Alimentando uma Casa com Energia Solar

Agora que temos nosso módulo FV, o que fazemos com ele? O que você teria que fazer para trazer energia para sua casa através da energia solar? Embora não seja tão simples como colocar alguns módulos no telhado, também não é tão difícil assim.
Primeiro de tudo, nem todo telhado tem a orientação ou o ângulo de inclinação adequado para tirar proveito da energia solar. Sistemas FV sem rastreamento no Hemisfério Norte devem apontar em direção ao sul (esta é a orientação). Eles devem ficar inclinados em um ângulo igual à latitude da área para absorver a máxima quantidade de energia o ano todo. Uma orientação e/ou inclinação diferente poderia ser usada se você quisesse maximizar a produção de energia para a manhã ou tarde e/ou, ainda, para o verão ou inverno. É claro que os módulos nunca devem receber sombra de árvores ou de prédios vizinhos, não importa a hora do dia ou a época do ano. Em um módulo FV, mesmo se apenas uma das 36 células estiver na sombra, a produção de energia será reduzida por mais da metade.
Se você tem uma casa com um telhado sem sombra e direcionado para o sul, você deve decidir que tipo de sistema você precisa. Isso é complicado porque sua produção de eletricidade depende do clima, o que nunca é completamente previsível, e sua demanda de eletricidade também pode variar. Estes obstáculos são bem fáceis de superar. Os dados metereológicos dão uma média mensal de níveis de raios solares para áreas geográficas diferentes. Eles levam em consideração as chuvas e os dias nublados, bem como a altura, umidade e outros fatores subentendidos. Você deve planejar para o pior mês para ter eletricidade o suficiente para o ano inteiro. Com esses dados, e sabendo sua demanda doméstica média (suas contas de serviços públicos informam a quantidade de energia que você gasta em cada mês), existem métodos simples para determinar exatamente quantos módulos você vai precisar. Você também vai precisar saber a voltagem do sistema, que você pode controlar decidindo quantos módulos deve cabear em série.
Você já deve ter percebido quantos problemas vamos ter que resolver. Primeiro, o que fazer quando o sol não sair? Certamente, ninguém iria querer ter apenas eletricidade durante o dia e apenas em dias claros. Precisamos armazenar energia, baterias. Infelizmente, as baterias aumentam muito o custo e a manutenção do sistema PV. Porém, atualmente é uma necessidade se você quiser ser completamente independente. Uma forma de contornar o problema é associar sua casa a uma rede de serviços públicos, comprando energia quando necessário e vendê-la quando produzir demais. Desta forma, o serviço público atua praticamente como um sistema de armazenamento infinito. O serviço público tem que concordar e, na maioria dos casos, comprarão a energia de você a um valor bem menor do que o preço de venda deles. Você também vai precisar de um equipamento especial para ter certeza de que a energia que está vendendo para o serviço público está sincronizado com o deles, isto é, se compartilha as mesmas formas de ondas e freqüência. A segurança também é um problema. O serviço público tem que assegurar que, se houver interrupção de energia em seu bairro, seu sistema PV não fornecerá eletricidade para as linhas que eles acham que estão inutilizadas. Isto é chamado de isolamento
Se você decidir usar baterias, tenha em mente que elas precisarão de manutenção e substituição depois de alguns anos. A duração dos módulos PV deve ser de 20 anos ou mais, mas as baterias não têm um tempo de vida útil tão longo assim. As baterias nos sistemas PV também podem ser muito perigosos por causa da energia que elas armazenam e dos eletrólitos acidíferos que elas contêm, então você vai precisar de um lugar muito bem ventilado e não metálico para elas.
Embora muitos tipos diferentes de baterias sejam usados, a única característica que todas elas devem ter em comum é serem baterias de ciclo profundo. Diferentemente da bateria de seu carro, que é uma bateria de ciclo-baixo, as baterias de ciclo profundo podem descarregar mais a energia armazenada enquanto mantiverem uma longa vida. Para dar a partida no carro, as baterias descarregam uma grande corrente num período muito curto e, imediatamente, recarregam enquanto você dirige. As baterias PV geralmente tem que descarregar uma corrente menor em um período maior (como durante a noite toda), enquanto é carregada durante o dia. 

As baterias de ciclo-profundo mais usadas são as baterias de chumbo (ambas seladas e ventiladas) e as baterias de níquel-cádmio. As baterias de níquel-cádmio são mais caras, mas duram mais e podem ser descarregadas mais por completo sem causar danos. Mesmo as baterias de chumbo de ciclo profundo não podem ser descarregadas 100% sem reduzir seriamente o tempo de vida e, geralmente, os sistemas PV são projetados para descarregar as baterias de chumbo não mais de 40 ou 50%.
O uso das baterias também requer a instalação de outro componente chamado controlador de carga. Elas duram muito mais se tomar cuidado para que não sejam sobrecarregadas ou descarregadas demais. É isso que o controlador de carga faz. Uma vez que as baterias estejam totalmente carregadas, o controlador não deixa que a corrente dos módulos PV continuem fluindo para eles. Também, uma vez que as baterias tenham sido descarregadas até certo nível, controladas pela medição de voltagem, muitos controladores de carga não permitirão que mais corrente seja drenada das baterias até que elas tenham sido recarregadas. O uso do controlador de carga é essencial para a vida longa da bateria.
Outro problema é que a eletricidade gerada por seus módulos PV (e extraída das baterias se você optar por usá-las) é uma corrente direta, enquanto que a eletricidade fornecida pela empresa de energia (e o tipo que todo aparelho em sua casa usa) é a corrente alternada. Você vai precisar de um inversor, um aparelho que converte a DC (corrente direta) para a CA (corrente alternada). A maioria dos grandes inversores também permitirão que controle automaticamente como seu sistema funciona. Alguns módulos PV, chamados de módulos CA, na verdade, já têm um inversor embutido em cada um, eliminando a necessidade de uma grande central inversora e simplificando os problemas de instalação elétrica.

Esquema geral de um sistema FV residencial com armazenamento de bateria

Adicione ao “hardware” de montagem instalação elétrica, caixas de junção, equipamento de aterramento, proteção de sobrecarga, dispositivos de segurança para desconectar sistemas usando CC e CA e outros acessórios, assim, você terá seu sistema. As normas elétricas devem ser seguidas, e é altamente recomendado que a instalação seja feita por um eletricista licenciado e que tenha experiência com sistemas FV. Uma vez instalado, o sistema FV requer pouca manutenção (especialmente se nenhuma bateria for usada) e fornecerá eletricidade limpa e clara por 20 anos ou mais.
Se os fotovoltaicos são uma fonte tão boa de energia grátis, então, por que o mundo todo não usa energia solar? Algumas pessoas têm um conceito errado da energia solar. Enquanto a energia da luz solar é grátis, a eletricidade gerada pelos sistemas FV não é. Como você pode perceber, para se ter um sistema doméstico FV, muito equipamento é necessário. Atualmente, um sistema FV instalado vai custar em torno de US$9 por Watt. Para dar uma idéia de quanto custa um sistema doméstico, vamos considerar a Casa Solar (em inglês) - uma residência modelo em Raleigh, Carolina do Norte, com um sistema PV montado pelo Centro Solar local para demonstrar a tecnologia. É uma casa razoavelmente pequena e estima-se que seu sistema PV de 3,6 kW cobre cerca da metade da eletricidade necessária total (este sistema não usa baterias, é conectado à rede). Ainda assim, a 9 dólares por Watt, este sistema instalado custaria cerca de 32 mil dólares.
Esta é a razão pela qual o FV é geralmente usado em áreas remotas, longe das fontes convencionais de eletricidade. Hoje, ele não pode competir com os serviços públicos. De qualquer modo, os custos estão reduzindo à medida que a pesquisa está sendo feita. Os pesquisadores estão confiantes que o FV um dia terá um custo eficaz nas áreas urbanas bem como em áreas remotas. Parte do problema é que a fabricação precisa ser feita em larga escala para reduzir os custos o máximo possível. Entretanto, o tipo de demanda para o FV não existirá até que os preços caiam a níveis competitivos. É uma situação sem saída. Mesmo assim, a demanda e a eficiência do módulo estão constantemente aumentando, os preços caindo, e o mundo está se conscientizando cada vez mais dos problemas ambientais associados às fontes convencionais de energia, fazendo dos fotovoltaicos uma tecnologia com um futuro brilhante.