PEA 2420 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 1 Tecnologia Fotovoltaica

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PEA - 2420 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 1

PEA - 2420 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 1

Tecnologia Fotovoltaica -Histórico • 1839 - Becquerel descobre o efeito fotovoltaico num eletrólito (http:

Tecnologia Fotovoltaica -Histórico • 1839 - Becquerel descobre o efeito fotovoltaico num eletrólito (http: //web. ist. utl. pt/palmira/solar. html) • 1876 - Adams descobre o efeito FV num semicondutor • 1930 - Shottky estabelece a teoria do efeito fotovoltaico • 1954 - Pearson, Fuller e Chapin Primeira célula FV prática (mono. Silício) • 1958 - Primeiras células FV para alimentar um satélite (Vanguard I) A primeira bateria solar da Bell em Americus, Geórgia 2

Tecnologia Fotovoltaica Histórico • década de 60 - aplicações espaciais da tecnologia FV •

Tecnologia Fotovoltaica Histórico • década de 60 - aplicações espaciais da tecnologia FV • década de 70 - Lindmeyer et al. fazem desenvolvimentos importantes nas células FV, incluindo a célula de Poly-Si • final da década de 70 - aplicações terrestres superam aplicações espaciais da tecnologia FV • década de 80 - centrais fotovoltaicas piloto de médio porte (dezenas a centenas dek. Wp) instaladas na Europa e EUA 3

Tecnologia Fotovoltaica Histórico • década de 90 - utilização de tecnologia FV para eletrificação

Tecnologia Fotovoltaica Histórico • década de 90 - utilização de tecnologia FV para eletrificação rural na maioria dos países em desenvolvimento • 1992 - início das atividades do CEPEL na área de energia fotovoltaica; convênio CEPEL/NREL (US Do. E) para eletrificação rural em vários estados • 1995 - início do trabalho conjunto do CEPEL com o MME/DNDE no PRODEEM • 1996 - produção anual mundial de 80 MWp de células fotovoltaicas • 2000 - utilização em de sistemas fotovoltaicos conectados à rede na maioria dos países do primeiro mundo • 2007 – produção anual mundial de 4200 MWp de células fotovoltaicas 4

O Sol, Fonte Inesgotável • A energia incidente na superfície terrestre é mais de

O Sol, Fonte Inesgotável • A energia incidente na superfície terrestre é mais de 10000 vezes maior que o atual consumo global de energia primária. • Todas as fontes renováveis de energia, exceto a geotérmica, derivam da energia solar • Dados Relevantes: – Energia Solar Anual Disponível na Superfície Terrestre: 8. 93 x 108 TWh – Consumo Mundial de Energia Primária (1990): 8. 81 Gtoe ou 3. 95 x 104 TWh – Eficiências de Conversão: • FV: 13 -14%, • Heliotérmica: 18 -20%, • Aquecimento 50 -60% 5

Balanço da Radiação Solar Fonte: Revista Ciência Hoje A Energia que vem do Sol

Balanço da Radiação Solar Fonte: Revista Ciência Hoje A Energia que vem do Sol 6

Distribuição Espectral da Radiação Solar O valor médio para o nível de radiação incidente

Distribuição Espectral da Radiação Solar O valor médio para o nível de radiação incidente sobre a superfície situada no topo da atmosfera - 1367 W/m 2 7

Órbita da Terra em Torno do Sol 8

Órbita da Terra em Torno do Sol 8

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Projetos Cadastrados no P&D Estratégico n. 13/2011 - “Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção

Projetos Cadastrados no P&D Estratégico n. 13/2011 - “Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na Matriz Energética Brasileira” Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL Superintendência de Pesquisa e Desenvolvimento e Eficiência Energética – SPE 13

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O recurso solar: características Energia recebida pela terra: 1, 5125 1018 k. Wh /

O recurso solar: características Energia recebida pela terra: 1, 5125 1018 k. Wh / ano de energia Radiação solar: Radiação eletromagnética = Constante solar = 1367 W / m 2 Quantidade de energia que incide numa superfície unitária, normal aos raios solares, por unidade de tempo, numa região situada no topo da atmosfera 21

Componentes da radiação solar ao nível do solo Radiação direta - fração da radiação

Componentes da radiação solar ao nível do solo Radiação direta - fração da radiação solar que atinge a superfície terrestre sem sofres desvio nenhum Radiação difusa - atinge a superfície da terra em diversas direções devido as modificações introduzidas pela atmosfera e a presença de nuvens Radiação refletida Refletida pelo ambiente do entorno 22

Radiação Solar na Superfície Terrestre Variabilidade da radiação solar Função: • alternância de dias

Radiação Solar na Superfície Terrestre Variabilidade da radiação solar Função: • alternância de dias e noites • estações do ano • períodos de passagem de nuvens Condições atmosféricas ótimas: • Ao nível do mar = 1 k. W/m 2 • A 1000 metros de altura = 1, 05 k. W/ m 2 • Nas altas montanhas = 1, 1 k. W/ m 2 • Fora da atmosfera = 1, 367 k. W/ m 2 23

 ENERGIA SOLAR - Características Estimativa dos dados solarimétricos: Instrumentos de medida: • Piranômetro

ENERGIA SOLAR - Características Estimativa dos dados solarimétricos: Instrumentos de medida: • Piranômetro • Piroeliômetro • Heliógrafo Unidades: - Langley/dia= cal/dia - W/m 2 - Wh/m 2 SP = N. de horas de sol pleno Piroeliômetro Heliógrafo Piranômetro 24

Estimativa da radiação solar 25

Estimativa da radiação solar 25

Rede Solarimétrica Radiação Solar Incidente (ly/dia) Média mensal Janeiro - Brasil 26

Rede Solarimétrica Radiação Solar Incidente (ly/dia) Média mensal Janeiro - Brasil 26

Atlas Solarimétrico do Brasil - UFPE Radiação Solar Global - Média Anual 27

Atlas Solarimétrico do Brasil - UFPE Radiação Solar Global - Média Anual 27

ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR • radiação direta Dados • radiação difusa ou espalhada Importantes

ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR • radiação direta Dados • radiação difusa ou espalhada Importantes • temperatura • plano de abertura Base de dados • mensal • diária • horária Voltado para o norte, como é normalmente utilizado no hemisfério sul 28

SOFTWARES http: //www. solar. ufrgs. br/#softwares Radiasol O cálculo da intensidade da radiação solar

SOFTWARES http: //www. solar. ufrgs. br/#softwares Radiasol O cálculo da intensidade da radiação solar em superfícies inclinadas é um procedimento trabalhoso devido ao elevado número de operações aritméticas envolvidas. Além de cálculos trigonométricos são necessários modelos de distribuição temporal e espacial da radiação solar. O RADIASOL 2 utiliza internamente modelos matemáticos disponíveis na literatura, desenvolvidos por outros autores ou por integrantes do Laboratório. No programa os cálculos são realizados através de rotinas que determinam o efeito da inclinação da superfície receptora e da anisotropia da radiação solar em suas componentes direta e difusa. O usuário pode selecionar o modelo de distribuição da radiação e obterá na tela, imediatamente, um conjunto de dados adicionais na forma de tabelas ou gráficos. Curvas ou tabelas podem ser exportadas através da área de transferência do WINDOWS para outros aplicativos, onde poderão ser utilizadas para cálculos em projetos ou para apresentação de relatórios. 29

Espectro A distribuição espectral da energia solar é muito importante para algumas aplicações térmicas

Espectro A distribuição espectral da energia solar é muito importante para algumas aplicações térmicas e, principalmente, nas aplicações fotovoltaicas. O programa ESPECTRO é capaz de reproduzir a curva de distribuição espectral da radiação solar, em dias de céu limpo, a partir de parâmetros atmosféricos e geográficos conhecidos ou de fácil obtenção. A utilização do ESPECTRO facilita o estudo dos efeitos espectrais sobre os componentes de instalações solares. Uma vez obtido o espectro, podese calcular a absortância e a refletância de qualquer material, por integração no espectro solar, bastando para isso inserir os dados das propriedades ópticas dos mesmos. Também pode-se determinar o efeito combinado resultante da utilização de vários materiais semitransparentes ou refletores simultaneamente. Como alternativa à penosa tarefa de digitar tabelas com dados espectrais, um editor gráfico especialmente elaborado para este aplicativo permite a inserção de dados de propriedades espectrais com a utilização apenas do mouse. 30

PVSIZE O programa PVSIZE é a parte do SOLARCAD que ajudará o usuário a

PVSIZE O programa PVSIZE é a parte do SOLARCAD que ajudará o usuário a dimensionar a instalação e os componentes de sistemas fotovoltaicos. Através de uma interface muito intuitiva o programa solicita ao projetista todos os dados da instalação de consumo e as características dos equipamentos disponíveis para a geração de energia elétrica. Como resultado de uma simulação horária simplificada, apresenta a quantidade de módulos, baterias e bitola mínima de condutores necessários. Permitirá também a análise dos efeitos que modificações nas hipóteses de consumo produzem sobre o dimensionamento de sistemas. CREARRAY O programa CREARRAY terá dupla finalidade. Por um lado servirá para preparar toda a informação do painel gerador fotovoltaico para o programa PVSIM e, por outro , é uma poderosa ferramenta didática e de análise do comportamento de arranjos de módulos fotovoltaicos sofrendo diferentes estímulos ou combinações. Para sua utilização mais produtiva exigirá um pouco de treinamento mas os resultados compensarão o esforço. PVSIM O programa PVSIM será o simulador detalhado do comportamento de cada componente dos sistemas fotovoltaicos. Reunindo as informações geradas nos programas PVSIZE, CREARRAY e RADIASOL, promoverá uma simulação do sistema especificado e permitirá ao usuário analisar as conseqüências de modificações nos componentes do sistema. 31

Efeito Fotovoltaico Efeito fotovoltaico: Se dá em materiais semicondutores que se caracterizam pela presença

Efeito Fotovoltaico Efeito fotovoltaico: Se dá em materiais semicondutores que se caracterizam pela presença de bandas de energia (onde é permitida a presença de elétrons (bandas de valência) e de outra totalmente vazia (banda de condução). 32

Junção pn ilustrando a região onde ocorre o acúmulo de cargas Campo elétrico resultante

Junção pn ilustrando a região onde ocorre o acúmulo de cargas Campo elétrico resultante da transferência de cargas através da junção PN 33

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Fabricação das Células de Silício 35

Fabricação das Células de Silício 35

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Circuito elétrico equivalente de uma célula fotovoltaica Rs IL ID + I Rp Ift

Circuito elétrico equivalente de uma célula fotovoltaica Rs IL ID + I Rp Ift V saída IL – corrente gerada pela incidência da radiação ID – corrente de saturação do diodo Ift - corrente de fuga para terra I– corrente nos terminais de saída Rp – resistência shunt Rs – resistência série 37

Características elétricas dos módulos • Voltagem de circuito aberto e curto-circuito Curva característica I

Características elétricas dos módulos • Voltagem de circuito aberto e curto-circuito Curva característica I V típica de uma célula de silício monocristalino Curva típica de potência versus voltagem 38 para uma célula de silício monocristalino

Curva característica I V superposta à curva de potência para análise de parâmetros Parâmetros

Curva característica I V superposta à curva de potência para análise de parâmetros Parâmetros de potência máxima 39

Fator de forma - FF é uma grandeza que expressa quanto a curva característica

Fator de forma - FF é uma grandeza que expressa quanto a curva característica se aproxima de um retângulo no diagrama I V. Quanto melhor a qualidade das células no módulo mais próxima da forma retangular será sua curva V I. Conhecida então a curva característica I -se calcular: • Potência máxima V de uma célula ou um módulo pode Pm = Imp Vmp • Eficiência • Fator de forma Onde: Ic = Luz incidente - Potência luminosa incidente ( W/m 2) A - área útil do módulo (m 2) 40

Módulo - Arranjo das células Células I I 1 I 2 V 1 Diodo

Módulo - Arranjo das células Células I I 1 I 2 V 1 Diodo de bloqueio 0, 4 volts V 2 V 3 V = V 1 +V 2 + V 3 +. . . Vn I = I 1 + I 2 +. . In V Diodo Bypass 41

Fatores que afetam as características elétricas dos módulos • Intensidade luminosa • Temperatura das

Fatores que afetam as características elétricas dos módulos • Intensidade luminosa • Temperatura das células A condição padrão para plotagem das curvas características e testes dos módulos é definida para radiação de 1000 W / m 2 (radiação recebida da superfície na terra em dia claro, ao meio dia), e temperatura de 25 o. C na célula ( a eficiência da célula é reduzida com o aumento da temperatura) 42

Intensidade luminosa Efeito causado pela variação da intensidade da luz na curva característica I

Intensidade luminosa Efeito causado pela variação da intensidade da luz na curva característica I V para um módulo fotovoltaico 43

Eficiência de conversão versus radiação % 80 20 100 200 300 400 500 600

Eficiência de conversão versus radiação % 80 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Radiação solar W/m 2 44

Temperatura das células A incidência de um nível de insolação e a variação da

Temperatura das células A incidência de um nível de insolação e a variação da temperatura ambiente implicam em uma variação de temperatura nas células que compõem o módulo P Watt s Pmax 2 Pmax 1 Tensão Alta temperatura Baixa temperatura Efeito causado pela temperatura da célula na curva característica I V ( para 1000 W/m 2) em um módulo fotovoltaico 45

Componentes básicos - Células fotovoltaicas Silício Monocristalino Silício Policristalino 46

Componentes básicos - Células fotovoltaicas Silício Monocristalino Silício Policristalino 46

Módulo Fotovoltaico Diferentes módulos disponíveis no mercado Ex: Módulo de 48 Wp 47

Módulo Fotovoltaico Diferentes módulos disponíveis no mercado Ex: Módulo de 48 Wp 47

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Configurações básicas • Sistemas isolados Classificação: • Sistemas híbridos • Sistemas conectados à rede

Configurações básicas • Sistemas isolados Classificação: • Sistemas híbridos • Sistemas conectados à rede Configuração básica de um sistema fotovoltaico 50

Sistema autônomo ou isolado 51

Sistema autônomo ou isolado 51

Sistema conectado à rede elétrica Grande porte 52

Sistema conectado à rede elétrica Grande porte 52

Sistemas conectados à rede - Sistemas residenciais Medição Única do Balanço de Energia k.

Sistemas conectados à rede - Sistemas residenciais Medição Única do Balanço de Energia k. Wh Arranjo Fotovoltaico Unidade de controle e Condicionamento da Potência Painel de serviço Medição Dupla Arranjo Fotovoltaico Rede carga Unidade de controle e Condicionamento da Potência Rede Painel de serviço Carga Medições simultâneas Arranjo Fotovoltaico Unidade de controle e Condicionamento da Potência k. Wh rede k. Wh Caixa de junção k. Wh Painel de serviço 53 carga

O PRÉDIO DA ADMINISTRAÇÃO DO IEE-USP : 12 k. W 54

O PRÉDIO DA ADMINISTRAÇÃO DO IEE-USP : 12 k. W 54

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COMPONENTES PRINCIPAIS DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO QUAL BATERIA UTILIZAR em um SFV? • REGARREGÁVEIS

COMPONENTES PRINCIPAIS DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO QUAL BATERIA UTILIZAR em um SFV? • REGARREGÁVEIS E NÃO-RECARREGÁVEIS • ABERTA OU SELADA • CICLO RASO OU CICLO PROFUNDO • QUAL TIPO? CHUMBO-ÁCIDO TIPOS: NÍQUEL-CÁDMIO NÍQUEL-FERRO SÓDIO-ENXOFRE NÍQUEL-HIDROGÊNIO 56

Principais parâmetros de avaliação de uma bateria: Capacidade: ; (Ah); ( Wh) Capacidade de

Principais parâmetros de avaliação de uma bateria: Capacidade: ; (Ah); ( Wh) Capacidade de energia – número total de Wh que pode ser retirado de uma célula ou bateria totalmente carregada Teoricamente , uma bateria de 200 Ah deve ser capaz de fornecer: - 200 A durante 1 hora 50 A por quatro horas 4 A por 50 horas Ou ainda 1 A por 200 horas 57

Outros parâmetros Eficiência Vida útil – número de ciclos ; ou período de tempo

Outros parâmetros Eficiência Vida útil – número de ciclos ; ou período de tempo Taxa de auto-descarga; Custo Fatores que afetam a eficiência, a capacidade e a vida útil de uma bateria: • profundidade de descarga (por ciclo), • temperatura • controle de carga/descarga; • manutenção periódica 58

Perfil típico de tensão durante o processo de carga/descarga Processo de descarga Taxa de

Perfil típico de tensão durante o processo de carga/descarga Processo de descarga Taxa de carga/descarga = valor de corrente aplicado/retirado de uma bateria durante o processo de carga/descarga Taxa de carga = capacidade nominal / intervalo de carga EX: 500 Ah/10 horas = 50 Amps = taxa C/10 59

Baterias recarregáveis • Automotivas – projetadas para descargas rápidas com elevadas taxas de corrente

Baterias recarregáveis • Automotivas – projetadas para descargas rápidas com elevadas taxas de corrente e com reduzidas profundidades de descarga • Tração – indicadas para alimentar equipamentos móveis elétricos como, empilhadeiras, e são projetadas para operar em regime de ciclos diários profundos com taxa de descarga moderada. • Estacionárias- baterias direcionadas tipicamente para aplicações em que permanecem em flutuação e são solicitadas ocasionalmente para ciclos de carga/descarga, Esta condição é típica de sistema de “back-up” • Fotovoltaicas – São projetadas para ciclos diários rasos com taxa de descarga reduzidas e devem suportar descargas profundas 60 esporádicas devido a possível ausencia de geração ( dias nublados)

CONTROLADOR DE CARGA Funções específicas: • Desconectar o arranjo fotovoltaico quando a bateria atinge

CONTROLADOR DE CARGA Funções específicas: • Desconectar o arranjo fotovoltaico quando a bateria atinge carga plena • Interromper o fornecimento de energia quando o estado da carga da bateria atinge um nível mínimo de segurança • Monitorar o desempenho do sistema fotovoltaico (corrente e tensão de carregamento da bateria) • acionam alarmes quando ocorre algum problema • compensam o efeito da variação da temperatura na bateria TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA • Quanto a grandeza utilizada para controle (corrente, tensão, densidade do eletrólito) • forma como o controlador utiliza para desconectar o painel fotovoltaico da bateria : shunt ou série 61

TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA Regulador shunt Regulador série 62

TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA Regulador shunt Regulador série 62

ESPECIFICAÇÃO DO CONTROLADOR Os parâmetros para especificação dos controladores de carga são obtidos da:

ESPECIFICAÇÃO DO CONTROLADOR Os parâmetros para especificação dos controladores de carga são obtidos da: • - Demanda de energia e • Curvas de características das baterias, como as de carga e descarga e a de vida útil (em ciclos) desejada. O mínimo necessário para se especificar o controlador: • - Os valores de corrente máxima, que deve ser maior do que a máxima corrente de curto-circuito esperada para o arranjo fotovoltaico, • - Tensão de operação do sistema ; 63

INVERSORES ou CONVERSOR CC-CA TIPOS: • CONVERSOR ESTÁTICO (ESTADO SÓLIDO) • CONVERSOR ROTATIVO Vantagens

INVERSORES ou CONVERSOR CC-CA TIPOS: • CONVERSOR ESTÁTICO (ESTADO SÓLIDO) • CONVERSOR ROTATIVO Vantagens Desvantagens Podem operar conectados a rede elétrica ou alimentando cargas isoladas Projeto do equipamento mais complexo Tipo Inversor auto-comutado - - Tem melhor potência Inversor comutado pela rede fator de Produz menor quantidade de harmônicos - Projeto mais simples Depende da existência de tensão na rede Requer correção do fator de potência e dos harmônicos - 64

ESPECIFICAÇÃO DOS INVERSORES • TENSÃO DE ENTRADA CC (12, 24, 48, 120 Vcc) E

ESPECIFICAÇÃO DOS INVERSORES • TENSÃO DE ENTRADA CC (12, 24, 48, 120 Vcc) E SAÍDA CA (120, 240 VCA) • EXIGÊNCIA DA CARGA • POTÊNCIA • VARIAÇÃO DE TENSÃO • FREQUÊNCIA • FORMA DE ONDA • Dimensionamento: Potência elétrica em operação normal Potência de pico 65

EFICIÊNCIA DE CONVERSÃO ENTRE 50 A 90% EFICIÊNCIA TÍPICA DE INVERSORES 66

EFICIÊNCIA DE CONVERSÃO ENTRE 50 A 90% EFICIÊNCIA TÍPICA DE INVERSORES 66

CONVERSORES CC- CC FUNÇÃO: • controlar de forma mais precisa a corrente e a

CONVERSORES CC- CC FUNÇÃO: • controlar de forma mais precisa a corrente e a tensão que são aplicados às baterias, proporcionando assim um aumento da vida útil da bateria e maior eficiência no processo de transferência de energia • Pode ter incorporado um seguidor do ponto de máxima potência • obter tensões na saída diferente da de entrada P Watts Pmax 2 Pmax 1 Tensão Alta temperatura Baixa temperatura 67

PROJETO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO Unidade de controle Sistema de geração Unidade de condicionamento

PROJETO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO Unidade de controle Sistema de geração Unidade de condicionamento de potência Carga ou rede elétrica Subsistema de armazenamento Critério de dimensionamento ? PODE-SE DIVIDIR O PROJETO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO EM QUATRO PARTES: • AVALIAÇÃO DO RECURSO SOLAR • ESTIMATIVA E AVALIAÇÃO DA CURVA DE CARGA • ESCOLHA DA CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA E CRITÉRIO DE PROJETO 68 • DIMENSIONAMENTO E ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES DO SISTEMA

Projeto de um sistema fotovoltaico • Avaliação do recurso solar • Num. De horas

Projeto de um sistema fotovoltaico • Avaliação do recurso solar • Num. De horas de insolação Grandezas disponíveis • radiação global no plano horizontal • Fluxo de potência = W / m 2 Dados especificados: • Energia por unidade de área = Wh/m 2 • N. de horas de sol pleno /dia Forma comum: Médias mensais para a energia acumulada ao longo de um dia 69

Sistema a ser dimensionamento Gerador (? Wp) Controlador de Carga Usuário Final (? Wh/dia)

Sistema a ser dimensionamento Gerador (? Wp) Controlador de Carga Usuário Final (? Wh/dia) 1 Inversor Carga CA 3 Carga CC 2 Bateria (? Ah) 70

Passo 1 -Especificação da carga : Tipo de carga/equipamento Tensão : nível, (AC ou

Passo 1 -Especificação da carga : Tipo de carga/equipamento Tensão : nível, (AC ou DC) Horas diárias de uso - Cálculo do consumo diário = Wh/dia - Determinação da máxima potência =. . . watts 71

1 - Cálculo do consumo diário das cargas Exemplo: De outra forma: Pmax =

1 - Cálculo do consumo diário das cargas Exemplo: De outra forma: Pmax = X Fcarga = Y Consumo diário = 72

Cálculo do consumo diário nos pontos dos sistema B A 127 Volts (CA) Consumo

Cálculo do consumo diário nos pontos dos sistema B A 127 Volts (CA) Consumo (AC) = 986 Wh Consumo CC = 310 Wh EG = Energia gerada/dia 12 Volts (CC) Ex: Consumo no ponto A : ? ? Consumo no ponto B = ? ? = 0, 90 = 0, 85 Perdas na fiação = 3% Consumo no ponto A = Consumo CC + Consumo CA / Consumo no ponto B = consumo no ponto A /( = 1405, 5 Wh (1 -Perdas na fiação)) 73 1704, 66 Wh

2 - Dimen. do Sist. de Acumulação BATERIAS Cbat=Consumo (A) N/ Pdmax , sendo

2 - Dimen. do Sist. de Acumulação BATERIAS Cbat=Consumo (A) N/ Pdmax , sendo consumo em Ah N: dias de autonomia EX: N=3 dias Pdmax: máxima profundidade de descarga da(s) bateria(S) Cbat: Capacidade da (s) bateria(s) CB= 8433 Wh 12 Volts CBat / Tensão do sistema = 703 Ah 100% 50% PDMÁX 0% 74

Dimensionamento do Sist. de Geração Capacidade instalada (WP) em painéis fotovoltaicos 75

Dimensionamento do Sist. de Geração Capacidade instalada (WP) em painéis fotovoltaicos 75

3, 38 k. Wh/m 2 Pior mês = menor radiação São Paulo 76

3, 38 k. Wh/m 2 Pior mês = menor radiação São Paulo 76

Para onde se deve direcionar ? Qual a inclinação ? 77

Para onde se deve direcionar ? Qual a inclinação ? 77

São Paulo (lat. – 23, 43) Inclinação ? Orientação ? 78 Critério de projeto:

São Paulo (lat. – 23, 43) Inclinação ? Orientação ? 78 Critério de projeto: Pior mês? Valor Médio? Radiação no Inverno ou verão ?

Cálculo do número de horas de sol pleno (NSP) Ex: pior mês = Radiação

Cálculo do número de horas de sol pleno (NSP) Ex: pior mês = Radiação diária média mensal = 4 k. Wh / m 2 NSP = Reflete o número de horas em que a radiação solar deve permanecer constante e igual a 1 k. W/m 2 de forma que a energia resultante seja equivalente à energia acumulada para o dia em questão. 1000 W/m 2 800 W/m 2 Céu claro 400 W/m 2 Energia coletada ao longo do dia (média mensal)= 4 k. Wh/m 2 NSP = 4 k. Wh/m 2 / 1 k. W/m 2 = 4 horas /dia Céu nublado 0 4 12 h 79

Critério de projeto Qual a inclinação? Vamos projetar utilizando a inclinação : (Latitude+10º) Maximizando

Critério de projeto Qual a inclinação? Vamos projetar utilizando a inclinação : (Latitude+10º) Maximizando energia coletada no inverno Pegar a radiação do pior mês do inverno : Máxima confiabilidade Local: Cidade de São Paulo 80

Dimensionamento - Módulos EG – Energia diária gerada P - potência a instalar (k.

Dimensionamento - Módulos EG – Energia diária gerada P - potência a instalar (k. W) NSP – Número de horas de sol pleno Igual ao consumo no ponto B = 1704, 66 / 3, 38 = 504, 3 Wp Os módulos são vendidos em Wp Ex: Um módulo de 58 Wp, significa que este terá na sua saída 58 Wp na incidência de sol pleno ( 1 k. W/m 2), temperatura de 25 o. C’, AM (massa de ar) =1, 5 Como a temperatura ambiente em certos locais é maior e o módulo aquece com a incidência de radiação solar, faz-se uma correção da potência aplicando um fator (F). 81

Potência instalada em módulos P(corrigida) = P/ F = 504, 34 Wp / 0,

Potência instalada em módulos P(corrigida) = P/ F = 504, 34 Wp / 0, 85 = 593, 34 Wp F=0, 85 Cálculo da área ocupada: Ex: = 12% P(Wp) = Eficiência do painel Potência corrigida Área = 4, 94 m 2 Área dos coletores Sol pleno 82

ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES a serem utilizados Considerando o uso do seguinte módulo disponível no

ESPECIFICAÇÃO DOS COMPONENTES a serem utilizados Considerando o uso do seguinte módulo disponível no mercado: Potência do módulo = 58 Wp Isc = 4, 73 A Tensão = 15, 90 volts Eficiência = 12% A seguinte bateria: Chumbo – ácido de 36 Ah, 12 Vcc Eficiência = 85% 83

Usando as especificações de módulo e bateria fornecidos: DESENHE ARRANJO DE MÓDULOS ARRANJO DE

Usando as especificações de módulo e bateria fornecidos: DESENHE ARRANJO DE MÓDULOS ARRANJO DE BATERIAS N. De baterias em série = 1 N. De módulos em série = 1 N. De baterias em paralelo = 20 N. De módulos em paralelo = 11 84

Como se especifica o controlador de carga? Especificação conforme o tipo de bateria e

Como se especifica o controlador de carga? Especificação conforme o tipo de bateria e o regime de operação do sistema Icontr = 1, 25 Isc do conjunto de módulos (painel) Icontr= 65 A Isc do módulo Número de arranjos em paralelos Corrente de curto circuito do módulo selecionado - verificar a tensão CC 85

Como se especifica um inversor ? Cargas indutivas ? Recomenda-se inversor de onda senoidal

Como se especifica um inversor ? Cargas indutivas ? Recomenda-se inversor de onda senoidal Cargas resistivas ? Potência nominal = 1, 20 potência que deverá alimentar Potência de pico = para suprir por exemplo partida de motores Inversor ser adquirido no mercado - Potência nominal ( watts) = 800 W -Tensão CC no lado da bateria = 12 Volts (CC) -Tensão AC no lado da carga = 127 Volts - onda senoidal - eficiência = 90% 86

Como dimensionar a fiação e circuito de proteção Dever de casa: Aplicar seus conhecimentos

Como dimensionar a fiação e circuito de proteção Dever de casa: Aplicar seus conhecimentos adquiridos em instalações elétricas 87

ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA Demais especificações dos componentes adquiridos para cálculo econômico Custos adicionais

ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA Demais especificações dos componentes adquiridos para cálculo econômico Custos adicionais para instalação ( estrutura, fiação , conexão) = 1. 000, 00 R$ Custo anual de O&M – 1% do custo total do capital instalado Taxa de desconto = 10% 88

Cálculo do custo anual de geração ( R$/MWh) Onde: C = Custo de capital

Cálculo do custo anual de geração ( R$/MWh) Onde: C = Custo de capital instalado (R$) CO&M = Custo anual de operação e manutenção (R$/ano) FRC = Fator de recuperação do capital investido Eg = Energia anual gerada (MWh) 89

O fator de recuperação de capital é definido por: i = taxa anual de

O fator de recuperação de capital é definido por: i = taxa anual de retorno N = período de recuperação do investimento O custo anual de O&M (R$/ano) pode ser calculado como uma fração do custo de capital 90

OBS : VIDA ÚTIL DOS EQUIPAMENTOS • Módulo fotovoltaico = 20 anos • Baterias

OBS : VIDA ÚTIL DOS EQUIPAMENTOS • Módulo fotovoltaico = 20 anos • Baterias = 5 anos • Controlador de carga = 10 anos • Inversor = 10 anos Neste caso, durante a vida útil do módulo: Investimentos necessários • Investimento inicial no módulo fotovoltaico • Investimento inicial na bateria + 3 trocas • Investimento inicial no controlador de carga +1 troca • Investimento inicial no inversor + 1 troca 91

INVESTIMENTO INICIAL TOTAL CModulo CBateria Cinversor Ccontrolador Cadicionais 1 5 10 15 20 92

INVESTIMENTO INICIAL TOTAL CModulo CBateria Cinversor Ccontrolador Cadicionais 1 5 10 15 20 92

Valor presente dos custos (VP) Onde In = Investimento no ano n i –

Valor presente dos custos (VP) Onde In = Investimento no ano n i – taxa de retorno n – ano futuro 93

Considerando a configuração de sistema mostrado na figura abaixo, dimensionar a capacidade do arranjo

Considerando a configuração de sistema mostrado na figura abaixo, dimensionar a capacidade do arranjo fotovoltaico e do sistema de armazenamento para atendimento de um consumidor isolado que apresenta o consumo indicado na tabela abaixo Parâmetros para dimensionamento: Latitude : 25 o Dimensione para condições críticas de carga e recurso solar Autonomia do sistema de armazenamento = 2 dias Calcular: a) Valores indicados em M 1, M 2 b) Potência total instalada em painéis (watts) c) Capacidade em Ah do sistema de armazenamento (bateria) 2 d) Área ocupada pelos painéis fotovoltaicos (m ) e) Desenhe o circuito do arranjo de painéis e baterias (indique na figura os valores das correntes e tensões ) Especificação dos componentes Módulo – 120 Wp Tensão do módulo = 12 Vcc Eficiência do módulo = 12% Capacidade da bateria = 100 Ah Tensão da bateria – 12 Vcc Eficiência da bateria = 85% Máxima profundiidade de descarga = 85% Eficiência do inversor = 85% 94

Referencias • Eliane Aparecida Faria Amaral Fadigas - NER- Núcleo de Energias Renováveis -

Referencias • Eliane Aparecida Faria Amaral Fadigas - NER- Núcleo de Energias Renováveis - GEPEA – Grupo de Energia PEA – EPUSP – PPT de 2011 • Zilles – IFV 1 • • CEPEL - CIER 2003 CEPEL - Ricardo Marques Dutra - Departamento de Tecnologias Especiais - DTE 95