projeto sistemas de energia

ANÁLISE DO CUSTO DE INSTALAÇÃO DE SISTEMAS PV ISOLADOS

2012

ARIEL HENNIG NEUENFELDT CTISM/UFSM

27/11/2012

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Aparelhos Elétricos

QT Pot.no (w)

Uso Diário (h)

Consumo Diário/ (Wh)

Sala Lâmpada 1 40 6 240

Cozinha Lâmpada 2 60 3 360

Quarto 1 Lâmpada 1 40 1 40

Quarto 2 Lâmpada 1 40 1 40

Banheiro suíte

Lâmpada 1 40 2 80

Banheiro Lâmpada 1 40 2 80

Quartos Ventilador 2 40 8 320

Sala Tv digital 1 90 6 540

Sala Ap. Som 1 25 4 100

Notebook 1 25 8 200

Cozinha Geladeira 2 portas

1 200 6 1200

Cozinha freezer 1 130 6 780

Carregador Celular

1 2,5 1 2,5

Área serv. Lava roupa 1 600 1 600

Corredor Lâmpada 1 25 1 25

Cozinha Micro-ondas 1 600 0,5 300

Sala Conversor Sat

1 40 6 240

1 - Total do Consumopor dia= 5.147,5 Wh/dia

OBS: O sistema devera gerar um mínimo de 5.147,5 Watts por dia para

aplicação.

2 - Potencia Total Instalada = 2.097,5 W

OBS: Considerando 6 horas de insolação, vem: 5.147,5 / 6h = 857,91 Wh.

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3- Níveis de radiação solar da localidade

Um dado indispensável é conhecer os índices de incidência da

radiação solar na localidade onde o sistema será implantado.

Pelo banco de dados do CEPEL obtemos os índices de radiação para

duas localidades.

Encruzilhada Do Sul - RS ( latitude 31° 24’ 19’’ S, longitude 52° 20’ 34’’ W)

Santa Vitória Do Palmar – RS (latitude 37° 24’ 19’’ S, longitude 58° 20’

34’’ W).

A tabela mostra os valores da radiação para o plano inclinado a

31°em relação à horizontal e apontado em direção Ao norte geográfico

para maximizar a média do mês de menor insolação. Nesse caso,

adotamos para Encruzilhada Do Sul - 3,59 KWh/m2 mês de junho e para

Santa Vitória Do Palmar, ângulo igual à latitude de 37° N como sendo –

4,11 KW/m2 mês de junho.

OBS: o valor de 3,59KW/m2 de radiação diária é produzido por 3,59

horas de potência incidente constante e igual a 1KW/m2 (como sendo a

condição padrão).

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4 - Dimensionamento do arranjo PV

O cálculo da capacidade mínima de geração dos módulos PV é

determinado por meio da energia solar acumulada durante o dia, na

localidade onde o sistema será instalado.

Para a localidade de Encruzilhada Do Sul vem: número de horas de

sol pleno (HSP)

HSP = 3,59 KW/m2 / 1KW/m2, HSP = 3,59 h

Para a localidade de Santa Vitória Do Palmar vem: HSP = 4,11 h

potência mínima do gerador para Encruzilhada Do Sul:

Pmínima = 5.147,5 Wh / 3,59 h = 1.433,84 W.

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Potência mínima do gerador para Santa Vitória Do Palmar:

Pmínima = 5.147,5Wh / 4,11 h = 1.252,43 W.

Potência mínima corrigida considerando as perdas no sistema.

OBS: Valor padrão de eficiência sugerido pelo manual de

engenharia para sistemas PV, CEPEL - CRESESB

Pmin Corr= 1.433,84 W / (1 - 0,06) . (1 - 0,05). (1 – 0,15). (1 – 0,10) =

2.099,32 W - Encruzilhada Do Sul

Pmin Corr = 1.252,43 W / 0.683 = 1.833,71 W - Santa Vitória Do Palmar

Os parâmetros para o dimensionamento do sistema PV.

Pelotas Manaus

Carga instalada 2.097,5 W 2.097,5 W

Consumo diário energia

5.147,5Wh/dia 5.147,5Wh/dia

Radiação diária 3,59 KW/m2 4,11 KW/m2

Tensão de operação do sistema

220 V (CA) 220 V (CA)

Eficiência da fiação

94 % 94 %

Eficiência do banco de bateria

90 % 90 %

Eficiência inversor

85 % 85 %

Perdas p/desajuste

10 % 10 %

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Devido às variações climáticas, é necessário que as baterias

armazenem energia suficiente, não só para o período noturno, mas

também para os períodos de radiação abaixo da media (dias de chuvas ou

nublados).

De acordo com a resolução normativa n° 83 de 20 de setembro de

2004 da ANEEL, determina que os equipamentos devam funcionar no

mínimo 2 dias sem qualquer incidência luz solar e deve voltar de uma

condição de máxima descarga, para uma condição de carga total em 3

dias normais de sol. Desta forma, a potência mínima para uma autonomia

de 2 dias é corrigida por:

Potência mínima para uma autonomia de 2 dias.

(potência por um dia + pot. extra para carregamento)

Pautonomia = 2.099,32. (1 + 2/3) = 3.498,86W - Encruzilhada Do Sul

Pautonomia= 1.833,71 . (1 + 2/3) = 3.056,18 W- Santa Vitória Do Palmar

Potencia mínima para uma autonomia de 4 dias:

Pautonomia = 4.898,41 W – Encruzilhada Do Sul

Pautonomia = 4.278,65 W – Santa Vitória Do Palmar

Calculo pela potencia do sistema para 2 dias de autonomia.

Encruzilhada Do Sul -Pautonomia = 3.498,86W → N° de painéis = 3.498,86W /

135 W = 25,91 →26 painéis.

Santa Vitória Do Palmar -Pautonomia= 3.056,18 W → N° de painéis = 3.056,18

W / 135 W = 22,63 →23 painéis.

Cálculo pela potencia do sistema para 4 dias de autonomia.

Encruzilhada Do Sul , Pautonomia = 4.898,41 W → N° de painéis = 4.898,41 W

/ 135 W = 36.28 →37 painéis.

Santa Vitória Do Palmar, Pautonomia = 4.278,65 W → N° de painéis = 4.278,65

W / 135 W = 31,69 →32 painéis.

8

5 - A escolha do controlador de carga

O controlador de carga é definido pela tensão de trabalho do

sistema e pela maior corrente exigida. A capacidade do controlador deve

superar a corrente dos painéis ou as de consumo, naquele que for maior o

valor.

Se o sistema funciona em 12 V para uma autonomia de 2 dias, temos:

Encruzilhada Do Sul , Pautonomia = 3.498,86W / 12 V = 291,57 A

Santa Vitória Do Palmar, Pautonomia= 3.056,18 W / 12 V = 254,68 A

Obs: para o dimensionamento do controlador de carga verificar

quais são as correntes máximas que deverá suportar tanto do lado dos

módulos quanto do lado das cargas. Adotar o maior valor encontrado.

Lado da carga →Icontrolador = 2.097,5 W x 1,1 / 12 V = 192,27 A

(Onde 1,1 é uma folga de segurança).

Para o cálculo da corrente de carga no lado dos módulos, usar a

corrente de CC total do arranjo de módulos utilizados.

Icontrolador = Icc de cada módulo x N° de módulos em paralelo x 1,1

Icontrolador = 8,37 A x 26 módulos x 1,1 = 239,38 A→ número de

controladores de 40 A cada. 239,38 / 40 A = 5,98≈6 controladores em

paralelo.

Para (Santa Vitória Do Palmar) →Icontrolador = 211,76A→ 211,76A / 40 A =

5,29≈6 controladores

Para 4 dias de autonomia

Icontrolador= 340,65 A → Encruzilhada Do Sul , 340,65 A / 40 A =

8,51≈9controladores

Icontrolador = 294,62 A → Santa Vitória Do Palmar, 294,62 A / 40 A = 7,36 ≈8

controladores

9

6 - Dimensionamento do inversor

A energia proveniente dos painéis e baterias é em CC e os

equipamentos e os equipamentos que estamos utilizando são fabricados

para CA. Os inversores modificam esta tensão de entrada de 12 V (nosso

caso) em tensões de saída senoidal de 110 ou 220 v. o inversor também é

definido pela tensão de trabalho na entrada dos painéis solares e pela

tensão de saída em 110 ou 220 V. A capacidade do inversor deve superar a

potência em Watts do maior consumo dos equipamentos.

OBS: motores exigem uma carga adicional muito superior no início

da operação, antes de entrar em regime de trabalho.

Dmáxima = Fd x Pot instalada = 0,75 x 2.097,5 = 1.573,12 W. O inversor

deverá possuir uma potencia real mínima de 1.573,12 W,uma entrada em

CC de 12 V e uma saída senoidal de 220 V em CA.

Obs: casas e apartamentos →1≤ P (KVA) ≤ 2 Fator de demanda =

0,75 - Fonte: Light/Recon 2007.

Cálculo da carga relativa do inversor quando operando a plena carga.

Putilização = Dmáxima / pot. inv(W) x 100 =2.097,5 W / 2000 W x 100 = 104,8 %

N° de inversores = Pot nominal das cargas do sistema / Pot do inversor.

N° de Inversores = 2.097,5 W / 2000 W = 1,04 ≈1 inversor

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7 - Dimensionamento do banco de baterias

A energia solar é muito variável e depende das condições

atmosféricas. Armazenar em baterias esta energia para que garanta o

fornecimento à carga durante a noite ou em períodos com déficit de sol é

fundamental.

O banco de baterias junto com o arranjo PV são os componentes de

maior custo. As baterias necessitam de manutenção periódica e possuem

vida útil bem menor dos que os painéis PV. É importante a escolha dos

métodos de a carga e descarga das baterias a fim de garantir uma maior

vida útil das baterias.

Num projeto de banco de baterias, devemos considerar dois

parâmetros importantes; a autonomia do sistema e a profundidade de

descarga aceita para as baterias.

- autonomia do sistema- corresponde ao numero de dias nos quais a

energia armazenada no banco de baterias é suficiente para suprir a

demanda sem nenhuma reposição de energia pelos painéis PV.

Consumo diário de corrente da carga.

Idia = 5.147,5 Wh / 12 = 428,95 Ah

Consumo de corrente corrigido considerando as perdas.

IdiaCorr = 428,95 /(0,94 . 0,90 . 0,85 . 0.90) = 662.78 Ah

O consumo de corrente total do banco de baterias fica:

Obs: vamos considerar uma profundidade de descarga de 30%.

Itotal= Consumo (Ah) x Autonomia (dias) / profundidade de descarga =

Itotal = 662.78 Ah x 2dias / 0,3 = 4.418,53 Ah → 4.418,53 Ah /240 Ah =

18,41 →19 baterias.

Para 4 dias de autonomia fica: Itotal= 662.78 x 4 / 0,3 = 8 .837,06 Ah →

8 .837,06 Ah / 240 Ah = 36,82 →37 baterias.

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OBS: se usarmos baterias de grande profundidade vem:

Para uma profundidade de descarga de 30 % pode se escolher que

662.78 Ah seja equivale a 80 % da capacidade total, de forma a garantir

que o sistema de armazenamento de energia funcione como esperado por

um período maior que 3 anos.

Itotal = 662.78 Ah x 2 dias / 0,8 = 1.656,95 Ah → 1.656,95 Ah /240 Ah =

6,90 →7 baterias.

Itotal = 662.78 Ah x 4 dias / 0,8 = 3.313,9 Ah → 3.313,9 Ah / 240 Ah = 13,8

→14 baterias.

OBS: A vida útil das baterias é inferior à vida útil dos módulos

deverão ser substituídas ao longo da vida útil do sistema. Considerando a

vida útil do sistema como sendo de 20 anos e que as baterias durarão em

média 5 anos , elas deverão ser substituídas três vezes.

8 - Custo Total do Sistema PV para 2 e 4 dias de autonomia.

Valores individuais

- Controlador – R$ = 595,00 cada um

- Inversor – R$ = 1871,00

- Bateria – R$ = 920,00

- Painel PV – R$ = 980,00

- Montagem e balanço – 15%

- Inspeção anual – 10%

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Custos totais dos componentes do sistema PVpara 2 dias de autonomia

Capital Inicial - Pelotas Valor (R$) Percentual do Custo total (%)

Arranjo PV 24.500,00 37,18

Baterias (80%) 6.440,00 9,77

Montagem e Balanço 5.457,15 8,28

Controladores 3.570,00 5,42

Inversores 1.871,00 2,84

A – Subtotal (Equipamento e Instalação)

41.838,15 63,5

Operação e Manutenção Valor % no custo total

B – Subtotal Inspeção Anual

4.183,81 6,35

Reposição Valor % no custo total

Banco de baterias 3 x reposição

19.320,00 29,32

Manutenção do Inversor 187,10 0,28

Controlador 357,00 0,54

C – Subtotal 19.864,10 30,15

Custo Total do Sistema 65.886,06 100

Capital Inicial - Manaus Valor (R$) Percentual do Custo total (%)

Arranjo PV 19.600,00 33,15

Baterias (80%) 6.440,00 10,9





35.518,90 60.0



3.551,89 6,0


Banco de Bateria 3 x reposição

19.320,00 32,68



C - Subtotal 20.042,6 33,9


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Custos totais dos componentes do sistema PVpara 4 dias de autonomia

Capital Inicial - Pelotas Valor (R$) Percentual do Custo total (%)

Arranjo PV 34.300,00 33,15

Baterias (80%) 11.960,00 11,56

Montagem 7.933,65 7,67




60.824,65 58,79


B– Subtotal Inspeção Anual

6.082,46 5,87


Banco de Baterias 3 x reposição

35.880,00 34,6



C - Subtotal 36.543,10 35,32


Capital Inicial - Manaus Valor (R$) Percentual do Custo total (%)

Arranjo PV 26.460,00 28,49

Baterias (80%) 11.960,00 12,87





51.124,40 55,05



5.115,44 5,5


Banco de Baterias 3 x reposição

35.880,00 38,63



C - Subtotal 36.602,60 39,41


14

Arranjo pv 37%

Baterias 10%

Montagem 8%

Controladores 6%

Inversores 3%

Inspeção 6%

Reposição 30%

Custo Total do Sistema para 2 dias - Pelotas

Arranjo pv 33%

Baterias 11%

Montagem 8%

Controladores 5%

Inversores 3%

Inspeção 6%

Reposição 34%

Custo Total do Sistema para 2 dias - Manaus

15

Arranjo pv 33%

Baterias 11%

Montagem 8%

Controladores 5%

Inversores 2%

Inspeção 6%

Reposição 35%

Custo Total do Sistema para 4 dias - Pelotas

Arranjo pv 29%

Baterias 13%

Montagem 7%

Controladores 4%

Inversores 2%

Inspeção 6%

Reposição 39%

Custo Total do Sistema para 4 dias - Manaus

16

0,00

10.000,00

20.000,00

30.000,00

40.000,00

50.000,00

60.000,00

70.000,00

1 2 3 4

1- Pelotas 2 - Manaus (2 dias de autonomia)

Capital Inicial Operação e Manut. Reposição Custo Total

0,00

20.000,00

40.000,00

60.000,00

80.000,00

100.000,00

120.000,00

1 2 3 4

1- Pelotas 2 - Manaus (4 dias de autonomia)

Capital Inicial Operação e Manut. Reposição Custo Total

65.886,06

103.450

59.113,39

92.872

1 2

2 e 4 dias de autonomia

Pelotas Manaus

projeto sistemas de energia

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