Uma visão geral das principais ideias por trás das fontes de energia fotovoltaica.
Classificação sistemática em grupos
Existem dois tipos de sistemas fotovoltaicos: aqueles que funcionam sem estarem ligados à rede elétrica e aqueles que estão.
1. Um sistema fotovoltaico independente também é conhecido como opção fora da rede. Um módulo de célula solar, um motor e uma bateria compõem as principais partes do sistema. É necessário instalar um conversor CA para alimentar uma carga que utiliza corrente alternada (CA). Usinas fotovoltaicas autônomas incluem uma gama de sistemas de energia autossuficientes, como sistemas de energia solar residenciais, sistemas de energia para vilarejos rurais e sistemas de energia fotovoltaica com baterias de armazenamento. Esses sistemas podem funcionar de forma independente e são usados para diversas finalidades, como alimentar sinais de contato, proteger contra cátodos e iluminar ruas com energia solar.
2. Uma opção de energia conectada à rede converte a corrente contínua gerada pelos painéis solares em corrente alternada, que funciona com a rede elétrica da cidade. Isso permite a conexão direta à rede pública. Essas unidades podem ser chamadas de "conectadas à rede" e podem ou não ter baterias. O sistema de energia conectado à rede e com acumuladores pode ser facilmente programado para se conectar ou desconectar da rede conforme necessário. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede para residências geralmente possuem acumuladores. Sistemas maiores, por outro lado, geralmente possuem sistemas fotovoltaicos conectados à rede sem acumuladores, que não podem ser programados e não possuem energia de reserva. Grandes usinas fotovoltaicas conectadas à rede elétrica nacional são usadas para a geração de energia solar conectada à rede. A energia dessas usinas vai diretamente para residências e empresas através da rede. Investir nesse tipo de usina, por outro lado, custa muito, leva muito tempo para construir, ocupa muito espaço e não tem apresentado muitos avanços recentemente. A maior parte da energia fotovoltaica conectada à rede é de pequena escala, como painéis solares instalados em edifícios. Isso ocorre porque requer pouco investimento para ser construída, pode ser feita rapidamente, causa pouco impacto e conta com forte apoio político.
Componentes de hardware
Um sistema de energia fotovoltaica inclui um conjunto de painéis solares, uma bateria de armazenamento, um controlador de carga e descarga, um inversor, uma caixa de distribuição CA, um sistema de controle de rastreamento solar e outras peças importantes.
Algumas ferramentas funcionam desta maneira:
Dispositivo de energia solar
A luz, como a do sol ou de outras fontes de luz, faz com que a célula absorva energia e crie uma carga diferencial em ambas as extremidades. Esse fenômeno é chamado de "tensão fotogerada". Muitas pessoas o denominam efeito fotoelétrico. Para que a luz se transforme em eletricidade, é necessária uma força eletromotriz entre as duas extremidades de uma célula solar. Esse fenômeno é chamado de efeito solar. É mais fácil converter energia em outra coisa com a ajuda de células solares. As células solares são compostas por três tipos diferentes de silício: silício amorfo, silício policristalino e silício monocristalino.
Uma bateria que armazena energia
Quando o conjunto de células solares é ligado, o modelo de utilidade pode armazenar a energia gerada e enviá-la para a carga a qualquer hora do dia. Para que as células solares gerem energia, elas precisam ser baratas, duráveis, suportar descargas intensas, carregar rapidamente e exigir pouca ou nenhuma manutenção. Devem também ser capazes de operar em uma ampla faixa de temperaturas.
Controles para carga e descarga
Sem qualquer intervenção sua, esta ferramenta pode impedir que as baterias carreguem ou descarreguem muito rapidamente. A frequência e a intensidade com que uma bateria é descarregada determinam sua vida útil. Por isso, é muito importante ter um monitor de carga e descarga que impeça a bateria de receber energia em excesso ou em falta.
A corrente alternada (CA) é o oposto da corrente contínua (CC), e um gerador transforma CC em CA.
Algo que converte corrente contínua em corrente alternada. A carga é CA, mas as células solares e as baterias são CC, então é necessário um interruptor. Com base em seu funcionamento, o inversor pode ser dividido em dois grupos: um inversor solar que funciona de forma independente e um que é conectado à rede elétrica. Se você usar apenas células solares para gerar eletricidade, poderá alimentar uma carga diferente com um gerador autônomo. O transformador solar conectado à rede elétrica é o que faz o sistema de energia solar funcionar com a rede. Os inversores são de dois tipos diferentes: inversores de onda senoidal e inversores de onda quadrada. É simples e barato fazer um circuito conversor de onda quadrada, mas ele tem um componente harmônico grande. Geralmente, ele é usado para necessidades harmônicas de algumas centenas de watts ou menos. Os inversores de onda senoidal são caros, mas podem alimentar uma grande variedade de aplicações.
Um dispositivo que controla o rastreamento solar.
O ângulo da luz solar muda ao longo do ano, conforme o sol nasce e se põe na primavera, verão, outono e inverno. Isso ocorre porque os sistemas estão em locais fixos. Para que funcionem da melhor forma, as células solares devem estar sempre voltadas para o sol. Atualmente, o dispositivo de rastreamento solar precisa usar a longitude e a latitude para determinar o ângulo do sol em diferentes épocas do ano. O PLC (Controlador Lógico Programável), o microcontrolador ou o software do computador mantêm a posição do sol durante todo o ano. Isso é feito calculando a posição do sol para realizar o rastreamento. A teoria de dados computacionais é utilizada e requer os dados e configurações de longitude e latitude da Terra. Uma vez instalado, não é fácil movê-lo ou desmontá-lo; os dados e parâmetros precisam ser redefinidos a cada vez. Os princípios, circuitos, tecnologia e equipamentos são complexos e pessoas sem formação profissional não conseguem alterá-los facilmente. Rastreadores solares inteligentes podem ser instalados em carros e trens de alta velocidade, bem como em navios, veículos navais, veículos de comunicação de emergência e veículos especiais de guerra. O rastreador solar inteligente garante que o sistema permaneça alinhado com o Sol, independentemente de para onde ele vá ou como gire.
O que você pode fazer com energia solar
O efeito fotovoltaico da interação de semicondutores é o princípio fundamental da geração de energia fotovoltaica (FV). Ele transforma a luz em eletricidade. A célula solar é a parte mais importante. Módulos solares de grande área podem ser fabricados colocando-se células solares em fila e protegendo-as. Esses módulos podem então ser conectados a controladores de potência e outros componentes para formar um dispositivo de geração de energia fotovoltaica. A energia fotovoltaica é vantajosa porque pode ser utilizada em mais lugares, já que o sol brilha em qualquer lugar. Outras vantagens do sistema FV são a segurança e confiabilidade, a ausência de ruído ou poluição, a dispensa do uso de combustíveis fósseis e a possibilidade de instalação de cabos no local, o que agiliza o processo de construção. A energia fotovoltaica utiliza células solares para converter diretamente a luz solar em eletricidade, com base no princípio do efeito fotovoltaico. Um sistema de energia fotovoltaica é composto principalmente por painéis solares (também chamados de módulos), controladores e inversores. Ele pode ser utilizado de forma independente ou conectado à rede elétrica. Como a maioria desses componentes é elétrica e não mecânica, os equipamentos fotovoltaicos são muito bem fabricados, confiáveis, duráveis e fáceis de instalar e manter. A tecnologia fotovoltaica pode ser usada para tudo, desde alimentar naves espaciais até residências, de jogos a usinas de energia em escala de megawatts, e muito mais.
As células solares, que podem ser encontradas em formatos como silício monocristalino, silício policristalino, silício amorfo e células de filme fino, são os componentes mais básicos da energia solar fotovoltaica. Atualmente, as baterias de silício monocristalino e policristalino são as mais populares entre as baterias amorfas para pequenos sistemas e alimentação de reserva de computadores.
