Dimensionamento de Sistema Solar

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AULA 4 
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA 
SOLAR FOTOVOLTAICO 
Prof. Fausto Batista Felix Silva 
 
 
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TEMA 1 – DIMENSIONAMENTO DE UM SFVCR 
É muito comum que edificações novas, em fase de projeto ou até 
construídas, dimensionem um sistema fotovoltaico com base na previsão de 
cargas, atendendo, assim, a uma potência já estabelecida. Nesse tipo de 
aplicação, é possível calcular a energia que o sistema irá produzir, bem como a 
área necessária para instalar o sistema (Urbanetz, 2010). 
1.1 Dimensionamento com base na demanda de potência 
A aplicação desta aula será o dimensionamento de um SFVCR para uma 
pequena edificação na cidade de Florianópolis que possui uma potência 
demandada de 100 kW e a alimentação CA deve atender uma tensão de 380 V 
trifásica. A queda de tensão máxima nos condutores será de 3%, sendo o lado 
CC com 40 metros, o lado CA com 20 metros de distância e a taxa de 
desempenho (PR) do sistema de 78%. Com isso, será necessário dimensionar 
a energia a ser gerada, o arranjo dos módulos, dimensionamento do inversor, 
dimensionamento da string box, condutores, a área necessária para instalação 
e o sistema de monitoramento. 
TEMA 2 – DIMENSIONAMENTO DA POTÊNCIA DO PAINEL 
2.1 Dados de irradiação solar no plano do painel FV 
Para essa aplicação, os dados de irradiação no plano inclinado na cidade 
de Florianópolis foram obtidos no banco de dados do Atlas Brasileiro de Energia 
Solar, disponível no site do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), 
órgão que, por meio do seu Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos 
Renováveis de Energia (Labren), publicou a segunda edição, ampliada e 
revisada do atlas (Labren, 2020). Para essa consulta, está disponível no site da 
Labren o atlas no qual é possível fazer a consulta por estado, podendo-se 
selecionar células que contém a cidade na qual se deseja pesquisar os dados 
de radiação, conforme se observa na Figura 1. 
 
 
 
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Figura 1 – Dados de irradiação para o estado de Santa Catarina 
 
Fonte: Labren, 2020. 
Selecionando a célula correspondente à cidade de Florianópolis, é 
possível obter os valores para determinar a irradiação no plano do módulo (HTOT 
em (Wh/m². dia ou kWh/m². dia), conforme se observa na Tabela 1. 
Tabela 1 – Irradiação incidente 
 
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Anual 
Inclinado 5231 5231 5012 4507 3998 3530 3614 4222 3891 4292 5058 5246 4486 
 
Fonte: Abreu et al., 2017. 
2.2 Cálculo da energia gerada pelo sistema 
Uma vez definida a potência do painel fotovoltaico e a irradiação incidente, 
é possível calcular a energia produzida por esse sistema pela seguinte equação: 
𝐸 =
𝑃𝐹𝑉 . 𝐻𝑇𝑂𝑇 . 𝑃𝑅
𝐺
 
Em que: 
E: é a energia diária a ser gerada (kWh) 
PFV: é a potência instalada = 100kWp 
G: é a irradiância na condição STC = 1000W/m² 
 
 
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HTOT: é a irradiação diária = 4486 Wh/m² 
PR: é a performance ratio do SFVCR (0,7 a 0,8). 
Sendo assim, o cálculo da energia diária do painel é: 
𝐸 =
100 .4486 .078
1000
 𝐸 = 350𝑘𝑊ℎ/dia 
Com base nesse cálculo, determina-se, então, que o dimensionamento de 
todos os equipamentos do sistema fotovoltaico (módulos e inversores) deve ser 
feito a partir de uma potência de 100 kWp que atende à demanda de energia 
consumida pela edificação em uma geração de energia de 350 kWh. 
TEMA 3 – DIMENSIONAMENTO DOS MÓDULOS 
3.1 Escolha do módulo fotovoltaico 
O módulo utilizado para o dimensionamento do painel será o módulo DAH 
Solar do modelo DHM-72X10 monocristalino de 144 células na potência de 520 
Wp e eficiência de 21,28%, conforme a Figura 2. 
Figura 2 – Módulo DHM-72X10 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
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A Figura 3 apresenta o datasheet do módulo escolhido em que mostra os 
parâmetros elétricos que devem ser considerados no arranjo das strings como 
tensão de circuito aberto (Voc), tensão de máxima potência (Vmp), corrente de 
curto-circuito (Isc) e corrente de máxima potência (Imp), bem como a eficiência 
do módulo. 
Figura 3 – Datasheet Módulo DHM-72X10 
 
Fonte: Datasheet DAH Solar 520W, 2020. 
3.2 Arranjo dos módulos 
Para definir a quantidade de módulos a ser utilizada no painel, pode-se 
dividir a potência calculada do sistema (PFV) pela potência do módulo (Wp) 
escolhido para compor o sistema. Nessa aplicação, a potência calculada do 
sistema é de 100 kW e a potência do módulo é de 520 Wp, sendo assim, a 
quantidade de módulos é definida por: 
𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =
100.000
520
 𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 = 192 
Uma opção bastante utilizada por projetistas consiste em usar mais de um 
inversor quando há demanda de potência, assim, se um inversor parar, o sistema 
não para por completo. Nessa aplicação, serão utilizados dois inversores de 50 
kWp. Dessa forma, a quantidade de módulos é dividida de acordo com o número 
de inversores, ou seja, serão utilizados 96 módulos para cada inversor, então, o 
arranjo das strings deve ser feito de acordo com 96 módulos de 520 W em um 
inversor de 50 kW. Para suprir a demanda de 100 kW, essa configuração será 
 
 
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duplicada. No entanto, deve-se analisar as MPPTs (maximum power point 
tracking) dos inversores para verificar se o arranjo é compatível com os limites 
de corrente e tensão das entradas do inversor. 
TEMA 4 – DIMENSIONAMENTO DO INVERSOR 
4.1 Escolha do inversor 
O inversor utilizado para fazer a conversão da tensão CC gerada pelo 
painel em tensão CA utilizada na carga da instalação deve ser dimensionado a 
partir da potência do painel fotovoltaico e a partir do arranjo das strings, para que 
possa estar dentro dos limites de corrente e tensão das entradas do inversor. 
Nessa aplicação, como informado anteriormente, serão utilizados dois 
inversores de 50 k0Wp, dessa forma, a quantidade de módulos é dividida de 
acordo com o número de inversores, ou seja, serão utilizados 96 módulos de 
520W. Assim, é possível analisar o datasheet de uma fabricante de inversores 
para verificar qual atende à necessidade do projeto. 
A Figura 4 apresenta o modelo de inversor escolhido, em que é dividido 
em três parte; a Figura 5 mostra o datasheet da fabricante ABB, em que o 
documento apresenta inversores com potência de 50 a 60 kW, bem como todos 
os parâmetros elétricos relevantes para o seu dimensionamento. 
Figura 4 – TRIO-TM-50.0-400 (Datasheet ABB String Inverters, 2019) 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
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Figura 5 – Datasheet ABB String Inverters 
 
 
Fonte: Datasheet ABB String Inverters, 2019. 
4.2 Análise dos parâmetros do inversor 
É possível verificar no datasheet que existe um modelo de inversor na 
mesma potência calculada para o painel, porém, além disso, é necessário 
analisar outros parâmetros do inversor para verificar se essa potência atende 
todos os critérios do projeto e arranjo dos módulos, sendo eles: 
a) Number of independent MPPT – a quantidade de MPPT do inversor é 
referente à entrada DC do inversor em que são conectadas as strings e é 
o elemento responsável por buscar a maior potência de operação do 
arranjo dos módulos; 
b) Maximum DC input current (Idcmax) for each MPPT – corresponde ao 
limite de corrente que o inversor suporta vindo de cada string ligada a ela; 
c) Maximum input short circuit current for each MPPT – é o fator 
correspondente à corrente de curto-circuito suportada por cada MPPT; 
d) MPPT input DC voltage range (VMPPTmin ... VMPPTmax) at Pacr – 
apresenta o range de operação de tensão do inversor de acordo também 
com o arranjo das strings; 
e) Rated DC input voltage (Vdcr) – indica o limite mínimo de tensão que o 
painel deve ter para iniciar o inversor; 
 
 
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f) Number of DC input pairs for each MPPT – mostra a quantidade de 
entrada em cada MPPT do inversor; 
g) Rated DC input power (Pdcr) – esse parâmetro indica a potência que 
pode ser injetada pelo painel acima da capacidade do inversor. É 
importante saber também que embora haja a possibilidade deinjetar essa 
potência a mais na entrada DC do inversor (conhecida também como 
overload ou oversizing), deve-se respeitar sempre os limites de corrente 
e tensão das MPPTs; 
h) Output data – os parâmetros de output data apresentam os valores de 
saída do inversor como potência de saída (Maximum AC output power), 
corrente de saída (Maximum AC output current), range de tensão de saída 
(AC voltage range), range de frequência, distorção harmônica e fator de 
potência. 
4.3 Arranjo das strings 
De acordo com as informações apresentadas no datasheet, é possível 
observar em Number of independent MPPT que o inversor possui três MPPTs e 
cada uma delas possui cinco entradas (Number of DC input pairs for each 
MPPT), dessa forma, é feita a conexão de até 15 strings no inversor. Conforme 
orientação dos fabricantes, devem ser utilizadas todas as MPPTs disponíveis no 
inversor, dessa maneira, o ideal é dividir a quantidade de módulos pela 
quantidade de MPPT, então, sendo 96 módulos ligados por inversor cada MPPT, 
pode-se receber a ligação de 32 módulos. Não há necessidade de que todas as 
cinco entradas da MPPT sejam conectadas, dessa forma, divide-se os 32 
módulos de cada MPPT por duas strings de 16 módulos cada uma. Para uma 
melhor análise, a Tabela 2 mostra como ficará o arranjo dos módulos do sistema 
projetado distribuídos em dois inversores de 50 kW, cada um com seis strings. 
 
 
 
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Tabela 2 – Arranjo das strings 
Inversor MPPT Entrada 
Quantidade de 
módulos por string 
Inversor 1 
TRIO-TM-50.0 
MPPT 1 
String 1 16 
String 2 16 
MPPT 2 
String 3 16 
String 4 16 
MPPT 3 
String 5 16 
String 6 16 
Inversor 2 
TRIO-TM-50.0 
MPPT 1 
String 7 16 
String 8 16 
MPPT 2 
String 9 16 
String 10 16 
MPPT 3 
String 11 16 
String 12 16 
Fonte: Silva, 2021. 
4.3.1 Análise dos parâmetros elétricos da string 
Após definir o arranjo das strings de acordo com a quantidade de MPPT, 
é necessário verificar se os valores injetados nas entradas do inversor estão 
dentro do limite estabelecido pelo fabricante, dessa forma, a Tabela 3 apresenta 
os parâmetros elétricos das strings mostrando os níveis de tensão e corrente em 
cada entrada. De acordo com o arranjo feito, serão utilizadas duas entradas em 
cada MPPT, essa configuração tem como característica a tensão nas entradas, 
que é a mesma (a tensão da string é a soma da tensão de todos os módulos que 
a compõe), porém, as correntes das strings se somam. 
Tabela 3 – Parâmetros elétricos em cada string 
 PV Qntmódulos Total 
Voc (V) 49,00 16 784,00 
Vmp (V) 41,20 16 659,20 
Imp (A) 12,62 2 25,24 
Fonte: Silva, 2021. 
Analisando os valores de tensão dessa configuração, verifica-se que o 
range de operação da MPPT fica entre 659,20 V e 784 V, sendo que o range 
desse parâmetro estipulado no datasheet deve ficar entre 480 a 800 V, esse 
arranjo fica aceitável pela fabricante. Analisando a corrente, verifica-se que o 
valor de 25,24 A é inferior ao limite de 36 A apresentado no datasheet, o que 
 
 
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torna viável essa configuração. A Figura 6 mostra como ficará a configuração de 
ligação das strings no inversor. Lembrando que como estão sendo utilizados dois 
inversores, essa configuração será duplicada. 
Figura 6 – Esquema de ligação do painel do inversor 
 
Fonte: Silva, 2021. 
4.4 Dimensionamento da string box 
A string box é utilizada como proteção para isolar a parte CC do sistema 
fotovoltaico. Ela conecta os cabos vindos dos módulos fotovoltaicos ao inversor, 
enquanto fornece proteção contra sobretensão e sobrecorrente e permite o 
seccionamento do circuito. Para o dimensionamento da string box, deve-se 
considerar os valores de tensão e a corrente em cada entrada. 
A string box deve ser instalada próxima ao inversor, no entanto, se a 
distância entre o painel solar e o inversor estiver superior a 10 metros, há a 
necessidade de instalar uma string box a mais. Dessa forma, uma delas se 
posiciona perto do inversor e a outra fica próxima dos módulos. 
Para a aplicação desse projeto, serão utilizadas duas strings paralelas 
para cada MPPT, dessa forma, utilizam-se seis strings box que possuam duas 
entradas e duas saídas e DPS como elementos de proteção. Dessa maneira, é 
possível conectar as 12 strings (6 strings de cada inversor) totais desse sistema. 
A Figura 7 apresenta os dados técnicos da string box para analisar se os limites 
de tensão e corrente suportam os valores injetados pelo painel. 
 
 
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Nota-se, no datasheet, que o valor máximo de tensão é de 1010 Vdc e a 
corrente em cada entrada da string box é de 20 A, valores esses que são 
superiores aos valores de tensão e corrente injetados pelo painel fotovoltaico. 
Embora existam string box com maior número de entradas e saídas, a opção de 
utilizar uma string box que possua duas entradas e duas saídas é para que cada 
string box seja ligada em uma MPPT do inversor. 
Figura 7 – STRING BOX- SB-2E-2S-1010DC 
 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
 
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4.5 Dimensionamento da área do sistema 
Com base na definição da potência do painel fotovoltaico, é possível 
calcular qual a área necessária para instalação do painel, assim, define-se se o 
espaço escolhido para a instalação do sistema fotovoltaico é compatível com a 
potência. Assim sendo, o cálculo de área desse sistema fica da seguinte 
maneira: 
𝐴 = (
𝑃𝐹𝑉 
𝐸𝐹𝐹 
) . 100 𝐴 = (
100 
21,28 
) . 100 ≅ 470𝑚² 
Em que: 
A: é a área (m²); 
PFV: potência de pico (kWp) = 100kW → valor estipulado no projeto; 
EFF: eficiência da tecnologia (%) = 21,28% → valor extraído do datasheet 
do módulo. 
Para tanto, a área necessária para comportar a quantidade de módulos 
dimensionada para esse sistema é de 470 m². A Figura 8 mostra uma projeção 
simulada da instalação da edificação contendo 192 módulos para atender à 
potência demandada. 
Figura 8 – Simulação de instalação do projeto 
 
Créditos: Photomdp/Shutterstock. 
 
 
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TEMA 5 – DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES E ACESSÓRIOS 
5.1 Dimensionamento do condutor CC 
Para o dimensionamento dos condutores, consideram-se os parâmetros 
de queda de tensão admissível (ΔV em %), o comprimento (m), a tensão de 
operação e a potência ou corrente máxima (W ou A). Para o dimensionamento 
desse sistema, a queda de tensão máxima nos condutores será de 3%, sendo o 
lado CC com 40 metros de distância da string box. É válido lembrar que, como 
serão utilizados dois inversores, a potência a ser considerada é referente à 
utilizada em cada inversor, que, nesse caso, é de 50 kW. Dessa forma, o cálculo 
fica da seguinte maneira: 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 . 𝑙 . 𝑃 . 0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100 
Em que: 
l = 40 m; 
P = 50.000 W (potência do inversor); 
V = 659,20 V (tensão de máxima potência do painel fotovoltaico; 
ΔV = 3% (queda de tensão). 
Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .40 .50000 .0,0178 
659,202. 3
) . 100 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 5,462𝑚𝑚² 
Considerando que a seção nominal dos condutores de conexão dos 
módulos fotovoltaicos comumente é padronizada em 6 mm², os condutores CC 
serão adotados com a mesma seção. 
5.2 Dimensionamento do condutor CA 
Para o dimensionamento dos condutores, consideram-se os parâmetros 
de queda de tensão admissível (ΔV em %), o comprimento (m), a tensão de 
operação e a potência do inversor. Para o dimensionamento desse sistema, a 
queda de tensão máxima nos condutores será de 3%, sendo o lado CA com 20 
metros. 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 . 𝑙 . 𝑃 . 0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100 
 
 
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Em que: 
l = 20 m; 
P = 50000 W (potência do inversor); 
V = 380 V (tensão do barramento CA); 
ΔV = 3% (queda de tensão). 
Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .20 .50000 .0,0178 
3802. 3
) . 100 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 8,218𝑚𝑚² 
De acordo com o dimensionamento feito, a seção nominal dos condutores 
CA é adotada em 10 mm². 
Além do dimensionamento da seção transversal do condutor, deve-se 
levar em conta que os condutores isolados expostosà radiação solar devem ter 
proteção UV, por isso, na instalação, aconselha-se a utilização de cabos solares 
para uso em instalações fixas cujo produto interliga todo o sistema (módulos, 
string box e inversores), possuem maior segurança, pois não propagam fogo, 
possuem baixa emissão de fumaça e são livres de halogéneos. A Tabela 4 
apresenta um datasheet de cabo solar mostrando as características elétricas, 
volumétricas e de espessura. 
Tabela 4 – Cabo Fotovoltaico PV1-F 0,6/1 kV (CA) ou 1,8 kV (CC) 
 
Fonte: Datasheet Solarcom, 2020 
5.3 Monitoramento 
O sistema de monitoramento do sistema fotovoltaico permite não só 
acompanhar se a geração de energia está dentro do que foi estimado no projeto, 
mas também traz informações da energia total e diária produzida, de geração 
em cada string do sistema, sendo possível detectar possíveis falhas, apresenta 
um campo com relatórios de erros com códigos que identificam não só a causa 
da falha, mas também as possíveis soluções a serem tomadas. Para o inversor 
 
 
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escolhido, existe a opção de instalar uma placa de expansão avançada que 
fornece ao usuário uma solução avançada para monitorar e controlar o sistema 
fotovoltaico, conectando ele a internet e enviando as aquisições de dados para 
nuvem e, assim, estarem disponíveis no monitoramento conforme mostra a 
Figura 9. 
Figura 9 – Sistema de conexão para monitoramento 
 
Créditos: Jefferson Schnaider. 
 A Figura 10 mostra a interface gráfica do sistema de monitoramento na 
plataforma Aurora Vision utilizado para esse modelo de inversor. Nele, é possível 
não só acompanhar se a geração de energia está dentro do que foi estimado no 
projeto, mas também traz informações da energia total e diária produzida, de 
geração em cada string do sistema sendo possível detectar possíveis falhas, 
apresenta um campo com relatórios de erros com códigos que identificam não 
só a causa da falha, mas também as possíveis soluções a serem tomadas. 
 
 
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Figura 10 – Interface de monitoramento
 
Fonte: Aurora Vision, 2021. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
Datasheet ABB String Inverters: TRIO-TM-50.0-400-POWER MODULE. 
Datasheet Módulo DHM-72X10. DAH DHM72X10 (520 ~ 550W). 
Datasheet Solarcom: Cabo Fotovoltaico PV1-F 0,6/1kV (CA) ou 1,8kV (CC). 
FIMER, VSN300 Wifi Logger Card. 
Helius Energy. Avaliação prévia dos telhados antes da instalação da energia 
solar. Disponível em: . Acesso em: 24 ago. 2021. 
PROAUTO ELETRICA, STRING BOX - SB-2E-2S-1010DC 
LABREN. Laboratório de modelagem e estudos de recursos renováveis de 
energia. Disponível em: . 
Acesso em: 24 ago. 2021. 
PEREIRA, E. B. et al. Atlas brasileiro de energia solar. 2. ed. São José dos 
Campos: INPE, 2017. 80 p. Disponível em: 
. Acesso em: 24 ago. 2021. 
URBANETZ JUNIOR, J. Sistemas fotovoltaicos conectados a redes de 
distribuição urbanas: sua influência na qualidade da energia elétrica e análise 
dos parâmetros que possam afetar a conectividade. 2010. 189 p. Tese 
(Doutorado em Engenharia Civil) – UFSC, Florianópolis, 2010. 
 
 
 
http://labren.ccst.inpe.br/atlas2_tables/SC_inc.html
http://doi.org/10.34024/978851700089