Exercícios Propostos Energia Solar - POLI-USP - Engenharia Elétrica

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Exercícios Propostos 
 
 
Exercício 1 – Assuma que um volume de 7570 litros/ dia sejam necessários para irrigar uma 
certa área. Assuma também que o reservatório do qual a água será bombeada é grande, porém 
possui uma profundidade de 60,96 metros e que o pior dia de radiação solar é de 6 horas de sol 
pleno. Dimensione um sistema fotovoltaico que alimentará uma bomba que irá suprir esta 
quantidade de água. 
 
Dados: 
 
Rendimento da bomba = 25% 
Perda na tubulação = 5% 
 
Solução: 
 
Considerando as perdas na tubulação, a altura efetiva de bombeamento é: 
 
H = 1,05 × 60,96 metros = 64 metros 
 
Obs 1 : Note que neste exemplo, a água está sendo distribuída no nível do terreno (solo ) sem 
armazenamento. 
 
Potência da bomba: 
 
P (kW) = 9,81 HQ / rendimento da bomba 
 
H – metros 
Q = m3/seg 
 
P (kW) = 9,81 ×64 metros × vazão (( 7570 litros/dia / (1000litros/m3) / ( 21600 segundos = 6 
horas)) / rendimento da bomba = 0,880 kW 
 
Obs2: Bom lembrar que o motor estará disponibilizando a potência máxima (880 Watts) durante 
poucas horas próximas ao horário do meio-dia (horário em que a radiação solar incidente atinge 
o seu valor máximo). Após e antes desse período, a bomba estará recebendo menos energia do 
arranjo fotovoltaico e portanto irá operar numa potência menor que a máxima (880 Watts). 
 
- Potência do arranjo fotovoltaico 
 
Como o arranjo está conectado diretamente no motor da bomba, a sua potência é a mesma 
requerida pela bomba com sol pleno. 
 
Assumindo o uso de um módulo de 50Wp, serão necessários 880 / 50 = 17,6 módulos e portanto 
devem ser adquiridos 18 módulos. 
 
Exercício 2 
 
Deseja-se encher um reservatório de água cuja capacidade é de 5000 litros e está a uma altura 
de 10 metros do solo. Dimensionar um sistema fotovoltaico para alimentar uma bomba que irá 
bombear a água de um reservatório inferior situado a uma profundidade de 80 metros do solo. 
 
Dados: 
 
Radiação solar diária incidente = 4 kWh/m2 
Rendimento da bomba = 25% 
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Perdas hidráulicas = 6 % 
 
Exercício 3 - Seja o sistema fotovoltaico apresentado abaixo; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pede-se: 
 
Determinar: Potência instalada (nominal) na saída do painel ; Demanda diária de energia 
(consumo); capacidade (Ah) total do sistema de armazenamento, quantidade de baterias a 
serem usadas; no de baterias em série e no de baterias em paralelo, 
 
 
Exercício 4 - Considerando a configuração de sistema mostrado abaixo, dimensione a 
capacidade do arranjo fotovoltaico de modo que 60% do consumo diário seja suprido pelo 
arranjo e os outros 40% pela concessionária de energia elétrica. 
 
Dados: Radiação solar incidente = 5,2 kWh/m2/dia ; Eficiência do arranjo = 12% ; eficiência do 
sistema de acondicionamento de energia = 90% ; consumo diário: Demanda máxima = 400 
Watts , Fator de carga = 0,6. 
Calcular; 
a) Potência instalada (watts) 
b) Área do arranjo fotovoltaico (m2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 5 – Desenhe nas mesmas coordenadas de eixo uma curva característica V x I 
e de potência de uma célula fotovoltaica indicando na mesma seus principais parâmetros 
característicos e dê o significado do mesmos. Como estes parâmetros se comportam 
quando a temperatura ambiente está muito acima da temperatura padrão? 
 
Dados: 
-
 área do painel = 4 m2 
- Radiação solar incidente = 5,6 kWh / m2 / dia 
- Autonomia do sistema de armaz. = 3 dias 
- Rendimento da bateria . = 85 % 
- Capacidade Ah da bateria = 40 Ah 
- Voltagem da bateria = 6Volts 
- Voltagem da carga = 12 volts 
- Máxima profundidade de descarga = 0,8 
- Rendimento do arranjo fotovoltaico = 12% 
Arranjo 
fotovoltaico 
Unidade de 
condicionamento 
de potência 
Painel de 
controle 
 
KWh 
 M1 
carga 
 
KWh 
 M2 
kWh 
M3 rede 
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Exercício 6 Quando se usa um inversor DC/AC para alimentar vários aparelhos de consumo e 
em determinado momento só está ativo um deles, que desvantagens existem. 
 
Exercício 7 Qual a razão para limitar a profundidade de descarga diária de uma bateria em um 
sistema fotovoltaico autônomo? Justifique sua resposta. 
 
 
Exercício 8 Explique como uma célula solar de silício cristalino com junção p-n permite realizar a 
convenção da energia radiante em energia elétrica. 
 
Exercício 9 “A radiação solar que chega a uma gerador fotovoltaico depende, entre outros 
fatores, do ângulo de inclinação que forma com a horizontal. Em uma instalação real este ângulo 
pode ter uma ou várias posições ao longo do ano. Por exemplo, uma posição para os meses de 
verão e outra para o meses de inverno, como indica a figura abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esta possibilidade permite aumentar a energia que chega ao gerador e portanto diminuir o 
número de módulos necessários?” exponha sua opinião. 
 
Exercício 10 Considere uma escola rural com as respectivas cargas listadas na tabela abaixo, 
complete a tabela e dimensione para o estado de São Paulo (pior mês) um sistema solar 
fotovoltaico que atenda os seguinte requisitos: 
• 2 dias de autonomia, 
• 50% de profundidade de descarga máxima do banco de baterias. 
• Tensão do banco de baterias: 24 Vcc 
 
Local Equipamento Potência Horas de uso por dia Energia diária 
Lâmpada 20 W 4 
Lâmpada 20 W 4 
Lâmpada 20 W 4 Sala de aula 
TV+Vídeo 50 W 2 
Cozinha Lâmpada 20 W 4 
Quarto Lâmpada 15 W 2 
Banheiro Lâmpada 15 W 1 
Energia diária demandada 
 
Faça o diagrama esquemático da instalação contendo: 
• Número e potência dos módulos utilizados 
• Número e capacidade em Ah da bateria utilizada 
• Controlador e inversor utilizado. 
 
 
 
Verão 
Inverno 
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Exercício 11 
 
 
Deseja-se dimensionar um sistema fotovoltaico para alimentar 8 lâmpadas PL de 36W/127 volts 
que ficarão acesas por 12 horas iluminando um pátio escolar durante à noite. 
 
 
Pede-se: 
 
a) Desenhe o esquema de configuração do sistema gerador com todos os componentes 
necessários 
b) Dimensione e especifique os seus componentes 
 
Dados: 
 
Local: Radiação solar incidente = 4 kWh/m2 ; média de dias nublados = 4 
Rendimento da bateria = 85%; Pdmax = 50% 
Rendimento do inversor = 90% 
Voltagem do lado CC = 12 volts