O documento descreve o dimensionamento de um sistema fotovoltaico para fornecer energia aos postes de iluminação pública em uma rodovia em Benguela, Angola. Ele inclui uma análise do consumo de energia, cálculos para determinar o tamanho necessário dos painéis solares, baterias e outros componentes, e especificações técnicas para a implementação do sistema.

1. DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
COMO FONTE ALTERNATIVA PARA O FORNECIMENTO DE
ENERGIA ELECTRICA NOS POSTES DE ILUMINAÇÃO
PÚBLICA
UNIVERSIDADE KATYAVALA BWILA
INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO
Orientador: Anaclides Rogério Mossande. Phd
Co-Orientador: António Da Silva Lino
Autor: José Gaspar Domingos
Benguela, 2020
Departamento de Ensino e Investigação de Mecânica

2. .
O tema proposto justifica-se, pelo facto de haver a necessidade
de se fazer o dimensionamento de um sistema fotovoltaico para
suprir as falhas no fornecimento de energia elétrica nos postes de
iluminação pública na via do Aeroporto 17 de Setembro até a
rotunda do Kalanja, existem motivos sólidos e coerentes para a
implementação desse sistema, sendo um dos motivos a geração
de energia elétrica de forma limpa, sem libertar substâncias que
poluam o meio ambiente.
Justificativa

3. Problema Cientifico
como fazer o dimensionamento de um sistema fotovoltaico de maneira
que possa fornecer a energia eléctrica nos postes de iluminação pública da
via do Aeroporto 17 de Setembro até a rotunda do Kalanja?

4. Objecto de Estudo e campo de acção
objecto de investigação o processo de conversão de energia
solar em energia elétrica, com o campo de acção os painéis
solares fotovoltaicos.

5. Dimensionar um sistema fotovoltaico como fonte
alternativa para o fornecimento de energia elétrica nos
postes de iluminação pública.
Objectivo geral

6. Objectivos Específicos:
 Fazer pesquisas bibliográficas sobre o tema da investigação
 Examinar políticas públicas atuais em matérias energéticas e identificar a
composição da matriz energética mundial e angolana; sua produção e consumo
 Fazer um estudo profundo dos mais diversos elementos que constituem um
sistema fotovoltaico
 Dimensionar o sistema fotovoltaico recorrendo ao consumo energético das
lâmpadas de iluminação pública
 Analisar os resultados obtidos

7. Indutivo
Dedutivo
Comparativo
Estatístico-Matemático
Métodos e Técnicas de Investigação
Observação
Entrevista
Pesquisa Bibliográfica
Métodos Técnicas

8. ENERGIA RENOVÁVEL
Segundo (Silva & Peliganga, 2012) a energia renovável está agrupada por dois
grandes grupos que são:
energia renovável convencional
energia renovável não convencional
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEL
Hidraulica
Eolica
Solar
Maremotriz
Geotérmica
Biomassa e Biogás

9. APROVEITAMENTO SOLAR
ENERGIA SOLAR
TÉRMICA FOTOVOLTÁICA BIOCLIMÁTICA
Temperaturas Baixas
Temperaturas médias
Temperaturas
elevadas
Sistemas Autónomos
Sistemas conectados
à rede
Iluminação natural

10. RADIAÇÃO SOLAR
Radiação solar é a designação dada à energia radiante emitida pelo
Sol, em particular aquela que é transmitida sob a forma de radiação
eletromagnética. (Tirapelle, 2013).
Onde:
 1 Radiação refletida
 2 Radiação directa
 3 Radiação difusa
 4 Reflexão

11. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão
direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). (Ribeiro, 2016).
Sistemas fotovoltaicos
Os sistemas fotovoltaicos são sistemas energético solares que convertem
diretamente a energia contida na radiação solar em eletricidade;
➢ Sistemas FV ligados à rede elétrica
➢ Sistemas FV independentes ou que não se ligam à rede pública

12. Célula solar fotovoltaica
Tipos de células fotovoltaicas
1. Células de silício cristalino:
➢ Células monocristalinas;
➢ Células policristalinas
2. Células de película fina
3. Células híbridas (HCI/HIT)

13. SISTEMA DE ARMAZENAMENTO
Atualmente, os principais sistemas de armazenamento são:
 Baterias eletroquímicas
• Baterias electroquímicas primária
• Baterias electroquímicas secundárias
 Sistemas de ar comprimido
 Flywheel
 Bobinas supercondutoras

14. REGULADORES DE CARGA
Segundo Silva & Peliganga (2012) os reguladores ou controladores de
carga também são elementos fundamentais dos sistemas FVs
independentes; juntamente com as baterias, estão para os sistemas FVs
independentes como o inversor está para os sistemas FVs
dependentes; ou seja, pode-se dizer que o regulador de carga e as
baterias são inerentes aos sistemas FVs independentes.

15. INVERSOR
São dispositivos de funcionamento eléctrico-electrónico, que
convertem a corrente contínua (DC) de um circuito eléctrico – de
um dispositivo eléctrico – para corrente alternada (AC).
(Earthscan, 2008).

16. CASO DE ESTUDO E DIMENSIONAMENTO

17. PAINE
L
REGULAD
OR
BATERIA
S
INVERSO
R
POSTES DE
ILUMINAÇÃ
O
Mês Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Anual
Hh
[kWh/m2/dia]
6,9 6,4 6,32 6,08 5,69 5,19 4,98 5,48 6,26 6,53 6,7 6,55 6,9
Hopt
[kWh/m2/dia]
6,31 6,12 6,39 6,55 6,5 6,09 5,74 6,02 6,46 6,37 6,21 5,94 6,23
H (90)
[kWh/m2/dia]
0,855 0,959 2,21 3,6 4,75 5 4,51 3,86 2,82 1,41 0,879 0,954 2,66
Tabela de radiação solar

18. Dimensionamento
energético
Equipamentos Quantidades Potência
nominal
(W)
Nº de horas de serviço
(h/dia)
Consumo(E)
(KWh/dia)
Verão Inverno Verão Inverno
Postes duplos 76 200 11 13 167,2 179,6
Postes simples 18 100 11 13 19,8 23,4
TOTAL 187 203
Caracterização dos pontos de consumo de energia elétrica
Dimensionamento da potência de pico do painel fotovoltaico
𝑷𝒑𝒊𝒄𝒐 = 𝜼 ×
𝑬
𝑮
𝜼 = 𝜼𝑷𝑽 × 𝜼𝑷𝑽−𝑩𝒂𝒕 × 𝜼𝑪𝑪 × 𝜼𝒅𝒊𝒔𝒕 × 𝜼𝒊𝒏𝒗
𝜂 = 0,8 × 0,98 × 0,98 × 0,98 × 0,95 = 0,715

19. Estação Consumo Mês G(h/dia) 𝜼 Potência FV a instalar (Wp)
Inverno 203000 Julho 5,74 0,715 25286,58
Verão 187000 Abril 6,55 0,715 20412,97
Selecção do módulo fotovoltaico
𝑁𝑚 =
𝑃𝑃𝑖𝑐𝑜
𝑃𝑀𝑃𝑃
=
25287
350
= 72,24 ≅ 73 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑖𝑠
Dimensionamento do banco de baterias
𝑄 =
𝐸 × 𝐴
𝑉 × 𝑇 × 𝜂𝑖𝑛𝑣 × 𝜂𝑐𝑎𝑏𝑜
𝑄 =
203000 × 3
38,58 × 0,98 × 0,95 × 0,95
= 17847,68051 𝐴ℎ
𝑃𝑃𝑖𝑐𝑜 = 0,715 ×
203000
5,74
= 25286,58 𝑊𝑝𝑖𝑐𝑜
𝑃𝑃𝑖𝑐𝑜 = 0,715 ×
187000
6,55
= 20412,97 𝑊𝑝𝑖𝑐𝑜

20. Cálculo das quantidades de baterias em paralelo e em série
𝑁º 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =
𝑄
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝑁º 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =
17847,68051
5100
= 3,4995 ≅ 4
𝑁º 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 =
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝑁º 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑒𝑚 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 =
38,58
12
= 3,21 ≅ 4

21. Dimensionamento do inversor
𝑁º 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠 =
𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎(𝑊
𝑃𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟
𝑁º 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠 =
17000
17000
= 1
Dimensionamento do Controlador de carga
𝐼 = 𝐼𝐶𝐶 × 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜
𝐼 = 9,61 × 73 = 701,53 𝐴
𝑁º 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =
𝐼
𝐼𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑁º 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =
701,43
140
= 5,01

22. Dimensionamento dos condutores
𝑠 =
3 × 𝜌 × 𝐿 × 𝐼
𝑉 × ∆𝑉
𝐼 =
𝑃
3×𝑉×cos(𝜑
𝐼 =
17000
3 × 380 × 0,8
= 32,22 𝐴
𝑠 =
3 × 0.0172 × 450 × 32,22
380 × 0,05
= 22,73 ≅ 23𝑚𝑚2

23. Distância mínima entre a disposição dos módulos e área total
𝐷 = 3,5 × 𝐻
𝐻1 = 𝐿1 × 𝑆𝑒𝑛 𝐼
𝐻1 = 1,959 × 𝑆𝑒𝑛 15 = 0,5𝑚
𝐷 = 3,5 × 0,5 = 1,75 ≅ 2𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙×𝐿𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑖𝑠×𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑙 𝐶𝑜𝑚
𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=19×1,959=37,221𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝐿𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠×𝐿𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑙+𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑖𝑎

24. 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=4×0,990+2=5,96𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=37,221×5,96=221,8371𝑚2

25. Resultado do sistema dimensionado
Equipamento Referência Quantidades Capacidade /Cada
Painel FV GREENSUN GSP350-72 73 350 Wp
Baterias FAAM OPzS C100 8 5100 Ah
Controlador PowerTaron 4140 STECA 5 140 A
Inversor KSG-DM Ksta 1 17 à18 Kw
Disjuntor SACE-ABB 1-Tripolar 35 A
Fusível NH 00 tipo cartucho 3 35 A
Condutor CABO-VV-XV-3X35-16
(Cobre)
450 metros 33 A

26. CONCLUSÕES
Ao final da elaboração do trabalho concluiu-se que:
 A bibliografia revisada foi útil para elaborar esta proposta de dimensionamento de um
sistema fotovoltaico; serviu para obter informação de várias fontes usando os métodos e
técnicas e compreender alguns sistemas fotovoltaicos já existentes.
 O estudo da matriz energética mundial e angolana que tem como fonte os combustíveis
fósseis, como o carvão, o petróleo e o gás, constituem fontes de energia que em breve se
esgotarão e que são demasiado caras para serem desperdiçadas pelas centrais eléctricas
na produção de electricidade. …

27.  um sistema fotovoltaico está constituído por módulo fotovoltaico, baterias, inversores
e reguladores de carga.
 Foi possível dimensionar o sistema fotovoltaico recorrendo ao consumo energético
das lâmpadas de iluminação pública, são no total 76 postes duplos e 18 postes
simples, com a Potencia nominal total de 17200 W. O dimensionamento está
constituído por 73 painéis fotovoltaicos, 5 controladores de carga, 8 baterias e 1
inversor.
 A Com base a pesquisa feita chega-se a conclusão que a analise dos resultados
obtidos são satisfatórios, o projecto tem grandes vantagens, vantagens ligadas por
questões ambientais e durabilidade, embora requer um custo elevado para a sua
implementação.

28. RECOMENDAÇÕES
Como trabalhos futuros e não só, recomenda-se o seguinte:
 Elaborar estudos profundos sobre planos de manutenção de sistemas fotovoltaicos;
 Estudo sobre a quantidade de energia necessária para eletrificar o município de Benguela
e, em função disso, determinar-se uma referência para as energias renováveis;
 Elaboração de um estudo detalhado sobre as formas de incentivo a aplicar na utilização de
fontes de energias renováveis em Angola.
 Recomenda-se a entidade comprometida na gestação e instalações de postes de
iluminação pública que se venha a implementar o referido projecto.

29. MUITO OBRIGADO!!!
Benguela, 2020