Usinas de Energia Fotovoltaica

Definição de Usinas Solares

Usinas solares geram eletricidade usando energia solar, classificadas em usinas fotovoltaicas (FV) e usinas de energia solar concentrada (ESC).

Usinas Fotovoltaicas

Convertam luz solar diretamente em eletricidade usando células solares e incluem componentes como módulos solares, inversores e baterias.

Uma usina fotovoltaica é um sistema FV de grande escala que está conectado à rede e projetado para produzir energia elétrica em massa a partir da radiação solar. Uma usina fotovoltaica consiste em vários componentes, tais como:

• Módulos solares: As unidades básicas de um sistema FV, compostas por células solares que transformam a luz em eletricidade. As células solares, geralmente feitas de silício, absorvem fótons e liberam elétrons, criando uma corrente elétrica. Os módulos solares podem ser organizados em série, paralelo ou configurações série-paralelo, dependendo das necessidades de tensão e corrente do sistema.

• Estruturas de montagem: Podem ser fixas ou ajustáveis. Estruturas fixas são mais baratas, mas não acompanham o movimento do sol, possivelmente reduzindo a produção. Estruturas ajustáveis inclinam-se ou giram para rastrear o sol, aumentando a produção de energia. Podem ser manuais ou automáticas, dependendo do controle necessário.

• Inversores: São dispositivos que convertem a corrente contínua (CC) produzida pelos módulos solares em corrente alternada (CA) que pode ser alimentada na rede ou usada por cargas CA.

• Os inversores podem ser classificados em dois tipos: inversores centrais e micro-inversores. Inversores centrais são unidades grandes que conectam vários módulos solares ou arrays e fornecem uma única saída CA. Micro-inversores são unidades pequenas que se conectam a cada módulo solar ou painel e fornecem saídas CA individuais. Inversores centrais são mais econômicos e eficientes para sistemas de grande escala, enquanto micro-inversores são mais flexíveis e confiáveis para sistemas de pequena escala.

• Controladores de carga: Regulam a tensão e a corrente dos módulos solares para evitar sobrecarga ou descarga excessiva das baterias. Vêm em dois tipos: modulação de largura de pulso (PWM) e rastreamento do ponto de potência máxima (MPPT). Controladores PWM são mais simples e baratos, mas desperdiçam alguma energia. Controladores MPPT são mais eficientes e otimizam a saída de energia, correspondendo ao ponto de potência máxima dos módulos solares.

• Baterias: São dispositivos que armazenam eletricidade excedente gerada pelos módulos solares ou arrays para uso posterior quando não há luz solar ou quando a rede está fora. As baterias podem ser classificadas em dois tipos: baterias de chumbo-ácido e baterias de íon de lítio. Baterias de chumbo-ácido são mais baratas e amplamente utilizadas, mas têm densidade de energia menor, vida útil mais curta e requerem mais manutenção. Baterias de íon de lítio são mais caras e menos comuns, mas têm maior densidade de energia, vida útil mais longa e requerem menos manutenção.

• Interruptores: Conectam ou desconectam partes do sistema, como módulos solares, inversores e baterias. Podem ser manuais ou automáticos. Interruptores manuais precisam de operação humana, enquanto interruptores automáticos funcionam com base em condições ou sinais pré-definidos.

• Medidores: São dispositivos que medem e exibem diversos parâmetros do sistema, como tensão, corrente, potência, energia, temperatura ou irradiância. Medidores podem ser analógicos ou digitais, dependendo do tipo de exibição e precisão necessária. Medidores analógicos usam agulhas ou mostradores para mostrar valores, enquanto medidores digitais usam números ou gráficos para mostrar valores.

• Cabos: São fios que transmitem eletricidade entre diferentes componentes do sistema. Cabos podem ser classificados em dois tipos: cabos CC e cabos CA. Cabos CC transportam corrente contínua dos módulos solares para os inversores ou baterias, enquanto cabos CA transportam corrente alternada dos inversores para a rede ou cargas.

A parte de geração inclui módulos solares, estruturas de montagem e inversores que produzem eletricidade a partir da luz solar.A parte de transmissão inclui cabos, interruptores e medidores que transmitem eletricidade da parte de geração para a parte de distribuição.

A parte de distribuição inclui baterias, controladores de carga e cargas que armazenam ou consomem eletricidade.O diagrama a seguir mostra um exemplo de layout de uma usina fotovoltaica:

A operação de uma usina fotovoltaica depende de vários fatores, como condições climáticas, demanda de carga e status da rede. No entanto, uma operação típica consiste em três modos principais: modo de carregamento, modo de descarga e modo de conexão à rede.

O modo de carregamento ocorre quando há excesso de luz solar e baixa demanda. Neste modo, os módulos solares geram mais eletricidade do que é necessário. A eletricidade extra carrega as baterias através dos controladores de carga.

O modo de descarga ocorre quando não há luz solar ou há alta demanda de carga. Neste modo, os módulos solares geram menos eletricidade do que é necessário pelas cargas. A eletricidade deficitária é fornecida pelas baterias através dos inversores.

O modo de conexão à rede também pode ocorrer quando há uma interrupção na rede e é necessária energia de backup. Neste modo, os módulos solares geram eletricidade que pode ser usada pelas cargas através dos inversores.

Vantagens

• Usinas solares usam energia renovável e limpa que não emite gases de efeito estufa ou poluentes.

• Usinas solares podem reduzir a dependência de combustíveis fósseis e melhorar a segurança e diversidade energética.

• Usinas solares podem fornecer eletricidade em áreas remotas onde a conexão à rede não é viável ou confiável.

• Usinas solares podem criar empregos locais e benefícios econômicos para comunidades e regiões.

• Usinas solares podem se beneficiar de vários incentivos e políticas que apoiam o desenvolvimento e implantação de energias renováveis.

Desvantagens

• Usinas solares requerem grandes áreas de terra e podem ter impactos ambientais sobre a vida selvagem, vegetação e recursos hídricos.

• Usinas solares têm custos iniciais de capital elevados e períodos de retorno longos em comparação com usinas convencionais.

• Usinas solares têm fatores de capacidade baixos e dependem de condições climáticas e ciclos diurnos que afetam sua saída e confiabilidade.

• Usinas solares precisam de sistemas de backup ou armazenamento para garantir um fornecimento contínuo de eletricidade durante períodos de baixa ou nenhuma luz solar.

• Usinas solares enfrentam desafios técnicos, como integração à rede, interconexão, transmissão e distribuição.