Trabalho interdicíplinar

TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO II

INSTITUTO POLITÉCNICO

CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA

ENERGIA FOTOVOLTAICA

ENGENHARIA CIVIL MANHÃ:

INTEGRANTES: Anderson Perterson, Arthur Lima Veludo, David Ramalho, Paulo Patrick Rodrigues, Marcel Soares, Thiago Henrique da Silva, Veridiane Linhares

Professor(a) TIDIR Orientador: Alysson Ribeiro das Neves

Professores Co-orientadores; Marcelo Souza Chaves, Marcelo Augusto

Silva e Leopoldo Grajeda Fernandes

TEMA: Fontes renováveis de energia

SUBTEMA: Energia  Fotovoltaica

INDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA:

O tema fontes renováveis de energia vem ganhando ascensão a cada dia que passa motivado por uma maior consciência por parte da humanidade sobre a necessidade de investimentos na utilização de fontes de energia limpas, visando o desenvolvimento sustentável.

 OBJETIVO:

Diminuir os gastos de energia elétrica, utilizando a energia fotovoltaica produzida pelo sol.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Implementar energia fotovoltaica nas construções em  grande  escala. Compreender como os sistemas fotovoltaicos são capazes de gerar energia elétrica através das chamadas células fotovoltaicas. Descobrir o ângulo horário solar pois ele determina o vetor da direção dos raios solares em direção a placa de energia fotovoltaica.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA:

         O sistema fotovoltaico é constituído por células fotovoltaicas, que são inteiramente responsáveis pela transformação da radiação solar em energia elétrica. Para obtê-las é necessária uma estrutura apropriada, em que os elétrons excitados possam ser coletados gerando uma corrente útil. (SEGUEL, 2009a). Uma célula fotovoltaica, isolada, tem capacidade reduzida de produção de energia elétrica entre 1 e 2 W, correspondente a uma tensão de 0.5 V e uma corrente entre 2 e 4 A. Normalmente um módulo fotovoltaico é formado por cerca de 33 a 36 células ligadas em série, gerando uma tensão necessária para alimentar uma bateria de 12 V.(SEGUEL, 2009b). Em um sistema em série, o banco de baterias é interligado com o fluxo de energia. O carregador de baterias funciona como ajustador da tensão para carga das baterias. O conversor elevador aumenta a tensão do banco de baterias para o nível necessário na entrada do inversor. O sistema paralelo tem como característica o emprego do banco de baterias em paralelo com o fluxo de energia do sistema, a diferença nesta configuração é que o conversor que realiza a carga e o conversor elevador de tensão não estão em série com os principais estágios de processamento de energia. Segundo Imhoff (2007) diz que “as principais desvantagens de uma configuração em série em sistemas autônomos com banco de baterias são”:

1) Que no sistema em série, toda a energia produzida pelo sistema circula pelo banco de baterias, diminuindo a vida útil das baterias, e aumentando os custos de manutenção do sistema.

2) Nos sistemas fotovoltaicos residenciais, o sistema é exigido a ter pelo menos três etapas de conversão.

Segundo Enslin e Snyman (1991), no sistema paralelo ao diminuir o número de estágios em série por consequência terá aumento na eficiência do sistema fotovoltaico. Sendo assim, esta configuração tem vantagens em relação à configuração em série, já que após o carregamento do banco de baterias, elas podem ser desconectadas do sistema, podendo a carga ser alimentada apenas pela energia gerada pelos painéis fotovoltaicos. Esta configuração também permite um melhor controle da carga do banco de baterias e a sua vida útil terá um grande aumento, comparada ao sistema em série. Além disso, como a potência processada por este conversor durante a carga das baterias e o estagio de elevação de tensão são diferentes, a frequência de operação e os componentes semicondutores utilizados em cada modo de operação são dimensionados de acordo com a potência processada. (ANEXO 1) (ANEXO 2)

O Efeito Fotovoltaico acontece quando a luz solar, através de seus fótons, é absorvida pela célula fotovoltaica. A energia dos fótons é transferida para os elétrons que, por sua vez ganham a capacidade de movimentar-se e esse movimento gera a corrente elétrica. (Ribeiro S.C/2012). A luz é uma onda eletromagnética, tal conclusão foi fundamentada na experiência onde a luz atravessava uma fina fenda e apresentava fenômenos de difração e da interferência, tais comportamentos são de natureza ondulatória. Em 1905, Albert Einstein, explicou o efeito fotoelétrico onde, a luz de uma determinada frequência incide numa superfície de metal e faz com que elétrons sejam ejetados da superfície. Outra placa com maior energia potencial elétrica pode ser colocada na frente da primeira placa sem que seja iluminada para absorver os elétrons da primeira placa e para que se possa medir a corrente fotoelétrica. Então a luz era o sistema discreto formado por estes pacotes de energia, como uma partícula denominando-o Fóton.  O Fóton, como qualquer partícula, possui certa energia (E) e frequência (F), é proporcional e está relacionado a uma constante, denominada Planck (h), dada abaixo:

[pic 1]

     Equação para determinar a Energia do Fóton é dada abaixo:

[pic 2]

     Um fóton não possui massa em repouso, afinal é gerado na velocidade da luz, a qual é definida como:

[pic 3]

Constante Solar: A Constante Solar é denominada pelo fluxo da radiação do Sol, que é o total de energia que atinge a atmosfera na superfície em  , perpendicularmente aos raios solares em 1 minuto.[pic 4]

De acordo com várias medições, o valor da constante solar (S) se conhece com precisão de 1% de erro.

[pic 5]

Irradiância Global de um Painel Fotovoltaico: Irradiância é a densidade de energia na superfície plana, o qual os raios solares se propagam perpendicularmente, expresso em .[pic 6]

Tal Irradiância Global (G) de um painel fotovoltaico é o valor de B que atinge a célula solar, decorrente aos fatores externos, tais como a massa de ar e outros poluentes na atmosfera. Onde, B é o valor padrão de , determinado pelos fabricantes do painel fotovoltaico.[pic 7]

A Expressão de G é dada por:

[pic 8]

Onde,  é a constante Solar [pic 9][pic 10]

 é o fator de correção de excentridade, o qual pode ser calculado da seguinte forma:[pic 11]

[pic 12]

Onde,   é a distância do Sol á Terra, dada em 149,600,000 km.[pic 13]