SESE A08 FV SistemasAutonomos Arquivo

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
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Aplicações
• Telecomunicações
 Estações de transmissão e repetição
 Sistemas eletrônicos portáteis
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Aplicações
• Zonas afastadas
 Primeiros Socorros
 Farmácias
 Escolas
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Aplicações
•
Ilhas
 Bombas para o tratamento de água
 Estruturas turísticas
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Aplicações
•
Locomoção
 estações de carregamento
náuticos e aeroespaciais
para
veículos
terrestres,
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Componentes
Em geral, os componentes
fotovoltaico autônomo são:
•
•
•
•
de
um
sistema
Módulos fotovoltaicos
Banco de baterias
Controlador de carga
Inversor de tensão
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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
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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
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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
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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
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Banco de Baterias
• Associação Série-Paralelo
Aumento da tensão
6 V para 12 V
Aumento da corrente
200 Ah para 600 Ah
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Banco de Baterias
• Tipos baterias
 NiCd (Niquel-Cádmio) e NiMH (Niquel-Metal-Hidreto)
 Chumbo ácido
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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
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Banco de Baterias
• NiCd (Niquel-Cádmio)
Hidreto)
e
NiMH
(Niquel-Metal-
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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
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Banco de Baterias
• Chumbo ácido
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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
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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.
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Banco de Baterias
Ciclo de vida
Capacidade de descarga
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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.
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Banco de Baterias
Tensão Nominal
Ciclo de vida
Capacidade de descarga
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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)
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Banco de Baterias
Capacidade Nominal @ 25ºC
Tensão Nominal
Ciclo de vida
Capacidade de descarga
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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.
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Banco de Baterias
Capacidade Indicada
Capacidade Nominal @ 25ºC
Tensão Nominal
Ciclo de vida
Capacidade de descarga
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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 
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Banco de Baterias
Corrente de
descarga
Tempo de
descarga
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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.
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Banco de Baterias
Tensão final
de carga
Coeficiente de
temperatura
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Banco de Baterias
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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
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Banco de Baterias
Tensão final
de descarga
41
Banco de Baterias
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Banco de Baterias
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Banco de Baterias
Bateria Automotiva vs. Bateria Estacionária
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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
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Controlador de Carga
Carga
AC
Painel
Fotovoltaico
Inversor
CC/AC
Bateria
Carga
CC
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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
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Controlador de Carga
• Proteção da bateria
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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
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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
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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
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Inversor
• Definição
 é um equipamento que converte a tensão de corrente
contínua em tensão de corrente alternada
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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
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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
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Capacidade  Ah 
Tempo de descarga=
Corrente de descarga  A 
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