Sistema fotovoltaico: o que é. O guia básico para compreender como funciona um gerador e quais são as vantagens para instalações residenciais

O efeito fotovoltaico é um fenómeno natural que acontece no momento em que a radiação solar passa através de um material semicondutor, como por exemplo o silício cristalino.

Silício e efeito fotovoltaico

O que é que acontece quando a estrutura de um cristal de silício, tratado com materiais apropriados (dopado), é atingida pela luz do sol (radiação eletromagnética incidente)?

A luz solar é composta por partículas de energia chamadas fótons. Quando os fótons atingem o material semicondutor da célula fotovoltaica, uma parte da energia é reflectida, uma parte é transformada em calor e uma última parte provoca um deslocamento dos eletrões dos átomos no material semicondutor.

A energia do fluxo de fótons liberta um certo número de eletrões. Os eletrões deslocados na estrutura atômica do semicondutor começam a fluir, produzindo assim uma corrente eléctrica no corpo do semicondutor.

A corrente eléctrica é proporcional quer à superfície da célula quer à intensidade da radiação solar. Por exemplo, uma célula quadrada de lado 10 cm, exposta ao raios do sol que a atingem perpendicularmente, em condições de luz plena, é capaz de fornecer uma potência eléctrica de cerca 1,3 W com uma tensão de 0,5 V.

funcionamento_célula_solar

Funcionamento da célula solar

As aplicações fotovoltaicas requerem, na sua maioria, características de potência, corrente e tensão bastante elevadas. Estas podem ser obtidas usando várias células ao mesmo tempo, ligadas em série ou em paralelo.

Então, várias células são montadas numa estrutura, a qual é o módulo fotovoltaico.

Naturalmente nos módulos fotovoltaicos, para obter tensões mais elevadas, utilizam-se ligações de tipo série ou paralelo entre mais células fotovoltaicas elementares.

O conjunto de várias células constitui um módulo. Vários módulos lidagos juntos em série contituem uma sequência e o conjunto de sequências constitui um gerador fotovoltaico.

Da célula ao gerador

Da célula ao gerador

O que é um sistema fotovoltaico

Um sistema fotovoltaico é um sistema que utiliza as radiações solares para gerar corrente elétrica contínua através do efeito fotovoltaico.

Ligando, então, em série/paralelo um conjunto destes módulos fotovoltaicos, obtém-se um gerador fotovoltaico com as características de corrente e tensão desejadas. A modularidade permite uma grande flexibilidade de uso.

Numa primeira fase genera-se corrente de tipo contínuo, que é então convertida em alternada por meio de um inversor.

Esta corrente pode ser utilizada para alimentar aparelhos elétricos ou pode ser introduzida na rede.

Assim, temos 2 tipos principais de sistemas fotovoltaicos:

  • os sistemas isolados
  • os sistemas integrados à rede elétrica
Ligado à rede_Isolado

exemplo de sistema ligado à rede e isolado

Os sistemas isolados (stand alone)

Os sistemas isolados são sistemas autónomos, normalmente usados para fornecer corrente elétrica aos utilizadores que não se podem ligar à rede como estão em áreas de difícil acesso, ou que têm um consumo de energia muito baixo, o que torna pouco conveniente o custo do estabelecimento da ligação.

Um sistema isolado é caracterizado pela necessidade de cobrir a totalidade da domanda de energia dos utilizadores. Os elementos que o constituem são:

  • módulos fotovoltaicos
  • controlador de carga
  • sistema de acumulação (baterias)
  • inversor

Estes sistemas são economicamente vantajosos nos casos em que a rede elétrica está ausente ou é dificilmente acessível.

Sistemas ligados à rede (grid connected)

Os sistemas fotovoltaicos ligados à rede conseguem trocar energia com a rede elétrica.

Esta troca pode acontecer em duas direções: se a produção do campo fotovoltaico ultrapassa por um certo período o consumo, o excedente é introduzido na rede; nas horas em que o gerador não fornece energia elétrica suficiente para satisfazer os utilizadores, a energia é retirada da rede. Geralmente há dois contadores que contabilizam a energia trocada nas duas direções. Contudo, há um inversor que converte a corrente contínua produzida pelo sistema fotovoltaico em corrente alternada.

Os sistemas ligados à rede, obviamente, não precisam de baterias porque a rede de distribuição garante o fornecimento de energia elétrica nos momentos de indisponibilidade da radiação solar.

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