Sobre Energia Solar : Visão geral dos sistemas de energia solar

Visão geral do funcionamento de um sistema de energia solar

Os sistemas de energia solar têm coletores que convertem a luz solar em calor em fluido, unidades de energia de reserva destinadas a coletar energia quando estiver disponível e distribuí-la quando necessário, dispositivos para transmitir energia do armazenamento para uma carga e as bombas, controles necessários, etc.

O processo de extração direta de energia da luz solar é conhecido como processo fotovoltaico.

Uma célula fotovoltaica é um tipo de detector fotovoltaico que converte o fluxo radiante diretamente em corrente elétrica.

Além disso, a energia pode ser produzida por calor através de células fotovoltaicas porque a luz solar é necessária.

Quando a luz do sol incide, o painel gera uma voltagem maior que a da bateria, permitindo que a bateria carregue.

Muitos painéis terão um diodo de bloqueio (um elemento elétrico que só permite que a eletricidade flua em uma direção), garantindo que a bateria não descarregue através do painel quando houver luz solar inadequada.

Uma conexão com a bateria pode ser feita para fornecer uma corrente contínua de baixa tensão para uso.

O silício é um semicondutor, o que indica que ele tem as propriedades tanto de isolante quanto de metal.

A camada do ápice contém fósforo ou arsênico usado para dopar o silício, enquanto a camada inferior contém boro ou gálio.

O fósforo tem 5 elétrons de valência, o que explica a química.

Ele transfere quatro elétrons para o silício, que então forma a ligação liberando seu quinto elétron.

Quando muitos átomos de fósforo são substituídos no cristal de silício, muitos elétrons livres estão presentes, resultando em silício do tipo n.

O tipo n de silício indica que a maioria dos elétrons está presente.

No caso do dopagem com boro e silício, a estrutura do cristal de silício perde um elétron.

Como resultado, é o silício do tipo p com uma maioria de buracos e uma minoria de elétrons.

Quando as partículas da luz solar, ou fótons, caem diretamente sobre um painel solar, os elétrons são liberados.

O trabalho ainda não terminou.

Para gerar eletricidade, um desequilíbrio deve ser criado.

Quando o silício do tipo p e do tipo n estão firmemente estruturados juntos, isso é possível.

Elétrons extras do silício tipo n se movem nos orifícios presentes no silício tipo p, criando um campo elétrico em toda a célula.

Além disso, o silício é um semicondutor, o que significa que é um isolante e pode efetivamente manter o desequilíbrio.

Materiais usados na fabricação de painéis solares

Normalmente, o silício é dopado com fósforo, arsênio, boro ou gálio.

Recentemente, pesquisadores desenvolveram o novo elemento Argonne III, que é muito mais barato, mais eficiente e mais confiável.

Além disso, quando comparado ao silício, requer menos tempo de fabricação.

Isso tornará os painéis solares mais acessíveis para muitas pessoas que não puderam instalá-los em suas casas devido aos altos custos.

Portanto, é uma invenção muito importante para o desenvolvimento a longo prazo do meio ambiente de maneira econômica.

Existem vários tipos de painéis solares que as pessoas usam com base em sua utilidade.

Ao adquirir um painel solar, vários fatores devem ser considerados, incluindo onde será instalado, seu uso pretendido (residencial ou comercial) e o custo.

A seguir estão alguns exemplos de painéis solares:

Painel solar de silicone policristalino

É baseado em polissilício e silício multicristalino.

O silício bruto é derretido primeiro, depois despejado em um molde quadrado, resfriado e cortado em bolachas perfeitamente quadradas.

Além disso, foi introduzido pela primeira vez no mercado em 1981.

Os painéis policristalinos têm uma longa vida útil.

Foi descoberto que os painéis instalados há 25 anos ainda estão em perfeito estado de funcionamento.

Eles têm um desempenho de 120 a 150 metros quadrados de watts.

Uma exceção de 12% a 15% é possível.

Como os limites de ganho do cristal podem capturar elétrons, a eficiência é significativamente baixa.

Os painéis policristalinos têm um coeficiente térmico reduzido, o que implica que suas classificações de alta temperatura são ligeiramente mais baixas.

Embora exijam pouco espaço para instalação e estejam amplamente disponíveis, eles são menos produtivos do que os painéis solares de silício monocristalino.

Painel Solar de Silício Monocristalino

O painel solar de silício monocristalino é cortado de ligas, dando ao painel um layout consistente.

Esses cristais de tamanho astronômico são difíceis de produzir porque são raros e o processo de recristalização é incrivelmente caro.

Possui uma ótima relação potência-tamanho, com uma eficiência de 135-170 Watts por metro quadrado.

Além disso, algumas das unidades agora têm uma conversão de eficiência de 18%.

A principal desvantagem é que é sensível à sombra e à poeira.

Mesmo se apenas uma célula do painel solar estiver na sombra, seu desempenho cairá para 20%.

Painel solar amorfo ou de película fina

Por meio da deposição de vapor, o silício é pulverizado sobre o substrato.

A água de silicone tem uma camada de 1 mícron de espessura, indicando que requer menos energia para ser gerada e é menos eficiente do que a água mono ou policristalina.

Ele tem um desempenho excelente em ambientes mais quentes quando comparado aos outros dois painéis, mas ocupa mais espaço.

Por usar menos silício e não ter moldura de alumínio, a eficiência geral é reduzida automaticamente.

O efeito Staebler-Wronski reduz a eficiência do módulo, e a razão básica é que a exposição prolongada à luz solar causa uma deformidade na densidade do silício amorfo.

Qual é o objetivo de um inversor de sistema de energia solar?

O inversor é o componente mais trabalhoso do seu sistema solar.

Sua função principal é converter a corrente contínua (DC) que flui de seus painéis solares em corrente alternada (AC) usada por sua casa.

Além desta função primária, os inversores solares realizam três tarefas adicionais: rastreamento de tensão, comunicação de rede e desligamento de emergência.

Os inversores de painel solar são responsáveis por monitorar continuamente a voltagem de seu sistema solar para determinar a potência ideal na qual seus painéis solares podem operar, garantindo que os painéis gerem a energia mais limpa e completa.

Inversores fora da rede geralmente usam tecnologia de onda senoidal modificada mais barata.

Em contraste, os inversores solares domésticos vinculados à rede geram uma onda senoidal pura de eletricidade CA, garantindo que seus eletrodomésticos sensíveis operem de maneira uniforme e eficiente.

Os inversores solares devem se comunicar com a rede elétrica.

Os inversores garantem que nenhuma energia dos painéis solares chegue às linhas de transmissão fora de sua casa no caso de uma queda de energia de curto prazo.

Isso garante que os especialistas que fazem reparos na fiação não sejam prejudicados.

Quando sua casa não precisa de energia ou suas baterias estão cheias, seus inversores alimentam cargas de energia na rede (se você os tiver conectado ao seu sistema solar).

Os inversores também precisam ser desligados se detectarem um arco elétrico perigoso, que é causado pelo envelhecimento do sistema e pela degradação do material na fiação e nos painéis solares de sua casa.

Alguns inversores superam outros no que diz respeito ao desligamento de segurança.

Opções de inversor para seu sistema de energia solar

Uma das decisões mais importantes a fazer ao instalar um sistema de painel solar em sua casa é o tipo de inversor a ser usado.

Os inversores são essenciais para o desempenho contínuo do seu sistema de energia solar devido aos complexos eletrônicos de energia e software contidos nele.

Existem 4 tipos principais de inversores solares para escolher:

Inversores de String

Um inversor string é projetado para funcionar com painéis que são essencialmente enfileirados em grupos.

Toda a eletricidade DC gerada pelos painéis é enviada pela linha de uma vez para o inversor para conversão em AC.

Os inversores de string podem lidar com vários conjuntos de strings, e você pode precisar de mais de um, dependendo do tamanho de sua instalação solar.

Suponha que um dos painéis seja sombreado por árvores em um determinado horário do dia.

Nesse caso, a eficiência de todo o conjunto se deteriora, pois a produção depende do desempenho do painel solar de pior desempenho.

Os inversores de string normalmente duram de 10 a 15 anos.

Alguns podem durar até 20 anos se instalados em um local fresco e bem ventilado, longe da luz solar direta.

Microinversores

Quando alguns painéis foram comprometidos por sombra, danos ou excesso de fezes de pássaros, alguns engenheiros inteligentes criaram o conceito de microinversores solares para resolver problemas de desempenho do sistema.

Microinversores fazem o trabalho de conversão de DC para AC na parte traseira de cada painel.

Mesmo sob condições de sombreamento variáveis, os níveis máximos de corrente alternada (AC) fluem de seus painéis solares para sua casa e a rede elétrica.

Pesquisas revelam que o uso de microinversores em vez de inversores de string resulta em um aumento de 27% na eficiência em instalações solares parcialmente sombreadas.

Ter um componente em cada painel também permite o monitoramento de painel individual, que alerta você sobre quaisquer problemas de desempenho inesperados.

Otimizadores de potência

Os otimizadores de energia, semelhantes aos microinversores, são fixados na parte traseira de cada painel solar e permitem o rastreamento individual do painel.

No entanto, eles não convertem eletricidade de DC para AC.

Em vez disso, eles monitoram a tensão e o status da corrente CC que passa pelas cadeias de seus painéis solares para garantir que a quantidade máxima de energia seja enviada ao inversor.

A eletricidade CC otimizada e condicionada é encaminhada para um inversor menor e modificado, que converte a energia CC em corrente alternada (CA).

As configurações do otimizador de energia são mais baratas do que os microinversores, são mais confiáveis e permitem uma expansão simples do sistema.

Como as baterias e os painéis solares conversam na mesma linguagem DC, os otimizadores de energia são ideais para sistemas de backup de bateria.

A energia de seus painéis solares pode carregar diretamente suas baterias, evitando perdas no sistema causadas pela conversão de CC em CA e de volta em CC.

Inversores Híbridos

Com a ênfase crescente na confiabilidade e independência energética, é importante observar que os inversores híbridos também complementam os sistemas de backup de bateria doméstica.

Os inversores híbridos podem converter eletricidade CC de seus painéis solares em CA para sua casa, bem como eletricidade CA da rede em CC para carregar seu banco de baterias.

Eles também incluem um controlador de carga, que detecta de forma inteligente quando direcionar eletricidade para suas baterias, circuitos domésticos ou rede, ou quando retirar eletricidade da rede para carregar sua bateria.

Alguns inversores híbridos têm vários modos que podem ser instalados para alimentar circuitos domésticos críticos quando a rede está desligada.

Instrumentação e medidores do sistema de energia solar

Painéis solares pré-projetados com todos os componentes de que você precisa, até as porcas e parafusos, estão disponíveis para compra.

Considerando uma descrição de sua localização e necessidades, qualquer bom fornecedor pode dimensionar e especificar sistemas para você.

No entanto, o conhecimento de partes do sistema, os vários tipos disponíveis e os critérios de seleção são essenciais.

Os protetores de sobretensão evitam que o sistema sofra picos de tensão que podem ocorrer se um raio atingir os painéis solares ou as redes elétricas próximas.

Uma oscilação de energia é um aumento substancial na tensão acima da tensão do projeto.

Os painéis solares utilizam principalmente dois tipos de medidores:

Medidor de quilowatt-hora utilitário

Um medidor de quilowatt-hora da concessionária mede a quantidade de eletricidade fornecida ou recebida da rede.

As empresas de serviços públicos normalmente usam medidores bidirecionais com display digital em residências com sistemas elétricos solares para manter um controle separado da eletricidade em ambas as direções.

Algumas empresas de energia permitem que você use um medidor padrão que pode girar para trás.

Nesse caso, o medidor de energia elétrica gira para frente quando você extrai energia da rede e para trás quando o sistema alimenta ou "empurra" energia para a rede.

Medidor do Sistema

O medidor do sistema monitora e exibe a condição e a eficácia do sistema.

A geração de energia por módulos, a energia utilizada e a carga da bateria são exemplos de pontos monitorados.

É possível operar um sistema sem um medidor de sistema, mas medidores são fortemente recomendados.

Como os controladores de carga modernos incluem funções de monitoramento do sistema, um medidor de sistema separado pode não ser necessário.

Desconexões do sistema de energia solar

As desconexões de segurança, automáticas e manuais, protegem a fiação e os módulos de picos de tensão e outras falhas do sistema.

Eles também garantem que o sistema possa ser desligado com segurança e que as peças possam ser removidas para reparo e manutenção.

Para sistemas conectados à rede, as desconexões de segurança garantem que o equipamento de geração esteja isolado da rede, o que é crítico para a segurança do pessoal da concessionária.

no geral, cada fonte de alimentação ou dispositivo de armazenamento de energia no sistema requer uma desconexão.

Nem sempre é necessário ter uma desconexão diferente para cada uma das funções do sistema.

Por exemplo, se um inversor estiver posicionado do lado de fora, uma desconexão CC pode funcionar como a desconexão CC do array e a desconexão CC do inversor.

Durante a manutenção de qualquer componente, considere se negligenciar uma desconexão separada contribuirá para uma condição perigosa.

Leve em consideração a posição da desconexão também.

Uma desconexão posicionada de maneira inconveniente pode levar a uma propensão a deixar a energia ligada durante a manutenção, representando um risco à segurança.

A desconexão DC do componente ajuda a interromper com segurança o fluxo de corrente elétrica do painel solar durante a manutenção ou detecção de falha.

Para proteção contra picos de tensão, a desconexão DC da matriz também pode incluir disjuntores ou fusíveis integrados.

A desconexão CC do inversor, em conjunto com a desconexão CA do inversor, é usada para desconectar com segurança o inversor de todo o sistema.

Na maioria dos casos, a desconexão CC do inversor também funciona como a desconexão CC do array.

A desconexão CA do inversor separa os painéis solares da fiação da casa, bem como da rede.

A desconexão CA é normalmente instalada dentro do painel elétrico principal da casa.

Suponha que o inversor não esteja próximo a empresas de energia.

Nesse caso, geralmente requer uma desconexão CA externa que seja segura, tenha lâminas visíveis e seja instalada próxima à rede elétrica para fácil acesso.

Uma desconexão CA localizada dentro do painel elétrico ou como parte do inversor não atenderia a essas especificações.

A remoção do medidor em si é uma opção aplicável a algumas empresas de serviços públicos como uma desconexão CA acessível, mas esse não é o padrão.

Visite a concessionária para verificar as especificações de conexão à rede antes de comprar o equipamento.

O painel elétrico, uma desconexão AC adicional deve ser instalada perto do inversor.

Módulos do sistema de energia solar

O módulo solar é o núcleo de um sistema de energia solar.

O produtor conecta várias células solares para criar um módulo solar.

Quando os módulos solares são instalados em um local, eles são conectados em série para formar cadeias de caracteres.

Conectar strings de módulos em paralelo forma uma matriz.

Os sistemas fotovoltaicos residenciais que são conectados à rede usam módulos com saídas de energia avaliadas que variam de 100 a 300 watts.

A potência nominal é a energia ideal que um painel pode gerar com 1.000 watts de raios solares por metro quadrado no ar parado a uma temperatura de célula de 25o C.

As realidades práticas raramente complementam as eficiências comercializadas, então a produção real de energia é frequentemente menor.

Os sistemas complexos que não usam baterias são normalmente conectados para gerar 235V a 600V.

Tensões de array mais altas também estão sendo usadas em sistemas baseados em bateria, embora a maioria dos controladores de carga ainda exija tensões mais baixas de 12 V, 24 V ou 48 V para complementar a tensão da sequência de baterias.

Como os preços e recursos dos módulos mudam constantemente conforme a tecnologia e as técnicas de produção melhoram, é difícil fazer recomendações que serão verdadeiras no futuro, como qual tipo de módulo é mais barato ou a melhor opção em geral.

As comparações devem ser baseadas em detalhes atuais fornecidos pelos produtores e nas diretrizes rígidas de uso.

Módulos de alto desempenho terão uma proporção maior de watts para área.

Quanto maior a eficiência, menor a área (ou seja, menos módulos) necessária para atingir a mesma produção de energia de um painel.

Módulos mais eficientes reduzirão os custos de instalação, mas isso deve ser balanceado com o maior custo dos módulos.