Dimensionamento do sistema

Prévia do material em texto

COMO DIMENSIONAR 
SISTEMA FOTOVOLTAICO 
1 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
PRIMEIRAS INSTRUÇÕES 
Para um dimensionamento eficiente de um 
sistema fotovoltaico é imprescindível a 
realização de pesquisas, estudos e 
levantamentos sobre tecnologias, 
equipamentos e dispositivos a serem 
utilizados com as informações que 
subsidiarão a formatação do projeto 
executivo da instalação. 
 
Indicar os principais pontos de atenção 
para o dimensionamento tornará a 
instalação adequada aos objetivos do 
projeto. 
2 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
PLANEJAMENTO DO SISTEMA SOLAR 
Para iniciar um planejamento de sistema solar fotovoltaico devemos ter 
algumas informações básicas que nortearão o projeto: 
 
 
Incidência de irradiação 
 solar na região 
Histórico de consumo 
de energia (kWh) 
Estudos de sombreamento; 
Informações técnicas de 
equipamentos e dispositivos 
 de sistema fotovoltaico; 
3 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
PLANEJAMENTO DO SISTEMA SOLAR 
De posse dessas informações anteriores, é possível estabelecer uma pré-
avaliação da viabilidade do sistema, considerando como premissas: 
 
Produção de energia (kWh) 
Área e infraestrutura 
necessária 
Potência pico 
do sistema (kWp) 
Estimativa de custos; 
4 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
ATENÇÃO 
É sempre recomendável que o projeto de um sistema solar fotovoltaico tenha sua 
concepção em dados confiáveis (como incidência de irradiação) e ferramentas 
computacionais para simulações (por exemplo, estudo de sombreamento). 
 
Os projetos devem atender à Resolução Normativa 687/15 – ANEEL e às normativas 
e/ou manuais de referência técnica de projeto da concessionária de energia local. 
LEMBRE-SE, O MAIS IMPORTANTE DE UM DIMENSIONAMENTO DE UM 
PROJETO É ELE ESTAR DE ACORDO COM AS NORMAS E ATENDER 
AS NECESSIDADES DO CLIENTE 
5 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
LEVANTAMENTO DE COMPONENTES 
A elaboração do projeto pode levar em conta o histórico de consumo do ponto de 
ligação com a rede ou ser trabalhado em função da disponibilidade técnica local. 
 
Em uma análise prévia, estabelecemos um projeto preliminar visando uma 
orientação quantitativa sobre a necessidade de equipamentos e componentes a 
serem empregados nas instalações: 
6 
01 
MÓDULOS 
FOTOVOLTAICOS 
02 
CABOS E 
CONEXÕES 
03 
INVERSORES 
04 
SISTEMA DE 
PROTEÇÃO 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
COLETA DE DADOS DA INSTALAÇÃO 
A coleta de dados no local da instalação após a pré-análise é fundamental para identificar a geometria da 
área onde se pretende executar o trabalho. Informações como orientação geografia e inclinação do plano 
para acomodação dos módulos fotovoltaicos estruturam toda a base conceitual do projeto executivo. 
 
Para ser assertivo sobre essas informações, é recomendável fazer uso de recursos auxiliares 
(equipamentos específicos) ou ainda aplicativos confiáveis que permitam a realização de um 
estudo/medição adequada. Entre as informações importantes do local, destacamos a orientação 
geográfica pela bússola (NORTE, SUL, LESTE OU OESTE) e a inclinação do plano de instalação dos módulos 
fotovoltaicos por meio de inclinômetro. 
7 
OBS: A MAIORIA DOS CELULARES ATUAIS POSSUEM TANTO UMA BUSSOLA 
QUANTO UM INCLINÔMETRO. SE NÃO TIVER, BUSQUE APLICATIVOS PARA BAIXAR 
QUE POSSAM DESEMPENHAR ESSAS FUNÇÕES 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
LEVANTAMENTO DO CONSUMO 
Para efetuar esse levantamento, deve-se ter acesso a uma fatura de energia e 
identificar o histórico de consumo de energia elétrica em kWh. 
8 
A foto acima contém informação de consumo da fatura de energia. Com esses 
valores, calcula-se a média de consumo de um mês durante as 12 medições 
efetuadas no histórico. 
MÉDIA MENSAL = (719+747+886+913...695+709)/12 
MÉDIA MENSAL = 809,33 kWh 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
LEVANTAMENTO DO CONSUMO 
A partir do valor médio mensal de energia, é possível determinar a quantidade de 
energia que os módulos deverão produzir para que tenhamos efetuado uma 
compensação total de energia durante um ano. 
 
No exemplo da foto anterior do histórico de consumo, encontramos o valor médio de 
809,33 KWh/mês consumido. A partir desse consumo médio mensal, pode-se 
descobrir o valor de energia que os módulos fotovoltaicos devem produzir durante 
um único dia. 
9 
MÉDIA DIÁRIA = 809,33/30 
MÉDIA DIÁRIA = 26,97 kWh/DIA 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
About Us 
INSERT YOUR GREAT SUBTITLE 
HERE 
Esse valor de irradiação pode ser 
alcançado aqui no Brasil durante o 
período de sol a pino, que varia entre as 
10 horas até aproximadamente às 15 
horas. 
 
Esses valores podem ser alterados de 
região para região e dependem também 
da inclinação do módulo. 
 
Dessa forma, verificamos que os módulos solares 
fotovoltaicos devem produzir em um dia uma quantidade 
de 26,97 KWh/dia, porém, esse valor é quebrado. 
 
Então, arredonda-se o valor para cima para demonstrar que 
deve-se produzir durante o dia uma energia equivalente a 27 
KWh/dia. 
 
Durante um dia convencional de verão, teríamos um total 
de 12 horas de sol, porém, a quantidade de energia solar 
que deve incidir nos módulos para produzirem energia 
equivalente à potência em laboratório teria que ser igual ou 
superior a 1.000 W/m• de irradiação. 
10 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
About Us 
INSERT YOUR GREAT SUBTITLE 
HERE 
Frequentemente, o nome dessa 
quantidade de horas em que o 
módulo irá produzir a quantidade 
máxima de energia é citado em 
manuais como Horas de Sol a Pico 
(HSP). 
Essas informações podem ser encontradas em dois 
bancos de dados disponíveis na internet: o Cresesb e o 
SWERA. 
 
Os dois bancos de dados disponibilizam a quantidade 
de HSP de cada região. Para o nosso exemplo, vamos 
usar o Cresesb. 
 
11 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
ENCONTRANDO A LOCALIZAÇÃO 
1) BUSQUE O 
NOME DA CIDADE 
SUBTITLE 
HERE 
2015 
12 
2) CLIQUE COM 
O BOTÃO 
DIREITO DO 
MOUSE EM 
CIMA DO MAPA 
E EM SEGUIDA 
CLIQUE EM “O 
QUE HÁ AQUI?” 
3) COPIE OS DADOS DE 
LATITUDE E LONGITUDE: 
 -20.283797, -40.302355 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DETERMINANDO A IRRADIAÇÃO 
COORDENADA GEOGRAFICA 
Para determinação das HSP, verifica-se a localidade (cidade) da instalação, dado a ser consultado na fatura de 
energia. A partir da localização da futura instalação, é possível definir a orientação geográfica do local (latitude 
e longitude), podendo ser utilizado para esse estudo ferramentas e/ou aplicativos confiáveis. 
 
Exemplificando a cidade de Vitória, os registros de orientação geográfica indicam: latitude 20.281689 e 
longitude 40.312485º. Com esses valores, e consultando o site do Cresesb, preenche-se as informações nas 
respectivas lacunas acima 
CLIQUE AQUI PARA ACESSAR O SITE DA CRESESB 
13 
Acionando o comando “Buscar”, o sistema é direcionado a uma página com as regiões mais 
próximas das coordenadas que informamos. 
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
http://www.cresesb.cepel.br/
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DETERMINANDO A IRRADIAÇÃO 
Ao clicar em buscar uma tabela igual a mostrada abaixo irá aparecer e é com ele que será feito o 
dimensionamento do sistema. 
 
Na tabela percebemos a presença de 4 valores e usaremos o mais adequado para cada situação. 
 
Caso o telhado esteja no plano horizontal ou seja sem inclinação e na instalação não houver a correção 
usaremos o valor do “Plano Horizontal” Médio (no caso 4,96). 
 
Caso o telhado tenha inclinaçãoou seja feita uma correção usaremos os demais valores médios (no caso 5,13). 
14 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DESCOBRINDO A POTENCIA PICO 
Com essas informações identificamos na tabela que a inclinação adequada de um módulo 
fotovoltaico será de 20°, pois nessa inclinação teremos a maior média anual de horas de sol a 
pico. 
 
Usando esse novo dado, é possível calcular a potência total do sistema e determinar a quantidade 
de módulos fotovoltaicos no sistema solar. 
15 
Ppico = MÉDIA DE CONSUMO DIÁRIA/HSP 
Ppico = 27/5,13 
Ppico = 5,26kWp 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
COEFICIENTE DE RENDIMENTO 
Nem tudo é perfeito. Como a potência pico que encontramos anteriormente, é imprescindível que 
determinemos o coeficiente de rendimento. 
Os coeficientes de perda energética sem variação mensal, como os “adimensionais” e os obtidos dos 
datasheets dos componentes PODEM ser ‘fixados’, a critério do projetista, se não considerar suas variações 
sazonais, como é o caso da sujeira e sombreamento (que podem aumentar ou até mesmo desaparecer, em 
alguns períodos do ano). A tabela abaixo exibe os valores adotados para os coeficientes de perdas energéticas 
que, neste projeto, foram considerados com pouca ou nenhuma variação entre os meses. 
16 
Fator de Desempenho Global 
O “Fator de Desempenho 
Global” (FDG), calculado 
através da equação abaixo, 
deverá ser feito para cada um 
dos meses do ano. 𝑭𝑫𝑮= 𝑪𝒔𝒐
𝒎𝒃∗𝑪𝒔𝒖𝒋∗𝑪𝒕𝒐𝒍∗𝑪𝒎𝒊𝒔∗𝑪𝒕𝒆𝒎𝒑
∗𝑪𝒄𝒄∗𝑪𝑺𝑷𝑴𝑷∗𝑪𝒊𝒏𝒗∗𝑪𝑪𝑨 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
COEFICIENTE DE RENDIMENTO 
Vamos agora, calcular o coeficiente na prática: 
17 
Fator de Desempenho Global 
O “Fator de Desempenho 
Global” (FDG), calculado 
através da equação abaixo, 
deverá ser feito para cada um 
dos meses do ano. 𝑭𝑫𝑮= 𝑪𝒔𝒐
𝒎𝒃∗𝑪𝒔𝒖𝒋∗𝑪𝒕𝒐𝒍∗𝑪𝒎𝒊𝒔∗𝑪𝒕𝒆𝒎𝒑
∗𝑪𝒄𝒄∗𝑪𝑺𝑷𝑴𝑷∗𝑪𝒊𝒏𝒗∗𝑪𝑪𝑨 
𝑭𝑫𝑮= 𝑪𝒔𝒐𝒎𝒃∗𝑪𝒔𝒖𝒋∗𝑪𝒕𝒐𝒍∗𝑪𝒎𝒊𝒔∗𝑪𝒕𝒆𝒎𝒑∗𝑪𝒄𝒄∗𝑪𝑺𝑷𝑴𝑷∗𝑪𝒊𝒏𝒗∗𝑪𝑪𝑨 
FDG = 0,95*0,98*1*0,98*0,99*0,98*0,95*0,99 
FDG= 0,83 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DESCOBRINDO A POTENCIA PICO - 
REAL 
Agora, de posse do fator de desempenho global, devemos chegar na potência ajustada do sistema 
fotovoltaico, considerando os fatores de perda. 
 
Lembrando que, esse fatora não tem nada a ver com inclinação. O fator de inclinação tem a ver 
com a latitude e longitude do local e também a orientação do telhado. 
18 
RELEMBRANDO: 
Ppico = MÉDIA DE CONSUMO DIÁRIA/HSP 
Ppico = 27/5,13 
Ppico = 5,26kWp 
 
UTILIZANDO O FATOR DE DESEMPENHO GLOBAL 
Nova Potência Pico = Ppico/FDG 
Nova Potência Pico = 5,26/0,83 
Nova Potência Pico = 6,34kWp 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
0
4
 P
A
S
S
O
 D
O
 
D
IM
E
N
S
IO
N
A
M
E
N
T
O
 
01 
LOCAL DA 
INSTALAÇÃO, 
LATITUDE, 
LONGITUDE E 
INCLINAÇÃO 
COLETA DE 
INFORMAÇÕES 
02 
ENTENDENDO O 
CONSUMO 
HISTÓRICO DO 
CLIENTE 
LEVANTAMENTO 
DO CONSUMO 
03 
ENCONTRANDO 
A IRRADIAÇÃO 
ATRAVÉS DO 
CRESESB 
DEFININDO A 
IRRADIAÇÃO 
04 
MÃOS A OBRA 
CALCULANDO O 
SISTEMA 
19 
RESUMO DA OPERA 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
CALCULO DE MÓDULOS 
20 
Para determinar a quantidade de módulos fotovoltaicos é 
importante consultar os capítulos anteriores e verificar 
como efetuar a correção da potência de um módulo a 
partir da temperatura ambiente. 
 
 Com base na correção efetuada anteriormente, usa-se o 
módulo já corrigido, que para uma temperatura 
ambiente de 25°C apresenta uma potência equivalente a 
330 W. 
 
Sabemos que precisamos fornecer a quantidade de 6,34 
KW. Utilizando módulos de 330 W, basta efetuar a divisão 
da potência do sistema pela potência do módulo usado. 
 
NUMERO DE MÓDULOS = 6,34(kWp)/0,33(kW) 
NUMERO DE MÓDULOS = 19,21 módulos 
 
OBSERVAÇÃO: SEMPRE VAMOS ARRENDORAR NO NUMERO DE 
MÓDULOS PARA CIMA, LOGO: 
 
NUMERO DE MÓDULOS: 20 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
ESCOLHA DO INVERSOR 
21 
Os inversores para conexão em sistemas fotovoltaicos 
convertem a energia produzida em DC (corrente 
contínua) para energia AC (corrente alternada). 
 
Há uma diferença fundamental entre os inversores de 
sistemas autônomos (off-grid) e inversores de sistemas 
conectados à rede (on-grid), em função da grandeza 
inserida nos sistemas: 
 
Inversores em sistemas off-grid: fornecem tensão elétrica 
em seus terminais de saída, em regime alternado, 
senoidal e pura. 
 
Inversores em sistemas on-grid: fornecem tensão elétrica 
em seus terminais de saída, em regime alternado, 
senoidal e pura, e somente operam nas circunstâncias 
em que estão conectados à rede elétrica. Na ausência de 
energia da concessionária, desconectam-se 
automaticamente devido à segurança operacional do 
sistema. 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
ESCOLHA DO INVERSOR 
22 
Para a determinação do inversor, utiliza-se como base a 
potência pico do sistema que, nesse caso, deve ser de 6 
KWp, especificando os inversores que iniciam seu range a 
partir dessa potência. 
 
Com base nesse valor, e utilizando manuais do fabricante, 
é possível eleger um inversor com potência (por exemplo, 
6KW pico), aos valores que o sistema exige, e que será 
entregue em seus terminais de energia. 
 
Como exemplo, na linha de inversores PRIMO, da Fronius, 
identifica-se que o inversor de 6 KWp pode operar com 
sobrepotência acima da nominal. 
 
Isso é possível em função do método de conversão de 
energia do inversor. Nesse exemplo, é apresentada uma 
eficiência de 95%. Portanto, opera-se um inversor em 
regime contínuo com 5% de sobrecarga, isto é, potência 
de 6,3. 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DIMENSIONAMENTO 
DE PROTEÇÕES 
23 
Visando estabelecer a segurança operacional do 
sistema e eventuais perturbações, os sistemas de 
proteção são instalados com o objetivo principal 
de limitar a extensão dos danos, principalmente 
em condições de curto-circuito. 
 
Para o adequado dimensionamento das proteções, 
duas características operativas do sistema devem 
ser levadas nas considerações iniciais: 
 
Tensão elétrica de operação do sistema; 
Corrente elétrica do sistema. 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DIMENSIONAMENTO 
DE PROTEÇÕES 
24 
A tensão elétrica do sistema solar fotovoltaico deve ser 
inferior às tensões de isolamento dos cabos, tensão de 
trabalho dos DPS e disjuntores de corrente contínua. 
 
Para limitação das correntes elétricas no sistema, são 
apropriados dispositivos contra sobrecorrentes (fusíveis e 
disjuntores), que devem ser ajustados em função da 
cadeia de componentes (inversor, cabos etc.). 
 
Esses dispositivos de proteção contra sobrecorrentes 
possuem a característica de tempo inverso, ou seja, 
quanto maior for a sobrecorrente passante, menor será o 
tempo de operação/atuação do dispositivo de proteção. 
 
A sobrecorrente é a alta magnitude da corrente, devido à 
sobrecarga ou curto-circuito 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
DIMENSIONAMENTO 
DE PROTEÇÕES 
25 
Ao se considerar um inversor de potência nominal de 6 
kWp, com corrente nominal máxima de 20 A. Os 
disjuntores são dimensionados para suportar em média 
até 20% de sobrecorrente do equipamento protegido 
(inversor): 
 
DJ = 20 • 1,2 = ~ 25 A 
 
Os fusíveis são dimensionados para operar com 90% da 
corrente nominal do equipamento protegido (inversor): 
 
FU = 20 • 0,9 = ~18 A 
 
A topologia do sistema de proteção define que o fusível 
tem a função principal sobre o sistema solar fotovoltaico 
e o disjuntor, o desligamento do circuito, atuando como 
componente de retaguarda. Outras topologias definem o 
disjuntor como elemento principal de proteção e fusíveis 
como elementos de retaguarda. 
w w w a c a d e m i a d o s o l . c o m . b r 
Conforme recomenda a Norma Regulamentadora Brasileira ABNT NBR 
5410/2004: Instalações Elétricas de Baixa Tensão, a equação abaixo 
determina a bitola mínima (secção transversal) do condutor,visando à 
operação contínua do sistema para suportar as condições termodinâmicas. 
Os materiais mais utilizados na confecção de cabos de condução de energia 
elétrica são cobre e alumínio. A =2 • l • I2 • 100/σ • P 
 
Onde: 
A = Área da seção transversal do cabo em mm2 
l = Comprimento do cabo em metros 
I = Corrente que irá circular dentro do condutor em amper 
σ = Condutância do material do cabo, sendo 58 =m/Ω.mm2 para cobre e 
36,59 =m/Ω.mm2 para alumínio 
P = Potência pico que irá passar pelo cabo 
 
Em instalações de sistemas fotovoltaicos, normalmente são utilizados 
condutores de cobre, em que a 20ºC apresentam tipicamente uma 
resistividade ρcu = 0,01724 Ω.mm2/m e coeficiente de variação com a 
temperatura de αcu = 0,0039/ºC. Os parâmetros reais a serem aplicados 
para os cabeamentos utilizados devem ser obtidos por consulta a datasheet 
(folha de dados) dos respectivos fabricantes. 
2626 
DIMENSIONAMENTO DE 
PROTEÇÕES