Atualmente, existe uma grande dinâmica na produção de recursos energéticos sustentáveis e limpos para satisfazer as nossas necessidades futuras, diminuindo simultaneamente os efeitos ambientais adversos. Os sistemas de energia solar também se tornaram uma das soluções promissoras para satisfazer esta procura crescente com menos impacto no ambiente. Neste artigo detalhado, discutiremos os fundamentos e o funcionamento do sistema de energia solar, especificamente as baterias de chumbo-ácido que desempenham um papel vital neste ecossistema dinâmico.
I. Visão geral do sistema de energia solar
Os sistemas de energia solar convertem a energia abundante do sol em eletricidade, capturando a energia abundante do sol. Oferece uma fonte de energia sustentável, ecológica e renovável em vez dos combustíveis fósseis convencionais. Esta visão geral aprofunda os conceitos básicos e a mecânica por detrás dos sistemas de energia solar, ao mesmo tempo que esclarece as múltiplas vantagens e aplicações.
A. Fundamentos e funcionamento dos sistemas de energia solar
Os sistemas de energia solar são dispositivos inovadores que recolhem e convertem a luz solar em eletricidade ou calor utilizáveis. Inclui os seguintes componentes:
- Células fotovoltaicas:São os componentes mais básicos de qualquer sistema de energia solar. A maioria consiste em células fotovoltaicas que absorvem a luz e produzem eletricidade DC quando expostas à luz. Normalmente, são constituídos por silício e foram optimizados tendo em vista a eficiência na conversão da luz solar em eletricidade.
- Inversores: A fonte de alimentação eléctrica padrão utiliza eletricidade AC. No entanto, os painéis solares geram eletricidade de corrente contínua, que tem de ser convertida em corrente alternada se for utilizada em residências ou indústrias. Os inversores assumem esta responsabilidade, convertendo a energia sintetizada pelos painéis solares na iluminação das nossas casas ou empresas.
- Baterias solares:A energia excedente produzida durante o dia pode ser armazenada em baterias solares para a noite ou dias nublados. As baterias são importantes para tornar a energia solar uma fonte de alimentação eléctrica estável e contínua.
B. Benefícios e domínios de aplicação dos sistemas de energia solar
Vantagens：
- Renovável e sustentável:A energia solar é abundante e renovável, pelo que é uma excelente opção ambiental com uma menor dependência dos combustíveis fósseis.
- Baixo custo operacional:Uma vez instalados, os painéis solares requerem baixos custos operacionais e de manutenção. Por conseguinte, são rentáveis a longo prazo.
- Redução das contas de eletricidade:Os painéis solares reduzem drasticamente as contas de eletricidade, uma vez que reduzem a produção de eletricidade gratuita a partir da luz solar, o que elimina a fatura da eletricidade.
- Vantagens ambientais: A utilização de sistemas de energia solar não provoca emissões nocivas de gases com efeito de estufa, o que se traduz num ambiente muito melhor.
Candidaturas
- Residencial:Muito utilizados em casas para gerar eletricidade e aquecer água, os painéis solares fornecem a energia limpa.
- Comercial:Centenas de empresas tiram partido da energia solar, reduzindo assim o custo da energia que consomem. Isto demonstra a sua dedicação à sustentabilidade.
- Industrial:Amplamente utilizada no funcionamento de fábricas, armazéns e unidades de produção – a energia solar está a ser amplamente utilizada.
- Soluções fora da rede:Para eletrificar áreas contornadas ou áreas fora da rede – a energia solar é um bem essencial. Isto melhora o abastecimento nas zonas de difícil acesso.
II. Módulos solares
A. Painéis fotovoltaicos (painéis solares)
Os painéis fotovoltaicos são uma parte importante do processo de conversão da luz solar em eletricidade e, por isso, são designados por painéis fotovoltaicos. Funcionam com base no efeito fotovoltaico, que é uma operação segundo a qual alguns materiais emitem electrões quando expostos à luz solar e, por conseguinte, formam uma corrente eléctrica.
Função e princípio:
A maioria dos painéis solares é constituída principalmente por silício. Quando os fotões da luz solar atingem essas células, excitam os electrões no seu interior, de modo a que estes se possam mover livremente dentro delas. Isto forma um movimento elétrico ou corrente que é depois recolhido e convertido por um inversor, transformando-se em corrente contínua (DC) a partir de corrente alternada (AC) para utilização em casa.
Tipos de painéis fotovoltaicos:
- Painéis Monocristalinos:Painéis Monocristalinos: Estes painéis são feitos de silício monocristalino, os mais eficientes em termos de eficiência e com um aspeto preto. Para além disso, são adequados para instalações com menos espaço.
- Painéis policristalinos:Os painéis policristalinos utilizam vários cristais de silício pequenos, reduzindo ligeiramente a eficiência, mas muitas vezes proporcionando uma opção mais económica.
- Painéis de película fina:Para estes painéis, são depositados materiais semicondutores finos num substrato. Os painéis de película fina não têm uma eficiência elevada, mas podem ser leves e flexíveis em algumas aplicações, como telhas solares e painéis móveis/portáteis.
B. Suportes e apoios
Um sistema de painéis fotovoltaicos bem instalado deve proporcionar um desempenho e uma segurança a longo prazo. Os suportes e as estruturas de apoio servem para fixar o painel solar num único local. Posicioná-lo de forma a permitir uma exposição máxima à luz solar, oferecendo ao mesmo tempo alguma proteção contra efeitos adversos devidos ao vento, às cargas de neve ou a outros factores ambientais que possam estar presentes durante a sua vida útil.
Apoio e estabilidade
- Distribuição do peso:Os painéis solares são pesados, e um peso distribuído uniformemente pelas estruturas de suporte evita danos estruturais.
- Ajuste dos ângulos:A maior parte da estrutura de suporte é fornecida com mecanismos de ajuste da inclinação e orientação dos painéis para os inclinar corretamente de modo a que recebam a luz solar em ângulos óptimos ao longo do dia.
- Durabilidade:São necessários materiais de alta qualidade, uma vez que as elevadas tensões ambientais afectam um painel durante toda a sua vida útil. É também necessária uma boa construção.
C. Seguidor solar
Os seguidores solares aumentam a produção de energia seguindo o movimento do sol e ajustando a sua orientação em conformidade.
Função/objetivo:
Um seguidor solar realinha constantemente os painéis solares de modo a que fiquem diretamente virados para o sol. Isto maximiza a quantidade de luz absorvida, convertendo-a assim em energia útil. Isto aumenta o rendimento global do sistema. Os sensores e os motores permitem esta funcionalidade num seguidor solar.
Tipos de rastreadores:
- Rastreadores de eixo único:Nestes rastreadores, os painéis movem-se ao longo de apenas um eixo. Segue o percurso diário do sol.
- Seguidores de eixo duplo:Os painéis que seguem tanto o eixo este-oeste como o eixo norte-sul constituem um seguidor de eixo duplo, maximizando a exposição solar de forma eficaz durante o dia e ao longo das estações.
III. Sistema de armazenamento de energia por bateria
A. Sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) na transição energética
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) são fundamentais para a criação de infra-estruturas energéticas sustentáveis e fiáveis, a fim de colmatar o vazio transitório entre as fontes renováveis intermitentes, como a energia solar e eólica, e as necessidades constantes de eletricidade. O BESS tem diversas funções críticas:
- Estabilidade da rede:Baterias solares, para além de estabilizarem as redes eléctricas, armazenando o excesso de energia quando a oferta excede a procura e fornecendo-a durante os períodos de pico, evitando apagões e flutuações de tensão, podem equilibrar a rede de carga – também utilizada para programas de resposta à procura.
- Integração de renováveis: As baterias solares permitem a integração de variáveis através da incorporação de fontes de energia renováveis na rede, criando um fluxo constante de energia mesmo que o tempo esteja mau e não haja vento ou luz solar.
- Transferência de energia no tempo:os BESS armazenam a energia excedente nas horas de vazio, quando a eletricidade é mais barata, e libertam-na nas horas de ponta, quando os preços são mais elevados, para reduzir os custos da energia.
- Energia de reserva:Fornecem energia de reserva durante as falhas da rede, de modo a aumentar a resistência das infra-estruturas críticas e das habitações.
B. Papel das baterias solares na otimização do sistema
As baterias de chumbo-ácido são factores primordiais na otimização dos sistemas de energia solar. Durante o dia, armazenam a energia excedente gerada pelas células fotovoltaicas e libertam-na quando a luz solar é insuficiente – durante a noite ou num dia nublado. Isto garante um fornecimento ininterrupto de energia constante a partir do sistema solar e uma menor dependência da rede eléctrica. A fiabilidade é reforçada por este desempenho crescente.
A inclusão deste subtítulo torna explícita a função das baterias solares num contexto global de sistemas de armazenamento de energia em baterias.
C. Diferentes tipos de tecnologias de armazenamento de energia
Bateria de iões de lítio:
A densidade energética das baterias de iões de lítio é a máxima de todas as tecnologias de armazenamento de energia, devido à sua eficiência e aos requisitos de manutenção relativamente baixos. São também um dos tipos mais populares de tecnologia de armazenamento de energia aplicados em veículos eléctricos e no armazenamento de energia doméstica, entre muitas outras aplicações. As nossas baterias de iões de lítio JYC são incrivelmente eficientes.
Baterias de chumbo-ácido:
É utilizado há décadas devido à sua fiabilidade. Tem uma maior frequência de utilização com uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS). No entanto, a sua densidade de energia é inferior à das baterias de iões de lítio, uma vez que dá menos ciclos.
Bateria de enxofre de sódio:
As baterias de sódio-enxofre são baterias do tipo de alta temperatura que armazenam energia como sódio ou enxofre fundido. Assim, este tipo de bateria tem grandes aplicações à escala da rede com uma densidade de energia e uma eficiência muito superiores no mercado.
D. Sistema de controlo e inversor
Os sistemas de controlo são um elemento básico dos sistemas de armazenamento de energia em baterias, responsáveis por supervisionar, controlar, otimizar ou gerir o desempenho das baterias, a fim de garantir um funcionamento seguro e eficiente das mesmas. Oferecem um funcionamento seguro e eficiente das baterias. Igualmente importantes são os inversores que convertem a energia CC armazenada nas baterias em CA que pode ser utilizada em casas, empresas ou na rede eléctrica. Os inversores ajudam a manter a alta qualidade da energia fornecida, mantendo-se compatíveis com a rede eléctrica.
A integração do sistema de controlo/inversor desempenha um papel essencial na realização do BESS:
- Gestão do estado de carga (SOC): Monitorizar os ciclos de carga/descarga para prevenir a degradação precoce.
- Integração na rede:Coordenação com a rede para reduzir a flutuação da procura, alimentando a rede com o excesso de energia.
- Segurança e proteção: Certificar-se de que as baterias funcionam dentro dos limites de temperatura e tensão e desligá-las em caso de avaria.
IV. Sistemas de transmissão e distribuição
A. Linha de transporte
As linhas de transmissão são parte integrante da transferência suave e segura da energia gerada por sistemas de energia solar. Pode transmitir ambos os tipos, ou seja, DC (corrente contínua) ou AC (corrente alternada).
Transmissão DC:
Designa o movimento da eletricidade num fluxo constante numa direção: carga eléctrica em ligações unidireccionais. Por vezes utilizada para fornecer às cidades energia eléctrica a longa distância produzida em parques solares remotos, tem menos perdas do que a transmissão em corrente alternada e é, portanto, mais eficiente.
Transmissão AC:
A transmissão em corrente alternada, por mais extrema que seja, utiliza correntes de inversão, uma vez que o sentido da corrente se inverte periodicamente. A mais comum é a distribuição de AC, utilizada na maioria das casas e empresas. Pode ser facilmente modificado para vários níveis de tensão, a fim de alimentar eficazmente a energia em distâncias curtas a médias.
B. Inversor
Os inversores são componentes importantes dos sistemas de energia solar, que convertem a corrente contínua.
Função e princípio:
Os inversores são os dispositivos que convertem a saída de energia CC dos painéis solares em energia CA que é utilizada em casas e empresas. O seu dever é uma função semelhante à compatibilidade com a rede, que corresponde à energia produzida para que possa ser utilizada diretamente ou fornecida de volta à rede.
Tipos e funções:
- Inversores de cadeia: É o mais comum para sistemas residenciais em que vários painéis solares são ligados em série. São económicos e ideais para pequenas instalações.
- Microinversores:A instalação de microinversores em cada painel maximiza a eficiência por painel separado com capacidades de monitorização melhoradas.
- Inversores centrais:Os inversores centrais funcionam bem em parques solares de grande escala à escala dos serviços públicos, uma vez que lidam com volumes de eletricidade de alta potência provenientes de vários painéis.
C. Sistema de distribuição
O sistema de distribuição permite que a eletricidade gerada pelos painéis solares seja distribuída de forma segura e eficiente para as casas das pessoas, para as empresas ou para a rede.
Quadros de distribuição e dispositivos de proteção:
Um quadro elétrico funciona como um centro de distribuição: A eletricidade do inversor é direccionada para várias cargas, assegurando simultaneamente uma proteção adequada do circuito. Os dispositivos electromagnéticos dos dispositivos de proteção, como os disjuntores e os fusíveis, protegem as pessoas contra sobrecargas e curto-circuitos, respetivamente.
Requisitos de segurança e conformidade:
A segurança e a fiabilidade da energia solar distribuída exigem que as instalações cumpram os regulamentos locais e nacionais. Para além da manutenção regular, manter o sistema seguro e em conformidade.
V. Sistema de monitorização e controlo
A. Sistema de vigilância
A aquisição de dados de monitorização tem um papel proeminente no funcionamento de qualquer sistema de energia solar. Envolve a recolha e análise de dados para otimizar o desempenho de um sistema. Monitorização e aquisição de dados:
Os sistemas de monitorização recolhem dados sobre diferentes parâmetros do sistema de energia solar, como a saída dos painéis solares, o desempenho do inversor, o estado da bateria (se aplicável) e as condições ambientais. Todas estas informações fornecem uma melhor imagem para a avaliação da saúde e eficiência do sistema.
Importância da monitorização remota:
A monitorização remota permite o acesso instantâneo aos dados do sistema a partir de qualquer lugar; assim, os operadores podem detetar os problemas logo que estes ocorram. Auxilia a resolução de problemas, a otimização do desempenho e o alerta precoce em relação a potenciais problemas, permitindo assim a máxima produção de energia possível.
B. Sistema de controlo
O sistema de controlo de um sistema de energia solar tem controlos automáticos juntamente com funções de otimização para que a sua eficiência e capacidade globais sejam melhoradas.
Controlo automático e otimização:
Os sistemas de controlo utilizam a automação para controlar os inversores, bem como os sistemas de baterias, assegurando o seu funcionamento ótimo. Alteram as definições de acordo com os dados introduzidos em tempo real, as condições meteorológicas e os parâmetros ajustáveis específicos do utilizador para maximizar a produção e o armazenamento de energia.
Estratégias de controlo e algoritmos:
Entre algumas das estratégias de controlo e algoritmos utilizados estão:
Seguimento do ponto de potência máxima (MPPT):
Isto optimiza a produção dos painéis solares, forçando uma carga a procurar pontos de pico de potência.
Controlo da interação da rede:
Isto assegura que a energia é introduzida na rede sem problemas, tendo em conta a tensão e a frequência.
Gestão do armazenamento de energia:
Os algoritmos de controlo dos sistemas de baterias determinam se as baterias devem ou não ser carregadas, tendo em conta a procura da rede e o preço da energia.
A linha de fundo
Na sua essência, todo o sistema é uma maravilha da engenharia, da ciência básica e da inovação. Todas as partes têm importância no processo, desde a recolha dos raios solares até ao armazenamento de energia limpa e à sua distribuição para utilização. A sustentabilidade, sendo a prioridade de todos nos dias de hoje, faz com que os sistemas de energia solar revolucionem o panorama energético mundial. À medida que continuamos a utilizar o sol, este futuro será mais brilhante, mais limpo e mais verde do que nunca. Junte-se à revolução solar e deixe o sol alimentar o seu mundo.
Para mais informações sobre baterias, pode visitar o sítio Web da JYC Battery em
