Glauco Diniz Duarte Viagens – como funciona energia solar fotovoltaica

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, a geração de energia solar funciona por meio da conversão da irradiação solar em eletricidade, proveniente de módulos fotovoltaico ou placas solares como é mais conhecido. A irradiação é convertida em eletricidade. A superfície da Terra recebe anualmente uma quantidade de energia solar, nas formas de luz e calor, suficiente para suprir milhares de vezes às necessidades mundiais durante o mesmo período. Apenas uma pequena parcela dessa energia é aproveitada.

Embora o potencial da energia advinda do sol seja bastante elevado, estima-se que apenas parte de um minuto seja suficiente para atender toda a demanda mundial de eletricidade. A energia solar fotovoltaica pode ser utilizada praticamente em todos os lugares, por outro lado, a quantidade de radiação depende do clima e, em especial, da latitude. Sistemas solares fotovoltaicos, se espalham pelos mais diversos tipos de estabelecimentos do país e vem possibilitando aos consumidores economizarem em suas contas de luz. A energia solar fotovoltaica é uma tendência mundial em constante crescimento no brasil, Alternativa natural para ”crise” no setor elétrico.

O aproveitamento da energia solar fotovoltaica tem se mostrado bem otimista, além do mais a tecnologia fotovoltaica está em sua fase inicial, por isso é possível encontrarmos muitas desinformações sobre os conceitos fotovoltaicos. Mas, contudo, a energia solar vem nos ajudando a evitar a maioria das ameaças advindas do efeito estufa e, associadas com as atuais técnicas de produção de eletricidade, ela também apresenta outros benefícios. Com tudo a energia solar fotovoltaica avança para se tornar a principal forma de geração elétrica mundial.

As células fotovoltaicas podem ser dispostas de diversas formas, sendo a mais utilizada para a montagem dos painéis fotovoltaicos. Além dos painéis fotovoltaicos, também se utilizam filmes flexíveis, com as mesmas características, ou até mesmo a incorporação das células em outros materiais, como o vidro. As diferentes formas com que são montadas as células se prestam à adequação do uso, por um lado maximizando a eficiência e por outro se adequando às possibilidades ou necessidades arquitetônicas.

A geração de energia solar acontece por meio do ”efeito fotovoltaico”. Essa eletricidade que vem do sol chamada de fotovoltaica*, é um termo formado a partir de duas palavras: foto, que em grego significa “luz”, e voltaica, que vem da palavra “volt”, uma unidade de medida para medir um potencial elétrico, é também uma homenagem a Alessandro Volta, que desenvolveu a pilha voltaica, precursora da bateria elétrica.

Como já citado um sistema fotovoltaico é uma fonte geradora de energia elétrica, na qual células fotovoltaicas transformam irradiação solar em energia elétrica. A geração fotovoltaica de energia solar começa com a célula solar, essas células fotovoltaicas (PV) são dispositivos semicondutores feitos de silício altamente purificado (Si) dopado com impurezas especiais, dando-lhes uma abundância de “elétrons” e “buracos” dentro de sua estrutura. Materiais como o silício é capaz de transformar a irradiação solar diretamente em energia elétrica através do feito citado agora pouco o ”efeito fotovoltaico”. Hoje, os materiais mais difundidos para este uso é o próprio silício.

 E a parte mais importante de um painel solar fotovoltaico ou módulos fotovoltaicos são exatamente as células fotovoltaicas de silício (Si). Essas células solares não armazenam energia, mas podem ser consideradas como uma pequena bateria, produzindo uma tensão de saída fixa de cerca de 0,5 a 0,6 volts, dependendo do tipo. As células solares fotovoltaicas produzem uma corrente contínua de saída variável que é proporcional ao seu tamanho e à quantidade de radiação solar que cai sobre a estrutura de silício. Sendo dispositivos semicondutores de silício, eles consistem de uma camada positiva do tipo P e uma camada negativa do tipo N unidos para formar uma “junção PN” muito semelhante à do diodo de junção PN.

Em outras palavras, expor o silício à luz solar faz com que seus elétrons se tornem móveis ou livres. Mas simplesmente expor um semicondutor à luz solar não é suficiente para extrair uma corrente elétrica dele, para isso precisamos criar polos “positivos” e “negativos” dentro do silício, permitindo que elétrons e, portanto, uma corrente flua para dentro e para fora do silício. De forma simples e resumida os módulos fotovoltaicos, constituídos por células solares ou células fotovoltaicas, por meio do efeito fotovoltaico geram energia elétrica em nível de corrente contínua.

Os principais componentes do sistema fotovoltaico são, os módulos fotovoltaico constituídos por células de silício (conhecidos popularmente como placas solares ou painéis solares) como já citamos á cima, e o inversor interativo ou inversor solar como são chamados comumente, que converte a corrente contínua gerada pelos módulos em corrente alternada para que possa ser usada nos eletrodomésticos em nossa residência ou empresa.

O sistema fotovoltaico conta também com a String Box, a produção de energia elétrica já é uma realidade para as residências brasileiras graças a popularização da energia solar, isso muito se deve à segurança oferecida pelo sistema fotovoltaico. Essa segurança depende do funcionamento adequado dos equipamentos, como a String-Box que foi desenvolvida exatamente para garantir a proteção do circuito entre o modulo fotovoltaico e o inversor, cumprindo com todas as indicações de um quadro elétrico de proteção em corrente continua. Esse quadro elétrico é composto por dispositivos de proteção dimensionados para intervir em casos de distúrbios elétricos no sistema.

String-Box para o seu projeto é um componente crucial para a proteção do sistema e para a sua segurança. Por isso Abordarmos neste post as a importância da String-Box para o seu projeto de captação solar. O inversor fotovoltaico é o aparelho responsável por transformar a corrente contínua, gerada pelos módulos fotovoltaico, em corrente alternada, para que possa ser utilizada pelos aparelhos elétricos. Conforme os elétrons circulam em uma direção ao redor desse circuito, os módulos fotovoltaicos produzem energia em corrente contínua (CC).

No entanto, a energia que consumimos em nossas casas e empresas chega até nós como corrente alternada (CA). Como, então, os sistemas conseguem entregar a energia em CA? Usando um inversor. Um inversor solar pega a eletricidade gerada pelo painel em CC e a converte em CA por esse motivo que eles costumam ser considerados como o cérebro do sistema. Juntamente com a inversão de CC para CA, eles também fornecem proteção contra falhas elétricas e geram estatísticas do sistema, incluindo a produção de energia e rastreamento de ponto máximo de potência.

Porém, a função mais importante do inversor, após a conversão de corrente, é a realização da troca da energia gerada com a energia da rede elétrica. Por não produzirem energia durante a noite ou energia insuficiente em momentos de pouca luminosidade, os sistemas fotovoltaicos precisam ser conectados à elétrica para que o consumidor possa contar com a energia dela nesses momentos. Da mesma forma, naqueles momentos de maior geração, quando o sistema pode estar suprindo mais do que é consumido, é preciso que essa energia seja enviada para algum lugar, visto o caráter imediato do uso desta.

Cabe, então, ao inversor realizar a troca dessa energia sistema/rede, injetando o excedente gerado na rede ou “pegando” desta nos momentos em que o sistema não consiga suprir o consumo. Quanto aos sistemas fotovoltaicos, estes podem ser divididos em dois grandes grupos: sistemas isolados (Off-Grid) e sistemas conectados à rede (Grid-Tie). Os sistemas isolados são aqueles que não se integram a rede elétrica e geralmente são utilizados em locais remotos ou onde o custo de acesso a rede é maior que o custo do próprio sistema. Normalmente estes sistemas utilizam bateria para armazenar a energia. Já os sistemas conectados à rede servem como qualquer outra forma de geração de energia que utilizamos a partir da rede elétrica e são utilizados como substitutos destas outras fontes de energia. Neste caso não há necessidade de armazenamento.

funcionamento do sistema fotovoltaico

 Aqui está um exemplo de como funciona energia solar fotovoltaica em uma instalação solar doméstica. Primeiro, a luz solar atinge um painel fotovoltaico no telhado. Os painéis convertem a energia em corrente contínua, que flui para um inversor. O inversor converte a eletricidade de CC para CA e, caso exista consumo no momento, ele irá enviá-la ao quadro de distribuição. A geração de energia solar começa pela manhã, período em que há menos incidência de luz do sol. por isso o consumo proveniente da rede de energia elétrica é maior nesta parte do dia.

Por volta do meio-dia, a incidência de irradiação atinge seu pico fazendo com que o sistema solar fotovoltaico produza muita energia. Esta energia, muitas vezes, é suficiente para abastecer toda a casa e ainda sobra. Se não houver consumo, então, ele irá injetar essa energia na rede da distribuidora. Quando não houver geração, então, ele pega a energia da rede e envia para o quadro de distribuição.

No período noturno não há geração de energia, pois as placas não recebem irradiação para permitir tal condição. Diferente do que a maioria das pessoas imaginam, um sistema solar fotovoltaico não precisa de um céu limpo, com muito sol, para a geração de energia solar. Em dias nublados as placas também são capazes de gerar energia, porem em menor quantidade. A ideia de que a energia solar fotovoltaica não pode ser gerada em cidades onde não há grandes quantidades de dias ensolarados é muita das vezes um equívoco.

Mas o que acontece com a energia que eu gerei e injetei na rede da distribuidora? Eu a perco?

Não, deste modo, a energia que sobra é liberada na rede de energia elétrica que vem da rua gerando créditos de energia para a residência, que podem ser utilizados em meses seguintes. através do sistema de compensação de energia elétrica, criado pela ANEEL em sua resolução normativa 482 de 2012, toda essa energia é apenas emprestada para distribuidora, a qual deve ressarcir o consumidor por esta através de créditos energéticos.

Esses créditos, que possuem validade de 5 anos, são então utilizados pelo consumidor para abater do que ele consumiu da rede. Dessa forma, uma vez que os sistemas são dimensionados para produzir toda a energia consumida, o consumidor poderá reduzir sua conta de luz em até 95%.

O cálculo para decisão do tamanho de um sistema fotovoltaico residencial leva em conta o consumo de energia elétrica, em kwh; a área disponível para receber as placas solar e a localidade geografia da residência, pois os índices de irradiação solar variam de região para região.

A energia solar fotovoltaica é uma fonte de energia renovável, que experimenta a maior taxa de crescimento dos últimos anos, isto é, tendo em parte o aumento dos preços do petróleo que levou a um interesse maior na busca por fontes alternativas de energia, e também pela existência de programas nacionais para promover incentivos ao uso de energias renováveis. Isto tem estimulado a criação e o desenvolvimento tanto de uma indústria, como permiti fornecer os componentes e os dispositivos fotovoltaicos, como interesses de muitas pessoas na instalação de energia solar fotovoltaica.  Todo esse processo gerou uma melhoria tecnológica dos diferentes componentes da energia solar fotovoltaica, aumento da eficiência e uma redução nos preços dos componentes envolvidos na energia solar fotovoltaica, em grande parte, por causa desse crescimento permitiu-se através de uma economia de escala uma consequente redução dos custos.

 Outro aspecto importante que se relaciona com a energia solar fotovoltaica, é que essa é uma das fontes de energia com menor impacto ambiental principalmente em comparação com as energias convencionais. Embora a maioria das energias renováveis esteja relacionada a radiação solar, a energia solar fotovoltaica é caracterizada por uma conversão direta da irradiação solar, em eletricidade.

 No nível industrial o desenvolvimento das instalações fotovoltaica conectadas a rede elétrica foi particularmente espetacular, embora os sistemas autônomos continua sendo importante para zonas isoladas não conectadas a rede elétrica, globalmente a potência total instalada tende a crescer, em especial na américa latina, que representa um potencial para o crescimento futuro, pois possui grandes área com radiação solar maior que 2000MW/m².

Contexto

A energia solar fotovoltaica apareceu pela primeira vez em nichos de mercado nos anos 50 e, lentamente, tornou-se mais popular à medida que era usada em aplicações fora da rede. Ao contrário das tecnologias solares térmicas, o PV solar depende da luz solar (irradiação), o que significa que quando o sol não brilha, a eletricidade não é produzida. Uma importante vantagem da energia solar fotovoltaica é aquela que utiliza o mais abundante recurso de energia renovável do planeta, o sol. As estimativas mostram que há 10.000 vezes mais energia solar na superfície da Terra do que a demanda global anual de combustíveis fósseis.

Outra vantagem dos painéis solares fotovoltaicos é que ele transita a geração de eletricidade de instalações grandes e centralizadas para locais de produção menores e descentralizados (por exemplo, telhados residenciais). Isso transforma antigos consumidores de energia nos chamados “prosumidores”, pessoas que podem produzir e consumir sua própria eletricidade.

Tradicionalmente, as preocupações com a energia solar fotovoltaica eram sobre custo, intermitência e eficiência, mas a implementação em larga escala e o rápido declínio dos custos em lugares como Alemanha e EUA revelaram questões mais complexas como compatibilidade com a rede, falta de conhecimento da indústria solar e uso de metais raros e preciosos que compõem as células.

Nós da Tesla Store reconhecemos a importância de um bom projeto e que nele mora o sucesso de qualquer realização. Disponibilizamos em nosso blog informações que irá ajudar você a conhecer tudo sobre energia solar, desde conceitos à aplicações e também sobre as novidades que surgem nesse promissor setor de energia solar.