Sistemas fotovoltaicos
A IEC TS 61724-2:2016 – Photovoltaic system performance – Part 2: Capacity evaluation method estabelece um método de medição e análise da produção de energia de um sistema fotovoltaico, especificando um objetivo para avaliar a qualidade do desempenho do sistema fotovoltaico. O ensaio destina-se a ser aplicado durante um período de tempo relativamente curto (de alguns dias com sol). A intenção desta norma é especificar um procedimento para comparar a potência medida produzida contra a energia esperada de um sistema fotovoltaico nos dias relativamente ensolarados.
Conteúdo da norma
Prefácio …….4
Introdução……6
1 Escopo…………..7
2 Referências normativas ………………………………..7
3 Termos e definições ……………………………………8
4 Escopo, cronograma e duração do ensaio……….. 10
5 Equipamento e medidas………………………… 11
6 Procedimento ………………………….12
6.1 Documentação dos objetivos de desempenho no escopo de não sujeito a operação restrita……………………………………. 12
6.1.1 Geral ……………………………………..12
6.1.2 Definição do limite do ensaio para alinhar com o limite do sistema pretendido…………… 12
6.1.3 Definição das condições de referência para a operação sem restrições..12
6.1.4 Definição da meta de desempenho em condições sem restrições e operação restrita……………………………………. 13
6.1.5 Definição da dependência da temperatura da produção da planta sob operação sem restrições………………………………………. 13
6.1.6 Definição de dependência de irradiação…………….. 14
6.1.7 Definição do objetivo de desempenho em operações restritas…….. 14
6.1.8 Definição de incerteza ……………………………………… 14
6.2 Medição de dados ………………………………………. 14
6.2.1 Geral ……………………………………….14
6.2.2 Verificações de dados para cada fluxo………………… 15
6.2.3 Sombreamento do sensor de irradiação……………… 16
6.2.4 Precisão da calibração ………………………………… 16
6.2.5 Utilização de dados de vários sensores……………….. 16
6.2.6 Operação sem restrições e operação restrita quando a saída do limite do inversor for alcançada…………………………………….. 17
6.3 Cálculo do fator de correção…………………………………….. 17
6.3.1 Geral ……………………………………..17
6.3.2 Medição de entradas……………………..17
6.3.3 Verificação da qualidade dos dados ………. 17
6.3.4 Cálculo do fator de correção para cada ponto de medição………. 17
6.3.5 Saída de potência com medida correta…………………………….. 18
6.3.6 Média de todos os valores de potência corrigida…………… 18
6.3.7 Análise de discrepâncias ……………………………………… 18
6.4 Comparação da potência medida com a meta de desempenho…………… 18
6.5 Análise de incerteza …………………………………………… 19
7 Documentação do procedimento de ensaio…………………….. 20
8 Relatório de teste ………………………………………..21
Anexo A (informativo) Exemplo de modelo para cálculos de temperatura do módulo ……………….. 22
A.1 Geral ………………………………………. . 22
A.2 Exemplo de modelo de transferência de calor para calcular o
Temperatura …………………………………………. . 22
Anexo B (informativo) Exemplo de modelo para alimentação do sistema………………………….. 25
B.1 Generalidades……………………………………..25
B.2 Exemplo de modelo…………………………………25
Anexo C (informativo) Inconsistência de orientação de matriz………………………………. 26
Bibliografia …………………………………27
O desempenho do sistema é quantificado tanto nos momentos em que os inversores estão em potência máxima e durante os momentos em que a potência do sistema é limitada pela capacidade de saída do inversor ou limite de interligação, reduzindo a saída do sistema. Este procedimento pode ser aplicado a qualquer sistema fotovoltaico, incluindo no sistemas tipo concentrador fotovoltaico, utilizando a irradiância (direta ou global) relevante para o desempenho do sistema.
Este procedimento de ensaio foi concebido e elaborado com o objetivo principal de facilitar a documentação de desempenho, mas também pode ser usado para verificar um desempenho (por exemplo, degradação) de um sistema ao longo de vários anos, ou para a qualidade do sistema para qualquer outra finalidade. A terminologia não foi generalizada para se aplicar a todos as situações, mas a intenção é criar uma metodologia que possa ser utilizada sempre que o objetivo é verificar o desempenho do sistema em uma condição de referência específica escolhida frequentemente observada. Uma avaliação mais completa do desempenho da pode-se utilizar a Technical Specification IEC TS 61724-3, Photovoltaic system performance – Part 3: Energy evaluation method.
Como informação, pode-se dizer que os raios solares, além de trazerem a luz e o calor, essenciais para a vida na Terra, podem ser aproveitados para a geração de energia, tanto na forma de calor quanto na de eletricidade. Essa eletricidade que vem do sol é chamada de fotovoltaica, termo formado a partir de duas palavras: foto, que em grego significa luz, e voltaica, que vem da palavra volt, a unidade para medir a tensão elétrica.
O raio solar é transformado em eletricidade em uma célula fotovoltaica, fabricada com materiais chamados de semicondutores. O mais utilizado é o silício. A luz solar é pura energia, composta de pequenos elementos denominados fótons. Quando os fótons atingem a célula fotovoltaica, parte deles é absorvida. Esses fótons despertam os elétrons do material semicondutor, gerando assim eletricidade.
Quanto maior a intensidade da luz solar, maior o fluxo da eletricidade. A eletricidade gerada pelas células está em corrente contínua, que pode ser imediatamente usada ou armazenada em baterias. Em sistemas conectados à rede, a energia gerada precisa passar por um equipamento chamado inversor, que irá converter a corrente contínua em alternada com as características (frequência, conteúdo de harmônicos, forma da onda, etc.) necessárias para atender as condições impostas pela rede elétrica pública. Assim, a energia que não for consumida pode também ser lançada na rede.
A geração solar térmica consiste na transformação da energia do sol em calor para a utilização no aquecimento de água em residências, hotéis, clubes, etc. Para captar essa energia são usados coletores solares. Na geração solar fotovoltaica, a energia é diretamente convertida em eletricidade e, neste caso, são utilizados módulos solares.
Os sistemas fotovoltaicos podem ser instalados em variados locais. Por exemplo, em edificações conectadas à rede, que é o tipo mais comum de instalação fotovoltaica, o qual, normalmente, substitui revestimentos arquitetônicos de edificações, como telhados e fachadas, ou se sobrepõe a estes. A energia gerada pode ser injetada na rede elétrica das cidades.
Em áreas isoladas, podem ser instalados à rede elétrica. Neste caso, o sistema fotovoltaico é a única fonte de eletricidade e é necessário o uso de baterias para armazená-la. Podem gerar energia para apenas uma residência ou estar em minirredes para atender a uma pequena comunidade.
Em sistemas híbridos, a geração fotovoltaica funciona em conjunto com outras fontes de energia como a eólica ou motores a diesel. Esses sistemas são mais complexos, pois exigem um controle capaz de integrar as diferentes formas de geração de energia. Eles podem estar conectados à rede, isolados ou apenas ter o apoio da rede.
Em centrais fotovoltaicas, também conectadas à rede, produzem uma grande quantidade de eletricidade em um único ponto. O tamanho da usina varia de alguns a dezenas de MW. Normalmente estão próximas a indústrias que exigem maior consumo de energia.
Em bens de consumo, podem ser instaladas as células fotovoltaicas em equipamentos elétricos, como relógios, calculadoras, mochilas, brinquedos, carregadores de bateria e até estacionamentos para dar carga aos carros elétricos. Outras aplicações incluem sistemas de irrigação, sinalização em rodovias, postes e telefones públicos.
Os sistemas fotovoltaicos integrados às edificações urbanas e conectados à rede oferecem diversas vantagens para o sistema elétrico de um país, muitas delas relacionadas à redução de custos e que ainda não são consideradas ou quantificadas. Podem reduzir as perdas por transmissão e distribuição de energia, já que a eletricidade é consumida onde é produzida; reduzir os investimentos em linhas de transmissão e distribuição; possui baixo impacto ambiental; fornece maiores quantidades de energia elétrica nos momentos de maior demanda; não exige área física dedicada; e tem rápida instalação devido à sua grande modularidade, aumentando assim a geração elétrica necessária em determinado ponto ou edificação.
Enfim, um sistema fotovoltaico de energia funcionando isoladamente é composto por um conjunto de módulos fotovoltaicos e por um conjunto de equipamentos complementares, incluindo baterias, controladores de carga e inversores. Esses componentes variam de acordo com a aplicação do sistema fotovoltaico. Os módulos fotovoltaicos geram eletricidade em corrente contínua. As baterias armazenam a eletricidade obtida da luz solar durante o dia, possibilitando o funcionamento das lâmpadas e dos aparelhos elétricos à noite ou em períodos nublados.
O controlador de carga é instalado entre os módulos e as baterias para gerenciar o processo de carga e descarga das baterias, evitando que as mesmas sejam sobrecarregadas ou descarregadas além de limites pré-determinados, aumentando assim sua vida útil. O inversor é necessário em um sistema fotovoltaico quando se necessita alimentar as cargas em corrente alternada. O inversor transforma a corrente contínua em corrente alternada, podendo, portanto, alimentar os aparelhos eletroeletrônicos convencionais.
Os sistemas fotovoltaicos podem ser classificados em autônomos e interligados à rede. Os autônomos podem se dividir naqueles que só fornecem corrente continua, aqueles que fornecem corrente alternada e ainda existem aqueles que fornecem ambas as correntes. Os sistemas autônomos produzem eletricidade independentemente de outras fontes de energia.
Existem sistemas autônomos utilizados para bombeamento de água, sendo a água armazenada no reservatório para utilização no instante do consumo. Os sistemas autônomos com armazenamento são utilizados onde se necessita alimentar cargas à noite ou em períodos nublados. Os sistemas autônomos compreendem a maioria das aplicações de sistemas fotovoltaicos em regiões remotas ao redor do mundo sendo a eletrificação rural a mais difundida.
Os sistemas autônomos podem operar em conjunto com outra fonte geradora de energia (geradores eólicos, diesel, etc.). Em certas situações podem ser mais econômicos que os sistemas fotovoltaicos puros no fornecimento de eletricidade em projetos isolados de maior escala. Um sistema fotovoltaico, complementado por outra fonte de energia, requer menor potência instalada de painéis fotovoltaicos e baterias, podendo reduzir os custos totais.
Os sistemas interligados à rede são aqueles em que o arranjo de módulos fotovoltaicos atua como uma fonte de energia complementar ao sistema elétrico ao qual está conectado. Esses sistemas não utilizam armazenamento de energia, pois toda a energia gerada durante o dia é entregue à rede e, durante a noite ou em períodos nublados, dela é extraída a energia necessária para alimentar as cargas.
Na Europa, Estados Unidos e Japão os sistemas interligados à rede são a principal aplicação atual dos sistemas fotovoltaicos. Existem vários projetos em desenvolvimento, principalmente nos países desenvolvidos. Pode-se destacar pela grande potencia instalada a Alemanha, o Japão, os Estados Unidos e a Espanha.
Os incentivos financeiros oferecidos pela legislação destes países tornam atrativa a construção integrada de sistemas fotovoltaicos nos chamados telhados solares, gerando soluções arquitetônicas estéticas e viáveis economicamente. Além disso, existem grandes centrais geradoras com potencias instaladas de vários MW. A maior parte dos módulos fotovoltaicos fabricados no mundo se destina para este tipo de aplicação.
FONTE: Equipe Target