Dimensionamento dos módulos solares e do inversor
Esta apresentação
tem a intenção de fornecer esclarecimento para pessoas até sem
conhecimento de eletricidade e especificamente deste tipo de geração
de energia elétrica através de sistema solar fotovoltaico, e ao final venha aprender como dimensionar dois dos equipamentos importantes na geração de energia através dos raios solares.
Este Sistema SolarFotovoltaico é o ONGRID, ou seja, conectado a rede elétrica da
concessionária que permite a troca de energia com a concessionária
gerando crédidos que podem abater na conta de luz. Se você quiser
saber mais sobre o assunto clique aqui.
Ao final você
saberá determinar quantos módulos solares e qual o inversor de
frequência serão necessários para gerar a energia elétrica,
cobrindo em mais de 90% do consumo de sua residência.
Então peço que seja
paciente e fique até o final deste artigo.
O que é necessários
5 Itens são
necessários para se calcular o sistema, são eles:
1. A fórmula que
determina a capacidade de suprimento de energia elétrica do SSFV;
2. A conta de
energia elétrica para que possamos coletarmos os dados necessários;
3. A localização
da residência onde iremos colher a localização geográfica;
4. O O tempo de
exposição solar que os módulos serão submetidos a irradiação
solar diariamente;
5. Determinação
das dos índices de perdas de energia para definir o rendimento do
sistema.
Fórmula Potência de geração
Energia de geração
que é a energia em kWh que o sistema terá que gerar para atender ao
consumo de energia elétrica requerido pelos funcionamentos dos
equipamentos elétricos da residência.
Tempo de exposição
é o tempo médio diário de irradiação solar no local onde o
sistema vai ser instalado.
Rendimento
(ɳ) é a eficiência do sistema que considera as perdas de energia
elétrica devido a temperatura, incompatibilidade elétrica, perdas
pelo efeito joule nos cabos elétricos, perdas pela transformação
de energia no inversor e eficiência dos módulos solares.
Com
estes fatores vamos encontrar a Potência total do sistema solarfotovoltaico.
Dados da conta de luz
Para
dimensionamento da capacidade de geração é muito importante
obtermos os dados da conta de energia elétrica. Sendo assim, vamos
utilizar uma conta real para darmos exemplo e peço que siga todos os
passos seguintes deste vídeo.
Então
tenha em mãos uma conta de energia elétrica da residência onde
deseja implantar o sistema.
Obtenha
os consumos dos últimos 12 meses e tire a média somando cada
consumo e dividindo por 12.
Anote
este valor médio do consumo no nosso caso o valor encontrado é
386,50 kWh.
Temos
que descontar consumo mínimo de disponibilidade do sistema elétrico
que é resulta numa taxa mínima que o consumidor tem que pagar,
mesmo sem consumir energia, para garantir a disponibilidade do
sistema elétrico conectado a residência com capacidade de
suprimento imediato.
O
valor de energia de consumo mínimo definido deve considerar o tipo
de ligação que a residência é atendida e estabelece o seguinte:
Para
ligação monofásico: 30 kWh
Para
ligação bifásica: 50 kWh
Para
ligação trifásica: 100 kWh
Vá
até a sua conta de energia elétrica e encontre o tipo de ligação
para definir o consumo mínimo.
Na
nossa conta de energia a nossa ligação é bifásica logo iremos
utilizar o consumo mínimo de 50 kWh.
Desta
forma a nossa energia de geração necessária vai ser o consumo
médio dos últimos 12 meses menos o consumo mínimo de
disponibilidade do sistema. Onde encontramos 336,50 kWh / mês, sendo assim, podemos definir o valor de energia por dia que é 336,50/30 dias =
11,22 kWh/dia
Vamos
deixar calculado o valor da tarifa incluindo os tributos e encargos
que será 299,67 / 391 = R$ 0,77
Todos
estes dados utilizaremos em nossas fórmulas aa seguir.
Localização – posição geográfica
Nas
regiões de nosso país
existem
variações nas médias de irradiação solar devido aos diferentes
ângulos de incidência solar sobre a superfície. Sendo assim, para
que possamos identificar a irradiação solar que nos dará o tempo
de exposição diária do sol sobre as superfícies terrenas temos
inicialmente que
encontrar as coordenadas
geográficas de
nossa residência.
Para tal vá até o site do Google e digite o endereço de sua residência e clique em maps
Localize no mapa o seu endereço e clique nele com o lado direito do mouse. Na aba que aparece clique em “o que há aqui”
Aparecerá as coordenadas abaixo de latitude e longitude. Copie a latitude e longitude, pode colar temporariamente no bloco de notas para ser utilizado no site do CRESESB, que explicaremos o porque a seguir.
Como
havíamos mencionado anteriormente temos que encontrar o tempo médio
de exposição solar diário do local onde pretendemos instalar o
sistema.
Temos
então que acessar o site do CRESESB SUNDATA, escreva na busca do
Google e vai ser o primeiro que aparecerá na lista de sites.
Ao
clicar abrirá a página de “Potencial
Solar - SunData v 3.0”, então role para baixo e encontre em
coordenadas geográficas as células para inserir a latitude e a
longitude.
Tempo
de exposição HSP
Antes
de prosseguir daremos uma pequena explicação sobre o tempo de
exposição.
Conforme
mostra o gráfico Irradiação (kW/m²) x Horário do dia observa-se
que a máxima irradiação que toca a superfície terrestre é de
1kW/m² ou 1000 w/m², que é o parâmetro utilizado em laboratório
para testes feitos em módulos solares para obtenção das medições
de suas características, como pode ser observado:
Na
folha de dados de um módulo solar que pode ser vista. os testes para
obtenção das características deste painel foram sob condições de
teste padrão (STC) de irradiação de 1000 w/m², espectro AM de 1,5
e de temperatura de célula de 25 ºC.
Voltando
ao gráfico, observa-se que a irradiação solar varia de intensidade
durante o decorrer do dia, sendo menor no início da manhã,
aumentando e atingindo seu auge ao meio dia e retornando a cair com o
período da tarde até zerar no período noturno.
A
intensidade da radiação que atinge o limite da camada atmosférica
da Terra é de 1.367 W / m2 (constante solar), no entanto,
aproximadamente 1.000 w / m2 atinge a superfície da Terra, embora em
dias claros seja usualmente um pouco mais alto, mas não é
distribuído igualmente por todo o planeta, e isso se deve à sua
forma, nebulosidade, clima, etc., sendo a área do equador da Terra a
faixa onde a radiação solar é mais intensa.
Então
o HPS, Horas de Sol Pico, é o número de horas por dia, que precisa
de uma área de 1 m2 para receber 1.000 watts através da energia
irradiada pelo sol.
Para
encontrar o tempo de exposição o que se faz é transformar a área
da curva de irradiação numa área retangular onde desta forma
obteremos o número de horas de sol pleno para a irradiação de 100
w/m².
Caso
tenha ficado um pouco confuso de entender, não se preocupe, pois,
detalharemos melhor num próximo vídeo e por hora não há
necessidade de aprofundarmos neste assunto.
Então
voltando ao site do CRESESB e após ter preenchido as coordenadas,
clique em buscar.
Role
para baixo até encontrar “Cálculo da radiação no plano
inclinado”
Vamos
ler a seguinte informação:
O
ângulo com a maior média diária
anual de irradiação solar costuma ser usada quando
se deseja a maior geração anual de energia, o que seria o
caso de aplicações de sistemas fotovoltaicos conectadas a rede
de distribuição dentro do Sistema de Compensação deEnergia, definido pela Resolução Normativa da Aneel n°
482/12.
Visto
isso, guardemos esta informação.
Rolando
mais para baixo vamos encontrar os gráficos das irradiações para
três localidades onde foram colocadas as estações de medição.
Vamos selecionar a que estiver mais próxima da nossa localidade.
Então
procure e encontre a que tem menor distância, no nosso caso é a com
distância ao ponto de referência de 2,3 Km.
Identificado
vamos utilizar, como visto na instrução anterior o ângulo que
proporciona a maior média anual com inclinação de 21º ao norte.
Observa-se valores de irradiação solar diária média mensal para
todos os meses do ano e ao final um valor médio anual, e este é o
que vamos utilizar para os cálculos.
No nosso caso será o valor de
4,63 kWh/m².dia. Guardemos este valor.
E
vamos definir as perdas no sistema que impactam no rendimento da
capacidade de geração do sistema:
Como
podemos observar em nossa planilha com os índices de perdas, temos:
-
Perda por temperatura variando de 7 a 18% e selecionamos 11%, pois,
nossa região tem temperaturas amenas;
-
Sujeira variando de 1 a 8% e selecionamos 3% por termos um ambiente
menos sujeito a sujeiras e considerando-se uma limpeza com água de 3
em 3 meses;
-
Mismach
(descasamento)
variando de 0,5
a 2,5%
onde selecionamos 1% por considerar que o módulo
tem melhorado
sua tecnologia.
As perdas por mismatch (descasamento), também
diminuíram, pois agora os fabricantes dos módulos colocam a
potência mínima do painel no manual, não mais um valor médio;
-
Invesrsor de frequência variando de 2 a 5% selecionamos 4%.
Outros
itens podem influenciar também contribuindo para causar perdas no
sistema, porém, por enquanto vamos nos concentrar nestes.
-
Ao final temos 20 por cento de perdas onde nos remete a 80% de
eficiência do sistema.
Cálculo da Potência Total dos Painéis Fotovoltaicos
Substituindo
os valores na fórmula de Potência total dos painéis, ou seja:
Energia
de geração = 11,22 kWh/dia
O
tempo de exposição que é o HPS da localidade que será instalado
sistema = 4,63 kWh/m².dia ou 4,63 h/dia.
E
o rendimento ŋ = 0,80
Encontramos
o valor de 3,03 kWp ou 3.030 Wp.
Então
a soma total das potências dos painéis de 3,03kWp é que dota o
sistema de gerar 11,22 kWh/dia.
Sendo
assim, temos condições de especificar os equipamentos solares, ou
seja, os módulos solares fotovoltaicos sua potência e quantidade
para gerar a potência necessária em atendimento ao consumo
almejado, bem como, a potência do inversor.
Módulo fotovoltaico
Selecionamos
o módulo solar fotovoltaico da Canadian de 270 W, tipo de células
silício policristalino, com dimensões 1650 x 992 x 40 mm. Existem
outros excelentes fabricantes que podem ser consultados através da
internet.
Com
o valor da potência ativa do módulo fotovoltaico de 270 W e também
com a potência total dos painéis calculada anteriormente podemos
estimar o número de módulos solares que necessitamos para gerar a
energia necessária, então temos que número de módulos é igual à
razão entre a potência total dos painéis e a potência do módulo,
resultando em 11,22.
Vamos
arredondar para cima e considerar um número total de 12 módulos.
Sendo
assim, podemos obter o novo valor da potência total dos painéis
multiplicand as 12 peças por 270 W resultando em 3240 Watts.
Identificação da faixa de potência nominal dom Inversor
Para
se calcular a potência do inversor temos que considerar o FDI, ou
seja, o fator de dimensionamento do inversor.
O
FDI do inversor é obtido por meio das características comuns de
operação de um sistema fotovoltaico.
FDI = (POT. INV / POT TOTAL DOS MÓD.FV)
FDI = (POT. INV / POT TOTAL DOS MÓD.FV)
O
FDI - Fator de Dimensionamento do Inversor é
um fator
que
deve ser considerado onde nos
permite extrair o máximo de potência e eficiência do sistema, e
faz
com que se torne mais
competitivo comercialmente sem perder confiabilidade e qualidade nas
soluções propostas.
O FDI é obtido por meio das características comuns de operação de um sistema fotovoltaico, o que nos leva a obter a melhor relação custo-benefício em um projeto e uma eficiência vantajosa a longo prazo.
Os
fabricantes recomendam uma faixa entre 0,75 e 0,85 vezes a potência
STC instalado dos módulos, tendo
como limite superior de 1,05.
Sendo assim, se o resultado da divisão da potência nominal do
inversor/dividido pela potência nominal dos módulos, estiver entre
0,75 e 0,85 pode se considerar que o inversor está bem dimensionado.
Sendo
assim, utilizando-se uma faixa de FDI entre 0,75 a 0,85 consideramos
para seleção da potência nominal do inversor um range de 2.430 W a
2.754W.
Seleção do inversor
Temos
alguns inversores no mercado e dentre estes selecionamos dois
fabricantes, o SMA e o Fronius.
Dentre
as capacidades de potências do inversor solar SMA modelo SB aquela que atende e está dentro da
faixa de FDI recomendado é o com potência nominal de 2.500 W, assim como, podemos selecionar o inversor solar Fronius modelo GALVO com potência nominal de 2.500 W.
Sendo
assim restou como especificados 12 módulos de 270 W e um inversor
solar de 2500 W
No
nosso próximo vídeo iremos apresentar um dimensionamento completo
do sistema solar fotovoltaico ongrid, especificando todos os
equipamentos, bem como, definindo os custos de projeto, material e
mão de obra, esclarecendo ao final se é vantajosa a implantação
do sistema e o payback.
Como se tornar um Instalador de Sistema Solar Fotovoltaico
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