Sistemas Fotovoltaicos: Dimensionamento e Aplicações

Sistemas Fotovoltaicos de
Energia
MÍRIAN FONSECA
GERENTE DE DISTRIBUIÇÃO
KYOCERA Solar do Brasil Ltda.
Av Guignard, 661 Lj-A
22790-280 Recreio dos Bandeirantes
Rio de Janeiro, Brasil
Tel: (55) 21- 32617104
Fax: (55) 21-2437 2338
http://www.kyocerasolar.com.br
Rua Dr José Peroba
Costa Azul, STIEP
Salvador – BA, Brasil
Tel/Fax: (55) 71-33416205
mfonseca@kyocerasolar.com.br

Programação
1- Introdução Composição do sistema fotovoltaico
Aplicações
2- Equipamentos Módulo Solar
Inversor
Controlador
Baterias
3 - Eletricidade Básica Grandezas Elétricas
Ligação Série e Paralelo
4- Dimensionamento
Dimensionamento dos equipamentos
5- Instalação e Manutenção
Esquema elétrico
6 – Vantagens Comerciais

1- Introdução

O Sol é uma fonte de energia abundante
(inesgotável) e sempre disponível;
Sistemas fotovoltaicos de geração de
energia convertem energia solar em energia
elétrica de corrente contínua;
 Sistemas geradores fotovoltaicos são
confiáveis, pois não possuem peças móveis;
 O processo de conversão fotovoltaica é limpo,
sem resíduo ou ruído;

2- Equipamentos

Composição do Sistema Fotovoltaico
 Painel Solar ou Placa Solar
 Sistema de Armazenamento (Bateria)
 Controlador de Carga
 Inversor
 Cargas (em CC, alimentadas diretamente)
 Cargas (em CA, alimentadas através do
Inversor)

Sistema Fotovoltaico

Painel Solar:
 Conjunto de um ou mais módulos
fotovoltaicos associados.
 Cada módulo é composto por células solares de
silício;
 Através do processo de conversão fotovoltaica.

O que é uma célula
solar?
É um dispositivo eletrônico
semicondutor, que utiliza o
efeito fotovoltaico para
produzir eletricidade, a partir
da luz solar.
O silício é o material mais
utilizado atualmente na
fabricação de células.

Célula Solar (Fotovoltaica)

Módulos Fotovoltaicos KYOCERA

Painel Solar:
 A geração de energia elétrica ocorre apenas durante o
período diurno;
 Varia em função das condições do tempo (claro,
nublado, chuvoso);
 A geração de energia será maior nos meses de verão;
 A geração de energia solar varia de região para região;
 O Sombreamento reduz a geração de energia;

Módulo Fotovoltaicos
Curvas Características
TENSÃO (V)
IRRADIAÇÃO: AM 1.5 1KW/m²
25°C
50°C
75°C
0 10 20 30
TENSÃO (V)
TEMPERATURA DA CÉLULA 25°C
0 10 20 30
1000W/m²
800W/m²
600W/m²
400W/m²
200W/m²
CORRENTE
(A)
CORRENTE
(A)
6
4
2
0
6
4
2
0

Sistema de Armazenamento de Energia
(Bateria):

Sistema de Armazenamento de Energia
(Bateria):
Armazena energia para permitir a
alimentação das cargas durante a noite ou
nos períodos de baixa insolação (tempo
nublado ou chuvoso);
Dar autonomia, quanto maior autonomia
maior a capacidade da bateria,
dimensiona-se de 3 a 7 dias;

Controlador ou Regulador de Carga

Controlador ou Regulador de Carga
 O controlador ou regulador de carga monitora
a reposição de carga à bateria;
 Controla a descarga excessiva da bateria, quer
por excesso de consumo, quer por geração
insuficiente (tempo ruim).
 A saída para alimentação dos consumidores
será desligada caso a bateria atinja um nível de
carga muito baixo.

Tipos de Controladores de Carga
 Quanto ao tipo de ligação:
- Shunt (ou paralelo)
- Série
 Quanto ao tipo de chaveamento:
- On-off (liga-desliga)
- PWM (modulação por largura de pulso)
 Quanto ao tipo de controle:
- Analógico (usa circuitos integrados analógicos – comparadores)
- Digital (usa microprocessador)
 O controlador de carga SHS-10, com as seguintes características:
- Eletrônico digital, com chaveamento PWM
- Proteções eletrônicas contra curto-circuito, sobrecarga, inversão de
polaridade, retorno de corrente, sobretensão
- Compensação térmica da carga da bateria

Cargas ou Consumidores
 Iluminação
 Equipamentos Eletrônicos
 Resistências
 Motores
Potência, Tensão, Corrente, Tempo
de uso diário

Inversores
(De Corrente Contínua para Corrente
Alternada)
Onda quadrada (o mais simples) - de baixa
eficiência, produz uma grande quantidade de
harmônicas e provoca não é adequado para alimentação
de motores (provoca sobreaquecimento e queima do
motor)
Onda senoidal modificada – eficiência da
ordem de 90%, adequado para a maioria das cargas. O
valor médio da tensão de saída é igual ao valor RMS de
uma onda senoidal pura.
Onda senoidal pura – eficiências entre
85% e 90%, a tensão de saída é senoidal, com distorção
harmônica total <4%.

Inversores – Formas de Onda da Tensão
de Saída

Sistema Fotovoltaico sem Inversor

Sistema Fotovoltaico com Inversor

Inversor 300W 12Vcc/220V 60Hz

3- Eletricidade Básica

GRANDEZA ELÉTRICAS
POTÊNCIA – WATTS
CAPACIDADE DE GERAR, TRANSFORMAR, INVERTER, MEDIR
OU CONSUMIR ENERGIA
TENSÃO – VOLTS
DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO ENTRE DOIS PONTOS
CORRENTE – AMPÈRES
FLUXO INSTANTÂNEO DE ELÉTRONS
FREQUÊNCIA – HERTZ
MUDANÇA DE POLARIDADE POR SEGUNDO
ENERGIA – WATTSxHORA
FORMA DE MEDIR A QUANTIDADE DE ENERGIA CONSUMIDA OU GERADA
NUM DETERMINADO TEMPO

Circuitos
Elétricos

Grandezas Elétricas
POTÊNCIA É IGUAL TENSÃO VEZES A CORRENTE

 CORRENTE
CONTÍNUA
 CORRENTE
ALTERNADA

Circuito de Ligação em Série
SOMA A TENSÃO
MANTEM A
CORRENTE

Circuito de Ligação em Paralelo
SOMA A CORRENTE
MANTEM A
TENSÃO

Grandezas Elétricas
do Módulo Solar

4- Dimensionamento

Classe de
Atendimento
Consumo
Diário de
Referência
(Wh/dia)
Autonomia
mínima
(dias)
Potência
Mínima
Disponibilizada
(W)
Disponibilidade
Mensal
Garantida
(kWh)
SIGFI13 435 2 250 13
SIGFI30 1000 2 500 30
SIGFI45 1500 2 700 45
SIGFI60 2000 2 1000 60
SIGFI80 2650 2 1250 80
Sistemas Individuais de Geração de Energia
Elétrica com Fontes Intermitentes - SIGFI

Dimensionamento do Painel Solar
Feito com base na capacidade do consumo diário
de referência especificado pela ANEEL, para a
Classe de Atendimento SIGFI13
- Consumo diário: 435 Wh
- Potência mínima disponibilizada: 250 W
- Tensão de operação: 13,2 V
- Insolação de referência: 5,25 kWh/m².dia
- Eficiência do inversor CC/CA: 90%

Dimensionamento do Painel Solar
Capacidade de geração em Ah/13,2 Vcc = 435 Wh/dia / 13,2 V = 33,0
Ah/dia.
Eficiência “coulômbica” da bateria > 98%
Eficiência do conversor CC/CA > 88%
Perdas ôhmicas na fiação painel solar/bateria = I² x R = I² x 2x l (m) /
56 (Wm/mm²) / S (mm²)
= 8,54A x 8,54A x (2x 10m / 56 / 4mm²) = 6,51 W
Consumo adicional devido às perdas = 6,51 W x 5,25 h/dia = 2,6
Ah/dia.
Capacidade de geração do sistema = 33,0 Ah/dia / 0,98 / 0,88 + 2,6
Ah/dia = 40,9 Ah/dia.
Corrente do painel solar, para atender esta condição = 40,9 Ah/dia /
5,25 h/dia = 7,79 A.
Potência de pico do painel solar recomendado = 7,79 A x 17,6 V =
137,1 Wp.

Por que 13,2 V e não 12 V?
A tensão de operação de 13,2 V foi utilizada para
cálculo da capacidade de geração do painel solar.
Isto se justifica ao observarmos que esta é a
tensão média da bateria durante o período diurno,
quando os painéis solares estão produzindo
energia para o sistema (ver o gráfico seguinte).
Observar que para dimensionamento da bateria é
utilizada a tensão média de descarga de 12 V e
não 13,2 V.

• Perdas ôhmicas totais = 3,1W+2,5W+0,5W = 6,1W
• Potência útil do painel solar = 13,2V x 8,29A = 109,6W
• Potência de pico do painel solar = 140W
• A diferença entre a Potência de pico do painel solar (140
W) e a potência útil (109,6W) totaliza 30,4W e cobre com
folga as perdas ôhmicas!
As perdas na fiação entre painel solar e
bateria podem ser desconsideradas?
A resposta é SIM.

Restrições à Associação de
Módulos Fotovoltaicos
Associação em série:
- Somente módulos de mesma corrente nominal devem
ser associados em série.
Associação em paralelo:
- Somente módulos de mesma tensão nominal devem ser
associados em paralelo.

Dimensionamento da Bateria
. CAPACIDADE DA BATERIA
Dados para dimensionamento:
Tensão nominal = 12 V
Consumo diário = 435 Wh / 12 V = 36,25 Ah/dia
Eficiência do inversor = 88%
Eficiência coulômbica da bateria = 98%
Autonomia = 2 dias
Regime de descarga = 48 horas
Profundidade de descarga = 30%
Capacidade calculada = 36,25 Ah/dia x 2 dias / 88% / 98%
/ 30% = 280,2 Ah.

Dimensionamento do Controlador
de Carga
 Para controladores tipo série - corrente máxima
(corrente de pico) do painel solar;
 Para controladores tipo shunt, - corrente de
curto-circuito do painel solar.
 É desnecessário utilizar um fator de segurança,
pois estes equipamentos já têm, como padrão a
capacidade de sobrecarga de 1,25 da corrente
nominal.

Dimensionamento do Inversor
O inversor é dimensionado com base na potência
mínima disponibilizada, especificada na
Resolução No. 83 da ANEEL.
Para o SIGFI13, o valor especificado é 250W.
Foi dimensionado um inversor com potência de
saída de 300W (contínuos) e até 500W (pico).
Observar que para manter o sistema dentro das
condições operacionais (sem risco de exceder o
consumo máximo para o qual o painel solar e a
bateria foram dimensionados), a soma de todas as
cargas alimentadas simultaneamente não deve
exceder 250W.

5- Instalação e Manutenção

Montagem do Painel Solar
 Livre de Sombreamento;
Posicionado na direção do Norte Geográfico
(Norte Verdadeiro);
 Com uma inclinação em relação ao plano
horizontal.

Montagem do Painel Solar
Se usar uma bússola para determinação do norte
verdadeiro, considerar a declinação magnética do
local (em torno de 21ºW para o Estado da Bahia).
Uma constatação (quase)
óbvia:
Se a declinação magnética
é 21ºW, o Norte Magnético
está a Oeste do Norte
Verdadeiro.
Logo, o Norte Verdadeiro
está a LESTE do Norte
Magnético.

Controlador de Carga e Inversor
O controlador de carga e o inversor serão
montados numa caixa de policarbonato com
tampa transparente. O usuário terá acesso
apenas ao disjuntor de saída CA (ver o esquema
elétrico).
Bateria
Será montada em fibra de vidro com visor
transparente.
As caixas do Controlador/Inversor
e Bateria serão lacradas.

Manutenção
O controlador de carga fornece continuamente
indicação das condições operacionais do sistema,
através dos quatro LEDs do seu painel frontal:
- Painel solar carregando (LED verde);
- Nível de carga da bateria (LEDs verde,
amarelo, vermelho);
- Falha (os 3 LEDs de bateria piscando).
O inversor possui um LED (verde = operação
normal).
O inversor possui também um fusível interno de
40A, cuja queima só ocorre no caso de inversão
de polaridade na instalação.

Esquema Elétrico

Guia do Usuário
(Cartilha)

Sistema Piloto COELBA

6 – VANTAGENS
COMERCIAIS

EMBRATEL

TELEMAR

BANCO DO BRASIL

SINALIZAÇÃO FERROVIÁRIA

RESIDENCIA RURAL

Iluminação Externa
Iluminação de Via Pública (Minas
Gerais)

Iluminação Externa
Kit de Iluminação com Lâmpada de
vapor de sódio de baixa pressão SOX
35W

Telecomunicações
Repetidora de Fibras Ópticas (São
Paulo)

Sistemas Fotovoltaicos: Dimensionamento e Aplicações

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Semelhante a Sistemas Fotovoltaicos: Dimensionamento e Aplicações

Semelhante a Sistemas Fotovoltaicos: Dimensionamento e Aplicações (20)

Sistemas Fotovoltaicos: Dimensionamento e Aplicações