Energia Renováveis ou alternativas - Solar - Fotovoltaica - Artigo 02/04

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.