Glauco Diniz Duarte – como dimensionar energia fotovoltaica

Em primeiro lugar, a energia solar faz parte das fontes de energia primária além da biomassa, eólica e hidrelétrica. Todas as formas de energia que conhecemos derivam da energia solar.

É a energia do sol por exemplo, que altera o estado físico da água, fazendo com que essa migre e possa ser represada e aproveitada nas usinas hidrelétricas.

Entretanto, ó processo da fotossíntese que depende da energia do sol, alimenta às plantas utilizadas como fonte de energia de biomassa.

Até mesmo o petróleo, que é oriundo dos restos de vegetação e animais pré-históricos, também possui uma parcela de energia do sol, pois este cedeu a energia necessária ao aparecimento da vida na terra em eras passadas.

As formas de energia renovável citadas acima são as que se renovam a cada dia, permiindo um desenvolvimento sustentável da vida e sociedade humana.

A energia solar que chega à terra em um ano é muito maior que o consumo humano de energia no mesmo período.

Infelizmente todo esse potencial ainda não é aproveitado e muito bem compreendido pela população mundial. O aproveitamento  da energia solar pode ser feito de três modos distintos:

• Arquitetura Bioclimática

  • Efeito Fototérmico

  • Efeito Fotovoltaico

A arquitetura bioclimática consiste em formas de captação da luz natural do sol,  ou evitando-o  através de formas de integração arquitetônica às condições locais.

Por outro lado, o efeito fototérmico consiste na captação da irradiação solar e conversão direta em calor.

É o que ocorre por exemplo, com os sistemas de aquecimento solar de água utilizado nas residências ou comércios. Sendo assim, desses três modos citados particularmente focaremos apenas no efeito fotovoltaico.

Apesar de alguns incentivos à utilização da energia fotovoltaica, ainda podem ser observadas algumas dúvidas em consumidores e interessados em aplicar esse sistema em suas residências ou em suas empresas.

Como funciona? Qual o custo de sua instalação? O retorno financeiro é vantajoso? como dimensionar corretamente um sistema de energia solar?

Sistemas fotovoltaicos

A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico).

Um sistema fotovoltaico é uma fonte de potência elétrica, na qual as células fotovoltaicas transformam a radiação solar diretamente em energia elétrica.

Funcionamento

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

Entretanto, o silício apresenta-se normalmente como areia. Através de métodos adequados obtém-se o silício em forma pura.

O cristal de silício puro não possui elétrons livres e portanto é um mau condutor elétrico. Para alterar isto acrescentam-se porcentagens de outros elementos. Dessa forma, este processo é conhecido como dopagem.

Mediante a dopagem do silício com o fósforo obtém-se um material com elétrons livres ou material com portadores de carga negativa (silício tipo N).

Posteriormente, realizando o mesmo processo, mas acrescentando boro ao invés de fósforo, obtém-se um material com características inversas, ou seja, déficit de elétrons ou material com cargas positivas livres (silício tipo P).

Cada célula que compõem um painel solar (um painel é composto pelo conjunto de várias células) compõe-se de uma camada fina de material tipo N e outra com maior espessura de material tipo P.

Ao incidir a luz sobre a célula fotovoltaica, os fótons que a integram chocam-se com os elétrons da estrutura do silício dando-lhes energia e transformando-os em condutores.

Dessa forma, devido ao campo elétrico gerado na união P-N, os elétrons são orientados e fluem da camada “P” para a camada “N” gerando dessa forma, uma corrente elétrica.

Classificação dos sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos são classificados de acordo como é feita a geração ou entrega da energia elétrica em:
• Sistemas Isolados (Off-Grid)
• Sistemas conectados à rede (On-Grid)

Um sistema fotovoltaico isolado é aquele que não tem contato com a rede de distribuição de eletricidade das concessionárias. Assim, os sistemas isolados podem ser classificados em Híbridos ou Autônomos (Puros).

Os sistemas autônomos podem ser com, ou sem armazenamento elétrico, ou seja, com ou sem baterias.

Já o sistema híbrido trabalha em conjunto com outro tipo de geração de eletricidade como por exemplo, turbina eólica, gerador de combustão interna, etc.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede além de fornecerem energia para a instalação, o excesso (energia que não foi utilizada) geralmente é direcionada para as redes de distribuição.

Dessa forma, todo o potencial gerado é rapidamente transferido para a rede, que age como uma carga, absorvendo a energia.

Por outro lado, os sistemas conectados à rede, também chamados de on-grid, geralmente não utilizam sistemas de armazenamento de energia, e por isso, são mais eficientes que os sistemas autônomos,

Entretanto, dependem de regulamentação e legislação favorável, pois usam a rede de distribuição das concessionárias para a alimentação da energia gerada.

Dessa maneira, esse tipo de sistema é regulamentado pela resolução normativa nº 482 da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), de 17 de abril de 2012, que é o que define o mecanismo de compensação de energia.

Um sistema fotovoltaico conectado à rede, geralmente, possui os seguintes componentes:

1- painel ou módulo fotovoltaico

2- caixa de distribuição

3- fiação

4- Inversor de tensão ou Grid-Tie

5- medidor de energia (opcional)

Dimensionamento

O dimensionamento de um sistema de energia solar fotovoltaico refere-se a seleção correta dos componentes que farão parte da instalação podendo ser um sistema isolado ou conectado a rede.

Primeiramente é necessário conhecer o índice de radiação solar de sua região por meio de consultas de base da dados de radiação solar incidente.

Nesse caso, é preciso conhecer a latitude e longitude da região para acessar a informação correta do local.

O CRESESB é um bom lugar para encontrar esses índices. Por exemplo, suponha que queira descobrir os índices de radiação solar da cidade de Natal.

Consultando o sistema de coordenadas GPS encontramos latitude: -5.805398 e longitude: -35.2080905.

No site do CRESESB insira os valores correspondentes nos espaços respectivos, escolha valor em decimal e clique em buscar. Aparecerá o seguinte quadro com os valores mensais em kWh/m^2dia:

Pelo quadro observa-se que o mês de maior incidência é referente ao mês de novembro com 6,27 e o menor é o mês de junho com 4,66 e média de 5,67.

Dessa forma, é importante conhecer esses índices antes de instalar um sistema de captação solar fotovoltaica.

Os demais cálculos a serem efetuados referem-se a: seleção dos painéis, inversores de tensão, baterias e controlador de carga que dependerão basicamente da radiação solar da região, eficiência do painel solar e dos componentes que necessitarão serem alimentados.