UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS – EM
COLUGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA
DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO – CECAU
PROGRAMA PARA O DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E
AUTOMAÇÃO
FERNANDO EDUARDO RODRIGUES NEVES JÚNIOR
Ouro Preto, 2009
ii
FERNANDO EDUARDO RODRIGUES NEVES JÚNIOR
PROGRAMA PARA O DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia de Controle e Automação da
Universidade Federal de Ouro Preto como
parte dos requisitos para a
obtenção do Grau de Engenheiro de
Controle e Automação
Orientador: Prof. Dr. Ronilson Rocha
Ouro Preto
Escola de Minas – UFOP
Julho/2009
iii
ii
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO
1
1.1
Objetivos
1
1.2
Justificativa
1
1.3
Metodologia
1
2
INTRODUÇÃO A ENERGIA SOLAR
2
2.1
Energia Solar
3
2.2
Aproveitamento direto da energia solar
4
2.3
Coletores Solares
5
2.4
Caixa de Proteção
6
2.5
Geradores MHD
6
2.6
Células Solares
7
2.7
Modelo Matemático
13
3
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE ENERGIA
16
3.1
Tipos
16
3.1.1 Sistemas Fotovoltaicos Puros
16
3.1.2 Sistemas Fotovoltaicos Mistos
17
4
CRITÉRIOS DO PROJETO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
18
4.1
Painéis Fotovoltaicos
18
4.2
Baterias
18
4.3
Reguladores
19
4.4 Supervisão e Alarmes
20
4.5
Medição
20
4.6
Interface com o consumidor
21
4.7
Instalação
21
5
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
22
5.1
Do Sistema
22
iii
5.2 Dos Painéis
22
5.3
Das Baterias
23
6
PROCEDIMENTO DE CÁLCULOS E SIMULAÇÃO DE DESEMPENHO
DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
7
8
24
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTOS E SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
27
CONCLUSÃO
30
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
31
ANEXOS
32
iv
RESUMO
Esta monografia tem o objetivo de fazer um breve estudo sobre os métodos de projetos de um
sistema fotovoltaico para geração de eletricidade. Ele é dividido em dois tomos distintos,
sendo que o primeiro descreve a teoria sobre o aproveitamento de energia solar, além de
mostrar tipos e critérios para projetos de sistemas de energia fotovoltaicos. O segundo tomo
traz o planejamento e elaboração de um projeto de dimensionamento e os dados no qual o
programa foi baseado.
Palavras-Chave: Fotovoltaicos, painel solar, energia, eletricidade.
v
ABSTRACT
The goal of this monograph is to make a brief study of project methods of a photovoltaic
system to electricity generation. It is divided in two different topics, where, the first one
describes the theory of solar energy utilization, besides showing different types and criteria to
project’s system of photovoltaic energy. The second one brings the planning and elaboration
of a rating project and the data in which the program was based.
Key words: Photovoltaic, solar panel, energy, electricity.
1
1
1 INTRODUÇÃO
Atualmente com o aumento da preocupação ambiental, cada vez mais o homem vem
buscando medidas para combater a degradação do nosso ecossistema, e uma das
medidas criadas foi a criação de painéis solares, que transformam energia solar em
energia elétrica, perfeitamente limpa, sem nenhuma destruição ao meio ambiente. Para
garantir isso é necessário o dimensionamento correto dos painéis solares, e para se ter
um dimensionamento preciso é necessário um programa que faça os cálculos
automaticamente. O programa é destinado apenas a aplicações de pequeno porte.
1.1 Objetivos
Garantir um correto dimensionamento dos painéis solares e seus acessórios.
Construir um programa para dimensionamento de painéis solares e seus acessórios.
1.2 Justificativa
A preocupação ambiental e o aquecimento global vem crescendo junto com a
humanidade e para diminuir esse receio é necessária a busca de alternativas limpas de
geração de eletricidade para a nossa sociedade.
Para garantir esses fatores, a utilização de painéis solares de uma forma bem
dimensionada e correta, ajudaria a diminuir o receio do aquecimento global.
1.3 Metodologia
Para se alcançar esse objetivo a monografia será dividida em duas partes, sendo que a
primeira descreve a teoria sobre o aproveitamento da energia solar, além de mostrar
tipos e critérios para projetos de sistemas fotovoltaicos. A segunda parte traz a
elaboração de um programa para dimensionar projetos fotovoltaicos.
2
2
2 INTRODUÇÃO A ENERGIA SOLAR
O Sol é a principal fonte de energia primária do planeta. É uma estrela de tamanho
médio, sob o ponto de vista astronômico e teve a sua origem como outras estrelas de sua
classe: a densificação de nuvens gasosas em conseqüência de gravitação. Com o tempo,
à medida que a densidade cresce a agitação – e, portanto, a temperatura – das partículas
aumenta, podendo chegar a um nível que permita a ocorrência de algumas reações
nucleares. A partir de então, as estrelas dessa classe ingressam numa longa fase de
relativa estabilidade, em que a tendência a se colapsar por força da gravitação é quase
compensada pela pressão da radiação que emitem.
Existem estrelas com 40 vezes mais massa que o Sol e outras com 1/50 de massa. Ele é
3 a 4 vezes maior que uma anã e 1/10 do tamanho de uma estrela considerada grande. É
100 vezes maior que uma anã branca e 1/100 do tamanho de uma gigante vermelha. Em
relação a algumas estrelas, ele é 10000 vezes mais brilhante, enquanto que sendo
comparado as outras, possui um brilho 10000 vezes menor. A título de ilustração,
vejamos alguns dados do Sol:
•
Diâmetro: 1392000 km
•
Massa: 1.99 x 1025 Kg
•
Distancia Média da Terra: 149600000 km
•
Luminosidade: 3.83 x 1025 W
•
Densidade Média: 1.41 g/cm3
•
Temperatura da Superfície: 5800o K
•
Temperatura do Centro: 15000000o K
•
Elementos mais abundantes: Hidrogênio (95%), Hélio, Carbono,
Nitrogênio, neon, magnésio (4,9%), silício, enxofre, ferro, e outros
(0,1%).
A energia gerada pelo Sol provém de seu núcleo, onde núcleos de Hidrogênio são
convertidos em núcleos de Hélio com uma liberação de energia, a temperatura de
aproximadamente 15000000oK. Essa energia é transferida para fora por processos
radioativos, principalmente emissão de fótons de raios-X, que avançam para a parte
3
visível do Sol, a fotosfera, em rotas aleatórias com um movimento extremamente lento
que leva em média 50 milhões de anos até atingi-la. Isto significa que se o núcleo
parasse repentinamente de produzir energia, passariam dezenas de milhões de anos até
que uma queda na luminosidade do Sol fosse notada.
Acima da fotosfera fica a região conhecida como cromosfera, sendo penetrada por jatos
quentes de gás. Dentro da cromosfera existem violentas erupções dentro da superfície
solar com alta emissão de partículas carregadas e radiação ultravioleta.
Finalmente, o que poderia chamar de atmosfera do sol é a coroa. Nessa região as
temperaturas são muito altas e existe uma geração de ondas de rádio muito forte, sendo
visível a olho nu somente durante eclipses solares totais.
O sol é uma estrela de meia idade, e assim como teve um nascimento, terá uma morte,
carregando alguns planetas de seu sistema, entre eles a Terra. Daqui a cinco bilhões de
anos, ele iniciará uma expansão, aquecendo a Terra, evoluindo para uma gigante
vermelha, e tornando a Terra seca, sem atmosfera e inabitável. (MILLMAN, 2002).
2.1 Energia Solar
O Sol converte 600 milhões de toneladas de hidrogênio em hélio a cada segundo,
através da fusão nuclear, com uma grande liberação de energia. Considerando que a
distância média da Terra até o sol situa-se em torno de 150 milhões de quilômetros, essa
energia (sob forma de radiação eletromagnética) leva 8 minutos para chegar até nós.
Sabendo-se que o Sol irradia por igual em todas as direções, essa energia total irradiada
espalha-se por todo o volume de uma esfera imaginária com área externa de 3 x 1017
Km. Como a área superficial máxima da Terra que pode ser “iluminada” de uma só vez
não passa de 113x106 Km2, concluindo-se que somente uma parte equivalente a 0.4
bilionésimos do total irradiado nos alcança, sendo que o restante perde-se no universo.
A densidade de potência da radiação do Sol que a Terra intercepta é da ordem de 1300
W/m2, sendo que nessa energia interage de diversas maneiras com a atmosfera, sofrendo
muitas mudanças antes de atingir o solo. A dezenas de quilômetros de altitude, os fótons
ultravioletas são absorvidos por moléculas de oxigênio, que se transformam em
moléculas de ozônio.
Os fótons das faixas visível e infravermelha, que não tem energia necessária para
quebrar ligações moleculares, são espalhados ou absorvidos pelas moléculas dos
diferentes gases presentes na atmosfera. A radiação solar é absorvida pela atmosfera, o
4
solo e a água dos mares, rios e lagos. A passagem pela atmosfera, com as interações que
ali se verificam, faz com que a radiação chegue à superfície da Terra com uma
intensidade de potência cerca de 35% menor que aquela que exibia a estratosfera. Num
dia claro, a potência luminosa no nível do solo é de aproximadamente 1000 W/m2.
Não haveria vida na Terra, se não fosse a energia solar – é ela que, pela fotossíntese,
transforma água e gás carbônico em oxigênio. São amplas as possibilidades de
aproveitamento energético desse material (biomassa), bem como de outras
manifestações indiretas da energia solar, como a energia dos ventos, das quedas d'água
ou dos gradientes térmicos dos oceanos. (SANTOS, 2005)
2.2 Aproveitamento Direto da Energia Solar
Ser uma fonte sem limite quando comparada com fontes convencionais (a energia solar
que incide na superfície terrestre por ano é da ordem de 800 MWh, isto é dez mil vezes
superior a necessidade atual de energia no Mundo), com expectativa de vida bastante
grande (visto que o sol usou somente 6% de seu combustível), não poluente e gratuita,
são características que fazem da energia solar uma das principais alternativas para a
solução dos problemas de energia do mundo.
As tecnologias para a geração de energia elétrica a partir de energia solar são duas:
-Convencional: baseada na existência de um portador físico de energia (água, carvão,
vento, etc.) que permitem a reutilização da energia solar. No emprego dessa técnica
existem passos intermediários, isto é, a energia é transformada de uma forma a outra até
chegar a uma forma utilizável.
-Solar ou Fotovoltaica: não existem passos intermediários, a energia solar é convertida
diretamente para energia elétrica.
Para o aproveitamento direto da energia solar, ou seja, a conversão direta sem a
utilização de fenômenos da natureza provocados pelo sol, utiliza-se diversos métodos,
mas os principais são através de coletores solares, geradores magneto-hidro-dinâmicos
(HHD) e células solares.
Para termos uma visão completa e realista das possibilidades da energia solar, devemos
analisar os seguintes aspectos:
- A energia solar é muito diluída. A maior intensidade que atinge a superfície terrestre
esta em torno de 1 KW/m2. Por comparação, a energia que temos em um tanque de
gasolina de um carro é da ordem de 30x106 KW/m2.
5
-A energia solar é imprevisível, ou seja, a sua disponibilidade varia constantemente no
decorrer do dia, como também do ano. Essa variação pequena nas regiões equatoriais,
mas considerável à medida que se aproxima dos pólos.
-Os componentes para geração de energia através do aproveitamento da energia solar
são relativamente caros e a eficiência total do sistema é ainda baixa.
Em contrapartida, as vantagens dos sistemas baseados na energia solar não são nada
desprezíveis:
-O sistema de geração solar é virtualmente livre de manutenção. Isto é devido ao fato
que raramente as centrais de energia solar possuem partes móveis.
-O fornecimento da energia solar é inesgotável e gratuito.
-Descentralização de potência, ou seja, a eletricidade pode ser gerada no próprio local
onde é necessário, o que em muitos casos permite dispensar sistemas de distribuição de
energia. (SANTOS, 2005)
2.3 Coletores Solares
O coletor solar é o dispositivo mais popular e cuja relação rendimento (eficiência) e
custo são as mais satisfatórias.
Eles permitem converter a energia solar diretamente em calor, e se dividem em três
tipos distintos: planos, côncavos e heliostatos, sendo que o primeiro tem a vantagem de
operar com luz difusa, enquanto que os outros dois só trabalham com luz direta.
Todos os coletores solares funcionam segundo o mesmo principio básico: a Luz do Sol
incide sobre uma superfície enegrecida e vai aquecer o material colocado logo abaixo da
mesma. Esse material geralmente é a água, mas existem aquecedores de ar trabalhando
pelo mesmo princípio.
Um coletor plano é composto basicamente de:
-superfície absorvedora;
-conduites:- para o transporte de um fluido aquecido para um reservatório de
armazenamento ou para ser usado diretamente;
-Isolação térmica: colocada logo abaixo da superfície absorvedora, com a finalidade de
reduzir a perda devido à emissão de uma parte recebida de volta para o espaço
(característica inerente a todo material aquecido);
-proteção de vidro: para a preservação da superfície absorvedora contra a ação de
chuvas e ventos e evitar as perdas por convecção e irradiação da superfície absorvedora.
6
Suponhamos que não existisse uma placa de vidro sobre a superfície absorvedora: o ar
que envolveria essa superfície também seria aquecido,tornando-se leve e subindo, dando
início a um processo convecção que diminuiria o rendimento do coletor. A superfície
absorvedora também irradiaria parte da energia recebida de volta para o espaço, e o
vidro funciona como um espelho, refletindo essa energia de volta para a superfície
absorvedora. (CUNHA, 2000)
2.4 Caixa de Proteção
Os coletores do tipo côncavo (eu parabólico) são capazes de produzir temperaturas de
até 4000ºC e tem um aspecto semelhante ao das antenas receptoras de sinais via satélite.
Quanto aos heliostatos, utilizam espelhos planos ou côncavos que podem ser
deslocados, a fim de acompanhar o movimento do sol.
Quando o objetivo não é usar o calor gerado, mas transformar a energia térmica em
outra forma de energia interessa trabalhar com a maior temperatura possível, porque a
eficiência da conversão é limitada. As centrais solares térmicas funcionam segundo os
mesmos princípios das centrais térmicas convencionais, ou seja, aquecendo um fluido
que ao expandir, transfere energia a uma turbina acoplada a um alternador que gera
eletricidade.
Experiências feitas em países desenvolvidos com o uso de heliostatos em centrais
térmicas mostram que os ciclos térmicos frequentes por que passam os equipamentos seja pela interferência das nuvens, seja pelo próprio ciclo dia-noite - ocasionam alguns
problemas, em particular para os materiais do absorvedor.
Os coletores solares como um todo exibem geralmente bons níveis de eficiência e estão
ficando cada vez mais baratos. Isto vale especialmente para o caso dos modelos planos
para aquecimento, tendo em vista o uso doméstico, que representa um exemplo bem
sucedido de aplicação maciça da energia solar e existem os milhões em países como
Israel, Austrália, Japão e Brasil (em menor escala) onde hospitais, restaurantes, piscinas,
casas e secadores de grãos e sementes já estão sendo servidos por esse sistema.
Ao passo que as aplicações que usem calor em baixa temperatura não apresentam
problemas, as tecnologias que exigem altas temperaturas ainda não apresentam o
mesmo grau de eficiência. (NUVILE, 2001)
2.5 Geradores MHD
7
Os geradores magneto-hidro-dinâmicas possibilitam transformar o calor diretamente em
eletricidade. A energia térmica é obtida pelo aquecimento de um gás a 2500ºC, através
de um grande coletor solar côncavo. Ao atingir essa temperatura, o gás sofre uma
ionização e suas moléculas são aceleradas a mais de 300 m/s, ele é obrigado então a
passar por um campo magnético, que separa elétrons e íons e produz então uma corrente
elétrica.
Esse tipo de gerador encontra-se ainda nos primeiros estágios de desenvolvimento, se
bem que existem grandes protótipos em operação nos EUA e na Rússia. O principal
problema continua sendo justamente o aquecimento do gás a altas temperaturas
necessárias, os protótipos demonstram funcionar bem, no entanto, com eficiências de
até 55%. (NUBILE, 2001)
2.6 Células Solares
São os dispositivos mais promissores entre todos os geradores à base de luz solar. Nela,
a energia radiante é convertida diretamente em energia elétrica. As células solares
tiveram seu desenvolvimento impulsionado pelos programas espaciais, onde os
instrumentos de navegação e comunicação exigem fontes de alimentação de alta
eficiência e alto desempenho. Observou-se de imediato que as células solares eram
tecnicamente viáveis em aplicações terrestres, mas não eram economicamente
competitivas devido ao alto custo da época. No entanto, esse quadro tem se modificado
bastante. Os esforços concentrados de pesquisa nos Estados Unidos, Japão, Alemanha,
França, Holanda e em outros países tem mostrado que dentro de alguns anos a energia
de origem solar estará em condições de concorrer economicamente com outras
tecnologias.
Para se ter uma idéia o custo aproximado em 1970 era de US$ 90,00 por watt-pico,
abaixando para um valor em torno de US$ 1,00 em 2007.
Para construção de células solares, pode ser considerada teoricamente toda a família de
materiais semicondutores, mas os mais usados são:
•
Silício cristalino (Si): é o material utilizado na maioria das células atuais.
•
Silício Amorfo (a-Si): segundo vários pesquisadores, pode ser o material de
varias futuras células solares, já que seus custos de produção correspondem a
uma fração apenas, do tipo cristalino.
8
•
Sulfeto de cobre – Sulfeto de Cádmio (Cu2SCdS): é um semicondutor com
características bastante promissoras, tanto que continua merecendo grandes
investimentos em pesquisa. A julgar pelo desempenho dos protótipos, é certo
que deverá apresentar eficiências e potências elevadas.
•
Arsenieto de Gálio (GaAs): embora apresente uma eficiência das mais elevadas,
esse material é de produção dispendiosa. Por outro lado, pelo fato de possuir
uma resposta luz-potência não linear, torna-se interessante o uso combinado com
coletores solares côncavos. Ademais, se comparado ao silício cristalino, o GaAs
dissipa menos calor e exige menos resfriamento.
•
Cádmio-Selênio (CdSe): ainda se encontra no estágio de desenvolvimento, razão
porque há poucas informações sobre ele.
A tabela 2.1 faz uma comparação resumida entre esses vários tipos de células solares.
Vários outros materiais estão sendo estudados por laboratórios em todo o mundo, mas
parece pouco provável que encontrem aplicações comerciais ainda nesse século.
Tipo de Célula
Eficiência de Conversão
Custos
Silicio Monocristalino
12%
Relativamente Elevados
Silício Policristalino
15%
Elevados
Silício Amorfo
8% a 10%
Bastante baixos
Sulfeto de Cobre – Sulfeto
7% a 9%
Elevados
de Cádmio
Arsenieto de Gálio
21%
Cádmio – Selênio
6% a 7%
Bastante Elevados
Desconhecidos
Tabela 2.1 – Desempenho das várias células solares
Uma célula solar nada mais é do que um diodo semicondutor, construído de tal forma a
permitir que a energia luminosa penetre na junção. A diferença entre uma célula e um
fotodiodo é exatamente a área de exposição de a junção a luz solar.
O principio de operação de uma célula solar e de um fotodiodo pode ser facilmente
entendido conhecendo-se a física dos semicondutores.
Sabemos que os semicondutores possuem uma estrutura cristalina, como todo cristal,
pode-se representar sua estrutura eletrônica pela teoria das bandas de energia. As bandas
9
de energia em um cristal representam a energia de ligação do elétron com a rede
cristalina. Os fenômenos elétricos ocorrem na última banda de energia, na qual as
energias de ligação dos elétrons é menor, sendo ela chamada banda de valência.
Podemos arrancar um elétron da banda de valencia, gerando desse modo um portador de
carga negativa no cristal. Para isso é necessário fornecer uma determinada quantidade
de energia para excitar o elétron, para que este vença uma faixa de energia proibida (a
qual determina a natureza elétrica do cristal), atingindo a banda de condução, banda
essa onde se encontram os elétrons livres. Os elétrons podem ser excitados por agitação
térmica, ou pela absorção de um fóton de energia maior ou igual que a banda proibida.
Quando um elétron deixa a banda de valência, é gerada uma lacuna, que se comporta,
sob o ponto de vista de transporte de carga, como uma partícula de carga positiva, ou
seja, um portador de carga. No caso de uma junção PN, irá aumentar o número de
portadores minoritários no semicondutor, sendo estes separados na zona de transição da
junção devido a barreira de potencial. Os elétrons fluem para o lado N enquanto que as
lacunas fluem para o lado P, resultando uma tensão de circuito aberto.
Se aplicarmos uma tensão externa a junção PN, obteremos uma corrente formada por
duas componentes:
•
Corrente devida a tensão externa no diodo (Id)
•
Corrente fotoelétrica, devido a iluminação da junção (Im).
Assim, a corrente total gerada será dada pela fórmula:
IT = - IS + ID
(2.1)
O sinal negativo de Is é porque se trata de uma corrente de portadores minoritários, a
qual flui em sentido contrário de uma corrente de polarização direta da junção.
Id pode ser dado pela seguinte fórmula:
Id = Io × (&
eV
nKT
− 1)
Onde:
Io = corrente de fuga do diodo (módulo)
e = carga do elétron
V = tensão aplicada a junção
n = parâmetro: vale 1 para o germânio e vale 2 para o Silício
K = constante de Boltzman
T = temperatura absoluta
& = 2.718
(2.2)
10
Podemos simplificar essa fórmula para:
I d = I o * (&
11600V
nT
− 1)
(2.3)
A corrente no dispositivo será:
I T = − I s + I o × (&
11600V
nT
− 1)
(2.4)
A corrente fotoelétrica Is é proporcional a iluminação (razão entre a potência luminosa e
a área iluminada). Quando é aplicada uma polarização direta, a tensão na qual a corrente
direta do diodo é igual a corrente de portadores minoritários, é chamada Potencial
Fotovoltaico, que corresponde a tensão máxima que pode ser gerada (tensão do
dispositivo em aberto). Obtemos essa tensão fazendo IT = 0 na equação (4):
V f = ( nT / 11600 ) × Ln (( I s / I o ) + 1)
(2.5)
Podemos ver que a tensão fotovoltaica varia logaritmicamente com a iluminação, já que
a corrente fotoelétrica varia linearmente com a mesma. A tensão fotovoltaica gerada por
uma célula solar está em torno de 0.5V.
No gráfico 1 está mostrando o efeito da intensidade luminosa em uma relação de
corrente versus voltagem, e no gráfico 2 esta sendo mostrado o efeito da temperatura no
painel solar em um gráfico de corrente versus voltagem.
Gráfico 2.1 – Efeito causado pela variação da intensidade luminosa
Fonte: ceresb ...
11
Gráfico 2.2 – Efeito causado pela temperatura na célula
Fonte: ceresb ...
A matéria-prima para a construção de células solares é o dióxido de silício. A partir dele
será obtido o silício monocristalino de alta pureza. A maneira como é feita essa
transformação foge ao escopo desse trabalho.
O silício monocristalino é obtido em barras cilíndricas. Estas são cortadas em fatias por
meio de um disco abrasivo, conseguindo assim as pastilhas. As pastilhas individuais
tem espessura por volta de 0,2mm. Nesse ponto, depois do corte, o semicondutor é do
tipo P (já foi contaminado com Boro). Um dos lados é consequentemente dopado com
fósforo, formando uma fina camada de material tipo N. Contatos elétricos são aplicados
às duas superfícies para a captação dos portadores gerados. O contato que é ligado a
superfície de material N tem o formato de uma grade, para que a coleta de portadores
gerados, se dê na maior área possível, porque senão, muitos elétrons gerados pelo efeito
fotovoltaico seriam perdidos por recombinação, diminuindo a eficiência de conversão.
Uma cada antirefletora é colocada na superfície da célula para minimizar as perdas de
energia por reflexão. A figura 1 mostra a estrutura básica de uma célula solar.
12
Figura 2.2 – Corte transversal de uma célula fotovoltaica
Fonte: ceresb ...
O rendimento de uma célula solar é dado pela seguinte fórmula:
N = 100 ×
Pel
P
P
= 100 × máx = máx
Pin
A × 100
A
(2.6)
Onde:
N = Rendimento ou eficiência
Pel = Potência elétrica gerada em Watts
Pin = Potência incidente em Watts
Pmáx = Potência máxima do dispositivo em miliWatts
A = área iluminada do dispositivo em cm2
100mW/cm2 = iluminação do sol na condição mais favorável.
O rendimento de uma célula solar é baixo. As razões para isso estão enumeradas abaixo:
•
Radiação por reflexão: cerca de 35% da energia incidente é refletida para o
espaço exterior no silício sem tratamento, não contribuindo para a geração de
portadores. Com a deposição da camada anti-refletora essa percentagem de
reflexão.
•
Aumento da temperatura da célula: por mais estranho que possam parecer, o
aumento de temperatura não é bem aceito pela célula, ou seja, a energia gerada
por uma célula diminui sensivelmente com a temperatura. Isso ocorre porque
com o aumento da temperatura, o número de pares elétrons-lacunas aumenta, e
com isso a possibilidade de recombinação de um portador fotogerado aumenta,
diminuindo a eficiência da conversão. O aumento de temperatura é a maior fonte
de perda em uma célula solar (cerca de 50%).
•
Comprimento de onda: existe um comprimento de onda em que a energia de um
fóton é totalmente aproveitada na geração de um par eletron-lacuna.
Comprimentos de onda acima deste não são aproveitados e comprimentos de
ondas mais baixos tem parte da energia aproveitada. Essa energia desperdiçada,
além de tudo, aumenta a temperatura da célula.
•
Tendência de recombinação: os portadores gerados tendem a se recombinar
rapidamente, ou seja, se não houver um coletor de corrente por perto, o portador
pose ser perdido. Por isso as pesquisas do desenho de metalização são
importantíssimas.
13
•
Perdas resistivas (ôhmicas) e perdas devido ao deslocamento horizontal do
portador para atingir o ponto do coletor de corrente.
Como já foi dito antes, a potência de uma célula é diretamente proporcional à
quantidade de energia solar que incide sobre ela, o que sugere o uso de concentradores.
Experimentos feitos com células de silício mostram que a concentração de luz aumenta
consideravelmente a potência de saída da célula se ela não esquentar demais. Fatores de
concentração em torno de 5 podem ser usados, desde que o excesso de temperatura não
ocorra.
Se o fator de concentração aumentar, será preciso fazer com que o painel em que estiver
colocada a célula se desloque de acordo com a mudança de foco. Isso ocorre com o
movimento relativo do sol durante o dia, isto é, torna-se necessário o uso de motores de
traqueamento, para que os raios solares atinjam perpendicularmente o painel.
A tensão gerada por uma célula de silício gira em torno de 0,5V e é independente do
tamanho da célula. A corrente fotovoltaica é função da área e do nível de insolação. Em
condições ideais de iluminação, células típicas fornecem uma corrente de 250A/m2.
Para a obtenção de tensão e correntes maiores, faz-se necessário um arranjo
série/paralelo de células, o que se denomina painel solar, que é o assunto principal deste
trabalho. (MILLMAN, 2002).
Possíveis aplicações de painéis solares:
•
Bomba d’agua / sistemas de irrigação em regiões onde nível pluviométrico é
baixo, mas possuem alta insolação;
•
Sistemas de iluminação;
•
Sistemas de comunicação;
•
Equipamentos e máquinas para a agricultura;
•
Proteção contra corrosão catódica de oleodutos, pontes de aço, etc.;
•
Equipamentos de observação ou sinalização como bóias, equipamentos de
sinalização para estradas de ferro, sistemas de registro de terremotos, etc.;
•
Eletrônica de consumo (alimentação de relógios, calculadoras, etc.).
2.7 Modelo Matemático
A radiação solar pode ser avaliada baseando-se no seguinte:
a) Movimento aparente do sol – Figura 2
14
Figura 2.3 – Movimento Aparente do sol
Fonte: ceresb ...
b) Referencial fixo, que é o ponto do observador;
c) Localização do painel no ponto do observador.
A equação resultante é o modelo matemático que permite o cálculo da radiação solar
incidente numa superfície inclinada e orientada para otimizar a captação e conversão de
energia. Abaixo está a composição das equações, e logo depois a tabela 2 de variáveis:
PI = 1,373 × [1 + 0,033 ×
cos( N − 2)
] × k sec( AZ ) × cos( AI )
365
cos( AZ ) = sen ( DE ) × sen ( FI ) + cos( DE ) × cos( FI ) × cos( AH )
cos( AI ) = r + s + t + u + v
r = sen ( DE ) × sen( FI ) × cos( IP )
s = sen ( DE ) × cos( FI ) × sen ( IP ) × cos( AP )
t = cos( DE ) × cos( FI ) × cos( IP ) × cos( AH )
u = − cos( DE ) × sen ( FI ) × sen ( IP ) × cos( AP ) × cos( AH )
v = cos( DE ) × sen ( IP ) × sen ( AP ) × sen ( AH )
DE = 23,45 × sen
360 × ( 284 + N )
365
AH = (12 − HS ) × 15
(2.7)
15
Símbolo
AH
Nome ou Características
Ângulo Horário
Unidade
Faixa
Graus
ao meio dia=0o sentido horário é
positivo até 360o
AI
Ângulo de Incidência
Graus
0o a 90o
AP
Azimute do Painel
Graus
+ = Leste
- = Oeste
0o=norte
180o=sul
AZ
Altitude Solar
Graus
0o a 90o
DE
Declinação Solar
Graus
-23,45o a 23,45o
FI
Latitude
Graus
Sul é positiva
Norte é positiva
0o é equador
HS
Hora Solar
Horas
0o a 24o
IP
Inclinação do Painel
Graus
0o = horizontal
90o = vertical
K
Coeficiente
nebulosidade
de
ou
0,4 a 0,8 (estimado)
de
turvação atmosférica
N
Dias do Ano
PI
Potência incidente
Dia
1 a 365
Kw/m2
0 a 1,4
Tabela 2.2 – Variáveis Solares
16
3
3 Sistema Fotovoltaicos de Energia
O sistema fotovoltaico é aquele que utiliza a conversão fotovoltaica para a produção de
energia. É constituído de painel solar, bateria de acumuladores, circuitos de regulação,
controle, distribuição, condicionadores de energia (inversores, conversores, etc.) e
instrumento de monitoração. O esquema de uma estação de potência.
A corrente fornecida pelos painéis efetua a carga da bateria. As baterias podem ser
dispensadas em aplicações onde não há necessidade de fornecimento contínuo de
energia pura para o consumidor, por exemplo, para o acionamento de bombas d’agua.
As baterias devem ser carregadas através de um regulador para evitar o excesso de
carga, assegurando a vida útil das mesmas. Essa é uma das funções inclusas no SRSC
(Sistema de Regulação, supervisão, e controle). O diodo em série com painel evita o
consumo de energia armazena na bateria pelos painéis durante a noite ou mau tempo.
As baterias também podem ser carregadas por geradores elétricos cujo processo seja
diferente da técnica solar nos períodos noturnos ou de pouca insolação. A existência ou
não desse grupo gerador definirá o tipo do sistema fotovoltaico.
Quando se trata de centrais fotovoltaicos de alta complexidade, alimentando vários
usuários, é interessante o estabelecimento de prioridades de uso. Quando a carga de
bateria cai durante longos períodos de mau tempo ou devido a falha no sistema é
possível desligar as cargas menos importantes de modo que a carga restante das baterias
alimentem as cargas principais, até que haja recarga através do painel solar ou quando a
falha for sanada. Proteção contra descarga completa da bateria como monitoração e
supervisão da operação devem ser incorporadas a SRSC.
Para cargas que requerem corrente alternada é necessário a introdução de um conversor
DC/AC (inversor), visto que o sistema fornece energia em corrente contínua. (NUBILE,
2001)
3.1 Tipos
3.1.1 Sistemas Fotovoltaicos Puros
O sistema fotovoltaico puro é aquele que utiliza exclusivamente o painel solar como
17
gerador de energia. Pode ser abreviadamente denominado sistema fotovoltaico.
Entre as grandes vantagens desse tipo de sistema inclui-se a alta confiabilidade
resultante de uma configuração simples, com poucos componentes, sem peças móveis e
de manutenção preventiva e corretiva extremamente fácil.
Um sistema fotovoltaico puro deve apresentar apenas um período de excursão por ano,
podendo em alguns casos chegar a dois, e não deve necessitar de manutenção em prazos
inferiores a seis meses, estando o sistema operando em condições nominais, ou seja, a
bateria estar operando dentro da área de trabalho da figura de carga.
Nos sistemas fotovoltaicos puros, os painéis solares fornecem energia para o
consumidor e para a recarga da bateria durante o dia. Durante a noite e dias nublados, a
energia requerida pelo consumidor é suprida pela bateria. (NUBILE, 2001)
3.1.2 Sistemas Fotovoltaicos Mistos
Os sistemas fotovoltaicos mistos é o sistema fotovoltaico associado a um ou mais
geradores de energia, cuja forma de conversão difere da fotovoltaica, sendo o mais
comum dos grupos motogeradores a diesel. Pode ser abreviadamente denominado
sistema misto.
Os sistemas mistos podem ser subdivididos em três tipos:
•
Sistema misto economizador: é o sistema fotovoltaico misto, onde o painel supre
menos que 50% da energia requerida, sendo o saldo suprido por geração de
combustível orgânico;
•
Sistema misto suplementar: é o sistema fotovoltaico misto, onde o painel supre
pelo menos 80% da energia requerida, sendo o saldo suprido por geração de
combustível orgânico;
•
Sistema misto equilibrado: é o sistema onde o painel supre 50% a 80% da
energia requerida. (NUBILE, 2001)
18
4
4 CRITÉRIOS DO PROJETO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Nessa parte do trabalho, iremos abordar os critérios para o projeto de sistemas
fotovoltaicos, tanto puros como mistos. Mas antes disso, deve-se mostrar as
características dos equipamentos essenciais utilizados nesses sistemas. As tensões
nominais padronizadas para esses sistemas fotovoltaicos são 12Vcc e 24Vcc.
(MILLMAN, 2002).
4.1 Painéis Fotovoltaicos
Os painéis fotovoltaicos são associações em série/paralelo de células solares. Eles são o
coração dos sistemas fotovoltaicos. São basicamente geradores de corrente, sendo esta
proporcional a radiação solar incidente na sua superfície. Num dia típico, os painéis
geram corrente no período compreendido entre 6 e 18Hs, atingindo o máximo de
geração ao meio dia solar.
Tanto para sistemas puros como mistos, os módulos fotovoltaicos de 12V nominais
devem apresentar a sua máxima potência (potência de pico) a 25ºC de no mínimo 28W
para uma radiação de 100mW/cm². Para modulo de 6V esse mínimo é de 14W.
(MILLMAN, 2002).
4.2 Baterias
As baterias tem a função de armazenar energia, para uma utilização posterior quando o
painel solar estiver inoperante. Elas devem proporcionar uma autonomia de 7 a 21 dias
para sistemas puros e autonomia de 1 a 15 dias para sistemas mistos.
As baterias usadas para sistemas puros são baterias especiais, que devem ser mais
robustas que as comuns, ter uma resistência interna menor, de modo a possibilitar sua
recarga com menores níveis de corrente e devem possuir um maior volume de
eletrólitos, de modo a evitar a hidrolização do eletrólitos em descargas lentas, o que
provocaria a sulfatação das placas. A capacidade dessas baterias é especificada para
regimes de descarga de 8, 100 e 500 horas. A eficiência em Wh dessas baterias devem
ser melhor ou igual a 80% para baterias ácidas e melhor que 70% para baterias
19
alcalinas, considerando um regime de descarga de 500Hs, e devem operar normalmente,
independente de intervenções consideradas especiais.
As baterias fotovoltaicas devem ter robustez para transporte, sendo de preferência
fornecida úmido-carregada, de forma a não precisar receber uma carga inicial para
ativação do sistema, através de carregador auxiliar, e não deve necessitar de carga tipo
especial ou carregador auxiliar por ocasião de reposição de água destilada para o acerto
de nível do eletrólito.
Os sistemas mistos não necessariamente utilizam as baterias fotovoltaicas. Para os
sistemas mistos que utilizam baterias estacionárias tradicionais devem suportar a soma
das correntes máximas do gerador e conversor fotovoltaicos.
Para proteção das baterias, é obrigatório o uso de fusíveis tipo NH ou DIAZED no
circuito de baterias, ou outro dispositivo com capacidade de ruptura superior à corrente
de curto circuito.
Devem ser previstas conexões para pelo menos duas baterias e sempre deve haver folga
para uma bateria adicional, prevendo-se a expansão do sistema ou reforço. (MILLMAN,
2002).
4.3 Reguladores
O regulador é um dispositivo cuja função básica é controlar o estado de carga da bateria,
através da limitação de sua tensão máxima, de forma a evitar sua sobrecarga, obtendo-se
com isso maior durabilidade da bateria, melhorando consequentemente a confiabilidade
do sistema. A base de seu funcionamento é a limitação da energia fornecida a bateria,
através de curto circuito dos painéis solares durante pequenos intervalos de tempo, ou a
redução da corrente, eliminando a condição de sobrecarga.
Enquanto a tensão da bateria se mantiver abaixo do valor ajustado, o circuito de
chaveamento permanece inoperante, o transistor de saída permanece bloqueado e toda
energia gerada pelos painéis solares é fornecida ao sistema bateria/consumidor.
A medida que a bateria se carrega, seu nível de tensão vai aumentando gradativamente,
e ao ser atingido o valor de operação para o qual o regulador foi ajustado, inicia-se o
processo de chaveamento do transistor de saída, que passa intermitentemente dos
estados de corte (bloqueio)/saturação.
Nos períodos em que o transistor de saída está bloqueado, a corrente gerada pelos
painéis solares flui através do diodo de bloqueio para a bateria. Nos períodos de
20
condução de transistor de saída, os painéis são curto circuitados, fluindo sua corrente
através do resistor shut. Assim se dá a limitação de energia fornecida a bateria.
O diodo de bloqueio evita que as baterias se descarreguem através do resistor de saída e
através dos painéis solares a noite ou períodos sem insolação.
O ajuste do valor de referencia para operação do regulador deve ser escolhido em
função da temperatura média estimada do eletrólito no local de instalação. Esse ajuste é
feito tendo em mão a curva da máxima tensão em função da temperatura do eletrólito da
bateria.
A concepção dos reguladores deve ser modular, para ligações tipo série ou paralela no
sistema. Entende-se por modular a capacidade do regulador para um número máximo de
módulos. O seu autoconsumo deve ser igual ou menor que 0,1% da sua capacidade de
regulação de potência máxima.
O uso de reguladores é dispensável nos sistemas fotovoltaicos, nos quais as baterias não
atinjam condição de sobrecarga desde que os limites de tensão de operação não
ultrapassem ao consumidor. (NUBILE, 2001).
4.4 Supervisão e Alarmes
Sistemas fotovoltaicos podem ser supervisionados por um único sinal de bateria em
descarga. Esse sinal é gerado pela atuação simultânea de um sensor de tensão e um
contador de amper-hora, e monitora o estado de carga da bateria para supervisão da
autonomia residual. Esse sinal atua um alarme remoto quando a bateria atingir um
estado de carga inferior a 50% de sua capacidade total. A ocorrência desse evento
significa que a geração foi deficiente por um período superior ao esperado, devendo a
estação ser visitada para eventuais reparos ou cargas das baterias.
No caso de um sistema misto, esse sinal de autonomia baixa também será utilizado para
dar comando de ligar o grupo motogerador, sempre que a bateria atingir um nível de
capacidade de energia residual previamente determinado no projeto do sistema. O ajuste
do sensor, neste caso, deve utilizar as curvas de descargas, tensão média versus
porcentagem de descarga da bateria, em determinado regime de descarga e temperatura,
devendo levar em conta os efeitos de envelhecimento. Recomenda-se que o sinal de
comando seja feito através de contato de rele. (NUBILE, 2001).
4.5 Medição
21
É obrigatória a existência de um shut de 60mV para permitir a medida da corrente total
do painel, bem como outro para a corrente do circuito de bateria. Deve haver facilidade
de acesso para a monitoração com um instrumento portátil ou a conexão de medidores
de ampere-hora.
Deve ser prevista uma conexão para alimentação eventual de instrumentos de medida,
tais como medidores de ampere-hora, protegida por fusível.
É opcional o uso de um voltímetro no sistema para permitir a medida da tensão do
painel, da bateria e do consumidor. Uma chave seletora comutará esses pontos, os quais
devem ter fácil acesso para monitoração com um voltímetro portátil. (NUBILE, 2001).
4.6 Interface com o consumidor
Devem ser previstas até quatro circuitos de saída, protegidos por fusíveis,
correspondentes a quatro conexões com o positivo e quatro conexões com o negativo.
Para um número maior de circuitos de consumo, recomenda-se a utilização de um
quadro de distribuição.
A interface do sistema deve prever um ponto de conexão elétrica, preferencialmente
polarizada, para um gerador externo para cargas de emergência nas baterias. (NUBILE,
2001).
4.7 Instalação
As ligações dos painéis, baterias e interface de saída devem convergir para um gabinete
que contenha os reguladores, instrumentos, circuitos de supervisão e alarmes e diodos
de bloqueio. Esse gabinete é o SRSC (Sistema de Regulação, Supervisão e Controle),
que deve ser entendido como sendo a integração elétrica dos painéis, reguladores,
baterias, sensores para alarmes, chaves e dispositivos de medição.
O SRSC deve ser projetado de modo que possa atender uma ampliação do sistema
fotovoltaico. (NUBILE, 2001).
22
5
5 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
5.1 Do Sistema
Considerando-se a facilidade de ampliação do sistema fotovoltaico e a dispersão dos
dados de insolação, a infra-estrutura, bem como o projeto de instalação planejados para
a capacidade final da estação, devem prever facilidades para o acréscimo de pelo menos
20% de módulos operacionais.
A falha de qualquer regulador não deve comprometer mais do que 20% da corrente total
do painel. Esse comprometimento pode ser superior a 20% desde que a falha não
implique em interrupção da corrente sob controle. Para sistemas com um módulo e um
regulador, a falha deste não deve interromper o fluxo de corrente gerado pelo painel.
Não pode haver derivação elétrica do circuito de bateria. Tensões menores que a do
sistema devem ser obtidas através de conversores ou sistemas independentes.
O auto consumo dos reguladores, medidores sensores e auto descarga da bateria devem
ser computados no consumo total dos equipamentos. (BOYLESTAD, 2002)
5.2 Dos Painéis
A formação dos painéis, para a obtenção da tensão do sistema, deve ser através de
módulos de mesma corrente em série. Módulos cujas correntes difiram em mais de 5%
não devem ser conectados em série.
A obtenção da corrente total do sistema é através do arranjo paralelo dos painéis.
Módulos ou painéis de diferentes correntes podem ser conectados em paralelo, desde
que tenham a mesma tensão.
Para sistemas fotovoltaicos puros o painel deve ter a capacidade de repor integralmente,
em um ciclo anual, a energia equivalente a capacidade das baterias.
Para efeito de análise dos resultados obtidos no dimensionamento, com um saldo anual
de energia fornecido pelos painéis da ordem do dobro da capacidade das baterias, em
geral, atende-se a condição anterior.
Para um dimensionamento mais econômico, os painéis são calculados utilizando-se os
dados de radiação incidente em cada local. O dimensionamento deve garantir a
23
alimentação dos equipamentos e a recarga das baterias de modo que a capacidade das
mesmas seja sempre superior a 50% do total, mesmo nos períodos mais desfavoráveis.
(BOYLESTAD, 2002)
5.3 Das Baterias
Para sistemas fotovoltaicos puros, a capacidade da bateria deve ser igual a energia
requerida para atender a autonomia, somada ao déficit de energia causado pelos
períodos de baixa insolação, que ocorrem nos meses menos favoráveis. Nos períodos
menos favoráveis, o tempo de autonomia do sistema poderá ser reduzido até 50%.
A capacidade total pode ser obtido com baterias de menor capacidade em paralelo. Para
consumos médios de 100W ou mais, recomenda-se usar pelo menos duas baterias em
paralelo.
Utilizar para cálculo de projeto, a menor capacidade que a bateria tem, em função da
mínima temperatura no local de instalação. A capacidade normalmente diminui com a
diminuição da temperatura, o que exige então a utilização de eletrólitos de maior
densidade, que diminuem a vida útil da bateria devido a maior corrosão, ou baterias
maiores com eletrólitos de menor densidade.
Considerar no projeto arquitetônico, a localização das baterias, de modo a evitar altas
temperaturas nas mesmas. É recomendável utilizar, para climas quentes, baterias que
apresentem valores mais baixos de densidade a pela carga, a fim de aumentar a sua vida
útil. Para maior segurança e para aumentar a vida útil das baterias, recomenda-se sua
instalação em ambientes arejados e protegidos da radiação solar direta. Para evitar
problemas de equalização entre os vários elementos da bateria, todos devem estar
submetidos a mesma temperatura.
Recomenda-se 24 horas de autonomia mínima das baterias para sistemas mistos
classificados como economizadores, nos quais sejam utilizados combustíveis derivados
do petróleo ou álcool. Para sistemas mistos solar-eolicos, recomenda-se manter os
mesmos critérios de autonomia dos sistemas fotovoltaicos puros. (BOYLESTAD, 2002)
24
6
6 PROCEDIMENTO DE CÁLCULOS E SIMULAÇÃO DE DESEMPENHO DE
SISTEMAS FOTOVOLTÁTICOS
É recomendado para cálculos de dimensionamento a utilização de um programa
computacional.
O programa Energia Solar foi criado com base nos dados desenvolvidos nessa
monografia.
Este programa é auto-explicativo, e sua técnica de cálculo está baseada no modelo
matemático descrito neste deste trabalho. Os dados essênciais para utilização deste
programa são:
a) Número de Pessoas com consumo médio de
b) Ou consumo em watts da instalação
c) Tempo médio de insolação da região
d) Tensão do Sistema
e) Valor Ampere-hora do painel
f) Corrente máxima do controlador de carga
g) Tipo de bateria
h) Capacidade da bateria
i) Potência do inversor
j) Eficiência do inversor
k) Latitude do local
Como resultado, esse programa apresenta os seguintes relatórios:
a) A síntese dos dados do sistema: Tensão do sistema, Número de painéis
solares, valor ampere-hora do painel, numero de controladores de carga,
número de circuitos, tipo de bateria, corrente da bateria, número de baterias,
potência do inversor e inclinação do painel.
A escolha do sistema seria feita pela análise dos resultados do computador, sendo a
melhor escolha técnica e econômica, em geral, fazendo a redução do déficit a um ou
dois meses, aumentando-se o número de módulos e reduzindo o tamanho da bateria. O
ângulo de inclinação é determinado quando se obtém o menor déficit anual, fixando-se
o número de módulos do painel.
25
Uma maneira mais prática de dimensionar um sistema fotovoltaico, e que permite uma
maior flexibilidade (já que nem todo lugar possui um microcomputador) é a que está
aqui proposta.
Tendo em mãos os dados de consumo e a carga a ser alimentada, podemos através de
um estudo de demanda diária estabelecer a quantidade de energia (c) que será necessária
pela seguinte fórmula:
C = IR * TR * Ic * T c
(6.1)
Onde:
C = quantidade de energia em Ampere – hora (AH/dia) requisitada pela carga;
IR = corrente de repouso da carga em Ampere (A);
Ic = corrente de consumo da carga em Ampere (A);
TR = tempo que a carga fica em repouso em horas (H);
Tc = tempo em que a carga fica em funcionamento em horas (H).
A partir desse dado, podemos determinar a capacidade de geração mínima que os
painéis devem fornecer ao sistema:
Cp = C * 1.2
(6.2)
Onde:
Cp = capacidade média de geração diária do painel (AH/dia);
1.2 = fator para acrescentar a Cp as parcelas de energia necessárias para recargas da
bateria e perdas do sistema.
Dessa forma, estabelecemos o número mínimo de filas de painéis que deverão ser
ligadas em paralelo para obtenção dessa energia:
Np = Cp / Cm
(6.3)
Onde:
Np = número de filas;
Cm = capacidade média de geração do painel (AM/dia).
A capacidade média de geração é um dado de catálogo e é dada para uma insolação
média anual de 5.58 KWh/m2dia. Para um cálculo mais exato, recomenda-se a
conversão desse valor para as condições de insolação local; para isso, podemos utilizar
mapas Solarimétricos para a obtenção da insolação média da localidade, e aproveitando
que a capacidade de geração do painel é proporcional a esse dado, podemos estabelecer
um fator de redução da capacidade de geração média do painel:
Fr = Em/Em onde:
Em = insolação média da localidade em kWh/m2dia
26
Em = 5.58 KWh/m2dia
Fr = fator de redução da capacidade de geração
A insolação tirada dos mapas solarimétricos são dados em Langley/dia (Ly/dia), sendo
mostrado no capítulo 4 a relação entre Ly e kWh/m2. Dessa maneira, o número de filas
será calculado pela seguinte fórmula:
Nf = Cp/ (Cm * Fr)
(6.4)
O número de módulos a serem colocados em série é determinado a partir da tensão
nominal do sistema:
Nm = Vn/ Vp
(6.5)
onde:
Ns = número de módulos em série;
Vn = tensão nominal do sistema (V);
Vp = tensão de cada painel (V).
Sabendo-se a autonomia do sistema, podemos determinar a capacidade da bateria da
seguinte maneira:
Cb = C * T * 2 onde:
(6.6)
Cb = capacidade da bateria (Ah);
T = autonomia do sistema (dias);
2 = fator para garantir que a máxima descarga será de 50% da capacidade
total da bateria.
Esse valor da capacidade da bateria é dado em relação a um tempo de descarga igual ao
tempo de autonomia. Para se obter a bateria comercial, deve-se interpolar esse valor
com valores referenciados a regimes de descarga de 8, 100 e 500 Horas.
O número de elementos da bateria é obtido a tensão nominal do sistema pela tensão de
flutuação de cada elemento. (BOYLESTAD, 2002)
27
7
7 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTOS E SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS
Para realimentação do projeto é necessário uma avaliação real de desempenho do
sistema. Isto pode ser feito medindo-se a energia produzida mensalmente pelo painel
fotovoltaico, ou medindo-se o resultado do balanço energético mensal.
A medição da energia produzida pelo painel pode ser obtida com o auxílio de um
medidor de Ampere-hora, convenientemente ligado. Sua ligação deve levar em conta
que a existência do regulador altera o fluxo normal de energia entre o painel, o
consumidor e bateria. Este inconveniente é eliminado conectando-se o medidor a uma
parte do painel, a qual é ligada diretamente ao circuito da bateria. Desse modo, teremos:
(Energia produzida pelo painel) = (Energia medida) * n/1 para l=1 (uma única fila
utilizada para medição) (Energia produzida pelo painel) = (Energia medida) * n
Uma alternativa para a verificação do balanço energético é medindo-se a energia através
das baterias de modo a obter a energia de carga bem como de descarga, utilizando-se
dois contadores de Ampere-hora, um para a corrente de carga (+) e outro para a corrente
de descarga. A diferença é positiva quando há superávit de energia e negativa quando
houver déficit.
As leituras mensais dos medidores permitem um acompanhamento do estado de carga
das baterias, avaliando-se o desempenho do sistema. É recomendável o
acompanhamento mensal nos primeiros 18 meses após a ativação do sistema, ou
adaptar-se uma instalação como sendo do tipo piloto, pertencendo à mesma região das
demais estações da rota, quando for o caso.
A comparação dessas leituras simultaneamente com a avaliação do estado da carga é
extremamente útil para verificação da consistência dos dados e garantia da manutenção
da confiabilidade do sistema.
Para se proceder a uma inspeção geral do sistema para fins de avaliação de
equipamentos bem como uma manutenção preventiva, deve-se basear nos seguintes
itens:
A) Painel solar
- Medir a eficiência de conversão pelo menos uma vez por ano, e registrá-la para
comparações e análises futuras. Para medir a eficiência de conversão, utilizar uma
28
célula de referência para medir a radiação. Dividir a potência máxima de saída pela
radiação incidente no painel. Multiplicar o resultado por 100% e comparar como s
valores medidos desde a data da instalação inicial. Os valores devem ser comparados
em condições de radiações e temperatura ambiente as mais próximas possíveis.
- Verificar a corrente total fornecida pelos painéis, sua tensão, a tensão do
consumidor bem como a radiação solar com a célula de referência coplanar aos painéis.
Efetuar as medidas de modo simultâneo, certificando-se que a radiação não sofra
alterações significativas durante a medição, ou seja, que não haja passagem de nuvens
ou sombreamento ainda que parcial sobre os painéis. Medida de tensão em aberto,
corrente de curto, temperatura, etc. de um módulo, painel ou arranjo, são desejáveis
sempre que houver desconfiança da existência de algum problema, em função dos
resultados das medições já realizadas.
- Verificar o estado de limpeza dos painéis e das instalações em geral. Efetuar
uma limpeza geral caso haja acúmulo de sujeira.
B) Baterias
- A necessidade de adição de água destilada deve ser verificada em toda a visita
de manutenção ao sistema fotovoltaico. Preferencialmente a água destilada deve ser
adicionada no mês de maior sido positivo de energia, sendo este determinado no projeto
até a sua comprovação prática. As baterias livres de manutenção, tipo selada, dispensam
esse procedimento. Pode-se prever alimentação automática de água destilada através de
dispositivo apropriado com reservatório, reduzindo os custos de manutenção.
- A bateria tem especificada sua vida útil em anos, em função do regime de
trabalho. Quanto mais dependente for o suprimento de energia do sistema fotovoltaico,
mais difícil será a execução dos testes na bateria.
- Efetuar um teste de capacidade apenas quando houver suspeita de perda
sensível da capacidade, sendo que os sintomas dessa ocorrência são descritos no manual
do fabricante. O teste de capacidade pode ser feito com descarga total ou parcial, em
toda bateria ou em um único elemento, no campo ou em laboratório, segundo critérios e
condições do sistema de manutenção a que a bateria esteja submetida.
- A determinação do estado de carga das baterias é útil para a avaliação do
desempenho do sistema. A medida instantânea do estado de carga retrata a energia
armazenada no momento da medição, sendo útil em termos de manutenção preventiva.
O valor médio mensal do estado de carga retrata o balanço energético do sistema, sendo
essa medida usada na avaliação do desempenho do sistema fotovoltaico. Para fins de
29
manutenção preventiva, deve-se efetuar uma avaliação instantânea do estado de carga
das baterias através de medições simples, verificando tensão, densidade, temperatura, e
outros itens conforme o manual do fabricante. Essas medições devem ser feitas em toda
visita de manutenção, ou pelo menos uma vez ao ano, e no mês menos favorável, o qual
é determinado em projeto até a sua confirmação prática.
C) Reguladores
- Verificar os níveis de tensão de entrada e saída dos reguladores, bem como seu
funcionamento. Essa verificação deve ser feita em toda a visita de manutenção do
sistema. Para tal, deve-se consultar o manual de operação do regulador para verificação
dos valores e providências operacionais.
D) Instalação
- Verificar conexões elétricas, fiação, sinalizações e alarmes, e o estado geral das
instalações, inclusive prediais. Reapertar conexões, amarrar fiação caso hajam folgas.
Certificar-se que os alarmes cheguem a seu destino, normalmente um centro de
supervisão de rota. Registrar as correções que foram eventualmente finalizadas.
(MILLMAN, 2002).
30
8
8 CONCLUSÕES
O aproveitamento da energia solar através do efeito fotovoltaico é a alternativa
mais promissora para a geração de energia elétrica para o futuro, tendo-se em vista os
altos preços dos combustíveis e manutenção dos sistemas convencionais, além do fato
que sendo uma conversão de energia que não deixa resíduos, favorece a prevenção da
ecologia.
Apesar de suas desvantagens, as quais vem sendo drasticamente reduzidas
graças ao grande número de pesquisas que vem sendo desenvolvidas nesse campo, as
vantagens que o sistema fotovoltaico oferece lhe conferem características especiais, o
que em determinadas situações, o faz o meio de geração elétrica mais indicado, em
todos os sentidos.
A principal desvantagem do sistema fotovoltaico é a imprevisibilidade da
energia solar, o que dificulta no projeto e na simulação do sistema.
O tempo de vida útil de um sistema fotovoltaico, teoricamente, é de 20 anos, o
que aliado a sua baixa manutenção, o torna ideal para localidades de difícil acesso.
Em resumo, com os dados dessa monografia, atingi o objetivo que era a
construção do programa para dimensionamento de sistemas fotovoltaicos.
31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MILLMAN, Jacob & HLKIAS, Christos C. – Eletrônica – volumes 1 e 2 – 2ª edição –
Editora Mc-Graw-Hill, São Paulo, 2001.
CUNHA, Flávio Macedo – Materiais elétricos e magnéticos – CEFET-MG.
BOYLESTAD, Robert & NASHELKY, Louis – Dispositivos eletrônicos e teoria de
circuitos – 3ª edição – Editora Prentice/Hall do Brasil, Rio de Janeiro, 2002.
TELEBRÁS – Sistemas fotovoltaicos de energia. Critérios de projeto – Prática 240515-600 – 1ª emissão 1984.
SANTOS, Antônio Sérgio & FRAGOSO, João Colutti – Emprego de painéis
fotovoltaicos em estações de telecomunicações – III Congresso de Energia, Rio de
Janeiro, 2005.
NUBILE, Paulo – Por dentro das células solares – Revista Nova Eletrônica números 53
e 54 – Editora EDITELE, São Paulo.
CHAMBOULEYRON, Ivan. – Eletricidade Solar Revista Ciência Hoje – Junho de
1989.
VÁRIOS – Nossa estrela maior, o Sol – Revista Novos Mundos – Edição especial –
Editora Bártolo Fittipaldi, São Paulo.
VÁRIOS, Energia solar pela técnica fotovoltaica – Boletim técnico ICOTRON número
43 – agosto/ setembro de 1982.
VÁRIOS, A alternativa da energia solar – Revista Elektor Eletrônica número 21 –
Editora PUBLITRON LTDA, São Paulo, abril 1988.
32
ANEXOS
33
Código-Fonte do Programa
package energiasolar;
import javax.swing.JFrame;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// TODO code application logic here
Tela1 tela1 = new Tela1();
tela1.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela1.setSize(400, 300);
tela1.setLocationRelativeTo(null);
tela1.setVisible(true);
}
}
package energiasolar;
import javax.swing.JFrame;
public class Tela1 extends JFrame {
private EnergiaSolar energiasolar;
/** Creates new form Tela1 */
public Tela1() {
super("Dimensionamento de Sistemas Solares");
energiasolar = new EnergiaSolar();
initComponents();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
// <editor-fold defaultstate="collapsed" desc="Generated
Code">//GEN-BEGIN:initComponents
private void initComponents() {
avancar1 = new javax.swing.JButton();
jLabel1 = new javax.swing.JLabel();
setDefaultCloseOperation(javax.swing.WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
setCursor(new
java.awt.Cursor(java.awt.Cursor.DEFAULT_CURSOR));
setName("Frame1"); // NOI18N
avancar1.setText("Avançar >>");
avancar1.addMouseListener(new java.awt.event.MouseAdapter() {
public void mouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt) {
avancar1MouseClicked(evt);
}
});
avancar1.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
{
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
avancar1ActionPerformed(evt);
}
});
avancar1.addKeyListener(new java.awt.event.KeyAdapter() {
public void keyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt) {
avancar1KeyReleased(evt);
}
34
});
jLabel1.setIcon(new
javax.swing.ImageIcon(getClass().getResource("/energiasolar/energia_so
lar2.jpg"))); // NOI18N
javax.swing.GroupLayout layout = new
javax.swing.GroupLayout(getContentPane());
getContentPane().setLayout(layout);
layout.setHorizontalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(58, 58, 58)
.addComponent(jLabel1))
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(149, 149, 149)
.addComponent(avancar1)))
.addContainerGap(84, Short.MAX_VALUE))
);
layout.setVerticalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(21, 21, 21)
.addComponent(jLabel1)
.addGap(38, 38, 38)
.addComponent(avancar1)
.addContainerGap(51, Short.MAX_VALUE))
);
pack();
}// </editor-fold>//GEN-END:initComponents
private void avancar1ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_avancar1ActionPerformed
// TODO add your handling code here:
Tela2 tela2 = new Tela2(energiasolar);
tela2.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela2.setSize(400, 300);
tela2.setLocationRelativeTo(null);
tela2.setVisible(true);
this.setVisible(false);
}//GEN-LAST:event_avancar1ActionPerformed
private void avancar1MouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_avancar1MouseClicked
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_avancar1MouseClicked
private void avancar1KeyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_avancar1KeyReleased
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_avancar1KeyReleased
35
// Variables declaration - do not modify//GEN-BEGIN:variables
private javax.swing.JButton avancar1;
private javax.swing.JLabel jLabel1;
// End of variables declaration//GEN-END:variables
}
package energiasolar;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JOptionPane;
public class Tela2 extends javax.swing.JFrame {
private EnergiaSolar energiasolar;
/** Creates new form Tela2 */
public Tela2(EnergiaSolar es) {
super("Dimensionamento de Sistemas Solares");
energiasolar = es;
initComponents();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
// <editor-fold defaultstate="collapsed" desc="Generated
Code">//GEN-BEGIN:initComponents
private void initComponents() {
jLabel1 = new javax.swing.JLabel();
EditNumPessoas = new javax.swing.JTextField();
jLabel2 = new javax.swing.JLabel();
jLabel3 = new javax.swing.JLabel();
EditConsumo = new javax.swing.JTextField();
voltar2 = new javax.swing.JButton();
avancar2 = new javax.swing.JButton();
setDefaultCloseOperation(javax.swing.WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
setName("Frame2"); // NOI18N
jLabel1.setText("Digite o número de pessoas em sua
residência:");
EditNumPessoas.setColumns(5);
EditNumPessoas.setText(Integer.toString(energiasolar.getnumPessoas()))
;
EditNumPessoas.addActionListener(new
java.awt.event.ActionListener() {
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
EditNumPessoasActionPerformed(evt);
}
});
EditNumPessoas.addFocusListener(new
java.awt.event.FocusAdapter() {
public void focusGained(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditNumPessoasFocusGained(evt);
}
public void focusLost(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditNumPessoasFocusLost(evt);
36
}
});
EditNumPessoas.addKeyListener(new java.awt.event.KeyAdapter()
{
public void keyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt) {
EditNumPessoasKeyReleased(evt);
}
});
jLabel2.setText("ou");
jLabel3.setText("digite o consumo diário em Watts:");
EditConsumo.setText(Integer.toString(energiasolar.getconsumo()));
EditConsumo.addActionListener(new
java.awt.event.ActionListener() {
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
EditConsumoActionPerformed(evt);
}
});
EditConsumo.addFocusListener(new java.awt.event.FocusAdapter()
{
public void focusGained(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditConsumoFocusGained(evt);
}
public void focusLost(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditConsumoFocusLost(evt);
}
});
EditConsumo.addKeyListener(new java.awt.event.KeyAdapter() {
public void keyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt) {
EditConsumoKeyReleased(evt);
}
});
voltar2.setText("<< Voltar");
voltar2.addMouseListener(new java.awt.event.MouseAdapter() {
public void mouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt) {
voltar2MouseClicked(evt);
}
});
voltar2.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
{
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
voltar2ActionPerformed(evt);
}
});
voltar2.addKeyListener(new java.awt.event.KeyAdapter() {
public void keyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt) {
voltar2KeyReleased(evt);
}
});
avancar2.setText("Avançar >>");
avancar2.addMouseListener(new java.awt.event.MouseAdapter() {
public void mouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt) {
avancar2MouseClicked(evt);
}
37
});
avancar2.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
{
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
avancar2ActionPerformed(evt);
}
});
javax.swing.GroupLayout layout = new
javax.swing.GroupLayout(getContentPane());
getContentPane().setLayout(layout);
layout.setHorizontalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(23, 23, 23)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addComponent(jLabel2)
.addContainerGap())
.addComponent(jLabel3)
.addGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING,
layout.createSequentialGroup()
.addComponent(jLabel1)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.TRAILING)
.addComponent(EditNumPessoas,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE, 113, Short.MAX_VALUE)
.addComponent(EditConsumo,
javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE, 113, Short.MAX_VALUE))
.addGap(36, 36, 36))))
.addGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING,
layout.createSequentialGroup()
.addContainerGap(117, Short.MAX_VALUE)
.addComponent(voltar2)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addComponent(avancar2)
.addGap(107, 107, 107))
);
layout.setVerticalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(91, 91, 91)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.TRAILING)
.addComponent(jLabel1)
.addComponent(EditNumPessoas,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE))
38
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.TRAILING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addComponent(jLabel2)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addComponent(jLabel3))
.addComponent(EditConsumo,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE))
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED,
68, Short.MAX_VALUE)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.BASELINE)
.addComponent(voltar2)
.addComponent(avancar2))
.addGap(58, 58, 58))
);
pack();
}// </editor-fold>//GEN-END:initComponents
private void
EditNumPessoasActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {//GENFIRST:event_EditNumPessoasActionPerformed
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_EditNumPessoasActionPerformed
private void EditConsumoActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditConsumoActionPerformed
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_EditConsumoActionPerformed
private void avancar2ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_avancar2ActionPerformed
// TODO add your handling code here:
int nPessoas = 0;
int cDiario = 0;
String texto1;
String texto2;
texto1 = EditNumPessoas.getText();
texto2 = EditConsumo.getText();
if ((texto1.equals("0") && texto2.equals("0"))){
JOptionPane.showMessageDialog(null, "Preencha pelo menos
um dos campos");
return;
}
nPessoas = Integer.parseInt(EditNumPessoas.getText());
cDiario = Integer.parseInt(EditConsumo.getText());
if (cDiario == 0){
energiasolar.setnumPessoas(nPessoas);
energiasolar.setNPessoas(true);
}
else{
39
energiasolar.setconsumo(cDiario);
energiasolar.setNPessoas(false);
}
Tela3 tela3 = new Tela3(energiasolar);
tela3.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela3.setSize(590, 470);
tela3.setLocationRelativeTo(null);
tela3.setVisible(true);
this.setVisible(false);
}//GEN-LAST:event_avancar2ActionPerformed
private void voltar2ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_voltar2ActionPerformed
// TODO add your handling code here:
Tela1 tela1 = new Tela1();
tela1.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela1.setSize(400, 300);
tela1.setLocationRelativeTo(null);
tela1.setVisible(true);
this.setVisible(false);
}//GEN-LAST:event_voltar2ActionPerformed
private void voltar2MouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_voltar2MouseClicked
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_voltar2MouseClicked
private void voltar2KeyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_voltar2KeyReleased
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_voltar2KeyReleased
private void avancar2MouseClicked(java.awt.event.MouseEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_avancar2MouseClicked
// TODO add your handling code here:
}//GEN-LAST:event_avancar2MouseClicked
private void EditNumPessoasFocusGained(java.awt.event.FocusEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditNumPessoasFocusGained
// TODO add your handling code here:
EditNumPessoas.setText("");
}//GEN-LAST:event_EditNumPessoasFocusGained
private void EditConsumoFocusGained(java.awt.event.FocusEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_EditConsumoFocusGained
// TODO add your handling code here:
EditConsumo.setText("");
}//GEN-LAST:event_EditConsumoFocusGained
private void EditNumPessoasFocusLost(java.awt.event.FocusEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditNumPessoasFocusLost
// TODO add your handling code here:
if ((EditNumPessoas.getText()).equals(""))
EditNumPessoas.setText(Integer.toString(energiasolar.getnumPessoas()))
;
}//GEN-LAST:event_EditNumPessoasFocusLost
40
private void EditConsumoFocusLost(java.awt.event.FocusEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_EditConsumoFocusLost
// TODO add your handling code here:
if ((EditConsumo.getText()).equals(""))
EditConsumo.setText(Integer.toString(energiasolar.getconsumo()));
}//GEN-LAST:event_EditConsumoFocusLost
private void EditConsumoKeyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt)
{//GEN-FIRST:event_EditConsumoKeyReleased
// TODO add your handling code here:
String captura = EditConsumo.getText();
boolean verifica = false;
verifica = energiasolar.isNumero(captura);
if(verifica == false)
EditConsumo.setText("");
}//GEN-LAST:event_EditConsumoKeyReleased
private void EditNumPessoasKeyReleased(java.awt.event.KeyEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditNumPessoasKeyReleased
// TODO add your handling code here:
String captura =EditNumPessoas.getText();
boolean verifica = false;
verifica = energiasolar.isNumero(captura);
if(verifica == false)
EditNumPessoas.setText("");
}//GEN-LAST:event_EditNumPessoasKeyReleased
// Variables declaration - do not modify//GEN-BEGIN:variables
private javax.swing.JTextField EditConsumo;
private javax.swing.JTextField EditNumPessoas;
private javax.swing.JButton avancar2;
private javax.swing.JLabel jLabel1;
private javax.swing.JLabel jLabel2;
private javax.swing.JLabel jLabel3;
private javax.swing.JButton voltar2;
// End of variables declaration//GEN-END:variables
}
package energiasolar;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JOptionPane;
public class Tela3 extends javax.swing.JFrame {
private EnergiaSolar energiasolar;
/** Creates new form Tela3 */
public Tela3(EnergiaSolar es) {
super("Dimensionamento do Painel Solar");
energiasolar = es;
initComponents();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
41
// <editor-fold defaultstate="collapsed" desc="Generated
Code">//GEN-BEGIN:initComponents
private void initComponents() {
Tensoes = new javax.swing.ButtonGroup();
jLabel1 = new javax.swing.JLabel();
Volts12 = new javax.swing.JRadioButton();
Volts24 = new javax.swing.JRadioButton();
jLabel2 = new javax.swing.JLabel();
ImgMapa = new javax.swing.JLabel();
EditTempoMedio = new javax.swing.JTextField();
voltar3 = new javax.swing.JButton();
avancar3 = new javax.swing.JButton();
jLabel4 = new javax.swing.JLabel();
jLabel5 = new javax.swing.JLabel();
setDefaultCloseOperation(javax.swing.WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
setBackground(new java.awt.Color(0, 0, 0));
jLabel1.setText("Marque a tensão do sistema:");
Tensoes.add(Volts12);
Volts12.setText("12 Volts");
Tensoes.add(Volts24);
Volts24.setText("24 Volts");
jLabel2.setText("Consulte o mapa
e digite o");
ImgMapa.setIcon(new
javax.swing.ImageIcon(getClass().getResource("/energiasolar/Mapasolar.
jpg"))); // NOI18N
EditTempoMedio.setText(Integer.toString(energiasolar.gettempoMedio()))
;
EditTempoMedio.addFocusListener(new
java.awt.event.FocusAdapter() {
public void focusGained(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditTempoMedioFocusGained(evt);
}
public void focusLost(java.awt.event.FocusEvent evt) {
EditTempoMedioFocusLost(evt);
}
});
EditTempoMedio.addKeyListener(new java.awt.event.KeyAdapter()
{
public void keyReleased(java.awt.event.KeyEvent evt) {
EditTempoMedioKeyReleased(evt);
}
});
voltar3.setText("<< Voltar");
voltar3.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
{
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
voltar3ActionPerformed(evt);
}
});
42
avancar3.setText("Avançar >>");
avancar3.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener()
{
public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {
avancar3ActionPerformed(evt);
}
});
jLabel4.setText(" tempo médio de insolação");
jLabel5.setText(" diária na sua região:");
javax.swing.GroupLayout layout = new
javax.swing.GroupLayout(getContentPane());
getContentPane().setLayout(layout);
layout.setHorizontalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING,
layout.createSequentialGroup()
.addContainerGap()
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.LEADING)
.addComponent(jLabel2)
.addComponent(Volts12)
.addComponent(jLabel1)
.addComponent(Volts24)
.addComponent(jLabel4)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.TRAILING, false)
.addComponent(EditTempoMedio,
javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addComponent(jLabel5,
javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE, Short.MAX_VALUE)))
.addGap(57, 57, 57)
.addComponent(ImgMapa)
.addGap(219, 219, 219))
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGap(196, 196, 196)
.addComponent(voltar3)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addComponent(avancar3)
.addContainerGap(390, Short.MAX_VALUE))
);
layout.setVerticalGroup(
layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING)
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.TRAILING)
.addGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING,
layout.createSequentialGroup()
43
.addGap(60, 60, 60)
.addComponent(jLabel2)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)
.addComponent(jLabel4)
.addGap(5, 5, 5)
.addComponent(jLabel5)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.UNRELATED)
.addComponent(EditTempoMedio,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,
javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE)
.addGap(39, 39, 39)
.addComponent(jLabel1)
.addGap(18, 18, 18)
.addComponent(Volts12)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.UNRELATED)
.addComponent(Volts24)
.addGap(77, 77, 77))
.addGroup(layout.createSequentialGroup()
.addContainerGap()
.addComponent(ImgMapa)
.addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED)))
.addGap(33, 33, 33)
.addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment
.BASELINE)
.addComponent(avancar3)
.addComponent(voltar3))
.addGap(40, 40, 40))
);
pack();
}// </editor-fold>//GEN-END:initComponents
private void voltar3ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_voltar3ActionPerformed
// TODO add your handling code here:
Tela2 tela2 = new Tela2(energiasolar);
tela2.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela2.setSize(400, 300);
tela2.setLocationRelativeTo(null);
tela2.setVisible(true);
this.setVisible(false);
}//GEN-LAST:event_voltar3ActionPerformed
private void avancar3ActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_avancar3ActionPerformed
// TODO add your handling code here:
// tempo médio e tensao
if((EditTempoMedio.getText().equals("0"))){
JOptionPane.showMessageDialog(null, "Digite um valor de
tempo médio");
return;
}
int tMedio = Integer.parseInt(EditTempoMedio.getText());
if(tMedio < 4 || tMedio > 8)
44
{
JOptionPane.showMessageDialog(null, "Digite um valor
válido de tempo médio (4 - 8)");
EditTempoMedio.requestFocus();
return;
}
if(!Volts12.isSelected() && !Volts24.isSelected()){
JOptionPane.showMessageDialog(null, "Marque pelo menos uma
opção de tensão");
return;
}
energiasolar.settempoMedio(tMedio);
if(Volts12.isSelected())
energiasolar.settensao(12);
else
energiasolar.settensao(24);
if(energiasolar.isPessoas()){
energiasolar.setconsumoPessoa();
double aux =
((energiasolar.getconsumoPessoa())/(energiasolar.gettensao()));
energiasolar.setampHr(aux);
}
else {
double aux =
((energiasolar.getconsumo())/(energiasolar.gettensao()));
energiasolar.setampHr(aux);
}
Tela4 tela4 = new Tela4(energiasolar);
tela4.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
tela4.setSize(450, 350);
tela4.setLocationRelativeTo(null);
tela4.setVisible(true);
this.setVisible(false);
}//GEN-LAST:event_avancar3ActionPerformed
private void EditTempoMedioFocusGained(java.awt.event.FocusEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditTempoMedioFocusGained
// TODO add your handling code here:
EditTempoMedio.setText("");
}//GEN-LAST:event_EditTempoMedioFocusGained
private void EditTempoMedioFocusLost(java.awt.event.FocusEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditTempoMedioFocusLost
// TODO add your handling code here:
if ((EditTempoMedio.getText()).equals("")){
EditTempoMedio.setText(Integer.toString(energiasolar.gettempoMedio()))
;
}
}//GEN-LAST:event_EditTempoMedioFocusLost
private void EditTempoMedioKeyReleased(java.awt.event.KeyEvent
evt) {//GEN-FIRST:event_EditTempoMedioKeyReleased
// TODO add your handling code here:
String captura = EditTempoMedio.getText();
45
boolean verifica = false;
verifica = energiasolar.isNumero(captura);
if(verifica == false)
EditTempoMedio.setText("");
/*if(energiasolar.isNumero(Character.toString(evt.getKeyChar()))==
false){
//if(EditNumPessoas.getText().equals(","))
if(Character.isLetter(evt.getKeyChar()))
EditTempoMedio.setText("");
}*/
}//GEN-LAST:event_EditTempoMedioKeyReleased
/**
* @param args the command line arguments
*/
// Variables declaration - do not modify//GEN-BEGIN:variables
private javax.swing.JTextField EditTempoMedio;
private javax.swing.JLabel ImgMapa;
private javax.swing.ButtonGroup Tensoes;
private javax.swing.JRadioButton Volts12;
private javax.swing.JRadioButton Volts24;
private javax.swing.JButton avancar3;
private javax.swing.JLabel jLabel1;
private javax.swing.JLabel jLabel2;
private javax.swing.JLabel jLabel4;
private javax.swing.JLabel jLabel5;
private javax.swing.JButton voltar3;
// End of variables declaration//GEN-END:variables
}
public class EnergiaSolar {
/*entradas*/
private int numPessoas = 0;
private int consumo = 0;
private int tensao = 0;
private int tempoMedio = 0;
private double ampPainel = 0;
private double capacBat = 0;
private double potInv = 0;
private double FPInv = 0;
private double latLocal = 0;
private double correnteMaxControlador = 0;
private int TipodeBateria = 0;
/*saÃdas*/
private double ampHr = 0;
private int numPaineis = 0;
private int numCont = 0;
private double correnteBat = 0;
private int numBat = 0;
private double VRWInv = 0;
private int numCirc = 0;
private double incPainel = 0;
/* "auxiliares" */
private boolean nPessoas;
private int consumoPessoa;
46
public EnergiaSolar(){
}
public void setampHr(double n){
ampHr = n / tempoMedio;
}
public void setconsumoPessoa(){
consumoPessoa = numPessoas * 300;
}
public void setnumPessoas(int n){
numPessoas = n;
}
public void setconsumo(int n){
consumo = n;
}
public void settensao(int n){
tensao = n;
}
public void settempoMedio(int n){
tempoMedio = n;
}
public void setampPainel(double n){
ampPainel = n;
}
public void setcapacBat(double n){
capacBat = n;
}
public void setpotInv(double n){
potInv = n;
}
public void setFPInv(double n){
FPInv = n;
}
public void setlatLocal(double n){
latLocal = n;
}
public void setNumPaineis(int numPan){
numPaineis = numPan;
}
public void setNPessoas(boolean aux){
nPessoas = aux;
}
public void setCorrenteMaxControlador(double corMax){
correnteMaxControlador = corMax;
}
public void setTipoDeBateria(int TipoBateria){
TipodeBateria = TipoBateria;
}
public void setNumBat(int numeroBateria){
numBat = numeroBateria;
}
public void setCorrenteBat(double corBat){
correnteBat = corBat;
}
public void setNumCont(){
numCont = (int) Math.ceil(ampHr/correnteMaxControlador);
}
public void setNumCirc(){
numCirc = numCont;
47
}
public void setVRWInversor(){
VRWInv = FPInv * potInv;
}
public void setIncPainel(){
incPainel = latLocal + latLocal/3;
}
public double getampHr(){
return ampHr;
}
public int getconsumoPessoa(){
return consumoPessoa;
}
public boolean isPessoas(){
return nPessoas;
}
public int getnumPessoas(){
return numPessoas;
}
public int getconsumo(){
return consumo;
}
public int gettensao(){
return tensao;
}
public int gettempoMedio(){
return tempoMedio;
}
public double getampPainel(){
return ampPainel;
}
public double getcapacBat(){
return capacBat;
}
public double getpotInv(){
return potInv;
}
public double getFPInv(){
return FPInv;
}
public double getlatLocal(){
return latLocal;
}
public int getNumPaineis() {
return numPaineis;
}
public double getCorrenteMaxControlador(){
return correnteMaxControlador;
}
public int getTipoDeBateria() {
return TipodeBateria;
}
public int getNumBat(){
return numBat;
}
public int getNumCirc(){
return numCirc;
}
public int getNumCont(){
48
return numCont;
}
public double getCorrenteBat(){
return correnteBat;
}
public double getVRWInv(){
return VRWInv;
}
public double getIncPainel(){
return incPainel;
}
public boolean isNumero(String s){
try{
Long.parseLong(s);
return true;
}
catch(NumberFormatException ex)
{
return false;
}
}
}