EFICIÊNCIA ENERGÉTICA, TEORIA DA POTÊNCIA INSTANTÂNEA E PARIDADE DAS PLACAS SOLARES - Rumo a um Futuro Energético Sustentável

Willian Matheus Feitosa Ramos*

Eficiência Energética e Energia Solar

Com o aumento da demanda por economia e energia sustentável, a procura por energia fotovoltaica tem se intensificado. No entanto, é imperativo analisar e atualizar métodos a fim de mitigar os impactos ambientais. O presente estudo tem como objetivo apresentar soluções que visem aprimorar a qualidade energética e fomentar a pesquisa na área.

Eficiência Energética

Recentemente, a energia desempenha um papel fundamental em diversos aspectos, sendo essencial para o funcionamento de muitos sistemas. Portanto, a qualidade da energia torna-se indispensável, não podendo haver sobrecargas ou problemas com as harmônicas. Para abordar essas questões, foram desenvolvidas normas como NEMA, CIGRE e ICE100002, cujo principal objetivo é regulamentar os desafios enfrentados em uma rede elétrica.

Com base nessas normas, foram desenvolvidas técnicas para garantir a entrega eficaz de energia. A teoria da potência instantânea, também conhecida como teoria PQ, opera com os valores instantâneos de tensões e correntes. Seu uso abrange tanto o regime permanente quanto o regime transitório, sendo aplicável em sistemas trifásicos sem o neutro. 

Essa teoria utiliza transformações algébricas para representar o sistema em um referencial estacionário com os eixos a-b-c. Os valores de potência podem ser calculados a partir das tensões e correntes utilizando os eixos alfa-beta-0. A potência ativa é obtida pela soma da potência instantânea (p) com a potência oscilatória ( Plinha). Além disso, essa abordagem de equilíbrio é mais eficaz que a primeira para a obtenção de parâmetros em tempo real. (TEODORO, 2005)

Figura 1: - Teoria PQ. (TEODORO, 2005)

Fator de desequilíbrio da energia elétrica, também conhecido como método de Steinmetz. Este fator é calculado pela relação entre o componente de sequência negativa e o componente de sequência positiva. Para utilizar esse método, é necessário resolver uma série de equações até chegar a uma equação que descreva os valores instantâneos.

Além disso, observou-se que esse método opera por meio de um equipamento auxiliar chamado compensador, que é conectado em paralelo com a carga. Esse circuito de controle deve incluir dispositivos de detecção de zeros e identificação dos sinais das derivadas da tensão.(TEODORO, 2005)

Energia Solar

No Brasil foram produzidos cerca de 677 TWh no ano de 2022, com vista a esse dado foram produzidos cerca de 29,788 TWh somente em energia solar.(ENERGETICA, 2024) A geração de energia consiste em duas partes essenciais para sua produção.

Os módulos fotovoltaicos, inversores e otimizadores de potência. Também conhecido como placas solares, sua construção consistem em um material de silício cristalino (C-Si), a captação dessa energia só foi possível por conta da teoria mecânica quântica que afirma que qualquer tipo de radiação eletromagnética possui partículas, que são chamadas de fótons que conseguem carregar somente uma determinada parte de partículas de energia(Ef).

A construção da placa solar consiste em duas partes a primeira é uma de concentração de lacunas na camada de valência denominados tipo P, nesse caso o silício é dopado com um material pentavalente, a segunda parte consiste em um átomo doador ou seja em sua camada de valência existe mais elétrons para esse feito o material semicondutor foi alterado com a junção de um material trivalente, também denominado como tipo N. Através desse tipo de ligação é criado um campo magnético na saída do elétron para a parte positiva assim criando uma barreira que só é quebrada quando é excitado esse semicondutor com o fóton que por sua vez, consegue a reação com apenas um átomo de silício como provado na teoria de Einstein.(ZILLES, 2012)

A função primordial do inversor dentro de um sistema fotovoltaico reside na conversão de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA), processo muitas vezes realizado por meio de uma ponte H, comumente referida como full-bridge. Seu princípio de operação envolve sistemas de comutação que alternam a corrente elétrica, proveniente de uma fonte contínua, a uma frequência específica, conforme ilustrado na figura acima. Para se aproximar mais de uma forma de onda senoidal, é empregada a modulação por largura de pulso (PWM)(GERMANOS1 FERNANDO CATALANI, 2020). 

O otimizador de potência é utilizado em pares geralmente é utilizado nas usinas de pequenos portes tendo em vista que o mesmo faz com o que cada placa produza individualmente ou seja se uma estiver danificada ela não afetará a produção final, ele é composto por um conversor CC-CC Buck, esse dispositivo atuará para que não o ocorra a corrente reversa contudo sua escolha depende pois ele também tem sua temperatura de trabalho ideal podendo não trabalhar direito, decorrente a isso seu uso é mais adequado a sistemas pequenos(SOUZA, 2019). Como ilustrado na figura 2.

Figura 2: - Funcionamento do Otimizador. (SOUZA, 2019)
Referências

ENERGETICA, E. de P. Matriz Energética e Elétrica . 2024. Https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica. [Online; acesso 14-05-2024].

GERMANOS1 FERNANDO CATALANI, J. S. C. C. R. M. R. A. C. Inversores de Potência: Conceitos teóricos e demonstração experimental. 2020. <https://www.scielo.br/j/rbef/a/hZbhGcY6YNX4zqNZSRSDtSp/#>. [Online; acesso 12-04-2024].

SAYEG, R. H. Objetivo de desenvolvimento sustentável 17–ods 17–parcerias pelas metas. Revista de Doutrina da 4ª Região, Porto Alegre, n. 81, 2017.

SOUZA, J. P. de. Tecnologia MLPE – Como os otimizadores de potência estão revolucionando o mercado fotovoltaico . 2019. Https://www.ecorienergiasolar.com.br/artigo/tecnologia-mlpe—comoos-
otimizadores-de-potencia-estao-revolucionando-o-mercado-fotovoltaico. [Online; acesso 14-05-2024].

TEODORO, R. Metodologia para compensação de desequilíbrio em redes elétricas. 2005. [Online; acesso 12-05-2024].

ZILLES. Sistemas fotovotaicos conectados a rede elética. (German) [On the electrodynamics of moving bodies]. v. 1, p. 14, 2012.

Autor:

Willian Matheus Feitosa Ramos, bolsista Fundação Araucária de Iniciação Tecnológica do NAPI EZC, sob a orientação do Prof. Dr. Ricardo Gouveia Teodoro.

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