Sistema fotovoltaico

Um sistema fotovoltaico, também sistema PV ou sistema de energia solar, é um sistema de energia projetado para fornecer energia solar utilizável por meio de energia fotovoltaica. Consiste em um arranjo de vários componentes, incluindo painéis solares para absorver e converter luz solar em eletricidade, um inversor solar para alterar a corrente elétrica de CC para CA, bem como montagem, cabeamento e outros acessórios elétricos para configurar um sistema em funcionamento. . Ele também pode usar um sistema de rastreamento solar para melhorar o desempenho geral do sistema e incluir uma solução de bateria integrada, já que os preços dos dispositivos de armazenamento devem diminuir. Estritamente falando, uma matriz solar abrange apenas o conjunto de painéis solares, a parte visível do sistema fotovoltaico, e não inclui todos os outros equipamentos, muitas vezes resumidos como balanço de sistema (BOS). Além disso, os sistemas fotovoltaicos convertem a luz diretamente em eletricidade e não devem ser confundidos com outras tecnologias, como energia solar concentrada ou solar térmica, usadas para aquecimento e resfriamento.

Os sistemas fotovoltaicos variam desde sistemas pequenos, montados em telhados ou integrados em edifícios, com capacidades de algumas a várias dezenas de kilowatts, até grandes centrais elétricas de escala de centenas de megawatts. Atualmente, a maioria dos sistemas fotovoltaicos é conectada à rede, enquanto os sistemas off-grid ou stand-alone representam apenas uma pequena parcela do mercado.

Operando silenciosamente e sem quaisquer partes móveis ou emissões ambientais, os sistemas fotovoltaicos evoluíram de aplicações de nicho de mercado para uma tecnologia madura usada para geração de eletricidade convencional. Um sistema de cobertura recupera a energia investida para sua fabricação e instalação dentro de 0,7 a 2 anos e produz cerca de 95% da energia limpa líquida renovável ao longo de uma vida útil de 30 anos.

Devido ao crescimento exponencial da energia fotovoltaica, os preços dos sistemas fotovoltaicos diminuíram rapidamente nos últimos anos. No entanto, eles variam de acordo com o mercado e o tamanho do sistema. Em 2014, os preços dos sistemas residenciais de 5 kilowatts nos Estados Unidos estavam em torno de US $ 3,29 por watt, enquanto no mercado alemão altamente penetrado, os preços dos sistemas de teto de até 100 kW caíram para 1,24 por watt. Atualmente, os módulos fotovoltaicos solares respondem por menos da metade do custo total do sistema, deixando o restante para os demais componentes do BOS e com custos flexíveis, que incluem aquisição, permissão, inspeção e interconexão de clientes, custos de mão de obra e financiamento da instalação.
Sistema moderno

Escala do sistema
Os sistemas fotovoltaicos são geralmente categorizados em três segmentos de mercado distintos: rooftop residencial, rooftop comercial e sistemas em escala de terra. Suas capacidades variam de alguns quilowatts a centenas de megawatts. Um sistema residencial típico é de cerca de 10 quilowatts e montado em um telhado inclinado, enquanto os sistemas comerciais podem atingir uma escala de megawatts e geralmente são instalados em telhados baixos ou mesmo planos. Embora os sistemas montados em telhados sejam pequenos e exibam um custo por watt mais alto do que as grandes instalações em escala pública, eles representam a maior parcela do mercado. Há, no entanto, uma tendência crescente em direção a usinas elétricas em escala maior, especialmente na região do “cinturão do sol” do planeta.19]

Escala de utilidade
Grandes parques solares ou fazendas em escala de utilidade pública são estações de energia e capazes de fornecer um suprimento de energia para um grande número de consumidores. A eletricidade gerada é alimentada na rede de transmissão alimentada por centrais de geração (ligadas à rede ou ligadas à rede), ou combinada com um ou muitos geradores domésticos de eletricidade para alimentar uma pequena rede elétrica (planta híbrida). Em casos raros, a eletricidade gerada é armazenada ou usada diretamente por uma ilha / planta independente. Os sistemas fotovoltaicos são geralmente projetados para garantir o maior rendimento energético para um determinado investimento. Algumas grandes usinas fotovoltaicas, como a Solar Star, o Waldpolenz Solar Park e a Topaz Solar Farm, cobrem dezenas ou centenas de hectares e produzem energia de até centenas de megawatts.
Telhado, móvel e portátil

Um pequeno sistema fotovoltaico é capaz de fornecer eletricidade CA suficiente para alimentar uma única casa, ou até mesmo um dispositivo isolado na forma de CA ou CC elétrica. Por exemplo, satélites militares e civis de observação da Terra, luzes de rua, sinais de trânsito e construção, carros elétricos, tendas movidas a energia solar e aeronaves elétricas podem conter sistemas fotovoltaicos integrados para fornecer uma fonte de energia primária ou auxiliar na forma de energia CA ou CC. , dependendo das demandas de design e potência. Em 2013, os sistemas de cobertura foram responsáveis ​​por 60% das instalações em todo o mundo. No entanto, há uma tendência de afastamento do telhado e de sistemas fotovoltaicos em escala pública, já que o foco de novas instalações fotovoltaicas também está mudando da Europa para países na região do planeta onde a oposição a usinas solares montadas no solo é menos acentuada. Os sistemas fotovoltaicos portáteis e móveis fornecem energia elétrica independente das conexões da concessionária, para operação “fora da rede”. Tais sistemas são tão comumente utilizados em veículos de recreio e barcos que existem varejistas especializados nessas aplicações e produtos especificamente direcionados a eles. Como os veículos recreativos (RV) normalmente carregam baterias e operam sistemas de iluminação e outros em energia DC nominal de 12 volts, os sistemas RV RV normalmente operam em uma faixa de tensão escolhida para carregar baterias de 12 volts diretamente, e a adição de um sistema fotovoltaico requer apenas painéis , um controlador de carga e fiação. Sistemas solares em veículos de recreação são geralmente limitados em potência pelo tamanho físico do espaço do teto do trailer. É por isso que mais eficiência dos painéis solares para essas aplicações é importante.

Construindo-integrado
Em áreas urbanas e suburbanas, os painéis fotovoltaicos são comumente usados ​​em telhados para complementar o uso de energia; muitas vezes o edifício terá uma conexão com a rede elétrica, caso em que a energia produzida pelo painel fotovoltaico pode ser vendida de volta para a concessionária em algum tipo de acordo de medição líquida. Algumas concessionárias, como a Solvay Electric em Solvay, NY, usam os telhados de clientes comerciais e postes de telefone para suportar o uso de painéis fotovoltaicos. As árvores solares são matrizes que, como o nome indica, imitam a aparência das árvores, fornecem sombra e à noite podem funcionar como luzes da rua.

atuação
Incertezas na receita ao longo do tempo referem-se principalmente à avaliação do recurso solar e ao desempenho do próprio sistema. No melhor dos casos, as incertezas são tipicamente de 4% para a variabilidade climática ano a ano, 5% para estimativa de recursos solares (em um plano horizontal), 3% para estimativa de irradiação no plano do arranjo, 3% para energia classificação de módulos, 2% para perdas por sujeira e sujeira, 1,5% para perdas devido a neve e 5% para outras fontes de erro. Identificar e reagir a perdas gerenciáveis ​​é crítico para a receita e a eficiência do O & M. O monitoramento do desempenho da matriz pode fazer parte dos acordos contratuais entre o proprietário da matriz, o construtor e a concessionária que compra a energia produzida.Recentemente, um método para criar “dias sintéticos” usando dados meteorológicos prontamente disponíveis e verificação usando o Campo de Teste Open Solar Outdoors permite prever o desempenho de sistemas fotovoltaicos com alto grau de precisão. Este método pode ser usado para determinar os mecanismos de perda em escala local – como os da neve ou os efeitos dos revestimentos superficiais (por exemplo, hidrofóbicos ou hidrofílicos) na sujeira ou nas perdas de neve. (Embora em ambientes de neve pesada com interferência severa no solo possa resultar em perdas anuais de neve de 30%.) O acesso à Internet permitiu uma melhoria adicional no monitoramento e comunicação de energia. Sistemas dedicados estão disponíveis em vários fornecedores. Para sistemas de energia solar fotovoltaica que usam microinversores (conversão de CC a CA no nível do painel), os dados de energia do módulo são fornecidos automaticamente.Alguns sistemas permitem definir alertas de desempenho que acionam avisos de telefone / email / texto quando os limites são atingidos. Essas soluções fornecem dados para o proprietário do sistema e o instalador. Os instaladores podem monitorar remotamente várias instalações e ver de relance o status de toda a sua base instalada.

Componentes
Um sistema fotovoltaico para fornecimento de energia residencial, comercial ou industrial consiste no painel solar e vários componentes geralmente resumidos como o balanço do sistema (BOS).Este termo é sinônimo de “Equilíbrio de planta” qv Os componentes BOS incluem equipamentos de condicionamento de energia e estruturas para montagem, tipicamente um ou mais conversores de energia CC para CA, também conhecidos como inversores, um dispositivo de armazenamento de energia, um sistema de estantes que suporta disposição solar, fiação elétrica e interconexões, e montagem para outros componentes.

Opcionalmente, um equilíbrio de sistema pode incluir qualquer um ou todos os seguintes: medidor de receita de crédito de energia renovável, MPPT (Maximum Power Point Tracker), sistema de bateria e carregador, rastreador solar de GPS, software de gerenciamento de energia, sensores de irradiância solar, anemômetro, ou acessórios específicos para tarefas projetados para atender a requisitos especializados para um proprietário do sistema. Além disso, um sistema de CPV requer lentes ópticas ou espelhos e, às vezes, um sistema de refrigeração.

Os termos “painel solar” e “sistema fotovoltaico” são muitas vezes usados ​​incorretamente de forma intercambiável, apesar do fato de que o painel solar não abrange todo o sistema. Além disso, “painel solar” é frequentemente usado como sinônimo de “módulo solar”, embora um painel consista em uma série de vários módulos. O termo “sistema solar” é também um nome errado frequentemente usado para um sistema fotovoltaico.

Painel solar
Células solares c-Si convencionais, normalmente ligadas em série, são encapsuladas em um módulo solar para protegê-las do clima. O módulo consiste em um vidro temperado como cobertura, um encapsulante flexível e macio, uma folha traseira traseira feita de um material resistente a intempéries e fogo e uma moldura de alumínio em torno da borda externa. Ligados eletricamente e montados em uma estrutura de suporte, os módulos solares constroem uma série de módulos, geralmente chamados de painéis solares. Um painel solar consiste em um ou vários desses painéis.Uma matriz fotovoltaica, ou matriz solar, é uma coleção vinculada de módulos solares. O poder que um módulo pode produzir raramente é suficiente para atender aos requisitos de uma residência ou empresa, de modo que os módulos são vinculados para formar uma matriz. A maioria dos arranjos fotovoltaicos usa um inversor para converter a energia CC produzida pelos módulos em corrente alternada que pode alimentar luzes, motores e outras cargas. Os módulos em um arranjo fotovoltaico são geralmente conectados em série pela primeira vez para obter a voltagem desejada;as cordas individuais são então conectadas em paralelo para permitir que o sistema produza mais corrente. Os painéis solares são normalmente medidos em condições STC (condições de teste padrão) ou PTC (condições de teste PVUSA), em watts. As classificações típicas do painel variam de menos de 100 watts a mais de 400 watts. A classificação do array consiste em um somatório das classificações do painel, em watts, quilowatts ou megawatts.

Módulo e eficiência
Um módulo fotovoltaico típico de “150 watts” tem cerca de um metro quadrado de tamanho. Pode-se esperar que esse módulo produza 0,75 quilowatt-hora (kWh) todos os dias, em média, depois de levar em conta o clima e a latitude, para uma insolação de 5 horas-luz / dia. Nos últimos 10 anos, a eficiência dos módulos de silício cristalino à base de wafer comercial aumentou de 12% para 16% e a eficiência do módulo de CdTe aumentou de 9% para 13% durante o mesmo período. Saída do módulo e vida útil degradada pelo aumento da temperatura. Permitindo que o ar ambiente flua e, se possível, atrás, os módulos fotovoltaicos reduzem este problema. Vidas de módulo efetivas são normalmente de 25 anos ou mais. O período de retorno para um investimento em uma instalação solar fotovoltaica varia muito e é normalmente menos útil do que um cálculo do retorno sobre o investimento. Embora seja normalmente calculado entre 10 e 20 anos, o período de retorno financeiro pode ser muito menor com incentivos.

Devido à baixa voltagem de uma célula solar individual (tipicamente cerca de 0,5V), várias células são ligadas (também ver o cobre usado em sistemas fotovoltaicos) em série na fabricação de um “laminado”. O laminado é montado em um invólucro protetor à prova de intempéries, formando assim um módulo fotovoltaico ou painel solar. Os módulos podem então ser amarrados juntos em um arranjo fotovoltaico. Em 2012, os painéis solares disponíveis para os consumidores podem ter uma eficiência de até 17%, enquanto os painéis disponíveis comercialmente podem chegar a 27%.Foi registrado que um grupo do Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar criou uma célula que pode atingir 44,7% de eficiência, o que torna as esperanças dos cientistas de atingir o limite de eficiência de 50% muito mais viável.

Sombreamento e sujeira
A saída elétrica da célula fotovoltaica é extremamente sensível ao sombreamento. Os efeitos deste sombreamento são bem conhecidos. Quando até mesmo uma pequena parte de uma célula, módulo ou matriz é sombreada, enquanto o restante fica à luz do sol, a saída cai drasticamente devido a “curto-circuito” interno (o curso de inversão de elétrons através da parte sombreada da junção pn). Se a corrente extraída da sequência de células em série não for maior que a corrente que pode ser produzida pela célula sombreada, a corrente (e a potência) desenvolvida pela sequência será limitada. Se tensão suficiente estiver disponível do resto das células em uma seqüência de caracteres, a corrente será forçada através da célula, quebrando a junção na parte sombreada. Esta tensão de ruptura em células comuns está entre 10 e 30 volts. Em vez de aumentar a potência produzida pelo painel, a célula sombreada absorve energia, transformando-a em calor. Como a voltagem reversa de uma célula sombreada é muito maior do que a voltagem direta de uma célula iluminada, uma célula sombreada pode absorver o poder de muitas outras células na seqüência, afetando desproporcionalmente a saída do painel. Por exemplo, uma célula sombreada pode derrubar 8 volts, em vez de adicionar 0,5 volts, em um determinado nível de corrente, absorvendo assim a energia produzida por 16 outras células. Portanto, é importante que uma instalação de PV não seja sombreada por árvores ou outras obstruções.

Vários métodos foram desenvolvidos para determinar as perdas de sombreamento de árvores para sistemas fotovoltaicos em ambas as grandes regiões usando LiDAR, mas também em um nível de sistema individual usando o sketchup. A maioria dos módulos possui diodos de desvio entre cada célula ou seqüência de células que minimizam os efeitos de sombreamento e perdem apenas o poder da parte sombreada da matriz. O principal trabalho do diodo bypass é eliminar os pontos de acesso que se formam nas células que podem causar mais danos ao array e causar incêndios. A luz solar pode ser absorvida por poeira, neve ou outras impurezas na superfície do módulo. Isso pode reduzir a luz que atinge as células. Em geral, essas perdas acumuladas ao longo do ano são pequenas mesmo para locais no Canadá. A manutenção de uma superfície de módulo limpa aumentará o desempenho da saída durante a vida útil do módulo. O Google descobriu que a limpeza dos painéis solares montados planos depois de 15 meses aumentou sua produção em quase 100%, mas que os arranjos inclinados de 5% foram adequadamente limpos pela água da chuva.

Insolação e energia
A insolação solar é composta de radiação direta, difusa e refletida. O fator de absorção de uma célula fotovoltaica é definido como a fração da irradiação solar incidente que é absorvida pela célula.No meio-dia, num dia sem nuvens no equador, a potência do sol é de cerca de 1 kW / m², na superfície da Terra, para um plano que é perpendicular aos raios do sol. Como tal, as matrizes fotovoltaicas podem rastrear o sol a cada dia para aumentar consideravelmente a coleta de energia.No entanto, os dispositivos de rastreamento adicionam custo e exigem manutenção, por isso é mais comum que as matrizes fotovoltaicas possuam montagens fixas que inclinam a matriz e enfrentam o meio-dia solar (aproximadamente ao sul no Hemisfério Norte ou ao norte no hemisfério sul). O ângulo de inclinação, da horizontal, pode ser variado para a estação, mas, se for fixado, deve ser definido para fornecer uma saída de matriz ideal durante a porção de demanda elétrica de pico de um ano típico para um sistema independente. Esse ângulo ideal de inclinação do módulo não é necessariamente idêntico ao ângulo de inclinação para a produção máxima anual de energia do arranjo. A otimização do sistema fotovoltaico para um ambiente específico pode ser complicada, pois questões como fluxo solar, sujeira e perdas de neve devem ser levadas a efeito. Além disso, trabalhos recentes mostraram que os efeitos espectrais podem desempenhar um papel na seleção ótima de material fotovoltaico. Por exemplo, o albedo espectral pode desempenhar um papel significativo na produção, dependendo da superfície em torno do sistema fotovoltaico e do tipo de material da célula solar. Para o clima e as latitudes dos Estados Unidos e da Europa, a insolação típica varia de 4 kWh / m² / dia em climas do norte a 6,5 ​​kWh / m² / dia nas regiões mais ensolaradas. Uma instalação fotovoltaica nas latitudes sul da Europa ou dos Estados Unidos pode produzir 1 kWh / m² / dia. Uma instalação fotovoltaica típica de 1 kW na Austrália ou nas latitudes meridionais da Europa ou dos Estados Unidos pode produzir de 3,5 a 5 kWh por dia, dependendo da localização, orientação, inclinação, insolação e outros fatores. No deserto do Saara, com menos cobertura de nuvens e um melhor ângulo solar, pode-se obter uma aproximação ideal de 8,3 kWh / m² / dia, desde que o vento quase sempre presente não sopre areia nas unidades. A área do deserto do Saara tem mais de 9 milhões de km². 90.600 km², ou cerca de 1%, poderiam gerar tanta eletricidade quanto todas as usinas elétricas do mundo juntas.

Montagem
Os módulos são montados em matrizes em algum tipo de sistema de montagem, que pode ser classificado como montagem no solo, montagem no telhado ou montagem em poste. Para parques solares, um grande rack é montado no solo e os módulos são montados no rack. Para edifícios, muitas prateleiras diferentes foram projetadas para telhados inclinados. Para telhados planos, racks, caixas e soluções integradas de construção são usados. Os painéis solares montados no topo dos postes podem estar estacionários ou em movimento, consulte Rastreadores abaixo. Os suportes laterais são adequados para situações em que um poste tem algo mais montado em sua parte superior, como uma luminária ou uma antena. A montagem em poste eleva o que, de outra forma, seria uma matriz montada no solo acima das sombras e do rebanho de plantas daninhas, e pode satisfazer os requisitos do código elétrico com relação à inacessibilidade da fiação exposta. Painéis montados em postes estão abertos para mais ar de resfriamento em sua parte inferior, o que aumenta o desempenho. Uma multiplicidade de prateleiras superiores de poste pode ser formada em uma garagem de estacionamento ou outra estrutura de sombra. Um rack que não siga o sol da esquerda para a direita pode permitir ajustes sazonais para cima ou para baixo.

Cabeamento
Devido ao seu uso externo, os cabos solares são projetados especificamente para serem resistentes à radiação UV e a flutuações de temperatura extremamente altas e geralmente não são afetados pelo clima. Diversas normas especificam o uso de fiação elétrica em sistemas fotovoltaicos, como a IEC 60364 pela International Electrotechnical Commission, na seção 712 “Sistemas de fornecimento de energia solar fotovoltaica (PV)”, o Padrão Britânico BS 7671, incorporando regulamentos relativos à microgeração e sistemas fotovoltaicos, e o padrão US UL4703, no assunto 4703 “Fio Fotovoltaico”.

Rastreador
Um sistema de rastreamento solar inclina um painel solar ao longo do dia. Dependendo do tipo de sistema de rastreamento, o painel é direcionado diretamente para o sol ou para a área mais clara de um céu parcialmente nublado. Os rastreadores melhoram muito o desempenho no início da manhã e no final da tarde, aumentando a quantidade total de energia produzida por um sistema em cerca de 20–25% para um rastreador de eixo único e cerca de 30% ou mais para um rastreador de eixo duplo, dependendo da latitude. Rastreadores são eficazes em regiões que recebem uma grande parte da luz solar diretamente. Na luz difusa (ou seja, sob nuvem ou neblina), o rastreamento tem pouco ou nenhum valor. Como a maioria dos sistemas fotovoltaicos concentrados é muito sensível ao ângulo da luz solar, os sistemas de rastreamento permitem que eles produzam energia útil por mais de um breve período todos os dias. Os sistemas de rastreamento melhoram o desempenho por dois motivos principais. Primeiro, quando um painel solar é perpendicular à luz solar, ele recebe mais luz em sua superfície do que se estivesse inclinado. Em segundo lugar, a luz direta é usada com mais eficiência do que a luz inclinada. Revestimentos especiais antirreflexo podem melhorar a eficiência do painel solar para luz direta e angulada, reduzindo um pouco o benefício do rastreamento.

Rastreadores e sensores para otimizar o desempenho são frequentemente vistos como opcionais, mas os sistemas de rastreamento podem aumentar a produção viável em até 45%. Matrizes fotovoltaicas que se aproximam ou excedem um megawatt frequentemente usam rastreadores solares. Contabilizando as nuvens e o fato de que a maior parte do mundo não está no equador e que o sol se põe à noite, a medida correta da energia solar é a insolação – o número médio de quilowatts-hora por metro quadrado por dia. Para o clima e as latitudes dos Estados Unidos e da Europa, a insolação típica varia de 2,26 kWh / m² / dia em climas do norte a 5,61 kWh / m² / dia nas regiões mais ensolaradas.

Para sistemas grandes, a energia obtida pelo uso de sistemas de rastreamento pode superar a complexidade adicional (os rastreadores podem aumentar a eficiência em 30% ou mais). Para sistemas muito grandes, a manutenção adicional do rastreamento é um prejuízo substancial. O rastreamento não é necessário para sistemas fotovoltaicos de painel plano e de baixa concentração.Para sistemas fotovoltaicos de alta concentração, o rastreamento de eixo duplo é uma necessidade.As tendências de preços afetam o equilíbrio entre adicionar mais painéis solares estacionários em vez de ter menos painéis que acompanham. Quando os preços do painel solar caem, os rastreadores se tornam uma opção menos atraente.

Inversor
Sistemas projetados para fornecer corrente alternada (CA), como aplicações conectadas à rede, precisam de um inversor para converter a corrente contínua (CC) dos módulos solares em CA. Os inversores conectados à rede devem fornecer eletricidade CA em forma sinusoidal, sincronizados com a frequência da rede, limitar a alimentação na voltagem para não mais do que a tensão da rede e desconectar da rede se a tensão da rede for desligada. Inversores de ilhamento precisam apenas produzir tensões reguladas e freqüências em forma de onda sinusoidal, já que não é necessária nenhuma sincronização ou coordenação com fontes de rede.

Um inversor solar pode se conectar a uma série de painéis solares. Em algumas instalações, um micro-inversor solar é conectado em cada painel solar. Por razões de segurança, um disjuntor é fornecido nos lados CA e CC para permitir a manutenção. A saída CA pode ser conectada através de um medidor de eletricidade à rede pública. O número de módulos no sistema determina o total de watts CC capazes de serem gerados pelo painel solar; no entanto, o inversor regula, em última instância, a quantidade de watts CA que podem ser distribuídos para consumo. Por exemplo, um sistema fotovoltaico composto por 11 quilowatts CC (kWDC) de módulos fotovoltaicos, emparelhado com um inversor de 10 kW CA (kWAC), será limitado à potência de 10 kW do inversor. A partir de 2014, a eficiência de conversão para conversores de última geração alcançou mais de 98%.Enquanto inversores string são usados ​​em sistemas fotovoltaicos comerciais residenciais e médios, os inversores centrais cobrem o grande mercado comercial e de escala de serviços públicos. A participação de mercado dos inversores central e de string é de cerca de 50% e 48%, respectivamente, deixando menos de 2% para os microinversores.

Rastreamento de ponto de potência máxima (Maximum Power Point Tracking – MPPT) é uma técnica que os inversores conectados em rede usam para obter a máxima potência possível do conjunto fotovoltaico. Para fazer isso, o sistema MPPT do inversor prova digitalmente a saída de energia em constante mudança do painel solar e aplica a resistência adequada para encontrar o ponto de potência máxima ideal.

Anti-ilhamento é um mecanismo de proteção que desliga imediatamente o inversor, impedindo-o de gerar energia CA quando a conexão com a carga não mais existir. Isso acontece, por exemplo, no caso de um blecaute. Sem essa proteção, a linha de suprimento se tornaria uma “ilha” com energia cercada por um “mar” de linhas não alimentadas, já que o painel solar continua a fornecer energia CC durante a falta de energia. A ilhota é um perigo para os funcionários da concessionária, que podem não perceber que um circuito CA ainda está energizado e pode impedir a reconexão automática de dispositivos.

Bateria
Apesar de ainda serem caros, os sistemas fotovoltaicos utilizam cada vez mais baterias recarregáveis ​​para armazenar um excedente a ser usado mais tarde à noite. As baterias usadas para armazenamento em grade também estabilizam a rede elétrica nivelando as cargas de pico e desempenham um papel importante em uma rede inteligente, pois podem carregar durante períodos de baixa demanda e alimentar sua energia armazenada na rede quando a demanda é alta.

As tecnologias comuns de baterias usadas nos sistemas fotovoltaicos atuais incluem a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula – uma versão modificada das baterias convencionais de chumbo-ácido, níquel-cádmio e lítio-íon. Em comparação com os outros tipos, as baterias de chumbo-ácido têm vida útil mais curta e menor densidade de energia. No entanto, devido à sua alta confiabilidade, baixa descarga automática e baixos custos de investimento e manutenção, eles são atualmente a tecnologia predominante usada em sistemas fotovoltaicos residenciais de pequena escala, pois as baterias de lítio ainda estão sendo desenvolvidas e cerca de 3,5 vezes mais. caro como baterias de chumbo-ácido. Além disso, como os dispositivos de armazenamento para sistemas fotovoltaicos são estacionários, a menor energia e densidade de energia e, portanto, maior peso de baterias de chumbo-ácido não são tão críticas como, por exemplo, no transporte elétrico Outras baterias recarregáveis ​​que são consideradas para sistemas fotovoltaicos distribuídos incluem sódio – baterias redox de enxofre e vanádio, dois tipos proeminentes de sal fundido e uma bateria de fluxo, respectivamente. Em 2015, a Tesla Motors lançou o Powerwall, uma bateria recarregável de íons de lítio com o objetivo de revolucionar o consumo de energia.

Sistemas fotovoltaicos com uma solução de bateria integrada também precisam de um controlador de carga, já que a variação de tensão e corrente do painel solar requer um ajuste constante para evitar danos por sobrecarga. Controladores de carga básica podem simplesmente ligar e desligar os painéis fotovoltaicos ou medir pulsos de energia conforme necessário, uma estratégia chamada PWM ou modulação de largura de pulso. Controladores de carga mais avançados incorporarão a lógica MPPT em seus algoritmos de carga de bateria. Os controladores de carga também podem desviar energia para outra finalidade que não o carregamento da bateria. Em vez de simplesmente desligar a energia fotovoltaica livre quando não for necessário, o usuário pode optar por aquecer ar ou água quando a bateria estiver cheia.

Monitoramento e medição
A medição deve ser capaz de acumular unidades de energia em ambas as direções ou dois metros devem ser usados. Muitos medidores acumulam bidirecionalmente, alguns sistemas usam dois metros, mas um medidor unidirecional (com retenção) não acumulará energia de qualquer alimentação resultante na rede. Em alguns países, para instalações acima de 30 kWp, é necessária uma freqüência e um monitor de tensão com desconexão de todas as fases. Isso é feito onde mais energia solar está sendo gerada do que a capacidade da concessionária, e o excesso não pode ser exportado ou armazenado. Historicamente, os operadores de rede precisam fornecer linhas de transmissão e capacidade de geração. Agora eles também precisam fornecer armazenamento. Isso normalmente é o armazenamento hidrológico, mas outros meios de armazenamento são usados.Inicialmente, o armazenamento era usado para que os geradores de carga de base pudessem operar com saída total. Com energia renovável variável, o armazenamento é necessário para permitir a geração de energia sempre que ela estiver disponível e o consumo sempre que for necessário.

As duas variáveis ​​que um operador de rede tem são armazenar eletricidade para quando é necessário ou transmiti-la para onde ela é necessária. Se ambos falharem, as instalações com mais de 30kWp podem desligar automaticamente, embora, na prática, todos os inversores mantenham a regulação de tensão e parem de fornecer energia se a carga for inadequada. Os operadores de rede têm a opção de reduzir o excesso de geração de sistemas grandes, embora isso seja mais comumente feito com energia eólica do que com energia solar, e resulta em uma perda substancial de receita. Os inversores trifásicos têm a opção exclusiva de fornecer energia reativa, o que pode ser vantajoso para atender aos requisitos de carga.

Sistemas fotovoltaicos precisam ser monitorados para detectar falhas e otimizar sua operação.Existem várias estratégias de monitoramento fotovoltaico, dependendo da saída da instalação e sua natureza. O monitoramento pode ser realizado no local ou remotamente. Pode medir apenas a produção, recuperar todos os dados do inversor ou recuperar todos os dados do equipamento de comunicação (sondas, medidores, etc.). As ferramentas de monitoramento podem ser dedicadas somente à supervisão ou oferecem funções adicionais. Inversores individuais e controladores de carga de bateria podem incluir monitoramento usando software e protocolos específicos do fabricante. A medição de energia de um inversor pode ter precisão limitada e não é adequada para fins de medição de receita. Um sistema de aquisição de dados de terceiros pode monitorar vários inversores, usando os protocolos do fabricante do inversor, e também adquirir informações relacionadas ao clima. Medidores inteligentes independentes podem medir a produção total de energia de um sistema de gerador fotovoltaico. Medidas separadas, como análise de imagens de satélite ou um medidor de radiação solar (um piranômetro), podem ser usadas para estimar a insolação total para comparação. Os dados coletados de um sistema de monitoramento podem ser exibidos remotamente pela World Wide Web, como o OSOTF.