Gerador Solar Fotovoltaico

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)

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

Vale a pena se tornar um instalador de Sistema solar fotovoltaico?

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