07 aula energia solar fv - feb.unesp.br aula... · 2379ee2 energia solar fv –prof. alceu ferreira...

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

2379EE2

2º semestre de 2016

Prof. Alceu Ferreira Alves

www.feb.unesp.br/dee/docentes/alceu

22379EE2 Energia Solar FV – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2016

Dimensionamento – orientações

• http://www.neosolar.com.br/aprenda/calculadora

• http://www.sunlab.com.br/Dimensionamento_solar_fotovoltaic

o.htm

• http://www.atomra.com.br/dimensionamento-projeto-solar-

fotovoltaico/

• http://www.portalsolar.com.br/calculo-solar


Dimensionamento – aspectos iniciais

• Demanda a ser atendida

• Disponibilidade de área

• Disponibilidade do recurso solar

• Orientação dos módulos

• Estética da instalação

O dimensionamento de um sistema fotovoltaico (SFV) é o ajusteentre a energia radiante recebida do Sol pelos módulosfotovoltaicos e a necessidade de suprir a demanda de energiaelétrica. Trataremos de sistemas de pequeno porte.


Dimensionamento – SFI

O sistema gerador atende a um determinadoconsumo de energia elétrica, e é fundamentalestimar esta demanda energética com precisãopara que o sistema produza a energia necessária.

Dimensionamento – SFCR

O consumo de energia elétrica da instalação émenos importante, pois pode ser complementadocom energia extraída da rede de distribuição.


Blocos básicos de um SFV

Sistema isolado para eletrificação individual



Sistema isolado para eletrificação com minirrede



Sistema isolado para bombeamento de água



Microgeração (ou mini) conectada à Rede


Principais etapas do projeto de um SFV

• Levantamento adequado do recurso solar disponível

• Definição da localização e configuração do sistema

• Levantamento adequado de demanda e consumo de energia elétrica

• Dimensionamento do gerador fotovoltaico

• Dimensionamento dos equipamentos de condicionamento de potência (SFCR – inversor, SFI – controlador de carga)

• Dimensionamento do sistema de armazenamento (SFI)

*(somente SFV fixos (sem seguimento solar) e sem concentração


Avaliação do Recurso Solar

→ Quantificar a radiação solar global incidente sobre o painel FV

• Nem sempre os dados estão disponíveis na forma necessária

• Muitas vezes é necessário utilizar métodos de tratamento de dados (adequar unidades)

• Forma mais comum: valores médios mensais para a energia acumulada ao longo de um dia

• “Ano Meteorológico Padrão ou Típico” (TMY – TypicalMeteorological Year)



• Horas de Sol Pleno (HSP) → Nº de horas em que a irradiânciasolar deve ser constante e igual a 1000 W/m2

• Exemplo de cálculo:

Supondo que um determinado local apresente irradiação de 6 kWh/m2

ao longo de 01 dia:


Horas de Sol Pleno (HSP)


• Em base mensal, a irradiação incidente no plano dos módulos é convertida para seu valor médio diário em kWh/m²

• Em seguida, utiliza-se o valor numérico como HSP

• Necessário obter-se a partir da conversão para o plano inclinado e posterior integração de curvas

• Como converter os dados médios de irradiação no plano horizontal para planos inclinados ?



Horas de Sol Pleno (HSP)

Exemplo: Vila de São Tomé, Município de Maracanã, no Estado Pará.


Localização• É determinante para o melhor desempenho do SFV

• Estudar a integração com elementos arquitetônicos

• Verificar a presença de elementos de sombreamento ou superfícies reflexivas próximas

• Verificar a capacidade de trocar calor com o meio (fácil circulação de ar) - instalações urbanas (rooftop) limitam a liberdade do projetista

• Alguns programas de dimensionamento permitem incorporar um modelamento 3D dos prédios e objetos vizinhos na simulação

• Observar ainda: aspectos estéticos, resistência mecânica do telhado e do prédio, efeito dos ventos


Levantamento: demanda e consumo

• SFI → o sistema deve gerar mais energia do que o limite estabelecido para consumo

• Definir um período de tempo → a produção de energia neste período deve ser maior do que a demanda a ser atendida

• Demanda → somar as energias consumidas por cada equipamento (planilha – Wh/dia)

• Esta estimativa pode ser realizada em média semanal



Exemplo:

Obs.: cargas usadas para refrigeração (geladeiras e freezers), consultar os

dados de placa do equipamento, onde geralmente consta seu consumo médio

mensal. A partir dele, estima-se o consumo médio diário.



• Observar → Cargas CC não necessitam inversor, mas Cargas CA necessitam inversor

• Com uso do inversor, sua eficiência deve ser incluída no cálculo do consumo (é uma carga a mais no sistema)

• No exemplo: 210 Wh / 90% = 233,33 Wh

• Observar → Demanda máxima 175W (o inversor deve ser capaz de atendê-la de forma contínua, além dos picos de partida)

• A especificação da potência dos equipamentos deve ser obtida através de dados fornecidos pelo próprio fabricante, ou na ausência destes, através de tabelas (imprecisas)



• Algumas cargas não devem ser alimentadas pelo SFI, por sua alta demanda ou consumo



• SFI normalmente tem armazenamento (baterias)

• Atende o consumo nas horas em que não há geração

• Equilibra o fluxo de energia ao longo do tempo → desacopla os picos de potência da geração e da demanda

• Exemplo → sistema gerador com painel de 50 Wp pode abastecer, por exemplo, uma demanda de 175W, porque o armazenamento permite acumular a energia ao longo do tempo e entregá-la em um período menor que o da geração

• SFV de bombeamento d’água → o armazenamento é realizado na forma de energia potencial gravitacional (reservatório elevado)


Levantamento: curva de carga• Tabela de Demanda e Consumo → simplifica estimativas

• Curva de Carga e Sazonalidade → maior precisão, mais trabalho, menor custo final

O levantamento da curva de carga é muito útil no desenvolvimento deprojetos envolvendo minirredes isoladas e sistemas conectados à redeelétrica, onde se estabelece a fração da carga a ser atendida pelo SFV


Levantamento: curva de carga



• Ainda: Tensão nominal, Eficiência, Característica dinâmica, etc. Podem completar a especificação da carga

• Potência Total → deve-se considerar que todos os equipamentos poderão ser acionados ao mesmo tempo (SF individual)

• Sistemas tipo minirrede → pode-se considerar um fator de diversidade de demanda

• Hipótese mais conservadora: a rede elétrica é uma carga capaz de consumir toda a energia gerada pelo sistema no momento da geração

• Outros parâmetros: qualidade da energia requerida pelo comprador (conteúdo e distorção harmônica, regulação da tensão), fator de potência, EMI, etc.


Método do Mês Crítico (intuitivo)

• Considera um balanço de energia nas condições médias mais desfavoráveis (se o sistema funcionar nesse mês, funcionará nos demais) – carga fixa

• Este método não otimiza energeticamente a instalação, já que não faz um seguimento contínuo dos parâmetros envolvidos

• O método proporciona um excesso de energia nos meses mais favoráveis → desperdício em SFI


Dimensionamento do Painel FV

• Cálculo da energia ativa necessária diariamente (L) :


Dimensionamento do Painel FV

Observações:

• A eficiência do inversor depende do seu carregamento em relação à sua potência nominal (a curva de eficiência do inversor deve estar disponível)

• Como referência, o InMetro especifica que entre entre 50% e 100% da potência nominal, a eficiência do inversor deve ser pelo menos 85%

• O valor da eficiência global da bateria sugerido é de 86%

Calcula-se, então, o valor médio diário de energia requerido para cada um dos meses do ano.


Potência do Painel Fotovoltaico

Obs.: O mês crítico corresponde à potência Pm no caso de uma carga L fixa (exemplo: sistema SIGFI)


Número de Módulos em Série

Dimensionamento considerando controlador de carga convencional

(Controlador convencional → sem MPPT)

VmpTmax é a tensão de máxima potência na temperatura máxima prevista

para operação na localidade de instalação

Vsist é a tensão desejada para o sistema



• Coeficiente 1,2 → o módulo FV tem que carregar uma bateria até uma tensão 20% acima da nominal e considera, ainda, alguma perda ôhmica

• Um módulo de 36 células em climas quentes perde entre 2V e 3V devido ao aumento da temperatura → Vmp = 17V (STC)

• O valor obtido para o número de módulos em série deve ser arredondado para maior, respeitando a tensão máxima de entrada do controlador de carga

• Para arredondamento superior a 0,5 recomenda-se que seja selecionado outro módulo, evitando sobredimensionamento.



• O módulo a ser escolhido deve ter o número de células adequado à tensão de operação do sistema (Vsist)

• Para um sistema de 12 V, utiliza-se um módulo de 36 células (que são fabricados especificamente para o uso neste tipo de SFI)

• Para um sistema de 24 V, utilizam-se dois módulos em série de 36 células ou um módulo de 72 células, e assim sucessivamente.


Corrente do Painel Fotovoltaico

Obs.: o valor obtido para a corrente é o valor mínimo da corrente no ponto de máxima potência [Imp] que o gerador fotovoltaico deve fornecer.


Número de Módulos em Paralelo

• Imp é a corrente de cada módulo no ponto de máxima potência (STC) que o gerador fotovoltaico deve fornecer.

• O valor obtido para o número de módulos em paralelo deve ser arredondado para maior

• Para arredondamento superior a 0,5 recomenda-se que seja selecionado outro módulo

• A escolha do módulo é muito mais condicionada por outros fatores, como a qualidade e o custo

07 aula energia solar fv - feb.unesp.br aula... · 2379ee2 energia solar fv –prof. alceu ferreira...

Documents