Energia
Solar
Células
fotovoltaicas
Módulos
Solares
Toda
a
energia utilizável na terra tem ou já teve sua origem no espaço, mais
precisamente no sol, desta forma é possível garantir que todas as formas de
energia disponíveis na terra são de origem solar, exceto a energia oriunda por
meio de processos que envolvam a alteração de núcleos atômicos, ou seja, a
energia de origem nuclear.
Os
combustíveis
fósseis constituem-se em reservas de energia solar armazenada sob a forma de
reações químicas que são constituídas de longas cadeias denominadas de
hidrocarbonetos.
As formações de correntes atmosféricas, em função dos movimentos de rotação da
terra, só são possíveis porque a energia solar incidente sobre a terra é
suficiente para manter a atmosfera em estado gasoso.
Os raios solares que chegam até
nosso planeta representam uma quantidade fantástica de energia (levando em
conta apenas os continentes e as ilhas), além de ser uma fonte energética não
poluente e renovável.
O
problema
consiste em descobrir como aproveitar essa energia de forma econômica e como
armazená-la (construção de "baterias solares").
A
geração
de energia elétrica tendo o sol como fonte pode ser obtida de forma direta ou indireta.
A
forma
direta de obtenção acontece por meio de células fotovoltaicas (onde a
irradiação solar é transformada em energia elétrica), geralmente feitas de
silício, um dos
elementos mais abundantes na crosta terrestre,
efeito fotovoltaico É a conversão direta da luz do sol em
energia elétrica, através de dispositivos chamados
de células
fotovoltaicas.
·Atualmente, a energia solar é utilizada em aquecimento de água e de interiores de
prédios, mas ainda de maneira irrisória na maioria dos países.
·Também é utilizada na indústria de eletrônica (pequenas calculadoras, por
exemplo).
·Alguns poucos países utilizam bastante este tipo de energia: em Israel, já
citado anteriormente, 70% das residências já possuem coletores solares e na
Indonésia milhares de casa são totalmente iluminadas por células fotovoltaicas.
·Também alguns protótipos de carros movidos a energia solar já rodam no Japão,
na Alemanha e nos Estados Unidos, mas somente como experimentos a serem
aperfeiçoados.
Os materiais mais utilizados na
confecção de células fotovoltaicas são: (a) silício monocristalino
(mono-Si),
(b) silício policristalino
(poly-Si)
e (c) silício amorfo (a-Si)
A melhor eficiência na
transformação de energia solar em elétrica é obtida com as células de silício monocristalino
(da ordem de 18%), infelizmente as mais caras. As células de silício policristalino
apresentam rendimento da ordem de 16% e são mais baratas que as anteriores
devido à menor energia necessária para a sua fabricação e melhor aproveitamento
de material. As células de silício amorfo são as mais baratas mas seu
rendimento ainda é baixo (da ordem de 10%). As células fotovoltaicas são
ligadas em conjuntos série-paralelo compondo módulos fotovoltaicos de diversas
potências e tensões.
Onde tudo começou - Célula
fotovoltaica
Em 1839,
Edmond Becquerel observou que placas metálicas, de platina ou prata, quando
mergulhadas em um eletrólito e expostas à luz produziam uma pequena diferença
de potencial, este fenômeno foi denominado de efeito fotovoltaico.
Em 1884,
Charles Fritts
produziu a primeira célula fotovoltaica usando selênio, a característica de
fotocondutividade deste material foi descoberta por Smith em 1873.
A primeira célula solar moderna foi
apresentada em 1954.
Gerald Pearson, Daryl Chapin, Calvin Fuller e a sua primeira célula solar, desenvolvida nos laboratórios da Bell Telephone C. em 1954
Tinha apenas dois centímetros quadrados de área e uma eficiência de 6%, gerando 5 mW de potência elétrica. Cinquenta anos depois, em 2004, foram produzidos cerca de mil milhões de células, com eficiências da ordem dos 24,7%, alcançando a capacidade instalada mundial de energia solar superior a 8,2 GW em 2008, cerca de 57% da capacidade instalada de Itaipu.
Células solares com configurações mais complexas, as chamadas células em cascata (ou tandem) que consistem na sobreposição de várias células semicondutoras, cada uma otimizada para um dado comprimento de onda da radiação, permitem atingir rendimentos de conversão superiores a 34%.
A European
Photovoltaic
Industry
Association
(EPIA) publicou um roteiro que avança as perspectivas da indústria fotovoltaica
para as próximas décadas. Prevendo um crescimento do mercado semelhante ao dos
últimos anos (superior a 30% por ano) e uma redução nos custos proporcional ao
crescimento de painéis instalados, a EPIA antecipa que em 2020 cerca de 1% da
eletricidade consumida mundialmente será de origem fotovoltaica, elevando-se
essa fração para cerca de 26% em 2040.
De acordo com um estudo publicado
pelo Conselho Mundial da Energia, em 2100, 70% da energia consumida será de
origem solar.
Ainda segundo o mesmo relatório publicado pela EPIA, do ponto de vista
tecnológico a ênfase será dada à redução de custos através da redução da
matéria-prima (silício) utilizada por unidade de potência instalada, usando
células mais finas ou produzidas diretamente em fita.
A primeira aplicação de uma célula
solar de silício foi como fonte de alimentação de uma rede telefônica local em Americus,
na Geórgia, Estudos Unidos da América, em 1955.
Os materiais mais utilizados na confecção
de células fotovoltaicas são: (a) silício monocristalino (mono-Si),
(b) silício policristalino (poly-Si)
e (c) silício amorfo (a-Si).
A melhor eficiência na transformação de
energia solar em elétrica é obtida com as células de silício monocristalino (da
ordem de 18%),
as
mais caras.
As células de silício policristalino
apresentam rendimento da ordem de 16% e são mais baratas que as anteriores
devido à menor energia necessária para a sua fabricação e melhor aproveitamento
de material.
As células de silício amorfo são as mais
baratas mas seu rendimento ainda é baixo (da ordem de 10%).
As células
fotovoltaicas são ligadas em conjuntos série-paralelo compondo módulos
fotovoltaicos de diversas potências e tensões.
Módulos
Fotovoltaicos
A
célula fotovoltaica é uma unidade básica que um conjunto dessas células formam
um painel fotovoltaico.
Um
módulo fotovoltaico é constituído de um conjunto de células montadas sobre uma
estrutura rígida e conectadas eletricamente, normalmente as células são
conectadas em série para produzir tensões maiores.(Ligação em série dos módulos
soma-se a tensão e em paralelo mantem a tensão e aumenta a potência W.)
Montagem de um tipo de Módulo:
36 células solares, 156x78 mm, 1,8 W, 0,5V, 3,6 A, podemos montar as células em série ou paralelo.
40
m2 de
placas são suficientes para 4 pessoas. Com painéis de silício cristalino, isto
geraria cerca de 500 kWh/mês de energia.
O painel
ou
módulos devem ser instalado
em
um local ensolarado e sem sombras, orientado para a direção norte, com
inclinação de acordo com a tabela disponível, devendo ser encoberto durante sua instalação para evitar a geração de
corrente elétrica.
A fixação
deve ser feita em suportes ou perfis resistentes a corrosão e ao sol e a ventos
fortes e tempestades.
O painel fotovoltaico fixo, instalado no
telhado da varanda, é composto por um total de 32 módulos fotovoltaicos.
Os módulos são agrupados em ligações em
série de quatro módulos cada, conseguindo-se uma tensão de 48 Volts CC
(corrente contínua).
Os oito grupos-série de quatro módulos são
então ligados em paralelo, conforme ilustrado na figura 3. O painel
fotovoltaico fixo possui uma potência total de 1450 W pico.
Conectado as placas fotovoltaicas e montado os módulos, interligar ao controlador
de carga.
As baterias
são
conectadas entre
si e ao controlador de carga e descarga.
As baterias
devem ficar o mais próximo possível do controlador, em geral, entre 30 cm e 01
metro.
Ligados os equipamentos na saída do controlador de carga.
(conexões em
24Vcc),
Equipamentos acima dessa tensão 110V ou 220Vca, utilizar
um inversor
de tensão adequado.
O inversor
deve ser conectado aos terminais da bateria utilizando-se um fusível de
proteção e os equipamentos 110Vca/220Vca devem ser ligados na saída do
inversor. (
atenção na polaridade das ligações).
O
suporte para montagem de painéis fotovoltaicos em telhados e
são composto por perfis especiais em alumínio
com espessura de 20 x 20 mm e possui resistência à corrosão e a ventos de até
30m/s.
O
perfil
estrutural funciona como um trilho em que se apoiam os módulos fotovoltaicos e
se encaixam os acessórios de fixação.
Além
do
perfil estrutural, inclui terminais
de cabeceira e terminais intermediários que travam os módulos, suportes para
fixação da estrutura ao telhado, conectores para emenda dos perfis, além de
parafusos, porcas e arruelas para fixação do conjunto.
Este suporte é próprio para fixação
de 02 módulos fotovoltaicos com dimensões de até 1800 x 1001 x 60 mm em
telhados com telhas romanas, italianas e francesas.
Células solares captam energia durante o dia e turbinas eólicas, quando há vento. Mas nem sempre há demanda por energia na hora em que ela é produzida. Por isso, as usinas de energia limpa precisam conter baterias que consigam armazenar de forma inteligente toda essa energia e disponibilizá-la assim que houver necessidade. Mas se estamos falando de energia limpa, não faz sentido o uso de baterias compostas por metais e materiais tóxicos, certo?
