Sistemas de Energia Solar e Eólica Professor: Jorge Andrés Cormane Angarita Sistemas Fotovoltaicos Isolados ou Autônomos Sistemas de Energia Solar e Eólica Definição Os sistemas fotovoltaicos autônomos, também chamados sistemas isolados, são empregados em locais não atendidos por uma rede elétrica • Vantagens: Pouca manutenção Redução de ruídos e poluição Não precisam de combustível 3 Aplicações • Telecomunicações Estações de transmissão e repetição Sistemas eletrônicos portáteis 4 Aplicações • Zonas afastadas Primeiros Socorros Farmácias Escolas 5 Aplicações • Ilhas Bombas para o tratamento de água Estruturas turísticas 6 Aplicações • Locomoção estações de carregamento náuticos e aeroespaciais para veículos terrestres, 7 8 9 10 11 12 13 14 Componentes Em geral, os componentes fotovoltaico autônomo são: • • • • de um sistema Módulos fotovoltaicos Banco de baterias Controlador de carga Inversor de tensão 15 Banco de Baterias Conjunto de baterias cuja função consiste em: • Armazenar energia Períodos de radiação baixa ou nula • Estabilizar a tensão fornecida aos equipamentos Intermitência da radiação solar O banco de baterias funciona como um acoplador entre o módulo e o restante do sistema, impondo uma tensão de operação constante 16 Banco de Baterias • Associação Série Função: fornecer tensões maiores Tensão: a soma da tensão de cada bateria Corrente: a mesma fornecida por uma única bateria Aumento da tensão 2 V para 6 V 17 Banco de Baterias • Associação Paralelo Função: fornecer correntes maiores Tensão: a mesma fornecida por uma única bateria Corrente: a soma da corrente de cada bateria Aumento da corrente 200 Ah para 600 Ah 18 Banco de Baterias • Associação Série-Paralelo Função: fornecer tensões e correntes maiores Tensão: a soma da tensão de cada bateria Corrente: a soma da corrente de cada bateria Aumento da tensão 2 V para 12 V Aumento da corrente 200 Ah para 400 Ah 19 Banco de Baterias • Associação Série-Paralelo Aumento da tensão 6 V para 12 V Aumento da corrente 200 Ah para 600 Ah 20 Banco de Baterias • Tipos baterias NiCd (Niquel-Cádmio) e NiMH (Niquel-Metal-Hidreto) Chumbo ácido 21 Banco de Baterias • NiCd (Niquel-Cádmio) Hidreto) e NiMH (Niquel-Metal- Características Estruturais Menor tamanho Características Operacionais Baixa taxa de auto-descarga Suportam elevadas variações de temperatura Permitem descargas mais profundas (≈ 90%) Pouca manutenção Características Financeiras Custo elevado 22 Banco de Baterias • NiCd (Niquel-Cádmio) Hidreto) e NiMH (Niquel-Metal- 23 Banco de Baterias • Chumbo ácido Abertas (ácido líquido) Seladas (ácido em gel) versão melhorada não permite a verificação visual do nível de ácido maior vida útil não libera gases durante o funcionamento altamente sensível a sobrecargas 24 Banco de Baterias • Chumbo ácido 25 Banco de Baterias • A vida útil em ciclos (ABNT,1999) número de ciclos de carga e descarga que pode suportar, sob condições especificas, até atingir a capacidade de fim de vida. a vida útil depende A profundidade da descarga A temperatura de operação ou de armazenamento Para um banco de baterias de chumbo-ácido ventilado, considera-se que a capacidade de fim de vida corresponde a 80% da capacidade nominal 26 Banco de Baterias • A profundidade da descarga (ABNT,1999) Quantidade de ampères-hora removida do banco de baterias completamente carregado, expressa como a porcentagem da sua capacidade no mesmo regime. 27 Banco de Baterias Ciclo de vida Capacidade de descarga 28 Banco de Baterias • Tensão nominal do sistema Valor de tensão que caracteriza as cargas em corrente contínua do sistema fotovoltaico. Em geral os valores adotados são 12V, 24V, 48V ou 120 V. 29 Banco de Baterias Tensão Nominal Ciclo de vida Capacidade de descarga 30 Banco de Baterias • Capacidade em ampères-hora (Ah) Produto da corrente em ampères fornecida em determinado regime de descarga, pelo tempo em horas até atingir a tensão final de descarga. Este produto deve ser corrigido para temperatura de referência (25°C) 31 Banco de Baterias Capacidade Nominal @ 25ºC Tensão Nominal Ciclo de vida Capacidade de descarga 32 Banco de Baterias • Capacidade especificada Capacidade em ampères-hora (Ah) definida para um determinado regime de carga, podendo ser nominal ou indicada C10 - Capacidade em ampères-hora (Ah) definida para um regime de descarga de 10 h, em corrente constante à temperatura de referência (25°C), até a tensão final de descarga. 33 Banco de Baterias Capacidade Indicada Capacidade Nominal @ 25ºC Tensão Nominal Ciclo de vida Capacidade de descarga 34 Banco de Baterias • Corrente de descarga Corrente fornecida pelo banco de baterias, expressa em ampères • Tempo de descarga Tempo em horas no qual o banco de baterias completamente carregado pode ser descarregado a uma corrente de descarga especificada, até atingir a tensão final de descarga Capacidade Ah Tempo de descarga= Corrente de descarga A 35 Banco de Baterias Corrente de descarga Tempo de descarga 36 Banco de Baterias • Tensão final de carga Valor de tensão em que se considera o banco de baterias tecnicamente carregado, em um determinado regime de carga. 37 Banco de Baterias Tensão final de carga Coeficiente de temperatura 38 Banco de Baterias 39 Banco de Baterias • Tensão final de descarga Valor de tensão em que se considera o banco de baterias tecnicamente descarregado, em um determinado regime de carga 40 Banco de Baterias Tensão final de descarga 41 Banco de Baterias 42 Banco de Baterias 43 Banco de Baterias Bateria Automotiva vs. Bateria Estacionária 44 Controlador de Carga • Definição Dispositivo que regula o carregamento da bateria e prolonga sua vida útil, protegendo-a de sobrecargas ou descargas excessivas Sistemas com baterias devem obrigatoriamente empregar um controlador de carga para preservar sua vida útil 45 Controlador de Carga Carga AC Painel Fotovoltaico Inversor CC/AC Bateria Carga CC 46 Controlador de Carga • Funções do controlador de carga são Proteção da bateria Capacidade de monitorar a tensão nos terminais e impedindo a sobrecarga ou a descarga excessiva Gerenciamento da carga da bateria Capacidade de respeitar o perfil natural de carga da bateria Controladores mais sofisticados ainda possuem o rastreamento do ponto de máxima potência do módulo ou do conjunto de módulos fotovoltaicos 47 Controlador de Carga • Proteção da bateria 48 Controlador de Carga • Gerenciamento da carga da bateria Estágio de carregamento pesado Modo de carregamento rápido. A bateria retira toda a energia que os módulos são capazes de entregar Tensão crescente Corrente máxima e constante 49 Controlador de Carga • Gerenciamento da carga da bateria Estágio de absorção Carregamento lento para que a carga chegue a 100% da sua capacidade Tensão máxima e constante Corrente decrescente 50 Controlador de Carga • Gerenciamento da carga da bateria Estágio de flutuação O controlador apenas mantém a bateria carregada regulando sua tensão na faixa de flutuação Tensão nominal e constante Corrente nula 51 Inversor • Definição é um equipamento que converte a tensão de corrente contínua em tensão de corrente alternada 52 Inversor • Características Potência nominal Potência fornecida em operação normal Tensão de entrada CC Tensão nominal em corrente contínua na entrada do inversor Eficiência Relação entre a potência de saída e a potência de entrada 53 Inversor • Características Tensão de saída CA Tensão nominal em corrente alternada na saída do inversor Frequência de saída Frequência da tensão de saída em corrente alternada na saída do inversor Regulação de tensão Variação relativa da tensão de saída do inversor quando está ligada uma carga 54 55 Capacidade Ah Tempo de descarga= Corrente de descarga A 56