Sistemas Fotovoltaicos – Fundamentos sobre Dimensionamento - eBook

PREÂMBULO

CAPÍTULO 1 - ENQUADRAMENTO
1.1. Breves conceitos sobre células fotovoltaicas
1.2. Posição da fileira da energia fotovoltaica no Mundo e em Portugal

CAPÍTULO 2 - CONCEITOS GERAIS DE HELIOTECNIA
2.1. Radiação Solar
2.1.1. Definições e termos correntes
2.1.2. Radiação directa e difusa
2.1.3. Massa de Ar
2.1.4. Equipamentos de medição da radiação solar
2.1.5. Aproveitamento da energia solar
2.2. Movimento Terra – Sol
2.2.1. Declinação Solar: equinócios e solstícios
2.2.2. Posição solar a qualquer hora do dia
2.3. Estimativa da radiação solar incidente sobre um plano inclinado
2.3.1. Superfícies orientadas
2.3.2. Distância entre fileiras de módulos fotovoltaicos

CAPÍTULO 3 - TECNOLOGIA DE MATERIAIS: TIPOS DE CÉLULAS
3.1. Introdução
3.2. Tipos de células fotovoltaicas
3.2.1. Células de silício monocristalino
3.2.2. Células de silício policristalino
3.2.3. Células de Silício Amorfo
3.2.4. Células de disseleneto de cobre-índio-gálio (CIGS)
3.2.5. Células de dióxido de titânio sensibilizadas por corante
3.2.5.1. Princípio geral do funcionamento das CSSC
3.2.5.2. Preparação de uma suspensão com nanopartículas de TiO2
3.2.5.3. Deposição da camada de nanopartículas de TiO2 sobre o substrato
de vidro condutor
3.2.5.4. Sinterização da camada constituída por nanopartículas de TiO2
3.2.5.5. Preparação do corante (agente sensibilizador)
3.2.5.6. Preparação do contra-eléctrodo
3.2.5.7. Montagem da célula
3.2.5.8. Adição do electrólito

CAPÍTULO 4 - SEMICONDUTORES E MODELO MATEMÁTICO DA CÉLULA FOTOVOLTAICA
4.1. Semicondutores e efeito fotovoltaico
4.2. Teoria de bandas de energia
4.2.1. Materiais condutores
4.2.2. Materiais isolantes
4.2.3. Materiais semicondutores
4.2.3.1. Semicondutores intrínsecos
4.2.3.2. Semicondutores extrínsecos
4.3. Modelo matemático da célula fotovoltaica
4.3.1. Díodo de Junção p-n no escuro
4.3.1.1. Função trabalho, potencial de contacto e electro-afinidade
4.3.1.2. Junção p-n em equilíbrio termodinâmico
4.3.1.3. Junção p-n com polarização constante: característica I – V da junção p-n
4.3.2. Díodo de Junção p – n sob iluminação
4.3.2.1. Célula fotovoltaica: característica I-V
4.3.2.2. Principais parâmetros de desempenho de uma célula fotovoltaica

CAPÍTULO 5 - MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
5.1. Características e associações
5.1.1. Características dos módulos fotovoltaicos
5.1.2. Associações de módulos fotovoltaicos: ligação série, paralelo e mista
5.1.3. Diodos de desvio e diodos de fileira
5.1.4. Efeitos de sombreamento nos módulos Fotovoltaicos
5.1.5. Efeitos da deposição de neve nos módulos Fotovoltaicos

CAPÍTULO 6 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS LIGADOS À REDE E AUTÓNOMOS
6.1. Equipamentos eléctricos/principais componentes
6.1.1. Regulador MPP e conversor DC/DC
6.1.2. Inversores DC/AC
6.1.3. Dimensionamento de sistemas FV ligados à rede
6.1.3.1. Selecção do módulo fotovoltaico
6.1.3.2. Concepção do sistema fotovoltaico
6.1.3.3. Dimensionamento do sistema fotovoltaico
6.1.3.4. Dimensionamento das cablagens
6.1.4. Estimativa da produção de energia
6.2. Sistemas autónomos
6.2.1. Regulador de carga
6.2.2. Baterias de acumuladores
6.2.2.1. Constituição e princípio de funcionamento
6.2.2.2. Tipos de baterias de acumuladores
6.2.2.3. Características das baterias de acumuladores
6.2.2.4. Associação de baterias de acumuladores
6.2.3. Dimensionamento de sistemas FV autónomos
6.2.4. Dimensionamento de sistemas FV autónomos para bombagem de água..183
6.2.4.1. Avaliação da quantidade de água consumida diariamente
6.2.4.2. Cálculo da altura manométrica
6.2.4.3. Avaliação do recurso solar disponível na região
6.2.4.4. Selecção da bomba: potência da bomba
6.2.4.5. Selecção do sistema fotovoltaico: potência do gerador FV
6.2.4.6. Tipologia do sistema FV

CAPÍTULO 7 - ESTUDO DE CASOS
7.1. Estudo de caso: sistema ligado à rede
7.1.2. Determinação do número de módulos por fileira
7.1.3. Determinação do número de fileiras em paralelo
7.1.4. Potência do sistema fotovoltaico
7.2. Estudo de caso: sistema FV autónomo
7.2.1. Instalação doméstica
7.2.1.1. Avaliação das necessidades de consumo
7.2.1.2. Avaliação da irradiação solar incidente
7.2.1.3. Determinação da potência do gerador FV
7.2.1.4. Dimensionamento da bateria de acumuladores
7.2.1.5. Selecção do regulador de carga
7.2.1.6. Dimensionamento das cablagens
7.2.1.7. Avaliação da energia produzida pelo sistema fotovoltaico
7.3. Estudo de caso – bombagem de água
7.3.1. Avaliação do valor médio do “número de horas de sol”, HS
7.3.2. Determinação do valor da altura manométrica, HM
7.3.3. Determinação da potência da bomba (ou potência motriz)
7.3.4. Determinação da potência do gerador fotovoltaico, PFV
7.3.5. Determinação da tipologia do sistema FV
7.3.6. Estimativa da energia produzida pelo gerador FV, considerando
o efeito da temperatura e da irradiação incidente
7.3.6.1. Avaliação da radiação solar incidente
7.3.6.2. Determinação do volume de água bombeado
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABELAS
NOTAS BIOGRÁFICAS

Joaquim Carneiro
Nasceu em 1966. Frequentou o ensino secundário na Escola Secundária de Ponte da Barca. Doutorado em Engenharia Mecânica pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), e Licenciado em Física e Química pela Universidade do Minho (UMinho). Foi vice-director do Núcleo de Investigação em Tecnologias de Energias Renováveis da UMinho, coordenador do Grupo de Revestimentos Funcionais (GRF) do Centro de Física (CF) da UMinho, membro do Conselho Científico da Escola de Ciências da UMinho e membro da Comissão Directiva do Centro de Física onde desenvolve actualmente a sua actividade de investigação científica centrada nas áreas da engenharia de superfícies, nanotecnologia, revestimentos funcionais, energia e materiais fotocatalíticos. Exerceu o cargo de Chefe de Departamento de Políticas de Investigação e de Pós-graduação do ISPTEC/SONANGOL (Sociedade Nacional
de Combustíveis de Angola), Luanda. É Professor responsável pela leccionação de Unidades Curriculares de Física a diversos cursos de Mestrado Integrado em Engenharia e de Energias Renováveis do Mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente, ministrados na UMinho. É Professor visitante na Jiangsu University of Science and Technology, China. É autor de mais de 100 artigos científicos publicados em revistas internacionais com revisão por pares e factor de impacto, 6 capítulos de livros, 1 patente e membro do Conselho Editorial de revistas científicas internacionais. Participou e liderou diversos projectos de investigação científica com financiamento nacional e europeu (FCT, ADI, FP6, FP7, QREN), tendo também coorganizado e
participado em diversas conferências e comités técnico-científicos nacionais e internacionais. Foi membro da Comissão de Honra do Presidente da República Portuguesa (2005–2015), Deputado da Assembleia Municipal de Ponte da Barca (2013–2017) e Deputado da Comunidade Intermunicipal CIM Alto Minho (2013–2017).

Mário Passos
Nasceu em 1966. Viveu na freguesia de Nine, em V. N. de Famalicão, onde frequentou o 1º ciclo. Realizou o ensino básico no mesmo concelho e o ensino secundário em Braga. Licenciou-se em 1991, no curso de Física e Química, pela Universidade do Minho (UM), onde foi monitor no departamento de Física. Ingressou no Departamento de Química, no grupo de Química Física da UM, iniciando, assim, a sua carreira académica. Realizou as Provas de Aptidão Pedagógica e Capacidade Científica e as Provas de Doutoramento em Ciências, em cooperação com o Instituto John Innes Centre, Norwich, Inglaterra, tornando-se Professor Auxiliar na mesma universidade, UM. Nesse período, a sua actividade de investigação centrou-se nas áreas da construção de eléctrodos modificados por filmes poliméricos condutores e na síntese, caracterização e estudo comportamental de complexos metálicos. Efectuou dezenas de comunicações e publicou vários artigos científicos em revistas nacionais e internacionais. Foi responsável pela leccionação de diversas unidades curriculares, nomeadamente aos cursos de Física e Química, Química, Geologia, e diversas Engenharias. Orientou múltiplos estágios e participou em diversos júris. Foi, ainda, Presidente da Comissão de Estágio da Licenciatura de Física e Química e secretário da Comissão Coordenadora de Estágios da UM. Em 1999, envolveu-se activamente na política local do concelho de Vila Nova de Famalicão. Em 2004, é convidado pelo XV Governo Constitucional da República Portuguesa, para Delegado Regional de Braga do Instituto Português da Juventude e, em 2009, é eleito Vereador da Câmara
Municipal de Vila Nova de Famalicão, até à presente data, tendo exercido funções em cerca de dez pelouros da governação autárquica. Torna-se, entretanto, Professor Convidado, da Cooperativa de Ensino Superior e Politécnico Universitário – CESPU.