PDF 2 - Exemplo de dimensionamento 02

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Engº. Lucas S. Santana 
CREA-SP 5069860306 
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 Introdução aos Sistemas Fotovoltaicos 
Unidade Didática 05:
 
 
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SUMÁRIO 
1. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 02 ................................................................ 5 
1.1 Energia total consumida pela carga ............................................................. 5 
1.2 Esquema típico de sistema fotovoltaico ...................................................... 5 
1.3 Definição do inversor fotovoltaico .............................................................. 5 
1.4 Bateria ........................................................................................................ 8 
1.4.1 Baterias em série ........................................................................................ 9 
1.4.2 Baterias em paralelo ................................................................................... 9 
1.5 Arranjo fotovoltaico .................................................................................... 9 
1.5.1 Inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos ................................................ 10 
1.5.2 Fator K para correção do HSP ................................................................... 10 
1.5.3 Correção da potência nominal ................................................................. 10 
1.5.4 Cálculo dos módulos em série................................................................... 12 
1.5.5 Cálculo dos módulos em paralelo ............................................................. 12 
1.6 Controlador de carga ................................................................................ 12 
2. Resultado ........................................................................................................ 14 
 
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1. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 02 
Pretende-se desenvolver um sistema fotovoltaico autônomo com armazenamento de 
energia para alimentar as seguintes cargas elétricas abaixo: 
Qtde. Item Tensão Potência Unit. Consumo Unit. 
01 Geladeira 375 litros 127 V 110 W 54 kWh*mês 
04 Lâmpada LED 127 V 15 W 0,9 kWh*mês 
01 Televisão 127 V 48 W 4,32 kWh*mês 
 
O sistema fotovoltaico será instalado no município de Ribeirão Preto, estado de São 
Paulo. As cargas permanecerão em funcionamento diário. Os ciclos de carga/descarga 
das baterias serão diários, com autonomia também diária. 
A sequência de cálculo a seguir dizem respeito ao desenvolvimento do projeto 
fotovoltaico estudado. 
1.1 ENERGIA TOTAL CONSUMIDA PELA CARGA 
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 54 + 3,6 + 4,32 = 61,92 𝑘𝑊ℎ ∗ 𝑚ê𝑠 
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 
61,92
30
= 2,064 𝑘𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 
1.2 ESQUEMA TÍPICO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO 
 
 
 
1.3 DEFINIÇÃO DO INVERSOR FOTOVOLTAICO 
Para a escolha o inversor, deve-se levar em consideração a tensão nominal de saída dos 
equipamentos e a capacidade de potência nominal fornecida em regime contínuo. Para 
Módulo 
fotovoltaico
Controlador de 
carga
Inversor Carga elétrica
Baterias 
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tanto, calcula-se a potência total demandada pelas cargas elétricas no pior regime de 
operação, quando todas estão em funcionamento ao tempo. Dessa forma, a potência 
resultante é de 110 + 60 + 48 = 218 W. 
A melhor eficiência de um conversor acontece quando este controla potências entre 
50% e 70% da sua capacidade nominal. Portanto, o inversor adequado terá a potência 
entre os resultados das seguintes equações: 
218
0,7
< 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 <
218
0,5
 
311,42 𝑊 < 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 < 436 𝑊 
 
O inversor EPEVER IP500-21 a seguir fornece 400 W de potência nominal em regime 
contínuo, com tensão de saída CA em 110-120 V e tensão de entrada CC em 24 V. 
 
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Figura 1 – Datasheet do inversor fotovoltaico. Fonte: 
https://www.neosolar.com.br/loja/fileuploader/download/download/?d=1&file=custom%2Fupload%2FFile-
1569352538.pdf 
O rendimento energético do inversor é de 91%. Como consequência, existe 9% de perda 
na conversão de energia. Dessa forma, a quantidade de energia que deve chegar ao 
inversor é 9% maior que a consumida pela carga. Por isso, inicialmente serão calculados 
os valores para o inversor: 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 =
2,064 𝑘𝑊ℎ
0,91
≈ 2,26 𝑘𝑊ℎ 
Antes de iniciarmos o dimensionamento do banco de baterias, é preciso considerar as 
perdas envolvidas no processo de geração da energia e rendimento global do sistema 
fotovoltaico. Para sistemas autônomos, em média, o rendimento global está em 89%. 
Por isso, a energia real que deve ser gerada diariamente leva em consideração esse 
fator. 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 =
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙
 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 =
2,26 𝑘𝑊ℎ
0,89
≈ 2.539 𝑊ℎ 
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1.4 BATERIA 
O banco de baterias para esse sistema fotovoltaico deve ser capaz de armazenar energia 
elétrica para 01 dia de autonomia sob a tensão nominal de 24 V. 
Deve-se também prestar atenção à profundidade de descarga (Pd) desejado. Para o 
dimensionamento estudado, será utilizado o Pd = 60%, ou seja, ao final de 01 dia de 
autonomia do sistema, as baterias terão se descarregado em 60%. 
O próximo passo é calcular o quanto de carga elétrica (Ah) será fornecido pelas baterias 
às cargas, através da capacidade útil. 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 ú𝑡𝑖𝑙 = 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 ú𝑡𝑖𝑙 = 
2.539 ∗ 1
24
= 105,79 𝐴ℎ 
Como o banco de baterias não pode se descarregar de 100%, o valor da capacidade útil 
corresponde a quantidade de carga elétrica destinada à profundidade de descarga total. 
Portanto, se 105,79 Ah equivale a 60% da capacidade total da bateria, quanto vale 
100%? 
Para isso, calcula-se a capacidade real do banco. 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒ú𝑡𝑖𝑙
𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 
105,79
0,6
≈ 176,32 𝐴ℎ 
Finalmente, podemos definir qual modelo bateria utilizar. Lembrando que deve-se 
prestar muita atenção na tensão nominal da bateria e do sistema fotovoltaico. 
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Figura 2 - Datasheet da bateria. Fonte: 
https://www.neosolar.com.br/loja/fileuploader/download/download/?d=1&file=custom%2Fupload%2FFile-
1583267182.pdf 
1.4.1 Baterias em série 
Para o cálculo da quantidade de baterias em série no circuito elétrico, divide-se a tensão 
do sistema fotovoltaico pela tensão nominal da bateria. 
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑠é𝑟𝑖𝑒 =
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑖𝑐𝑜
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
=
24 𝑉
13,2 𝑉
= 2 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 
1.4.2 Baterias em paralelo 
Para o cálculo da quantidade de baterias em paralelo, divide-se a capacidade real do 
circuito pela capacidade de carga elétrica (Ah) do modelo escolhido de bateria. No 
exemplo estudado, o modelo escolhido é o DF2000 de 105 Ah (C20). 
𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
=
176,32 𝐴ℎ
105 𝐴ℎ
= 2 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 
1.5 ARRANJO FOTOVOLTAICO 
O cálculo do arranjo fotovoltaico é um dos últimos passos a ser feito no processo de 
desenvolvimento de um sistema fotovoltaico. Para tanto, assim como todos os outros 
componentes, devemos respeitar o limite de tensão do sistema, em 24 V. 
Considerando as condições climáticas e solarimétricas de Ribeirão Preto, tem-se as 
seguintes informações: 
 
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• Latitude = 21,301º; 
• Longitude = 47,949º; 
• Temperatura ambiente média = 29ºC; 
1.5.1 Inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos 
𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 1,25 ∗ 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 
𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 1,25 ∗ 21,301 = 26,62º 
1.5.2 Fator K para correção do HSP 
Utilizando a tabela do Fator K, corrige-se os valores mensais de HSP para a inclinação 
tabelada mais próxima da real, em 25º. 
 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 
PLANO 
HORIZONTAL 
5,72 5,96 5,18 4,8 4,09 3,88 4,06 4,91 4,95 5,5 5,74 6,12 
FATOR K 
(25º) 
0,90 0,96 1,05 1,13 1,19 1,19 1,15 1,10 1,03 0,96 0,91 0,88 
HSP 
CORRIGIDO 
5,15 5,72 5,44 5,42 4,87 4,62 4,67 5,40 5,10 5,28 5,22 5,39 
 
Para um sistema fotovoltaico autônomo, utiliza-se o menor valor de HSP do ano para o 
dimensionamento do conjunto fotovoltaico. Dessa forma, o HSP considerado é de 4,62 
horas. 
1.5.3 Correção da potência nominal 
Através do coeficiente de temperatura para correção da potência nominal do módulo 
fotovoltaico, obtém-se o valor real da potência do módulo utilizada no desenvolvimento 
do projeto. 
Para o exemplo estudado, utiliza-se o painel fotovoltaico RESUN RSM-100P. 
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Figura 3 - Datasheet do módulo fotovoltaico. Fonte: 
https://www.neosolar.com.br/loja/fileuploader/download/download/?d=1&file=custom%2Fupload%2FFile-
1581102865.pdf 
 
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = 29º𝐶 ∗ (−0,39%/º𝐶) 
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = −11,31% 
Como a potência nominal do módulo é de 100 W, quando aplicado sob temperatura 
ambiente de 29ºC, tem-se como resultado: 
𝑃𝑚𝑎𝑥𝑟𝑒𝑎𝑙 = 100 ∗ (1 − 0,1131) = 88,69 𝑊 
O painel fotovoltaico deve gerar a energia para um dia de trabalho, armazenando-a no 
banco de baterias. É necessário considerar o tipo de controlador de carga que será 
utilizado, pois ele determina o aproveitamento da potência gerada pelos módulos 
fotovoltaicos. Os controladores de carga com MPPT são mais eficientes e conseguem 
melhor rendimento, mas são mais caros e só estão disponíveis em potências maiores. 
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Os controladores de carga sem MPPT provocam pequenas perdas durante o seu 
funcionamento e devem ser consideradas. 
Quando se utiliza controladores de carga com MPPT, a energia que o painel fotovoltaico 
deve gerar será igual à Energia real diária. Ao se utilizar controladores sem MPPT, o 
painel fotovoltaico deve gerar pelo menos 10% a mais que a Energia real diária para 
compensar as perdas nos controladores. 
No exemplo deste estudo, usaremos controladores de carga COM MPPT. Por isso, a 
Energia real diária não será alterada. 
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑗𝑜 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑖𝑐𝑜 = 2.539 𝑊ℎ 
1.5.4 Cálculo dos módulos em série 
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = 29º𝐶 ∗ (−0,39%/º𝐶) 
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = −11,31% 
Como a tensão nominal do módulo é de 17,40 V, quando aplicado sob temperatura 
ambiente de 29ºC, tem-se como resultado: 
𝑉𝑚𝑝𝑟𝑒𝑎𝑙 = 17,40 ∗ (1 − 0,1131) = 15,43 𝑉 
𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚 𝑠é𝑟𝑖𝑒 =
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑜 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜
=
24 𝑉
15,43 𝑉
= 2 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 
1.5.5 Cálculo dos módulos em paralelo 
𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =
2.539
15,43
5,75 ∗ (1 − 0,1131) ∗ 4,62 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
≈ 6,98 = 7 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 
1.6 CONTROLADOR DE CARGA 
O controlador de carga deve ter a capacidade de fornecer a quantidade de corrente 
solicitada pela carga elétrica, sob a tensão nominal de 24 V do inversor autônomo, com 
um fator de segurança em 25%. 
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠𝑎í𝑑𝑎 =
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
∗ 1,25 
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𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠𝑎í𝑑𝑎 =
218
24
∗ 1,25 = 11,35 𝐴 
Por outro lado, o controlador também precisa suportar à corrente máxima fornecida 
pelo conjunto de painéis fotovoltaicos. Essa corrente, por sua vez, é a Isc corrigida pela 
temperatura ambiente. 
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐼𝑠𝑐 ∗ 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 ∗ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝. 
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 6,04 ∗ 7 ∗ (1 + 0,0005 ∗ 29º𝐶) 
𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 42,89 𝐴 
Para o exemplo, utiliza-se o controlador EPEVER Tracer 5210 AN que possui capacidade 
de fornecer 50 A sob tensão nominal de 12 ou 24 V. 
 
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Figura 4 - Datasheet do controlador de carga. Fonte: 
https://www.neosolar.com.br/loja/fileuploader/download/download/?d=1&file=custom%2Fupload%2FFile-
1557346658.pdf 
2. RESULTADO 
01 inversor EPEVER IP500-22 de 400 W em tensão CA 120 V e tensão CC 24 V; 
02 conjuntos em paralelo de 02 baterias DF2000 em série; 
01 controlador de carga EPEVER Tracer 5210 NA; 
07 strings de 02 módulos RESUN RSM-100P em série; 
 
 
 
 
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Figura 5 - Esquema elétrico. Fonte: autor. 
 
 
 
 
Figura 1 - Esquemático do projeto fotovoltaico autônomo. Fonte: autor. 
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