Origem do Sistema Solar Fotovoltaico
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez no paramagnetismo do oxigénio líquido em 1839 por um físico francês. Em 1873 por um acidente na aplicação de barras de selênio na submersão de cabos em uma Shore Station, foi descoberta do efeito fotovoltaico no selênio. Em 1877 foi desenvolvido o primeiro dispositivo sólido de fotoprodução de eletricidade, em um filme de selênio. No entanto, não foram as propriedades fotovoltaicas do selênio que excitavam a imaginação da época, mas sim a sua fotocondutividade, nos finais do século XIX pela mão do engenheiro alemão Werner von Siemens que os comercializou como fotómetros para máquinas fotográficas. Na “era moderna da energia solar” teve início em 1954 quando desenvolveu o processo de dopagem do silício, e a primeira célula solar foi formalmente apresentada na reunião anual da National Academy of Sciences, em Washington.
Com objetivo de atender a demandas de energia elétrica em regiões remotas de e difícil acesso, o sistema fotovoltaico surgiu como uma das alternativas. Devido a isso os primeiros sistemas fotovoltaicos eram do tipo isolado da rede elétrica, Sistemas Fotovoltaico Autônomos (SFA ou off-Grid), ou seja, a energia gerada pelas placas solares alimentava diretamente um banco de baterias, as quais, por sua vez, alimentam os aparelhos consumidores de energia elétrica.
Na década de 90, como início da aplicação do Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR), ajudou a disseminar e alavancar a utilização de todos Sistema Fotovoltaicos, principalmente com os incentivos financeiros à adoção da tecnologia, teve início a massiva produção dos componentes principais (módulos, inversores, controladores de carga, baterias), seguida de novas técnicas e componentes para a integração dos sistemas fotovoltaicos, chamados, em inglês, de “balance of system” (ou componentes de integração do sistema – CIS, que são as estruturas de fixação, conectores, cabos e ferramentas específicas, entre outros).
 
Composição básica do Sistema Fotovoltaico Autônomo (off-Grid)
1 – Módulos Fotovoltaico (o conjunto de placas solares fotovoltaicas): responsável pela captação da radiação solar e conversão em energia elétrica (CC).
2 – Banco de baterias: responsável pelo armazenamento da energia elétrica convertida, permitindo a sua utilização a qualquer momento, inclusive durante a noite.
3 – Controlador de carga: dispositivo eletroeletrônico responsável pelo gerenciamento de carga do banco de baterias, e em alguns casos, pelo gerenciamento da energia utilizada pelos aparelhos consumidores de energia elétrica.
4 – Inversor de Corrente (Autônomo): é responsável pela transformação da corrente contínua gerada pelas placas solares e acumuladas pelo banco de bateria em corrente alternada, possibilitando a utilização da energia elétrica em equipamentos feitos para operar ligados à rede elétrica. Quando os equipamentos trabalham somente com corrente contínua (como é o caso da maioria dos aparelhos utilizados em telecomunicação) não há necessidade de se ter um “inversor autônomo” apenas controlador de carga no Sistema Fotovoltaico Autônomos (sistema fotovoltaico off-Grid). Alguns Inversores Autônomos possuem Controlador de Carga integrado.
 
Utilização de Sistemas Fotovoltaicos Autônomos
Atualmente a utilização dos Sistemas Fotovoltaicos Autônomos é, principalmente, para atender demanda de energia elétrica a localidades não atendidas pela Rede Elétrica da Concessionária, ou para manter algum equipamento fora da rede elétrica, de forma a continuar operando mesmo quando há ausência de energia elétrica.
Com o Sistema Fotovoltaico Autônomo (SFA ou off-Grid) possibilita atendimento em condições de ausência total ou temporária da Rede da Concessionária Elétrica, aplicados em conjunto de Banco de Baterias (acumuladores de energia) ou unidades secundárias de geração (eólica, biodigestor, hidrelétricas e outros). Com projeto e adequações de mobilidade e otimização de recursos, para atendimento a demandas em áreas remotas como bombeamento, irrigação, galpões, unidades de Telecomunicações e apoio a infraestrutura de logística, possibilitando autonomia energética e eliminação de perda de produção por falta de energia.
 
Utilização não recomendado do Sistema Fotovoltaico Autônomo
Para atendimento a demanda energética de uma residência situada em um centro urbano, através de um Sistema Fotovoltaico Autônomo, apesar de ser plenamente possível, não é tão atrativa do ponto de vista financeiro. Isto porque seu custo de implantação, operação e manutenção e muito maior que um Sistema Fotovoltaico à Rede. Mas deverá ser melhor avaliada para situações críticas ou com características especificas, como Sistema Segurança Patrimonial, Refrigeração e outros, na qual deverá ser verificado a possibilidade de utilização do Sistema Fotovoltaico Híbrido (on-Grid e off-Grid integrado).
 
Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico Autônomo
O Sistema Fotovoltaico Autônomo pode ser projetado para alimentar qualquer tipo de carga, qualquer valor de potência e qualquer montante de energia. É claro que, quanto mais potente forem os equipamentos a serem eletricamente alimentados, e quanto maior o tempo de uso, mais energia consomem, e maior deverá ser o Sistema Fotovoltaico Autônomo para atender às demandas energéticas.
E quanto mais potente é um Sistema Fotovoltaico Autônomo, maior será o investimento financeiro para a sua implantação. Por isso, é muito mais comum a alimentação de pequenas cargas, como iluminação, telecomunicação e pequenos utensílios domésticos. Alimentar um grande “pivô de irrigação” requer uma obra adequada e engenharia especializada.
 
O primeiro componente a ser dimensionado é o banco de baterias, e deve-se considerar os seguintes fatores:
1) Toda a energia para alimentar os equipamentos consumidores de energia devem estar nas baterias; a função do painel solar fotovoltaico é repor a energia consumida das baterias (recarregar as baterias).
2) As baterias devem prover a energia necessária para os períodos de uso completo dos equipamentos, ou seja, deve haver energia para atender o conjunto de equipamentos por um dia completo.
3) Tempo de uso dos equipamentos deve ser verificado considerando um período de 24 horas.
4) As baterias devem ter capacidade de armazenar, no mínimo, dois períodos de operação completos, ou seja, devem armazenar energia para dois dias de funcionamento, mesmo com tempo nublado ou chuvoso.
 
Depois calculando a quantidade de módulos fotovoltaicos:
O conjunto arranjo fotovoltaico (Módulos Solares), que deve ser capaz de repor a energia consumida pelos equipamentos elétricos em um período de operação, e prover uma “folga” de energia, que seja capaz de suprimir quaisquer perdas e/ou compensar um eventual dia anterior com baixa radiação solar (nublado ou chuvoso).
A quantidade de placas solares a serem utilizadas no arranjo fotovoltaico depende não só da quantidade de energia a ser gerada diariamente, mas também da disponibilidade do recurso solar da localidade, ou seja, da quantidade de radiação solar média que há no local de instalação do Sistema Fotovoltaico Autônomo. Em locais em que há maiores quantidades de radiação solar (em médias anuais e mensais) o arranjo fotovoltaico (a quantidade de placas) é menor do que em localidades com menor quantidade de radiação solar.
 
Definindo Inversor Autônomo e Controlador de Carga
Definido o Banco de Baterias e o Arranjo Fotovoltaico, e definido o Controlador de Carga e Inversor Autônomo para o Sistema Fotovoltaico Autônomo, esses componentes são responsáveis pelo controle da energia elétrica que vem das placas solares, controle de carga do Banco de Bateria e atendimento a demanda máxima.
De acordo à potência desses dois componentes, o projetista pode optar por selecionar um dispositivo mais simples (que simplesmente trabalha ligando/desligando o arranjo fotovoltaico do banco de baterias), ou um dispositivo mais sofisticado, que consiga gerenciar os níveis de tensão (voltagem) e corrente elétrica (amperagem) enviadas às baterias. Mais sofisticação significa maior custo, mas também significa maior rendimento. A potência do inversor autônomo deve ser SEMPRE superior à potência das cargas que serão alimentadas.
 
Implantação Sistema Fotovoltaico Autônomo
Para implantação do Sistema Fotovoltaico Autonomo, é necessário algumas considerações principalmente para as potencias e demandas contínuas, de unidades produtivas e condições críticas. Seus componentes requer dimensionamento adequado de forma a otimizar recurso e atender na integra sua demanda.
Por isto a CSR Energia Solar projeta a solução adequada para a demanda de consumo e perfil do cliente, solução ideal para gerar sua própria energia.
ETAPAS PARA IMPLANTAÇÃO
Estudo de Viabilidade e Engenharia
                I – Apresentação Comercial / Técnica
                II – Viabilidade e Prospecto
                III – Engenharia Básica
Engenharia Executiva e Implantação
                IV – Engenharia Detalhada
                V – Execução Start-Up
 
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Simples, eficiente e um excelente investimento. Você economiza na conta de luz, valoriza seu imóvel e ajuda na redução de emissões de CO2.
ENERGIA LIMPA E RENOVAVEL.

 
07 de Agosto de 2017 – Rev-00
Rodrigo Santa Rosa
Engenheiro de Automação e Controle
CREA-ES: 012079/D
CSR Energia Solar Ltda
 
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