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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
2379EE2
2º semestre de 2016
Prof. Alceu Ferreira Alves
www.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu
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Na última aula:
• Revisão – Condições Padrão de Teste (STC, NOTC)
• Massa de Ar
• Ângulos do Sol em relação à Terra
• Inclinação dos painéis
• Efeito da temperatura
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Efeito da Radiação na Geração FV
• Corrente do Módulo → depende diretamente da irradiância
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Efeito da Temperatura na Geração FV
• Aumento na Temperatura → reduz a tensão fornecida pelo módulo e, consequentemente, a potência gerada
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Efeito da Temperatura na Geração FV
• Coeficiente de Temperatura → necessário para estimar a tensão mínima e a tensão máxima de um arranjo fotovoltaico, devido à variação da temperatura das células fotovoltaicas (verão/inverno)
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Efeito da Temperatura na Geração FV
• Caso não seja fornecido o Coeficiente de Temperatura → há uma tabela de valores “genéricos” para estimar a tensão mínima e a tensão máxima
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Sombreamento
• Em situação normal de funcionamento, o módulo fotovoltaico está recebendo radiação solar, as junções PN estão reversas e a incidência de fótons provoca DDP e corrente elétrica
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Sombreamento
• Sob determinadas condições, se parte do módulo fotovoltaico receber uma sombra, uma ou mais células fotovoltaicas se comporta como diodo diretamente polarizado
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Sombreamento
• Nessa situação, dependendo da corrente que circula pela carga, o material semicondutor sombreado pode se aquecer a ponto de ser danificado pelo calor
• O local danificado é chamado de “ponto quente” (hot-spot)
• O dano é permanente
• Isso acontece quando, ao invés de gerar, o módulo recebe corrente
• Se o sistema operar com baterias, a corrente pode ser muito alta e destruir o módulo fotovoltaico
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Diodo de Desvio• By-pass diode → Diodo de desvio ou de passagem, evita que
excesso de corrente passe na célula com polarização inversa devido ao sombreamento, protegendo-a (normalmente aplicado a um conjunto de células, em geral 18 ou 20)
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Diodos de Bloqueio
• Diodo de bloqueio → normalmente usado em sistemas que utilizam bateria, evitam que o painel se torne uma carga para a bateria, descarregando-a rapidamente (normalmente aplicado a cada string)
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Diodos de Bloqueio
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Sistemas Fotovoltaicos – classificação
• Sistemas Isolados (off-grid)
• Sistemas Conectados à Rede (on-grid ou grid-tie)
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Sistemas Fotovoltaicos – classificação
• Sistema Isolado → não é conectado à rede de distribuição• Pode ser Híbrido ou Autônomo (Puro)• Sistema autônomo pode ter armazenamento (ou não)
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Sistemas Fotovoltaicos
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Sistemas Fotovoltaicos
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Sistemas Fotovoltaicos
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Sistemas Fotovoltaicos
• Sistema Isolado → não é conectado à rede de distribuição
• Pode ser Híbrido ou Autônomo (Puro)
• Sistema autônomo pode ter armazenamento (ou não)
• Sem armazenamento → Ex.: bomba d’água
• Com armazenamento → Ex.: iluminação
• Sistema autônomo CA → aplicações domésticas (rural)
• Sistema autônomo CC → sistemas de comunicação em
locais distantes
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Sistema Fotovoltaico Autônomo
• Principais Componentes
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Sistema
Fotovoltaico
Autônomo
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Sistema Fotovoltaico Híbrido
Opera juntamente com outra fonte de energia (co-geração):
• Eólica (recomenda-se armazenamento)
• Gerador alimentado por motor a combustão (dispensa baterias)
• PCH (ou outra)
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Sistemas Fotovoltaicos – classificação
• Sistema Conectado à Rede (on-grid ou grid-tie) → injeta energia na rede de distribuição da Concessionária
• Pode ser de Grande Porte (Usinas ou Fazendas Solares)• Ou de Pequeno Porte (residencial)
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Sistema Fotovoltaico On-grid
• Sistema Conectado à Rede → é conectado à rede de distribuição
• O potencial gerado é injetado na rede
• A rede age como uma carga, absorvendo a energia
• Geralmente não utilizam sistemas de armazenamento
• Dependem de regulamentação e legislação, porque usam a rede
de distribuição das concessionárias
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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
• Principais Componentes
1) Módulos Fotovoltaicos
2) Inversor Grid-tie
3) Interruptor de Segurança
4) Quadro de Distribuição
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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
• Principais Componentes
5) A energia elétrica gerada alimenta as cargas residenciais
6) A energia excedente é injetada na rede, e é medida através de
medidor eletrônico bidirecional
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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
• Inversor Grid-tie (também conhecido como Inversor On-grid )
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Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
• Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )
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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )
• Totalmente diferente do inversor utilizado em sistemas
autônomos (estrutura de controle e acionamento)
• Rigoroso controle de tensão, fase e frequência
• Alta tecnologia envolvida
• Busca do MPP
• Isolados ou não (peso, tamanho, custo)
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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )
Principais funções:
• Converter CC em CA, em fase, amplitude e frequência compatíveis com a rede de distribuição
• Ajustar-se ao ponto de máxima potência (MPP) do arranjo fotovoltaico, conseguindo o seu maior rendimento
• Registro Operacional, guardando/transmitindo os dados durante o seu funcionamento, através de displays, cartões de memória, rede de dados, etc.
• Proteção em CC e em CA, como por exemplo: proteção contra curtos-circuitos, inversão de polaridade, sobrecorrente e sobretensão, descargas atmosféricas, corrente residual, etc.
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Conexão do Inversor Grid-tie
• Diretamente à rede – a energia é fornecida ao sistema e utilizada pelos consumidores mais próximos
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Conexão do Inversor Grid-tie
• Através do ponto de conexão da edificação com a concessionária –
energia elétrica gerada é consumida pela própria edificação, e
somente o excedente é fornecido à rede
• Até 5 kWp são, geralmente, monofásicos
• Para sistemas de maior potência, geralmente trifásicos
• É possível agrupar inversores monofásicos para constituir um
sistema trifásico
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Inversor Grid-tie ( Inversor On-grid )
Características desejáveis:
• Alta eficiência de conversão (tanto na carga nominal quanto em
cargas parciais)
• Alta confiabilidade e baixa manutenção
• Operação em ampla faixa de tensão de entrada
• Baixo conteúdo harmônico
• Baixa emissão de EMI e de ruído audível
• Tolerância aos surtos de carga
• Garantia, boa isolação, proteções eficientes
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Ilhamento
• Situação na qual a rede de distribuição é desenergizada e um (ou
mais) SFCR tem capacidade de suprir a demanda de potência em
determinada seção da rede
• Sua proteção não atua e o SFCR tenta suprir a demanda solicitada
• Problema: segurança (a rede deveria estar desenergizada e não
está)
• Perigo: procedimentos de segurança obrigam o aterramento das
fases durante a manutenção
• Inversores Grid-tie obrigatoriamente devem ter proteção anti-
ilhamento (ABNT NBR IEC 62116:2012)
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Calendário dos Seminários
• A sala foi dividida em grupos e os temas definidos
• As datas de apresentação estão disponibilizadas em
http://www4.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu/2379EE2seminarios.pdf