Como funciona um sistema solar fora da rede

Uma instalação solar autónoma funciona gerando energia a partir da radiação solar e convertendo-a em eletricidade, em corrente alternada a 230 volts. Para isso, são necessários vários tipos de dispositivos, que permitirão conceber uma boa instalação ou kit solar. O painel fotovoltaico de uma instalação solar é o elemento mais importante, pois é ele que gera a eletricidade. Em seguida, o regulador solar controla a energia proveniente dos painéis e armazena-a em baterias. As baterias são o elemento mais delicado e mais caro, uma vez que armazenam a eletricidade produzida pelos painéis. Por isso, é fundamental escolher a bateria solar adequada aos aparelhos elétricos da instalação solar. O inversor de potência transforma a energia CC das baterias em eletricidade CC a 230V. O último e muito importante elemento é a cablagem. A secção transversal correta dos cabos deve ser utilizada na instalação solar para que não ocorram perdas de energia ou quedas de tensão. Isto pode resultar numa queda significativa do desempenho global do sistema solar.

Em conclusão, o funcionamento de uma instalação solar fora da rede é simples se conhecer os princípios básicos e as características de cada elemento e quando deve ser utilizado. Graças a esta instalação solar, pode produzir a sua própria eletricidade em qualquer lugar.

A função de um sistema solar autónomo é gerar energia a partir da radiação solar e convertê-la em eletricidade de corrente alternada de 230 volts. Para este efeito, são necessários vários tipos de dispositivos, cuja combinação permitirá dimensionar uma boa instalação solar ou um kit solar. Os painéis solares são o elemento fundamental de uma instalação solar, pois são os dispositivos em que se gera o efeito fotovoltaico que transforma a energia do sol em eletricidade. Para uma instalação solar ou uma instalação de kit solar no hemisfério norte, os painéis solares devem ser orientados para o sul. Isto corresponde ao meio-dia solar. E no que respeita ao grau de inclinação, este dependerá da latitude do local e da época de utilização (todo o ano ou alguns meses específicos). Na Península Ibérica, o grau de inclinação situar-se-á entre os 30 e os 40 graus.

Mais informações sobre este tema no nosso artigo: Qual deve ser a orientação e a inclinação dos painéis solares?

A inclinação será maior ou menor consoante a instalação se encontre no sul ou no norte de Espanha. Além disso, como já referimos, o facto de a instalação ter uma utilização sazonal determina a sua inclinação. Por exemplo, se for utilizada no verão, quando o arco de circunferência do sol no céu é muito elevado, será interessante colocar os painéis com uma maior inclinação e quase planos. Por outro lado, se a instalação for utilizada no inverno, quando a curvatura do sol é muito baixa, a inclinação dos painéis deve ser baixa para que fiquem perpendiculares aos raios solares.

Existem vários tipos de painéis solares, consoante o material de que são feitas as suas células. Mas as mais utilizadas e dominantes no mercado solar atual são as células de silício. Estas oferecem a maior eficiência e são também as mais baratas de fabricar.

Função do painel fotovoltaico numa instalação solar

Os painéis solares são o elemento mais importante de uma instalação solar, uma vez que são as fontes que irão gerar a eletricidade. Por isso, se os painéis não funcionarem corretamente ou se não estiverem bem dimensionados, toda a instalação falhará.

Existem dois tipos de painéis solares: os painéis solares clássicos, com uma estrutura de alumínio e vidro, e os painéis solares flexíveis, que, em vez de terem um vidro e uma estrutura, são encapsulados em várias capas de material plástico.

– Painéis solares flexíveis

Os painéis flexíveis tornaram-se populares e são amplamente utilizados em auto-caravanas. Devido à sua flexibilidade, podem ser adaptados à curvatura do telhado de muitos tipos de veículos.

– Painéis solares clássicos

Por outro lado, os painéis solares clássicos estabeleceram-se como o produto mais durável e fiável para utilização em instalações em casas, indústrias ou qualquer tipo de telhado. Estes painéis requerem muito pouca manutenção, principalmente a limpeza do vidro para evitar o pó que impede a projeção dos raios solares.

Para ligar os painéis, é importante utilizar a cablagem solar, que é um cabo elétrico muito duro e resistente, especialmente fabricado para resistir às intempéries do sol durante um mínimo de 25 anos (o que corresponde à garantia de desempenho normalmente dada aos painéis solares). Os conectores MC4 devem ser sempre utilizados para uma ligação estanque e duradoura. Utilizam o mesmo material plástico que o cabo solar. A energia gerada nos painéis solares será concentrada no cabo solar e direcionada para o controlador de carga antes de entrar nas baterias.

Função do regulador numa instalação solar

O regulador solar ou de carga tem uma função fundamental, que é a de controlar a energia proveniente dos painéis e armazená-la corretamente nas baterias. Dependendo do nível de carga das baterias num determinado momento. Por exemplo, se a bateria estiver a 50% da sua capacidade, o regulador permitirá a entrada bruta de toda a energia proveniente dos painéis. Se estiverem a um nível superior a 95%, o regulador utilizará uma fase de carga chamada carga flutuante. Trata-se de uma entrada de energia muito mais limitada e lenta, de modo a evitar o sobreaquecimento e a sobrecarga da bateria. Problemas que podem danificar a bateria e ter um impacto negativo na sua vida útil. Assim, podemos dizer que a principal função do regulador é cuidar das baterias para que estas cumpram os seus anos de vida útil.

Existem 2 tipos de reguladores solares, os reguladores PWM e os reguladores MPPT.

– O regulador PWM

Este é o tipo mais simples de regulador e é sempre utilizado com painéis de 12 volts e painéis de 24V com 72 células. Estes painéis têm tensões elevadas e, por conseguinte, não necessitam de qualquer tipo de amplificador para variar a sua tensão.

– O regulador MPPT

Este tipo de regulador é utilizado em dois tipos de instalações completamente diferentes. Por um lado, é utilizado em instalações de 24 ou 48 volts com painéis solares de 60 células. Estes painéis foram inicialmente concebidos para serem utilizados em parques solares para extrair o máximo rendimento de cada painel. Para o efeito, foram fabricados com uma tensão baixa para beneficiar de uma amperagem elevada. Nos parques solares, a energia não era armazenada em baterias, mas alimentada diretamente na rede para venda e comercialização.

No entanto, para utilização em instalações fora da rede, onde a energia é armazenada em baterias, a tensão não é suficiente. Assim, será necessário um regulador MPPT, que inclui no seu interior um transformador que converterá a baixa tensão destes painéis numa tensão muito mais elevada, para que seja superior à tensão das baterias e a energia seja armazenada corretamente.

A outra utilização dos reguladores MPPT é a possibilidade de utilizar painéis solares com uma tensão diferente da tensão da instalação solar. Por exemplo, se tiver uma auto-caravana com funcionamento a 12V e pouco espaço no teto, é uma boa opção utilizar um regulador MPPT para poder colocar um painel de 24V, que são mais potentes do que os painéis de 12V em relação ao seu tamanho.

Função da bateria numa instalação solar

Depois de a energia ter passado pelo controlador, é armazenada nas baterias solares. As baterias são o elemento mais delicado e mais caro. Por isso, é necessário escolher a bateria solar adequada em função dos dispositivos elétricos da instalação solar.

É de salientar que as baterias solares não têm nada a ver com as baterias dos veículos, também conhecidas como baterias de arranque. Estas baterias têm como única função o arranque do veículo e não permitem descargas profundas, uma vez que foram fabricadas com o objetivo de oferecer uma grande quantidade de energia num espaço de tempo muito curto. No entanto, as baterias solares são fabricadas com placas internas muito espessas. Para favorecer as descargas profundas e contínuas, dia após dia. Tipos de baterias solares que existem:

– bateria solar monobloco.

A bateria solar monobloco é a mais básica e mais barata de todas. São baterias de ácido aberto e requerem manutenção com água destilada. Têm uma vida útil de cerca de 4 a 5 anos. O seu ponto negativo é que não suportam bem os picos de arranque dos motores, por isso, estas baterias nunca devem ser utilizadas em instalações que tenham bombas de água ou aparelhos elétricos com motor. Por exemplo, um frigorífico ou uma máquina de lavar roupa.

– Bateria AGM

A bateria AGM é uma bateria selada que não necessita de manutenção e tem uma vida útil de aproximadamente 7 anos em condições normais de utilização. Este modelo suporta os picos de arranque de motores e bombas sem afetar a sua vida útil.

– Bateria de gel

As baterias de gel têm características muito semelhantes às baterias AGM. A sua diferença reside no facto de terem uma duração mais longa, entre 10 e 12 anos, em condições normais de utilização. São também baterias seladas que não requerem manutenção. São ideais para a utilização de aparelhos elétricos com motor, como frigoríficos, arcas frigoríficas, congeladores ou bombas de água em instalações solares de pequena ou média dimensão.

– bateria estacionária ou OPZS

A bateria OPZS ou estacionária é constituída por vidros translúcidos de 2V de ácido aberto. Requerem manutenção, mas são as baterias com a vida útil mais longa. Oferecem uma vida útil de 20 anos. Este modelo de bateria solar é mais comummente utilizado em casas de primeira habitação, bem como em utilização industrial. Equipamentos onde é exigido um elevado desempenho dia após dia.

– bateria de lítio

As baterias de lítio estão a entrar no mercado solar, no entanto, ainda têm um custo de aquisição muito elevado. No entanto, se tiver orçamento, são uma boa opção, pois têm ciclos de descarga muito profundos sem afetar a sua vida útil. Além disso, não necessitam de manutenção e podem suportar a utilização de motores e bombas de água sem qualquer problema.

Função do inversor num sistema solar

O inversor de potência tem a função de transformar a energia CC das baterias em eletricidade CC a 230V. É um transformador que permite converter a energia gerada em corrente contínua em corrente alternada, de modo a que os mesmos aparelhos eletrónicos e eletrodomésticos possam ser utilizados numa casa normal. Existem dois tipos de inversos de potência, os inversos de potência de onda pura e os inversos de potência de onda modificada. Também é possível encontrar inversos de potência que incluem carregadores de bateria. Trata-se de um tipo de inversor denominado multifuncional e que inclui um carregador de bateria. Isto é muito útil para poder ter outra fonte de energia de reserva para ter eletricidade em casos excecionais, como, por exemplo, devido a uma utilização superior à permitida, ou devido a condições meteorológicas adversas devido à falta de sol.

– inversor de corrente de onda pura

Este tipo de inversor gera uma onda sinusoidal pura de qualidade igual ou superior à que é fornecida a uma casa pela empresa de eletricidade. Com um inversor de onda pura, é possível utilizar qualquer tipo de aparelho eletrónico existente na casa.

– inversor de corrente de onda modificada

O inversor de onda modificada tem atualmente uma utilização quase residual. Estes inversos emulam uma onda gerada eletronicamente, tentando simular uma onda pura. Estes aparelhos são muitas vezes utilizados simplesmente para o funcionamento de pequenos aparelhos ou para a iluminação. Atualmente, a sua utilização é quase residual devido ao aparecimento das lâmpadas LED. Apresentam problemas consoante o tipo de tecnologia LED utilizada nas lâmpadas.

Função da cablagem numa instalação solar

Este elemento é frequentemente omitido numa instalação solar, mas é essencial, porque se não for utilizada a secção correta do cabo em corrente contínua, haverá muitos problemas. A secção correta do cabo deve ser utilizada em cada secção da instalação, para que não haja perdas de energia ou quedas de tensão na instalação solar. Isto resulta numa queda significativa no desempenho global do sistema solar.

Por este motivo, para ter uma instalação solar isolada e com garantias, é necessário recorrer a uma empresa ou loja especializada em energia solar. Eles farão o correto dimensionamento da cablagem e de todos os componentes em geral.

Em conclusão

O funcionamento de uma instalação solar fora da rede é simples se conhecer os princípios básicos e as características de cada elemento e quando deve ser utilizado. Um sistema solar fora da rede ou kit solar é composto por painéis solares, controlador de carga, baterias e o inversor, que converte a energia de corrente contínua em corrente alternada a 230V.

Com um sistema solar fora da rede, pode gerar a sua própria eletricidade em qualquer lugar. A eletricidade é armazenada nas baterias para ser utilizada quando necessário.