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IV- Curvas características

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IV- Curvas características das células fotovoltaicas


Curva de corrente x tensão (curva I-V)

 

  A representação típica da característica de saída de um dispositivo fotovoltaico (célula, módulo, sistema) denomina-se curva corrente tensão. 

    A corrente de saída mantém-se praticamente constante dentro da amplitude de tensão de funcionamento e, portanto, o dispositivo pode ser considerado uma fonte de corrente constante neste âmbito.

    A corrente e a tensão em que opera o dispositivo fotovoltaico são determinadas pela radiação solar incidente, pela temperatura ambiente, e pelas características da carga conectadas ao mesmo.

Fig. 9

 

    Os valores transcendentes desta curva são:
 

bulletCorrente de curto-circuito (Icc): Máxima corrente que pode entregar um dispositivo sob condições determinadas de radiação e temperatura correspondendo a tensão nula e consequentemente a potencia nula.
bulletTensão de circuito aberto (Vca): Máxima tensão que pode entregar um dispositivo sob condições determinadas de radiação e temperatura correspondendo a circulação de corrente nula e consequentemente a potencia nula.
bulletPotencia Pico (Pmp): É o valor máximo de potencia que pode entregar o dispositivo. Corresponde ao ponto da curva no qual o produto V x I é máximo.
bulletCorrente a máxima potencia (Imp): corrente que entrega o dispositivo a potencia máxima sob condições determinadas de radiação e temperatura. É utilizada como corrente nominal do mesmo.
bulletTensão a máxima potencia (Vmp): tensão que entrega o dispositivo a potencia máxima sob condições determinadas de radiação e temperatura. É utilizada como tensão nominal do mesmo.

 

Efeito de factores ambientais sobre a característica de saída do dispositivo.


Efeito da intensidade de radiação solar

    O resultado de uma mudança na intensidade de radiação é uma variação na corrente de saída para qualquer valor de tensão 
    A corrente varia com a radiação de forma directamente proporcional. A tensão mantém-se praticamente constante.

Fig.10

Efeito da temperatura

    O principal efeito provocado pelo aumento da temperatura do módulo é uma redução da tensão de forma directamente proporcional. Existe um efeito secundário dado por um pequeno incremento da corrente para valores baixos de tensão.
Tudo isto está indicado na Fig. 11
    É por isso que para locais com temperaturas ambientes muito elevadas são adequados módulos que possuam maior quantidade de células em série a fim de que as mesmas tenham suficiente tensão de saída para carregar baterias.

 

Fig.11

 

Combinações de células e curvas resultantes 

    A tensão no ponto de máxima potencia de saída para uma célula é de aproximadamente 0,5 Volts em pleno sol.
    A corrente que entrega una célula é proporcional à superfície da mesma e à intensidade da luz. É por isso que para conseguir módulos com correntes de saída menores utilizam-se em sua fabricação terços, quartos, meios, etc de células.
    Um módulo fotovoltaico é um conjunto de células conectadas em série (somam-se suas tensões) que formam uma unidade com suficiente tensão para poder carregar uma bateria de 12 volts de tensão nominal (Esta bateria necessita entre 14 e 15 Volts para poder carregar-se plenamente). Para conseguir esta tensão necessitam-se entre 30 e 36 células de silício Monocristalino conectadas em série.

Interacção do dispositivo fotovoltaico com a carga 

    A curva I-V corrigida para as condições ambientais reinantes, é só uma parte da informação necessária para saber qual será a característica de saída de um módulo. Outra informação imprescindível é a característica operativa da carga a conectar. É a carga que determina o ponto de funcionamento na curva I-V

Potencia máxima de saída durante o dia

    A característica I-V do módulo varia com as condições ambientais (radiação, temperatura). Isto quer dizer que haverá uma família de curvas I-V que nos mostrará as características de saída do módulo durante o dia numa época do ano.

 

Fig. 12

    A curva de potência máxima de um módulo em função da hora do dia tem a forma indicada neste diagrama de carga:

Fig. 13


    A quantidade de energia que o módulo é capaz de entregar durante o dia é representada pela área compreendida sob a curva da Fig.13 e mede-se em Watts hora/dia.
    Observa-se que não é possível falar de um valor constante de energia entregue pelo módulo em Watts hora uma vez que varia conforme a hora do dia. Será necessário então trabalhar com os valores da quantidade de energia diária entregue. (Watts hora/dia).
 


Interacção com uma carga resistiva
    No exemplo mais simples, se se conectam os bornes de um módulo aos de uma lâmpada incandescente (que se comporta como uma resistência eléctrica) o ponto de operação do módulo será o da intersecção da sua curva característica com uma recta que representa graficamente a expressão I= V / R , sendo R a resistência da carga a conectar.


 

Fig.14


Interacção com uma bateria
 


    Uma bateria tem uma tensão que depende do seu estado de carga, antiguidade, temperatura, regime de carga e descarga, etc. Esta tensão é imposta a todos os elementos que a ela estão ligados, incluindo o módulo fotovoltaico.

 

Fig. 15


    É incorrecto pensar que um módulo com uma tensão máxima de saída de 20 volts elevará uma bateria de 12 volts para 20 volts e a danificará. É a bateria que determina o ponto de funcionamento do módulo.
    A bateria varia sua amplitude de tensão entre 12 e 14 volts.

     Dado que a saída do módulo fotovoltaico é influenciada pelas variações de radiação e de temperatura ao longo do dia, isto se traduzirá numa corrente variável entrando na bateria.

 

Fig. 16


 

 


Interacção com um motor de corrente contínua

    Um motor de corrente contínua tem também uma curva I-V.
    A intersecção da mesma com a curva I-V do módulo determina o ponto de funcionamento.

 

Fig. 17


    Quando se liga um motor directamente ao sistema fotovoltaico, sem bateria nem controles intermediários, diminuem os componentes envolvidos e portanto aumenta a fiabilidade.

    Mas, como mostra a Fig. 18, não se aproveitará a energia gerada nas primeiras horas da manhã e ao entardecer.

 

Fig. 18

 

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Última actualização: 11/03/02.