Grid-amarrado Solar Fotovoltaica (PV) sistema
a maioria dos sistemas fotovoltaicos são sistemas ligados à rede que funcionam em conjunto com a energia fornecida pela empresa elétrica. Um sistema solar ligado à rede tem um inversor especial que pode receber energia da rede ou enviar energia CA de qualidade da rede para a rede elétrica quando há um excesso de energia do sistema solar.
Grid-Tied solar PV System
além disso, a empresa de serviços públicos pode produzir energia a partir de fazendas solares e enviar energia para a rede diretamente.
sistemas fotovoltaicos residenciais e pequenos ligados à rede
os sistemas fotovoltaicos ligados à rede podem ser configurados com ou sem um backup de bateria. O sistema fotovoltaico mais simples vinculado à rede não usa backup de bateria, mas oferece uma maneira de complementar alguma fração da energia da concessionária. Os principais componentes deste sistema são os módulos fotovoltaicos e um inversor.
Residencial grade-amarrado sistema fotovoltaico (Fonte: Wikipédia)
Os módulos podem ser ligados em série com o inversor de tensão se os limites não sejam ultrapassados, ou de uma combinador de caixa pode ser usado para combinar as saídas de vários módulos em paralelo.
o inversor deve ser um tipo especial que possa ser conectado diretamente à caixa do disjuntor da C. A., Assim que precisa de converter a C. C. dos módulos do picovolt na C. A. grade-compatível e combinar a fase da onda de seno de serviço público.
também deve ser capaz de desconectar o sistema fotovoltaico (usando um interruptor de transferência automática) quando a rede está inativa, portanto, deve ser um inversor aprovado que atenda ao padrão UL 1741. Um interruptor de transferência é um interruptor automático que pode alternar cargas entre fontes de energia alternativas sem interromper a corrente.
um diagrama de blocos básico de um sistema fotovoltaico amarrado à grade com módulos fotovoltaicos em série é mostrado na Figura 1.
comparado a um sistema com backup de bateria, um sistema sem bateria como este é menos caro, mais fácil de instalar e quase livre de manutenção. Tem a vantagem de não ter que fornecer toda a energia necessária para a casa ou empresa; pode compensar qualquer fração da energia e fazer com que a concessionária faça a diferença.
se a rede é confiável, como na maioria das áreas urbanas, um sistema sem bateria oferece o melhor desempenho por dólar gasto.
para muitos edifícios comerciais de escritórios, lojas e edifícios industriais, um sistema sem bateria faz sentido. Esses tipos de edifícios são normalmente ocupados durante o dia, correspondendo aos horários em que o recurso solar está disponível.
Normalmente, os módulos podem ser instalados no telhado do edifício ou em uma estrutura de estacionamento, portanto, o terreno não é sacrificado pela matriz. O sistema pode ser configurado para que qualquer excesso de energia seja vendido de volta ao utilitário, aliviando qualquer preocupação com a capacidade não utilizada de fim de semana ou feriado.
Figura 1 Sistema Solar Fotovoltaico simplificado sem bateria
padrão UL 1741
o Underwriters Laboratories® (UL) é uma organização independente de certificação de segurança de produtos que escreve padrões para segurança e testa produtos para conformidade.
o padrão UL 1741 lista os requisitos para inversores, conversores, controladores de carga e equipamentos de Sistema de interconexão para sistemas de energia interativos (ligados à rede) e para sistemas não ligados à rede.
outros padrões UL são escritos para módulos fotovoltaicos e caixas de junção, cabeamento, conectores, baterias e sistemas de montagem. Por exemplo, o padrão UL 1703 especifica padrões para sistemas fotovoltaicos de até 1.000 V.
as empresas que recebem a certificação UL podem exibir a Marca UL no(S) produto (s).
sistema fotovoltaico residencial e Pequeno amarrado à rede com Backup de bateria
os sistemas fotovoltaicos amarrados à rede com backup de bateria podem continuar a fornecer energia sempre que a rede diminuir. O sistema pode alternar perfeitamente para energia de backup quando ocorre uma interrupção elétrica. Simultaneamente, ele desconecta o sistema da rede para não enviar energia quando a rede está desligada.
cargas de backup
um pequeno sistema com capacidade de backup total da bateria é muito mais caro do que um sistema sem bateria.
uma maneira de reduzir o custo é dividir o sistema em cargas de backup e cargas sem backup, reduzindo assim o número de baterias necessárias, economizando o custo inicial e reduzindo os requisitos de manutenção e espaço.
esta opção requer a religação do painel de serviço e a colocação de cargas sem backup em um painel dedicado separadamente daqueles que são copiados. Essencialmente, essa opção é equivalente a ter dois sistemas, mas religar um painel pode ser uma opção mais barata do que um sistema de backup completo.
um sistema com cargas de backup e cargas sem backup é mostrado no diagrama de blocos na Figura 2. Os painéis são mostrados indo para uma caixa combinadora, mas um arranjo em série é outra opção para conectar os módulos.
uma caixa combinadora é uma caixa de conexão elétrica para combinar as saídas de vários painéis solares em uma saída DC.
Figura 2 sistema simplificado de Backup de Bateria Para parte da carga CA
quando o sistema está no modo interativo da rede, o inversor retira energia das fontes e a envia para as cargas de backup. As cargas principais são alimentadas diretamente da grade.
se houver mais energia dos módulos fotovoltaicos do que o necessário para as cargas de backup, o excesso é colocado na rede por meio de um interruptor de transferência interno, resultando em um crédito para o proprietário (medição líquida).
quando a rede está baixa ou fora de especificação, o interruptor de transferência é aberto e apenas as cargas de backup recebem energia do inversor. As cargas principais dependem exclusivamente da rede, então elas ficarão desligadas até que a energia seja restaurada.
dimensionamento do inversor PV
o tamanho do inversor e do backup da bateria necessários para um sistema de backup parcial requer uma análise das cargas que serão colocadas no sistema de backup.
para estimar o requisito de energia para as cargas de backup, a energia para cada carga pode ser resumida em uma planilha. Os motores precisam de mais energia durante a partida do que durante a corrida, portanto, o sistema deve ser dimensionado com base na potência de partida. A partir dos resultados desta análise, o inversor, incluindo várias opções, pode ser selecionado. Uma opção é usar inversores que podem ser empilhados.
o termo empilhamento refere-se à conexão de dois inversores para fornecer saídas de 120/240 V em fase dividida. Outra opção disponível em alguns inversores é fornecer uma entrada de gerador de motor de backup.
banco de Baterias para sistema fotovoltaico
o banco de baterias é dimensionado de acordo com o número de dias de autonomia necessários. O tamanho pode ser baseado em padrões históricos de tempo que a grade está para baixo.
em geral, um sistema que está fazendo backup da grade é ciclado apenas quando a grade está baixa, portanto, as considerações de dimensionamento são diferentes do que no sistema livre de grade, que circula diariamente.
uma profundidade de descarga de 80% é apropriada para um sistema que é pedalado com pouca frequência, e o número de dias de autonomia é baseado no desempenho da grade em vez dos padrões climáticos.
o ciclismo pouco frequente significa que as baterias seladas podem ser uma boa escolha para um sistema de backup porque requerem menos manutenção do que os tipos inundados.
a desvantagem das baterias seladas é que elas são mais caras e têm uma expectativa de vida mais curta do que os tipos inundados.
para sistemas de backup de bateria, Medidores de bateria que podem relatar o estado de carga são úteis. Esses medidores mostram a tensão, corrente e porcentagem de carga total.
outra opção é um medidor de energia que monitora o desempenho do sistema e alerta o usuário sobre as condições de falha.
estudos mostraram que os sistemas de monitoramento incentivam a conservação de energia e que informações mais detalhadas levam a mais conservação.
pequenos sistemas fotovoltaicos com micro inversores
os sistemas mostrados anteriormente levam DC a um inversor central e o convertem em AC nesse ponto. Outra opção que está crescendo em popularidade é usar um microinverter em cada módulo.
um microinverter é um conversor DC para AC que é dimensionado para operar com um único módulo solar. Assim, pode fornecer o seguimento máximo do ponto de poder para o módulo e a maior eficiência, particularmente para situações tais como um único módulo protegido que tenha a saída reduzida. Um sistema básico é ilustrado na Figura 3.
cada inversor põe para fora a C. A. grade-compatível que é sincronizada a outros microinverters no sistema. Os microinversores são instalados em paralelo entre si para formar um circuito de ramificação.
os circuitos de ramificação são frequentemente combinados em um subpanel. O resultado é um sistema mais modularizado; se um módulo ou microinverter falhar, o resto do sistema continua a operar (na saída reduzida) porque os outros microinverters estão conectados em paralelo e uma fonte aberta não afeta a operação dos outros.
o módulo defeituoso ou microinverter pode ser reparado sem tirar o resto do sistema offline; no entanto, o módulo defeituoso pode ter que ser removido para manutenção.
alguns módulos vêm equipados com um Microinverter embutido e circuitos para otimizar a saída.
os micro inversores integrados não têm acesso aos circuitos CC do módulo FOTOVOLTAICO, mas eliminam a fiação CC, conectores, caixas combinadoras e assim por diante. Isso simplifica a instalação, tornando o sistema geral eficiente e econômico. Também elimina circuitos CC de alta tensão (até 600 V), de modo que o sistema Micro inversor é mais seguro do que os sistemas de alta tensão com um inversor central.
Figura 3 Sistema Micro inversor básico. A C. C. de cada módulo é convertida à C. A. onde é conectada a outros micro inversores no sistema.
sistemas fotovoltaicos comerciais e institucionais
sistemas fotovoltaicos solares comerciais e institucionais podem oferecer economias de escala e freqüentemente têm a vantagem de uma demanda relativamente menor por eletricidade à noite.
a maioria desses sistemas é projetada para reduzir a demanda de eletricidade para um usuário maior, como uma empresa, escola ou fábrica, de modo que o sistema é projetado para ser um sistema fotovoltaico vinculado à rede.
alguns sistemas são projetados como sistemas fora da rede para aplicações remotas, Como um sistema fotovoltaico que foi instalado para um santuário marinho nas Ilhas Farallones.
o santuário marinho já havia importado diesel para operar geradores de eletricidade. Além de complementar a energia elétrica, outro aplicativo para estabelecimentos comerciais e institucionais é fornecer uma estação de combustível solar para seus funcionários ou o público usar.
os painéis solares são montados acima de uma área de estacionamento e fornecem energia de carregamento para veículos elétricos, uma excelente combinação do recurso disponível para a necessidade (carregamento de veículos elétricos). A figura 4 mostra um posto de combustível solar.Muitas comunidades e entidades governamentais estão fornecendo essas estações em estacionamentos públicos para incentivar o uso de veículos elétricos e reduzir as emissões.
Figura 4 Estação De Abastecimento Solar. Os módulos solares desta estação de abastecimento são usados para carregar veículos elétricos.
sistemas fotovoltaicos ligados à rede elétrica
em algumas áreas, os utilitários construíram grandes matrizes fotovoltaicas projetadas para alimentar a energia da rede. As concessionárias têm muitas considerações diferentes para implementar sistemas fotovoltaicos solares porque estão fornecendo energia em vez de consumi-la.Quando uma empresa de serviços públicos está considerando adicionar energia solar, o sistema é analisado e modelado pela primeira vez para determinar os efeitos, balanceamento de carga, carregamento de equipamentos e problemas de qualidade de energia.
o custo total, como quaisquer novos sistemas de transmissão e distribuição necessários, e o impacto nas instalações existentes, como custos reduzidos de combustível, são avaliados.Em alguns casos, pode ser mais econômico desenvolver sistemas distribuídos usando matrizes solares menores implantadas em alimentadores específicos para lidar com carga adicional e reduzir custos de capital.
os sistemas distribuídos também podem reduzir o custo relacionado à linha devido à potência dissipada nas linhas de transmissão.
perguntas de revisão
- Qual é o requisito para inversores fotovoltaicos amarrados à grade?
- quais são duas razões para ter um sistema PV vinculado à grade que não é feito backup?
- Como dimensionar uma matriz de bateria em um sistema fotovoltaico vinculado à grade difere do dimensionamento de uma matriz de bateria em um sistema sem grade?
- por que o monitoramento constante do sistema é útil para um sistema fotovoltaico vinculado à rede?
- quais fatores de custo os utilitários devem considerar para adicionar recursos solares fotovoltaicos que um proprietário não precisa considerar?
Respostas:
- os inversores fotovoltaicos ligados à rede precisam sincronizar sua saída com o Utilitário e ser capazes de desconectar o sistema solar se a rede cair.
- (1) um sistema que é projetado para complementar a energia da rede e não substituí-lo a qualquer momento não precisa de backup, então a instalação é simplificada. (2) o backup da bateria é caro, ocupa espaço e requer manutenção regular.
- em um sistema fotovoltaico amarrado à grade, a bateria deve substituir a grade apenas durante interrupções, portanto, a probabilidade e o comprimento das interrupções são o fator chave para determinar o tamanho da bateria. Em um sistema autônomo, o fator chave para determinar o tamanho da bateria é o clima no local e as perspectivas de longos períodos de nuvens ou chuva que impediriam o sistema de operar no seu melhor.
- o monitoramento do sistema pode fornecer dados básicos de desempenho para o sistema e ajudar a identificar problemas com o sistema.
- alguns fatores que as concessionárias precisam considerar são balanceamento de carga; carregamento de equipamentos; problemas de qualidade de energia; custo geral, incluindo quaisquer novos sistemas de transmissão e distribuição; bem como muitos outros fatores.
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