Sistemas Fotovoltaicos

Existem trˆes configura¸c˜oes distintas de instala¸c˜oes FV podendo estes ser: Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFI) - que em geral necessitam de algum tipo de armazenamento

sendo estes geralmente baterias, Sistemas Fotovoltaicos Conectados `a Rede (SFVCR) e Sistemas H´ıbridos (SFH) (PINHO; GALDINO, 2014).

2.1.2.1 Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFI)

Os sistemas fotovoltaicos isolados s˜ao tamb´em chamados de sistemas autˆonomos, s˜ao empregados em locais onde n˜ao h´a servi¸co de distribui¸c˜ao el´etrica. Esse tipo de instala¸c˜ao ´e comum em zonas rurais, ilhas ou qualquer outro lugar remoto, distante dos principais centros de consumo de energia, o que torna a constru¸c˜ao de redes el´etricas para essas regi˜oes financeiramente invi´aveis para as concession´arias de energia.

Nesse tipo de sistema o gerador, independentemente da natureza da matriz energ´etica, deve ter potˆencia nominal suficiente para atender `a carga a qualquer instante de tempo. Dessa forma o dimensionamento do mesmo deve ser feito de forma que a demanda m´axima requisitada pela carga seja atendida. No caso de um sistema residencial convencional, a demanda m´axima pode ocorrer em hor´arios onde n˜ao haja incidˆencia solar suficiente para atender `a potˆencia demandada. Portanto, ´e necess´ario que hajam baterias, ou outros acumuladores de energia, que n˜ao s´o sejam capazes de armazenar o excesso de energia gerada, mas que possam entregar a potˆencia para estas situa¸c˜oes de alta demanda.

Sob o ponto de vista da instala¸c˜ao fotovoltaica, sistemas isolados diferem grande- mente dos sistemas conectados `a rede de energia. Naquela configura¸c˜ao h´a necessidade de uma unidade respons´avel pelo controle e condicionamento de potˆencia, composta por um inversor (que e converte a energia cont´ınua para alternada em casos de necessidade) e um controlador de carga o qual distribui a energia gerada entre as cargas enviando o excedente para as baterias. A carga da bateria ´e administrada por esse dispositivos obedecendo seu perfil de carga da mesma, prolongando a vida ´util das baterias e oferecendo diversos tipo de prote¸c˜ao. Portanto para todo o tipo de instala¸c˜ao fotovoltaica com baterias o controlador de carga ´e um dispositivo obrigat´orio (VILLALVA, 2013).

Em sistemas fotovoltaicos isolados o uso de baterias ´e indispens´avel, pois a instala¸c˜ao n˜ao ´e conectada na rede de energia, logo a bateria funciona como um elemento que armazena o excedente da energia gerada durante o dia a qual fica dispon´ıvel para posterior consumo durante as horas da noite. Na maioria dos sistemas fotovoltaicos a bateria tamb´em funciona como uma fonte de tens˜ao est´avel para o controlador de carga e o inversor de frequˆencia, isso ´e necess´ario visto que a tens˜ao nos terminais dos m´odulos ´e

inst´avel devidos efeitos de sombreamento que ocorrem durante o dia que geram perfil de tens˜ao com diversas rampas.

2.1.2.2 Sistemas Fotovoltaicos Conectados `a Rede (SFVCR)

Diferentemente do sistema autˆonomo, o sistema fotovoltaico conectado `a rede el´etrica opera em locais j´a atendidos pela rede, operando em paralelismo com a mesma. Esse tipo de sistema supre parcialmente ou totalmente a demanda de consumidores residenciais, comerciais e industriais, direcionando o excedente da energia gerada para a rede de distribui¸c˜ao `a qual o consumidor est´a ligado. Em alguns pa´ıses esse excedente ´e revertido em compensa¸c˜oes monet´arias para o produtor, j´a a legisla¸c˜ao brasileira (ANEEL, 2012) permite apenas que esse excedente seja revertido em cr´editos na conta de luz do consumidor.

Os sistemas fotovoltaicos conectados `a rede podem ser classificados de acordo com a maneira como a gera¸c˜ao ´e configurada, podendo estas serem centralizadas, constituindo-se plantas com centenas de m´odulos fotovoltaicos, que somam grande capacidade de gera¸c˜ao el´etrica; ou micro e mini-sistemas que possuem natureza distribu´ıda conectadas radial- mente no sistema de distribui¸c˜ao, sistemas os quais podem ser instalados por consumidores comuns. De acordo com Villalva (2013) os SFVCR podem ser divididos em trˆes categorias.

Microgera¸c˜ao: potˆencia instalada at´e 100kW;

Minigera¸c˜ao: potˆencia instalada entre 100kW e 1MW; Usinas de eletricidade: potˆencia acima de 1MW.

Neste trabalho ser´a dado foco aos efeitos da Micro e Minigera¸c˜ao FV em sistemas de distribui¸c˜ao, portanto ser´a abordado mais a fundo aos elementos constituintes desses sistemas, de modo que esse conhecimento seja usado para modelar os equipamentos nas simula¸c˜oes.

2.1.2.3 Sistemas H´ıbridos (SFH)

Os sistemas h´ıbridos, levam esse nome pois possuem outras fontes de gera¸c˜ao de energia al´em da fotovoltaica por isso s˜ao chamados de h´ıbridos. Podendo tamb´em ter parte de sua matriz energ´etica composta por energia e´olica, queima de combust´ıveis f´osseis

entre outra fontes. Devido `a sua complexidade, estes sistemas necessitam de algum tipo de controle capaz de integrar os v´arios geradores, de forma a otimizar a opera¸c˜ao para o usu´ario. Em geral este sistema ´e utilizado para atendimento a cargas em corrente alternada (CA) necessitando-se, portanto, de um inversor (PINHO; GALDINO, 2014).

2.1.2.4 Fator de capacidade (FC)

O fator de capacidade ´e um dos ´ındices utilizados na caracteriza¸c˜ao de empre- endimentos de gera¸c˜ao de energia el´etrica. Este indicador pode ser calculado pela raz˜ao da energia fornecida pelo equipamento dentro do intervalo de tempo definido, pelo total da energia que o equipamento teria fornecido se estivesse operando em potˆencia nominal dentro desse intervalo de tempo.

Para aplica¸c˜oes solares, o fator de capacidade ´e expresso para um intervalo de tempo de 24horas, e pode ser escrito conforme equa¸c˜ao abaixo (URBANETZ et al., 2010):

F C = Rt2 t1 Psaídadt PF V × (t2− t1) (8) Onde:

• Psaída - ´e a potˆencia instantˆanea gerada nos m´odulos fotovoltaicos;

• PF V - ´e potˆencia de pico do conjunto de m´odulos FV no sistema;

• t1 e t2 - valores inicial e final do intervalo de tempo observado.

2.1.2.5 Penetra¸c˜ao Fotovoltaica (F Vpen)

Outro ´ındice utilizado para caracterizar um sistema de gera¸c˜ao distribu´ıdo ´e a penetra¸c˜ao fotovoltaica, este ´ındice ´e a raz˜ao do potencial FV instalado no sistema de distribui¸c˜ao pela soma de todas as cargas instaladas. A penetra¸c˜ao FV esta expressa na Equa¸c˜ao (9). F Vpen= Pn i=1PF V(i) Pm j=1PCarga(j) (9) Onde:

• PF V(i) - a potˆencia de pico da i-´esimo gerador FV instalado da rede [kW ];

• PCarga(j) - a carga instalada da j-´esima unidade consumidora da rede;

• n - total de geradores FV instalados na rede; • m - total de unidades consumidoras na rede;