06 - Sistemas Fotovoltaicos | Energia Solar | Eletricidade
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Empresa Meia Sombra - Relatório Certificação Energética
QUALIDADE DE TENSÃO EM UMA SUBESTAÇÃO CONECTADA COM UM PARQUE EÓLICO
ABC-Da-Energia.pdf
Fontes Energéticas.docx
DIMENSIONAMENTO_DE_UM_SISTEMA_FOTOVOLTAICO.pdf
Um Sistema Fotovoltaico é uma fonte de potencial elétrico, que utiliza como fonte primária a luz do Sol. Em um sistema fotovoltaico, as células fotovoltaicas transformam a Radiação Solar diretamente em energia elétrica.
Os sistemas fotovoltaicos podem ser implantados em qualquer localidade que tenha radiação solar suficiente. Sistemas fotovoltaicos não utilizam combustíveis, não possuem partes móveis, e por serem dispositivos de estado sólido, requerem pouca manutenção e em períodos mais espaçados. Durante o seu funcionamento, não produzem ruído acústico ou eletromagnético, e não emitem gases tóxicos ou outro tipo de poluição ambiental.
A confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos é tão alta, que são utilizados em locais inóspitos como: espaço, desertos, selvas, regiões remotas, etc.
Os sistemas fotovoltaicos são classificados de acordo à forma como é feita a geração ou entrega da energia elétrica em:
1 - Sistemas Fotovoltaicos Isolados
2 - Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (On-Grid)
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Um Sistema Fotovoltaico Isolado é aquele que não tem contato com a rede de distribuição de eletricidade das concessionárias. Os sistemas fotovoltaicos isolados podem ser classificados em Híbridos ou Autônomos. Sistemas Fotovoltaicos Autônomos podem ser com, ou sem armazenamento elétrico.
Um sistema fotovoltaico híbrido trabalha em conjunto com outro sistema de geração elétrica, que pode ser um aerogerador (no caso de um sistema híbrido solar-eólico), um moto-gerador a combustível líquido (ex.: diesel), ou qualquer outro sistema de geração elétrica.
Um sistema híbrido pode ou não possuir sistema de armazenamento de energia. Quando possui, geralmente o sistema de armazenamento tem autonomia menor ou igual a um dia.
Um sistema fotovoltaico puro é aquele que não possui outra forma de geração de eletricidade. Devido ao fato de o sistema só gerar eletricidade nas horas de Sol, os sistemas autônomos são dotados de acumuladores (baterias) que armazenam a energia para os períodos sem Sol, o que acontece todas as noites, e também nos períodos chuvosos ou nublados. Os acumuladores são dimensionados de acordo à autonomia que o sistema deve ter, e esta varia de acordo às condições climatológicas da localidade onde será instalado o sistema fotovoltaico.
Sistemas Fotovoltaicos Autônomos Sem Armazenamento
Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Autônomo:
Um sistema fotovoltaico residencial autônomo, geralmente, possui os seguintes componentes:
1 – Painel fotovoltaico;
2 – Controlador de Carga/Descarga das baterias;
3 – Banco de baterias;
4 – Inversor autônomo, para cargas em Corrente Alternada;
5 – Cargas Corrente Contínua ou Corrente Alternada;
Nos capítulos seguintes serão explicados os detalhes sobre cada um dos componentes de um sistema fotovoltaico autônomo.
Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (On-Grid)
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede fornecem energia para as redes de distribuição. Todo o potencial gerado é rapidamente escoado para a rede, que age como uma carga, absorvendo a energia.
Características de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR), também chamados de sistemas fotovoltaicos on-grid, geralmente não possuem subsistemas de armazenamento de energia, e por isso são mais eficientes que os sistemas autônomos, além de, geralmente, serem mais baratos (proporcionamente à sua potência). A rede de distribuição age como uma 'bateria', armazenando o potencial que é injetado, que poderá ser utilizado em momentos de baixa geração do sistema, o que acontece nos dias de pouca insolação e todas as noites.
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede dependem de regulamentação e legislação favorável, pois usam a rede de distribuição das concessionárias para o escoamento da energia gerada, e posterior retorno desta energia para o consumidor.
Por funcionarem em paralelo com a rede, os SFCR possuem dispositivos de interface mais sofisticados, que incorporam sistemas de proteção que evitam o ilhamento, que é o funcionamento do sistema fotovoltaico na ausência de eletricidade na rede. Devido a isso, um SFCR não funciona como sistema de backup de energia, sendo totalmente dependente da rede elétrica.
Resumindo e simplificando: um sistema fotovoltaico conectado à rede funciona gerando potência elétrica pela luz do Sol e injetando-a na rede de distribuição.
Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Conectado À Rede (On-Grid)
Um sistema fotovoltaico conectado à rede, geralmente, possui os seguintes componentes:
– Caixa de Junção do painel fotovoltaico;
3 – Cabeamento;
4 – Inversor Interativo;
5 – Medidor(es) de energia;
O Inversor Interativo é o principal componente de um sistema fotovoltaico conectado à rede. Ele é responsável pelo gerenciamento da energia gerada e aplica à rede de distribuição. É o coração do sistema fotovoltaico on-grid.
Não é qualquer inversor que pode ser utilizado para esta função. Como é um dispositivo responsável pela gestão, tanto do painel fotovoltaico, quanto pela energia injetada na rede das distribuidoras de energia, os inversores interativos são muito mais críticos que os inversores autônomos, por isso são homologados para funcionamento por diversor órgão internacionais.
Sistemas Fotovoltaicos e Integração Arquitetônica
Um SFCR pode ser integrado à edificação, de tal maneira que os componentes ativos (módulos fotovoltaicos) façam parte da construção, substituído itens como coberturas, detalhes da fachada, etc. Algumas instituições utilizaram essa técnica que permite a uma área da edificação ter a função de gerar uma parte do potencial energético consumido.
Para ser classificado como "integração arquitetônica" os módulos fotovoltaicos têm necessariamente que substituir algum material de construção. Se não for esse o caso, é chamado de "superposição de materiais".
Com a integração arquitetônica, também conhecida por BIPV (de Build Integrated Photovoltaic), geralmente os painéis solares não estão posicionados de maneira a conseguirem a melhor captação solar. Essa técnica nem sempre é recomendada quando se deseja o melhor desempenho de um sistema fotovoltaico, devendo ser avaliado o seu uso em sistemas fotovoltaicos autônomos.
Polícas de Uso das Redes de Distribuição - Feed In Politics
Diferente dos Sistemas Fotovoltaicos Isolados, que não estão em contato com a rede de distribuição de eletricidade, os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede são diretamente ligados à rede. Por esse motivo são totalmente dependentes da rede e não funcionam sem a rede.
É possível que um Sistema Fotovoltaico Conectado à rede funcione em uma rede isolada, criada apenas para viabilizar tecnicamente os inversores interativos - veja o vídeo: Energia Solar em Redes Isoladas, nos Conteúdos Relacionados.
Devido a essa dependência da rede de distribuição de energia elétrica, os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede necessitam de regulamentação específica.
Como um SFCR (Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede), na maioria das vezes, não armazena a energia gerada, toda a energia é injetada na rede, sendo utilizada pelos aparelhos elétricos, tanto na edificação onde o sistema é instalado, quanto nas edificações mais próximas. O proprietário de um sistema fotovoltaico gera sua própria energia, mas é preciso que a empresa distribuidora de energia permita o uso do seu sistema de distribuição.
Além disso, o SFCR gera apenas nas horas de sol, ou seja, durante o dia. Na maioria das residências, ao contrário do comércio, o maior consumo de eletricidade costuma ser à noite. Portanto em uma edificação de uso comercial, a energia gerada é consumida pelos aparelhos elétricos durante a geração. Já em uma residência, o SFCR vai injetar a energia durante o dia, e o consumidor pegará de volta à noite.
Para que seja possível esse modo de funcionamento, é necessário uma regulamentação do relacionamento entre o consumidor que produz a sua própria energia, e as distribuidoras de energia.
O modelo de relacionamento mais simples, é o que institui o sistema de créditos de
energia. Neste modelo o cliente tem o direito de usar a rede de distribuição como uma espécie de bateria, permitindo que ele injete potencial elétrico e tenha o direito de receber esse potencial de volta.
A distribuidora de energia mede a quantidade de energia que o cliente consumiu e a
quantidade de energia que ele gerou, cobrando a diferença. É possível que seja cobrado
do cliente uma taxa de uso da rede de distribuição, quando esse produzir todo o potencial elétrico que consumiu, fazendo com que a conta seja zero.
Créditos Financeiros - Tarifa Prêmio
Em muitos países, como forma de incentivar o uso de sistemas de geração por energias renováveis, os governos locais instituem leis que permitem o comércio legal de energia elétrica entre os consumidores/produtores e as distribuidoras.
Nestes locais, ao fim do mês, o prosumidor (produtor/consumidor) de energia elétrica pode receber dinheiro, ao invés de pagar a conta de consumo de eletricidade.
Nos paises que mais investiram em energia solar fotovoltaica, foi criada uma estratégia de incentivo aos sistemas fotovoltaicos ainda mais forte: a instituição de um preço diferenciado para a energia elétrica gerada pela fonte solar.
É a chamada Tarifa Prêmio, chamada de Feed-In Tariff (que significa tarifa de injeção
de eletricidade). A Alemanha foi o primeiro país a criar esse sistema de incentivo, no
qual a energia injetada na rede tem valor maior que a energia puxada da rede.
A motivação para esse incentivo era cobrir os custos mais elevados da instalação de um
SFCR que, na época, eram muito maiores que hoje em dia. Assim o prosumidor teria o tempo de retorno de seu investimento reduzido.
O tempo médio de payback, na Alemanha, é entre oito e quinze anos.
Mesmo com todo o incentivo financeiro. O grande problema é a falta de disponibilidade solar.
No Brasil, HOJE, mesmo sem incentivo algum, o tempo médio
de payback é entre 7 e 13 anos.
As Tarifas Feed-In são projetadas para diminuirem ao longo dos anos, à medida que a tecnologia se populariza e torna-se mais acessível.
A exemplo da Alemanha, muitos países da Europa criaram incentivos semelhantes,
alguns até mais fortes. Infelizmente, a crise européia abalou tanto as finanças, que a maioria dos países cortaram os incentivos. Um dos casos mais críticos foi da Espanha,
que chegou a gerar prejuízo aos prosumidores.
Sistemas de Medição da Energia Gerada
Existem duas formas de medir a energia gerada por um SFCR:
1 - Medição do excedente gerado, usando um único medidor;
2 - Medição Total da energia gerada, utilizando um medidor para a entrada e outro para o SFCR.
Medição Líquida - Net Metering
O sistema que utiliza apenas um medidor é chamado de Net Metering, que
significa medição líquida. Nesse sistema o relógio de luz gira para os dois lados: no sentido horário, quando a energia está entrando, vindo da rede; e no sentindo anti- horário, quando a energia está saindo pela rede, vindo do SFCR.
No fim do período de cobrança (geralmente um mês) será cobrada a diferença entre o que foi gerado (saindo pela rede) e o que foi consumido (entrando no quadro-elétrico) apenas pela visualização do medidor de energia (relógio de luz). Um valor positivo significa conta a pagar; um resultado negativo significa créditos a receber.
Medição Separada - Dual (Gross) Metering
O sistema que utiliza dois medidores é chamado de Dual (Gross) Metering. É mais
vantajoso que o sistema de Net Metering pois a energia é integralmente injetada na rede e só depois volta para o consumo. No Net Metering, a energia excedente é que vai para a rede; depois de alimentar os equipamentos elétricos internos. Assim, o montante de energia que vai pra rede é menor, em relação ao Dual (Gross) Metering.
O uso do sistema de medição dupla, aliado a uma tarifa prêmio gera os melhores
resultados financeiros. O Net Metering é utilizado na maioria dos locais onde não há tarifa prêmio, por isso é sinônimo de créditos de energia.
Sistemas Fotovoltaicos no Brasil
No dia 17 de Abril de 2012, a diretoria da ANEEL (Agência Brasileira de Energia Elétrica), durante uma reunião ordinária, voltou e aprovou a Resolução Normativa 482/2012, que estabelece o marco regulatório para a inserção da energia solar fotovoltaica na matriz energética brasileira.
Essa Resolução Normativa (disponível entre os Conteúdos Complementares) entrou em vigor na data da sua publicação (19 de Abril de 2012), mas deu à distribuidoras o prazo de 240 para se adequar, legal e tecnicamente, e oferecer o acesso para micro e mini geradores de eletricidade para uso próprio.
A RN 482/2012 instituiu o Sistema de Compensação de Energia, que permite o uso
de créditos de energia, conforme explicado acima. O sistema de medição será o Dual
Junto com a RN 482/2012 foi feita uma modificação nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica (PRODIST), criando uma referência padrão para que as distribuidoras possam ajustar as suas normativas técnicas e legais.
Reserve um tempo para a leitura de ambos: a Resolução Normativa 482/2012 e o PRODIST 3 Secção 3.7. As informações contida lá são de muito importância para entender como serão os sistemas fotovoltaicos no Brasil.