PRINCÍPIOS E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

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1 PRINCÍPIOS E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Roberto Zilles

2 Conversão da energia solar Célula solar fotovoltaica LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

3 INTRODUÇÃO Fundamentos básicos da energia solar Espectro da radiação solar = 0,2 a 3,0 µm Comprimentos de onda Ultravioleta (UV) 0,2 a 0,38 µm Luz visível 0,38 µm (violeta) a 0,7 µm (vermelho) Infravermelho 0,7 µm a 3,0 µm Constante Solar = densidade média do fluxo da radiação solar = 1367 W/m 2

4 irradiância (W/m2) irradiância (W/m2) :19 7:23 7:44 7:48 8:09 8:14 8:34 8:39 9:04 9:00 9:29 9:25 9:55 9:50 10:15 10:41 11:06 11:31 Dia Claro 11:56 12:21 horário Dia com muitas nuvens 10:20 10:45 11:10 11:35 12:01 12:26 horário 12:51 12:47 13:16 13:12 13:42 13:37 Painel tecnológico para o ensino médio e técnico: 14:07 14:02 14:32 14:28 14:57 14:53 15:23 15:18 15:48 15:43 16:13 16:09 16:38 16:34 17:04 16:59 17:29 17:24 irradiância (W/m2) irradiância (W/m2) :18 7:22 7:43 7:47 8:08 8:12 8:33 8:36 Dia com nuvens no período da tarde 8:58 9:01 9:23 9:26 9:48 9:51 10:13 10:16 10:38 10:41 11:03 11:06 11:28 11:52 12:17 horário Dia Nublado 11:31 11:56 12:21 horário 12:42 12:46 13:07 13:11 13:32 13:36 13:57 14:01 14:22 14:26 14:47 14:51 15:12 15:16 15:37 15:41 16:02 16:06 16:27 16:31 16:52 16:56 17:17 17:21

5 COMPORTAMENTO DIÁRIO DA RADIAÇÃO SOLAR 1000 Irradiância (W/m2) 800 dia sem nuvens, 6.0 kwh/m2 600 dia nublado, 1.8 kwh/m :03 12:03 17:03 Hora do dia

6 FÍSICA DA CONVERSÃO FOTOVOLTAICA Ligação quebrada INSTANTE 1: Absorção de um fóton INSTANTE 2: Geração de um par elétron-lacuna INSTANTE 3: Movimento da lacuna devido ao salto de um elétron INSTANTE 4: Separação de elétron e lacuna pelo campo elétrico interno, formação da corrente elétrica

7 Como funciona uma célula fotovoltaica? 100 mm 100 mm Tensão: Circuito aberto = 0,6 V Ponto de máxima potência = 0,45 V Corrente de máxima potência = 3 A Potência máxima = 1,35 Wp

8 Conversão direta da luz solar em eletricidade Energia solar Fotovoltaica Célula Módulo Fotovoltaico LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

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11 Produção (MWp) Painel tecnológico para o ensino médio e técnico: Produção mundial de módulos fotovoltaicos % % 40% 39% 34% 68% 45% ano 40% 69% 85% 58% Photon International, 3, 2010; Cell production survey March 2011 LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

12 Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico autônomo

13 No Brasil Aproximadamente 30 MW em sistemas isolados SIGFI 13, Projeto LSF-IEE, Mamirauá, AM Bombeamento, Projeto LSF-IEE, ITESP, Presidente Bernardes, SP Bomba e acondicionamento de potência de fabricação nacional LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

14 Aplicações Comunitárias Painel tecnológico para o ensino médio e técnico:

15 Domicílios 100 Wp 50 Wp 10 kwh/mês 5 kwh/mês

16 Bombeamento Painel tecnológico para o ensino médio e técnico:

17 Potência Instalada (MWp) Painel tecnológico para o ensino médio e técnico: ,9% 94,8% Conectados à rede Sistemas isolados 87,0% 91,6% 89,8% ano IEA PVPS Task 1, 2010: Trends in photovoltaic applications: Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2009, Report IEA-PVPS T LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

18 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o que são? 1 MWp, Primera central California 1 MWp, Toledo - Espanha LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

19 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Centrais solares 4 MW em Jaén, Espanha LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

20 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Centrais solares 20 MW em Beneixama (Espanha) LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

21 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Centrais solares 42 MW em Moura, Portugal LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

22 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Telhados Fotovoltaicos Edificações LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

23 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Edificações fotovoltaicas Fotos : Informe ASIF LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

24 Telhas Painel tecnológico para o ensino médio e técnico: LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

25 Sombreado Estacionamento ELETROSUL, 12 kwp LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS - INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA - UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

26 3 kwp, IEE-USP Painel tecnológico para o ensino médio e técnico:

27 O PRÉDIO DA ADMINISTRAÇÃO DO IEE-USP 12 kw, IEE-USP

28 INTERAÇÃO COM A REDE ELÉTRICA Energia Fotovoltaica kwh Ponto de fornecimento Rede elétrica de distribuição Gerador Fotovoltaico Inversor DC/AC kwh Carga da Edificação Contador de Energia

29 INTERAÇÃO COM A REDE ELÉTRICA

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31 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE ELETROTÉCNICA E ENERGIA LABORATÓRIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS OBRIGADO PELA ATENÇÃO Roberto Zilles zilles@iee.usp.br