Energia Fotovoltaica

Energia SolarComponentes: Loren Flores, Sabrina Meira e Vinícius Marinho

Energia solar

Fonte alternativa ideal

Características básicas:

-Abundante

-Permanente

-Renovável a cada dia

-Não polui nem prejudica o ecossistema

-Gratuita

Breve histórico

Historiadores acreditam que Arquimedes incendiou navios romanos

concentrando sobre eles raios solares refletidos.

Em 1774, Lavoisier, químico francês, construiu um forno solar e

conseguiu obter a temperatura de 1700°C.

Durante 1870 e 1880, John Ericsson, engenheiro sueco-americano,

propôs um sistema para transformar a energia solar em mecânica.

O efeito fotovoltaico foi relatado por Edmond Becquerel em1839.

A pesquisa moderna sobre o uso da energia solar teve início durante a

década de 1930.

Energia Fotovoltaica

- A Energia Solar Fotovoltaica

LUZ > ELETRICIDADE

- A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão.

- O efeito fotovoltaico - aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de

uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz.

- O semicondutor mais usado é o silício.

Radiação Solar

Inesgotável fonte energética.

O sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 1,5 x

10^18 kWh de energia.

Captação e Conversão

Radiação Solar a Nível do Solo

Antes de atingir o solo, as características da radiação solar

são afetadas por interações com a atmosfera devido aos

efeitos de absorção e espalhamento.

Nem toda luz emitida pelo sol é visível ao olho humano, mas pode ser

detectada de outras formas: em um feixe de luz solar existe diferentes

freqüências de ondas eletromagnéticas cujo conjunto denomina-se

espectro de radiação solar.

No espaço terrestre, antes de atingir a atmosfera, a radiação solar é composta

aproximadamente de 53% de radiação invisível - com uma pequena parcela de luz

infravermelha e uma grande parcela de luz ultravioleta - e 47% de luz visível.[...]

(VILLALVA; GAZOLI, 2012, p. 40).

Massas de Ar

AM= Air Mass

A espessura da massa de ar atravessada pelos raios

solares na atmosfera depende do ângulo zenital do Sol.

Porção individualizada do ar atmosférico cujas características e propriedades representam as

condições gerais do tempo de onde são formadas.

Alterações ocasionadas : vapor d’água, ar, partículas em suspensão, sujidade, etc.

O percurso maior ou menor da radiação solar na massa de ar será determinado pelo ângulo

de incidência dos raios solares (angulo zenital) em relação a linha do zênite.

Fatores que interferem na distribuição da energia do espectro de radiação.

Massas de Ar

Localização geográfica, hora do dia, dia

do ano, condições climáticas,

composição da atmosfera, altitude, etc.

Países situados na zona tropical, entre os trópicos de

Câncer e Capricórnio, sofrem interferências reduzidas

das massas de ar (raios solares incidem com Oz

menores).

A distribuição espectral AM 1,5 refere-se ao

comportamento médio anual da radiação solar em

países entre os trópicos de Câncer e o círculo ártico.

IRRADIANCIA

- W/m² (watt por metro quadrado).

- É medida através de sensores.

- Na superfície da Terra - cerca de 1000W/m²

- No espaço sideral, entre o Sol e a Terra aprox. 1353W/m².

- Ferramenta na avaliação da eficiência dos dispositivos e sistemas

fotovoltaicos.

A energia solar que incide sobre uma área de superfície plana num dado

intervalo de tempo.

Insolação

Instalação de módulos solares

• Inclinação do eixo da Terra

• Ângulo da altura Solar

• Ângulo de inclinação dos módulos

• Ângulo Azimutal do Sol


• Translação, Rotação e inclinação do eixo da Terra

Esta inclinação em relação a orbita elíptica em torno do Sol

forma um angulo de 23,5°, aproximadamente, e determina

as estações do ano a depender da posição do planeta em

sua trajetória de translação.

•Ângulo da altura Solar


Determinado pelo ângulo de inclinação da trajetória do Sol com o plano horizontal.

Influenciado pela localização geográfica, bem como pelo ângulo de declinação do Sol.

•Ângulo da altura Solar


A altura do Sol no céu é maior nos dias de verão, o que significa que nessa época os

raios solares incidem com um angulo azimutal menor, percorrendo uma massa de ar

reduzida.

No inverno, acontece o contrário, a

altura do Sol no céu é menor,

ângulo azimutal e as massas de ar

são maiores .

• Regras a serem observadas durante a instalação de um

modulo solar.


1. Orientação do equipamento (Norte geográfico)

2. Ajuste do angulo de Inclinação (Latitude Geog.)


Painel Solar Fotovoltaico de 250W Kyocera Solar + Controlador de Carga MPPT de 10A EP Solar por “APENAS” R$ 1.409,00ou 3x sem juros de R$ 469,67


-Apropriado para o carregamento de bancos de baterias que funcionem em 24Vcc.

-Pesa 20Kg, dim. 1662 x 990 x 46 (mm).

-Certificado pelo INMETRO “A”, apresentando “Ef” de 14,9%

-Protegidas por resistente camada de vidro temperado e moldura em alumínio.

-Em CII, este módulo solar PV produz 250W, 8,39A e 29,8V em CC.

-Controlador de 10A com tecnologia MPPT Tracer-1210RN, incluso no kit, possui

dissipadores para resfriamento.

-Conta com tecnologia MPPT do módulo PV, permitindo eficiência até 30% superior

quando comparada aos controladores de carga tradicionais (tecnologia PWM).

-O KD250GH-4FB2 possui 02 anos de garantia contra defeitos de fabricação e até 20 anos

para geração de energia

ESPECIFICAÇÕES DOS PRODUTOS

-Painel Solar Fotovoltaico (CPT):

-Potência máxima (Pmax): 250Wp

-Tolerância: +5%/-3%

-Tensão em circuito aberto (Voc): 36,9V

-Tensão de Pico (Vmpp): 29,8V

-Corrente de curto-circuito (Isc): 9,09A

-Corrente de Pico (Impp): 8,39A

-Voltagem máxima do sistema: 1000V

-Tipo de célula: Silício Policristalino

-Dimensões painel: 1662 x 990 x 46 (mm)

-Moldura: Alumínio

-Peso: 20 kg

CPT: Irradiação de 1000W / m², Espectro de Massa de Ar 1.5 e Temperatura de Célula de 25°C

O painel deve ser instalado em um

local ensolarado e sem sombras,

orientado para a direção norte, com

inclinação de acordo com a tabela

disponível


Sistema Fotovoltaico de Geração

Autônoma São utilizados em lugares onde não há redes elétricas convencionais.

Estação autônoma de recarga de veículos elétricos alimentada por módulos

fotovoltaicos.

Diagrama de Sistemas Fotovoltaicos

em função da carga utilizada.

COMPONENTES - SISTEMA

FOTOVOLTAICO AUTÔNOMO

- Módulo fotovoltaico

- Controlador de carga

- Bateria

- Inversor de carga

SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTÔNOMO

Placas fotovoltaicas

Diferentes tecnologias são empregadas na fabricação da célula PV que corresponde a

unidade do modulo, placa ou painel PV. Entretanto, as mais recorrentes são a do Si

monocristalino, policristalino e do filme fino de Si.

O Si presente na célula PV e retirado do mineral quartzo que passa por um processo de

purificação para a fabricação de células. O Brasil e um dos principais lideres na produção

mundial de silício de grau metalúrgico, embora não exista a purificação de silício ate o

grau solar, em nível comercial, em solo brasileiro (ABINEE, 2012).

•O a emissão de elétrons por um material, geralmente

metálico, quando exposto à radiação eletromagnética

de f alta o suficiente para que os seus fótons

energizem os elétrons do material. Essa frequência

depende do material.

•O efeito fotovoltaico é o surgimento de uma tensão

elétrica em um material semicondutor, quando é

exposto à luz visível.

Efeito fotoelétrico x fotovoltaico

-O Si possui propriedades intermediárias entre as do carbono e o germânio.

-Na forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apres um brilho metálico e cor grisácea.

-É relativamente inerte e resistente à ação da maioria dos ácidos;

-Transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.

-O silício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre; 26 a 28% da crosta

terrestre é composto de silício


Com altas temperaturas, dos blocos de Si ultrapuro, formação de cristal através

do método de Czochralski resultando no lingote de si monocristalino. A partir

da secção e fatiamento desse lingote, são produzidos os wafers que são

submetidos a processos químicos e recebem impurezas nos dois lados,

constituindo camadas de Si de + e - .

Recebe uma película metálica em um dos lados, uma grade metálica e uma

camada de material antirreflexivo na outra superfície onde a luz incidirá.

São rígidas e quebradiças, mais eficientes. custos de produção são maiores

Silício Monocristalino


Silício Policristalino

Quando equiparadas as células de Si monocristalino, as células PV de cristais

de Si policristalino são menos eficientes comercialmente, custo de fabricação

menor devido o processo de preparação do material ser menos rigoroso.

Estas células são peças resultantes de mais de uma formação cristalina,

apresentando mais imperfeições. São obtidas a partir da fundição e

cristalização do lingote de silício de forma direcional em uma camará através

da técnica de Bridgman. Os wafers de Si policristalino são a base da industria

fotovoltaica atual


Filmes Finos

-Fabricados pela pulverização de finas camadas de Si sobre uma base feita de

material rígido ou flexível.

-O custo dos filmes finos é menor, pois em sua fabricação não há serragem de

lingotes, ocorrendo menos desperdício de material e menor consumo de

energia, pois os processos de fabricação empregam temperaturas menores do

que as utilizadas na fabricação do silício cristalino.

-Fabricação é menos complexa, tornando mais simples automatização dos

processos e facilitando a produção em grande volume.

Placas fotovoltaicas•Várias células em série para produzir painéis ou módulos PV.

•Os módulos PV de silício cristalino encontrados no mercado apresentam Ppico entre 85

W e 255 W. Suas Vmáx de saída em circuito aberto vão até aproximadamente 37 V e

podem fornecer em torno de 8,5 A de corrente elétrica.

•Os módulos de filmes finos são formados por uma célula única com as dimensões do

próprio módulo. Em geral são encontrados em potências em torno de 50 W e 100 W

Controladores de Carga:

Operam em Corrente Contínua;

Evita sobrecargas ou descargas excessivas da bateria;

Gerenciamento da carga da bateria.

Bateria

-Linearidade durante o fornecimento de energia.

-Evita desperdício de carga - o consumo é baixo.

-Armazena energia - pouca ou nenhuma radiação.

-Estabilização da tensão de saída do módulo fotovoltaico em

relação aos demais componentes ou ao inversor eletrônico.

-Vida útil influenciada pela temperatura de operação e pelas

profundidades de descarga.

Inversor

Fornece CA aos equipamentos conectados convertendo

contínua produzida pelo painel fotovoltaico ou armazenada na

bateria em corrente alternada.

Térmicos

Forma de energia: captá-la e armazená-la

Coletores solares.

O fluido aquecido é mantido em reservatórios

termicamente isolados até o seu uso final.

Utilizados:

- Residências

- Hospitais

- Hotéis, etc.

Curiosidades

http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/novo_dispositivo_solar_tem_dupla_vantagem.html

http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/maior_usina_solar_do_mundo_produzira_2

90_megawatts_de_energia.html

Curiosidades

http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/aviao_deve_sobrevoar_os_estados_unidos_

movido_a_luz_solar.html

Curiosidades

CURIOSIDADES

CURIOSIDADES

CURIOSIDADES

CURIOSIDADES

CURIOSIDADES

Pesquisas

As empresas Philips e Basf têm trabalhado em

um painel automotivo que capta a luz solar e a

transforma em energia. O painel de OLED,

mesma tecnologia usada na fabricação de telas

de computador, funciona como um teto solar

transparente. À noite, ele é capaz de iluminar o

interior do carro utilizando a energia

acumulada durante o dia.

Protótipo Daimler.

Pesquisas

Graças à um grande painel de energia solar no teto, o veículo tem autonomia de

675 km em dias de sol e 400km em dias nublados. Feito de um tipo especial de

alumínio e fibra de carbono, o carro pesa apenas 380 kg.

O Solar Team Eidhoven pertence à

Universidade de Tecnologia de

Eidhoven, Holanda, é primeiro “carro

com energia positiva” do mundo. Com

um design futurista e aerodinâmico, o

Stella produz mais energia do que usa

e ainda tem espaço para uma família

de quatro pessoas.

Team Eidhoven

https://s3.amazonaws.com/catraca-uploads/wp-content/uploads/2013/09/carro61.jpg

Pesquisas

Em 2014 a Ford cria o C-Max Energi Solar, um veículo conceito que foi apresentado

no início deste ano.

O seu teto é repleto de painéis solares que captam a energia do sol, que é

armazenada na bateria do carro. Para uma carga mais rápida, será necessário

recorrer a uma tomada, mas as placas irão auxiliar a aumentar a autonomia dos

automóveis

C-Max Energi Solar

Pesquisas

Sobre a eficiência, a célula nacional converte 15,4% da energia solar em elétrica.

Pode parecer pouco, mas a média mundial é de 14%. As melhores placas solares

comercializadas do mundo convertem cerca de 16%.

Pesquisadores da PUC do Rio Grande do Sul desenvolveram placas de captação de

energia solar mais eficientes que a média mundial, a custos menores, mas ainda não

conseguiram ganhar escala no mercado brasileiro.

Pesquisas

SIMULAÇÃO

www.americadosol.org/simulador/

http://www.americadosol.org/simulador/

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

SIMULAÇÃO

•CONVENCIONAL:

206 MWh –> R$- 112,63

•FOTOVOLTAICO:

150,09 MWh -> gerado pelo sistema FV

55,91 MWh -> fornecido pela rede – R$ 28,7

Referências

CRESESB - Centro de Referéncia para Energia Solar e Eólica Sérgio de

Salvo Brito, Centro de Pesquisa de Energia Elétrica. (2008). Tutorial de

energia Solar Fotovoltaica. Rio de Janeiro, 2008.

BALDISSERA, Luciano Bonato, Desenvolvimento de um Protótipo de um

Veículo Elétrico. (Monografia). Ijuí, Ago. 2014.

Blue Sol Educacional

Vilalva, G.

América do Sol www.americadosol.com

GALDINO M. A.; CASTRO P. S.; MAIS M.; Sistemas Fotovotaicos para os

parques municipais da cidade do Rio de Janeiro. Em: III Congresso

Brasileiro de Energia Solar. Belém, 21 a 24 de setembro de 2010.

http://www.americadosol.com/

OBRIGADO!

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