Painel solar

WOW

Radiação e potência elétrica de um painel fotovoltaico

Lucas Lopes nº15 , Rita Toledo nº19, Sofia Moutinho nº23 - 10ºB

Disciplina: Física

Professora: Antónia Branco

Objetivos da atividade experimental

Determinar a potência elétrica fornecida por um painel fotovoltaico

Associar a conversão de energia solar para energia elétrica à diferença de potencial originada nos terminais do painel

Determinar o melhor ângulo entre o painel e a fonte de luz para maximizar a radiação absorvida

Verificar a influência da irradiância quando o painel se encontra sujeito a dois filtros diferentes e associá-la à energia que cada cor do espetro visível possui

Elaborar e interpretar o gráfico obtido da potência elétrica em função da diferença de potencial, determinando o valor que otimiza o rendimento do painel fotovoltaico

Painel Fotovoltaico

Equipamento responsável por converter a energia solar em eletricidade

Conjunto de células fotovoltaicas

Possuem a capacidade de captar e converter a energia térmica do sol em energia elétrica

Evidência dessa transformação de energia

Nos terminais das células fotovoltaicas origina-se uma diferença de potencial elétrico, produzindo uma corrente contínua

Irradiância solar

Energia de radiação que atinge uma unidade de área durante um certo intervalo de tempo

Como calcular a potência útil de um painel solar?

1- Com o valor da irradiância e da área do painel solar, conseguimos descobrir o valor da potência que lhe foi fornecida.

2- Depois, com o valor do rendimento do painel e da potência que lhe foi fornecida (calculada anteriormente), conseguimos descobrir a potência útil do painel

Como calcular a potência útil de um painel solar?

Quando possuimos o valor da corrente elétrica e da diferença de potencial elétrico aplicamos a seguinte fórmula:

Quando possuímos o valor de energia útil e o intervalo de tempo onde esta foi transferida:

Como se determina o rendimento de uma célula fotovoltaica?

Quando possuímos os valores da potência útil e da potência fornecida, podemos calcular o rendimento através da seguinte fórmula:

No laboratório...

Foram medidas diretamente várias grandezas: - Diferença de potencial elétrico Voltímetro - Corrente elétrica Amperímetro

Ao possuirmos estes valores, foi-nos possível efetuar o cálculo da potência elétrica fornecida pelo painel, ou seja, a potência útil

Para atingir os nossos objetivos...

Medições indiretas:

A potência útil ao painel quando sujeito a diferentes ângulos de iluminação

A potência útil do painel solar quando sujeito a diferentes valores de resistência

A área do painel fotovoltaico utilizado na atividade experimental

Reóstato

Reóstato

- Dispositivo que permite variar a resistência de um circuito através da variação do comprimento de fio por onde os eletrões passam

Variar a resistência

Quanto maior for o comprimento do fio

Maior será a resistência

Corrente elétrica

Quanto menor for o comprimento do fio

Menor será a resistência

Desempenhou um papel importante na atividade laboratorial pois:

Diferença de potencial elétrico

- Permitiu variar a corrente elétrica e a diferença de potencial elétrico ao variar a resistência

Potência elétrica

- Desta forma, pudemos tirar conclusões sobre como é que a potência elétrica varia perante estes fatores

Materiais

Painel fotovoltaico

Interruptor

Voltímetro

Reóstato

Amperímetro

Fios condutores (6)

Crocodilos (2)

Papel celofane azul

Papel celofane vermelho

Fonte de luz

Procedimento experimental

Procedimentos

a seguir

Registo e tratamento de dados

Gráfico da variação da potência em função da d.d.p.

Análise dos resultados

- Através dos graficos apresentados podemos verificar que:

• A potência fornecida acompanha o aumento da resistência até um certo valor (Pmáx).

• Pmáx(90º) > Pmáx(45º)

• A potência na utilização do filtro azul é superior à potência na utilização do filtro vermelho.

Discussão dos resultados

- A irradiância é a energia que atinge uma unidade de área por unidade de tempo.

- Fatores que influenciam a irradiância:

• Inclinação do painel solar
• Distância do painel solar à fonte de luz

- Para maximizar a potência útil:

• Diminuir a sua distância à fonte de luz;
• Orientá-lo perpendicularmente em relação à fonte de luz.
• Escolher um certo valor de resistência elétrica que promoverá o seu auge (potência máxima).

- Isto fará com que haja uma maximização da irradiância, graças à elevada energia disponível para o painel utilizar.

- Como o rendimento é superior para uma maior irradiância, a potência fornecida também irá ser de valor superior.

Discussão dos resultados

- Utilizámos um reóstato para que fosse possível variar a resistência do circuito elétrico:- Maior valor de resistência Maior valor de tensão elétrica Menor valor de corrente elétrica- Menor valor de resistência Menor valor de tensão elétrica Maior valor de corrente elétrica

- A Potência útil = U x I, originando um certo valor em cada situação de resistência

- Podemos concluir que:

• A potência útil de um painel fotovoltaico aumenta até um certo valor de tensão elétrica. Após esse valor de tensão elétrica ser ultrapassado à medida que o circuito é sujeito a valores de resistência superiores, a potência útil do painel irá diminuir.

Discussão dos resultados

- Dificuldades encontradas:

• Os valores obtidos, assim como o gráfico obtido, não correspondem aos esperados, tendo em conta a nossa prévia abordagem teórica do funcionamento de um painel fotovoltaico e do circuito elétrico

• Isto poderá ter acontecido devido:

• Pouca sensibilidade do amperímetro utilizado na atividade experimental
• O facto de o candeeiro não se apresentar exatamente à mesma distância do painel solar relativamente a todos os ângulos experimentados

• A precisão dos valores finais obtidos foi assim comprometida por todos estes fatores

Discussão dos resultados

Objetivos cumpridos

Conhecimentos adquiridos:

• Verificar a influência da irradiância quando o painel se encontra sujeito a dois filtros diferentes e associá-la à energia que cada cor do espetro visível possui

• Determinar o melhor ângulo entre o painel e a fonte de luz para maximizar a irradiância

• Associar a conversão de energia solar para elétrica à tensão originada nos terminais do painel

• A forma como a irradiância e a diferença de potencial elétrico influenciam a potência elétrica fornecida por um painel fotovoltaico

• Montagem e concionamento de um circuito elétrico e dos painéis solares

• Elaborar e interpretar o gráfico obtido pela potência elétrica em função da diferença de potencial elétrico, determinando o valor que otimiza o seu rendimento

Conclusão

- O rendimento do painel fotovoltaico é máximo quando este se encontra a um ângulo de 90º relativamente à fonte de luz. - A utilização de filtros faz com que o rendimento do painel fotovoltaico seja inferior , pois estes não deixam passar todos os níveis energéticos - como os níveis de energia que atravessaram o filtro azul são superiores aos níveis de energia que ultrapassaram o filtro vermelho, este possui um maior valor de potência útil - e por isso, a irradiância também será inferior.

Questões pós-laboratoriais

Determine a área de um painel constituido por células fotovoltaicas idênticas às que usou na atividade de modo a substituir a potência áxima contratada pela EDA na sua casa, considerando que cada célula fornece a máxima potência elétrica.

Cálculo

cálculo

Valores

Potência

Área da célula fotovoltaica - 81,71 cm² Potência máxima contratada - 6900 W Potência máxima da célula fotovoltaica - 0,01644 W

Área

0,01644

x = (81,71 X 6900)

6900

x = 34294343,07 cm²

81,71

0,01644

Questões pós-laboratoriais

- Centrais Fotovoltaicas:

• Central Fotovoltaica Hércules - 46,41MW;

• Central Fotovoltaica da Corte Pão e Água - 756kW;
• Central Fotovoltaica de Olva - 500kW;

• Planícies de grandes dimensões;
• Irradiância solar elevada;
• Poluição atmosférica inexistente.

Estes fatores contribuem para um melhor rendimento da central fotovoltaica.

Fim! Obrigada pela vossa atenção!

Lucas lopes, Rita Toledo, Sofia Moutinho