SISTEMAS DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA E SEUS COMPONENTES
Um sistema de energia solar fotovoltaico, também chamado de sistema de energia solar ou, ainda, sistema fotovoltaico, é um sistema capaz de gerar energia elétrica através da radiação solar.
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Existem dois tipos básicos de sistemas fotovoltaicos: Sistemas Isolados (Off Grid) e Sistemas Conectados à Rede (Grid-tie ou On Grid).
Um sistema fotovoltaico possui quatro componentes básicos (sendo que a bateria é típica dos Sistemas On Grid):
- Painéis solares – Fazem o papel de coração, “bombeando” a energia para o sistema. Podem ser um ou mais painéis e são dimensionados de acordo com a energia necessária. São responsáveis por transformar energia solar em eletricidade.
- Controladores de carga – Funcionam como válvulas para o sistema. Servem para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria, aumentando sua vida útil e desempenho.
- Inversores – Cérebro do sistema, são responsáveis por transformar os 12 V de corrente contínua (CC) das baterias em 110 ou 220 V de corrente alternada (AC), ou outra tensão desejada. No caso de sistemas conectados, também são responsáveis pela sincronia com a rede elétrica.
- Baterias – Trabalham como pulmões. Armazenam a energia elétrica para que o sistema possa ser utilizado quando não há sol.
Saiba tudo sobre componentes dos Sistemas de Energia Solar acessando o menu abaixo:
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Os Sistemas Isolados são utilizados em locais remotos ou onde o custo de se conectar a rede elétrica é elevado. São utilizados em casas de campo, refúgios, iluminação, telecomunicações, bombeio de água, etc. Já os Sistemas Conectados à rede, substituem ou complementam a energia elétrica convencional disponível na rede elétrica.
Enquanto um sistema isolado necessita de baterias e controladores de carga, sistemas conectados à rede funcionam somente com painéis e inversores, já que não precisam armazenar energia.
1. Como funciona um Sistema de Energia Solar Fotovoltaica?
As aplicações dos sistemas de energia solar são diversas e, para que o projeto funcione, é necessário que cada componente cumpra seu papel.
É muito comum, inclusive, que os diversos itens responsáveis pela geração e funcionamento da energia solar sejam vendidos juntos em um kit de energia solar fotovoltaica , uma vez que são complementares.
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A placa solar (ou painel) é o componente mais importante de um kit de energia solar, responsável por captar os raios solares e transformá-los em eletricidade.
Em um sistema, temos habitualmente várias placas solares conectadas em séries (também chamadas de string) ou em paralelo, que juntas formam um arranjo fotovoltaico.
A quantidade e o posicionamento de placas em cada sistema são decididos no momento do dimensionamento, quando se avalia a quantidade necessária de energia solar a ser gerada.
Essa eletricidade gerada pelas placas solares passa, então, pelos inversores (que podem ser microinversores ou inversores string – veja a diferença entre os dois tipos aqui. Eles são responsáveis por converter a energia de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA), “transformando”, assim, a energia solar na eletricidade convencional que utilizamos tanto em aparelhos eletrodomésticos quanto para fornecer luz a uma casa.
No caso dos sistemas Off Grid, o projeto deve contar também com baterias solares, instaladas para armazenar energia elétrica que será utilizada quando não houver sol (durante a noite) ou em casos de queda de energia, cumprindo a função de backup.
Para garantir esse funcionamento, os sistemas isolados devem contar também com um controlador de carga solar (ou regulador de carga), presente para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria solar, além de otimizar o aproveitamento da energia — preservado, assim, seu desempenho e evitando redução da vida útil.
Proteções também são partes importantes dos geradores solares e a principal delas é a String Box: a caixa instalada para a proteção dos cabos e demais equipamentos, que evita problemas de sobrecarga, surtos de energia e outros eventuais acidentes.
Essa caixa de proteção faz a proteção do lado CC e só é dispensável quando o sistema trabalha com microinversores (que fazem a conversão de CC para CA próximos a cada placa solar, entenda aqui como funcionam os microinversores.
Qualquer arranjo solar também deve contar com estrutura de fixação para a instalação das placas, além de cabeamento conectando os componentes entre si e o kit solar à fiação da residência (no caso dos sistemas On Grid).
É também recomendável que esteja disponível no projeto um sistema de monitoramento, extremamente útil para que o usuário acompanhe sua produção de energia e possa detectar eventuais falhas mais rapidamente. Geralmente esses sistemas de monitoramento são funções já inclusas nos inversores string ou microinversores, que podem ser conectados por Wi-Fi para permitir um acompanhamento remoto do rendimento do kit solar.
Diferenças Básicas entre os Tipos de Geração de Energia Solar (Crédito da Imagem: NeoSolar)
Como é gerada a energia solar fotovoltaica?
A geração da energia solar ocorre graças ao processo conhecido como efeito fotovoltaico, realizado pelas placas solares. De um modo simplista, as células fotovoltaicas que compõem as placas “transformam” os raios de sol em eletricidade, que depois deverá passar pelos inversores para ser convertida em corrente alternada (CA) e, depois, utilizada.
É justamente para captar mais radiação solar que as placas fotovoltaicas são instaladas sobre a cobertura de uma construção ou sobre áreas abertas e fixadas ao solo.
O efeito fotovoltaico
O efeito fotovoltaico acontece quando a luz solar, através de seus fótons, é absorvida pela célula fotovoltaica, um material semicondutor que converte a radiação solar em energia elétrica.
Vale lembrar: uma placa solar é composta por diversas células solares. Saiba tudo sobre placas solares aqui.
Pelo processo do efeito fotovoltaico, a energia dos fótons da luz é transferida para os elétrons que então ganham a capacidade de movimentar-se. O movimento dos elétrons, por sua vez, gera a corrente elétrica.
O efeito fotovoltaico é muitas vezes confundindo com o efeito fotoelétrico, um fenômeno de natureza similar pelo qual um material (geralmente metálico) emite elétrons após ser exposto à radiação da luz.
Um sistema de energia solar produz energia durante a noite?
Não. As placas solares não conseguem gerar energia à noite, quando não há sol.
Elas podem, sim, captar alguma energia mesmo em dias nublados ou chuvosos, mas não é possível que elas operem durante a noite, por mais que exista alguma radiação residual.
Apesar de conceitualmente ser possível aproveitar qualquer nível de claridade ou radiação (como por exemplo a radiação solar refletida a partir da lua), na prática a geração de energia seria insignificante no período noturno, o que reforça: não é possível gerar energia solar à noite.
Ainda assim, existem soluções para que a energia solar produzida durante o dia seja reutilizada durante a noite, garantindo o abastecimento de eletricidade 24 horas por dia.
Nos sistemas isolados (Off Grid), que não estão conectados a nenhuma rede elétrica, o abastecimento noturno é garantido graças a bancos de baterias que armazenam energia para que seja utilizada quando não há sol (seja no período noturno ou em dias nublados, quando a radiação solar é insuficiente).
Já no caso dos sistemas On Grid (conectados à rede), não se utilizam baterias. Nesses sistemas a energia solar se junta à energia da rede elétrica, garantindo o funcionamento dos equipamentos 24 horas por dia. Quando há excesso de energia solar produzida, esse excedente é jogado na rede e consumido na vizinhança. Já à noite e em dias nublados, a falta de energia solar (que não pode ser gerada nessas condições) é compensado com energia proveniente da própria rede elétrica.
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De forma simbólica, é como se a rede elétrica fosse uma grande bateria, recebendo a energia solar excedente quando houver e “devolvendo” essa energia durante a noite ou dias nublados.
Quando temos um sistema híbrido de energia solar fotovoltaica (que combina o On Grid e o Off Grid) podemos mesclar as duas alternativas. Em todos os casos, os projetos com placas solares são desenvolvidos para que em nenhum momento falte energia aos consumidores.
Um sistema de energia solar produz energia em um dia nublado?
Sim, a claridade dos dias nublados é capaz de gerar energia, porém esta produção é bem pequena se comparada à de um dia limpo.
Quando dimensionamos o sistema, utilizamos a média anual de radiação solar e isso já considera os dias claros, nublados e chuvosos.
Como trabalhamos com regime de compensação de energia, não importa se em um dia a produção foi baixa, pois há dias claros com produção alta e, no final, a média de radiação é que será mais importante. Nos dias nublados, a energia é garantida pela rede pública, assim como acontece à noite.
O sistema de energia solar faz barulho?
Não. Seja instalado no telhado ou no solo, independentemente da aplicação (On Grid, Off Grid ou Híbrido), um sistema de energia solar fotovoltaica não faz barulho. Isso acontece porque não se trata de um sistema mecânico, como um gerador a diesel ou um gerador eólico. No sistema de energia solar, temos apenas componentes eletrônicos.
Os componentes do kit de energia solar operam de modo silencioso e você notará no máximo o ruído de uma ventoinha no inversor. A não ser que os aparelhos estejam danificados, não deve ocorrer nenhum ruído significativo durante o processo de geração de energia.
Confira nosso portfólio de produtos para energia solar fotovoltaica
2. Quais são os tipos de Sistemas Fotovoltaicos?
Há diferentes maneiras de se obter energia solar por meio do efeito fotovoltaico, com arranjos solares. Conheça abaixo os modelos utilizados:
Sistema Off Grid (Geração Isolada)
É o sistema solar fotovoltaico que não tem qualquer ligação com a rede elétrica. Também é chamado de autônomo ou isolado e representa uma solução ideal para instalações em lugares remotos e de difícil acesso, abastecendo diretamente aparelhos e equipamentos que necessitam de energia elétrica.
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Em geral, são compostos por baterias capazes de armazenar parte da energia produzida e utilizá-la posteriormente em momentos sem sol, como à noite ou em dias nublados. Além das baterias, também são componentes tradicionais dos sistemas Off Grid são os painéis ou placas solares, controlador de carga e inversor solar Off Grid.
Outro tipo de sistema Off Grid é o de bombeamento solar, que não necessita de bateria. Nesse sistema o reservatório de água faz o papel da bateria, armazenando água para quando não houver sol.
O grande diferencial dos sistemas Off Grid é levar energia elétrica a áreas onde o acesso seria caro ou inviável, diferentemente dos sistemas On Grid, voltados a quem quer economizar na conta de luz.
Além do bombeamento de água, existem diversas soluções aplicadas que utilizam sistemas Off Grid, tais como eletrificação de cercas, distribuição de energia para geladeiras que armazenam vacinas, postes de luz e estações replicadoras de sinal, entre outras. Saiba mais sobre sistemas fotovoltaicos Off Grid.
Sistemas On Grid ou Grid Tie (Geração Distribuída - GD)
São os sistemas de geração conectados à rede elétrica e localizados próximos ao ponto de consumo. A geração nesse caso é feita pelo próprio consumidor — originando, inclusive, o termo “Prossumidor” que junta as palavras Produtor e Consumidor para simbolizar essa dicotomia.
O objetivo da Geração Distribuída é reduzir o uso da energia da rede elétrica pela geração solar para economizar na conta de luz ou simplesmente consumir uma energia mais limpa e sustentável.
Esse tipo de sistema é composto por painéis solares, inversor solar On Grid (tipo diferente do utilizado no sistema Off Grid) e dispositivos de proteção, sem o controlador e a bateria presentes no Off Grid.
Exemplo de instalação de sistema de energia solar fotovoltaica (Crédito da foto: RosiePosie/ Pixabay)
Usinas Solares (Geração Centralizada)
Também conhecidas como “parques solares” ou “fazendas solares”, as usinas de energia solar fotovoltaicas são grandes áreas cobertas com painéis fotovoltaicos com o objetivo de gerar energia solar em grande quantidade para que seja posteriormente transmitida entre as regiões e distribuída dentro das cidades.
Projetos desse tipo são de suma importância para diversificar a matriz energética de um país, podendo oferecer grande volume de energia de forma mais sustentável e limpa que outras fontes — como as termoelétricas a carvão e óleo ou grandes usinas hidrelétricas.
Sistema Híbrido
Trata-se de um sistema misto que pode conter, por exemplo, fontes On Grid e Off Grid, com a possibilidade de armazenamento de energia em uma bateria para fornecer eletricidade no caso de um apagão.
Também pode contar com outras fontes de energia (como gerador a diesel, energia eólica ou mesmo a rede elétrica) com o intuito de que as tecnologias se complementem e garantam o abastecimento necessário.
Sistema de Energia Solar Híbrido - Saiba Mais
3. Vale a pena investir em um Kit de Energia Solar Fotovoltaica?
Sim. O sistema de geração solar é um investimento que, via de regra, traz excelente retorno financeiro, com vantagens que o tornam uma aplicação segura e extremamente rentável.
Além da valorização do imóvel logo após a instalação do sistema, no caso dos Sistemas On Grid no primeiro mês o valor da conta de energia já passa a ser extremamente reduzido e, nos Sistemas Off Grid, é possível gerar eletricidade sem custos de conta de luz.
Clique aqui para conhecer todas as vantagens da instalação dos Sistemas de Energia Solar.
4. A instalação de um Sistema de Energia Solar Fotovoltaica
A instalação de um sistema de energia solar requer cuidados específicos e atenção a detalhes que podem ser determinantes na vida útil dos equipamentos e eficiência do sistema. Além disso, os componentes do kit solar são produtos que podem ser pesados e trabalhar em alta tensão elétrica, o que pode gerar acidentes se não forem manuseados por pessoas experientes.
Por isso, somente um técnico habilitado e treinado pode efetuar, com toda a segurança exigida, a instalação correta de todo o sistema.
Além da segurança, lembre-se que o sistema é projetado para 30 anos ou mais. Uma perda de 1 ou 2% multiplicada por 360 meses custarão bem mais caro que um profissional capacitado.
Crédito da Imagem: 8510670/ Pixabay
Qual o tamanho ideal do meu Sistema de Energia Solar?
O primeiro passo na instalação de um sistema fotovoltaico deve ser o dimensionamento, para conhecer as características particulares do projeto e a quantidade, tamanhos e potências dos equipamentos necessários.
Para determinar o tamanho do sistema leva-se em conta o consumo médio de energia. Para produzir mais energia, basta colocar mais placas solares no telhado. O dimensionamento mais detalhado do sistema, no entanto, leva em conta outros parâmetros, como:
- Localização da instalação e nível de irradiação solar;
- Disponibilidade de área e condições de sombreamento;
- Inclinação e orientação dos painéis;
- Compatibilidade entre os equipamentos.
Veja esta tabela com exemplos, relacionando o consumo, número de placas e área necessária para sistemas On Grid:
CONSUMO MENSAL | PLACAS NECESSÁRIAS | ÁREA MÍNIMA PARA INSTALAÇÃO |
300 kWh | 10 | 20 m² |
500 kWh | 16 | 32 m² |
1.000 kWh | 32 | 65 m² |
Como são instaladas as Placas Solares?
A fixação é feita através de suportes especiais que se prendem às estruturas de sustentação do telhado ou então diretamente nas telhas, como em “telhas sanduíche”, por exemplo. Tudo depende do tipo de cobertura, pois há suportes específicos para cada um.
Além de suportar o peso das placas, o sistema deve suportar a força dos ventos e evitar infiltrações na cobertura.
A maioria das pessoas se preocupa com o peso, porém em um sistema convencional as placas e estruturas adicionam algo como 10 a 15 kg/m2 apenas. Claro que é uma preocupação, mas o vento é capaz de gerar forças bem maiores, especialmente no sentido de arrancar as placas.
No Brasil, a radiação solar será mais bem aproveitada se as placas estiverem voltadas para a Linha do Equador (geralmente face Norte). No entanto, uma instalação voltada para leste ou oeste pode ter uma produção bem próxima à da face norte desde que feito um estudo detalhado que garanta a melhor performance.
Como são instalados os Inversores?
O primeiro passo é a escolha do modelo de inversor, considerando o tipo de sistema, uma vez que os inversores são diferentes em sistemas Off Grid, On Grid e híbridos.
Os inversores podem ser instalados em um gabinete, quadro elétrico ou até mesmo em uma parede, dependendo do local e grau de proteção. Eles recebem os cabos das placas solares (sistema on grid) ou das baterias (sistemas Off Grid) e fornecem energia diretamente para os equipamentos elétricos.
Especificamente no caso dos inversores on grid, temos uma diferença para os microinversores. Estes são instalados diretamente embaixo das placas solares e ligados já sobre os telhados.
Saiba aqui tudo o que é um inversor string e a diferença para um micro inversor .
Como instalar o Controlador de Carga e a Bateria Solar?
No caso dos sistemas solares Off Grid, é necessária a instalação de um banco de baterias para armazenar a eletricidade que será utilizada em períodos sem geração de energia solar (como durante a noite) ou fornecer energia quando faltar luz (fazendo a função de “backup”).
Junto a elas, é preciso conectar um controlador de carga para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria, aumentando sua vida útil e desempenho.
Uma bateria jamais pode ser conectada diretamente à placa solar, sob o risco de “queimar” com a sobrecarga e até mesmo causar explosões. O correto é que exista um controlador de carga instalado entre a placa e o banco de baterias (ligado com cabos até a placa e com outros cabos até a bateria).
Para conectar o controlador e a bateria, devem ser feitas ligações conectando os terminais positivo e negativo dos dois equipamentos.
A bateria, por sua vez, deve ser conectada no inversor, que fará a conversão da energia produzida pelo sistema de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA) e estará ligado com os equipamentos ou a residência que recebem a energia.
Ângulo de inclinação de uma placa solar fotovoltaica (retirado do Guia NeoSolar de fundamentos da energia solar)
5. Como deve ser feita a manutenção do Sistema Fotovoltaico?
A manutenção do sistema de energia solar é muito simples e barata, sendo basicamente a limpeza das placas solares com água. Pode-se utilizar uma esponja macia, mas com a preocupação de não causar riscos e diminuir a eficiência do painel.
Em casos específicos pode-se utilizar sabão neutro, porém isso não é recomendado uma vez que o sabão pode causar reações químicas indesejadas.
A frequência de limpeza depende do nível de sujidade e frequência de chuvas. Geralmente recomenda-se que seja feita a cada 3 ou 4 meses, mas isso pode variar. Como a chuva ajuda na autolimpeza das placas, a necessidade é menor quando há chuvas frequentes. Já em meses secos e locais com muita poeira ou poluição, a frequência deve ser maior.
Além disso, de tempos em tempos é importante verificar as conexões elétricas, aperto de parafusos, proteções elétricas, como em qualquer instalação eletromecânica, a fim de antecipar e mitigar problemas.
- Sistema de Monitoramento
O sistema de monitoramento fornece informações e serve para acompanhar a produção de energia e alertar para possíveis anomalias, ineficiência ou falhas que venham a ocorrer no sistema de energia solar, ajudando na manutenção.
O monitoramento remoto é feito por web via internet. Os dados podem ser acompanhados de qualquer computador ou celular e também é possível gerar relatórios periódicos e automatizados, enviados por e-mail.
Para instalar o sistema de monitoramento o inversor deve ter esta funcionalidade já integrada, ou então se instala um componente adicional para enviar as informações do inversor para a internet. Além disso, é necessário o acesso à internet e a um roteador.
6. A vida útil e garantia dos itens do Sistema Fotovoltaico
Os equipamentos são projetados para durar muitos e muitos anos, com baixíssima ou nenhuma manutenção. Escolhendo os equipamentos adequados, de marcas confiáveis, com um bom projeto e instalação, seu sistema vai durar mais de 25 anos.
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GARANTIA E VIDA ÚTIL |
Placas solares | Vida útil de 30 a 40 anos, com garantia de 25 anos para eficiência e 10 ou 12 anos contra defeitos. Suporta chuva de granizo com pedras de até 2,5 cm de diâmetro a até 80 km/h. |
Inversores | String: Vida útil de 10 a 15 anos com garantia de 5 a 7 anos. Microinversores: Vida útil de 25 a 30 anos com garantia de 10 a 15 anos. |
Suportes de fixação | Vida útil de 30 anos e garantia de 10 anos. Os materiais devem ser especiais pela exposição ao tempo, esforços de vento e variações de temperatura. |