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V - Configuração

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I - Introdução
II - Dispositivos
III- Conceitos eléctricos
IV- Curvas características
V - Configuração
VI - Dimensionamento
VII - Ligações
VIII - Instalação/Manut.

V- Configuração de sistemas de produção

 

Directamente ligados a uma carga
    É o sistema mais simples de todos. O gerador fotovoltaico liga-se directamente à carga, geralmente um motor de corrente contínua. Utiliza-se sobretudo na bombagem de água. Por não existirem baterias de acumuladores nem componentes electrónicos melhora a fiabilidade do sistema, mas torna-se difícil manter um desempenho eficiente ao longo do dia.

Sistema módulo-bateria de acumuladores
    Pode-se utilizar um módulo fotovoltaico para repor simplesmente a auto-descarga de uma bateria que se utilize para o arranque de um motor, por exemplo. Para isso podem utilizar-se os módulos de silício amorfo ou Monocristalino.
    Outra importante aplicação em que o sistema fotovoltaico se liga de forma directa à bateria é em sistemas de electrificação rural de baixa potência. Nesses casos utilizam-se um ou dois módulos de silício Monocristalino de 30 células, cada um ligado em paralelo para alcançar a potência desejada 

Sistema fotovoltaico, bateria e regulador
    É a configuração utilizada com módulos de 33 ou 36 células na qual se liga o gerador fotovoltaico a uma bateria através de um regulador para que esta não se sobrecarregue. As baterias de acumuladores alimentam cargas em corrente contínua.

Bateria, inversor
    Quando se necessitar energia em corrente alternada poderá ser incluído um inversor. A potência gerada no sistema fotovoltaico poderá ser transformada integralmente em corrente alternada ou poderão alimentar-se simultaneamente cargas de corrente contínua (C.C.) e de corrente alternada (C.A.)

 

Reguladores de carga de baterias
    Existem diversos tipos de reguladores de carga.
    A concepção mais simples é aquela que envolve uma só etapa de controlo. O regulador monitora constantemente a tensão da bateria de acumuladores.
    Quando a referida tensão alcança um valor para o qual se considera que a bateria se encontra carregada (aproximadamente 14.1 Volts para uma bateria de chumbo ácido de 12 Volts nominais) o regulador interrompe o processo de carga. Isto pode ser conseguido abrindo o circuito entre os módulos fotovoltaicos e a bateria ( controlo tipo série ) ou curto-circuitando os módulos fotovoltaicos (controlo tipo shunt). Quando o consumo faz com que a bateria comece a descarregar-se e portanto a baixar sua tensão, o regulador reconecta o gerador à bateria e recomeça o ciclo.
    No caso de reguladores de carga cuja etapa de controlo opera em dois passos, a tensão de carga a fundo da bateria pode ser algo superior a 14,1 Volts.
    O regulador fica definido ao especificar o seu nível de tensão (que coincidirá com o valor de tensão do sistema) e a corrente máxima que deverá manejar.
    Para ilustrar com um exemplo simples, suponha-se que se tenha de alimentar uma habitação rural com consumo em 12 Vcc e para isso se utilizem dois módulos fotovoltaicos.
    A corrente máxima destes módulos é Imp = 2,75 A e a corrente de curto-circuito Icc. = 3 A.
    Quando os módulos estão em paralelo a corrente total máxima que deverá controlar o regulador será
 I total = 2 x 3 A =6 A
    Considera-se a corrente de curto circuito para contemplar a pior situação.
    O regulador a escolher, portanto, deverá estar concebido para trabalhar a uma tensão de 15 Volts (tensão de trabalho dos módulos) e manejar uma corrente de 6 A.

 

Baterias de acumuladores
    A função prioritária das baterias num sistema de geração fotovoltaico é acumular a energia que se produz durante as horas de luminosidade a fim de poder ser utilizada à noite ou durante períodos prolongados de mau tempo.
    Outra importante função das baterias é prover uma intensidade de corrente superior àquela que o dispositivo fotovoltaico pode entregar. É o caso de um motor, que no momento do arranque pode exigir uma corrente de 4 a 6 vezes sua corrente nominal durante uns poucos segundos.

Interacção entre módulos fotovoltaicos e baterias
    Normalmente o banco de baterias de acumuladores e os módulos fotovoltaicos trabalham em conjunto para alimentar as cargas.
    A figura a seguir mostra como se distribui a entrega de energia à carga ao longo do dia.
    Durante a noite toda a energia pedida pela carga é fornecida pelo banco de baterias.
    Em horas matutinas os módulos começam a gerar, mas se a corrente que fornecerem for menor que aquela que a carga exige, a bateria deverá contribuir. A partir de uma determinada hora da manhã a energia gerada pelos módulos fotovoltaicos supera a energia média procurada. Os módulos não só atenderão a procura e além disso o excesso será armazenado na bateria que começará a carregar-se e a recuperar-se da sua descarga da noite anterior.
    Finalmente durante a tarde, a corrente gerada diminui e qualquer diferença em relação à procura será entregue pela bateria. Durante a noite, a produção é nula e todo o consumo vem da(s) bateria(s) de acumuladores.

 


Tipos de Baterias de Acumuladores

Baterias de chumbo-ácido de electrólito líquido
    As baterias de chumbo-ácido aplicam-se amplamente nos sistemas de geração fotovoltaicos. Dentro da categoria chumbo-ácido, as de chumbo-antimonio, chumbo-selenio e chumbo-cálcio são as mais comuns.
    A unidade de construção básica de uma bateria é a célula de 2 Volts.
    Dentro da célula, a tensão real da bateria depende do seu estado de carga, se está a carregar, a descarregar ou em circuito aberto.
    Em geral, a tensão de uma célula varia entre 1,75 Volts e 2,5 Volts, sendo a média cerca de 2 Volts, tensão que se costuma chamar nominal da célula.
    Quando as células de 2 Volts se ligam em série (POSITIVO A NEGATIVO) as tensões das células somam-se, obtendo-se desta maneira baterias de 4, 6,12 Volts, etc.
    Se as baterias estiverem ligadas em paralelo (POSITIVO A POSITIVO E NEGATIVO A NEGATIVO) as tensões não se alteram, mas somar-se-ão suas capacidades de corrente. Só se devem ligar em paralelo baterias de igual tensão e capacidade.
    Pode-se fazer uma classificação das baterias com base na sua capacidade de armazenagem de energia (medida em Ah à tensão nominal) e no seu ciclo de vida (número de vezes em que a bateria pode ser descarregada e carregada a fundo antes que se esgote sua vida útil).
    A capacidade de armazenagem de energia de uma bateria depende da velocidade de descarga.
    A capacidade nominal que a caracteriza corresponde a um tempo de descarga de 10 horas.
    Quanto maior for o tempo de descarga, maior será a quantidade de energia que a bateria fornece. Um tempo de descarga típico em sistemas fotovoltaicos é 100 hs. Por exemplo, uma bateria que possua uma capacidade de 80 Ah em 10 hs (capacidade nominal) terá 100 Ah de capacidade em 100 hs.
    Dentro das baterias de chumbo-ácido, as denominadas estacionárias de baixo conteúdo de antimónio são uma boa opção em sistemas fotovoltaicos. Elas possuem uns 2500 ciclos de vida quando a profundidade de descarga é de 20 % (ou seja, que a bateria estará com 80 % da sua carga) e uns 1200 ciclos quando a profundidade de descarga é de 50 % (bateria com 50 % de sua carga).
    As baterias estacionárias possuem, além disso, uma baixa auto-descarga (3 % mensal aproximadamente contra uns 20 % de uma bateria de chumbo-ácido convencional) e uma manutenção reduzida.
    Dentro destas características enquadram-se também as baterias de chumbo-cálcio e chumbo-selenio, que possuem uma baixa resistência interna, valores desprezíveis de gaseificação e uma baixa auto-descarga.
 

Baterias seladas

 

-Gelificadas
    Estas baterias incorporam um electrólito do tipo gel com consistência que pode variar desde um estado muito denso ao de consistência similar a uma geleia. Não derramam, podem montar-se em quase todas as posições e não admitem descargas profundas.

 

-Electrólito absorvido

    O electrólito encontra-se absorvido numa fibra de vidro microporoso ou num entrançado de fibra polimérica. Tal como as anteriores não derramam, montam-se em qualquer posição e admitem descargas moderadas.

 

    Tanto estas baterias como as Gelificadas não exigem manutenção com acrescentos de água e não desenvolvem gases, evitando o risco de explosão, mas ambas requerem descargas pouco profundas durante sua vida útil.

 

Níquel-Cádmio
As principais características são :

  1. O electrólito é alcalino
  2. Admitem descargas profundas de até 90% da capacidade nominal
  3. Baixo coeficiente de auto-descarga
  4. Alto rendimento sob variações extremas de temperatura
  5. A tensão nominal por elemento é de 1,2 Volts
  6. Alto rendimento de absorção de carga (superior a 80%)
  7. Custo muito elevado em comparação com as baterias ácidas

    Tal como as baterias de chumbo-ácido, estas podem ser obtidas nas duas versões: standard e seladas. Utiliza-se a mais conveniente conforme a necessidade de manutenção admissível para a aplicação prevista. Dado seu alto custo, não se justifica sua utilização em aplicações rurais.

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Última actualização: 11/03/02.