GRID-CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM CONSUMER
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.6827168
Autoria:
Kewin Garcia da Silva Dourado[1], Newton Silva de Lima, Alan dos Santos Ferreira
RESUMO
Sendo a micro geração distribuída uma das tendências no cenário atual do país. A procura por sistemas alternativos de geração de energia elétrica vem crescendo, à medida em que o preço da energia gerada pelas concessionárias aumenta a cada ano. Os consumidores residenciais vêm buscando formas de baratear o custo da energia consumida através de fontes que, além serem renováveis, se mostram cada vez mais viáveis. A ideia de geração distribuída já se faz presente e vem sendo difundida. Dado este cenário, o trabalho em questão tem como objetivo mostrar um sistema fotovoltaico residencial conectado à rede de energia elétrica. Para tal, foi feito uma breve revisão da fundamentação teórica a partir de uma pesquisa qualitativa e informativa, estudo de artigos, livros e consultas de normas sobre o tema em questão, foi elaborada, buscando identificar e compreender, os passos e os materiais utilizados, para a geração de energia elétrica a partir da radiação solar.
Palavras-chave: Sistema Fotovoltaico Residencial. Módulo fotovoltaico. Geração de energia solar.
ABSTRACT
As distributed micro generation is one of the trends in the current scenario in the country. The demand for alternative systems of electricity generation has been growing, as the price of energy generated by the utilities increases every year. Residential consumers have been looking for ways to lower the cost of energy consumed through sources that, besides being renewable, are increasingly more viable. The idea of distributed generation is already present and is being disseminated. Given this scenario, the objective of this work is to design a grid-connected residential photovoltaic system. To do this, a review of the theoretical foundation was made from a qualitative and informative research, study of articles, books and consultation of standards on the subject in question, was elaborated, seeking to identify and understand, the steps and materials used, for the generation of electricity from solar radiation.
Keywords: Residential Photovoltaic System. Photovoltaic module. Solar energy generation.
INTRODUÇÃO
O crescimento populacional apresenta-se como o principal fomento da demanda de energia, desenvolvimento econômico e social. Ao associar com o progresso tecnológico, um dos maiores desafios da atualidade é aliar o crescimento econômico com o desenvolvimento sustentável (NETO et al., 2019). Assim no decorrer dos anos, a preocupação com os recursos naturais tem ganhado espaço na sociedade, a partir da qual se observa uma busca por fontes alternativas de energia que promovam o uso racional dos recursos energéticos. A diversificação da matriz energética com a introdução de energias limpas possibilita o desenvolvimento econômico, sem necessariamente afetar os recursos naturais (CABRAL; VIEIRA, 2012).
De todas as fontes de energia no setor elétrico, as renováveis tiveram a maior taxa de crescimento de geração em 2020. A geração de eletricidade baseada em energias renováveis aumentou 7% (quase 450 TWh) – equivalente a toda a demanda de eletricidade do Brasil e mais rápida do que a média anual de 6% crescimento desde 2010 (IEA, 2020).
As fontes de energia hidráulicas respondem por 65% da geração de energias renováveis no país (EPE, 2020). No entanto, essa fonte de energia depende de condições climáticas favoráveis para que haja geração admissível de energia, existem certos períodos do ano, em que há poucas precipitações de chuvas, o que não contribuem de forma positiva para manutenção dos níveis de água nos reservatórios. Isso, entrelaça o Brasil a optar por fontes de energias mais poluentes e mais caras, como as termoelétricas.
Diante disso, surge uma fonte alternativa de energia renovável que necessita de condições climáticas, no entanto, essas condições são para a geração de energia solar fotovoltaica, oposta as condições para a geração de energia utilizando fontes hídricas, porque depende unicamente da radiação solar para o aproveitamento de energia (PINHO; GALDINO, 2014).
Assim sendo, a energia solar, fonte renovável proveniente do sol, vem ganhando destaque como uma excelente energia alternativa para atender à crescente demanda energética. O Brasil é um país com alto potencial de produção de energia solar, pois é beneficiado pela abundante radiação solar predominante em quase todos os meses do ano (CABRAL; VIEIRA, 2012). E também possui recursos humanos como meio facilitador para atuar na geração de energia solar fotovoltaica (RIBEIRO, 2016).
Nesse sentido, desde 17 de abril de 2012, é permitido o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica nacional (redes elétricas das concessionárias), através das normas criadas na Resolução 482 da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). Entrou em vigor a Resolução Normativa n° 687 de 24 de novembro de 2015, em 01 de março de 2016, e a Resolução 482 da ANEEL sofre grandes atualizações, com grandes repercussões diretamente sobre o mercado de energia elétrica (ANEEL, 2018).
As usinas de microgeração, possui um sistema de geração de energia elétrica por meio das fontes renováveis, com a potência limitada inferior ou igual à 75 kW. Enquanto que, as usinas de minigeração distribuída, possui uma potência instalada superior à 75 kW e menor ou igual a 3 MW (para fonte hídrica) e menor ou igual a 5 MW para as demais fontes renováveis como a Solar, Eólica, Biomassa e cogeração qualificada (ANEEL, 2018).
FORMAS DE ENERGIA SOLAR
O sol é a principal fonte de energia de todo o planeta, seja no fornecimento de energia para a realização de todos os processos climáticos naturais, quer seja como fonte de calor e luz para vegetais e animais, bem como para o homem nas suas próprias atividades. Em última análise, o sol é a fonte primária de energia, uma vez que praticamente todas as fontes de energia necessárias à sobrevivência do homem, são supridas de alguma forma pela energia solar, tais como alimentos (vegetais ou animais), calor e luz, além de promover o ciclo da água processo fundamental aos seres vivos (BALFOUR; SHAW; NASH, 2019).
O principal objetivo de aproveitar a energia solar sempre foi criar uma fonte de energia sem o desperdício dos recursos e que degrade menos o meio ambiente. Como uma das fontes renováveis e inesgotáveis de energia, a energia solar é proveniente da radiação eletromagnética emitida pelo sol na forma de calor e luz. Assim, pode ser convertida diretamente em aquecimento de água por meio de coletores solares de baixa e alta eficiência (energia solar térmica), ou transformada diretamente em energia elétrica por meio de dispositivos de conversão de energia solar, como módulos fotovoltaicos (Figura 1) (NETO et al., 2019).
Figura 1 – Exemplos de aplicações de energia solar
PROCESSO FOTOVOLTAICO
A origem da palavra fotovoltaica vem de foto = luz e volt = eletricidade. Os módulos fotovoltaicos atuam como coletores, absorvendo a radiação solar e convertendo-a diretamente em energia elétrica por meio de um processo denominado efeito fotovoltaico, que é um fenômeno apresentado por alguns materiais que quando, expostos à luz, geram eletricidade. Sendo assim, os módulos são constituídos de várias células fotovoltaicas, no qual as células fotovoltaicas são feitas de materiais semicondutores e precisam passar por um processo de purificação e, em seguida, adiciona-se uma certa quantidade de elementos químicos, como o processo de dopagem de boro e fósforo, para produzir o efeito fotovoltaico. Portanto, o princípio de funcionamento do efeito fotovoltaico está diretamente relacionado à existência de uma junção chamada p-n (Figura 2) (SANTOS, 2013).
A junção p-n é criada quando elétrons livres do lado n se deslocam para o lado p, onde existem lacunas que os capturam. Dessa forma, os elétrons se acumulam do lado p e o tornam carregado negativamente. Consequentemente, o n tem a quantidade de elétrons reduzida e fica carregado positivamente. Essas cargas dão origem a um campo elétrico que impede a passagem de mais elétrons através da junção. Quando a junção p-n é exposta à radiação solar, a incidência de fótons faz com que elétrons se desloquem através do campo elétrico criado e gerem uma corrente elétrica quando os terminais da junção são conectados a um circuito elétrico (CRECESB, 2008).
Figura 2 – Efeito Fotovoltaico
COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE
Os componentes de um sistema fotovoltaico dependem da sua forma de utilização, que são divididas basicamente em dois grupos: sistemas isolados e sistemas conectados à rede elétrica. A maior diferença entre os componentes dos dois sistemas está na utilização ou não de equipamento para armazenar a energia elétrica produzida. Desse modo, um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica é geralmente composto por um conjunto de módulos fotovoltaicos, inversores, caixa de junção, dispositivos de proteção e medidores (CRESESB, 2008).
- Módulos fotovoltaicos
- Inversores
- String box e dispositivos de proteção
- Medidores
SISTEMA CONECTADO À REDE (ON-GRID)
Um sistema ON-GRID de uma residência (Figura 3), é composto de um conjunto de módulos fotovoltaicos, um inversor especial para a conexão com à rede, quadros elétricos e um medidor bidirecional de energia (VILLALVA, 2015). Os sistemas conectados à rede oferecem a vantagem de dispensar os armazenadores, pois caso a geração seja insuficiente, a demanda pode ser atendida a partir da rede local de distribuição de energia. Outro aspecto positivo é a possibilidade de transmitir para a rede local a energia excedente gerada pelo sistema (NETO et al., 2019).
Figura 3 – Organização e componentes de um sistema fotovoltaico ON-GRID
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A energia solar possui diversos benefícios, tais como vida útil longa, maior economia e valorização do imóvel. Suas principais vantagens e desvantagens da energia solar são: vida útil a partir de 25 anos, gerando economia de até 95% na conta de luz e pagando-se em até 7 anos, mesmo não gerando energia à noite e em casos de quedas de energia na rede elétrica, quando o sistema não utiliza baterias.
As usinas solares fotovoltaicas também possuem vantagens e desvantagens, como a durabilidade de mais de 30 anos, apesar de seus altos custos iniciais, e o fato de ocupar pouco espaço, ainda que tenham uma menor produção de energia em comparação às usinas termelétricas. Energia solar é um recurso totalmente renovável, o que quer dizer que a energia solar é uma fonte renovável de energia, significa que a luz do sol é uma fonte de energia constante e consistente. Dos recursos renováveis como energia eólica, energia hídrica e solar, a energia solar é a mais consistente e previsível.
REFERÊNCIAS
ANEEL. Informações Gerenciais, Ed. mar. 2014. Banco de Informações de Geração. Disponível em: Acesso em: 02 maio 2022.
BALFOUR, J.; SHAW, M.; NASH, N. B. Introdução ao projeto de sistemas fotovoltaicos. Tradução Luiz Claudio de Queiroz Faria; Revisão técnica Marco Aurélio dos Santos. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019.
CABRAL, I.; VIEIRA, R. Viabilidade Econômica X Viabilidade Ambiental do uso de Energia Fotovoltaica no caso brasileiro: Uma abordagem no período recente. IBEAS – Instituto Brasileiro de Estudos Ambientais. III Congresso Brasileiro de Gestão Ambiental Goiânia/GO. 2012.
CRESESB. Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Energia Solar – Princípios e Aplicações. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br>. Data de acesso: 30 abril 2022
Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2020: Ano base 2019. Rio de Janeiro: EPE, 2020.
International Energy Agency, Disponível em:< https://www.iea.org>, Acesso em: 07 de maio. 2022.
NETO, Alberto Hernandez et al. Energias renováveis, geração distribuída e eficiência energética organização José Roberto Simões Moreira. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019.
PINHO, João Tavares; GALDINO, Marco Antonio. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, Edição Revisada e Atualizada. Rio de Janeiro: CEPEL / CRESESB, 2014.
RIBEIRO, R. P. Estudo de caso: Dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico Residencial, (Trabalho de Conclusão de Curso-Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais), 2016
SANTOS, Marco Aurélio dos. Fontes de energia nova e renovável. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
VILLALVA, M. G. Energia Solar Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações. 2. ed. ver. e atual. São Paulo: Érica, 2015.
[1] Graduando em Engenharia Elétrica pelo Centro Universitário Luterano de Manaus.
E-mail: kewindourado.megatron@gmail.com