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Instituto de Energia e Ambiente
 
Disciplinas do Instituto de Energia e Ambiente
 
Disciplina: IEE0004 - Aplicações da Energia Solar Fotovoltaica
Photovoltaic solar energy applications

Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 1
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2010 Desativação:

Objetivos
Fornecer uma visão geral das aplicações da energia solar fotovoltaica apresentando os princípios básicos dos dispositivos envolvidos na conversão e no aproveitamento da conversão direta da luz em eletricidade. Introduzir as metodologias de dimensionamento das diversas configurações de sistemas fotovoltaicos. Capacitar o estudante a projetar sistemas fotovoltaicos para usos finais que requeiram eletricidade. Justificativa: A energia solar fotovoltaica pode ser utilizada para muitos usos finais que necessitam eletricidade, seja para satisfazer as necessidades de localidades não assistidas pelas redes de distribuição ou bem para gerar energia elétrica de forma distribuída com sistemas conectados à rede elétrica de distribuição. Ambas as aplicações estão rompendo a barreira econômica e urge introduzir ao aluno de graduação em engenharia e física, interessado nessa área, os procedimentos e técnicas de elaboração, instalação e operação de sistemas fotovoltaicos.
 
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
2261983 - Murilo Tadeu Werneck Fagá
2310754 - Roberto Zilles
 
Programa Resumido
A disciplina envolve as principais aplicações da energia solar fotovoltaica, tratando os aspectos teóricos e práticos para conhecer o campo de aplicação dos sistemas e instalações fotovoltaicas; projeto, instalação, operação e manutenção. Além disso, também dedica atenção aos aspectos econômicos de cada aplicação.
 
 
 
Programa
Introdução – Aplicações da Energia Solar Fotovoltaica
Contextualização das aplicações fotovoltaicas. Estado da arte de mercado mundial das aplicações fotovoltaicas.

Energia solar
A geometria sol-terra, movimentos da terra, trajetória aparente do sol, características da radiação solar, massa de ar, radiação direta, difusa e global, espectro solar, instrumentos de medida, medida e estimação do recurso solar, base de dados solares, calculo da energia solar e utilização das bases de dados.

Conceitos Básicos – Sistemas Fotovoltaicos
Introdução, conceitos básicos, eletricidade, corrente contínua, componentes de um sistema fotovoltaicos, sistema isolados sem armazenamento, sistemas isolados com armazenamento, sistemas híbridos, sistemas conectados à rede, a produção e de energia e avaliação do custo, mercado fotovoltaico em cifras, potência instalada nos diversos países.

A conversão da luz em eletricidade
Interpretação quântica do efeito fotovoltaico, história do efeito fotovoltaico, a conversão fotovoltaica, absorção da luz, transferência de energia desde os fótons as cargas elétricas, dopagem dos semicondutores, uniões p-n, curvas características corrente-tensão, potência e rendimento, tecnologias de células solares, propriedades elétricas, resposta espectral, características elétricas, influência da iluminação, influencia da temperatura.

Componentes de um sistema fotovoltaico
Célula solar, circuito elétrico equivalente, módulo fotovoltaico, composição e geometria de um módulo fotovoltaico, características elétricas, diodos de bloqueio e by-pass, o gerador fotovoltaico, conexões de módulos e geradores fotovoltaicos, estruturas de suporte, cabos e conexões, inversor, tipos de inversor, requisito para inversores em sistemas fotovoltaicos, acumuladores de energia, a bateria de Pb-ácido, controladores de carga, tipos de controladores, características essenciais para os controladores de carga.

Sistemas isolados
Características técnicas dos sistemas isolados, o acumulador, controlador de carga, inversor, as cargas de consumo, a fiação, proteções e aterramento, configurações típicas de instalações de sistemas isolados, dimensionamento, orientação, inclinação, sombras, sistema isolado sem armazenamento, sistemas fotovoltaicos de bombeamento, dimensionamento de sistema fotovoltaico de bombeamento, manutenção de instalações fotovoltaicas isoladas, avaliação econômica financeira de instalações isoladas.

Sistemas conectados à rede
Características, o gerador fotovoltaico, orientação, inclinação e sombras, influencia da orientação e inclinação, influência das sombras, características do inversor conectado à rede, a fiação, o ponto de conexão à rede, condições de interconexão, sistema de medição, centros de transformação, proteções e aterramento, dimensionamento, sistema de monitoramento, medida da potência instalada, cálculo da produção anual esperada, perdas de um sistema fotovoltaico, produtividade de referencia, fator de capacidade, manutenção, avaliação econômica financeira de instalações conectadas à rede.

Sistemas de seguimento solar
O seguimento solar, cálculo matemático do seguimento solar, seguimento em dois eixos, seguimento em eixo polar, seguimento em um eixo Norte-Sul horizontal, seguimento em um eixo Leste-Oeste, ganhos com o seguimento solar.

Integração arquitetônica
Introdução, possibilidades de integração, integração em coberturas e integração e fachadas.

Instalação conectada à rede em um telhado residencial– projeto de execução
Objetivo do projeto, alcance do projeto, dimensionamento do telhado solar fotovoltaico, componentes, módulos fotovoltaicos, inversores, estrutura de suporte, cálculo da energia que poderá produzir o sistema, apresentação de um projeto executivo.

Instalação de um sistema de 100 kW – estudo econômico
Condições do projeto, produção, estudo econômico.
 
 
 
Avaliação
     
Método
Aulas teóricas e de exercícios.
Visitas técnicas
Critério
A = (MP+MT)/2
A = Nota final
MP = Média final das provas
MT = Média final dos trabalhos

Média ponderada de provas e exercícios
Norma de Recuperação
Uma (01) prova escrita de recuperação realizada no início do semestre seguinte.
 
Bibliografia
     
Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications, Tom Markvart & Luis Castañer. Elsevier, ISBN 1-85617-390-9, 2003
Radiación Solar y Dispositivos Fotovoltaicos. Eduardo Lorenzo, PROGENSA, Sevilla, ISBN 84-95693-31-3, 2006
Electricidad Solar, Ingenieria de los sistemas fotovoltaicos, E. Lorenzo, PROGENSA, Sevilla, ISBN 84-86505-45-3, 1994
Photovoltaic Engineering Handbook, France Lanier, Adam & Hilder, New york, 1990.
Solar Cells - Semiconductors and Semimetals, Vol. II, Harold J. Hovel, Academic Press, New York, 1975
Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, Grupo de Trabalho de Energia Solar – GTES, CEPEL-CRESESB, 1999.
 

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