Energia Solar Fotovoltaica - Enunciado

Prévia do material em texto

Caso Prático 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caso Prático 
Energia Solar Fotovoltaica 
 
 
 
Caso Prático 2 
 
Caso Prático 
Título do Módulo 
 
OBJETIVOS 
 
O objetivo do presente caso prático é revisar os conteúdos do módulo de Energia Solar Fotovoltaica. 
Dividiu-se o caso prático em 7 partes, na primeira pretende-se que o aluno identifique os 
parâmetros elétricos da curva característica intensidade-tensão e potência-tensão de um módulo 
fotovoltaico. O objetivo da parte 2 é calcular os coeficientes de temperatura para a intensidade de 
corrente de curto-circuito (alfa), a tensão de circuito aberto (beta) e a potência máxima (gamma). O 
cálculo será realizado a partir dos dados de três curvas características intensidade tensão (a curva 
em Condições Padrão de Medida do exercício 1 e duas curvas adicionais). A parte 3 aplica correções 
aos parâmetros do módulo que está sendo analisado. A seguir, na parte 4 são determinados os 
ângulos de inclinação ideais para obter uma incidência da radiação solar normal ou perpendicular ao 
módulo (depreende-se de seu componente direto). A evolução do Sol no céu de acordo com a 
localização do observador na superfície da Terra é descrita de modo interativo na parte 5. A parte 6 
permite familiarizar-se com os conceitos de irradiação e produção energética a distintas inclinações. 
Finalmente, a parte 7 propõe o dimensionamento de um pequeno hospital rural a fim de que o 
aluno se familiarize com os conceitos expostos no módulo. 
 
 
ENUNCIADO 
 
PARTE 1 
No arquivo “Curvas IV e Sol.xls” folha “exercício 1_proposto”, a curva i-v representada é uma 
medida realizada em um simulador solar tipo flash, de categoria AAA (IEC 60904-9), em Condições 
Padrão de Medida. Está realizada iluminando momentaneamente (10 ms aprox.) o módulo FV 
mediante o disparo de um único flash, ao mesmo tempo que uma carga eletrônica impõe valores de 
tensão de trabalho crescentes (250 valores). Obtém-se duas colunas de dados: os valores de tensão 
sucessivamente impostos pela carga eletrônica ao módulo (células B15:B264) e os correspondentes 
valores de corrente (C15:C264), que para cada tensão entrega o módulo fotovoltaico. Os dados de 
potência (células D15:D264) são apenas o produto das duas anteriores. 
O aluno deve introduzir os dados de Isc e Voc manualmente (células B3 e B4). Os valores de potência 
máxima, intensidade e tensão no ponto de máxima potência (Pmpp1, Impp1 e Vmpp1) estão ligados ao 
 
 
Caso Prático 3 
 
ponto apresentado pelo mouse (células A12:D12), de modo que apenas serão corretos quando este 
esteja localizado sobre o verdadeiro ponto de potência máxima. Encontre este ponto. Uma vez ali, 
as células B8 de Fator de Forma (FF, "Fill Factor"), B9 de Eficiência relativa à área do módulo e B10 
relativa à área das células tomarão os valores reais correspondentes à máxima potência do módulo 
fotovoltaico. Comprove todos os parâmetros. 
PARTE 2 
No arquivo “Curvas IV e Sol.xls” na folha “exercício 2_proposto”, preencha manualmente Isc2 e Voc2. 
Posicione o mouse no ponto de máxima potência para obter os valores corretos em B5:B10). 
Posteriormente, verifique (calcule e compare) os resultados obtidos nas células D4:D10. 
Na mesma folha, preencha manualmente Isc3 e Voc3. Posicione o mouse no ponto de máxima 
potência para obter os valores corretos em F5:F10). Posteriormente verifique (calcule e compare) os 
resultados obtidos nas células H4:H10. 
Os cálculos dos coeficientes já foram realizados, tomando como dados os das curvas 1-2 (nas células 
D4:D10) e das curvas 1-3 (em células H4:H10). Tente realizar você mesmo os cálculos com os dados 
das curvas 2 e 3. Preste especial atenção para expressar o resultado obtido como % com relação à 
curva medida em Condições Padrão de Medida. Compare os novos valores com os obtidos 
previamente e recalcule os valores médios. 
A fim de aprender mais, porque não saem exatamente os mesmos resultados em todas as curvas? 
Em todo processo de medida existem vários fatores que geram erro, de modo que o resultado 
costuma ser expressado como um valor médio e um intervalo de incerteza. Na prática, para o 
cálculo dos coeficientes de temperatura mede-se um amplo conjunto (aprox. 10) de curvas na 
mesma irradiância e com distintas temperaturas, representando posteriormente em gráficos 
separados a Isc, a Voc e a Pmpp com relação à Temperatura. O coeficiente será a pendente da 
regressão linear efetuada em cada uno destes gráficos. 
Já foram realizados os cálculos dos coeficientes, com base nos dados das curvas 1-2 (nas células 
D4:D10) e das curvas 1-3 (nas células H4:H10). Tente realizar você mesmo os cálculos com os dados 
das curvas 2 e 3. Preste especial atenção para expressar o resultado obtido como % com relação à 
curva medida em Condições Padrão de Medida. Compare os novos valores com os obtidos 
previamente e recalcule os valores médios. 
PARTE 3 
Na curva original, preencha os dados de Isc e Voc e posicione o mouse no ponto de máxima potência. 
Estabeleça a Irradiância e Temperatura da curva corrigida. Complete os dados de Isc_corr. e Voc_corr. 
Tente introduzir você mesmo as fórmulas das células de tensão (F15:F264) e intensidade (G15:G264) 
da curva corrigida, conforme as equações mostradas. 
PARTE 4 
Na folha “exercício 4_proposto” escolha o ano desejado para a observação e estabeleça o número 
de dias do ano de seus solstícios e equinócios nas células (i5:L5). Conforme as fórmulas estudadas, 
determine para os dias considerados, o ângulo diário (i6:L6) e o ângulo de declinação (i7:L8). A partir 
 
 
Caso Prático 4 
 
de um valor horário qualquer (entre 0 e 24 horas, escolha 12 para obter a máxima elevação solar do 
dia), calcule o ângulo horário (células i10:L10). A partir da latitude das cidades escolhidas (para o 
exemplo utilizaram-se as capitais das Nações da Área ALC, usando como fonte Google Earth, e 
convertendo as coordenadas mediante o conversor fornecido nas células A1:D5). O comprimento é 
fornecido apenas a efeito informativo. A partir dos dados anteriores, utilize a fórmula do ângulo de 
elevação solar para determinar os valores para cada dia e cidade (células i12:L24). Na tabela 
formada pelas células (i27:L39), anote os ângulos complementários (ângulo zenital). Um módulo FV 
com orientação Norte no Hemisfério Sul e orientação Sul no Hemisfério Norte, e com elevação igual 
ao ângulo zenital, recebe a radiação direta com uma direção normal ou perpendicular a seu plano. 
PARTE 5 
No arquivo de exercícios na folha “saber mais_posição solar” se adiciona, como ferramenta de 
cálculo, uma utilidade de localização da posição solar. 
PARTE 6 
Fornece-se o arquivo Excel “Irradiação Santiago do Chile.xls”, em que são apresentados os dados de 
irradiação horários e a distintas inclinações para a cidade de Santiago do Chile. Estes dados foram 
obtidos com o programa Meteonorm, versão 6.1. Além disso, incluem-se neste arquivo os dados 
característicos de um módulo tipo em condições padrão de medida. 
Utilizando os dados contidos no arquivo, na janela da folha Excel “irradiação Santiago do Chile”, 
calcule a energia anual (em kWh) gerada pelo módulo tipo indicado nessa mesma folha, supondo 
que estivesse colocado na horizontal e em alguma das inclinações para as que se fornecem dados de 
radiação. Calcule também as energias mensais em kWh. 
NOTA: No mesmo arquivo está a solução. A janela “dados cálculos” fornece os cálculos horários para 
cada inclinação. A janela “solução” mostra a energia gerada para cada mês e anual. Ademais, as 
janelas “Graf energia” e “graf temps” mostram alguns gráficos interessantes. 
PARTE 7 
Pretendemos estimar o tamanho dos componentes do sistema fotovoltaico de um pequeno hospital 
rural com fez quartos, um escritório médico, uma sala de curas, uma sala comunitária multiusos 
(para visitas, relaxamento de os pacientes e pessoal do hospital, etc.). No arquivo “Hospital Rural 
DADOS+SOLUCION.xls” folha “Consumos diários” detalham-se os equipamentos (cargas)que serão 
instaladas, a potência que consumem, o número de horas diárias estimadas de conexão de cada 
equipamento e se funcionam conectadas ao inversor ou regulador. Sugere-se que os exercícios 
sejam realizados nas células em verde que aparecem em cada folha do arquivo. O arquivo incorpora 
para cada uma das folhas de cálculo com dados, uma folha de cálculo como nome idêntico, que 
incorpora a palavra “solução” contendo tanto os dados, quanto a resolução de cada problema. 
Na pagina "carga e bateria” figuram os dados dos componentes do sistema fotovoltaico: São 
sugeridos dados iniciais para os inversores, reguladores, baterias e cabos. Uma vez realizado o 
cálculo, é possível que estes dados genéricos não coincidam plenamente com os dos dispositivos 
reais. 
 
 
Caso Prático 5 
 
Supondo que sejam necessários 7 dias de autonomia e que as baterias instaladas, bem como as 
cargas de CC, funcionam a 24 V, calcule o valor da energia diária requerida e da capacidade da 
bateria. Considere que neste sistema o regulador precede o inversor e, portanto, a eficiência do 
regulador afeta tanto a as cargas de CC, quanto o inversor e as cargas de CA. Com relação ao 
inversor, que potência nominal você propõe? 
Anteriormente foram calculadas as energias médias mensais por metro quadrado a diferentes 
inclinações (horizontal, 230, 330 e 430), cerca de Santiago do Chile. A partir desse cálculo e seguindo 
o método proposto neste curso, calcule a tabela de Horas Solares Pico diárias para cada mês (ignorar 
meses bissextos). Calcule o tamanho e inclinação ideais do gerador solar, considerando os valores de 
inclinação apresentados na tabela. Considere que na tabela de consumos são considerados 
consumos diários e na tabela de radiação são dados valores médios mensais. 
 
 
 
Resolva o caso e o compare com a resposta que lhe será entregue . 
 
 
 
DURAÇÃO ESTIMADA 
 
Duração 4 h