Uma célula solar pode converter a energia contida na radiação solar do sol em energia elétrica. Devido ao tamanho limitado da célula solar, ela fornece apenas uma quantidade limitada de energia sob condições fixas de corrente-tensão que não são práticas para a maioria das aplicações.
Para utilizar a eletricidade solar em dispositivos práticos, que requerem uma tensão e/ou corrente específica para o seu funcionamento, várias células solares têm de ser ligadas entre si para formar um painel solar, também denominado módulo fotovoltaico. Para a geração de eletricidade solar em larga escala, os painéis solares são conectados entre si em um painel solar. Uma instalação típica de painel solar para um apartamento residencial é mostrada abaixo:
Para um apartamento residencial, um sistema híbrido/conectado à rede é o mais apropriado. O sistema receberá eletricidade durante o dia através dos painéis solares, bem como armazenará energia nas baterias, enquanto as baterias fornecerão eletricidade durante o mau tempo, durante a noite ou interrupção da rede. O sistema também pode receber eletricidade através da rede elétrica ou de um gerador portátil. Com o gerador portátil ou a rede, a eletricidade é fornecida às cargas e a energia também éarmazenados nas baterias. É um sistema independente e autossuficiente. Observe que o gerador portátil só é necessário no pior cenário, quando o tempo está ruim/durante a noite, quando a energia armazenada nas baterias se esgota e não há eletricidade da rede.
No processo de geração de eletricidade a partir de instalações de painéis solares, vários componentes importantes são conectados para produzir eletricidade. Quais componentes são necessários depende se o sistema está conectado à rede elétrica ou se foi projetado como um sistema independente.
O objetivo aqui é descrever os componentes comuns usados em sistemas autônomos comumente usados em edifícios residenciais.
Componentes de instalações de sistema de energia de painéis solares
Os componentes a seguir normalmente constituem um sistema de energia elétrica solar para um sistema residencial. Esses componentes também podem ser encontrados instalados em grandes aplicações de energia comercial:
1. Estrutura de montagem
2. Painéis Solares
3. Sistema de armazenamento de energia
4. Controladores de carga
5. Inversores
6. Geradores (opcionais, mas obrigatórios para locais com rede elétrica deficiente)
7. Cabos.
Estrutura de montagem
Uma estrutura de montagem é utilizada para fixar os painéis solares e direcioná-los para o sol. O posicionamento adequado dos painéis solares garantirá que a radiação solar máxima seja capturada em um determinado local e garantirá que o sistema de energia solar funcione conforme necessário. Existem estruturas de montagem fixas, bem como aquelas projetadas para rastrear e acompanhar a radiação máxima do sol. A maioria dos sistemas residenciais de energia solar são montados em uma estrutura fixa no solo ou, mais comumente, em telhados de edifícios.
Painéis Solares
Os principais blocos de construção de um sistema de energia solar são os painéis solares. São as unidades que retêm a radiação solar do sol e a convertem em eletricidade. Essa eletricidade é então usada para fornecer cargas elétricas e também armazenada em baterias para sistemas autônomos. Os painéis solares são normalmente montados em estruturas ou telhados de edifícios para a maioria das instalações solares fotovoltaicas residenciais.
Sistemas de armazenamento de energia
O armazenamento de energia é uma parte vital dos sistemas autônomos porque garante que o sistema possa fornecer eletricidade durante a noite e em períodos de mau tempo. Normalmente, as baterias são usadas como unidades de armazenamento de energia. Durante o dia, quando a radiação solar é muito elevada, o sistema solar fotovoltaico fornece eletricidade e também carrega as baterias durante o mau tempo ou durante a noite. Baterias de ciclo profundo são geralmente aplicadas para esta finalidade – baterias que podem suportar cargas e descargas repetidasciclos.
Controladores de carga
Controladores de carga são conversores DC-DC usados em sistemas de energia solar independentes para converter a tensão de saída elétrica variável dos painéis solares em uma saída de tensão fixa que pode ser usada para carregar uma bateria ou como entrada para um inversor em um sistema conectado à rede. Normalmente, a saída de tensão de um painel solar varia dependendo da hora do dia e das condições climáticas, o que também torna a corrente de saída variável. Tanto uma corrente quanto uma tensão variáveis não são boas para sempredesempenho da bateria, daí a necessidade do controlador de carregamento. O controlador de carregamento também ajuda a desconectar os painéis solares das baterias quando estão totalmente carregadas. Isso ajuda a evitar sobrecarga que afeta o desempenho e a vida útil da bateria.
Todos os controladores de carregamento usam rastreamento de ponto de potência máximo (MPPT). Devido às variações na saída de corrente e tensão de um painel solar ou instalação de conjunto devido a mudanças na radiação solar (tecnicamente chamada irradiância) e temperatura, existe um Ponto de Potência Máxima (MPP) na característica I – V da instalação onde a maior potência é gerada para uma determinada irradiância e temperatura. A tensão e a corrente correspondentes ao MPP são Vmpp e Impp.
Dado que o MPP depende das condições ambientais, quaisquer alterações na irradiância e na temperatura mudarão a posição do MPP no IV (características de corrente/tensão) da instalação do painel/conjunto solar. Portanto, as alterações nas características I-V devem ser monitoradas continuamente com ajuste no ponto de operação para corresponder ao MPP após alterações nas condições ambientais. Este processo é denominado Rastreamento de Maximum Power Point ou MPPT. Os dispositivos que realizam esse processo são chamados de MPPrastreadores e são integrados aos controladores de carga modernos usados em instalações de energia de painéis/arranjos solares.
Inversores
Inversores são conversores DC-AC usados para converter a tensão DC produzida pelos painéis solares em tensão AC para fornecer cargas de corrente alternada. Aparelhos e cargas utilizados em apartamentos residenciais geralmente utilizam corrente alternada, daí a necessidade de um inversor. Além disso, para sistemas de energia solar conectados à rede, é necessário converter a tensão CC dos painéis solares antes da transmissão para a rede elétrica. Para aplicações de baixa potência, como é comum em pequenos sistemas fotovoltaicos residenciais,inversores monofásicos são usados. Eles estão conectados a uma fase da rede. Para potências superiores são utilizados inversores trifásicos que são conectados a todas as fases da rede.
Cabos Elétricos
O desempenho global dos sistemas de fornecimento de eletricidade solar também depende fortemente da escolha correta dos cabos. A seleção do tamanho de cabo errado pode afetar significativamente o desempenho do sistema de fornecimento de energia solar fotovoltaica.
Os cabos devem ser escolhidos de forma que as perdas de potência resistiva sejam mínimas. A potência dissipada através de um cabo é proporcional ao quadrado da corrente que flui através do cabo. Conseqüentemente, à medida que a corrente dobra, quatro vezes mais calor será dissipado nos cabos. Portanto, os painéis solares modernos conectaram todas as células em série.
Convenções de cores para cabos
Painéis solares Os sistemas fotovoltaicos geralmente contêm peças CC e CA. Para instalar corretamente um sistema de painel solar, é importante conhecer as convenções de cores da fiação.
Para cabos CC:
O vermelho é usado para conectar os contatos positivos (+) dos diferentes componentes do sistema entre si.
Preto é usado para interligar os contatos negativos (-)
Para a fiação CA, diferentes convenções de cores são usadas em todo o mundo.
União Europeia,
Azul é usado para Neutro,
Verde-amarelo é usado para o aterramento de proteção
Marrom (ou outra cor) é usado para a fase.
Estados Unidos e Canadá,
A prata é usada para tons neutros,
Verde-amarelo, Verde ou um condutor desencapado é usado para o aterramento de proteção
Preto (ou outra cor) é usado para a fase.
Na Índia e no Paquistão,
Preto é usado para Neutro,
Verde é usado para a terra protetora
Azul, Vermelho ou Amarelo são usados para a fase.
Portanto, é muito importante verificar as normas do país onde o sistema solar fotovoltaico será instalado.
