Para que se faz a associação de placas fotovoltaicas ou baterias?

Quando uma única fonte não possui o nível de tensão ou corrente adequada para fornecimento desejado é necessário associá-las

Numa placa fotovoltaica surge uma tensão contínua em seus terminais quando sobre suas células fotovoltaicas (FV) incidem luz, seja ela solar ou artificial. As células FV são produzidas para que operem em condições nominais com tensões de algumas unidades de volts (em torno de 3 V é um valor muito comum), porém as placas FV possuem valores típicos nominais entre 12 V e 48 V, a depender do modelo da placa comercializada: como estes valores são possíveis nos terminais das placas se as células possuem individualmente tensões de aproximadamente 3 V? A resposta é simples: é necessário associá-las em série, de forma que a soma das tensões das células viabilizem a tensão desejada (ver ilustração a seguir).

Porém se apenas associações em série forem realizadas, então a potência total a ser fornecida estaria limitada pela quantidade de células em série: a solução para isso é realizar a associação em paralelo de outros conjuntos em série, conforme mostra associação ilustrada na imagem. No caso idealizado seria mandatório que as tensões terminais dos conjuntos em série sejam idênticas, pois, por definição, dois dispositivos (neste caso conjunto de células) ligados em paralelo possuem mesma tensão. Obviamente que não é possível ter todos os conjuntos em série com a mesma tensão, já que:

• pequenas diferenças nas fabricações das células podem criar tensões terminais diferentes nelas, ainda que submetidas a mesma radiação solar;

• há também a possibilidade da radiação solar sobre a placa não ter distribuição homogênea, com áreas com maior incidência do que outras e, portanto, conjuntos séries podem ter tensões diferentes nos terminais das associações em série.

Deve-se salientar que nem toda fonte de tensão é uma fornecedora de potência elétrica, pois quando há várias delas em um circuito elétrico e a corrente elétrica, em um circuito CC como é o das associações série-paralelo das células fotovoltaicas, pode haver alguma delas consumindo potência[1], o que seria um grande problema, já que algumas células gerariam potência para serem consumidas por outras e não pela carga ou para fornecimento à rede elétrica. Por isso é comum o uso de um diodo, pois este permite que a corrente flua num único sentido, no caso do terminal negativo para o positivo que indica fornecimento de potência elétrica[2].

Os mesmos comentários sobre as associações de células que formam uma placa fotovoltaica, são válidos para as formações das strings de placas, que são as associações delas para conexão aos terminais de entrada de um conversor eletrônico de potência (CEP) que fará inversão da tensão (processo de conversão de tensão contínua para alternada) ou adequação da tensão nos terminais da string para outro valor contínuo para armazenamento de energia em um banco de baterias.

A formação da tensão da string é para resultar em valores de centenas de volts para o caso residencial, por exemplo, e isso é feito da mesma forma que com qualquer associação de fontes: aumenta-se a tensão e a potência da associação colocando unidades em série e aumenta-se a corrente e a potência colocando os conjuntos-série em paralelo.

Caso não haja diodos nas associações em série das células, diodos devem ser postos na placa FV.

As baterias, sejam as utilizadas nos sistemas de armazenamento fotovoltaico ou noutros sistemas de acúmulo de energia (autoelétrico, por exemplo) também podem ser associadas para formar um banco de baterias, cujo aumento de unidades aumenta a capacidade de armazenamento, mas isso deve ser feito obedecendo os mesmos critério já ditos: se é necessário ter um nível de tensão maior ou corrente maior deve-se apelar respectivamente para as associações série e paralela, respectivamente. Mais uma vez diodos podem ser empregados para garantir que nenhuma bateria venha a operar como carga.

Pode-se resumir dizendo que associa-se fontes para aumentar o fornecimento de potência, porém caso precise-se de maior tensão faz-se a associação em série e caso precise-se adequar a corrente pode-se aumentá-la com a associação em paralelo dos subsistemas associados em série.

Referências

[1] Videoaula 20 (Leis de Kirchhoff - definições preliminares) do curso de Circuitos Elétricos CC do canal Elétrica em vídeos. Acessar aula aqui.

[2] Franklin, T., Simulação de um sistema de bombeamento d’´agua empregando energia solar fotovoltaica, Dissertação de mestrado, UFBA, 2009. Acessar texto aqui.

Para verificar como proceder para realizar a associação de fontes, veja a videoaula a seguir:

Uma breve discussão sobre placas fotovoltaicas é feita na videoaula a seguir: