Dimensionamento de Sistema Solar

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AULA 5 
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA 
SOLAR FOTOVOLTAICO
Prof. Fausto Batista Felix Silva 
 
 
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TEMA 1 – DIMENSIONAMENTO DE UM SFVI 
O dimensionamento do sistema fotovoltaico isolado, diferente do sistema 
conectado à rede, possui mais elementos a serem dimensionados além do painel 
e do inversor, sendo eles o controlador de carga e banco de bateria que também 
fazem parte dessa configuração do SFV (sistema fotovoltaico), como é 
demonstrado na Figura 1. Também se deve levar em consideração que o inversor 
a ser utilizado não tem a mesma configuração do sistema conectado à rede, ou 
seja, é necessário especificar um modelo próprio para trabalhar em regime off grid 
(Urbanetz Junior, 2010). 
Figura 1 – Componentes do painel fotovoltaico 
 
Fonte: Grebeshkov Maxim/Shutterstock 
1.1 Dimensionamento com base na estimativa do consumo 
O dimensionamento que será feito nesta aula será de um sistema 
fotovoltaico Isolado para atender às cargas listadas no quadro de previsão de 
cargas da Tabela 1. Deverá ser utilizado um inversor para SFV isolado com tensão 
de entrada 48VCC, tensão de saída 220VCA e potência máxima igual a 3000W. 
O banco de baterias deve ser capaz de prover uma autonomia de 2 dias ao 
sistema, com profundidade de descarga máxima admitida de 50% e descarga 
 
 
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máxima diária de 20%. Deve-se considerar ainda um fator de segurança de 10%. 
O sistema fotovoltaico em questão será instalado em uma residência em Curitiba, 
e a inclinação e orientação deverão privilegiar a geração nos meses de menor 
incidência de radiação solar. O rendimento global do sistema é de 70%. Deve-se 
ainda utilizar o banco de dados do Projeto Swera e o programa Radiasol para 
estimar a irradiação solar incidente no plano do arranjo do SFV e, por 
consequência, determinar a potência total necessária dos módulos FV. A queda 
de tensão máxima admissível nos condutores, em cada trecho, é de 4% tanto no 
lado CC quanto no lado CA. No lado CC, haverá dois trechos, sendo o trecho 1 
(Painel FV – Banco de baterias) com 3 metros e trecho 2 (Banco de baterias – 
Inversor) com 2 metros e no lado CA (Inversor – Cargas) com 30 metros de 
distância. 
Tabela 1 – Quadro de previsão de cargas 
Aparelho 
Elétrico 
Potênci
a (W) 
Tensão 
nominal 
(Vca) 
Corrente 
nominal 
(A) 
Tempo de 
utilização 
(h/dia) 
Energia 
(Wh/dia
) 
Lâmpada 21 127 0,17 8 168 
Lâmpada 21 127 0,17 8 168 
Lâmpada 21 127 0,17 4 84 
Lâmpada 15 127 0,12 2 30 
Lâmpada 15 127 0,12 2 30 
TV 21'' 90 127 0,71 4 360 
Som 60 127 0,47 4 240 
Chuveiro 
elétrico 3500 127 27 0,7 2450 
Geladeira - 127 - - 1500 
Micro-ondas 1200 127 9 0,34 408 
Portáteis 15 127 0,12 6 90 
 Total 5528 
Fonte: Silva, 2021. 
 
 
 
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TEMA 2 – DIMENSIONAMENTO DA POTÊNCIA DO PAINEL 
2.1 Dados de irradiação solar no plano do painel FV 
Utilizando o banco de dados do projeto Swera e o programa Radiasol para 
determinar a irradiação no plano do módulo (HTOT em (Wh/m². dia ou kWh/m². dia) 
e variando o ângulo de inclinação chegou-se às Tabelas 2 e 3. 
Tabela 2 – Irradiação incidente (Lat. -25º29’48; Long. -49º18’) 
 Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Anual 
Global 
horizontal 
(Whm²/dia) 
5,63 5,5 5,08 4,09 3,29 3,08 3,31 4,18 4,28 4,99 5,97 5,92 4,61 
Fonte: Silva, 2021. 
Tabela 3 – Irradiação incidente 
 Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
Inclinado 
25° 5540 5474 5317 
 
4514 3801 3744 4007 4856 4557 5062 5795 5668 
Inclinado 
35° 5205 5284 5230 
 
4535 3881 3877 4144 4957 4522 4929 5533 5834 
Inclinado 
40° 5055 5159 5148 
 
4511 3891 3914 4177 4968 4474 4829 5365 5212 
Fonte: Programa Radiasol. 
Visando maximizar a geração nos meses de menor irradiação, deve-se 
adotar uma inclinação que corresponde à Latitude local + (10° ~ 15°). Neste 
exemplo será utilizado 35°. Logo, HTOT = 3.881Wh/m². dia. 
2.2 Cálculo da potência do painel 
Com base nos dados calculados de irradiação (HTOT) e da energia diária a 
ser gerada é possível calcular a potência instalada do sistema fotovoltaico, 
utilizando-se da fórmula a seguir: 
𝑃𝐹𝑉 =
𝐸 . 𝐺 
𝐻𝑇𝑂𝑇. 𝑅
 . 𝐹𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔 
Onde: 
PFV: é a potência instalada (Wp); 
 
 
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E: é a energia diária a ser gerada (Wh); 
G: é a irradiância na condição STC (1000W/m²); 
HTOT: é a irradiação diária (Wh/m²); 
R: é o rendimento do conjunto de equipamentos do SFVI (0,65 a 0,75); 
Fcarreg: é o fator de carregamento das baterias. 
Sendo assim, o cálculo da potência do painel fica: 
 
𝑃𝐹𝑉 =
5528 .1000
3881.0,7
 .1,2 𝑃𝐹𝑉 = 2,441𝑘𝑊𝑝 
Com base nesse cálculo, é possível determinar então que o 
dimensionamento de todos os equipamentos do sistema fotovoltaico (módulos e 
inversores) deve ser feito levando-se em conta uma potência de 2,441kWp que 
atende à demanda de energia consumida pela residência. 
2.3 Escolha do módulo fotovoltaico 
O módulo utilizado para o dimensionamento do painel será o módulo 
Jasolar 445MR monocristalino de 144 células na potência de 445Wp, conforme é 
possível observar na Figura 2. 
Figura 2 – Módulo Jasolar 445MR 
 
Fonte: Ja Solar, S.d. 
 
 
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A Figura 3 apresenta o datasheet do módulo escolhido onde 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 também a 
eficiência do módulo. 
Figura 3 – Datasheet Módulo Jasolar 445MR 
 
Fonte: Ja Solar, S.d. 
2.4 Arranjo dos módulos 
Para definir a quantidade de módulos a ser utilizado 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 2,441kW e a potência do módulo é de 445Wp, sendo assim a 
quantidade de módulos é definida por: 
𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =
2441
445
 𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 = 5,48 
Porém é possível arredondar o número para 6 módulos de 445Wp para 
suprir a demanda de energia. Com a quantidade de módulos definida o próximo 
passo e definir o arranjo das strings, ou seja, se os módulos serão ligados todos 
em série no inversor ou se serão ligados em série paralelo, como por exemplo 
duas strings paralelas compostas por 3 módulos ligados em série cada uma, como 
é possível observar nas Figuras 4 e 5. 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. 
 
 
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Figura 4 – Uma string com 6 módulos em série 
 
 
Crédito: Fausto Batista Felix Silva. 
Figura 5 – Duas strings em paralelo com 3 módulos em série 
 
 
Crédito: Fausto Batista Felix Silva. 
TEMA 3 – DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE BATERIAS 
3.1 Roteiro para cálculo do banco de baterias 
Para esse projeto, as especificações do banco de baterias são as 
seguintes: tensão de entrada 48VCC prover uma autonomia de 2 dias ao sistema, 
com profundidade de descarga máxima admitida de 50% e descarga máxima 
diária de 20%, considerando ainda um fator de segurança de 10%. 
Para o consumo diário de 5.528Wh/dia, temos o seguinte roteiro de cálculo: 
1. Consumo em Ah/dia = 5.528Wh/dia ÷ 48V = 115,2Ah/dia; 
2. Capacidade preliminar não ajustada = Consumo em Ah/dia x 2 dias = 
230,3Ah; 
3. Capacidade ajustada em função da máxima profundidade de descarga = 
Capacidade preliminar não ajustada ÷ 50% = 460,7Ah; 
4. Capacidade ajustada em função da máxima profundidade de descarga 
diária = Consumo em Ah/dia ÷ 20% = 576Ah; 
 
 
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5. Capacidade ajustada em função da profundidade de descarga = maior valor 
entre Capacidade ajustada em função da máxima profundidade de 
descarga e Capacidade ajustada em função da máx. prof. de descarga 
diária; 
6. Capacidade ajustada em função do fator de segurança = Capacidade 
ajustada em função da profundidade de descarga + 10% = 633,6Ah.3.2 Escolha das baterias e determinação das suas interligações 
A bateria solar escolhida para essa aplicação é a bateria estacionária solar 
Moura do tipo chumbo-carbono com tensão de 12V e capacidade de 220Ah (C20), 
ideal para sistemas de energia solar fotovoltaica como mostra a Figura 6. Como a 
tensão de alimentação deve ser de 48Vcc e a corrente de 633,4Ah, o arranjo do 
banco de bateria será de 0 paralelos de 4 baterias em série obtendo assim 48Vcc 
e 660Ah suprindo assim a demanda do projeto. 
Figura 6 – Bateria estacionária Moura Solar 12MS234 (220Ah) 
 
Crédito: Elias Aleixo. 
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 em 
 
 
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função da potência do painel fotovoltaico e também do arranjo das strings, para 
que possa estar dentro dos limites de corrente e tensão das entradas do inversor. 
A potência do painel foi calculada em 2,441kW. Dessa forma, é possível analisar 
o datasheet de uma fabricante de inversores para verificar qual atende à 
necessidade do projeto. A Figura 7 apresenta o datasheet da fabricante Growatt 
em que o documento apresenta inversor híbrido com potência de 3kW bem como 
também todos os parâmetros elétricos relevantes para o seu dimensionamento. 
Figura 7 – Datasheet de inversor Growatt SPH 
 
Fonte: Growatt SPH, 2020. 
4.2 Análise dos parâmetros do inversor 
É possível verificar no datasheet que existe um modelo de inversor em uma 
potência compatível com o painel, porém, além disso, é necessário analisar outros 
 
 
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parâmetros do inversor para verificar se essa potência atende todos os critérios 
do projeto e arranjo dos módulos. 
4.3 Análise do arranjo das strings com 6 módulos em série 
O arranjo contendo uma string com 6 módulos em série tem como 
característica a mesma corrente em todos os módulos, porém a tensão de curto-
circuito (Voc) e de máxima potência (Vmp) são multiplicadas por 6. A Tabela 4 
mostra como ficam os valores de tensão e corrente nesse arranjo. 
Tabela 4 – Parâmetros elétricos 1 string 
 PV Qntmódulos Total 
Voc (V) 49,56 6 297,36 
Vmp (V) 41,21 6 247,26 
Imp (A) 10,8 1 10,80 
Pdc (W) 455 6 2670 
Fonte: Silva, 2021. 
Analisando os valores de tensão dessa configuração, verifica-se que o 
range de operação fica entre 247,26V e 297,36V, sendo que o range desse 
parâmetro estipulado no datasheet deve ficar entre 120 a 550V. Esse arranjo fica 
aceitável pela fabricante. Analisando a corrente, verifica-se que o valor de 10,80A 
é inferior ao limite de 12A apresentado no datasheet, o que torna viável essa 
configuração. 
4.4 Controlador de carga 
O modelo do inversor escolhido já possui controlador de carga atendendo 
às especificações de projeto como tensão de saída 48 Vcc, o tipo de bateria 
escolhido e a capacidade de bateria (Ah) como mostra o datasheet na Figura 8. 
Figura 8 – Datasheet de inversor Growatt SPH 
 
 
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Fonte: Growatt SPH, 2020. 
4.5 Dimensionamento da string box 
A string box será 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, devem-se 
considerar os valores de tensão e 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 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 aplicação desse projeto, será utilizada uma string, 
podendo utilizar-se de uma string box que possua 1 entradas e 1 saída e DPS 
como elementos de proteção. 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. Nota-se no datasheet que o valor máximo de tensão é de 1010Vdc e 
a corrente em cada entrada da string box é de 20A, valores esses que são 
superiores aos valores de tensão e de corrente injetados pelo painel fotovoltaico. 
Figura 7 – String box - SB-1E/2E-1S-1010DC 
 
Fonte: Proauto Eletric, S.d. 
 
 
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4.6 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 é possível definir 
se o espaço escolhido para instalação do sistema fotovoltaico é compatível com 
a potência. Dessa forma, o cálculo de área desse sistema fica da seguinte 
maneira: 
𝐴 = (
𝑃𝐹𝑉 
𝐸𝐹𝐹 
) . 100 𝐴 = (
2,441
20 
) . 100 ≅ 12𝑚² 
Onde: 
A: é a área (m²) 
PFV: Potência de pico (kWp) = 2,441kW → Valor calculado no 
dimensionamento 
EFF: Eficiência da tecnologia (%) = 20% → Valor extraído do datasheet do 
módulo 
Dessa forma, a área necessária para comportar a quantidade de módulos 
dimensionado para esse sistema é de 12m². 
TEMA 5 – DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES E COMPONENTES DO 
SFVI 
5.1 Dimensionamento do condutor CC 
Para o dimensionamento dos condutores devem-se considerar 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). A queda de tensão 
máxima admissível nos condutores, em cada trecho, é de 4%, tanto no lado CC 
quanto no lado CA. No lado CC, haverá 2 trechos, sendo o trecho 1 (Painel FV – 
Banco de baterias) com 3 metros e o trecho 2 (Banco de Baterias – Inversor) com 
2 metros. 
 
 
 
 
 
 
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5.1.1 Dimensionamento do condutor CC do trecho 1 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 . 𝑙 . 𝑃 . 0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100 
Onde: 
l = 3m 
P = 2670W (potência do painel) 
V = 48V (Tensão do barramento) 
ΔV = 4% (queda de tesão 
 
Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .3 .2670 .0,0178 
482. 4
) . 100 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 3,1𝑚𝑚² 
Considerando que a seção nominal dos condutores de conexão dos 
módulos fotovoltaicos comumente é padronizada em 4mm², os condutores CC 
serão adotados com a mesma seção. 
5.1.2 Dimensionamento do condutor CC do trecho 2 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 . 𝑙 . 𝑃 . 0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100 
Onde: 
l = 2m 
P = 3000W (potência do inversor) 
V = 48V (Tensão do barramento) 
ΔV = 4% (queda de tesão 
 
Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .2 .3000 .0,0178 
482. 4
) . 100 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 2,3𝑚𝑚² 
Considerando que a seção nominal dos condutores de conexão dos 
módulos fotovoltaicos comumente é padronizada em 4mm², os condutores CC 
serão adotados com a mesma seção. 
 
 
 
 
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5.2 Dimensionamento do condutor CA 
Para o dimensionamento dos condutores devem-se considerar 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 4%, sendo o lado CA com 30 metros. 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 . 𝑙 . 𝑃 . 0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100 
 
l = 30m 
P = 3000W (potência do inversor) 
V = 240V (tensão do barramento CA) 
 ΔV = 4% (queda de tesão 
Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .30 .3000 .0,0178 
2402. 4
) . 100 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 1,4𝑚𝑚² 
Considerando que a seção nominal dos condutores de conexão dos 
módulos fotovoltaicos comumente é padronizada em 4mm², os condutores CA 
serão adotados com a mesma seção. 
5.2 Componentes do SFVI projetado 
Para o Sistema Fotovoltaico Isolado proposto, para atender a uma carga 
total de 5.528Wh/dia, é necessário o seguinte conjunto de equipamentos: 
• Um arranjo de 6 módulos de 445W em série; 
• Um banco de baterias Moura Solar 12MS234 (220Ah; C20) de 3 paralelos 
de 4 baterias em série obtendo assim 48Vcc e 660Ah; 
• Condutores CC (Painel FV – Banco de - Inversor) de 4mm²; 
• Condutores CA (Inversor - Cargas) de 4mm²; 
• InversorGrowatt SPH-3000 
• String box - SB-2E-2S-1010DC 
 
 
 
 
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5.2.1 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 possíveis soluções a serem tomadas. O monitoramento traz 
também rendimento de qual é a economia na fatura que o cliente tem ao utilizar o 
sistema e até mesmo a economia em CO2. Nem todos os modelos de inversores 
possuem um datalogger acoplado internamente que permita fazer o 
monitoramento, porém existe um datalogger avulso que pode ser instalado em 
diversas marcas de inversores, sendo assim possível fazer aquisição de dados e 
consequentemente o monitoramento. 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
GROWATT. Inversor híbrido SPH3000-6000. Growatt, S.d. Disponível em: 
. Acesso em: 27 ago. 2021. 
JA SOLAR. Datasheet Módulo Jasolar 445MR. Jasolar, S.d. Disponível em: 
. Acesso em: 27 ago. 2021. 
NEOSOLAR. Bateria Estacionária Moura Solar 12MS234 (220Ah). NeoSolar, S.d. 
Disponível em: . Acesso em: 27 ago. 2021. 
PROAUTO ELÉTRICA. Disponível em: . Acesso 
em: 27 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. Tese (Doutorado em 
Engenharia Civil) – UFSC, Florianópolis, 2010.