Energia Solar

Curso de energia solar fotovoltaica,

a electricidade que vem do sol

I- Introdução

II- Composição física e fabricação dos dispositivos fotovoltaicos

III- Conceitos eléctricos

IV- Curvas características das células fotovoltaicas

V- Configuração de sistemas de produção fotovoltaicos

VI- Dimensionamento de sistemas de produção fotovoltaicos e de bancos de baterias

VII- Conexões e dimensionamento de condutores e cabos

VIII- Instalação e manutenção

I- Introdução

Um sistema de produção electro-solar é uma fonte de energia que, através da utilização de células fotovoltaicas, converte directamente a energia luminosa em electricidade.

Vantagens fundamentais:

 Não consome combustível

 Não produz poluição nem contaminação ambiental

 É silencioso

 Tem uma vida útil superior a 20 anos

 É resistente a condições climáticas extremas (granizo, vento, temperatura e humidade)

 Não tem peças móveis e, portanto, exige pouca manutenção (só a limpeza do painel)

 Permite aumentar a potência instalada por meio da incorporação de módulos adicionais

Principais aplicações:

Geralmente é utilizado em zonas afastadas da rede de distribuição eléctrica, podendo trabalhar de forma independente ou combinada com sistemas de produção eléctrica convencional. Suas principais aplicações são:

 Electrificação de imóveis rurais: luz, TV, rádio, comunicações, bombas de água

 Electrificação de cercas

 Iluminação exterior

 Sinalização

 Protecção catódica

 Barcos, roulotes

Componentes do sistema:

Corrente contínua 12V:

 Paineis ou módulos de celulas fotovoltaicas

 Suportes para os paineis

 Regulador de carga de baterias e banco de baterias

Corrente alternada 110/220V:

Além dos elementos anteriores, entre as baterias e o consumo será necessário instalar um inversor de corrente com a potência adequada. O inversor converte a corrente contínua (DC) das baterias em corrente alternada (AC). A maioria dos electrodomésticos utiliza a corrente alternada.

ESQUEMA (Fig.1)

Este curso foi publicado originalmente por Panorama Energético .

Traduzido, adaptado e reproduzido pela AMERLIS com autorização dos autores.

A Retscreen, do Canadá, produziu um software para elaborar projectos de fotovoltaico.

Se quiser este software CLIQUE AQUI para efectuar o descarregamento (1721 k bytes).

É gratuito.

Se preferir o software em francês vá directamente ao sítio web da Retscreen .

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Actualizado em 05/Jun/01

II- Composição física e fabricação dos dispositivos fotovoltaicos

Efeito fotovoltaico:

Os módulos são compostos de celulas solares de silício. Elas são semicondutoras de electricidade porque o silício é um material com características intermédias entre um condutor e um isolante.

O silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos adequados obtem-se o silício em forma pura. O cristal de silício puro não possui electrões livres e portanto é um mau condutor eléctrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Este processo denomina-se dopagem. Mediante a dopagem do silício com o fósforo obtem-se um material com electrões livres ou material com portadores de carga negativa (silício tipo N). Realizando o mesmo processo, mas acrescentando Boro ao invés de fósforo, obtem-se um material com características inversas, ou seja, défice de electrões ou material com cargas positivas livres (silício tipo P).

Cada célula solar compõe-se de uma camada fina de material tipo N e outra com maior espessura de material tipo P (ver Figura 2).

Separadamente, ambas as capas são electricamente neutras. Mas ao serem unidas, exactamente na união P-N, gera-se um campo eléctrico devido aos electrões do silício tipo N que ocupam os vazios da estrutura do silício tipo P.

Figura 2

Ao incidir a luz sobre a célula fotovoltaica, os fotões que a integram chocam-se com os electrões da estrutura do silício dando-lhes energia e transformando-os em condutores. Devido ao campo eléctrico gerado na união P-N, os electrões são orientados e fluem da camada "P" para a camada "N".

Por meio de um condutor externo, conecta-se a camada negativa à positiva. Gera-se assim um fluxo de electrões (corrente eléctrica) na conexão. Enquanto a luz continue a incidir na célula, o fluxo de electrões manter-se-á.

A intensidade da corrente gerada variará proporcionalmente conforme a intensidade da luz incidente.

Cada módulo fotovoltaico é formado por uma determinada quantidade de células conectadas em série. Como se viu anteriormente, ao unir-se a camada negativa de uma célula com a positiva da seguinte, os electrões fluem através dos condutores de uma célula para a outra. Este fluxo repete-se até chegar à última célula do módulo, da qual fluem para o acumulador ou a bateria.

Cada electrão que abandona o módulo é substituído por outro que regressa do acumulador ou da bateria. O cabo da interconexão entre módulo e bateria contem o fluxo, de modo que quando um electrão abandona a última célula do módulo e encaminha-se para a bateria outro electrão entra na primeira célula a partir da bateria.

É por isso que se considera inesgotável um dispositivo fotovoltaico. Produz energia eléctrica em resposta à energia luminosa que entra no mesmo.

Deve-se esclarecer que uma célula fotovoltaica não pode armazenar energia eléctrica.

Tipos de células:

Existem três tipos de células, conforme o método de fabricação.

 Silício monocristalino: Estas células obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino produzidas em fornos especiais. As células são obtidas por corte das barras em forma de pastilhas quadradas finas (0,4-0,5 mm de espessura). A sua eficiência na conversão de luz solar em electricidade é superior a 12%.

 Silício policristinalino: Estas células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de bocados de silício puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silício arrefece lentamente e solidifica-se. Neste processo, os átomos não se organizam num único cristal. Forma-se uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais. Sua eficiência na conversão de luz solar em electricidade

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