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Como funciona um sistema de energia solar
Embora a tecnologia por trás da energia solar pareça complexa, quando explicada, é fácil de entender como funciona. Isso ocorre principalmente com os sistemas de conexão à rede, pois eles exigem poucos componentes instalados em sua casa ou empresa.
Mas como funcionam os painéis solares? Como algo tão simples como um painel solar capta a luz do sol e a converte em eletricidade, alimentando seu forno, televisão e geladeira?
Basicamente, o que acontece é que o sistema de painéis solares usa fótons para separar elétrons dos átomos. Fótons são partículas de luz. O processo de separação de elétrons de seus átomos produz eletricidade.
O que é energia fotovoltaica?
A energia fotovoltaica é a conversão direta da luz solar em eletricidade. Todos os sistemas de energia solar funcionam com os mesmos princípios básicos.
Os painéis solares convertem a energia solar em energia CC (Corrente Contínua), que pode ser armazenada em uma bateria ou convertida por um inversor solar em energia CA (Corrente Alternada), que é a energia usada para operar nossos eletroeletrônicos.
Alguns materiais exibem uma propriedade conhecida como efeito fotoelétrico que os faz absorver fótons de luz e liberar elétrons.
Quando esses elétrons livres são capturados, ocorre uma corrente elétrica que pode ser usada como eletricidade.
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez pelo físico francês Edmund Becquerel, em 1839, que descobriu que certos materiais produziam pequenas quantidades de corrente elétrica quando expostos à luz.
Em 1905, Albert Einstein descreveu a natureza da luz e o efeito fotoelétrico no qual se baseia a tecnologia fotovoltaica, pela qual mais tarde ganhou um prêmio Nobel de física.
O primeiro módulo fotovoltaico foi construído pela Bell Laboratories em 1954. Na época, a novidade foi anunciada apenas como curiosidade, pois era muito caro para se produzir em larga escala.
Na década de 1960, a indústria espacial começou a fazer o primeiro uso sério da tecnologia para fornecer energia a bordo de naves espaciais.
Por meio dos programas espaciais, a tecnologia avançou, sua confiabilidade foi estabelecida e o custo começou a cair.
Principais componentes de um sistema fotovoltaico
Painel solar – A maioria dos painéis solares modernos é constituído por células de silício, que geram eletricidade em corrente contínua.
As células fotovoltaicas individuais são ligadas no painel solar e conectadas a painéis adjacentes usando cabos fotovoltaicos.
A quantidade de energia solar gerada depende de vários fatores, incluindo a orientação e o ângulo de inclinação dos painéis solares, a eficiência do painel solar, além de quaisquer perdas devido a sombreamento, sujeira e até temperatura ambiente.
Inversor solar – Os painéis solares geram eletricidade (CC) que precisa ser convertida em eletricidade em corrente alternada (CA) para o uso em nossas residências e empresas, que é o principal papel do inversor solar.
Em um sistema de inversor ‘string’, os painéis solares são interligados em série e a eletricidade (CC) é levada a um único inversor que converte a energia (CC) em energia (CA).
Em um sistema de microinversor, cada painel possui seu próprio microinversor conectado à parte traseira do painel. O painel ainda produz (CC), mas é convertido em (CA) pelo microinversor que alimenta diretamente o quadro elétrico.
Existem também sistemas mais avançados de inversores do tipo string que usam pequenos otimizadores de energia conectados à parte traseira de cada painel solar.
Os otimizadores de energia são capazes de monitorar e controlar cada painel individualmente, garantindo que cada painel esteja operando com a máxima eficiência em todas as condições.
Quadro elétrico – Em um sistema solar normal ligado à rede, a eletricidade (CA) do inversor solar é enviada para o painel de distribuição, onde é distribuída para vários circuitos e eletrodomésticos da sua casa que exigem eletricidade (CA).
Qualquer excesso de eletricidade gerada pelo sistema solar é enviado para a rede elétrica através de um medidor de energia ou armazenado em sistema de armazenamento por bateria, se você tiver um sistema híbrido.
Os sistemas híbridos podem exportar o excesso de eletricidade gerada e armazená-lo, em uma bateria.
Alguns inversores híbridos também podem ser conectados a um painel de controle de backup dedicado, que permite que alguns ‘circuitos essenciais’ ou cargas críticas sejam alimentados durante uma interrupção da rede ou blecaute.
Baterias – As baterias funcionam para armazenar a energia produzida pelos painéis solares para uso posterior.
Em alguns casos, as baterias têm seu próprio inversor que oferecem conversão de energia integrada. Quanto maior a capacidade da sua bateria, mais energia poderá armazenar.
A escolha da bateria vai depender do custo do projeto, assim como a performance que o usuário deseja obter.
Os três principais tipos de sistemas fotovoltaicos
- On-grid – Sistema fotovoltaico conectado à rede da concessionária
- Off-grid – Sistema fotovoltaico conectado a baterias estacionárias ou de lítio
- Híbrido – Sistema conectados à rede e baterias
Sistema fotovoltaico On-Grid
Os sistemas on-grid são conectados à rede da concessionária de distribuição de energia, que são de longe os mais comuns e amplamente utilizados por residências e empresas.
Esses sistemas não precisam de baterias e usam inversores solares comuns que estão conectados à rede elétrica.
Quando o sistema on-grid produz energia solar em excesso, a concessionária recebe esta energia excedente e fornece créditos ou redução na conta de luz.
Ao contrário dos sistemas híbridos, os sistemas solares ligados à rede não são capazes de funcionar ou gerar eletricidade durante um blecaute por motivos de segurança.
Como os apagões geralmente ocorrem quando a rede elétrica está danificada, e caso o inversor solar ainda alimentasse a rede danificada, colocaria em risco a vida dos profissionais que reparam as falhas na rede.
A maioria dos sistemas solares híbridos com armazenamento de bateria é capaz de se isolar automaticamente da rede (conhecida como ilhamento) e continuar fornecendo energia durante um blecaute.
Sistema fotovoltaico Off-Grid
O sistema off-grid não está conectado à rede elétrica da concessionária de distribuição e, portanto, requer armazenamento em bateria.
Um sistema off-grid deve ser projetado adequadamente para gerar energia suficiente ao longo do dia e ter capacidade de bateria suficiente para atender aos requisitos da casa à noite, mesmo no inverno quando há menos luz solar.
Leia também: Baterias estacionárias para energia solar off-grid
O sistema off-grid é mais caro que o on-grid, sendo mais usado em áreas remotas que estão longe da rede elétrica.
No entanto, os custos com baterias estão diminuindo rapidamente, e agora existe um mercado crescente para baterias de lítio e estacionárias direcionadas a projetos off-grid.
Sistema fotovoltaico híbrido
Os modernos sistemas híbridos combinam a tecnologia on e off-grid, que já estão disponíveis em diversos tamanhos e configurações.
Devido ao custo decrescente do armazenamento em bateria, os sistemas que já estão conectados à rede elétrica também podem começar a tirar proveito do armazenamento em bateria.
Isso significa poder armazenar energia solar gerada durante o dia e usá-la à noite.
Quando a energia armazenada é esgotada, a rede estará disponível como reserva, permitindo que os consumidores tenham o melhor dos dois mundos.
Os sistemas híbridos também podem carregar as baterias usando eletricidade mais barata, geralmente fora do pico ou tarifa branca como é conhecida no Brasil. A tarifa branca é uma opção para para consumidores com média mensal superior a 250 KWh.
Banco de baterias – Em um sistema híbrido, uma vez que a energia solar é usada pelos aparelhos em sua propriedade, qualquer excesso de energia será enviado ao banco de baterias.
Quando o banco de baterias estiver totalmente carregado, ele deixará de receber energia do sistema solar.
A energia da bateria pode então ser descarregada e usada para alimentar sua casa, geralmente durante o período noturno ou de pico, quando o custo da eletricidade normalmente é mais alto.
Medidor e rede elétrica – Dependendo de como o seu sistema híbrido estiver configurado e se a sua concessionária permitir, uma vez que as baterias estejam totalmente carregadas, o excesso de energia solar não exigida pelos seus equipamentos poderá ser exportado para a rede por meio do seu medidor.
Quando seu sistema solar não estiver em uso, e se você consumiu a energia útil de suas baterias, seus aparelhos começarão a consumir energia da rede.
Fontes: Science Nasa, Clean Energy Reviews, Energy Matters, Vivint Solar, Soliens, Solar Electric, Economia Uol, Portal Solar , Solar Forte, Wega Lighing