Painel tecnológico para o ensino médio e técnico:
Energias Alternativas e oportunidades profissionais
PRINCÍPIOS E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA
LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Roberto Zilles
Painel tecnológico para o ensino médio e técnico:
Energias Alternativas e oportunidades profissionais
Conversão da energia solar
Célula solar fotovoltaica
LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
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Energias Alternativas e oportunidades profissionais
INTRODUÇÃO
Fundamentos básicos da energia solar
Espectro da radiação solar = 0,2 a 3,0 µm
Comprimentos de onda
• Ultravioleta (UV) – 0,2 a 0,38 µm
• Luz visível – 0,38 µm (violeta) a 0,7 µm (vermelho)
• Infravermelho – 0,7 µm a 3,0 µm
Constante Solar = densidade média do fluxo da radiação solar = 1367 W/m2
horário
horário
15:12
15:37
16:02
16:27
16:52
17:17
15:41
16:06
16:31
16:56
17:21
13:32
13:07
12:42
12:17
11:52
11:28
11:03
10:38
10:13
9:48
9:23
8:58
14:47
400
15:16
600
14:22
800
14:51
1000
13:57
Dia Nublado
14:26
horário
14:01
13:36
13:11
12:46
12:21
0
11:56
horário
11:31
Dia com muitas nuvens
11:06
0
10:41
200
10:16
200
9:51
400
9:26
1000
8:33
Dia Claro
9:01
0
8:08
0
8:36
200
7:43
200
8:12
600
7:18
400
irradiância (W/m2)
600
7:47
800
irradiância (W/m2)
17:24
16:59
16:34
16:09
15:43
15:18
14:53
14:28
14:02
13:37
13:12
12:47
12:21
11:56
11:31
11:06
10:41
10:15
9:50
9:25
9:00
8:34
8:09
7:44
7:19
irradiância (W/m2)
800
7:22
17:29
17:04
16:38
16:13
15:48
15:23
14:57
14:32
14:07
13:42
13:16
12:51
12:26
12:01
11:35
11:10
10:45
10:20
9:55
9:29
9:04
8:39
8:14
7:48
7:23
irradiância (W/m2)
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Dia com nuvens no período da tarde
1000
1000
800
600
400
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COMPORTAMENTO DIÁRIO DA RADIAÇÃO SOLAR
1000
Irradiância (W/m2)
dia sem nuvens, 6.0 kWh/m2
800
600
dia nublado, 1.8 kWh/m2
400
200
0
7:03
12:03
Hora do dia
17:03
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FÍSICA DA CONVERSÃO FOTOVOLTAICA
Ligação
quebrada
INSTANTE 1: INSTANTE 2:
Absorção de
Geração de
um fóton
um par
elétron-lacuna
INSTANTE 3:
Movimento da
lacuna devido ao
“salto” de um
elétron
INSTANTE 4:
Separação de elétron e lacuna
pelo campo elétrico interno,
formação da corrente elétrica
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Como funciona uma célula fotovoltaica?
100 mm  100 mm
Tensão:
Circuito aberto = 0,6 V
Ponto de máxima potência = 0,45 V
Corrente de máxima potência = 3 A
Potência máxima = 1,35 Wp
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Conversão direta da luz solar em eletricidade – Energia solar Fotovoltaica
Célula
Módulo Fotovoltaico
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Produção mundial de módulos fotovoltaicos 1999 - 2010
30000
Produção (MWp)
27213
25000
118%
20000
15000
58%
10000
85%
12464
7911
69%
5000
0
42%
202 287
40%
401
39%
560
34%
68%
45%
40%
4279
2536
764 1256 1819
99 000 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010
9
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
ano
Photon International, 3, 2010; Cell production survey 2010. March 2011
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Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico autônomo
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No Brasil
Aproximadamente 30 MW em sistemas isolados
SIGFI 13, Projeto LSF-IEE, Mamirauá, AM
Bombeamento, Projeto LSF-IEE, ITESP, Presidente Bernardes, SP
Bomba e acondicionamento de potência de fabricação nacional
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Aplicações Comunitárias
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Domicílios
100 Wp
10 kWh/mês
50 Wp
5 kWh/mês
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Bombeamento
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22000
20000
95,9%
16000
94,8%
14000
12000
Conectados à rede
10000
Sistemas isolados
91,6%
8000
89,8%
6000
87,0%
4000
2000
09
20
08
20
07
20
6
20
0
20
05
04
20
03
20
02
20
1
20
0
0
20
0
19
99
98
19
97
19
96
19
5
19
9
4
19
9
19
93
92
19
91
0
19
Potência Instalada (MWp)
18000
ano
IEA PVPS Task 1, 2010: Trends in photovoltaic applications: Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2009, Report IEA-PVPS T1-10-2010.
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o que são?
1 MWp,
Primera central – California
1 MWp,
Toledo - Espanha
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Centrais solares
4 MW em Jaén, Espanha
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Centrais solares
20 MW em Beneixama (Espanha)
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Centrais solares
42 MW em Moura, Portugal
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Telhados Fotovoltaicos
Edificações
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Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Edificações fotovoltaicas
Fotos : Informe ASIF
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Telhas
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Sombreado
Estacionamento ELETROSUL, 12 kWp
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3 kWp, IEE-USP
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O PRÉDIO DA ADMINISTRAÇÃO DO IEE-USP
12 kW, IEE-USP
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INTERAÇÃO COM A REDE ELÉTRICA
Energia
Fotovoltaica
kWh
Ponto de
fornecimento
Inversor
DC/AC
Gerador
Fotovoltaico
kWh
Carga da
Edificação
Contador de
Energia
Rede
elétrica de
distribuição
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INTERAÇÃO COM A REDE ELÉTRICA
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OBRIGADO PELA ATENÇÃO
Roberto Zilles
[email protected]