Profissionais de peso visitam

domingo, 24 de janeiro de 2010

 O processo de obtenção de energia eléctrica fotovoltaica












O sol que chega aos módulos solares produz a
electricidade em Corrente Contínua, ou a C.C. A tensão
dos painéis solares são maioritariamente de 12 volts CC, o padrão
usado nos carros. Os sistemas maiores podem ser projectados para 24V
C.C., ou uma C.C. de 48 volts. Isto significa que os módulos são
combinados em pares para 24 volts, ou grupos de quatro para 48 volts.
Esta alimentação de DC é armazenada nas BATERIAS,
que vão acumulando energia quando não existe consumo energético.
O INVERSOR é um componente principal
que converte a corrente contínua de 12, 24, ou 48 volts da bateria numa
corrente de uma C.A. de 220 volts, a mesma que rede pública fornece
para luzes, tomadas e dispositivos. A maioria dos circuitos domésticos
solares usam uma C.A. de 220 volts produzida pelo inversor. Alguns
circuitos da C.C. são adicionados geralmente onde usando dispositivos
de CC podem ser directamente utilizados, regas automáticas, bombas de
água, sistemas de iluminação.
Quando aparece uma fase de um número de dias consecutivos sem luz do
sol, o proprietário, deve verificar as suas baterias. Se o nível da
carga for baixo, um motor - ou gerador dirigido deve recarregar as
baterias a fim manter o funcionamento óptimo do sistema. Verifique os erros
comuns na instalação de sistemas de energia alternativos



Módulos Solares (PV) são instalados em
grupos de 1 a 12 módulos numa montagem solar, por sua vez a um edifício,
ao telhado de um edifício, ou sobre um suporte (pé) metálico. Os custos
do sistema
e o cálculo
das células
são fundamentais para que a eficiência do sistema
seja elevada.
Controlador de Carga ou regulador da carga,
tem como finalidade controlar a carga das baterias, evitando que
sobrecarreguem, o controle da carga corta automaticamente a carga quando
as baterias ficam com carga completa. Um controle da carga pode ter
interruptores de controle manual e pode ter medidores ou luzes para
mostrar o estado das baterias no processo carga. Esquema
electrónico de um controlador de carga
As Baterias recebem e armazenam a energia eléctrica
da C.C., e podem imediatamente fornecer electricidade armazenada segundo
as necessidades
O Inversor é o
componente electrónico principal de um sistema de potência. Converte a
alimentação de DC Armazenada nas baterias para C.A. de 220 volts. Os
cabos curtos, pesados com um fusível de potência ou um disjuntor de
circuito leva a energia das bateria para inversor. Depois da conversão
para C.A., o inversor ligado ao disjuntor coloca energia da instalação
solar directamente no circuito eléctrico em vez das linhas de serviço
público. Os inversores para o a versão doméstica vêm com potências
na ordem dos 50 a 5500 watts.
Um Inversor/Carregador é um inversor que tem
também um carregador de bateria e um relé de transferência interno.
Quando os terminais da entrada de um inversor/carregador recebem energia
de uma fonte exterior de C.A. Verificam se existe carga disponível nas
baterias, se não existir carga suficiente passam directamente a energia
da rede publica carregando simultaneamente as baterias. Esquema
de Inversor 12V CC -220V AC
 

Tecnologia Solar Fotovoltaica.

Vantagens:

  • Alta fiabilidade – não tem peças móveis, o que é muito útil
    em aplicações em locais isolados.
  • A fácil portabilidade e adaptabilidade dos módulos - permite
    montagens simples e adaptáveis a várias necessidades energéticas.
    Os sistemas podem ser dimensionados para aplicações de alguns
    miliwatts a vários kilowatts.
  • O custo de operação é reduzido - a manutenção reduzida: não
    necessita de combustível, transporte ou manutenção altamente
    qualificada.
  • A tecnologia fotovoltaica apresenta qualidades ecológicas, énão
    poluente, silencioso e não perturba o ambiente.

Desvantagens:

  • O fabrico dos módulos
    fotovoltaicos 
    tem custos de produção elevados o que
    torna o preço elevado.
  • O rendimento real de conversão dum modulo é reduzido (o limite
    teórico máximo numa célula de silício cristalino é de 28%), em
    função do custo do investimento.
  • Os geradores fotovoltaicos raramente são competitivos do ponto de
    vista económico, face a outros tipos de geradores (e.g. geradores a
    gasóleo, geradores éolicos). A excepção restringe-se a casos
    onde existam reduzidas necessidades de energia em locais isolados
    e/ou em situações de grande preocupação ambiental.
  • Quando é necessário proceder ao armazenamento de energia sob a
    forma química (baterias), o custo do sistema fotovoltaico torna-se
    ainda mais elevado.





Energia Solar

A Terra recebe energia radiante do Sol, emitindo uma
quantidade idêntica. A emissão depende da temperatura da Terra, ou
seja, a temperatura do planeta Terra é a temperatura de equilíbrio na
qual a absorção é igual à emissão de radiação. Assim, se a absorção
mudar, a temperatura de equilíbrio também se modificará.
A energia radiante recebida pela Terra (173 x 1015W
=173.000.000.000.000.000 Watts)(*) 30% é reflectida (albedo),
19% absorvida pela atmosfera e radiada posteriormente, 19% é absorvida.
Os 19% de energia absorvida penetrante servem de força motriz para as
correntes marítimas, ondas, força motriz dos ventos. Os restantes 51%
são absorvidos pela superfície.
(*) Constante solar = 1395 W/m 2

Área da Terra - (6,3x106)2x 3,14m2

Energia recebida - 124x1012x 1395 = 173x1015


Apenas uma pequena percentagem penetra nos sistemas
biológicos, por fotossíntese, nas plantas e noutros organismos, 0,02%
do total

Radiação solar extra terrestre

A radiação solar extra terrestre é a radiação medida acima da
atmosfera terrestre, esta radiação não é influenciada pelas nuvens
existentes na atmosfera pelo que facilmente se pode calcular a radiação
extra terrestre ao longo do ano. A órbita da Terra à volta do sol não
é uma circunferência mas sim uma elipse. Isto faz com que a radiação
solar não seja constante ao longo do ano, variando com as estações do
ano. A terra está mais perto do sol em Dezembro (Inverno, hemisfério
norte) e mais afastada em Junho (Verão, hemisfério norte).
rotação terra/ radiação solar
A quantidade de radiação solar é inversamente proporcional ao
quadrado da distância. A unidade que mede a distância da Terra ao sol
é a unidade astronómica (AU).
A distância média corresponde a 1 AU
que em km é igual a 1,498 * 108, verifica-se no equinócio
da Primavera e do Outono, altura em que o dia é igual à noite.
Para determinar a energia solar extra terrestre, é necessário saber
a distância actual. Este factor é calculado através de dia do ano,
dia esse expresso em dia juliano. O dia juliano é feito em função do
dia do ano, tem o valor de 1 para o dia 1 de Janeiro e de 365 para 31 de
Dezembro. A expressão utilizada foi formulada por Duffie e Beckman em
1980.

formula distância entre o sol e a terra, duffie e beckman
A radiação solar extra terrestre pode ser calculada pela seguinte
expressão.

formula da radiação solar em determinado dia, duffie e beckman

onde:

Isc = 1367 Wm-2é a constante solar

Ângulo de Incidência

angulo de incidencia solar plano



A radiação directa que incide num colector solar em função da
orientação do colector  e da posição
do Sol
no hemisfério, que se pode traduzir no ângulo formado pelo
plano normal do colector com a direcção dos raios solares θ,
ou também designado θcol  por . O co-seno de
θ para colectores plano estacionário é:

cos θ= s1cos δ cosω s2 cos δ sinω s3sin δ

onde s1, s2 e s3

cos θ= s1cos δ cosω s2 cos δ sinω

s1=cos β cos φ sin φsin β cos γ

s2=sin γ sin β

s3=sin φcos β cos φsin β cos γ



onde:

  • φ- Latitude do local
  • β- Inclinação do colector
  • γ- Azimute do colector
  • δ- Declinação solar
  • ω- Ângulo horário

Controlador de Carga ou Regulador de Carga, Painel Solar

Este dispositivo destina-se sobretudo a proteger as baterias, regulando a carga especifica e actuando de modo a proteger a bateria de sobre-cargas. É utilizado entre a fonte de energia (módulos fotovoltaicos, painéis fotovoltaicos) e as baterias. Quando a bateria fica com a carga máxima, o regulador de carga desvia a corrente com origem na fonte de energia para outra utilização ou simplesmente evita que as baterias continuem a carregar.
controlador de carga para painel solar

Especificações

Painel Solar  Open Circuit Voltage: 18V (36 cells)
Solar Panel Short Circuit Current: 0-1 Amp max.
Bateria Volt: 12V (nom.)
Bateria Capacidade: 0.1 to 50 Amp Hours

Alinhamento, Ajuste






Ligue a entrada do painel PV e a bateria de 12V aos terminais da bateria. A bateria deve estar com carga para facilitar o alinhamento. Aponte o painel solar directamente para o sol, e verifique a tensão da bateria com um voltímetro. Ajuste o Potenciómetro 20 (100K) Até o led de full começar a piscar, rode o potenciómetro até até a bateria chegar à tensão desejável.  
Coloque o Painel ao sol, quando a bateria chegar ao estado de carga máxima, o led começa a piscar inicialmente com períodos curtos. Há medida que a bateria continua a cargar o led passa a ter períodos longos aceso com períodos curtos desligado. 

Controlador de carga para painel solar e aerogerador 

Se existirem várias fontes de energia (aerogeradores por exemplo) pode-se utilizar um controlador de carga que desliga a entrada de energia para os circuitos esquema controlador de carga para fontes múltiplas.

Controlador carga

Geradores de energia eólica e solar 






A função do controlador de carga para os painéis solares é monitorizar a tensão da bateria, e logo que alcança a carga completa, o controlador desliga a entrada de tensão proveniente das fontes de carga. Isto não prejudica os painéis solares, mas desperdiça a potência eléctrica que estão gerando. A energia acaba por aquecer os transístor no controlador. Este tipo de controlador não é ideal para um gerador eólico, o shunt das entradas gera uma corrente enorme que pode inclusivé danificar o controlador. Desligar simplesmente a ligação, se o gerador eólica está a produzir uma grande quantidade de energia pode destruir o circuito.
A solução ideal é carregar as baterias até ao seu máximo, e logo que atingido, comutar essa energia para outros sectores, se este desvio for útil, melhor ainda, neste caso concreto o desvio é feito para lâmpadas que uma vez as baterias com carga ficam ligadas directamente à produção da turbina. 
Controlador carga gerador eólico
*Alteração efectuada pelo utilizadores do fórum novaenergia
*Tópico no fórum Nova Energia onde este circuito está a ser debatido, Ler Mais
O diagrama esquemático acima mostra o circuito simples do controlador da carga. A tensão de entrada da bateria é dividida ao meio por um par de resistências de 3.3K(utilize uma resistência de 3,3K em paralelo se o LM339 tiver um diferencial de 1,5V), assim que os pontos de desligar são ajustados aos níveis desejados. Os pontos reais de desligar dependem das baterias em particulares, o ideal é começar em 14.5 volts para carga completa, e 11.8 volts para descarregada. Neste caso, as resistências ajustáveis devem ser ajustados para ler 7.25 volts em TP-A e 5.9 volts em TP-B. Necessitará provavelmente de verificar a tensão da bateria com carga e sem carga para determinar os pontos exactos de tensão a ajustar. As saídas do controlador são trancadas, e dirigem um par dos FETs de potência IFR510, que servem como excitadores do relé. Se usar um relé com comutação, a  segunda saída pode ser usada para comutar um ventilador pequeno  C.C. de 12 volts  que desloque o hidrogénio das bateria para impedir o perigo da explosão ao carregar as baterias. Os dois botões de pressão permitem comutar manualmente a saída quando a tensão da bateria estava “na zona nula” entre os pontos. Momentaneamente pressionando uma das teclas, o estado da saída inverterá e pára. Uma resistência de 1K impede um curto inoperante, se alguém decidir pressionar ambas as teclas simultâneamente.
Circuito impresso controlador
A energia de entrada provém de diversas fontes, painéis solares e de geradores eólicos que produzem diferentes tensões, não podem ser ligados juntos… cada um tem de ter um díodo em série com a ligação positiva. Quando a bateria está carregando, cada fonte é puxada para a tensão terminal da bateria, assim cada fonte contribui para a carga. Cada díodo permite a passagem da corrente que cada uma das fontes está a gerar. A ligação negativa de cada fonte é ligada à terra.
Diagram Controlador
Com o circuito em funcionamento, sempre que as baterias recebem carga o led vermelho acende, se a carga máxima for atingida, acende o led verde e o relé dispara desviando a corrente vinda dos geradores, nesta caso para as lâmpadas.
  

Aerogerador 100W

Como construir um aerogerador 100W






Este circuito baseia-se num motor de 220 VDC, 5A usado nas passadeiras rolantes de ginástica, pode usar um outro qualquer motor de corrente contínua procedendo aos ajustes necessários para se adaptar ás pás da turbina. Pode usar um qualquer outro motor desde que debite pelo menos 1 Volt
 
< style="width: 550px;" summary="aerogerador 100W">


Aerogerador doméstico 100W - Pás
Diagram 
turbina eólica
INTRODUÇÃO
Turbina eólica de 100W
A segurança é mais importante que a electricidade, execute os circuitos usando o maior cuidado possível. Os geradores eólicos podem ser perigosos quando expostos a ventos fortes as peças móveis podem produzir estragos. Salvaguarde a sua segurança e a segurança do ambiente circundante.
 




FERRAMENTAS
ferramentas necessárias

Materiais para o aerogerador
componentes do aerogerador
Montagem

  • Tubo 90Cm, 1" Diâmetro
  • Centro de parabólica 2''
Motor

  • 260 VDC, 5 A Ex: Motor de uma passadeira rolante

  • 30 - 50 Amp Díodos ou ponte rectificadora 

  • 2 x 5/16” x ¾”  Anilhas

  • 3" X 28 Cm tubo de PVC
Pá de Orientação

  • 1 m2 (aprox) Plástico Rígido ou Metal

  • 2 X ¾" Parafusos auto-roscantes - P.Porco
Lâminas - Pás

  • Tubo de 24" por 8" PVC  (se for resistente a UV, não necessita de o pintar)
PREPARAÇÃO
laminasCortar as Pás - o tubo permite cortar 5x2  pás.
  1. Utilize um tubo de PVC  numa superfície lisa e corte tiras rectangulares iguais.

  2. Entre extremos opostos corte em diagonal deixando 30mm até ao vértice.

  3. Verifique a figuracorte laminas
lâmina
Diagrama de 
acoplamento das pásCurvatura das pás e fixação das pás.
Verifique a curvatura das futuras lâminas do gerador.
O  ângulo de ataque (leading) edge deve ser arredondado de modo a oferecer menor resistência ao ar,  o ângulo de saída (tailing) edge wants deve ser agudo de modo a que o ar possa sair sem dificuldade..
Arestas vivas devem ser removidas
  1. Centro da turbinaO motor deve ser aparafusado ao apoio central e fixo no tubo de suporte, é importante que o eixo do motor esteja perfeitamente equilibrado em elação ás pás.
Equilibrar as pás
colocando motor
Montagem 
final turbina




 

Circuitos Inversores






Um inversor ou conversor é um equipamento electrónico destinado a converter uma corrente directa de uma bateria (acumulador) em corrente alternada tal como a recebemos da empresa que nos fornece electricidade para consumo. A UPS (nobreak ) o equipamento que utilizamos quando falta a energia e que substitui a energia de rede não é mais do que um circuito electrónico inversor. Os inversores de injeção na rede (GTI) utilizados em energias alternativas, têm a particularidade de não utilizarem baterias como fonte de energia, mas sim a tensão produzida por painéis solares e aerogeradores.
Os inversores convencionais são compostos por várias etapas.
  • Etapa osciladora. Esta parte do circuito encarrega-se de gerar uma oscilação igual à oscilação que o fornecedor de serviço de electricidade nos fornece na entrada de rede. Para alguns países esta frequência é de 50Hz noutros 60 Hz;
  • Etapa amplificadora. O circuito amplificador num inversor destina-se a elevar o valor dos pulsos do oscilador de modo a que esses pulsos de oscilação sejam utilizados pela etapa elevadora de tensão.
  • Etapa elevadora. Encarrega-se de elevar a tensão a 120 ou 220 V, esta função está a cargo de um transformador elevador.
  • Etapa de fornecimento de corrente directa. Esta etapa é composta pelos acumuladores de corrente (Baterias)
  • Etapa de fornecimento de corrente alterna. Esta etapa recebe a corrente do sector, permite carregar as baterias se a carga for feita pelo sector publico.

 Circuito Inversor 12V CC - 110-220V AC - 20-40W

Circuito inversor 12V cc 110 - 220 AC - 20-40 W

Inversor 12V CC - 220V AC - 100W

Inversor 12-200 100W

Circuito inversor 500W - 12V - 220V

Inversor 12v - 220V AC - 500W
Algumas dúvidas sobre este circuito estão a ser debatidas neste fórum  

Inversor 12V DC - 110V AC

Inversor 12V DC - 110V AC

Inversor 12V - 120V

Inversor 12v - 120v AC

Erros em instalações de energias alternativas

-->




Não é invulgar ouvirmos a expressão "instalei um sistema alternativo de energia" mas não sinto uma poupança em termos de custos energéticos.
Existem dois aspectos fundamentais que se têm de ter em conta numa instalação, que podem só por si, tornar o sistema inviável.

Cabos condutores, comprimento e secção

Os sistemas eólicos e fotovoltaicos domésticos, normalmente, produzem valores muito baixos de tensão, se um aerogerador produzir um pico de 20 V e existir a necessidade de 150 metros de cabo, onde flui uma potência de 100W.
Será que posso colocar qualquer cabo ? Supondo que pretendemos usar fio condutor com 1,5 mm2 de secção. Todos os materiais têm uma resistência específica ou resistividade , no caso do cobre, esse valor é de 0,017, ou seja, 1 metro de fio de cobre com 1mm2 de secção tem 0,017 ohms de resistência eléctrica.
Sendo assim, a resistência eléctrica de um material pode ser calculado por:

R= ρ l/s
  • s - Secção em mm2
  • ρ - Resistividade em ohm
  • l - Comprimento em metros
 
Se a distância que pretendemos colocar o gerador é de 150m a resistência do cabo será R= 0.0017*150/1,5 = 1,7 Ohm
Se o gerador produz 20V, para debitar 100W, a intensidade será de 5A
A queda de tensão no cabo é calculada pela utilização da lei de Ohm U=RI onde neste caso teremos 1,7*5=8,5V
Ou seja, a utilização de cabo condutor de cobre com 1,5 mm2 de secção a 150 metros, faz com o sistema perca nos cabos 42,5% da energia produzida. 

Como evitar as perdas dos cabos

Existem duas opções:
Se verificarmos pela formula de cálculo da resistividade, a resistência de um condutor é inversamente proporcional à secção do cabo condutor, sendo assim, se aumentarmos a secção as perdas diminuem
Neste exemplo, aumentando a secção para 3mm2 as perdas passam a 4,25V e aumentando para 6mm2 a perda será de 2,1V.

É viável esta secção de cabo a uma distância tão longa ?

Mesmo com cabo de 6mm2 as perdas estão muito próximas dos 10%, o método mais viável, é ter a carga das baterias o mais próximo possível do aerogerador e a sua inversão para tensão e funcionamento normal (110 ou 220)
Com este valor de tensão, a perda no cabo em 150 metros será aproximadamente 1.13 V (a 220V)e 2.26V (a 110V) valores desprezíveis.
É muito comum encontrar instalações em que não existiu cuidado em relação aos cabos e à colocação dos sistemas de carga de baterias e inversão, tornando a instalação de produção de energia pouco rentável ou mesmo inviável.
*Nota-estes cálculos são teóricos e aproximados, para isso, considerou-se uma temperatura de 20ºC e a ausência de cargas capacitivas ou indutivas no circuito, mesmo assim, é um valor muito aproximado ao valor real de utilização prática

Excesso de consumo no sistema

Ao instalarmos um sistema de produção de energia próprio, ficamos com a noção que vamos ter energia grátis, e vamos ter, no entanto, temos de considerar o consumo que vamos ter.
Supõe-se que adquirimos um sistema de 1000W e instalamos o sistema com um bateria de 12V com carga máxima de 160 A/h. O sistema é instalado numa habitação média e alimenta todos os sectores, basicamente a ideia é substituir a energia do fornecedor pela energia produzida pelo nosso sistema.

A bateria com carga máxima, consegue debitar no máximo 160*12=1920Watts durante uma hora, na habitação temos, máquina de lavar roupa, ferro de engomar, microondas, iluminação, placa eléctrica no fogão, iluminação etc etc etc.
Considerando apenas alguns dos nossos aparelhos de uso comum, tv-100W iluminação 5 lâmpadas-300W 1 lâmpada na cozinha fluorescente 250W(pois é as lâmpadas fluorescentes têm um consumo muito elevado por causa do balastro, a energia luminosa produzida em função do consumo é muito boa mas consome bastante energia eléctrica), frigorifico[geladeira] 300W -(Consideramos uma utilização de 30% do tempo), 1 computador 50 W.
Este conjunto de aparelhos conseguem funcionar aproximadamente duas horas com uma carga completa, têm uma potência total de 1000W. Mas o que acontece se ligarmos o microondas durante 10 minutos, engomarmos a roupa durante meia hora e ligarmos o aquecimento ou o ar condicionado?
Um simples aquecedor a óleo consome 2000W, ou seja, gasta a bateria em apenas uma hora, mas o microondas durante 10 minutos consome o equivalente a 500w de carga 1/4 da bateria... (nem é preciso considerar o ferro de engomar ou o ar condicionado) a carga solicitada é muito elevada, os sistema apenas com estes aparelhos não consegue suportar o consumo durante muito tempo, solicitando uma carga acima do valor que a bateria pode debitar. Neste caso o sistema não serve para coisa nenhuma, porque o seu sub dimensionamento torna invável a sua utilização.
A eficiência deste sistema é nulo, o sistema não suporta a carga pedida, rapidamente fica sem carga, não conseguindo suportar ou carregar o sistema em tempo útil

Será viável adquirir um sistema de 1000W ?

Um sistema de produção de energia é viável se o consumo não exceder o máximo que o sistema pode debitar, deve-se por isso instalar o sistema para que com os aparelhos regularmente ligados não exceda o máximo de débito que o sistema permite.
O sistema deve ser dimensionado para que no mínimo, consiga alimentar um sector que tenha um consumo máximo igual ou inferior ao máximo de carga das baterias.
Um sistema energético de 1000W deve alimentar um sector e não a totalidade da habitação, deve por isso ser dimensionado para ter a melhor resposta em relação à carga e consumo e não utilizado para ligar tudo e mais alguma coisa ao sistema.






 





2 comentários:

Unknown disse...

Parabéms pela criatividade, vou esperimentar teu projeto. abç.

Ok meu caro da certo, iniciei outro projeto de ampliação de potencia para consumo mas, parei devido outras demandas, vamos se falando.

Postar um comentário