Características dos Sistemas Fotovoltaicos

Fraidenraich (1995) entende que sistema fotovoltaico é o conjunto de elementos capazes de converter a energia radiante solar em energia utilizável pelo usuário, mediante o emprego de fotocélulas. Tal sistema é constituído de um elemento conversor, formado pela interligação elétrica de vários módulos, que geralmente recebe o nome painel fotovoltaico, e por outros aparatos relativamente convencionais que transformam ou armazenam a energia elétrica para que possa ser utilizada pelo usuário.

Para o CEPEL/CRESESB (1999), um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas isolados, híbridos e conectados à rede.

Costa (2001) comenta que, os sistemas isolados fotovoltaicos atendem a uma determinada carga utilizando exclusivamente a energia solar fotovoltaica. Sua configuração básica compreende, além do módulo fotovoltaico, a unidade de controle de carga e a unidade de armazenamento de energia (Figura 1). A ordem de grandeza da potência fotovoltaica instalada deste tipo de sistema varia tipicamente de centenas de Wp a unidades de kWp.

Fraidenraich (1995) é objetivo quando diz que o sistema é dito autônomo se ele é o único responsável pelo fornecimento da potência elétrica para a carga.

Segundo Montenegro (2000), sistemas autônomos se caracterizam pela necessidade de um sistema acumulador de energia, normalmente um banco de baterias, onde a energia gerada pelos painéis solares é armazenada e distribuída aos pontos de consumo. Dada a característica intermitente da geração fotovoltaica, o sistema acumulador é parte imprescindível da quase totalidade dos sistemas autônomos, constituindo em um de seus componentes de mais elevado custo e representando o "tendão de Aquiles" do sistema.

Para Fedrizzi (1997), a configuração básica pode ser subdividida em várias outras configurações, em função dos tipos de carga a serem alimentadas e/ou da necessidade de armazenamento de energia.

Figura 1. Configuração básica de um sistema fotovoltaico autônomo (isolado).

O CEPEL/CRESESB (1999) apresenta (Figura 2) quatro dentre as muitas configurações possíveis para um sistema fotovoltaico isolado, denominadas tipo A,B,C e D:

Tipo A: alimentação de uma carga CC diretamente a partir de um banco de baterias, cuja carga é controlada por um controlador de carga;

Tipo B: alimentação de uma carga CA por meio de um inversor, conectado diretamente ao banco de baterias, cuja carga é controlada por um controlador de carga;

Tipo C: conexão direta de uma carga CC ao módulo fotovoltaico, no caso, uma bomba d’água com motor CC;

Tipo D: conexão de uma carga CA ao módulo fotovoltaico por meio de um inversor, no caso uma bomba d’água com motor CA.

(A)

(B)

C)

(D)

Figura 2. Algumas configurações possíveis do sistema fotovoltaico.

Com relação à instalação dos módulos fotovoltaicos, o GRUPO FAE (UFPE) (1993), comenta que os módulos, em sistemas residenciais de pequeno porte podem ser fixados no solo, em poste, parede ou telhado.

O CEPEL/CRESESB (1995) informa que suporte é uma estrutura concebida especialmente para se adaptar ao terreno e à latitude local.

Rüther (2002) complementa dizendo que numa instalação fotovoltaica, os painéis solares podem ser montados com uma orientação fixa, ou podem estar acoplados a uma estrutura que permita, em um ou dois eixos, o acompanhamento do deslocamento relativo do sol ("tracking systems"). Em sistemas fotovoltaicos autônomos de orientação fixa, quase sempre o arranjo de painéis é orientado de forma a maximizar a captação solar nos meses de inverno, quando a oferta solar é menor e o consumo é muitas vezes maior que o dos meses de verão (perfil de consumo sazonal). Nesses casos, os painéis fotovoltaicos são normalmente orientados para o norte (no hemisfério sul), com inclinação equivalente à latitude

local acrescida de 10 a 15º. Nos "tracking systems" deve-se proceder a uma análise cuidadosa para verificar se os custos envolvidos em "seguir o sol" compensam a energia extra coletada. Nesse caso, também se está introduzindo peças móveis no sistema, o que acarreta maior manutenção.

Para Mesquita et al. (2004), a maior limitação na utilização da energia fotovoltaica consiste no custo de aquisição e instalação do sistema fotovoltaico como um todo. Sendo assim, os módulos fotovoltaicos, por serem ainda caros, são recomendados apenas para baixos níveis de consumo. Por isso, a grande aplicação da energia solar fotovoltaica está ainda restrita ao atendimento de locais remotos ou áreas de difícil acesso, distantes da rede elétrica.

O CEPEL/CRESESB (1999) informa ainda que, os dois tipos de sistemas fotovoltaicos isolados mais comuns são os sistemas fotovoltaicos de geração de energia elétrica e os sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água.

Para Mesquita et al (2004), no Brasil, a inserção dos sistemas fotovoltaicos ocorreu no meio rural, em geral, através de iniciativas governamentais ou de concessionárias que financiam a instalação de sistemas fotovoltaicos autônomos como os Sistemas Fotovoltaicos Domiciliares e os Sistemas de Bombeamento de Água. Mais recentemente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo utilizados integrados em telhados e fachadas de edificações. Nesse caso, tem-se que, além de consumidoras de energia, essas edificações passam a produzir energia, podendo, em algumas situações, verter o excedente à rede de distribuição de eletricidade. A edificação poderá consumir energia da rede ou do sistema fotovoltaico. No caso em que o consumo de energia for menor do que o proporcionado pelo sistema fotovoltaico, o excedente pode ser injetado à rede de distribuição. O principal aporte dos sistemas fotovoltaicos para a sociedade é a geração de energia elétrica com níveis

mínimos de emissões poluentes ao meio ambiente, e por se tratar de uma fonte inesgotável de energia. Tecnicamente, esses sistemas se apresentam como concorrentes dos geradores elétricos convencionais; no entanto, essa concorrência ocorre em condições desfavoráveis para os sistemas fotovoltaicos porque a formação de preços não atribui nenhum valor à redução das emissões e a origem renovável. É importante lembrar que a busca desses mecanismos de incentivo torna-se particularmente importante, quando se observa que muitas das vantagens que as fontes renováveis e não convencionais apresentam não produzem um retorno financeiro ao investidor propriamente dito, trazendo sim grandes benefícios à comunidade, a sociedade e ao meio ambiente. Como a energia solar fotovoltaica ainda possui custos elevados, para que possa continuar desenvolvendo-se é necessário estabelecer mecanismos capazes de viabilizá- la.

Gouvello e Maigne (2003), comentam que no Brasil, os sistemas fotovoltaicos estão mais presentes nas aplicações para atendimento comunitário. Isso se deve a programas governamentais como o PRODEEM (Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios), que apóia o uso da eletrificação rural para aplicações comunitárias. Por meio desse programa, já foram instalados milhares de sistemas fotovoltaicos para eletrificação de prédios em lugarejos isolados, como escolas, postos de saúde, centros comunitários e etc.

Para Moszkowick (1997), a energia solar fotovoltaica está sendo utilizada em áreas rurais através de projetos e programas em diversos países do mundo beneficiando milhões de pessoas, e com crescimento em torno de 15% ao ano na década de 90. No ano de 1997, o crescimento atingiu um recorde histórico de 43%, devido principalmente a programas de sistema fotovoltaicos integrados ao entorno construído que vem sendo implantados em países como Japão, Alemanha, USA e Holanda entre outros. Em 1998, o

crescimento foi de 25%. Este percentual engloba a produção mundial de células solares fotovoltaicas, incluindo todas as tecnologias atualmente comercializadas, ou seja, 157,4 MWp. No Brasil, Costa (2001) explica que a eletrificação rural com sistemas fotovoltaicos começou em escala definitiva entre 1992 e 1994, mediante projetos-piloto em cooperação com outros países, principalmente Alemanha e USA. O programa de desenvolvimento energético dos estados e municípios (Prodeem), concebido e coordenado pelo Ministério de Minas e Energia a partir de 1995, teve a tarefa de eletrificar as comunidades rurais não servidas pela rede convencional elétrica com fontes renováveis de energia.