletr lito tropical que possui uma baixa concentra o de cido A baixa concentra o reduz os danos na estrutura da grade das placas positivas diminuindo a taxa de sulfata o 4 2 2 2 Baterias N quel C dmio As baterias niquel c dmio t m estrutura f sica similar s chumbo cido 56 que ao inv s de placas de chumbo utilizam se hidr xido de n quel para as placas positivas xido de c dmio para as placas negativas O eletr lito o hidr xido de pot ssio que alcali t o prejudicial quanto o cido sulf rico das c lulas chumbo cido A Tabela 4 2 5 apresenta caracter sticas t picas para as c lulas de n quel c dmio Estas baterias podem sobreviver ao congelamento e ao degelo sem sofrerem nenhuma altera o no seu desempenho Temperaturas elevadas t m menor efeito do que em baterias chumbo cido Tens es caracter sticas Tens es 20 C V C lula Bateria com dez c lula
248. utro e assim por diante nadas e Quando a liga o s rie isto id ntico para c lulas m dulos e pain is as tens es s o adi corrente n o afetada ou sej V V1 V2 Obs Ao assumir se as correntes individuais iguais significa considerar se m dulos id nticos sob as mesmas condi es de radia o e temperatura Isto em geral n o totalmente verdade mas pode muitas vezes ser uma boa aproxima o desde que alguns cuidados na sele o dos m dulos e sua disposi o sejam observados O efeito da conex o em s rie est ilustrado na Figura 4 1 5 atrav s da curva caracter stica IxV Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 49 Corrente I Voltagem Figura 4 1 5 Curvas IxV para a conex o em s rie de dois dispositivos fotovoltaicos Fonte Photovoltaic System Design Course Manual Dispositivos fotovoltaicos conectados em paralelo Dispositivos conectados em paralelo compreendem li des de terminais positivos juntos e terminais negativos juntos A conex o em paralelo causa adi o das correntes enquanto que tens o continua mesma Ou seja I Obs Os coment rios feitos para as conex es em s rie tamb m se aplicam aqui para a igualdade das tens es A Figura 4 1 6 ilustra o efeito da adi curva caracter stica IxV das correntes em dispositivos conectados em paralelo atrav s da ura
249. valor do peso espec fico Algumas baterias chumbo cido seladas atualmente dispon veis no mercado possuem no seu interior um hidr metro especial com compensa o de temperatura que indica o estado de carga da bateria A import ncia desta corre o pode ser verificada na Figura 8 2 5 onde pode se notar que a densidade espec fica varia muito pouco para os diversos estados de carga 0 a 100 12 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Tens o Vols Densidade Especifica Tens o Densidade Especifica Profundidade de Descarga Figura 8 2 5 Tens o de circuito aberto Volts e densidade especi do estado de carga para baterias chumbo cido de tens o nominal de 12 Volts a em fun 30 Tens o de circuito aberto Para medir a tens o de circuito aberto deve se desconectar o conjunto de baterias do resto do sistema arranjo e cargas e deix lo em repouso por cerca de 20 minutos fim de estabilizar as tens es de carregamento Especial cuidado deve ser tomado ao desconectar as baterias do sistema para evitar causar danos ao controlador de carga A seguir usando um volt metro de corrente cont nua de precis o pode se medir tens o de circuito aberto do conjunto e em seguida de cada bateria individualmente Figura 8 2 6 Se forem usados conectores de c lulas externos medir tens o de cada c lula individualmente Figura 8 2 7
250. voltaica De posse dos dados meteorol gicos de relev ncia e da expectativa de demanda de energia para o sistema podemos passar para o dimensionamento do s painel is fotovoltaico s Como citado para o caso das baterias trata se de um processo iterativo onde o projetista oscila entre escolha do modelo e c lculo do n mero de unidades necess rias para um dado sistema considerando aspectos como vida til confiabilidade e custo Estes s o alguns dos dilemas com os quais o projetista va se deparar Qual tecnologia mais adequada para a minha aplica o Os m dulos de sil cio amorfo s o confi veis Qual sua expecta a de vida E a degrada Que m dulo possui a curva caracter stica IxV mais adequada ao meu projeto E assim por diante O projetista deve obter dados t cnicos sobre o maior n mero poss vel de produtos dispon veis e efetuar o dimensionamento para diversos modelos A escolha do tipo e do n mero de m dulos fotovoltaicos serem utilizados depende de uma s rie de fatores dentre eles Tens o nominal do sistema Curva caracter stica IxV do m dulo Custo da rea dispon vel para instala o Degrada o da performance em fun o da temperatura ambiente e idade dos m dulos Custo expectativa de vida para o m dulo Planilhas que auxiliam no dimensionamento do s painel is fotovoltaico s s o apresentadas no final deste cap tulo O processo dividido em
251. x o baixa tens o de inadequadamente desconex o Mudar chave para a posi o correta Se necess rio substituir o controlador de carga por um que possua caracter stica de baixa tens o de desconex o Desconectar baterias quando estiver testando a corrente de curto circuito do arranjo Substituir controlador de carga por um que possua pot ncia nominal mais elevada Reparar curto circuito ou substituir acarga Reduzir o tamanho da carga ou trocar controlador de carga por um com maior capacidade Reduzir o tamanho da carga ou trocar controlador de carga por um com maior capacidade 19 180 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Inversores Sintoma Causa Resultado A o Corretiva Nenhuma sa da do Chaves fus veis ou Nenhum fluxo de Fechar chaves inversor circuitos de prote o energia atrav s do substituir fus veis disjuntores abertos inversor montar os circuitos de estragados ou soltos prote o novamente fia o quebrada ou reparar ou substituir a oxidada fia o danificada Baixa tens o de Nenhum fluxo de Permitir que as desconex o no energia dispon vel baterias recarreguem inversor ou para o inversor controlador de carga aberto Timer demora para dar Alguns segundos de Esperar alguns partida no inversor atraso depois de dar segundos depois de devido a sua partida na carga dar partida nas cargas ociosidade
252. xa de Auto descarga Reciclabilidade dos Materiais e Custo A efici ncia das baterias recarreg veis depende de muitos fatores entre os quais destacam se estado de carga temperatura de opera o taxa de carga e descarga idade Os fatores mais importantes que afetam o desempenho capacidade e a vida til de qualquer bateria recarreg vel s o profundidade de descarga por ciclo temperatura vida c clica controle da carga descarga e manuten o peri dica especialmente recarregamento peri dico no caso das chumbo cido A seguir s o detalhados estes fatores Profundidade de descarga vida c clica temperatura A profundidade de descarga e temperatura s o os par metros mais comumente usados pelos fabricantes de c lulas para estimar a capacidade de vida c clica da bateria A Figura 42 1 ilustra os efeitos da profundidade de descarga e da temperatura de opera o na vida c clica das c lulas secund rias A vida c clica est inversamente relacionada com a profundidade de descarga e temperatura A capacidade de qualquer bateria secund ria degrada se mais rapidamente quando a temperatura de opera o da bateria profundidade de descarga aumentam T cnica e modo de opera o do controle de carga O carregamento uma opera o cr tica que afeta diretamente a vida til da bateria O objetivo principal Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos Vida til n mero de ciclos
253. z que bateria um componente pouco compreendido e geralmente os dados fornecidos pelos fabricantes s o imprecisos Al m disso a rela o entre as quantidades f sicas variam com muitos fatores conforme apresentado na se o 4 2 2 Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos A possibilidade de ajuste dos ser points permite ao usu rio otimizar a Em geral para cada par metro relacionado com a tens o nos terminais da bateria existe uma histerese associada ou seja existem valores para ativar liga ou desativar desliga uma determinada fun o Se os pontos liga desliga de um controlador de carga forem colocados muito pr ximos um ciclo repetitivo poder ocorrer Isto acontece porque no momento em que fornecimento de energia interrompido tens o da bateria aumenta rapidamente de 15 a 209 Da mesma forma quando o arranjo desconectado a tens o da bateria cai de 10 a 15 Assim importante considerar estas diferen as no momento de estabelecer os set points do controlador Prote o contra corrente reversa A maioria dos controladores incluem um mec arranjo fotovoltaico durante noite quando tens o de circuito aberto do arranjo inferior tens o da bateria Esta fun o implementada em geral atrav s de um diodo de bloqueio como pode ser visto na Figura 4 3 1 Neste caso deve se verificar a redu o de tens o atrav s do controlador de forma

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