ligações de células solares fotovoltaicas
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1. Introdução teórIca
Recomenda-se que realizem as montagens deste trabalho prático no ex-terior, pois os resultados em laboratório não são muito correctos. Devem tentar obter valores de radiação iguais ou superiores a 800 W/m2. O valor de inclinação óptima em Portugal situa-se entre os 33 e 36°.
Ensaio da ligação de células FV ligadas em série
A ligação de células FV cumpre as seguintes equações:
ETOTAL= E1+E2+E3+ ... +EN [V]
UT = U1+U2 + ... + Un = n U= ... [V]
IT = I1 = I2 = I3 = ... = IN = ...[A]
PTOTAL = P1 + P2 + P3 + ... + PN = ... [W]
PTOTAL = UTOTAL ITOTAL = ... [W]
Ligações de Células Solares Fotovoltaicas
TRABALHO PRÁTICO N.° 2
Figura 8 Associação de
células fotovoltaicas em série
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31Trabalho Prático n.° 2 - Ligações de Células Solares Fotovoltaicas
Figura 18 Ensaio em curto-
circuito das células fotovoltaicas
ligadas de forma mista
Figura 19 Ensaio em carga
das células fotovoltaicas ligadas
de forma mista
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58 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica
Nunca desconectar o amperímetro em carga, já que, como a sua resistência é muito pequena (R ≈ 0), esta actuará como um interruptor e, quando desli-gamos os seus bornes, produzir-se-á um arco eléctrico que pode prejudicar as pontas de prova e poderá mesmo queimar o fusível do amperímetro.
Quando se ligam mais do que 4 ramos em paralelo, devemos colocar um díodo by-pass por ramo ou string, já que em condições normais, as células fotovoltaicas de um módulo podem suportar um máximo de quatro vezes a corrente de um ramo e, numa ligação em paralelo, o circuito aberto. Se um módulo deixar de funcionar, os restantes poderão fazer circular através dele a corrente dos quatro ramos, conforme indica a figura 33.
Figura 32 Díodos de by-pass
Figura 33 Díodos de by-pass
num ramo ou string
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67Trabalho Prático n.° 5 - Ligação de Módulos Fotovoltaicos em Série, Paralelo e Misto
Ligação mista
Nota: Neste ensaio – se não houver lâmpadas –, poderemos utilizar cargas com resistên-
cia variável de 0 a 250 W ou de 0 a 270 W que suportem uma corrente de 6 A.
a) Monte o esquema da figura 36 do ensaio em carga com quatro lâm-padas de 24 V/60 W. Calcule para o ensaio em carga as seguintes va-riáveis:
Módulos fotovoltaicos
Força electromotriz total - ET; Força electromotriz do módulo 1 – E1; Força electromotriz do módulo 2 – E2; Força electromotriz do módulo 3 – E3; Força electromotriz do módulo 4 – E4; Corrente total - IT; A corrente do módulo 1 - I1; A corrente do módulo 2 - I2.
Lâmpadas
Tensão do grupo de lâmpadas – VLAMP_TOTAL; Tensão na lâmpada 1 – VLAMP_1; Tensão na lâmpada 2 – VLAMP_2; Tensão na lâmpada 3 – VLAMP_3; Tensão na lâmpada 4 – VLAMP_4; Intensidades de corrente total e parciais – ILAMP_TOTAL; ILAMP_1 e ILAMP_2; A corrente do ramo 1 – IRAMO_1; Corrente do ramo 2 – IRAMO_2; Potência total – PLAMP_TOTAL; Potência de cada lâmpada PLAMP_1 e PLAMP2.
b) Compare os valores obtidos da alínea b) com os valores teóricos. Tire conclusões sobre o valor das potências, correntes e tensões.
c) No caso de uma lâmpada se fundir, o que acontecerá à outra? E na ligação em série? Explique este facto.
d) A corrente que circulará pelas lâmpadas será maior neste ensaio com elas em paralelo ou em série? E o valor da potência? Comente.
e) Preencha a seguinte tabela. Para isso ligue em vazio e curto-circuito os módulos fotovoltaicos. Comente os valores obtidos.
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73Trabalho Prático n.° 6 - Baterias para Sistemas Fotovoltaicos
Acumuladores de chumbo-ácido selados (VRLA) de gel
Características mais relevantes deste tipo de bateria:
▪ Recombinação dos gases produzidos durante o seu funcionamento, redu-zindo as perdas de água;
▪ Reduzida sulfatação das placas;
▪ Maiores ciclos de vida (mais de 1000 ciclos de carga/descarga);
▪ Isenta de manutenção;
▪ É sensível a sobrecargas, necessitando de um controlador de carga ade-quado.
Enchimento de vasos e medição do electrólito
As baterias poderão ou não trazer as placas carregadas electricamente de fábrica, mas sem ácido. Este virá à parte em 6 vasos hermeticamente fechados e a sua capacidade é a de uma garrafa por vaso. Quando se enchem os vasos, convém lavá-las bem antes de as retirar, uma vez que podem ter restos de ácido sulfúrico.
Para activar a bateria dever-se-á proceder da seguinte forma:
▪ Remover os tampões da bateria e as garrafas de ácido, e preencher cada vaso até transbordar em 10-15 mm no canto superior das placas.
Figura 38 Elemento
e monobloco de 12 V seladas
(VRLA) de gel
(Fonte: “Curso experto
profesional en energía
fotovoltaica“, Progensa)
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75Trabalho Prático n.° 6 - Baterias para Sistemas Fotovoltaicos
Carga e descarga das baterias solares de chumbo-ácido monobloco 12 V
A carga das baterias poderá ser feita com módulos FV ou com carregado-res de baterias (rectificadores eléctricos).
No segundo caso, poderá ser utilizado um carregador de 15 V/6 A. Um reóstato de 8 A/8 Ω pode, em caso de necessidade, ser utilizado para regular o valor da intensidade de corrente na carga entre 4 a 6 A.
Tente utilizar cablagens de 6 ou 10 mm2 e tenha em atenção que deverá ainda apertar bem os bornes das baterias e as ponteiras que forem coloca-das nas extremidades das cablagens.
Quando uma bateria estiver a ser carregada, o valor da corrente irá dimi-nuir, o que deverá ser de novo corrigido e aumentado. Quando não existi-rem mais variações no voltímetro e amperímetro, é sinal que a bateria está carregada. Há que ter em conta que a temperatura tem influência na carga de uma bateria.
Regime de descarga
Para poder analisar a descarga de uma bateria deverá ser realizada a seguin-te montagem.
Uma bateria estará descarregada quando a sua capacidade diminui 20%.
Figura 41 Esquema de ensaio
da carga de uma bateria
Figura 42 Esquema para
medição da descarga
de baterias
(Fonte: “Prácticas de energía
solar fotovoltaica”, Progensa)
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Trabalhos com Reguladores de Carga Digitais
TRABALHO PRÁTICO N.° 7
1. Introdução teórIca
O regulador digital que se vai utilizar neste trabalho é o STECA PR3030 c/LCD. Este regulador é utilizado para controlar sistemas fotovoltaicos de pequena e média potência, onde é necessário um equipamento de baixo consumo, fiável e de baixo preço.
O regulador é do tipo Shunt ou paralelo (ver livro “Curso Técnico Instala-dor de Energia Solar Fotovoltaica”). Tem incorporado um microcontrolador que controla a instalação fotovoltaica. Dispõe de um sistema de programa-ção que permite um controlo capaz de adaptar-se a diferentes situações de funcionamento da instalação de uma forma automática, permitindo a modificação manual dos seus parâmetros, como por exemplo a determi-nação do estado de carga (SOC).
É igualmente possível mudar a configuração do tipo de bateria Gel/AGM.
A configuração standard do regulador é “Li”. A configuração do tipo de bateria tem repercussões sobre a tensão de corte do regulador. Se se usar
Figura 46 Regulador
digital "Shunt" PR3030 c/LCD
da Steca Solar
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95Trabalho Prático n.° 8 - Onduladores (Inversores) de Onda Quadrada Modulada
3. Lista de materiaL a utiLizar
▪ 1 Inversor AJ275-12-S (200 W/12 V);
▪ 1 Osciloscópio;
▪ 4 Multímetros;
▪ 1 Bateria em substituição de um módulo FV;
▪ 8 Garras de crocodilo ou pontas de prova com 60-70 cm de comprimento
e com as secções adequadas para o lado DC;
▪ 10 m de Cabo Radox Solar 4 e de 6 mm2;
▪ 4 Lâmpadas AC de 25, 40, 60 e 100 W;
▪ 4 Suportes para as lâmpadas acima mencionadas.
4. esquema de montagem
5. Procedimento
a) Anote as características do inversor.
b) Faça o dimensionamento das cablagens, interruptor ou disjuntor e pro-tecções adequadas ao trabalho em questão.
c) Calcule as potências e o rendimento do inversor através das seguintes fórmulas:
PDC = VDC x IDC
PAC = VAC x IAC
η= 100 X (PAC / PDC)
d) Monte o esquema da figura 56. Este permitirá obter os valores das ten-sões e correntes de entrada e saída do inversor.
e) Como carga utilize lâmpadas de 230 VAC de 25, 40, 60, 100 e 140 (para-lelo de duas lâmpadas de 100 e 40 W), 160 W (paralelo de duas lâmpadas
Figura 56 Circuito eléctrico
para a obtenção de valores
no inversor
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110 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica
4. EsquEma dE montagEm
5. ProcEdimEntos
a) Efectue o dimensionamento do sistema, calculando cablagens, protec-ções, altura total de bombeamento, cálculo do gerador FV da bomba sub-mersível.
b) Será que a altura manométrica vai influenciar o valor da corrente absor-vida pela bomba? Explique.
c) Monte o esquema da figura 65, tendo em conta os cálculos realizados na alínea a).
Figura 65 Esquema
de montagem
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124 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica
Esquema unifilar de uma instalação fotovoltaica autónoma em AC
Para a realização dos circuitos deverá reger-se pelas normas em vigor para sistemas fotovoltaicos disponíveis no livro "Curso Técnico Instalador Ener-gia Solar Fotovoltaica".
As cargas a alimentar serão as seguintes:
Figura 73 Inclinómetro
(Fonte: http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/d/d8/
Clinometerlow.jpg)
Mês
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
Radiação Média Mensal
H (34)
3490
3780
5420
5380
5910
6300
6580
6600
5980
4910
3470
3190
5090
Figura 74 Radiação solar
disponível
Cargas
Cozinha - Lâmpada fluorescente
Sala - Lâmpada
Quarto 1 - Lâmpada
Quarto 2 - Lâmpada
Casa de banho - lâmpada
Corredor - Lâmpadas
Cozinha - Frigorífico
N.° de Cargas
1
2
1
1
1
2
1
Potência (W)
18
11
11
11
11
11
70
N.° de Horas
4
5
1
2
3
1
6
Tabela 38
(continua na página seguinte)
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128 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica
De seguida são apresentadas algumas fotos de um sistema montado e com os quadros de protecção:
2. ObjectivOs
▪ Saber realizar o dimensionamento dos seguintes parâmetros de um sistema
de alimentação de uma vivenda em corrente alternada 230 VAC;
▪ Saber dispor os equipamentos na prancheta;
▪ Desenhar o esquema unifilar da instalação;
▪ Colocar em serviço o sistema fotovoltaico;
▪ Detectar possíveis avarias.
3. Lista de materiaL a utiLizar
▪ 1 Prancheta de madeira de 4 x 4 x 0,03 m;
▪ Módulos FV;
▪ Inversores;
▪ 1 Regulador de carga com LCD;
▪ Baterias estacionárias de 2 VDC ou 12 VDC;
▪ Estrutura de telhado plano para os módulos FV;
Figura 79 Vista geral
do sistema em DC e em AC
(figura à esquerda)
Figura 80 Quadro de
protecção das strings dos
módulos FV
(figura à direita)
Figura 81 Módulos FV
e prancheta com os
equipamentos
(figura à esquerda)
Figura 82 Quadro de
protecção das cargas em AC
(figura à direita)
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1. Introdução teórIca
A microgeração, ou microprodução, como também é chamada, consiste na produção de energia em pequena escala, utilizando equipamentos de energias renováveis ligados à rede pública.
Neste trabalho laboratorial pretende-se que os alunos implementem um sistema de microgeração em laboratório ou então na própria escola.
Na seguinte figura é apresentado o diagrama de blocos de um sistema de microgeração.
Instalação de um Sistema de Microgeração Fotovoltaica com
uma potência de ligação de 3,68 kW ligado à Rede Eléctrica
TRABALHO PRÁTICO N.°13
Figura 86 Diagrama de
blocos de um sistema de
microprodução fotovoltaico
ligado à rede
(Fonte: FFSolar)
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153Trabalho Prático n.° 13 - Instalação de um Sistema de Microgeração Fotovoltaica com uma potência de Ligação de 3,68 kW à Rede Eléctrica
f) Insira a ficha na tomada "SMA COM" da Sunny WebBox, conforme indica a seguinte figura.
g) Descarregue o assistente da Sunny WebBox na zona de descargas em www.sma.de.
h) Execute o ficheiro Sunny-Webbox-assistant.exe. O assistente abrir-se-á no browser.
i) Siga todas as indicações do assistente e configure a Sunny WebBox.
Figura 100 Inserção da ficha
na tomada "SMA COM"
da Sunny WebBox
(Fonte: http://download.sma.
de/smaprosa/dateien/2585/
SWebBox-TPT101232.pdf)
Figura 101 Assistente
da instalação do software
da Sunny WebBox
(Fonte: http://download.sma.de/
smaprosa/dateien/11567/SWeb-
box20-SE-BPT101210.pdf)