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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
2379EE2
2º semestre de 2016
Prof. Alceu Ferreira Alves
www.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu
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22379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Na última aula:
• Energia solar – complementos da teoria – radiação
• Massa de ar – Irradiação diária
• Célula fotovoltaica – funcionamento – Tecnologias
• Módulos – Características elétricas
• Curvas características
• Condições Padrão de Teste (STC, NOTC)
• Associação de módulos
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32379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Módulos PV – Condições de Teste
• Condições Padrão de Teste (STC – Standard Test Conditions)
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Massa de Ar (AM – air mass)
• A radiação solar que chega à superfície da Terra depende da espessura e da composição da atmosfera (partículas)
• A espessura depende da distância do trajeto percorrido pelos raios solares
• Trajeto → Ângulo zenital do Sol
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Massa de Ar (AM – air mass)
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Massa de Ar (AM – air mass)
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72379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Massa de Ar (AM – air mass)
• Por que usar AM1,5?
• AM1,5 corresponde ao comportamento médio da radiação solar ao longo de 1 ano nos países temperados do hemisfério norte
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82379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Massa de Ar (AM – air mass)
• AM1,5 inclui EUA, Europa e Ásia – pioneiros em FV
• Zona tropical→θz é menor, AM é menor, há mais luz e calor ao longo do ano (maior insolação)
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Medidas de Energia Solar (revisando)
• Irradiância: taxa na qual a energia solar atinge uma unidade de área (J/s.m2 ≡ W/m2 ≡ W.m–2)Irradiância também é conhecida por radiância
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102379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Medidas de Energia Solar (revisando)
• Radiação: integral da irradiância para um determinado período de tempo (W.h/m2) Radiação também é conhecida por irradiação ou insolação
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Orientação dos Módulos Fotovoltaicos
• Raios solares → Ondas eletromagnéticas que chegam à Terra em linha reta (paralelas)
• Desvios→ Embora a maior parcela da energia prossiga em linha reta, parte dos raios são desviados: difusão, reflexão
• Incidência → É diferente a inclinação nos diferentes pontos do planeta (depende da posição relativa Terra/Sol)
• Radiação difusa → Aleatória e irregular
• Radiação direta → Orientação adequada maximiza a captação
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Mapa Solarimétrico – Brasil
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Orientação – ângulo azimutal solar
• Obs. → No hemisfério Sul, o ângulo azimutal solar é medido em relação à orientação NORTE
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Orientação – ângulo azimutal solar
• Ângulo azimutal solar → Varia continuamente ao longo do dia (desde o nascente até o poente)
• Observador no Hemisfério Sul → Olhando para o norte, (Equador) verá o Sol à sua direita pela manhã e à sua esquerda durante a tarde
• Ângulo azimutal nulo → É observado ao meio-dia solar (que quase nunca coincide com o meio-dia civil)
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Orientação dos Módulos Fotovoltaicos
• Melhor orientação no Hemisfério Sul → Norte geográfico (para painéis FV sem rastreamento)
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Orientação dos Módulos Fotovoltaicos
• Como encontrar o Norte geográfico?
• Indiretamente com o uso da bússola
• Norte geográfico é diferente do Norte magnético
• Subtrai-se o ângulo de correção do norte indicado pela bússola, dependendo da sua localização, corrigindo no sentido horário para um observador no Brasil (Hemisfério Sul)
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Orientação dos Módulos Fotovoltaicos
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Inclinação dos Módulos Fotovoltaicos• Declinação → Ângulo dos raios solares em relação ao plano do
Equador (devido à inclinação do eixo da Terra)
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Declinação
• Solstícios→ Declinação máxima
• Equinócios→ Declinação zero (raios solares paralelos ao plano do Equador)
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Altura Solar
Devido à declinação, a cada dia do ano o Sol descreve uma diferente trajetória (aparente) no céu
• Inverno → A altura solar é menor (Sol ‘mais baixo’)→ ângulo zenital maior → massa de ar maior→ menor insolação
• Verão → A altura solar é maior (Sol ‘mais alto’)→ ângulo zenital menor → massa de ar menor → maior insolação
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Altura Solar
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Altura Solar – definição
→ ângulo definido entre o plano da trajetória aparente do Sol no céu e o plano horizontal (γs)
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232379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Ângulo de Incidência Solar – β
Ângulo de Inclinação do Painel – α
Obs. → Melhor aproveitamento solar: β = 0°
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242379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Ângulo de Inclinação dos Módulos FV• Maioria dos Sistemas→ Ângulo α fixo: é preciso escolher a
melhor inclinação para máxima captação
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Ângulo de Inclinação dos Módulos FV• Maioria dos Sistemas→ Ângulo α fixo: é preciso escolher a
melhor inclinação para máxima captação
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262379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Ângulo de Inclinação dos Módulos FV• É possível escolher o perfil de captação ao longo do ano
→ maximizada ao longo do ano com poucas variações
→ maximizada no inverno
→ maximizada no verão
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272379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Ângulo de Inclinação dos Módulos FV
Latitude do Local de Instalação
Ângulo de Inclinação Recomendado
0° a 10° α = 10°
11° a 20° α = latitude
21° a 30° α = latitude + 5°
31° a 40° α = latitude + 10°
41° ou mais α = latitude + 15°
Fonte: “Installation and Safety Manual of the Bosch Solar Modules”
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282379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Orientação dos Módulos Fotovoltaicos
• Como encontrar o Norte geográfico?
• Usando o site www.heavens-above.com
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292379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Módulos PV – Características Elétricas
• Tensão Nominal: é a tensão padrão do módulo.
• Tensão de Máxima Potência (Vmpp): é a tensão máxima que o módulo gerará, em seu ponto de máxima potência (STC).
• Tensão em Circuito Aberto (Voc): é tensão máxima que o módulo fornece em vazio (sem carga)
• Corrente em Máxima Potência (Imp): corrente máxima que um módulo pode fornecer a uma carga.
• Corrente de Curto Circuito (Isc): corrente máxima que o módulo fornece com seus terminais em curto circuito.
• Potência Máxima (PM): a potência máxima na curva I-V para dada condição de teste.
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302379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
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312379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Efeito da Radiação na Geração FV
• Corrente do Módulo → depende diretamente da irradiância
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322379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016
Efeito da Temperatura na Geração FV
• Aumento na Temperatura → reduz a tensão fornecida pelo módulo e, consequentemente, a potência gerada
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Exercício
• Calcular o ângulo de inclinação ideal (α) para um painel fotovoltaico a ser instalado na sua localização atual.
• Calcular os ângulos β e γ
• Calcular os ângulos azimutal, zenital solar e ângulo de altura solar
• Calcular a massa de ar ao meio-dia solar de hoje, na sua localização atual.