1 as Jornadas Científicas e Tecnológicas de Moçambique Sob o Tema: Promovendo a Investigação Científica, Inovação e Desenvolvimento Tecnológico rumo ao Desenvolvimento Sócio-económico do País Sub-tema: Estudo do Comportamento do Módulo Solar em Condições Locais de Funcionamento Autora: Elma Marisa Silveira Da Conceição elmamarisa8@gmail.com
Plano de Apresentação Introdução e Objectivos Material e Métodos Resultados Conclusões
1.Introdução A energia tem sido através da história a base de desenvolvimento das civilizações; Exemplo de fontes renováveis são :Energia Solar (colectores solar, célula Fotovoltaíca), a Energia Eólica (turbina eólica, cata-vento), a Energia Hídrica (roda d água, turbina aquática) e a Biomassa (matéria de origem vegetal). Moçambique recebe um valor médio de 5 kwh/m 2 por dia. Os módulos solares estão sujeitos as condições ambientais.
1.1. Objectivos 1.1.1. Objectivo geral Estudar o comportamento dos módulos solares em condições locais de funcionamento. 1.1.2. Objectivos específicos Estudar os efeitos da : Irradiância sobre o módulo; Temperatura sobre o módulo; Sombra sobre uma célula do módulo.
Operação da célula solar Módulo solar. Célula solar Figura 2. Representação da célula solar. O efeito fotovoltaíco consiste na criação de uma separação de cargas pela acção da luz.
Características eléctricas da Célula Solar(1) Figura 3. (a) Característica I-V com curvas de P= Const, (b) circuito equivalente de uma célula solar típica
Análise paramétrica das características I-V da célula solar(1) (a)parâmetros internos Resistência em série, Resistência de desvio, Corrente de saturação, (b)parâmetros externos Irradiância, E e ; Temperatura, T;.
Análise paramétrica das características I-V da célula solar(2) Resistência em série Figura 4. Efeito da resistência em série, Rs, sobre a característica I-V de uma célula solar.
Análise paramétrica das características I-V da célula solar(3) Resistência de desvio Figura 5. Efeito da resistência de desvio, Rsh, sobre a característica I-V de uma célula solar.
Análise paramétrica das características I-V da célula solar(4) Irradiância, E e Figura 6. Efeito da irradiância sobre a característica I-V de uma célula solar a temperatura constante.
Análise paramétrica das características I-V da célula solar(5) Temperatura, T Figura 7. E feito da temperatura sobre as características I-V de uma célula solar sob irradiância constante.
Rendimento de conversão O rendimento de conversão, r, da energia da luz solar em energia eléctrica, por uma célula solar, é definido pela relação : r = P max P s = V max Equação 1. Cálculo do Rendimento de Conversão de uma Célula Solar. Onde: P max é a potência eléctrica máxima transferida pela célula; P S é a potência solar recebida na sua àrea iluminada, A, a uma dada tempetura. A eficiência aumenta à intensidades baixas uma vez que as perdas resistivas são pequenas. AE I max e
Efeito da sombra Este díodo bypass serve como um caminho alternativo para a corrente e limita a dissipação de calor na célula defeituosa. O díodo bypass pode ser ligado a cada uma das células ou em agrupamentos de células. Figura 8.Curva característica I-V do módulo solar sob diferentes condições.
Vantagens e desvantagens da Energia fotovoltaíca(1) 1. Vantagens Bastante adequada à integração em locais isolados; Facilidade e baixo custo da instalação, transmissão e manutenção; Longa duração e estabilidade de um sistema adequadamente projetado; Não necessita de combustíveis; Qualidade ecologica.
Vantagens e desvantagens da Energia fotovoltaíca(2) 2. Desvantagens O rendimento real de conversão dum módulo é reduzido (o limite teórico máximo numa célula de silício cristalino é de 28%), face ao custo do investimento( que é elevado). Os geradores fotovoltaícos raramente são competitivos do ponto de vista económico. Só produz corrente eléctrica na presença de luz. Não pode ser usado para alimentar dispositivos de alto consumo
2. Material e Métodos(1) 2.1.1. Material um módulo fotovoltaíco do tipo BP 580 F ; uma unidade programável (Datalogger, CR23X Micrologger); uma célula única de Silício monocristalino ; um multímetro; 4 grampos de crocodilo; um laptop com o programa do datalogger instalado; dois vidros 1.20 x 0.54 m, com 4 mm de espessura, um liso e outro de bronze; um arranjo de cartolina, 0.13 x 0.13 m, todo pintado a preto.
2. Material e Métodos(2) 2.1.2. Métodos Durante 11 dias foram realizadas medições para obtenção da: Irradiância; Temperatura; Voltagem e Corrente eléctrica; Assim como para o estudo dos efeitos da: Irradiância sobre o módulo; Temperatura sobre o módulo; Sombra sobre uma célula do módulo
3.RESULTADOS (1) 3.1.Anàlise do efeito da Irradiância sobre o rendimento do módulo Caracteristicas I-V fornecidas para diferentes irradiâncias 6 Intensidade de corrente( A ) 5 4 3 2 1 módulo sem vidro.1035 W/m2 módulo com vidro liso 803 W/m2 módulo com vidro de bronze.528w/m2 0 0 5 10 15 20 voltagem ( V ) Figura 9. Curvas características I-V fornecidas para diferentes Irradiâncias.
3.RESULTADOS (2) 3.2. Anàlise do efeito da temperatura sobre o rendimento do módulo(1) Caracteristicas I-V com irradiancia de 465W/m2 2.5 Intensidade de corrente( A ) 2 1.5 1 0.5 44.09ºC 37.11ºC 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 voltagem( V ) Figura 10. Características I-V com Irradiância de 465W/m2 e temperaturas diferentes
3.RESULTADOS (3) 3.2.Anàlise do efeito da temperatura sobre o rendimento do módulo(2) Variação da Potência com irradiancia de 465W/m2 35 30 25 potencia( W) 20 15 10 Pmax-44.09ºC Pmin-37.11ºC 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 voltagem( V ) Figura 11. Variação da Pmax com Irradiância de 465W/m2 e temperaturas diferentes.
3.RESULTADOS (4) 3.3. Análise do efeito da sombra sobre uma célula do módulo Gráfico do efeito de sombra sobre uma célula Corrente ( A ) 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 Voltagem ( V ) Módulo sem obstáculo Módulo com uma célula tampada Figura 12. Efeito da sombra sobre uma célula aleatória do módulo. Com a cobertura de apenas 2.75% temos uma redução da Pmax em 97,5%, isto é, a P max caí de 61.60398W para 1.5708W.
3.RESULTADOS (5) 3.4. Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(1) Variação correspondente ao dia 25/02/08 Variação correspondente ao dia 23/02/08 Ee ( W/m2 ) 1200 1000 800 600 400 80 70 60 50 40 30 Pmax ( W ) Ee ( W/m2 ) 1200 1000 800 600 400 70 60 50 40 30 20 Pmax ( W ) 200 20 10 200 0 10 0 0 0 9:36:00 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 9:36:00 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 Tempo ( HORA ) Tempo ( HORA ) Figura 13. Variação da Irradiância (Ee) e da Potência máxima (Pmax) ao longo do dia. Os coeficientes de correlação são 0.9884 e 0.9749, respectivamente o que mostra uma dependência linear positiva muito forte. Esta afirmação pode sustentada pelas as figuras 14 e 15.
Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(2) Pmax ( W ) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Gráfico de correlacção entre a Pmax- Ee dia 25/02/08 Pmax = 0.0552Ee + 8.9378 R 2 = 0.977 0 200 400 600 800 1000 1200 Ee ( W/m2 ) Figura 14. Gráfico de Correlação entre Pmax-Ee ao longo do dia 25/02/08.
Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(3) Gráfico de correlacção entre a Pmax-Ee dia 23/02/08 Pmax ( W ) 70 60 50 40 30 20 10 0 Pmax = 0.041Ee+ 20.194 R 2 = 0.9504 0 200 400 600 800 1000 1200 Ee ( W/m2 ) Figura 15. Gráfico de Correlação entre Pmax-Ee ao longo do dia 23/02/08.
3.RESULTADOS (6) 3.4. Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(4) 1200 Variação correspondente ao dia 25/02/08 12.8 Variação correspondente ao dia 23/02/08 12.7 1200 12.6 Ee ( W/m2 ) 1000 12.6 800 12.5 12.4 600 12.3 12.2 400 12.1 200 12 11.9 0 11.8 9:36:00 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 Tempo ( HORA ) r ( % ) Ee ( W/m2 ) 1000 12.4 12.2 800 12 600 11.8 400 11.6 11.4 200 11.2 0 11 9:36:00 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 Tempo ( HORA ) r ( % ) Figura 16. Variação da Irradiância (Ee) e do Rendimento (r) ao longo do dia. Os coeficientes de correlação são -0.7516 e -0.9398 respectivamente, mostrando assim uma dependência linear negativa forte entre estes 2 parâmetros,como pode ser visto nas figuras 17 e 18.
3.4.Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(5) Gráfico de correlacção entre o r-ee dia 25/02/08 r ( % ) 12.8 12.6 12.4 12.2 12 11.8 r = -0.002Ee + 14.076 R 2 = 0.5649 0 200 400 600 800 1000 1200 Ee ( W/m2 ) Figura 17. Gráfico de Correlação entre r-ee ao longo do dia 25/02/08.
3.4.Análise da variação da radiação solar ao longo do dia(6) Gráfico de correlacção entre o r-ee dia 23/02/08 r ( % ) 13 12.5 12 11.5 11 r = -0.0044Ee + 15.931 R 2 = 0.8832 0 200 400 600 800 1000 1200 Ee ( W/m2 ) Figura 18. Gráfico de Correlação entre r-ee ao longo do dia23/02/08.
4.1. Conclusões(1) Foi possível determinar o rendimento do módulo e sua variação ao longo do dia ( r max =12.7% e r min =11.2%), e verificar que o rendimento diminuí com o aumento da tempetratura. Com base no estudo do efeito da sombra pode-se concluir que o módulo usado não possuí díodo bypass. Da análise do efeito da irradiância podemos concluir que o aumento da irradiância incidente no módulo, sob a mesma temperatura, aumenta o rendimento do mesmo. No entanto ao analisar-se a variação da irradiância ao longo do dia verifica-se que existe uma irradiância óptima acima da qual as perdas resistivas são altas e abaixo da qual as perdas resistivas não se fazem sentir de forma intensa
4.1. Conclusões(2) Para os dois dias o instante em que o rendimento começa a aumentar ocorre aproximadamente às 12:15h. De uma forma geral, pode-se concluir que a E e tem uma correlação linear positiva muito forte com a P max e com a Tª e que o r tem uma correlação linear negativa muito forte com a E e, a P max e com a Tª. A metodologia usada neste trabalho pode servir para a realização de estudos similares em vàrios locais, por onde ja estão instalados ou que se pretende instalar os mòdulos no paìs, com a finalidade de testar a viabilidade económica e a adaptabilidade da tecnologia fotovoltaica nesses locais.
Muito obrigada!