Outros componentes dos sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos possuem outros componentes, dentre os quais alguns são essenciais, pois sem eles o sistema não poderia funcionar de maneira adequada, enquanto outros são opcionais, uma vez que são utilizados em sistemas fotovoltaicos específicos.

3.4.1. Componentes essenciais

Além do módulo e do inversor fotovoltaico, os componentes considerados essenciais para a instalação de um sistema fotovoltaico são: cabos elétricos, caixa de junção do gerador (string box), diodo de bloqueio, diodo de desvio (by-pass), fusível de fileira, interruptor principal CC, disjuntor e estruturas de suporte dos módulos. A seguir, cada um desses itens será descrito sucintamente.

3.4.1.1. Cabos elétricos

Em um sistema fotovoltaico, os cabos elétricos são utilizados para estabelecer conexões elétricas entre os diversos componentes. De acordo com o Greenpro (2004), os cabos podem ser diferenciados em três tipos: cabos do gerador, que conectam os módulos com a caixa de junção do gerador fotovoltaico; cabo principal CC, que estabelece a ligação entre a caixa de

junção do gerador e o inversor fotovoltaico; e cabo de ligação CA, que interliga o inversor fotovoltaico com a rede elétrica.

3.4.1.2. Caixa de junção do gerador (string box)

A caixa de junção do gerador (em inglês: string box) reúne todas as conexões dos circuitos de corrente contínua do módulo fotovoltaico. Esta caixa de junção do gerador também possui dispositivos de proteção, tais como diodos de bloqueio e fusíveis de fileira. Em alguns casos, a string box contém o chamado interruptor principal CC (GREENPRO, 2004).

3.4.1.3. Diodo de bloqueio

A função de um diodo de bloqueio é a proteção do sistema, pois desacopla as strings umas das outras diante de situações de curto-circuito. No caso da ausência do diodo de bloqueio na instalação, a passagem de corrente elétrica com intensidade acima do normal poderia acarretar em danos ao sistema fotovoltaico (BARROS, 2011).

3.4.1.4. Diodo de desvio (by-pass)

Quando há sombreamento em uma determinada célula de um módulo fotovoltaico, interrompe-se a passagem de corrente naquele conjunto de células fotovoltaicas conectadas em série, reduzindo assim a potência de saída do módulo. Com o intuito de criar um caminho alternativo para a passagem de corrente no módulo fotovoltaico, utiliza-se o chamado diodo de desvio ou de by-pass. Além disso, o diodo de by-pass contribui para a limitação da dissipação de calor que ocorre na célula fotovoltaica sombreada (CRESESB, 2006).

Pinho e Galdino (2014) destacam que o diodo de desvio reduz o risco de dano permanente nas células fotovoltaicas sombreadas, ao mesmo tempo em que diminui a perda de energia elétrica gerada pelo módulo. Ainda segundo os autores, este diodo é geralmente colocado na caixa de conexões, que se localiza na parte posterior do módulo fotovoltaico.

3.4.1.5. Fusível de fileira

Localizado na saída de cada fileira, o denominado fusível de fileira serve para proteger os cabos do lado de CC contra possíveis sobrecargas que podem ocorrer (BARROS, 2011).

3.4.1.6. Interruptor principal CC

O chamado interruptor principal CC é fundamental para isolar o inversor do gerador fotovoltaico em dois tipos de situação: ocorrência de falhas eventuais e necessidade de realizar serviços de manutenção ou reparo no sistema (GREENPRO, 2004).

3.4.1.7. Disjuntor

O disjuntor é empregado para proteger a parte de corrente alternada de sistemas fotovoltaicos em casos de sobrecargas ou de curto-circuito. Trata-se de um dispositivo automático, que pode ser reativado após ser acionado (GREENPRO, 2004). A Figura 3.18 reúne as imagens dos sete componentes essenciais citados anteriormente.

(A) (B) (C)

(D) (E) (F) (G)

Figura 3.18: Outros componentes essenciais do sistema fotovoltaico: (A) Cabos elétricos. (B) Caixa de junção do gerador. (C) Diodo de bloqueio. (D) Diodo de desvio.

(E) Fusível de fileira. (F) Interruptor principal CC. (G) Disjuntor. Fontes: (A), (B) e (F) Greenpro (2004). (C) Vishay (2017). (D) Comchip (2018).

3.4.1.8. Estruturas de suporte

Pinho e Galdino (2014) explicitam que, para que os módulos fotovoltaicos sejam posicionados de forma estável, estes equipamentos devem ser instalados sobre as chamadas estruturas de suporte. Os autores afirmam que há estruturas de suporte específicas para cada instalação de sistema fotovoltaico, uma vez que a escolha da estrutura de suporte depende dos seguintes fatores: terreno ou estrutura do prédio onde o sistema será instalado, características dos modelos de módulos fotovoltaicos selecionados para a instalação, e condições desejadas de orientação e inclinação dos módulos visando a maximização da captação de radiação solar.

De acordo com o Blue Sol (2016) existem três tipos de estruturas de suportes: suportes para telhados, sendo estes últimos metálicos, cerâmicos ou de concreto; suportes para instalação em plano horizontal, no caso de instalações realizadas no solo ou em coberturas de edifícios; e suporte em forma de mastro, que possui forma vertical e suporta um ou mais módulos. Há ainda uma estrutura especial de suporte denominada de carport. Tratam-se de coberturas constituídas por módulos fotovoltaicos e que são instaladas em estacionamentos com o objetivo duplo de gerar energia elétrica e produzir sombra para os veículos ali estacionados. A desvantagem do

carport é o seu custo elevado em comparação às outras estruturas de suporte. Os quatro tipos

de estruturas mencionadas acima estão ilustrados na Figura 3.19.

(A) (B)

(C) (D)

Figura 3.19: Tipos de estruturas de suporte: (A) Suportes para telhados. (B) Suportes para instalação em plano horizontal. (C) Suporte em forma de mastro. (D) Carport.

3.4.2. Componentes opcionais

Dentre os componentes de sistemas fotovoltaicos classificados como opcionais, a bateria e o controlador de carga são característicos do sistema fotovoltaico isolado, que será descrito na Seção 3.5.2. Já o medidor de energia bidirecional está presente no sistema fotovoltaico do tipo conectado à rede elétrica, que será explicado na Seção 3.5.1. Há também os rastreadores solares, que são adequados para grandes sistemas fotovoltaicos. Os quatro componentes opcionais anteriores serão apresentados a seguir.

3.4.2.1. Baterias

Segundo Pinho e Galdino (2014), as baterias são equipamentos que armazenam energia elétrica para atender a demanda de períodos em que há pouca ou nenhuma geração de energia, como à noite e em dias com baixos índices de irradiação solar. Os mesmos autores explicam que no mercado fotovoltaico atual, as baterias mais utilizadas são as baterias do tipo Chumbo- ácido, uma vez que se caracterizam como a tecnologia de armazenamento de energia de menor custo por Wh.

Um segundo tipo de baterias existentes são as baterias Níquel-Cádmio (NiCd) e Níquel- hidreto metálico (NiMH), cuja principal vantagem é de ficarem totalmente descarregadas por longos períodos. Porém, tais baterias têm aplicabilidade reduzida devido ao custo elevado. Há ainda as baterias Íons de Lítio, caracterizadas como uma tecnologia promissora e que possuem como vantagens a elevada densidade energética, o baixo tempo de carga e descarga, e a capacidade de suportar taxas elevadas de carga e descarga. Apesar das várias vantagens citadas, as baterias de Íons de Lítio possuem custos mais elevados, porém com forte tendência de queda nos últimos dez anos (BNEF, 2018).

3.4.2.2. Controlador de carga

Em sistemas fotovoltaicos que utilizam bancos de baterias é imprescindível a presença de controladores de carga, pois esses dispositivos são projetados para proteger as baterias contra possíveis cargas e descargas profundas, e com isso contribuem para o aumento da vida útil das mesmas (PINHO; GALDINO, 2014).

3.4.2.3. Medidor de energia bidirecional

Em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, os medidores de energia bidirecional devem informar a quantidade de energia elétrica injetada na rede pelo sistema fotovoltaico, bem como o quanto de energia está sendo consumida da rede elétrica. (BARROS, 2011).

3.4.2.4. Rastreador solar

Pinho e Galdino (2014) definem o rastreador solar como um suporte mecânico que movimenta o gerador fotovoltaico, de modo que as superfícies dos módulos fotovoltaicos sejam posicionadas na direção incidente do Sol. Este posicionamento é feito de acordo com o ângulo de incidência ideal para cada hora do dia, com o intuito de maximizar a geração de energia elétrica pelo sistema fotovoltaico.

Os quatro componentes opcionais relatados anteriormente estão contidos na Figura 3.20.

(A) (B) (C) (D)

Figura 3.20: Componentes opcionais do sistema fotovoltaico: (A) Baterias. (B) Controlador de carga. (C) Medidor de energia bidirecional. (D) Rastreador solar. Fontes: (A) Greenpro (2004). (B) Epever Epsolar Technology (2018). (C) WEG (2015).

(D) NEXTracker (2017).