Tema: UTILIZAÇÃO DE SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA CONECTADO À REDE NO BRASIL

Curso de Graduação em Engenharia Elétrica¹ Professor Orientador ² Projeto Integrador/ X° Semestre Resumo Este artigo visa apresentar estudo mostrando os sitemas de geração de energia elétrica através da energia fotovoltaica conectado á rede de distribuição comercial existente no Brasil. A metodologia aplicada esta baseada em pesquisa bibliográfica e pesquisa junto á sites de empresas especializadas de instalação, projeto e equipamentos voltados á area de energia fotovoltaica, genericamente conhecimda como energia solar. Neste artigo será focado em uma revisão dos conceitos sobre geração de energia fotovoltaico mostrando aspectos da radiação solar para obetnção de energia, sistemas utilizados para geração de energia solar, tecnologia dos paineis solares e seu funcionamento, princípios de geração distribuída com sistemas conectados á rede e não conectados (on-grid e off-grid) e suas características de instação.

Palavras-chave: painéis solares, módulos fotovoltaicos, energias renováveis, energia solar e fornecedores. Introdução O aumento do consumo mundial de energia devido ao crescimento populacional e o rápido crescimento econômico de algumas regiões no mundo, aliado à crescente emissão de gases causadores do efeito estufa, juntamente com a pressão dos ambientalistas, aumentou a intensidade das pesquisas sobre geração de energia alternativas aos combustíveis derivados do petróleo e geradores de poluentes. Objetivos Este artigo discorrerá sobre as características físicas da radiação solar e as prerrogativas básicas associadas a conversão de energia solar em energia elétrica, suas aplicações práticas, equipamentos e dispositivos de geração de energia solar. Os sub-tópicos a seguir detalharão estes aspectos e os objetivos deste artigo.

Efeito Fotovoltaico O Sol pode ser utilizado como fonte supridora de energia para fins de aquecimento e geração de energia elétrica. O fenômeno físico que torna esta transformação possível é o efeito fotovoltaico, fenômeno resultante da reação entre fotons e materiais semicondutores utilizados na fabricação das células fotovoltaicas. A incidência de fotons provoca a absorção por parte das células, estabelecendo uma diferença de potencial entre as camadas de material semicondutor que constituem as celulas, excitando os eletros a se deslocarem de maneira a estabelecer uma corrente elétrica(Pereira, Oliveira, 2015). Angulos Relativos á Posição do Sol O entendimento correto sobre o posicionamento do Sol, baseado em um observador localizado na superficie da Terra, garante o correto entendimento da sua utilização para instalações solares.

Os angulos de incidência considerados são: • Angulo solar ou elevação - angulo entre o raio solar e a projeção sobre o plano vertical; • Angulo Zenital - altura dos objetos abaixo do horizonte (entre -90° a 0°) Figura 3: Angule Zenital Fonte: Zilles, Macêdo, Galahrdo, Oliveira, 2012 • Angulo Azimutal - angulo entre o norte geográfico e a projeção do raio solar sobre o horizonte Figura 4: Angulo Azimutal Fonte: Zilles, Macêdo, Galahrdo, Oliveira, 2012 3. Célula Fotovoltaica Celula fotovoltaica ou celular solar é definida como a menor porção de um sistema fotovoltaica utilizado para a conversão de energia solar em energia elétrica. O agrupamento de células fotovoltaicas recebe o nome de placa ou módulo fotovoltaico que são, basicamente, o empacotamento de celulas fotovoltaicas interligadas para atender os valores de tensão desejados.

A eficiência dos módulos depende da qualidade do material do semicondutor e a qualidade das conexões elétricas. Material utilizados em células fotovoltáicas O silício é o material responsável pela conversão da energia solar em eletricidade e é o mais utilizado na construção de células fotovoltaicas, sendo o segundo material mais abundante na natureza, mesmo estando naturalmente combinado a outros materiais (Blue Sol, 2019). O silicio cristalizado é dividido conforme o grau de purificação sendo dividido em silicio metalúrgico, onde quantidades de carbono são combinadas ao quartzito á altas temperarturas, obtendo-se silicio em forma de barras com uma pureza de 98% sem uma aplicação comercial para células fotovoltaicas devido sua eficiência. Figura 6: Representação de célula fotovoltáica de silicoio cristalino Fonte: Souza, 2016 O silicio com grau de semicondutor é o utilizado para construção de paineis fotovoltaicos devido a pureza do material.

O silicio semicondutor é obtido pela conversão com ácido clorídrico em triclosano e piurificado pelo método de desilação farcionada, gerando um material com 99,999% de pureza. As placas fotovoltaícas podem ser divididas conforme o tipo de silicio utilizado na sua fabricação (Souza, 2016): • Silicio Monocristalino - obtido pelo método Czochralski onde cristal de silicio é inserido em uma cadeira com silicio policristalino, orientando os átomos em uma formação cristalina onde fósforo é depositado enter 800-1200°C • Silicio Policristalino - silicio em estado bruto é aquecido á 1500°C e resfriado até 800°C e adicionado boro. • CdTe - (Telureto de Cádmio) - Fabricadas sobre um substrato de vidro com uma camada de Óxido de Estanho Indio revestido com uma camada de Sulfato de Cádmio (CdS) e posteriormente com Telureto de Cádmio.

Pode ser fabricado por deposição galvânica, silk screen ou pirólise pulverizada. Sua produção ainda é de alto custo, podendo ser diminuída com a produção eme escala. Porém, a desvantagem é a toxidade do Cádmio, causando danos á saúde e meio ambiente quando na forma de gás. Tabela 1: Eficiência dos materiais placas fotovoltaicas Fonte: Souza, 2019. Conexões em Série de Módulos Conexões em série de módulos fotovoltaicos interligados á rede de distribuição são indicados para operar com tensões mais elevadas. Este tipo de instalação proporciona maiores valores de tensão asociados com baixas corrente de operação. Estas instalações são denominadsa de strings, denominação bastante difundida nas instalações fotovoltaicas conectadas á rede. As principais caracteristicas da ligação em série: • Tensão de saida corresponde á soma das tensões individuais de cada módulo • Corrente de saida igual a corrente que circula por todo conjuto • A corrente de curto-circuito do conjunto será a corrente de cada móculo individualmente.

• Figura 8: Conexão de paineis FV em série Fonte:mpptsolar 3. Vide abaixo algumas aplicações: a) Geração de calor b) Geração de eletricidade direta e indireta c) Sistemas fotovoltaicos conectados a rede elétrica d) Sistemas fotovoltaicos autônomo ou isolados e) Sistema de geração híbrida Figura 12: aplicações da energia eléctrica da energia solar fotovoltaica Fonte:Alves, 2016 3. Sistema Fotovoltaico Conectado á Rede (SFCR) As primeiras aplicações práticas da tecnologia fotovoltaica foram baseados em sistesmas isolados com capacidde para abastecer cargas longes do sistema de distribuição convencional de energia elétrica. Apenas no final da decada de 1990 é que surgiram e se tornaram importantes, sistemas de geração de energia solar conectados a rede de distribuição. Figura 13: potencia acumulada em instalações fotovoltaicas (fonte IEA, 2010) Fonte: Zilles, Macêdo, Galahrdo, Oliveira, 2012 Os sistemas fotovoltaicos conectados á rede (SFCR) possuem um perfil bem específico e particular pois depende de uma fonte primária de energia considerada bem previsivel mas não controlável.

Dependendo do recurso solar e da capacidade de geração do local, a energia pode se entregue á rede tradicional de distribuição como também pode ser utilizada para atender o consumo dos equipamentos instalados nos locais onde estão as fontes geradores de energia solar ou usinas/mini-usinas solares. Em geral sua utilização e aplicação esta, além do mencionado no paragráfo anterior, onde o custo de extensão da rede de dsitribuição se torna elavado e em locais com funcionamento isolado e independente. O sistems esta associado á componentes com a função de armazenar a energia elétrica produzida, geralmente baterias. Os sitemas isolados são aqueles que o sistema fotovoltáico é a única fonte de energia elétria disponível e esta associado a um conjuto de baterias para armazenamento de energia.

Podem ser utilizados para subrir uma ou mais residências, dependendo da sua capacidade de geração e armazenamento. Outras exemplos de aplicações para sistamva fotovoltaicos isolado, estão sua utiliação em sistemas de comunicação, iluminação, sinalização e bomboeamento de água. Um sistema ligado á rede eletric permite a venda de energia elétrica ás companhias distribuidores de energia (EDP). A eenrgia gerada é enviada diretamento á rede, sem necessidade de baterias, tornando o sistema mais simples. O Decreto-Lei 363/2007, os micropodutores tinham a possiblidade de produzir energia elétrica á partir de fontes renováveis e injetar na rede de distribuição pública. Este regime foi substituído pelo Decreto-Lei 25/2013. Uma instalação fotovoltaica conectada á rede é constituída de 5 equipamentos básicos: a) Módulos Fotovoltaicos - são os responssáveis pela caaptação da radiação solar e geração de energia elétrica; b) Inversor - equipamento que tem a função básica de conexão á rede elétrica e transforma a corrente contínua em corrente alternada, decidindo quando deve ser injetada na rede a energia produzida; c) Contador Bi-direcional - é o equipamento responsável pela contagem da energia produzida pelo sistema fotovoltaico durante o seu período de funcionamento; d) Portinhola - cixa de ligações que permite a interligação dos cabos do consumidor e produtor e contém as respectivas proteções; e) Elementos de proteção - tem a função de proteger a instalação e os equipamentos contra curto-circuitos, descargas atmosféricas e sobrecargas.

No caso de telhados, deve ser veriicado o tipo de telha ou de madeiramento – a estrutura que suporta o telhado. Nas instalações em plano horizontal deve ser veriicada a altura mínima e também as cargas de vento que adicionam um esforço mecânico aos suportes e ancoragens. Em todos os casos deve ser observada a correta orientação e inclinação do painel. A correta orientação permite captar o máximo de energia ao meio dia solar e horas próximas, que é o momento de maior concentração da radiação solar. A inclinação adequada permite a melhor captação durante o ano, compensando a menor irradiância nos períodos de inverno, no caso dos sistemas autônomos, ou maximizando a captação e geração nos períodos de verão, no caso das instalações on-grid.

Além disso, a maior irradiância que acontece ao meio dia solar não será aproveitada em sua totalidade. Também não é recomendável distribuir os módulos nas duas águas de um telhado não orientado para o norte, pois teríamos pouco mais da metade da geração durante a manhã, e o mesmo valor durante a tarde. Inclinação do Painel Fotovoltaico A inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos varia de acordo à Laitude da localidade, e também quanto ao tipo de sistema fotovoltaico. Para sistemas isolados um painel com maior inclinação é recomendável, pois garante maior captação nos períodos de menor irradiância, próximo ao solstício de inverno. Para os sistemas conectados à rede, inclinações menores propiciam maior captação nos períodos próximos ao solstício de verão, o que gera mais energia e, nos países com tarifas diferenciadas, maiores ganhos inanceiros.

Para calcular uma sombra simples, podemos recorrer a equações simplificadas que dão bons resultados, podendo ser adicionadas a planilhas automáicas de dimensionamento, facilitando o seu uso. Essas equações não são recomendadas para sistemas complexos, em localidades urbanas com grande quanidade de altos ediícios circunvizinhos ao local de instalação do painel fotovoltaico. No caso de sombras causadas por objetos frontais, podemos calcular a sombra no solstício de inverno, quando a projeção é maior. Se conseguirmos evitar essa sombra, nesse período, evitaremos as sombras o ano todo. Nas Laitudes abaixo de 20° há o risco de objetos anteriores projetarem sombras, já que em tais localidades o sol declina a sul em alguns períodos do ano. Conclusão O fato da matriz energética mundial ser predominantemente não-renovável há uma situação de insustentabilidade baseada nos fatos que os recursos fósseis possuem reservas limitadas e aumentarem a emissão de gases do efeito estufa.

Um novo modelo energético deve ser adotado, mais impo e baseado em um desenvolvimento sustentável. As recentes, porém limitadas ações dos governos, e a Suécia, Finlância e Alemanha tem mostrados os melhores exempos e sensibilizado outras nações a repensarem suas matrizes energéticas. O Brasil se encontra em uma posição privilegiada em relação á produção de energia utilizando fontes renováveis em comparação ao resto do mundo. O Brasil vem aperfeiçoando o seu mecanismo regulatório referente a energia fotovoltaica com a implementação da Resolução Normativa 482/2012, onde todo gerador de energia fotovoltaica pode diminuir sua conta elétrica, inserindo a energia excedente na rede elétrica da concessionária. br (Acesso em: 20 de Maio, 2019). CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica, Sérgio de Salvo Brito, Disponível em: http://www.

cresesb. cepel. br (Acesso em: 21 de Maio, 2019). PEREIRA, Felipe A de Souza; OLIVEIRA, Manuel Angelo Sarmento. Curso Técnico Instalador de Energia Solar Fotovoltaica, Publiindustiras Edições Técnicas, Porto, Portugal, 2015. SOUZA, Romilson di. SIntrodução a Sistemas de Energia Solar Fotovoltaica, Blue Sol Enegia Solar, Riberião Preto, 2016.