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 :
- O electrólito é alcalino
- Admitem descargas profundas de até 90% da capacidade nominal
- Baixo coeficiente de auto-descarga
- Alto rendimento sob variações extremas de temperatura
- A tensão nominal por elemento é de 1,2 Volts
- Alto rendimento de absorção de carga (superior a 80%)
- 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.
|