PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO SANTO

ENGENHARIA MEcânica

LUCAS GUIMARÃES TANNURI FIORIO

MARCOS RAMIRO

ROBERTO GUILHERME LOPES

PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL

Cachoeiro de Itapemirim

2016

LUCAS GUIMARÃES TANNURI FIORIO

MARCOS RAMIRO

ROBERTO GUILHERME LOPES

PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL

Disciplina: Fontes Alternativas de Energia do curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal do Espírito santo.

Professor: Erick Bernabé Zanelato

CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM

2016

Índice de Figuras

Figura 1: Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício. 9

Figura 2: Sistema Fotovoltaico. 11

Figura 3: Módulo Fotovoltaico. 12

Figura 4: Inversor de 3kW. 13

Figura 5: Sistema de monitoramento. 14

Figura 6: String Box. 14

Figura 7: Bateria estacionária. 15

Índice de Tabelas

Tabela 1: Potências e custo de instalação 16

Tabela 2: Retorno de investimento 17

Sumário

1 Introdução 6

1.1 Princípios de Funcionamento da Célula Fotovoltaica 6

2 Objetivos 10

3 Desenvolvimento 11

3.1 Funcionamento de um sistema fotovoltaico 11

3.2 Especificação dos produtos 13

3.2.1 Módulo Canadian 265Wp 13

3.2.2 Inversor Fronius 14

3.2.3 Estruturas e materiais elétricos 14

3.2.4 Sistema de monitoramento 14

3.2.5 String Box (CC+CA) 15

3.2.6 Baterias Estacionárias 16

4 Custo de instalação e Retorno de investimento 17

5 Conclusões 20

6 Referências 21

Introdução

Frequentemente, nos deparamos com problemas para a produção de energia elétrica de forma sustentável, visto que, as principais fontes de energia elétrica no Brasil são as hidrelétricas e os níveis de água estão baixos, comparados a outros tempos.

Atualmente, com as fontes de energias ficando escassas, houve um investimento na produção de energias renováveis, como, eólica, mare motriz e solar, substituindo as anteriores. Porém, há necessidade de se desenvolver melhor o aproveitamento de tais energias, buscando eficiência e eficácia de sua exploração. Para isso, destacamos a utilização de sistemas fotovoltaicos.

Sistemas fotovoltaicos são capazes de gerar energia elétrica através das chamadas células fotovoltaicas, na seção 1.1 discutimos seus princípios de funcionamento. Para a sua construção o material mais comumente utilizado é o silício. Por ser o segundo elemento mais abundante na terra, não há limites com relação à matéria-prima para produção de células solares.

Princípios de Funcionamento da Célula Fotovoltaica

Existem na natureza materiais classificados como semicondutores, que se caracterizam por possuírem uma banda de valência totalmente preenchida por elétrons e uma banda de condução “vazia” (sem elétrons) na temperatura do zero absoluto (0 K). Na tabela periódica, os elementos semicondutores pertencem principalmente aos grupos 14 a 16, incluindo Carbono (C), Silício (Si), Germânio (Ge), Arsênio (As), Fósforo (P), Selênio (Se) e Telúrio (Te).

A separação entre as duas bandas de energia permitidas dos materiais semicondutores, denominada de banda proibida (bandgap, ou simplesmente gap) e representada por Eg, pode atingir até 3 eV (elétronvolt), diferenciando estes materiais dos materiais considerados isolantes, onde a banda proibida supera este valor.

As bandas são, na realidade, compostas por um conjunto de inúmeros valores discretos permitidos de energia bastante próximos, por isso muitas vezes são consideradas como contínuas.

Em função da existência de bandas de energia, uma característica importante dos semicondutores é o aumento da condutividade com a temperatura, proporcionado pela excitação térmica de elétrons da banda de valência para a banda de condução, deixando na banda de valência as lacunas, as quais constituem portadores de carga positiva, cuja mobilidade, todavia, é cerca de um terço da dos elétrons na banda de condução.

Assim, para temperaturas superiores a 0 K, há sempre no semicondutor um certo número de elétrons ocupando a banda de condução e o mesmo número de lacunas na banda de valência, denominados portadores intrínsecos, cuja concentração pode ser expressa pelas Equações 1.1 e 1.2. Para o Si o valor de ni citado pela literatura é de 1,45x1010/cm3 na temperatura de 300K.

n_i^2?B.e_kT^(-Eg) (1.1)

n=p=n_i (1.2)

Onde:

n_i - concentração de portadores intrínsecos;

n