Nos sistemas híbridos ambos regimes fotovoltaico e eólico são utilizados para alimentar as cargas. É fundamental a existência de um sistema de gestão e controlo de ambas as fontes de energia, de forma a satisfazer as necessidades de consumo, certificando sempre o menor custo de produção de energia.
Os sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos possuem componentes que necessitam de ser corretamente selecionados, de forma a poderem produzir e fornecer o máximo das suas capacidades.
Ambos sistemas, seja ele eólico ou fotovoltaico, possuem componentes que são dimensionados de acordo a produção energética do módulo fotovoltaico ou do aerogerador. Contudo, quando se trata de um sistema hibrido eólico-fotovoltaico, o sistema tem de possuir características adequadas diferentes de quando a fonte energética é somente uma.
A tensão fornecida pelo painel fotovoltaico é do tipo contínua, enquanto que a dos aerogeradores pode ser contínua ou alternada. Quando se trata do último caso, é necessária a presença de conversores de potência que permitam adequar os sinais entre os equipamentos.
A Figura 4.4 esquematiza como é constituído um sistema hibrido-eólico fotovoltaico, onde se verifica que é necessário aerogeradores, painéis fotovoltaicos, inversores, reguladores de carga e, dependendo se é ou não um sistema isolado, de baterias.
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A energia produzida pelos painéis fotovoltaicos e pelo aerogerador, por ação da radiação solar e do movimento do vento respetivamente, é transmitida sob forma elétrica pelos cabos passando pelo regulador de carga. Este componente determinará se as baterias necessitam de ser carregadas ou saber para onde irá enviar a corrente. Caso as baterias não estejam com carga máxima, a energia proveniente do módulo fotovoltaico e do aerogerador será destinada à carga das baterias. As baterias por sua vez têm a função de fornecer a energia necessária face às necessidades de consumo por parte da habitação, sendo necessário previamente um inversor para alterar a corrente de alternada para contínua ou vice-versa, consoante a necessidade dos equipamentos. (Garcia, 2004)
Figura 4.4-Constituição de um sistema hibrido eólico-fotovoltaico [Adaptado de: seienergias.com]
Aerogerador Painéis fotovoltaicos
Regulador de carga
Rede elétrica (Opcional)
Inversor
Habitação (Opcional) Baterias
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4.2.1. Baterias
A produção de energia e consumo desta ao longo do dia não coincide e não é constante ao longo dos dias. Por este motivo, o armazenamento de energia assume um papel indispensável quando se tratam de sistemas autónomos.
A fim de guardar energia para quando é necessária, por norma são utilizadas baterias de chumbo-ácido, baterias de gel ou baterias AGM nas instalações solares, eólicas ou hibridas (Figura 4.5).
De um modo geral, um bom sistema de armazenamento deve ter: Baixo custo;
Alto rendimento;
Tempo de vida útil considerável; Manutenção reduzida.
O sistema de armazenamento de energia deve possuir uma baixa auto-descarga e deve resistir a condições de carga e descarga diárias, tendo sempre que oferecer elevada eficiência de carga, mesmo para baixas correntes. Por esse motivo que a capacidade de carga de uma bateria é uma característica importante, uma vez que representa a quantidade de eletricidade que uma bateria pode fornecer à medida que é descarregada uniformemente durante um intervalo de tempo.
Figura 4.5-Tipos de baterias: a)Baterias de Chumbo-Ácido; b)Bateias de Gel; c)Baterias AGM [Fonte:livre.pt]
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As baterias podem ser classificadas em duas categorias, primária e secundária. As baterias primárias não podem ser recarregadas uma vez esgotados os reagentes que produzem energia elétrica. Contrariamente, as secundárias podem ser recarregadas e assim reutilizadas.
O seu processo de armazenamento de energia baseia-se na transformação de energia elétrica em energia potencial química para posteriormente converter novamente em energia elétrica. Cada bateria possui células eletroquímicas ligadas em série de modo a obter a tensão elétrica desejada. Para as proteger de sobrecargas, é utilizado o regulador de carga que será apresentado na subsecção seguinte (ALTENER, 2004).
4.2.2. Reguladores de carga
A tensão à saída do agrupamento de módulos fotovoltaicos e/ou do aerogerador tem que ser compatível com a tensão verificada no banco de baterias (12V, 24V ou 48 V). Contudo, na prática, para existir as baterias carregarem, a tensão fornecida pelos módulos tem de ser ligeiramente superior à das baterias.
Os reguladores, exemplificado na Figura 4.6, possui a função de monitorizar constantemente a tensão do grupo de baterias. Quando esta encontra-se com um valor que se considera que a bateria esteja carregada, então o regulador impede a continuação da alimentação das baterias para não existir qualquer sobrecarga. Sempre que surge novo descarregamento da bateria, então o controlador permite a reiniciação do ciclo de carregamento.
As principais funções de um controlador/regulador de carga são: Assegurar uma boa carga do acumulador;
Proteção contra sobrecargas do acumulador;
Prevenção de descargas indesejáveis do acumulador;
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4.2.3. Inversores
Os inversores (Figura 4.7), possuem a função de transformar uma corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) monofásica ou trifásica com características de frequência e tensão adequadas para a sua ligação ou vice-versa.
Os módulos fotovoltaicos produzem corrente contínua, contudo os aerogeradores podem produzir corrente alternada ou contínua. Então, dependendo do tipo de sistema, aplica- se um inversor CC/CA ou CA/CC, consoante as necessidades de alimentação. Nos caso de ser ligado à rede, os inversores a aplicar têm como função adaptar a produção à rede elétrica convencional.
Os inversores devem possuir as seguintes características:
Seguimento do Ponto de Potência Máxima através do controlo da corrente e tensão, efetua ajustes para que os módulos fotovoltaicos mantenham a sua produção perto do valor de pico;
Converter a corrente;
Retirar da rede o sistema fotovoltaico e/ou eólico caso verifique que os níveis de corrente, tensão ou frequência não estejam dentro da faixa aceitável dos padrões da rede elétrica ou do lado da produção;
Figura 4.6-SilentWind HYBRID 1000 12/24V [Fonte:livre.pt]
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Alguns inversores podem registar os parâmetros de funcionamento de CA, CC, tensão, corrente, frequência e energia diária acumulada ou entregue à rede (ALTENER, 2004).