ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2

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1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2 2º semestre de 2016 Prof. Alceu Ferreira Alves

2 Na última aula: Energia solar complementos da teoria radiação Massa de ar Irradiação diária Célula fotovoltaica funcionamento Tecnologias Módulos Características elétricas Curvas características Condições Padrão de Teste (STC, NOTC) Associação de módulos 2

3 Módulos PV Condições de Teste Condições Padrão de Teste (STC Standard Test Conditions) 3

4 Massa de Ar (AM air mass) A radiação solar que chega à superfície da Terra depende da espessura e da composição da atmosfera (partículas) A espessura depende da distância do trajeto percorrido pelos raios solares Trajeto Ângulo zenital do Sol 4

5 Massa de Ar (AM air mass) θ 5

6 Massa de Ar (AM air mass),, 6

7 Massa de Ar (AM air mass) Por que usar AM1,5? AM1,5 corresponde ao comportamento médio da radiação solar ao longo de 1 ano nos países temperados do hemisfério norte 7

8 Massa de Ar (AM air mass) AM1,5inclui EUA, Europa e Ásia pioneiros em FV Zona tropical θzé menor, AM é menor, há mais luz e calor ao longo do ano (maior insolação) 8

9 Medidas de Energia Solar (revisando) Irradiância: taxa na qual a energia solar atinge uma unidade de área (J/s.m 2 W/m 2 W.m 2 ) Irradiância também é conhecida por radiância 9

10 Medidas de Energia Solar (revisando) Radiação: integral da irradiânciapara um determinado período de tempo (W.h/m 2 ) Radiação também é conhecida por irradiação ou insolação 10

11 Orientação dos Módulos Fotovoltaicos Raios solares Ondas eletromagnéticas que chegam à Terra em linha reta (paralelas) Desvios Embora a maior parcela da energia prossiga em linha reta, parte dos raios são desviados: difusão, reflexão Incidência É diferente a inclinação nos diferentes pontos do planeta (depende da posição relativa Terra/Sol) Radiação difusa Aleatória e irregular Radiação direta Orientação adequada maximiza a captação 11

12 Mapa Solarimétrico Brasil 12

13 Orientação ângulo azimutal solar Obs. No hemisfério Sul, o ângulo azimutal solar é medido em relação à orientação NORTE 13

14 Orientação ângulo azimutal solar Ângulo azimutal solar Varia continuamente ao longo do dia (desde o nascente até o poente) Observador no Hemisfério Sul Olhando para o norte, (Equador) verá o Sol à sua direita pela manhã e à sua esquerda durante a tarde Ângulo azimutal nulo É observado ao meio-dia solar (que quase nunca coincide com o meio-dia civil) 14

15 Orientação dos Módulos Fotovoltaicos Melhor orientação no Hemisfério Sul Norte geográfico (para painéis FV sem rastreamento) 15

16 Orientação dos Módulos Fotovoltaicos Como encontrar o Norte geográfico? Indiretamente com o uso da bússola Norte geográfico é diferente do Norte magnético Subtrai-se o ângulo de correção do norte indicado pela bússola, dependendo da sua localização, corrigindo no sentido horário para um observador no Brasil (Hemisfério Sul) 16

17 Orientação dos Módulos Fotovoltaicos 17

18 Inclinação dos Módulos Fotovoltaicos Declinação Ângulo dos raios solares em relação ao plano do Equador (devido à inclinação do eixo da Terra) 18

19 Declinação Solstícios Declinação máxima Equinócios Declinação zero (raios solares paralelos ao plano do Equador) 19

20 Altura Solar Devido à declinação, a cada dia do ano o Sol descreve uma diferente trajetória (aparente) no céu Inverno A altura solar é menor (Sol mais baixo ) ângulo zenital maior massa de ar maior menor insolação Verão A altura solar é maior (Sol mais alto ) ângulo zenital menor massa de ar menor maior insolação 20

21 Altura Solar 21

22 Altura Solar definição ângulo definido entre o plano da trajetória aparente do Sol no céu e o plano horizontal (γ s ) 22

23 Ângulo de Incidência Solar β Ângulo de Inclinação do Painel α Obs. Melhor aproveitamento solar: β= 0 23

24 Ângulo de Inclinação dos Módulos FV Maioria dos Sistemas Ângulo αfixo: é preciso escolher a melhor inclinação para máxima captação 24

25 Ângulo de Inclinação dos Módulos FV Maioria dos Sistemas Ângulo αfixo: é preciso escolher a melhor inclinação para máxima captação 25

26 Ângulo de Inclinação dos Módulos FV É possível escolher o perfil de captação ao longo do ano maximizada ao longo do ano com poucas variações maximizada no inverno maximizada no verão 26

27 Ângulo de Inclinação dos Módulos FV Latitude do Local de Instalação 0 a 10 α= 10 Ângulo de Inclinação Recomendado 11 a 20 α= latitude 21 a 30 α= latitude a 40 α= latitude ou mais α= latitude+ 15 Fonte: Installation and Safety Manual of the Bosch Solar Modules 27

28 Orientação dos Módulos Fotovoltaicos Como encontrar o Norte geográfico? Usando o site 28

29 Módulos PV Características Elétricas TensãoNominal: é a tensão padrão do módulo. Tensão de Máxima Potência(Vm pp ): é a tensão máxima que o módulo gerará, em seu ponto de máxima potência (STC). Tensão em Circuito Aberto(Voc): é tensão máxima que o módulo fornece em vazio (sem carga) Corrente em Máxima Potência(Im p ): corrente máxima que um módulo pode fornecer a uma carga. Corrente de Curto Circuito(Isc): corrente máxima que o módulo fornece com seus terminais em curto circuito. Potência Máxima(P M ): a potência máxima na curva I-V para dada condição de teste. 29

30 30

31 Efeito da Radiação na Geração FV Corrente do Módulo depende diretamente da irradiância 31

32 Efeito da Temperatura na Geração FV Aumento na Temperatura reduz a tensão fornecida pelo módulo e, consequentemente, a potência gerada 32

33 Exercício Calcular o ângulo de inclinação ideal (α) para um painel fotovoltaico a ser instalado na sua localização atual. Calcular os ângulos βe γ Calcular os ângulos azimutal, zenital solar e ângulo de altura solar Calcular a massa de ar ao meio-dia solar de hoje, na sua localização atual. 33

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