Energia Solar: A História

O efeito fotovoltaico foi primeiro demonstrado experimentalmente pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel. Em 1839, aos 19 anos, experimentando no laboratório de seu pai, ele construiu a primeira célula fotovoltaica do mundo. Willoughby Smith descreveu pela primeira vez o "Efeito da Luz em selênio durante a passagem de uma corrente elétrica", em um artigo que foi publicado no 20 de fevereiro de 1873 da revista Nature. Contudo, só em 1883 foram construídas as primeiras células fotovoltaicas, por Charles Fritts, que cobriu o selênio semicondutor com uma camada extremamente fina de ouro de modo a formar junções. O dispositivo teve apenas cerca de 1% de eficiência.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

A primeira geração de células fotovoltaicas é constituída pelas células de silício cristalino. As células consistem de uma lâmina de silício na qual é formada uma junção PN diodo de junção, capaz de gerar energia elétrica utilizável a partir de fontes de luz com os comprimentos de onda da luz solar. A primeira geração de células constitui a tecnologia dominante em termos de produção comercial, representando mais de 80% do mercado mundial.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

A segunda geração de materiais fotovoltaicos está baseada no uso de filmes finos de semicondutores. A vantagem de utilizar estes filmes é a de reduzir a quantidade de materiais necessárias para as produzir, bem como de custos. Existem diferentes tecnologias e materiais semicondutores em investigação ou em produção de massa, como o silício amorfo, silício policristalino ou microcristalino, telureto de cádmio e célula solar CIGS. Esta geração apresenta menor custo e facilidade de instalação, porém o rendimento apresentador é inferior as de silício cristalino.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

A terceira geração fotovoltaica é muito diferente das duas anteriores, definida por utilizar semicondutores que dependam da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão. Estes novos dispositivos incluem células fotoeletroquímicas e células de nanocristais.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

Abaixo seguem as principais tecnologias de fabricação de células fotoelétricas utilizadas atualmente.

Silício cristalino (c-Si)

É a tecnologia mais empregada no mercado atualmente, com uma participação de 95% do mercado de células fotoelétricas. Atualmente apresenta um rendimento de 15 a 21% em suas células; painéis solares feitos de células de silício cristalino tem rendimento de 13 a 17%.

Silício amorfo (a-Si)

Participação de cerca de 3,7% do mercado de células fotoelétricas, tem rendimento de cerca de 7%.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

CIGS

Nome comercial para células de filme fino fabricadas com Cu(In,Ga)Se2. Participação de 0,2% do mercado de células fotoelétricas e rendimento de 13%. Atualmente sofre problemas com o abastecimento de índio para sua produção, visto que 75% de todo o consumo do material no mundo se dá na fabricação de monitores de tela plana, como LCDs e monitores de plasma.

ENERGIA SOLAR – PRINCIPAIS MATERIAIS

Arsenieto de gálio (GaAs)

Atualmente é a tecnologia mais eficiente empregada em células solares, com rendimento de 28%. Porém, seu custo de fabricação é extremamente alto, tornando-se proibitivo para produção comercial, sendo usado apenas em painéis solares de satélites artificiais.

Telureto de cádmio (CdTe)

Participação de 1,1% do mercado de células fotoelétricas, é uma tecnologia que emprega filmes finos de telureto de cádmio. Apresenta pouco apelo comercial devida à alta toxicidade do cádmio.

ENERGIA SOLAR – MÓDULOS FOTO VOLTAICOS

Os módulos foto voltaicos de maneira geral gera uma tensão em torno de 0,7V e uma corrente típica de 3 A, assim devemos associar as células em série ou paralelo dependendo da necessidade. A geração ocorre na forma de tensão contínua, necessitando a utilização de inversores para utilização de aparelhoa alimentados em tensão alternada. As características elétricas consideradas em células fotos elétricas:

-Tensão de circuito aberto. (Voc)

-Corrente de curto circuito. (Isc)

-Potência máxima. (Pm)

-Tensão de potência máxima. (Vmp)

-Corrente de potência máxima.(Imp)

SISTEMAS DE NOBREAK E UPS (Uninterruptible Power Supply)

O NoBreak ou UPS (uninterruptible power supply) é um equipamento eletroeletrônico que dispõe de um banco de baterias a ele associado e que, na falta de energia elétrica da rede concessionária local, mantém, sem qualquer interrupção, o fornecimento de energia elétrica à carga crítica que está a ele conectada. É um equipamento que fornece a energia elétrica limpa e ininterrupta, para cargas críticas que não podem sofrer qualquer paralisação devido a queda ou oscilações abruptas de tensão.

SISTEMAS DE NOBREAK E UPS (Uninterruptible Power Supply) - DIMENSIONAMENTO

Para dimensionar um NoBreak é necessário definir quais as cargas a serem alimentadas e verificar se não há particularidades que possam influenciar no seu dimensionamento. Basicamente, basta somar a potência em Watts que será consumida, dividir pelo fator de potência da carga e acrescentar uma margem de expansão e segurança, a qual geralmente é em torno de 30-40%. Ao dividir pelo fator de potência da carga o resultado será apresentado em VA. Atentar-se na aplicação de Nobreaks em redes com Motores Elétricos (ar condicionado, máquinas de tecelagem, bombas, etc.), onde se deve considerar a corrente de pico do equipamento, assim como possíveis distorções harmônicas.

SISTEMAS DE NOBREAK E UPS (Uninterruptible Power Supply) – TIPOS OFFLINE OU SHORT BREAK

Vantagem: - Esse tipo de no-break, os short-breaks com operação off-line, tem um custo bastante baixo o que torna viável sua adoção no mercado residencial. Desvantagens: - Mesmo a rede elétrica sendo considerada normal, o estabilizador interno busca compensar desvios maiores dessa tensão da rede. - No modo bateria, o problema passa a ser a forma de onda gerada por esse short-break. Para baratear seu custo essa geração não é feita no mesmo formato senoidal da energia da rede elétrica, e sim em uma aproximação grotesca da mesma, chamada forma de onda "quasi senoidal", "pseudo senoidal", "senoidal por aproximação".

SISTEMAS DE NOBREAK E UPS (Uninterruptible Power Supply)

TIPOS ONLINE DE DUPLA CONVERSÃO

No break on-line, de dupla conversão, com geração senoidal pura: Esse tipo de no-break é mais usado para suportar aplicações que exija tempo zero de comutação (sem interrupção mesmo), uso continuado na falta de energia, baixa distorção harmônica na tensão gerada. Geralmente adotado para suportar servidores e/ou aplicações de vital importância.

SISTEMAS DE NOBREAK E UPS (Uninterruptible Power Supply)

TIPOS ONLINE DE DUPLA CONVERSÃO

Vantagens: - O geração de energia desse no-break opera continuamente, esteja a rede comercial oferecendo tensão correta ou não. Se a rede elétrica, por exceção, não tiver condições de alimentar esse gerador ou conversor CC/CA PWM, a bateria faz esse suprimento de energia.. - A forma de onda gerada é senoidal pura, melhor até que aquela da rede elétrica por não conter os ruídos, transientes, surtos inerentes a essa rede elétrica comercial. - O tempo de autonomia desse no-break só depende da quantidade de energia armazenada em suas baterias.

Desvantagem:

Seu preço é a grande desvantagem desse tipo de no-break.

SISTEMAS DE GERADORES

O GERADOR tem a função de suprir o fornecimento de energia através de um alternador (gerador de corrente alternada) acoplado a um motor a explosão.

Quando ocorre a falta de energia o motor é acionado, este tempo de acionamento pode variar, ocasionando uma falta momentânea de energia. Para uma solução para fornecimento ininterrupto de energia, um nobreak é adicionado ao sistema.