Aula 6

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AULA 6 
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA 
SOLAR FOTOVOLTAICO 
Prof. Fausto Batista Felix Silva 
 
 
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TEMA 1 – SISTEMA DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO (SBFV): 
INTRODUÇÃO 
Um sistema de bombeamento fotovoltaico (SBFV) é constituído por um 
sistema de geração de energia fotovoltaica, um controlador de potência do 
bombeamento de água e um reservatório para armazenar a água (Pinho; Galdino, 
2014). A sua utilização é comum e crescente nas regiões rurais de países em 
desenvolvimento da África, da Ásia e da América Latina, e seu uso tem se tornado 
cada vez mais eficiente e viável economicamente, proporcionando uma vida mais 
digna para aqueles que vivem em zonas remotas (Nepomuceno; Maia; Teixeira, 
2018). A Figura 1 mostra um SBFV juntamente com seus elementos tanto de 
geração de energia para o motor quanto de controle de bombeamento para o 
reservatório de água. 
Figura 1 – Bomba d’água solar 
 
Crédito: Elias Aleixo. 
 
 
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1.1 Dimensionamento de sistema de bombeamento de água utilizando SFVI 
O SBFV pode ser projetado para que, mesmo em períodos noturnos ou 
chuvosos, quando não há produção de energia solar fotovoltaica, haja 
abastecimento de água, por meio de armazenamento de energia feito por um 
sistema fotovoltaico isolado (SFVI) que, além de alimentar a bomba, armazena 
energia. 
Em geral, os kits de bombeamento possuem uma potência instalada de 
1.120 Wp alimentando a bomba e todo o sistema de potência que controla o 
bombeamento. Dessa forma, o sistema que será dimensionado, nesta aula, será 
para um sistema de bombeamento de água, por meio de um SFVI com potência 
de 1.120 Wp, que armazenará energia em um banco de bateria. Deverá ser 
utilizado um inversor para SFVI com tensão de entrada de 24 VCC, tensão de 
saída de 230 VCA e potência máxima igual a 2.400 W. 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 máxima diária de 30%. Deve-se 
considerar, ainda, um fator de segurança de 15% e um rendimento global de 
sistema de 70%. O sistema fotovoltaico em questão será instalado na cidade de 
Belém do Piauí (PI). A queda de tensão máxima admissível nos condutores CC, 
em cada trecho, é de 3%, em dois trechos, tendo o trecho 1 (painel FV – banco 
de baterias) 2 metros de distância e o trecho 2 (banco de baterias – inversor), 1,5 
metro de distância e havendo, no lado CA (inversor – cargas), 50 metros de 
distância. 
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 Belém do Piauí foram obtidos no banco de dados do Atlas brasileiro de energia 
solar, disponível no site do órgão responsável pela sua publicação, o Instituto 
Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), por meio do seu Laboratório de 
Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia (Labren). O atlas 
permite se fazer a consulta dos dados por estado e com seleção de células 
contendo as informações de radiação da cidade que se deseja pesquisar, 
conforme é possível observar na Figura 2 (Pereira et al., 2020). 
 
 
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Figura 2 – Dados de irradiação no Estado do Piauí 
 
Fonte: Labren, 2020. 
Selecionando-se a célula correspondente à cidade de Belém do Piauí, é 
possível obter os valores para determinar a irradiação no plano do módulo (HTOT) 
em (Wh/m². dia ou kWh/m². dia), conforme é possível observar na Tabela 1. 
Tabela 1 – Irradiação incidente em Belém do Piauí 
 
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Anual 
Inclinado 5343 5389 5557 5435 5468 5505 5861 6463 6734 6359 6105 5702 5827 
 
Fonte: Abreu et al., 2017. 
2.2 Energia gerada pelo sistema 
Com base nos dados calculados de irradiação (HTOT) e na potência definida 
pelo sistema de bombeamento (1.120 Wp), é possível calcular a energia 
produzida por esse sistema pela seguinte equação: 
 
 
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𝐸 =
𝑃𝐹𝑉 .𝐻𝑇𝑂𝑇.𝑃𝑅
𝐺 . 𝐹𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔
, 
onde: PFV é a potência instalada (Wp); E, a energia diária a ser gerada (em Wh); 
G, a irradiância na condição STC (1.000 W/m²); HTOT, a irradiação diária (Wh/m²); 
R, o rendimento do conjunto de equipamentos do SFVI (de 0,65 a 0,75); e Fcarreg, 
o fator de carregamento das baterias. 
Sendo assim, o cálculo da energia diária do painel fica assim: 
𝐸 =
1120 . 5827 . 0,7
1000 .1,2
 ; 𝐸 = 3807𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎. 
2.3 Escolha do módulo fotovoltaico 
O módulo utilizado para o dimensionamento do painel será o módulo QCells 
Q.Peak Duo L-G7.3 monocristalino de 144 células, na potência de 390 Wp, 
conforme é possível observar na Figura 3. 
Figura 3 – Módulo de 390 W 
 
A Figura 4 apresenta o datasheet do módulo escolhido, que mostra os 
parâmetros elétricos que devem ser considerados no arranjo de 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. 
 
 
 
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Figura 4 – Datasheet módulo de 390 W 
 
2.4 Arranjo dos módulos 
Para se 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 1.120 Wp e a potência do módulo é de 390 Wp. Sendo assim, a 
quantidade de módulos é definida por: 
𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =
1200
390
 ; 𝑄𝑛𝑡𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 = 2,87. 
Porém, é possível arredondar o número para 3 módulos de 390 Wp, para 
suprir a demanda de energia. Com a quantidade de módulos definida, o próximo 
passo é definir o arranjo de strings, ou seja, se os módulos serão ligados todos 
em série no inversor ou se serão ligados em paralelo. Deve-se analisar os 
parâmetros dos inversores para se verificar se o arranjo é compatível com os 
limites de corrente e tensão das entradas do inversor. 
TEMA 3 – DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE BATERIAS 
3.1 Roteiro para cálculo do banco de baterias 
Para o projeto em questão, as especificações do banco de baterias são: 
tensão de entrada de 24 VCC, para prover uma autonomia de 2 dias ao sistema, 
com profundidade de descarga máxima admitida de 50% e descarga máxima 
diária de 30%, considerando ainda um fator de segurança de 15%. Para o 
consumo diário de 3.807 Wh, temos o seguinte roteiro de cálculo: 
 
 
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a. consumo em capacidade de bateria (Ah)/dia = 3.807 Wh/dia ÷ 24 V = 
158,6 Ah/dia; 
b. capacidade preliminar não ajustada = consumo em Ah/dia x 2 dias = 
317,3 Ah; 
c. capacidade ajustada em função da máxima profundidade de descarga 
= capacidade preliminar não ajustada ÷ 50% = 634,5 Ah; 
d. capacidade ajustada em função da máxima profundidade de descarga 
diária = consumo em Ah/dia ÷ 30% = 528,8 Ah; 
e. 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 máxima profundidade de 
descarga diária; 
f. capacidade ajustada em função do fator de segurança = capacidade 
ajustada em função da profundidade de descarga + 10% = 729,7 Ah. 
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 12 V e capacidade de 244,8 Ah 
(C20), ideal para sistemas de energia solar fotovoltaica, como mostra a Figura 5. 
Como a tensão de alimentação deve ser de 24 Vcc e a corrente de 633,4 Ah, o 
arranjo do banco de bateria será de 3 paralelos de 2 baterias em série, obtendo 
assim 24 Vcc e 734,4 Ah e suprindo a demanda do projeto. 
Figura 5 – Bateria estacionária Moura Solar 12MS234 (244,8 Ah) 
 
Crédito: Elias Aleixo. 
 
 
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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 empregada nacarga da instalação deve ser dimensionado 
com base na potência do painel fotovoltaico e também no arranjo de strings, para 
que possa estar dentro dos limites de corrente e tensão das entradas do inversor. 
A potência do painel é de 1.120 W. Dessa forma, é possível analisar o datasheet 
de uma fabricante de inversores para verificar qual melhor atende à necessidade 
do projeto. A Figura 6 apresenta o datasheet da fabricante Must Power Systems, 
cujo documento apresenta inversor híbrido com potência de 1,2 kW a 2,4 kW, bem 
como, também, todos os parâmetros elétricos relevantes para o seu 
dimensionamento. 
Figura 6 – Datasheet de inversor PV11-2400 Plus 
 
 
Fonte: Must Power Systems, [S.d]. 
 
 
 
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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 parâmetros do inversor para verificar se essa potência atende a todos os 
critérios do projeto e do arranjo dos módulos. 
4.3 Controlador de carga 
O modelo do inversor escolhido já possui controlador de carga atendendo 
às especificações de projeto, como tensão de saída de 24 Vcc, ao tipo de bateria 
escolhido e à capacidade de bateria (Ah), como mostra o datasheet da Figura 7. 
Porém, nota-se, nesse modelo de inversor, que os parâmetros elétricos de 
entrada de strings devem ser analisados nos dados do carregador solar. É 
possível observar que o limite de tensão do arranjo fotovoltaico é de 55 VDC e a 
corrente máxima, de 50 A. 
Figura 7 – Datasheet de inversor PV11-2400 Plus 
 
Fonte: Must Power Systems, [S.d.]. 
4.4 Análise do arranjo de strings 
De acordo com os limites de tensão e corrente do inversor, o arranjo 
proposto é de 3 strings, com os 3 módulos em paralelo, e que tem como 
característica a mesma tensão em todos os módulos. Porém, somam-se as 
correntes, e a máxima potência (Vmp) é multiplicada por 3. A Tabela 2 mostra 
como ficam os valores de tensão e corrente, nesse arranjo. 
 
 
 
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Tabela 2 – Parâmetros elétricos para três módulos em paralelo 
 PV Qntmódulos Total 
Voc (V) 48,44 1 48,44 
Vmp (V) 40,17 1 40,17 
Imp (A) 10,10 3 30,30 
Pdc (W) 390 3 1.170 
Fonte: Silva, 2021. 
Analisando-se os valores de tensão dessa configuração, verifica-se que o 
range de operação fica entre 40,17 V e 48,44 V, sendo que a máxima tensão 
desse parâmetro estipulado no datasheet deve ser de 55 V. Somando-se as 3 
correntes, o valor injetado no inversor é de 30,30 A e o valor máximo no datasheet 
é de 50A. Dessa forma, é possível determinar que esse arranjo fica aceitável, pela 
fabricante. Embora a potência do painel seja de 1.120 Wp, será escolhido o 
inversor PV11-2400 Plus com potência nominal de saída de 2.400 VA/1.440 W, 
pois a tensão nominal do sistema da bateria desse modelo é compatível com a 
tensão de 24 V especificada para esse sistema. 
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, deve-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 se 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, como os 3 módulos serão 
ligados, em paralelo, à mesma entrada do inversor, será utilizada uma string box 
que possui 3 entradas e 1 saída. A Figura 8 apresenta os dados técnicos da string 
box para se 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 
1.000 Vdc e a corrente em cada entrada da string box é de 40 A, valores esses 
que são superiores aos valores de tensão e corrente injetados pelo painel 
fotovoltaico. 
 
 
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Figura 8 – String box SB-3E/1S 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
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, consegue-se 
estabelecer 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 = (
1,12
19,4
) . 100 ≅ 5,77𝑚², 
onde: A é a área (m²); PFV, a potência de pico (kWp) = 1,120 kW, valor 
calculado no dimensionamento; e EFF é a eficiência da tecnologia (%) = 19,4%, 
valor extraído do datasheet do módulo. 
Logo, a área necessária para comportar a quantidade de módulos 
dimensionados para esse sistema é de 5,77 m². 
TEMA 5 – DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES E COMPONENTES DO 
SFVI 
5.1 Dimensionamento do condutor CC 
Para o dimensionamento dos condutores, deve-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 3%, tanto no lado CC 
quanto no lado CA. No lado CC, haverá dois trechos, tendo o trecho 1 (painel FV 
 
 
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– banco de baterias) 2 metros e o trecho 2 (banco de baterias – inversor), com 1,5 
metro. 
O dimensionamento do condutor CC do trecho 1 é assim expresso: 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .𝑙 .𝑃 .0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100, 
onde: l = 2 m; P = 1.170 W (potência do painel); V = 24 V (tensão do 
barramento); ΔV = 3% (queda de tensão). Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .2.1170 .0,0178 
242. 3
) . 100 ; 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 4,8𝑚𝑚². 
Considerando-se a seção nominal dos condutores de conexão dos módulos 
no trecho 1 calculados, a seção nominal adotada será de 6 mm². 
Por sua vez, o dimensionamento do condutor CC do trecho 1 é assim 
expresso: 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .𝑙 .𝑃 .0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100, 
onde: l = 1,5 m; P = 2.400 W (potência do inversor); V = 24 V (tensão do 
barramento); ΔV = 3% (queda de tensão). Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .1,5 .2400 .0,0178 
242. 3
) . 100 ; 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 7,4𝑚𝑚². 
Considerando a seção nominal dos condutores de conexão dos módulos 
no trecho 2 calculados, a seção nominal adotada será de 10 mm². 
5.2 Dimensionamento do condutor CA 
Para o dimensionamento dos condutores, deve-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 3%, tendo o lado CA 50 metros. Logo: 
𝑆𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .𝑙 .𝑃 .0,0178 
𝑉2. ∆𝑣
) . 100, 
em que: l = 50 m; P = 2.400 W (potência do inversor); V = 240 V (tensão do 
barramento CA); ΔV = 3% (queda de tensão). Então: 
𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = (
2 .50 .2400 .0,0178 
2302. 3
) . 100 ; 𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑑 = 2,7𝑚𝑚². 
 
 
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Considerando que a seção nominal dos condutores de conexão dos 
módulos fotovoltaicos comumente é padronizada em 4 mm², os condutores CA 
serão adotados com a mesma seção. 
5.3 Componentes do SFVI projetado 
Dessa forma, o sistema dimensionado para um sistema de bombeamento 
de água, através de um sistema fotovoltaico isolado com potência de 1.120 W, 
ficou com os seguintes componentes conforme listados (e demonstrados na 
Figura 9): 
• um arranjo de 3 módulos de 390 W em série; 
• um banco de baterias Moura Solar 12MS234 (244,8 Ah; C20) de 3 paralelos 
de 2 baterias em série, totalizando 6 baterias, obtendo-se assim 24 Vcc e 
734,4 Ah; 
• condutores CC (painel FV – banco de inversor) de 6 mm² e 10 mm²; 
• condutores CA (inversor – cargas) de 4 mm²; 
• inversor PV11-2400 Plus. 
Figura 9 – Componentesdo SFVI projetado 
 
5.3.1 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 fornecer informações da energia total e diária produzida de geração 
 
 
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em cada string do sistema, sendo possível detectar falhas. O sistema apresenta 
um campo com relatórios de erros com códigos que identificam não só a causa 
da falha, mas também suas potenciais soluções. O monitoramento mostra 
também qual a economia que o cliente tem na fatura utilizando o sistema e até a 
economia em emissão de gás carbônico (CO2). Nem todos os modelos de 
inversores possuem um datalogger, acoplado internamente, que permita fazer 
esse monitoramento, porém existem dataloggers avulsos que podem ser 
instalados em diversas marcas de inversores, sendo assim possível fazer 
aquisição de dados e, consequentemente, o seu monitoramento. 
5.4 Componentes do sistema de bombeamento 
O sistema de dimensionamento realizado nesta aula contempla apenas o 
SFVI para armazenar e gerar energia para todo o sistema. Os demais elementos, 
como bomba d’água, válvula, sensor, controlador de potência etc. não estão 
presentes nesse dimensionamento, porém o sistema fotovoltaico foi 
dimensionado para que forneça energia para o perfeito funcionamento de todos 
esses elementos. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
MUST POWER SYSTEMS. Datasheet de inversor PV11-2400 Plus. [S.l.], [S.d.]. 
NEPOMUCENO, A. B.; MAIA, M. V.; TEIXEIRA, K. C. Análise de viabilidade 
técnico-econômica de bombas solares em áreas não cobertas pela rede elétrica. 
In: BRAZILIAN TECHNOLOGY SYMPOSIUM, 2018, Campinas. Proceedings... 
Campinas: Unicamp, 2018. 
PEREIRA, E. B. et al. Atlas brasileiro de energia solar. 2. ed. São José dos 
Campos: Inpe, 2017. 80 p. Disponível em: . Acesso em: 26 ago. 2021. 
PINHO, T.; GALDINO, M. A. Manual de engenharia para sistemas 
fotovoltaicos. Rio de Janeiro: Cepel; Cresesb, 2014. 529 p.