Método de Cálculo de Painel Fotovoltaico

Energias Renováveis – Energia Fotovoltaica

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Numa instalação Fotovoltaica Isolada (não conectada à rede), o painel fotovoltaico deve gerar o potencial elétrico necessário para um dia médio de uso, levando em consideração a disponibilidade energética da localidade, mas também as carac terística do modelo de módulo fotovoltaico escolhido para formar o painel (ou arranjo). Apresento aqui um método de cálculo para determinar a quantidade total de módulos de um painel (ou arranjo), a quantidade de módulos em série, e também em paralelo. Para melhor aplicação desse método é recomendável já ter dominado o “Método de Cálculo de Banco de Baterias”.

Termos usados neste método:

Nm = mS * mP Nm = Número total de módulos fotovoltaicos.

mS =



mS = Módulos em série (para aumento de tensão).



mP = Módulos em paralelo (para aumento de corrente). mP =



  



Vi = Tensão de operação da instalação (em Volts).  = Tensão nominal do módulo (em Volts).  = Energia que o Painel deverá gerar diariamente (em Wh/dia)

 =



 = Corrente de Máxima Potência do Módulo escolhido (em A)

  = Potencial energético do local da instalação, no plano do

painel (Horas de Sol Pico em kWh/dia em média mensal)

HSP =

    

ER = Energia Real diária (já computadas as perdas). HC = Energia solar incidente no local da instalação (em MJ/m²) R = Coeficiente de relação da energia incidente num plano inclinado orientado ao e uador e o lano horizontal chão .



Vejamos um exemplo, usando esse método de cálculo:

Vamos construir o painel fotovoltaico para o sistema fotovoltaico que alimentará uma pequena residência. O cálculo da Energia Diária (ED) e da Energia Real (ER) — já considerando um rendimento médio (R) de 79% (0,79) — e o banco de baterias (com autonomia (N) de 3 dias) foi feito no “Método de Cálculo de Banco de Baterias”. No projeto foram considerados os

seguintes pontos de consumo:

Qt 2 1 3 1

Descrição Lâmpadas na sala (fluorescente) Lâmpada na cozinha (fluorescente) Lâmpadas do quartos (fluorescente) Tv + Antena parabólica

Potência (Wh)

Tempo de uso (h)

Consumo Diário (Wh/Dia)

9W 9W 9W 120 W

4h 6h 3h 5h TOTAL

72 Wh/dia 54 Wh/dia 81 Wh/dia 600 Wh/dia 807 Wh/dia

ED = 807 Wh/dia

Se levarmos em consideração que os componentes usados na i nstalação, e o modo de uso nos permite um Rendimento Global de 79%, teremos então:

R = 0,79 Com esse rendimento teremos a Energia Real (R) de 1.021,52 Wh/dia que deverá ser gerada e armazenada no banco de baterias: ER = 1.021,52 Wh/dia Vamos ensaiar esta instalação com as seguintes características e componentes: A tensão da instalação (de acordo às tensões de trabalho dos componentes, como inversores, controladores, lâmpadas, etc.) será de 24 V. Vi = 24 V A instalação será em São Paulo, cujo mês com menor potencial solar é Junho, com uma media de 10,58 MJ/m² (segundo material didático Master.D – Anexo B, Tabela 5, pág. 19). Usamos Página 3 de 7 Master Distancia do Brasil Estudos e Formação, Ltda.  Av. Paulista 1439 Sobreloja 1 - CEP 01311-200 São Paulo (SP) – BRASIL +55 (11) 3371-1013


como fator de correção por dispersão de raios solares (c) os valores de 0,95 para localidades com atmosfera poluída (ex.: centros muito urbanizado s com altos valores de poluição), e 1,05 pra localidades com atmosfera limpa (ex.: zona rural, cidades com baixos nível de industrialização que não tem a atmosfera poluída). Na cidade de São Paulo, o coeficiente de correção será de c = 0,95 e o potencial energético corrigido (Hc) será de 10,58*0,95, ou seja: Hc = 10,58*0,95 = 10,05 MJ/m² Geralmente a melhor inclinação para um painel fotovoltaico é a latitude do local de instalação adicionado a 10°. Como a cidade de São Paulo está situada na latitude de 23,6° a melhor inclinação para um painel fotovoltaico seria de 23,6 + 10 = 33,6°. O conjunto de tabelas 8 do Anexo B: “Fator de Correção k para superfícies inclinadas” mostra a diferença entre a energia

captada por uma superfície orientada para o equador e inclinada em determinado ângulo, e a energia captada por uma superfície semelhante sem inclinação ao plano horizontal. Na página 46 temos os fatores k para a latitude de 24° (23,6° se aproxima mais de 24° do que de 23°). Se tomarmos como base a inclinação de 35° (arredondamos para cima a inclinação ideal de 33,6° em São Paulo) teremos no mês de Junho o fator k de 1,24. De acordo à inclinação, teremos uma diferença anual (mês a mês) entre a energia no plano horizontal (tabela 5 — pág. 19) e a superfície inclinada. Enquanto temos um incremento (posicionando e incli nando corretamente o painel) nos meses de menor Irradiância, teremos uma diminuição, nos meses de maior irradiância

(ex.: veja o fator k para o mês de novembro e multiplique H desse mês. O

Resultado é: 0,92*18,00 = 16,56.) Devemos escolher a inclinação que dê o máximo incremento no meses com pouca irradiação solar, mas que não provoque uma grande diminuição nos meses com muita irradiação solar. K = 1,24

(no mês com menor irradiação).

Com esses valores teremos como resultado as Horas de Sol Pico, que são o equivalente a quantos Quilowatts/hora incidem sobre um metro quadrado na região: HSP = 0,2778*10,05*1,24 = 3,46 kWh/dia (no mês de Junho em São Paulo, em um painel inclinado a 35° e orientado para o Norte geográfico) As Horas de Sol Pico de qualquer região do Brasil podem ser facilmente conseguidas no site do CRESESB através do banco de dados SunData. Visite o site, através do seguinte link: http://www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php ... e veja como usar esse recurso, que facilitará o seu trabalho como projetista.

Para construir o painel fotovoltaico dessa instalação/exemplo utilizaremos os módulos fotovoltaicos KC50T da Kyocera. Esses módulos tem as seguintes características:



Tensão Nominal (Vm): 12 v Tensão em Máxima Potencia (Vmp): 17,4 V Corrente em Máxima Potência (Imp): 3,11 A Tensão em Circuito Aberto (V oc): 21,7 V Corrente de Curto Circuito (Isc): 3,31 A

Aplicando o método de cálculo, poderemos saber qua ntos módulos, e qual a configuração serão adequados ao painel solar da nossa instalação: Para alcançar a tensão de trabalho da nossa instalação, associaremos módulos em série. Módulos em série recebem o nome de Fileiras. Cada fileira terá a seguinte quantidade de módulos em série:

mS =

 



mS =

 



Cada fileira sera formada por 2 módulos em série.

Calcularemos a quantidade de fileiras em paralel o para suprir a corrente necessária à carga das baterias que provém energia elétrica à nossa instalação:

mP =



  





mP =

  







 

  ≈ 5

... portanto nosso painel terá 4 fileiras em paralelo.

O número total de módulos Nm será: Nm = mS*mP

2 * 5 = 10 módulos Kyocera KC50T inclinados em 35° e orientado para o

Norte geográfico, em São Paulo.

Esse painel será diferente, de acordo ao local da instalação, pela variação do nível de irradiação, e também pela variação na inclinação e orientação. Página 5 de 7 Master Distancia do Brasil Estudos e Formação, Ltda.  Av. Paulista 1439 Sobreloja 1 - CEP 01311-200 São Paulo (SP) – BRASIL +55 (11) 3371-1013





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