Um sistema de alimentação de potência ininterrupta, para sistemas de telecomunicações em comunidades isoladas, pode ser composto por circuito retificador/carregador de baterias, banco de baterias, circuito inversor de tensão, painéis fotovoltaicos, geração local de energia CA.
Associados ao conjunto, existem alguns sistemas auxiliares tais como o regulador de tensão que faz a interface entre os painéis fotovoltaicos e o banco de baterias, uma unidade de supervisão e controle que faz a supervisão e o monitoramento de todo o sistema e os dois quadros de distribuição de energia: Quadro de Distribuição de Corrente Contínua – QDCC e Quadro de Distribuição de Corrente Alternada - QDCA, de onde é fornecida a alimentação para todos os equipamentos consumidores presentes na estação de telecomunicações.
Todos os equipamentos devem funcionar de forma integrada e sob uma seqüência ou modo de operação. O diagrama da figura 5.1 ilustra um sistema desse tipo. O sistema de supervisão e controle, colocado hierarquicamente acima dos demais equipamentos, tem a função de supervisionar e controlar todo o conjunto, podendo gerar alarme local ou remotamente, para um centro de supervisão local ou distante.
Figura 5.1. Diagrama de blocos de um sistema de energia ininterrupta para telecomunicações.
Conforme se observa pelo diagrama de blocos, o sistema é modular, suas partes constituintes podem funcionar de forma independente, e mesmo com a ocorrência de defeitos em pontos localizados, o sistema pode continuar a funcionar parcialmente. Portanto, pode-se observar algumas características que o sistema deve apresentar:
• Os equipamentos e partes devem ser projetados de forma a serem confiáveis e resistentes, de forma a necessitarem de pouca manutenção;
• Deve haver modularidade, para permitir a substituição de partes, pelo próprio operador, visando também a continuidade de funcionamento dos demais;
• O sistema de supervisão e controle deve ser simples e confiável, para permitir a operação e a manutenção preventiva de forma fácil.
Na seqüência são apresentadas descrições das funções e características de cada módulo presente no diagrama de blocos.
5.4. Retificador [13]
A unidade retificadora é sem sombra de dúvida, uma parte imprescindível de uma fonte de corrente contínua. Comumente denominada de RETIFICADOR, a unidade retificadora –
UR, é uma fonte de tensão continua que, para os sistemas de telecomunicações, apresenta duas características básicas e importantes:
• Estabilização de tensão; • Estabilização de corrente.
Nos sistemas de telecomunicações, além de alimentar os consumidores, através do QDCC, alimenta também o conjunto de elementos de bateria que é utilizado para suprir energia aos consumidores nos casos de não funcionamento do retificador. A capacidade do retificador é dimensionada de forma a suprir além dos consumidores, também a bateria.
O retificador pode trabalhar em duas situações distintas, flutuação e carga. As características principais do retificador podem ser resumidas, de acordo com as seguintes informações:
• Tensão de entrada;
• Freqüência da tensão de entrada; • Consumo de potência reativa; • Tensão de saída;
• Rendimento;
• Presença de harmônicos na corrente de entrada da rede de energia elétrica; • Corrente de saída.
5.5. Inversor
O inversor é um equipamento que converte a tensão CC na entrada, que é proveniente do barramento de baterias, para fornecer na saída uma tensão CA, na forma senoidal e regulada.
Havendo uma falha na alimentação CA, proveniente da geração local, a unidade de supervisão e controle comanda o acionamento do inversor, conectando-o ao QDCA. Com isso as cargas essenciais, que não podem parar, ficam sendo alimentadas através do inversor, enquanto o sistema se normaliza. As características principais desses equipamentos são listadas a seguir:
• Tensão de entrada;
• Tensão de saída; • Corrente de saída; • Rendimento; • Fator de potência; • Distorção harmônica.
Também têm-se que, a tensão gerada nos painéis e entregue à bateria é contínua, logo, o sistema deve fazer a inversão para corrente alternada de forma a possibilitar a conexão de duas fontes de energia de natureza diferente (painel fotovoltaico e grupo gerador local), quando necessário.
5.6. Bateria
A função prioritária das baterias num sistema de geração fotovoltaico é acumular a energia que se produz nos painéis fotovoltaicos durante as horas de luminosidade a fim de poder ser utilizada à noite, durante períodos prolongados de mau tempo ou quando existir falta de geração local.
Outra importante função das baterias é prover uma intensidade de corrente superior àquela que o dispositivo fotovoltaico pode entregar. É o caso do instante de ligamentos das cargas que pode exigir uma corrente superior à nominal, durante uns poucos segundos. Normalmente o banco de baterias de acumuladores e os módulos fotovoltaicos trabalham em conjunto para alimentar as cargas. Durante a noite ou quando a geração local estiver desligada ou mesmo com algum defeito, toda a energia pedida pela carga é fornecida pelo banco de baterias.
Em horas matutinas os módulos começam a gerar, mas se a corrente que fornecem for menor que aquela que a carga exige, a bateria deverá contribuir. Á partir de uma determinada hora da manhã a energia gerada pêlos módulos fotovoltaicos supera a energia média procurada, passando então a recarregar as baterias.
Utilizam-se principalmente baterias de 12V/150Ah. Recomenda-se o uso de baterias seladas de ciclo constantes, livres de manutenção. Baterias não devem ser instaladas diretamente sobre o solo ou piso, devem sempre ser assentadas sobre uma base plástica ou de madeira. Observar que o local esteja sempre livre de umidade e impurezas, e seja ventilado. A
eficiência do sistema de energia solar depende diretamente da qualidade e do estado das baterias. Baterias velhas aceitam menos carga e ainda desperdiçam a energia de carga fornecida pelas células fotovoltaicas.
A capacidade de armazenagem de energia de uma bateria depende da velocidade de descarga e das cargas a alimentar. A capacidade nominal que a caracteriza corresponde de uma maneira geral ao tempo de autonomia estabelecido. Quanto maior for o tempo de descarga, maior será a quantidade de energia que a bateria fornece.