Equipamentos do sistema

Os módulos fotovoltaicos são utilizados como componentes de sistemas de maior dimensão que produzem energia elétrica para aplicações comerciais ou domésticas. Por outro lado, o agrupamento de vários módulos fotovoltaicos é denominado por painel fotovoltaico (do Inglês, array).

Figura 3.8 - Célula, módulo, série e arranjo FV [25].

O módulo fotovoltaico é a unidade básica do sistema e é composto por conjuntos integrados e interligados de células fotovoltaicas. É importante dotá-los de características que lhes permitam resistir às condições ambientais adversas a que vão estar submetidos. Neste sentido, a fim de garantir a proteção contra a ação de esforços mecânicos, dos agentes

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atmosféricos e da humidade, as células são normalmente embebidas numa película de etileno acetato de vinilo (EVA). Trata-se de um material flexível, translúcido e não refletor da radiação solar, que tem ainda a particularidade de assegurar o isolamento elétrico entre as células.

Contudo antes de serem encapsuladas, as células são ligadas em série através de tiras de metal soldadas na parte de trás destas e na face frontal da célula seguinte, de forma a ligar o pólo negativo (parte frontal) da célula com o pólo positivo (parte posterior) da célula seguinte. A face que recebe a radiação solar é coberta geralmente por vidro temperado, plástico ou resina de silicone, todos transparentes e resistentes, com o intuito de dar rigidez e proteger as células fotovoltaicas. A cobertura utilizada na face frontal deve apresentar um baixo índice de refração, uma boa resistência à degradação por radiação ultravioleta e também boa resistência mecânica. Os lados restantes são cobertos com materiais planos que fornecem proteção para os módulos. Por fim é instalada uma estrutura metálica autoportante (caixilho), geralmente de alumínio anodizado, que facilita uma rápida montagem, (figura 3.9).

Figura 3.9 - Corte de um módulo fotovoltaico [Catálogo Siemens, 1996].

Estes dispositivos apresentam uma potência limitada, razão pela qual as instalações com maior capacidade elétrica necessitam da instalação de vários painéis. O seu conjunto funcional é conhecido como sistema ou array fotovoltaico. Um sistema fotovoltaico inclui normalmente entre os principais componentes, painéis PV, inversores, caixas de junção, baterias (para o caso de armazenamento), cabos de interligação, etc..

Deve-se ter cuidado com a ligação das células, devido às suas características elétricas, a incompatibilidade destas características resulta em painéis com deficiências, porque as células que geram maior corrente e tensão dissipam o excesso de potência nas células com menor desempenho, reduzindo a eficiência global do módulo. É ainda prudente ter em conta o efeito da temperatura e as perdas que ocorrem nos cabos.

A presença de sombras é outro aspeto relevante, isto porque a diminuição do nível de radiação solar provoca a redução da corrente elétrica e consequentemente a diminuição da potência fornecida. Em situações extremas, este fenómeno pode levar ao sobreaquecimento do painel e consequentemente à destruição do mesmo. Para prevenir este infortúnio recorre-se à utilização de díodos de bypass, que têm como função desviar a corrente elétrica por um circuito alternativo, quando uma ou mais células de um painel se encontram sombreadas. Na figura 3.10, a célula Cn está sombreada e não irá produzir eletricidade. A corrente elétrica gerada pelas restantes células do circuito é desviada pelo díodo de bypass, evitando o sobreaquecimento da célula Cn, como descrito em [17].

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Figura 3.10 - Funcionamento dos diodos de bypass [9].

3.5.2 Inversores

Caracterizados pelo símbolo elétrico da figura 3.11, este tipo de equipamento faz parte dos constituintes de um sistema fotovoltaico pelo facto de a maioria das cargas elétricas necessitarem de corrente alternada para funcionarem corretamente, bem como a ligação dos sistemas fotovoltaicos à rede de distribuição elétrica.

Figura 3.11- Símbolo elétrico do inversor [9].

Estes equipamentos têm como função transformar a corrente contínua em alternada. Dividem-se em duas categorias distintas: inversores independentes, para sistemas autónomos e inversores de sincronização exterior, para sistemas ligados à rede. Os inversores com sincronização exterior podem ser bidirecionais, ou seja, permitem a passagem de corrente elétrica em qualquer dos sentidos. Esta característica é essencial, no caso de se tratar de um sistema que produza energia para o consumidor e o excedente para a rede. Se a potência gerada não for suficiente para alimentar as cargas, a potência restante será fornecida pela rede. Os inversores de ligação à rede devem ser dotados de controlos e proteções adequadas. Só assim, se pode assegurar que os sistemas fotovoltaicos são instalados de forma segura e respeitam todas as normas impostas.

Num sistema fotovoltaico podem existir inversores centrais, inversores de módulo ou inversores multifileira. Os inversores centrais são utilizados em grandes aplicações, tais como centrais fotovoltaicas, como é o caso deste estudo. São normalmente ligados entre si em modo master-slave, em que um inversor controla os outros. A ligação pode ser automaticamente alterada caso se verifique uma anomalia ou simplesmente por uma questão de rotatividade de funções. Os inversores de módulo são geralmente utilizados em sistemas de baixa potência. Quando aplicáveis a sistemas de grande potência apresentam-se como uma solução mais económica. Neste caso, apresentam uma menor fiabilidade face à utilização de inversores centrais ou inversores de multifileira [26].

A eficiência destes equipamentos é bastante boa, normalmente próxima dos 95%, podendo mesmo ser superior dependendo da potência debitada pelo inversor.

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3.5.3 Baterias

As características intermitentes de funcionamento dos sistemas fotovoltaicos conduzem à existência de componentes de armazenamento de energia elétrica. Os equipamentos utilizados para realizar esta função são as baterias, as quais armazenam a energia elétrica sob a forma de energia química. As baterias aumentam a fiabilidade do sistema, pois permitem o contínuo fornecimento de eletricidade em ocasiões de céu encoberto ou de não produção dos painéis. O rendimento destes equipamentos é limitado devido às reações químicas que ocorrem no ciclo de carga ou descarga. A introdução de baterias nos sistemas fotovoltaicos pode levar ao aumento do número de painéis para geração de energia extra de forma a compensar as perdas introduzidas.

As baterias mais utilizadas são apresentadas seguidamente e podem ser explicadas segundo [17]:  Ácido de chumbo;  Líquidas;  Gel;  Alcalinas;  Níquel – Cádmio;

 Hidreto metálico de Níquel.

Escolha de baterias

A escolha das baterias para um sistema fotovoltaico deve ser criteriosa e ter em atenção certas considerações, tais como:

 Dias de autonomia;  Capacidade das baterias;  Taxa de descarga;  Tempo de vida;

 Gama de Temperatura;  Manutenção das baterias;  Preço.

A escolha das baterias a utilizar no sistema fotovoltaico deve ser deliberada segundo as considerações apresentadas, como indicado em [1]. Cada uma das baterias apresentadas tem vantagens e desvantagens associadas. Para além disso, a escolha deve ter também em atenção tipo de aplicação.

3.5.4 Controladores fotovoltaicos

Os controladores dos sistemas fotovoltaicos têm como principal função o controlo da carga das baterias de forma a evitar sobrecargas. Quando as baterias atingem o nível máximo de carga, o controlador desliga-as do sistema ou diminui significativamente a corrente de carga.

Alguns controladores possuem a capacidade de limitar a descarga das baterias. Se o nível de carga atingir um valor demasiado baixo, as baterias são desligadas do sistema.

Os controladores existentes no mercado vão desde controladores On/Off até aos complexos MPP, como descrito em [17].

Outros equipamentos complementares dos explicados anteriormente também podem fazer parte de um sistema fotovoltaico, como é o caso das caixas de junção, díodos de bloqueio das

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strings e fusíveis, interruptor principal DC, equipamentos de proteção AC, aparelhos de medida, seguidores solares e cabos (cabos de ligação dos geradores PV, cabo principal DC e cabo de ligação AC). Alguns deles serão abordados mais em detalhe no subcapítulo 4.2.