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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA >Sistema fotovoltaico residencial com bateria. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Um sistema solar com baterias pode alimentar muitos aparelhos, desde que seu consumo de energia não ultrapasse a potência do gerador. Portanto, é necessário determinar corretamente a potência do sistema. O primeiro passo nessa direção é elaborar uma especificação, ou seja, descrição técnica do sistema.
Cálculo de energia Ao projetar um sistema fotovoltaico doméstico, primeiro você precisa fazer uma lista de todos os aparelhos elétricos da casa, descobrir seu consumo de energia e adicioná-los à lista. A tabela abaixo mostra o consumo médio de energia de alguns aparelhos para referência. No entanto, deve-se lembrar que essas são apenas estimativas aproximadas. Para calcular o consumo de energia (E) de um sistema inverter (para aparelhos de corrente alternada), deve-se fazer uma correção (multiplicar o consumo médio por um fator C para obter a potência total).
Para o funcionamento de outros aparelhos elétricos - geladeira, ferro, ventilador, fogão elétrico, etc. Você precisará de um sistema maior e mais caro. Como esses sistemas não estão sujeitos a padrões uniformes, mas dependem das necessidades específicas do consumidor, o cálculo deve ser realizado por um especialista. Em segundo lugar, é necessário estimar quanto tempo durante o dia certos aparelhos elétricos são usados. Por exemplo, uma lâmpada na sala queima 10 horas por dia e na despensa - apenas 10 minutos. Registre esses dados na segunda coluna da tabela a seguir. Em seguida, faça uma terceira coluna na qual você insere sua necessidade diária de energia. Para determiná-lo, é necessário multiplicar a potência do aparelho pelo tempo de funcionamento, por exemplo: 27 W x 4 horas = 108 Wh. Escreva o número resultante na terceira coluna - este é o seu consumo total de energia por dia.
Em seguida, você precisa determinar a quantidade de energia solar que pode ser contada em uma determinada área. Esses dados geralmente podem ser obtidos de um fornecedor local de painéis solares ou estação hidrometeorológica. É importante ter em conta dois fatores: a radiação solar média anual, bem como os seus valores médios mensais nas piores condições climatéricas (ver informação geral no capítulo “Radiação solar”). Com a ajuda do primeiro valor, o sistema fotovoltaico pode ser ajustado de acordo com a radiação solar média anual, ou seja, em alguns meses haverá mais energia do que o necessário e em outros menos. Se você for pelo segundo número, sempre terá pelo menos energia suficiente para atender às suas necessidades, exceto em períodos extremamente longos de mau tempo. Agora você pode calcular a potência nominal do módulo fotovoltaico. Multiplique o valor do consumo de energia (Wh por dia) por um fator de 1,7 para corrigir as perdas de energia no sistema e, em seguida, divida pela quantidade de radiação solar (Wh por dia), por exemplo, 280 (Wh/dia) x 1,7 / 5 (Wh/dia) = 96,2 W. Infelizmente, a escolha da potência nominal dos módulos fotovoltaicos é limitada. Usando módulos de 50W, você pode construir um gerador de 50W, 100W, 150W, etc. Se o requisito de energia for de 95 W, um sistema de dois módulos é mais adequado. Se a potência total dos módulos for muito diferente do seu valor calculado, você terá que usar um gerador insuficientemente potente ou muito potente. No primeiro caso, a fotocélula não conseguirá atender a demanda total de energia. Cabe a você decidir se a provisão parcial de suas necessidades é adequada para você. No segundo caso, você terá um excesso de eletricidade. O dimensionamento da bateria depende do requisito de energia e do número de módulos fotovoltaicos. No exemplo mostrado, a capacidade mínima da bateria é de 60 Ah e a ótima é de 100 Ah. Essa bateria será capaz de armazenar 1200 Wh a 12 V. Isso é suficiente para fornecer eletricidade no caso descrito acima, quando o consumo diário de energia é de 280 Wh.
Pressão constante No passado, quase todos os sistemas fotovoltaicos usavam uma tensão constante de 12 V. Os dispositivos de 12 V alimentados diretamente pela bateria eram amplamente utilizados. Agora, com o advento de inversores eficientes e confiáveis, as baterias estão usando cada vez mais 24 V. Hoje em dia, a tensão do sistema elétrico é determinada pela entrada diária de energia durante o dia. Sistemas que produzem e usam menos de 2000 Wh por dia são melhor combinados com 12 V. Sistemas que produzem de 2000 a 6000 Wh por dia normalmente usam 24 V. Sistemas que produzem mais de 6000 Wh por dia, usam 48 V. A tensão da rede elétrica é um fator muito importante que afeta os parâmetros do inversor, controles, carregador e fiação. Uma vez comprados, todos esses componentes são difíceis de substituir. Alguns componentes do sistema, como módulos fotovoltaicos, podem ser comutados de 12 V para tensões mais altas, outros - inversor, fiação e controles - são projetados para uma tensão específica e só podem funcionar dentro dessa faixa. Bateria A bateria armazena a energia gerada pelo módulo solar. A bateria compensa períodos de mau tempo ou consumo excessivo de energia (armazenamento de médio prazo).
As mais usadas são as baterias automotivas, que são acessíveis e estão disponíveis em todo o mundo. No entanto, eles são projetados para transportar grandes correntes por um curto período de tempo. Eles não suportam os longos ciclos de carga e descarga típicos dos sistemas solares. A indústria produz o chamado. células solares que atendem a esses requisitos. Sua principal característica é a baixa sensibilidade à operação cíclica. Infelizmente, apenas alguns países em desenvolvimento produzem essas baterias e as importadas são muito caras devido aos custos de envio e taxas alfandegárias. Em tal situação, você pode usar baterias de caminhão potentes - esta é uma opção mais acessível, embora devam ser trocadas com mais frequência. Para um grande sistema fotovoltaico, a capacidade de uma bateria pode não ser suficiente. Então você pode conectar várias baterias em paralelo conectando todos os pólos positivos e negativos entre si. Para a conexão, é necessário usar um fio de cobre grosso, de preferência com no máximo 30 cm.Ao carregar, a bateria emite gases potencialmente explosivos. Portanto, você precisa ter cuidado com chamas abertas. No entanto, a liberação de gases é insignificante, especialmente se um regulador de carga for usado; para que o risco não exceda o habitual associado ao uso de uma bateria em um carro. Ainda assim, as baterias precisam de boa ventilação. Portanto, não os cubra e os esconda em caixas. A capacidade da bateria é indicada em ampères-hora. Por exemplo, uma bateria de 100Ah, 12V pode armazenar 1200Wh (12V x 100Ah). No entanto, a capacidade depende da duração do processo de carga ou descarga. O período de recarga é indicado como índice de capacidade C, por exemplo "C100" para 100 horas. Observe que os fabricantes podem produzir baterias para diferentes períodos de base. Quando a energia é armazenada em uma bateria, uma certa quantidade dela é perdida durante o armazenamento. As baterias de carro são cerca de 75% eficientes, enquanto as células solares são um pouco melhores. Parte da capacidade da bateria é perdida a cada ciclo de carga-descarga, até que seja reduzida o suficiente para ser substituída. As baterias solares duram mais do que as potentes baterias de carro, que duram de 2 a 3 anos. Dimensionamento da bateria É importante que o tamanho da bateria permita armazenar energia por pelo menos 4 dias. Imagine um sistema que consome 2480 Wh por dia. Dividindo este valor por uma tensão de 12 volts, obtemos um consumo diário de 206 Ah. Portanto, 4 dias de armazenamento equivalem a: 4 dias x 206 Ah por dia, equivalem a 824 Ah. Se for utilizada uma bateria de chumbo, deve-se acrescentar 20% a este valor para que a bateria nunca seja totalmente descarregada. Isso significa que a capacidade da nossa bateria de chumbo ideal é de 989 Ah. Se uma bateria de cádmio-níquel ou ferro-níquel for usada, a capacidade adicional de 20% não é necessária, pois as baterias alcalinas não são prejudicadas pela descarga total regular. regulador de carga A bateria durará vários anos apenas se for usada em conjunto com um regulador de carga de qualidade que proteja a bateria contra sobrecarga e descarga profunda. Se a bateria estiver totalmente carregada, o regulador reduz o nível de corrente gerado pelo módulo solar para um valor que compense a perda natural de carga. Por outro lado, o regulador interrompe o fornecimento de energia aos dispositivos de consumo quando a bateria é descarregada a um nível crítico. Assim, uma interrupção repentina do fornecimento de energia pode não ser causada por uma falha no sistema, mas sim resultado desse mecanismo de proteção.
Os reguladores de carga são dispositivos eletrônicos que também podem sofrer com mau funcionamento ou manuseio inadequado do sistema. Modelos mais avançados são equipados com fusíveis para evitar danos ao regulador e outros componentes do sistema. Entre eles estão os fusíveis contra curto-circuito e inversão de polaridade (quando os pólos +/- estão invertidos), um diodo de bloqueio que evita que a bateria descarregue durante a noite. Muitos modelos são equipados com LEDs que indicam o status de operação e falhas do sistema. Em alguns modelos, até o nível da bateria é observado, embora seja muito difícil determinar com precisão.
Инвертор O inversor converte corrente contínua de baixa tensão em corrente alternada padrão (120 ou 240 V, 50 ou 60 Hz). Os inversores variam de 250 watts (cerca de US$ 300) a mais de 8000 watts (cerca de US$ 6). A eletricidade gerada pelos inversores de onda senoidal de hoje é de melhor qualidade do que a fornecida à sua casa pela rede elétrica local.
Existem também inversores de onda senoidal "modificados" - eles não são tão caros, mas são adequados para a maioria das tarefas domésticas. Eles podem criar pequenas interferências, "ruídos" em equipamentos eletrônicos e telefones. O inversor pode atuar como um "buffer" entre a residência e a rede elétrica, permitindo que o excesso de eletricidade seja vendido à rede pública.
Cabos A melhor forma de evitar perdas desnecessárias é usar os cabos elétricos corretos e conectá-los corretamente aos aparelhos. O cabo deve ser o mais curto possível. Os fios que conectam diferentes aparelhos devem ter uma seção transversal de pelo menos 1,6 mm2. Para garantir que a queda de tensão não ultrapasse 3%, o cabo entre o módulo solar e a bateria deve ter uma seção transversal de 0,35mm2 (sistema 12V) ou 0,17mm2 (24V) por metro por módulo. Ou seja, um cabo de 1 m para dois módulos não deve ser mais fino: 10 x 10 x 2 mm0,35 = 2 mm7. Como o cabo maior que 2 mm10 é difícil de manusear e ainda mais difícil de encontrar, perdas maiores às vezes precisam ser aceitas. Se parte do cabo passar ao ar livre, deve ser resistente a intempéries. Sua resistência à radiação ultravioleta também é muito importante. Rastreadores de sol Os módulos fotovoltaicos funcionam melhor quando as células fotovoltaicas são perpendiculares aos raios solares. O rastreamento do Sol pode resultar em um aumento de 10% na produção anual de energia no inverno e 40% no verão em comparação com um módulo fotovoltaico fixo. O "rastreamento" é implementado pela montagem de um módulo solar em uma plataforma móvel que gira atrás do sol. Em primeiro lugar, você precisa pesar o benefício da energia extra obtida com o rastreamento do Sol em relação ao custo de instalação e manutenção de um sistema de rastreamento. Dispositivos de rastreamento não são baratos. Em muitos países, não faz sentido econômico instalar o rastreamento solar para menos de oito painéis solares (por exemplo, nos EUA). Ao usar oito módulos fotovoltaicos, obteremos mais energia se gastarmos dinheiro aumentando o número de painéis e não em uma instalação de rastreamento. Somente com oito ou mais painéis o dispositivo de rastreamento será compensado. Há exceções a essa regra: por exemplo, quando os painéis fotovoltaicos alimentam diretamente uma bomba de água, sem bateria, o rastreamento do Sol é benéfico para dois ou mais módulos. Isso se deve a especificações técnicas, como a tensão máxima necessária para alimentar o motor da bomba. Lâmpadas Devido à sua alta eficiência e longa vida útil, as lâmpadas economizadoras de energia são recomendadas para uso em sistemas fotovoltaicos. As lâmpadas fluorescentes ou as novas lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs) são aplicáveis em muitas aplicações. A CFL de 18 watts substitui a tradicional lâmpada incandescente de 100 watts. Se essas lâmpadas forem alimentadas por um sistema DC, elas requerem um reator eletrônico. A qualidade do lastro pode ser muito diferente, até insatisfatória. Reator de baixa qualidade incorrerá em custos adicionais para a substituição constante de lâmpadas. O reator deve ser eficiente, proporcionar alto número de partidas, ignição confiável em baixas temperaturas e baixa tensão (10,5 V), além de proteção contra curtos-circuitos, circuitos abertos, inversão de polaridade e interferência de rádio. Embora a maioria das lâmpadas fluorescentes compactas opere apenas com corrente alternada, algumas empresas oferecem lâmpadas alimentadas por corrente contínua. Vida útil e preço dos componentes Um fator muito importante na análise econômica é a vida útil do sistema fotovoltaico. Os tempos de vida dos vários componentes da energia solar são calculados com base na experiência adquirida ao longo dos últimos anos.
Dados de exemplo para precificar alguns componentes:
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