Uma instalação solar fotovoltaica é um conjunto de elementos que tem por finalidade produzir eletricidade a partir da energia solar. É um tipo de energia renovável que capta a radiação solar através de painéis fotovoltaicos.
As diferentes partes de um sistema fotovoltaico variam ligeiramente dependendo se são instalações fotovoltaicas ligadas à rede ou sistemas isolados.
Em instalações isoladas, a energia gerada pode ser armazenada por meio de baterias solares e reguladores de carga. No caso de instalações ligadas à rede, a eletricidade gerada é fornecida à rede elétrica geral para distribuição.
Os principais elementos de uma instalação solar fotovoltaica são:
1. Painéis solares fotovoltaicos
O painel solar fotovoltaico é o elemento que capta a radiação solar e é responsável por transformar a energia solar em eletricidade através do efeito fotovoltaico. Este tipo de painéis solares são compostos por pequenos elementos chamados células fotovoltaicas.
A célula fotovoltaica é a parte do painel fotovoltaico responsável por transformar a radiação solar em energia elétrica graças ao efeito fotovoltaico. O resultado é uma corrente elétrica em corrente contínua.
As células fotovoltaicas são encapsuladas em duas camadas entre uma folha frontal de vidro e uma camada posterior de um polímero termoplástico ou outra folha de vidro. A lâmina de vidro é utilizada quando se deseja obter módulos com algum grau de transparência.
Normalmente este conjunto de elementos é enquadrado numa estrutura de alumínio anodizado para aumentar a resistência e facilitar a ancoragem do módulo fotovoltaico.
As células fotovoltaicas mais comuns são feitas de silício e podem ser divididas em três subcategorias:
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Células fotovoltaicas de silício monocristalino.
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Células fotovoltaicas de silício policristalino, com maior desempenho.
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As células de silício amorfo são as menos eficientes, mas menos caras.
2. Inversores de potência
O inversor solar é um dispositivo eletrônico encarregado de converter a corrente gerada no painel fotovoltaico de forma que seja ideal para o fornecimento elétrico. Um inversor converte a corrente contínua gerada em corrente alternada.
O painel solar fotovoltaico deste tipo de instalação fornece eletricidade em forma de corrente contínua. Essa corrente pode ser transformada em corrente alternada através do inversor de potência e injetada na rede elétrica ou na rede interna.
O processo simplificado seria o seguinte:
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A energia é gerada em baixas tensões (380-800 V) e corrente contínua.
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É transformado em corrente alternada com um inversor de potência.
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Nas centrais com potência elétrica inferior a 100 kW, a energia é injetada diretamente na rede de distribuição de baixa tensão. E para potências superiores a 100 kW, é utilizado um transformador para elevar a energia para média tensão e esta é injetada nas redes de transporte.
3. Rastreadores solares (opcional)
Os rastreadores solares são mecanismos que orientam a posição dos painéis fotovoltaicos em função da posição do Sol para aumentar o seu desempenho. Seu uso é bastante comum na produção de energia solar.
Os rastreadores solares permitem aumentar significativamente a produção solar, cerca de 30% para os primeiros e mais 6% para os segundos, em locais com elevada radiação direta.
Existem vários tipos de rastreadores solares:
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Rastreadores solares em dois eixos: a superfície do painel fotovoltaico permanece sempre perpendicular ao Sol.
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Rastreadores solares em um eixo polar: a superfície do painel solar gira em um eixo voltado para o sul e inclinada em um ângulo igual à latitude.
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Rastreadores solares em um eixo azimutal: a superfície gira em torno de um eixo vertical, o ângulo da superfície é constante e igual à latitude.
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Rastreadores solares em um eixo horizontal: a superfície gira em um eixo horizontal e é orientada na direção norte-sul.
4. Fiação elétrica e conexões
A fiação elétrica é o elemento que transporta a energia elétrica desde sua geração, até sua posterior distribuição e transporte. Seu dimensionamento é determinado pelo critério mais restritivo entre a máxima diferença de potencial e a máxima intensidade admissível.
Obviamente, o tamanho da fiação elétrica é muito maior no caso de instalações solares conectadas à rede. No caso de instalações isoladas, basta transferir energia elétrica localmente, geralmente para baterias elétricas.
Os cabos mais importantes numa instalação fotovoltaica são:
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Cabos solares (PV) : conectam painéis solares e componentes do sistema para transportar energia solar.
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Cabos de conexão à rede: Conectam o inversor à rede elétrica para injetar ou utilizar a energia gerada pelos módulos fotovoltaicos.
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Cabos de bateria: Conecte as baterias ao inversor para carregar e descarregar energia.
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Fios terra: Garanta a segurança elétrica conectando os componentes ao terra.
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Cabos de corrente contínua (DC) e de corrente alternada (AC): São os cabos elétricos que conectam os painéis fotovoltaicos ao inversor de potência e ao sistema de distribuição elétrica.
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Cabos de proteção contra raios: Esses cabos protegem as instalações contra raios, canalizando a energia para o solo.
5. Baterias e reguladores de carga (opcional)
No caso de instalações solares autônomas, é necessária a utilização de baterias para armazenar a energia elétrica gerada.
Para o correto funcionamento destes elementos é também necessário um regulador de carga para garantir o enchimento ideal das baterias e assim prolongar a vida útil das baterias.
6. Estrutura de montagem
Os painéis solares devem ser montados numa estrutura que os suporte e os coloque na posição adequada para captar o máximo de luz solar. Essas estruturas podem ser montadas em telhados, no solo ou em rastreamento solar.
7. Caixa combinada ou caixa combinadora
Esta caixa abriga conexões elétricas e dispositivos de segurança, como chaves seccionadoras, fusíveis e dispositivos de proteção contra surtos.
8. Medidor bidirecional (opcional)
Em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, um medidor bidirecional é usado para medir a energia gerada pelos painéis solares e a energia consumida da rede.
Isto permite a compensação do excesso de energia gerada.
Algumas instalações solares incorporam sistemas de monitoramento e controle que permitem monitorar o desempenho do sistema em tempo real e ajustar as configurações conforme necessário.