Painel solar

Paineis Solares
- O que é :

Energia solar é aquela proveniente do Sol (energia térmica e luminosa). A energia luminosa é captada por painéis solares que são compostos por células fotovoltaicas com a propriedade de possuir sensibilidade de absorver a energia do sol e gerar a eletricidade em duas camadas opostas.As células solares ou células ou módulos fotovoltaicos (módulos são simplesmente um grupo de células conectadas eletricamente e reunidas em uma estrutura). Fotovoltaica, como diz a palavra (foto significa luz, voltaica significa eletricidade), converte a luz do Sol diretamente em eletricidade. Antes usadas quase que exclusivamente no espaço, as células fotovoltaicas são cada vez mais usadas de modos menos exóticos. Já a energia térmica é aproveitada por painéis solares térmicos instalados nas habitações que aproveitam o calor necessário para aquecer a água e dar apoio aos sistemas de aquecimento central. No Verão o aquecimento das águas poderá ser garantido na sua totalidade pela energia solar, mas para ultrapassar as diferentes temperaturas ao longo do ano deve ser instalado um equipamento suplementar (esquentador ou termoacumulador) para fornecer energia complementar em cada momento.

Inicio:

A ideia de converter a energia solar em energia eléctrica surgiu em 1839 quando foi descoberto o efeito fotovoltaico, mas cuja utilização prática só evoluiu na segunda metade do século XX, sendo a base dos atuais painéis solares.

Funcionamento básico das Células Fotovoltaicas:

Células fotovoltaicas são feitas de materiais especiais chamados de semicondutores. Basicamente, quando a luz atinge a célula, uma certa quantidade dela é absorvida pelo material semicondutor. Isso significa que a energia da luz absorvida é transferida para o semicondutor. A energia arranca os elétrons fracamente ligados, permitindo que eles possam fluir livremente gerando uma corrente elétrica.As células Fotovoltaicas também possuem um ou mais campos elétricos que forçam os elétrons livres, pela absorção da luz, a fluir em um certo sentido. Este fluxo de elétrons é uma corrente; e pondo contatos de metal na parte superior e na parte inferior da célula, podemos drenar esta corrente para usá-la externamente. Essa corrente, juntamente com a tensão da célula (que é um resultado de seu(s) campo(s) elétrico(s) embutido(s)), define a potência que a célula pode produzir.

Campo gerado dentro de uma Célula Fotovoltaica:

O funcionamento da célula se baseia na absorção de energia solar e essa energia arranca alguns elétrons de um semicondutor. Geralmente, o semicondutor mais comum na fabricação é o silício pelo fato de algumas propriedades químicas particulares na sua forma cristalina, como o fato de apresentar 14 elétrons divididos em três camadas diferentes. Tendo assim, sua ultima camada preenchida pela metade facilitando a sua ligações com outros átomos. Porém, o silício puro não possui uma boa condutividade de elétrons, então para corrigir isso é adicionado outros átomos, tornando uma mistura com impurezas que é chamada de doping. No caso, é usado átomos de Fosforo pois ele toma uma energia menor para liberação dos seus elétrons para a composição da corrente elétrica. Gerando um lado dá célula denominado de Tipo-N ( negativo). Já o outro lado dá célula é dopado com boro,que por suas peculiaridades faz com que esse lado tenha ausência de elétrons possuindo assim uma carga contraria, sendo essa positiva, denominando assim esse lado de Tipo-P. E Ao unir os silícios tipo-N com silícios tipo-P, é formado um Campo elétrico, e esse campo é o principio do funcionamento da célula Fotovoltaica. A junção do silício Tipo-N e Tipo-P gera uma organização dos elétrons formando uma barreira entre os lados, dificultando mais e mais para os elétrons no lado N atravessarem para o lado P. Finalmente, o equilíbrio é alcançado e temos um campo elétrico separando os dois lados.Este campo elétrico atua como um diodo, permitindo (e mesmo empurrando) os elétrons para fluírem do lado P para o lado N, mas não ao contrário. É como uma montanha, os elétrons podem descer facilmente a montanha (para o lado N), mas não podem subi-la (para o lado P). Então, conseguimos um campo elétrico atuando como um diodo no qual os elétrons apenas podem se mover em um sentido.

Geração de energia:

Quando a luz, na forma de fótons, atinge as célula solar, sua energia normalmente liberará exatamente um elétron, resultando em um espaço livre também. Se isto acontece muito perto do campo elétrico, ou se acontecer do elétron livre e do espaço livre estarem na região de influência do campo, ele enviará o elétron para o lado N e o espaço vazio para o lado P. Isto causa ruptura adicional da neutralidade elétrica e, se fornecermos um caminho externo para a corrente, os elétrons fluirão, através do caminho, para seu lado original (o lado P) para unirem-se com os espaços vazios que o campo elétrico enviou para lá, fazendo o trabalho para nós ao longo do caminho. O fluxo de elétrons fornece a corrente e o campo elétrico das células causa uma tensão. Com a corrente e a tensão, temos a potência que é o produto dos dois.

Composição dos painéis solares:

Um painel solar é composto por várias camadas sobrepostas, a primeira é a placa de cobertura de vidro que protege a célula dos fenômenos atmosféricos.Logo em seguida temos um revestimento anti-reflexo é aplicado no topo da célula para reduzir a perda de reflexo para menos de 5% tendo em vista que o silício é um material muito brilhante e, portanto, reflete muito. Os fótons que são refletidos não podem ser usados pela célula. Após isso temos um dos terminais contato, e em seguida os Silícios tipo-P e silício tipo-N, e por fim , o outro terminal de contato.

Perda de energia em uma Célula Solar

Como a luz que atinge nossa célula tem fótons de uma grande variedade de energias, alguns deles não possuem energia suficiente para excitar um par de elétrons. Eles simplesmente passarão pela célula como se ela fosse transparente. Somente uma certa quantidade de energia, medida em elétron-volts (eV) e definida por nosso material da célula (cerca de 1,1 eV para o silício cristalino), é requerida para arrancar um elétron. Chamamos isso de energia de espaçamento entre as bandas de um material. Se um fóton tem mais energia do que a quantidade necessária, então a energia extra é perdida (a menos que um fóton tenha o dobro da energia requerida, e possa criar mais do que um par de elétron-buraco, mas este efeito não é significativo). Estes dois efeitos sozinhos são responsáveis pela perda de cerca de 70% da energia de radiação incidente na nossa célula. O espaçamento entre as bandas determina a intensidade (tensão) de nosso campo elétrico, e se for muito baixo, então obtemos uma corrente extra (pois mais fótons são absorvidos), e assim perdemos por ter uma tensão baixa. Lembre-se de que a potência é a tensão vezes a corrente. O espaçamento ideal entre as bandas, balanceando estes dois efeitos, está em torno de 1,4 eV para uma célula de um único material. Também temos outras perdas. Nossos elétrons tem de fluir de um lado da célula para o outro por meio de um circuito externo.É possível cobrir a parte inferior com um metal, permitindo uma boa condução, mas se cobrisse completamente a parte superior, então os fótons não conseguiriam atravessar o condutor opaco e perderia toda a corrente (em algumas células, os condutores transparentes são usados na superfície superior). Se os contatos fossem apenas nas laterais das células, então os elétrons terão de percorrer uma distância extremamente longa (para um elétron) para alcançar os contatos. Lembrando que o silício é um semicondutor, não é nem de longe tão bom quanto o metal para o transporte da corrente. Sua resistência interna (chamada de resistência de série) é razoavelmente alta, significando altas perdas. Para minimizar estas perdas, as células são cobertas por uma rede de contato metálica que reduz a distância que os elétrons devem percorrer enquanto cobrem apenas uma pequena parte da superfície da célula. Mesmo assim, alguns fótons são bloqueados pela rede, que não pode ser muito pequena ou então sua própria resistência será muita alta.

Painéis Solares Unidos com a rede elétrica:

Por depender dos fatores climáticos, de sua alta perda de energia, ainda não é possível que um ambiente seja alimentado apenas por painéis solares sem a dependência da rede elétrica. Tendo em vista isso, quando as células fotovoltaicas são adicionadas a rede elétrica de um imovel é adicionado um equipamento que fica responsável por fazer a sincronização entre a geração de energia pelas células fotovoltaicas e a utilização da energia da rede elétrica. Esse é equipamento é chamado Inversor grid-tie. Ele é um dispositivo elétrico que permite os usuários de energia solar ou eólica interligar seus sistemas com a rede da concessionária. Sendo assim, o excedente de energia produzido pelos sistemas alternativos (solar e eólico) pode alimentar outros consumidores da rede da concessionária. Tal sistema é muito comum em países onde os produtores dessa energia alternativa vendem a concessionária local o excedente de produção (durante o dia, por exemplo) e compram de volta quando o consumo aumenta (por exemplo, à noite).O Inversor funciona convertendo a tensão e a corrente elétrica, que recebe dos painéis solares ou mesmo turbinas eólicas (ou outra fonte de energia de corrente contínua), em corrente alternada.A principal diferença entre um inversor padrão e um inversor grid-tie é que este último é capaz de se interligar com a rede da concessionária, devido a sua capacidade de sincronizar sua freqüência (60 Hz, no Brasil) e a sua tensão de saída com a rede que se deseja conectar. Os inversores grid-tie também são capazes de se desconectar da rede da concessionária que esta última não está fornecendo energia (por exemplo, um blecaute ou apagão).

Funcionamento do Inversor grid-tie:

O inversor funciona captando a tensão fornecida por um gerador - aerogeradores, células fotovoltaícas ou de pequenas turbinas hidroelétricas - em forma de corrente contínua e converte para a forma de corrente alternada, podendo assim ser alimentada diretamente na rede. O inversor deve estar também em sincronia com a frequência da rede (60 Hz, no Brasil), usando um oscilador local e limitar a tensão para que a mesma não seja superior à tensão da rede.Os modernos inversores têm a unidade de fator de potência fixa, isso significa que a tensão de saída e a corrente estão perfeitamente alinhadas, e seu ângulo de fase é de 1 grau em relação ao da rede de energia. O inversor possui um computador de bordo que analisa a frequência da onda da rede e "corrige" tensão e frequência provindas do gerador. Sendo assim, esse equipamento funciona através de um softwarer que avalia e corrige a energia que passa por ele.

O Softwarer :

O softwarer assume um papel de gerenciamento da energia, analisando a frequência da onda da rede e "corrige" tensão e frequência provindas do gerador. Podendo também determinar quando será necessário utilizar energia da rede elétrica e quando ela será dispensada e utilizará somente a energia dos painéis. Sendo assim, a geração dependerá única e exclusivamente das três seguintes condições: Configuração na qual estão ligados os módulos fotovoltaícos, com especificações técnicas como orientação para o norte e ângulo de inclinação da instalação como um todo. Irradiação que reincidirá sobre as placas.Temperatura do local onde a os módulos estão instalados.O software atuará apenas no gerenciamento, sendo ele através do acoplamento de inversores aos módulos fotovotaicos.

- Bibliografia:

http://www.suapesquisa.com/o_que_e/energia_solar.htm http://www2.inescporto.pt/use/noticias-eventos/nos-na-imprensa/energia-solar-termica.html/ http://pt.wikipedia.org/wiki/Painel_solar_fotovoltaico http://pt.wikipedia.org/wiki/Inversor http://pt.wikipedia.org/wiki/Inversor_Grid-Tie http://www.mbtenergia.com.br/conh.inversor.htm http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3913-art533