Sistemas de Energia Elétrica Dimensionamento de sistema fotovoltaico residencial on grid Icem

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LEVANTAMENTO DOS DADOS PARA O DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ON-
GRID RESIDENCIAL 
SILVEIRA, LEONARDO S., JUNIOR. H. L. PAULO., LEOPOLDO, JOÃO G., GEROMEL, GUILHERME. 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo 
Rua Diácono Jair de Oliveira, 1005 - Santa Rosa, Piracicaba - SP, 13414-155 
E-mails: leonardo.silveira@aluno.ifsp.edu.br; joao.leopoldo@aluno.ifsp.edu.br; 
phsljr@gmail.com 
Resumo A energia solar é associada à geração da energia elétrica através de placas fotovoltaicas, utilizando a luz do sol como fonte de 
energia. O trabalho tem como objetivo instruir o leitor das noções básicas de como proceder com um projeto de um sistema fotovoltaico 
on-grid, passando pelas principais etapa de dados que a serem levantados para as definições do escopo do projeto. 
Palavras-chave <Energia solar, energia renovável, energia limpa, silício, placa sola, placa fotovoltaica, inversores, stringbox, on-grid> 
 
1. Residência a ser implementada ao sistema 
 
A residência se encontra no estado de São 
Paulo no município de Icém, próximo a São José do 
Rio Preto, SP. O município possui latitude de 
aproximadamente 20º, 20’, 25’’ Sul e longitude 
49º.11’, 53’’ oeste. A casa aproximadamente 200 m² 
de área total; 60m² de área útil e para instalação das 
placas fotovoltaicas de aproximadamente 54m². Na 
figura 1.1, 1.2, 1.3, 1,4, respectivamente pode-se 
observar o telhado da casa onde serão instaladas as 
placas fotovoltaicas e as dimensões aproximadas da 
área útil do domicílio. 
 
Figura 1.1 Vista superior da residência no município de 
Icém, SP. 
 
FONTE: Google Earth, 2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2 Medição aproximada da área total do terreno 
 
FONTE: Google Earth, 2020 
 
Figura 1.3 Medição aproximada da área útil da casa 
(telhado) 
 
FONTE: Google Earth, 2020 
 
 
 
 
 
 
 
mailto:leonardo.silveira@aluno.ifsp.edu.br
mailto:phsljr@gmail.com
Figura 1.4 – Telhado da área 
 
 
Figura 1.5 – Telhado da casa 
 
 
Como se pode observar nas figuras 1.4 e 1.5, não há 
sombreamento sobre o telhado da residência em 
nenhuma hora do dia. 
 
2. Consumo médio mensal em Kwh nos últimos 12 
meses 
 
 A energia elétrica é distribuída pela 
concessionária CPFL paulista. O consumo médio da 
residência é de 158 KWh, conforme apresenta a figura 
2.1. 
 
Figura 2.1 Consumo médio nos últimos 12 meses. 
 
FONTE: CPFL paulista, 2020. 
Observe que os meses de maior consumo são 
próximos a datas comemorativas como feriado 
prolongado em outubro, novembro, natal em 
dezembro. Isto significa que o maior consumo da 
instalação está entre a primavera e o verão, onde há 
uma maior incidência de raios solares devido o ângulo 
de azimute da região, no solstício de verão, ser de 
64,6º proporcionando assim, maior extração do 
potencial da radiação do sol, através do sistema 
fotovoltaico. Como grau de comparação, no solstício 
de inverno, o ângulo de azimute da região é de 
aproximadamente 115,7º. Isso se deve por conta da 
inclinação da terra em relação ao sol, graças ao 
movimento que o nosso planeta tem em torno do sol, 
com duração de um ano, recebendo o nome de 
movimento de translação, o qual é responsável pelas 
estações do ano. 
 
3. Histórico de faturamento 
 
 Por se tratar de uma residência de uso 
sazonal, isto é, com uso apenas em épocas 
comemorativas como natal, férias (julho) e carnaval, 
o imóvel apresenta um baixo consumo de energia, 
sendo que a grande parte do consumo anual é 
responsáveis pelas bombas elétricas do sistema 
hidráulico como as da caixa da água e da piscina. 
Logo, em média, há um baixo valor na conta de luz, 
conforme apresentado na figura 3.1 
 
Figura 3.1 Histórico de faturamento em R$ reais 
 
FONTE: CPFL paulista, 2020. 
 
Observando o gráfico da Figura 3.1, o valor médio da 
fatura ao longo dos 10 últimos meses é de R$107,73 
ou R$1,300 anualmente. 
A instalação elétrica da residência é 
classificada como convencional B1 residencial – 
Bifásico 220/127V, conforme apresentado na figura 
3.2 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2 - Conta de luz da residência B1 – Bifásico 
220/127v 
 
 FONTE: CPFL paulista, 2020. 
 
Sendo assim, após a realização do orçamento 
do projeto, nas considerações finais, para este caso, 
será dado o veredito do custo-benefício do sistema 
fotovoltaico on-grid residencial é válida ou não a sua 
implementação. 
 
4. Dados de irradiação (HPS) 
 
 Para a requisição dos dados de irradiação 
(HSP), foi utilizado em conjunto os dados da 
LEBRAN para obter com maior precisão os dados de 
irradiação e os dados da CRESESB (Centro de 
Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito), 
o estudo redigido em um livro, Atlas Solarimétrico do 
Brasil, para se obter uma a inclinação necessária das 
placas e a irradiação média. 
 Primeiramente consultou-se no site da 
LEBRAN (Laboratório de Modelagem e Estudos de 
Recursos Renováveis de Energia) o IDs do município 
de Icém, conforme a figura 4.1. O IDs 
correspondentes são: 10692, 10693, 10512, 10513. 
Será utilizado também, os dados da CRESESB 
(Centro de Referência para Energia Solar e Eólica 
Sérgio Brito) para a análise da insolação diária. 
 
Figura 4.1 – ID da localização do município de Icém. 
 
 FONTE: LABREN, 2020. 
Com o IDs em mãos, inseriu-se o valor na 
tabela de irradiação direta normal e descobriu-se que 
a média anual diária, tem-se uma irradiação solar 
direta normal para a cidade de Icém 5022 Wh/m², 
conforme a figura 4.2 e 4.3. Para se ter uma ideia da 
relevância do resultado, para fins comparativos, na 
figura 4.4 e 4.5 serão apresentadas as informações de 
irradiação direta normal e da irradiação plano 
inclinado horizontal da metrópole de São Paulo 
capital. 
 
Figura 4.2 – Dados da irradiação solar direta normal da 
cidade de Icém em Wh/m².dia. 
 
FONTE: LABREN, 2020. 
 
Figura 4.3 – Dados da irradiação solar no plano inclinado 
no município de Icém. 
 
FONTE: CRESESB, 2020. 
 
Figura 4.4 – Dados da irradiação solar direta normal da 
metrópole de São Paulo em Wh/m² dia. 
 
FONTE: LABREN, 2020. 
 
Figura 4.5 – Dados da irradiação solar no plano horizontal 
na metrópole de São Paulo em Wh/m². dia. 
 
FONTE: LABREN, 2020. 
Na Figura 4.2 e 4.4, observa-se que a média 
anual diária de irradiação solar para a cidade de São 
Paulo é de 3689 Wh/m² e Icém 5022 Wh/m². Isto é, a 
cidade do interior uma irradiação solar de 1333 Wh/m² 
a mais que a capital. Para a irradiação solar no plano 
horizontal, a situação é a mesma. A produção média 
anual diária de São Paulo é de 4.44 MWh/m² e para 
Icém é de 6.19 MWh/m², ou seja 1.75 MWh/m² a mais 
que na capital. 
Comparando os gráficos das figuras 4.3 e 
4.5, observa-se que há uma queda natural no período 
de transição entre as estações do ano. A queda inicia-
se no final do verão (por volta no final de fevereiro) se 
estendendo até a metade do inverno (meados de 
junho). Isto é, na capital temos no início da queda (fev) 
de 4.66 KWh/m² para 3.15 KWh/m² (jun), 
representando uma redução de 32.40% na irradiação 
solar nesse período. Já mais adentro do continente, 
sofrendo menos com a influência marítima, Icém 
possui uma queda (fev) 6,01 KWh/m² para 3.89 
KWh/m², representando uma redução de 35.27%. 
Observando o comportamento da curva do gráfico na 
figura 4.5, verifica-se que na capital há uma queda 
relativamente abrupta e sem certa estabilidade, ou 
seja, resultará em uma produção de energia é instável 
durante esse período. Em comparação à Icém, a curva 
da redução da irradiação é mais estável, isto significa 
que, teoricamente, o rendimento da produção de 
energia elétrica através das placas fotovoltaicas será 
mais estável com uma perda de produção diária mais 
controlada do que em São Paulo. 
 
Tabela 4.1 – Dados da irradiação solar Cidade ICEM-SP. 
Cidade de Icém, SP HSP 
Janeiro 5,79 
Fevereiro 6,01 
Março 5,24 
Abril 4,97Maio 4,20 
Junho 3,89 
Julho 4,19 
Agosto 5,02 
Setembro 5,03 
Outubro 5,57 
Novembro 5,83 
Dezembro 6,19 
MÉDIA 5,16 
 
FONTE: [6] Cresesb Cepel, 2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Dados práticos HSP 
 
 Como discutido no tópico 1, no pior caso, a 
irradiação solar no plano inclinado médio anual é de 
5,38 KWh/m² diário. No pior caso, como apresenta a 
Figura 4.3 tem-se 4.85 KWh/m² dia no mês de junho 
e o melhor caso no mês de agosto em 5.9 KWh/m² dia. 
 
6. Demanda média prevista para os painéis 
 
Tabela 6.1 – Demanda média prevista para os painéis 
PERIODO CONSUMO 
MENSAL 
(kWh/mês) 
Janeiro 390 
Fevereiro 141 
Março 160 
Abril 227 
Maio 187 
Junho 130 
Julho 185 
Agosto 130 
Setembro 247 
Outubro 10 
Novembro 41 
Dezembro 56 
MÉDIA MENSAL 
ANUAL sem mínimo 
(50kW) 
109 
MÉDIA DIÁRIA 3,63 
DEMANDA Média 
kWh/mês 
0,15 
DEMANDA MELHOR 
CASO/ kWh/mês 
 
0,013 
DEMANDA PIOR CASO 
kWh/mês 
 
0,541667 
 
 
7. Dimensionamento do painel fotovoltaico 
 
 Por não se haver uma grande disposição de 
área devido ao sistema de aquecimento solar, do custo 
próximo de uma placa de menor potência e de um 
futuro aumento de carga, será utilizado a placa 
policristalina de 355w modelo half-cell CS3U 355P 
79780 da marca Canadian, a qual possui 12 ano de 
garantia e um rendimento médio de 18.5%. 
 
 
 
 
 
 
Figura 7.1 – Placa solar policristalina 355w Canadian 
 
FONTE: [7] Minha casa solar, 2020 
 
Sua demanda mínima prevista é de 0,013 kW e para a 
demanda máxima é de 0,541667 kW. Sendo a 
potência escolhida de 355W por placa, adotou-se a 
utilização pelo método da demanda média utilizando 
assim 3 placas fotovoltaicas. 
 
Características do Produto: 
• Potência máxima (Pmax): 355W 
• Número de células: 144 half-cell 
• Tensão de máxima potência (Vmp): 39,4V 
• Corrente da máxima potência (Imp): 9,02A 
• Tensão de circuito aberto (Voc): 46,8V 
• Corrente do curto-circuito (Isc): 9,59A 
• Tipo de células: Silício Policristalino 
• Eficiência do módulo: 19,89% 
• Tolerância de potência: 0 + - 5% 
• Tamanho do cabo traseiro: 55cm 
• Dimensões (mm): 2000 X 992 X 35 (mm) 
• Peso (Kg): 22,5 
 
8. Dimensionamento do inversor de frequência 
 
 Após a realização dos cálculos determinou-
se que o consumo médio mensal da residência é de 1 
kW. Logo, usando a Equação 8.1 e levando em 
considerações os dados apontados na Tabela 8.1 foi 
possível calcular a mesma, sendo assim optou-se pelo 
inversor de frequência de Growatt 1000 W 220V. 
Obs.: Foi estabelecido uma margem de segurança de 
20% a mais e a menos além das projeções de aumento 
de cargas futuras na escolha do Inversor de frequência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 8.1 – Demanda média prevista para os painéis 
Adotados pelo projetista, calculados 
ou encontradas no datasheet do 
equipamento 
 
Sujeira 2,00% 
Diferença entre módulos 1,00% 
Temperatura 14,00% 
Efeito Joule 1,00% 
Eficiência inversor 3,50% 
MPPT 1,00% 
 
Eficiência Total 78,91% 
 
 
 𝑃 =
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜(𝑘𝑊ℎ)
𝐻𝑆𝑃∗𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
 Equação (8.1) 
 
 
Figura 8.1 – Inversor de frequência Growatt 1000 W 220V 
 
FONTE: [8] Energy Shop, 2020 
 
Geral: 
Eficiência Máxima 97,2% 
 - Design Compacto 
 - Tecla sensível ao toque e display OLED 
 - Ampla faixa de tensão suportando redes rurais 
 - Serviços Online 
 
Dados de entrada: 
 Tensão máx. de entrada 500 VCC 
 Área de tensão MPP 50~500 VCC 
 Tensão nominal de entrada 180 VCC 
 Corrente DC máxima por MPPT 13A 
 Corrente de curto DC máxima por MPPT 16A 
 Rastreadores de MPP 1 
 Arranjo por MPPT 1 
 
 
 
 
Dados de saída: 
 Potência nominal de saída 1kW 
 Tensão nominal 230V (180V-280V) 
 Frequência nominal 60Hz 
 Corrente máx. de saída 5A 
 Eficiência máxima 97.2% 
 THDi <3% 
 
Dispositivos de proteção: 
 - Proteção contra polaridade reversa CC 
 - Chave Seccionadora 
 - Proteção de sobretensão CC 
 - Proteção de sobrecorrente de saída 
 - Monitoramento de falta de terra 
 - Monitoramento da rede elétrica 
 - Monitoramento de corrente de fuga em todos os 
pólos 
 
9. Conexão dos painéis (série/paralelo) 
 
Para se estabelecer as conexões dos painéis 
(série paralelo) que garanta o funcionamento do 
algoritmo de máxima potência (MPP) do inversor de 
frequência e também garantir que o inversor não seja 
danificado quando os painéis estiverem sem carga 
(tensão de circuito aberto), foi verificado os limites de 
corrente de entrada do inversor com relação ao total 
de saída das placas com ambas as associação de 
ligação serie e paralela. Seguindo a especificações 
determinadas pelo fabricante do inversor optou-se 
pela associação em serie, devido não exceder os níveis 
de tensão e corrente gerada. 
 
3 placas ligadas em serie: 
• Tensão máxima de entrada: 3 x 
46,8V=140,4Vmax cir. Aberto (Placa) < 
500V Max. Tensão CC entrada (Inversor) 
• Corrente máxima de entrada: 3 Placas 
ligadas em serie: 9,02A 
 
10. Verificação das variações de temperatura 
 
 As variações da temperatura não interferem 
no funcionamento do sistema, pois o mesmo foi 
superdimensionado para atender a carga atual e as 
futuras cargas. 
 
11. Dimensionamento dos condutores 
 
O Cabo de 2,5mm atenderia a instalação, 
conforme a norma NBR 5410, entretanto após 
pesquisas de profissionais na área, recomenda-se a 
utilização de cabo flexível de 6mm² (sob 
dimensionado). Da entrada da energia da 
concessionária, ou seja, da caixa de medição direta, 
para o QDC da residência, pela normativa da 
concessionária, deve-se utilizar cabos de 10mm². 
 
12. Stringbox 
 
Devido a configuração de ligação das placas 
solares, optou-se por implementar apenas uma 
Stringbox (figura 12.1) na entrada do inversor. 
Portanto a proteção do arranjo deverá 
atender: 
 
1,25.ISC-ARRANJO < In < 2,4.ISC-ARRANJO 
1,25x 9,59A<9,02A>2,41X 9,59A 
11,98A<9,02A> 23,11A 
 
Figura 12.1 – Stringbox 1 entrada/1 saída. 
 
 Fonte: [9] MS Energia Solar, 2020 
 
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS: 
• Quadro elétrico dentro das normas IEC 61439 
e/ou ABNT NBR IEC 60439 
• Índice de proteção mínimo: IP65 
• Chave seccionadora em corrente contínua 
com corrente nominal mínima de 32A e 
1000VDC de tensão nominal mínima 
• DPS com tensão nominal de 1000VDC, 
corrente nominal de 20kA e corrente nominal 
máxima de 40kA 
• Fusível com tensão nominal de 
1000VDC e corrente de 15A 
 
13. 
Aplicação e Retorno do investimento (em 
reais) 
 
Custo Total: $4767,2 
• 3 painéis fotovoltaicos: 3x662,4 = R$1987,2 
• Inversor: R$2051,00 
• 1 Stringbox: R$729,00 
 
 
Recuperação do investimento 
• Consumo médio anual/mensal: 159 kW=R$ 
135,00 
• Consumo médio anual/mensal a ser efetuada 
correção:109kWh=R$ 92,65 
• Preço da conta R$ 0,85 por kWh – CPFL 
2020 
 
Portanto com a implementação do sistema temos 
uma economia média anual de 92,65 reais, tendo 
retorno do investimento em aproximadamente 4 anos 
e 4 meses. 
 
 
14. Bibliografia 
 
[1] B. Paulo, Bretones. S. Paulo “Variação da 
posição de nascimento do Sol em função da 
latitude” RBEF, vol. 38, nº 3, e3307, 2016. 
 
[2] Aneel “Energia solar”, 2005. 
 
[3] G. B. Aquiles, José. “Energia solar fotovoltaica” 
PEA-EPUSP, 2019. 
 
[4] P. B. Ênio, M. R. Fernando, G. R. André, C. S. 
Rodrigo, L. J. Francisco, R. Ricardo, A. L. Samuel, T. 
M. Gerson, P. M. Silvia, S. G. Jefferson. “Atlas 
brasileiro de energia solar” LABREN, CCST, INPE, 
vol. 2, São José dos Campos, 2017. 
 
[5] A. Ricardo, A. José, L. M. Flávio. Milton, 
“Energia Solar Paulista, Levantamento de 
Potencial” Secretaria de Energia Subsecretaria de 
Energias Renováveis, vol. 1, fevereiro, 2013. 
 
[6]http://www.cresesb.cepel.br/index.php#data, 
acessado 20 de setembro de 2020 às 13:05. 
 
[7]https://www.minhacasasolar.com.br/produto/pain
el-solar-355w-half-cell-canadian-solar-cs3u-355p-
79780, acessado 20 de setembro às 11:47.[8]https://www.energyshop.com.br/inversor-
solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-
monofasico-220v-
1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRD
dARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-
skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEA
Lw_wcB, acessado 19 de setembro de 2020 às 15:31. 
 
 
 
[9]https://www.energyshop.com.br/inversor-
solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-
monofasico-220v-
1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRD
dARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-
skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEA
Lw_wcB, acessado 19 de setembro de 2020 às 15:31. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
https://www.energyshop.com.br/inversor-solar/inversor-grid-tie/inversor-grid-tie-growatt-1kw-monofasico-220v-1mppt?parceiro=9109&gclid=Cj0KCQjwnqH7BRDdARIsACTSAdus_7oAku1AilX7kIJpXV-skcMbXzBT22soxJ48ykmaK1wiVapNIREaAr3EEALw_wcB
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