Projeto Fotovoltaico: Sistema Solar On-grid

Prévia do material em texto

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO FOTOVOLTAICO 
Sistema Solar on-grid 10.000kWh/m de Produção 
monofásico 
 
 
 
 
Energia Solar 
 
 
 
 
 
DISCENTE: Mariana Martins Lima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOCENTE: Mateus Vieira 
 
 
NEPOMUCENO-MG 
 
29/08/2024
 
1 
I. INTRODUÇÃO 
No cenário atual de crescente demanda por soluções sustentáveis e eficientes para a 
geração de energia, a tecnologia solar fotovoltaica se destaca como uma alternativa viável e 
promissora. Este projeto, desenvolvido na disciplina de Energia Solar, tem como objetivo a 
concepção e implementação completa de um sistema solar on-grid com uma capacidade de 
produção de 10.000kWh/mês, configurado para operação monofásica. A escolha por um 
sistema monofásico se deve à sua adequação para aplicações residenciais e comerciais de menor 
porte, oferecendo uma solução prática e econômica para a geração de eletricidade. 
O projeto abordará todos os aspectos essenciais para a construção do sistema, incluindo 
a seleção de módulos fotovoltaicos, inversores e componentes de montagem, bem como a 
análise detalhada da viabilidade econômica e técnica. Além disso, serão considerados os 
critérios de integração com a rede elétrica existente, garantindo que o sistema opere de forma 
eficiente e em conformidade com as normas regulatórias. Este projeto não só visa demonstrar 
a capacidade técnica de desenvolver um sistema solar fotovoltaico de grande escala, mas 
também pretende evidenciar os benefícios econômicos e ambientais da adoção de energias 
renováveis 
. 
II. OBJETIVO 
O objetivo da atividade foi realizar todos os dimensionamentos e memorial de cálculos, 
também Lista de Materiais com preços de mercado. Sistema Solar on-grid 10.000kWh/m de 
produção monofásico. 
 
III. METODOLOGIA 
Realizar o dimensionamento do circuito, inicialmente deve ser considerado quanto o 
sistema irá precisar gerar por dia. Através de uma série de equações descobrir assim a potência 
de geração necessária dos módulos. 
Para isso, deve se levar em conta o tempo de esposição HSP (Horas de Sol Pico) de cada 
região e esse dado pode ser encontrado no site do CRESESB, colocando os valores de latitude 
e longitude do local desejado. 
Alem do tempo de exposição deve ser considerado também as perdas do sistema, no caso, 
analisar seu rendimento. 
1. Perdas por temperatura deve ser considerado de 7 a 18%. 
 
2 
2. Perdas por incompatibilidade elétrica deve ser considerado de 1 a 2%. 
3. Perdas por acúmulo de sujeira deve ser considerado de 1 a 8%. 
4. Perdas no cabeamennto CC deve ser considerado de 0,5 a 1%. 
5. Perdas no cabeamento CA deve ser considerado 0,5 a 1%. 
6. Perdas no inversor deve ser considerado de 2,5 a 5%. 
Obtido todos esses dados, deve ser calculado a seguinte expressão: 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝐺𝑒𝑟𝑎çã𝑜
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 × 𝑛𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
 
Em que a Energia de geração é quanto de geração é necessária em 1 dia, o tempo de 
exposição, é o tempo de irradiação solar ao longo do dia, denominado HSP, ele pode ser 
encontrado na sua localização e n é o rendimento considerando todas as perdas. 
 Após encontrar a Potência Total dos painéis, deve escolher o modelo do painel desejado 
e assim realizar o cálculo da quantidade necessária de painéis que o sistema vai precisar através 
da seguinte equação. 
𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 =
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑃𝑎𝑖𝑛𝑒𝑙
 
Após encontrar a quantidade de painéis necessária, deve-se encontrar a melhor opção de 
inversor para seu sistema. Esse deve ser definido respeitando que a potência desse deve ser no 
máximo 20% acima da potência total das placas ou 20% abaixo da potêncial total das placas. 
Encontrando os dados do seu sistema e buscando o melhor valor desses equipamentos 
principais, agora deve ser realizado os cálculos secundários que é a definição do diagrama 
unifilar com as conexões e seu sistema de proteção. 
 E assim, compor uma lista de materiais que o sistema vai exigir, analisando os preços 
de mercado e fazer um orçamento colocando a margem de lucro necessária. 
 
IV. MEMORIAL DE CÁLCULO 
O memorial de cálculo utilizado para o dimensionamento no projeto pode ser descrito a 
seguir. 
De início foi decidido o dimensionamento de um projeto de 10.000kWh/mês, logo, precisa 
analisar quando de geração em kWh no dia será necessário, para isso, foi realizado o seguinte 
cálculo. 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑮𝒆𝒓𝒂çã𝒐 =
10.000
30
= 333,333𝑘𝑊ℎ 
 Para encontrar a 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 é necessário saber o 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜, para isso, 
 
3 
é considerado que o sistema será instalado na cidade de Coqueiral/MG, e com isso, atraves do 
site da CRESESB, incluindo a latitude e longitude, o valor médio encontrado foi de 4,97, esse 
é o valor de HSP. 
 A variável rendimento, foi considerado as seguintes perdas. 
1. Perdas por temperatura foi considerado 11,5%; 
2. Perdas por incompatibilidade elétrica foi considerado 1,5%; 
3. Perdas por acúmulo de sujeira foi considerado de 2%; 
4. Perdas no cabeamennto CC foi considerado de 1%; 
5. Perdas no cabeamento CA foi considerado 1%; 
6. Perdas no inversor foi considerado de 4%. 
O rendimento global então foi de 80%. 
Com esses dados em mãos, pode se encontrar agora a 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠. 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 =
333,333𝑘𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎
4,97ℎ/𝑑𝑖𝑎 × 0,8
≅ 84𝑘𝑊 
Isso significa que para uma geração mensal de 10.000kWh, é necessário uma potência total 
de paineis de no mínimo 84kW para que possa gerar por dia 333,333kWh. 
Para encontrar a quantidade de paineis nessários, foi definido que o módulo utilizado será 
de 550W da marca CANADIAN SOLAR. 
𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑃𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 =
84𝑘
550
≅ 152,42 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑖𝑠 
Será definido então uma quantidade de 153 paineis, com isso a potência do sistema passa a 
ser 84,14kWp. 
O próximo passo é a escolha do inversor, para isso, como a atividade solicita uma geração 
monofásica, será utilizado inversores de 10kW do fabricante SOLIS. 
Respeitando os limites do inversor, de até 20% a mais da potência das placas, e 
considerando o datasheet do modelo S5-GR1P10K, como é mostrado na figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
Figura 1 – Datasheet inversor Solis S5-GR1P10K 
 
Fonte: Solis, (2023). 
Com isso, serão utilizados no total 6 inversores. 3 desses inversores serão conectados 26 
módulos fotovoltaicos cada um e 3 inversores com 25 módulos cada. 
Esse inversor possui 3 MPPT’s cada, foi dividido assim da melhor maneira os módulos 
entre eles. 
Considerando ainda que a corrente máxima de saída desse inversor é de 45.9 A, o disjuntor 
recomendado para cada inversor é um de 63 A. 
Os dados daos módulos fotovoltaicos tem que levar em consideração também o datasheet 
deles, como é visto na figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
5 
Figura 2 – Datasheet do módulo Canadian Solar HIKU6 CS6W-550MS. 
 
Fonte: Canadian Solar, (2021). 
A proteção CC foi utilizada a do próprio inversor. 
Para determinar o DPS desse quadro CA, foi determinado baseado na norma ABNT NBR 
5410, como o sistema será conectado na rede elétrica no quadro de distribuição secundário será 
utilizado um DPS de Classe II, além disso, deve ser analisado os fatores como UC, que é a 
máxima tensão de operação contínua do DPS, ele se relaciona com a tensão da rede e o tipo de 
aterramento da instalação e considerando a rede bifásica de 127/220V, ou seja 127 V entre fase-
neutro e 220 V entre fase-fase e o aterramento do tipo TN-S, considerando a tabela da norma 
NBR 5410, o valor mínimo de Uc para DPS é 1,1xUo, que no caso é 1,1 vezes a tensão entre 
fase-neutro. Resultando em 139,7 V, o mais apropriado então é um de 175 V. O próximo fator 
a ser analisado é a corrente máxima (Imax), isso está relacionado com olocal onde o sistema 
está instalado, em áreas urbanas é indicado um Imax entre 8 e 20kA. Nesse projeto foi utilizado 
então um DPS Classe II, com UC de 175 V e Imáx de 20kA. 
Após ter dimensionado os materiais que serão utilizados, foi realizando o diagrama unifilar 
desse sistema. 
 
 
 
 
 
 
 
6 
Figura 3 – Diagrama Unifilar do Sistema Fotovoltaico de 84,15kWp. 
 
Fonte: Autor. 
 É válido lembrar que nesse diagrama foi incuído também a placa de advertência de 
geração distribuída que as concessionárias exigem no padrão de entrada de cada consumidor. 
 
V. LISTA DE MATERIAIS E PREÇOS DE MERCADO 
A seguir é visto a tabela constando os preços de mercado de cada material que será utilizado 
no projeto e seus respectivos valores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
Tabela 1 – Financeiro 
Item Descrição Preço Unitário Preço Total 
Inversores Solis S5-GR1P10K R$ 6.500,00 R$ 39.000,00 
Módulos 
Fotovoltaicos 
Canadian Solar 
HiKu6 CS6W-550MS 
 R$ 700,00 R$ 107.100,00 
Conectores MC4 
Conectores para 
interconexão 
 R$ 10,00 R$ 3.060,00 
Clamps 
Clamps para fixação 
dos módulos 
 R$ 15,00 R$ 9.180,00 
Cabos CC Cabos Solares 6mm² R$ 7,00 R$ 3.500,00 
Estrutura Telhado 
Trilhos, ganchos, 
parafusos, etc. 
 R$ 200,00 R$ 30.600,00 
Frete e Instalação Frete e instalação - R$ 30.000,00 
Quadro de proteção 
CA 
Quadro de proteção 
CA 
 R$ 100,00 R$ 100,00 
Disjuntor Bipolar 60 A R$ 75,00 R$ 450,00 
DPS Classe II R$ 200,00 R$ 1.200,00 
Conectores e 
Terminais 
Conectores elétricos 
para cabos AC 
 R$ 100,00 R$ 100,00 
Suporte e Fixação dos 
Inversores 
Suportes metálicos 
para inversores 
 R$ 120,00 R$ 720,00 
Ferragens e Estrutura 
de Montagem 
Parafusos, buchas e 
suportes diversos 
 R$ 200,00 R$ 200,00 
 Total R$ 225.210,00 
 
Fonte: Autor. 
VI. CONCLUSÃO 
O projeto de instalação do sistema fotovoltaico de 153 painéis e 6 inversores monofásicos 
destaca a viabilidade técnica e econômica da implementação. O sistema foi planejado para 
atender a uma demanda energética significativa, utilizando inversores Solis S5-GR1P10K e 
módulos fotovoltaicos Canadian Solar HIKU6 CS6W-550MS, que juntos garantem uma 
produção consistente de energia. 
A seleção dos materiais CC e CA foi feita com base em critérios de eficiência, durabilidade 
e segurança. A lista de materiais inclui cabos elétricos, disjuntores, quadro de distribuição, DPS, 
conectores e estrutura de suporte. O valor final do projeto é competitivo e reflete a qualidade 
dos componentes selecionados. 
O projeto também considera a adequação às normas técnicas, garantindo que o sistema 
operará de forma segura e eficiente. 
Em resumo, o projeto é seguro e eficiente, com um bom equilíbrio entre custo e benefício, 
 
8 
e cumprindo cm a geração necessária de 10.000kWh/mês, representando uma solução 
sustentável para atender às necessidades energéticas do local de instalação. 
 
 
VII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] CANADIAN SOLAR. HIKU6 CS6W-550MS: Datasheet. 2021. Disponível em: . Acesso em: 25 de agosto de 2024. 
[2] SOLIS. S5-GR1P10K: Datasheet. 2023. Disponível em: . Acesso em: 25 de agosto de 2024. 
[3] ABNT NBR 5410:2004. Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: Associação 
Brasileira de Normas Técnicas, 2004.