Energia fotovoltaica

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Energia fotovoltaica

  1. 1. Instituto Superior de Entre Douro e VougaEngenharia da Produção e Manutenção Industrial│2006/2007 Máquinas Eléctricas Trabalho realizado por: Sérgio Paulo Lopes da Rocha
  2. 2. Energia Fotovoltaica Í NDICE1. Introdução ........................................................................................................................... 32. Efeito Fotovoltaico............................................................................................................... 43. Componentes da Célula Fotovoltaica.................................................................................. 54. Composição do Módulo Fotovoltaico................................................................................... 65. Tipos e Células e Películas Fotovoltaicas ........................................................................... 66. Eficiência de Conversão...................................................................................................... 77. Tempo de Retorno Energético ............................................................................................ 78. Esquema de Funcionamento de um Sistema Autónomo Fotovoltaico ................................. 79. Recurso Solar em Portugal. ................................................................................................ 810. Tipologias............................................................................................................................ 811. Especificidades ................................................................................................................... 812. Exemplos de Aplicações ..................................................................................................... 913. Conclusão ......................................................................................................................... 1014. Bibliografia ........................................................................................................................ 10 ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 2 de 10
  3. 3. Energia Fotovoltaica1. I NTRODUÇÃO A energia solar fotovoltaica consiste na conversão de energia solar em electricidade, é umafonte de energia limpa pois o seu funcionamento não tem emissões indesejáveis, e é renovável,devido à natureza inesgotável do sol. Tem, além disso, outras vantagens como o longo tempo devida dos seus equipamentos (ronda os 30 anos), a sua baixa manutenção, (sendo apenasnecessário prestar alguma atenção aos acumuladores) a sua modularidade e portabilidade. Este trabalho pretende descrever o princípio de funcionamento das células fotovoltaicas ealguns aspectos da sua integração em sistemas de electricidade solar. Falar-se-á ainda de alguns aspectos que por vezes parecem ensombrar as virtudes daenergia solar eléctrica, nomeadamente a eficiência de conversão e o tempo de retorno energético. ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 3 de 10
  4. 4. Energia Fotovoltaica2. E FEITO F OTOVOLTAICO Para compreendermos melhor o funcionamentoda célula fotovoltaica, devemos entender o conceito deeficiência da conversão (quociente entre a irradiaçãosolar que incide na área da célula e a energia eléctricaque é produzida). Melhorando a eficiência da célulafotovoltaica, corresponde a afirmar que os sistemasfotovoltaicos podem tornar-se cada vez maiscompetitivos relativamente à produção de energiaeléctrica com combustíveis fósseis. As células fotovoltaicas convertem a irradiaçãosolar em electricidade a partir de processos que sedesenvolvem ao nível atómico nos materiais de quesão constituídas. A verdadeira compreensão deste fenómeno,levou cerca de cem anos a esclarecer, embora oprocesso de produzir corrente eléctrica em meiocontínuo tenha sido relatado desde 1839. Durante a segunda metade do séc. XX assistiu-seà sucessiva ultrapassagem dos principais problemas de fabrico, de um aumento de eficiência, detal forma que o custo deste tipo de sistema “de produção alternativa de energia” reduziusignificativamente. Se compararmos a eficiência das primeiras células fotovoltaicas (anos 50) de 1 a 2%, comos sistemas actuais que convertem de 8 a 20%, assim com os métodos avançados de fabrico demódulos fotovoltaicos, podemos concluir, que em numerosas aplicações de electrificação (rural,remota, urbana, escolar, conexão à rede) já é economicamente viável a sua utilização além docompromisso que estabelece com o consumidor, que é o uso de uma fonte de produção deenergia não poluente. ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 4 de 10
  5. 5. Energia Fotovoltaica3. C OMPONENTES DA C ÉLULA F OTOVOLTAICA Os principais componentes da célula fotovoltaica, também designada pilha fotovoltaica,correspondem às camadas (em sanduíche) de materiais semicondutores onde é produzida acorrente eléctrica. Existem um número variado de materiais adequados para serem utilizados “como umapilha”, todos com vantagens e inconvenientes. Não se pode dizer actualmente, que existe ummaterial semicondutor “ideal”, pois a sua utilização está directamente ligada à aplicação, ao seucusto, à eficiência e duração. Além dos materiais semicondutores, a célula fotovoltaica apresenta dois contactosmetálicos, em lados opostos, para fechar o circuito eléctrico. O conjunto encontra-se encapsulado entre um vidro e um fundo, essencialmente para evitara sua degradação com os factores atmosféricos, vento, chuva, poeira, vapor, etc., e assim manteras condições ideais de operação por dezenas de anos. ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 5 de 10
  6. 6. Energia Fotovoltaica4. C OMPOSIÇÃO DO M ÓDULO F OTOVOLTAICO5. T IPOS E C ÉLULAS E P ELÍCULAS F OTOVOLTAICAS ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 6 de 10
  7. 7. Energia Fotovoltaica6. E FICIÊNCIA DE C ONVERSÃO A eficiência de conversão, ou rendimento, de uma célula fotovoltaica é definido como oquociente entre a potência da luz que incide na superfície da célula fotovoltaica e a potênciaeléctrica disponível aos seus terminais. A actual recordista mundial de eficiência de conversãofotovoltaica é uma célula GaInP/GaInAs/Ge da Spectrolab, com 39% de eficiência. Para células desilício, o valor máximo obtido é de 24,4%. Tecnologia Maximo (Célula em Laboratório) Máximo (módulo) Indústria Silício monocristalino 24,7% 22,7% 12 a 16% Silício multicristalino 19,8% 15,3% 11 a 14% Silício amorfo 12,7% - 5 a 8% Selenieto de cobre e índio 18,2% 12,1% - Telurieto de cádmio 16,0% 10,5% -7. T EMPO DE R ETORNO E NERGÉTICO O tempo de retorno energético para os painéis solares eléctricos típicos em condiçõesstandard de iluminação é da ordem de 2 ou 3 anos o que significa que, atendendo a que o tempomédio de vida de um painel solar é de pelo menos 30 anos, o painel irá produzir ao longo da suavida cerca de dez vezes mais energia do que aquela que foi gasta no seu fabrico.8. E SQUEMA DE F UNCIONAMENTO DE UM S ISTEMA A UTÓNOMO F OTOVOLTAICO ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 7 de 10
  8. 8. Energia Fotovoltaica9. R ECURSO S OLAR EM P ORTUGAL . Entre os países da UE, Portugal continental apresenta umdos mais elevados recursos solares: 1400 a 1800 kWh/m2/ano(Irradiação no plano horizontal).10. T IPOLOGIAS Sistemas autónomos/híbridos • Electrificação de casas em locais isolados (meio rural); • Bombagem de água (sistema directo); • Sinalização (aeroportos, passagens de nível, etc.); • Sistemas de telecomunicações (TV, rádio, telefone, etc.); • Dessalinização de água do mar; • Protecção catódica; • Aplicações de micro-potência (rádios, calculadoras, etc.); Sistemas ligados à rede • Integração em edifícios • Centrais fotovoltaicas.11. E SPECIFICIDADES Vantagens • Benignos do ponto de vista ambiental; • Modulares e sem partes móveis (sujeitas a desgaste); • Inexistência de ruídos ou cheiros; • Reduzida exigência de manutenção; • Elevado ciclo de vida (20-30 anos no caso do Silício cristalino). Inconvenientes • Elevado custo de instalação; • Módulos (3 a 4 €/Wp) e sistemas (6 a 12 €/Wp); • Rendimento relativamente baixo (10-15%); ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 8 de 10
  9. 9. Energia Fotovoltaica12. E XEMPLOS DE A PLICAÇÕESISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 9 de 10
  10. 10. Energia Fotovoltaica13. C ONCLUSÃO Meio século depois da primeira célula fotovoltaica moderna, a produção de energia eléctricapor conversão da radiação solar é hoje uma promissora tecnologia, limpa e renovável, para aprodução de electricidade. Portugal, em particular, oferece condições exemplares para a utilização da tecnologiafotovoltaica para reduzir a sua factura energética e as suas emissões de gases de efeito de estufaassociadas à produção de electricidade utilizando combustíveis fósseis. A utilização de electricidade solar em maior escala está ainda limitada por factorestecnológicos mas sobretudo pelo elevado custo por unidade de energia produzida.14. B IBLIOGRAFIA http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar#Tipos_de_energia_solar http://paginas.fe.up.pt/jornadasdeq/6asjornadas/pagina/textos_energias/solar.htm http://www.greensolutions.pt/fotovoltaica.html http://www.greensolutions.pt/aqs.html http://spes.pt/pagina/index.php?option=com_content&task=view&id=68&Itemid=115 http://www.inelsacontrols.com/solar_fotovoltaica.htm http://www.provincia.rimini.it/progetti/territorio/2004_fv/2.htm http://www.abae.pt/ecoreporter/Conteudos/sala3/sala3_10.htm http://www.energiasrenovaveis.com/html/energias/solar_conversao.asp http://www.energiasrenovaveis.com/html/energias/solar_tecnologias.asp#solar_pv http://www.naturlink.pt/canais/Artigo.asp?iArtigo=6556&iCanal=29&iSubCanal=3813&iLingua=1 ISVOUGA Máquinas Eléctricas Página 10 de 10

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