Aula 2

Prévia do material em texto

AULA 2 
MATERIAIS E DISPOSITIVOS PARA 
SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO 
Prof. Cristiano Lewandoski 
 
 
2 
TEMA 1 – PROJETO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO 
Um projeto fotovoltaico conectado à rede de geração de energia é 
denominado de on-grid e consiste na conexão do sistema fotovoltaico diretamente 
conectado à rede elétrica. Quando a geração de energia produzida pelo sistema 
ultrapassa o consumo do usuário, é gerado um excedente, e este é redirecionado 
para a unidade distribuidora, gerando créditos, e esses créditos são compensados 
na conta de consumo de energia do usuário (Brasil, 2015). 
1.1 Como desenvolver um projeto com suas proteções 
 No Brasil, os projetos fotovoltaicos são apresentados para as 
concessionárias por meio da apresentação de um formulário de solicitação de 
acesso. 
Saiba mais 
No caso do estado do Paraná, existe um formulário de solicitação de 
acesso para microgeração distribuída com potência igual ou inferior a 10kW. Isso 
facilita a análise do projeto. Esse formulário encontra-se no site da Copel. Para 
conhecê-lo, acesse o link a seguir: 
COPEL. Formulário de solicitação de acesso para microgeração distribuída 
com potência igual ou inferior a 10kW. Copel, [S.d.]. Disponível em: 
. Acesso em: 23 ago. 2021. 
Nesta aula, será estudado um projeto de 5kW. 
Mas antes deve-se analisar o consumo do local onde será instalada a 
geração. Para isso, será usada uma fatura de energia, como mostra a Figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
Figura 1 – Fatura de energia da concessionária 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
Na Figura 1, o total faturado do mês foi de 664KWh, com o consumo médio 
diário de 22,13KWh. 
O grupo de consumo B mostra que esse consumidor não tem demanda. 
Esse consumidor tem o atendimento trifásico com o disjuntor geral com a 
proteção de 50 Amperes. A tensão de atendimento da residência é de 127V/220V, 
com um detalhe importante: esse usuário é rural. 
TEMA 2 – DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA 
O sistema proposto nesta aula será projetar inversor de 5kW para diminuir 
o consumo de energia no local e verificar o sistema de proteção necessário para 
a instalação dentro da NBR 16274 – Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede. 
A NBR 16274 direciona todo o sistema de proteção e instalação de um 
sistema fotovoltaico em nosso país (ABNT, 2014). 
2.1 Inversor solar 5KW 
Cada inversor solar tem características distintas de potência, tensão e 
corrente e, como mencionamos em aulas anteriores, o equipamento recebe a 
energia dos módulos fotovoltaicos em corrente contínua até a sua MPPT e 
converte para corrente alternada. Para conectar na rede da concessionária, o 
dispositivo usa um oscilador para sincronizar sua frequência com a da rede 
elétrica da distribuidora, fazendo com que ele só funcione com a alimentação da 
 
 
4 
concessionária. A seguir, a Figura 2 apresenta o datasheet do inversor Sofar de 
5kW que será usado nesta aula. 
Saiba mais 
A datasheet completa do inversor Sofar de 5kW pode ser baixada 
acessando o link a seguir: 
SOFAR SOLAR. Sofar Solar Downloads, [S.d.]. Disponível em: 
. Acesso em: 23 ago. 2021. 
Figura 2 – Datasheet do inversor solar Sofar 
 
Fonte: Sofar Solar, [S.d.]. 
Alguns detalhes importantes estão destacados em amarelos para melhor 
compreensão da aula. 
1. Máxima entrada de PV – (painel fotovoltaico W) = 6.650Wp; 
2. Máxima conexão DC por Mppt = 3500W (MPPT é a sigla para maximum 
power point tracking (rastreamento do ponto de máxima potência), que é 
um recurso embutido em todos os inversores para uso em sistemas 
fotovoltaicos conectados à rede). No caso deste inversor tem 2 MPPT; 
3. Tensão de entrada máxima: 600Vcc; 
4. Tensão Mínima de Funcionamento: 120Vcc; 
5. Range de tensão de operação por MPPT: 90-580Vcc; 
6. Máxima corrente de operação por MPPT do inversor: 11ª. 
 
 
5 
2.2 Escolha do módulo fotovoltaico 
A escolha do modulo fotovoltaico é um detalhe importante porque têm que 
ser observados os dados do datasheet do inversor. Um exemplo é escolher um 
módulo fotovoltaico com a corrente superior à entrada do inversor. Como a ligação 
dos módulos será em série, a corrente permanecerá a mesma, podendo danificar 
a entrada do inversor. 
Para esta aula, escolhemos um módulo Risen 340W monocristalino, cujas 
características estão apresentadas na Figura 3. 
Figura 3 – Datasheet do módulo 340Wp Risen 
 
Fonte: LEM Engenharia, [S.d.]. 
Como se pode observar, em amarelo estão destacados os itens que vamos 
abordar em relação ao módulo 340Wp. 
• Tensão de circuito aberto – Voc (V) = 46,8V; 
• Corrente de circuito Isc (A)= 9.35A; 
• Tensão de potência máxima – Vmpp (V) = 38.2V; 
• Máxima corrente atual – Impp (A) = 8,91A; 
• Eficiência máxima (%) = 17,5%. 
Analisando todos os dados do módulo fotovoltaico, constatamos que ele 
atende à conexão com o inversor proposta na aula de 5kW. 
 A Figura 4 apresenta para análise as características de irradiação versus 
tensão versus corrente. 
 
 
 
6 
Figura 4 – Curva de irradiação 
 
Fonte: Risen Energy, [S.d.]. Crédito: Lewandoski, 2021. 
2.3 Atlas de irradiação 
No estado do Paraná, existe o Atlas Solar Paraná, onde pode ser verificada 
a irradiação média de qualquer cidade. A Figura 5 mostra a radiação de cada mês 
do ano da cidade de Curitiba – PR. O Atlas Solar Paraná é um recurso importante 
para avaliação do projeto. Para outros estados, pode ser utilizado o site da 
Cresesb, com os dados de irradiação de todas as regiões do país, bastando 
colocar a localização geográfica. 
Saiba mais 
1. ATLAS SOLAR PARANÁ. Disponível em: 
. Acesso em: 23 ago. 2021. 
2. CRESESB – Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica 
Sérgio de S. Brito. Potencial Solar - SunData v 3.0. Cresesb, S.d. Disponível em: 
. Acesso em: 23 ago. 
2021 
 
 
7 
Figura 5 – Curva de irradiação ano de Curitiba 
 
Fonte: Cresesb, [S.d.]. 
TEMA 3 – PROJETO COMPLETO 
Na Figura 6, vamos apresentar um projeto completo utilizando o inversor de 
5kW e os módulos fotovoltaico 340wp que apresentamos em aula. 
A imagem, sobre a qual iremos comentar cada ponto, descrevendo o uso e 
a importância, será dividida em números. 
Para os alunos que precisam se aprofundar mais profissionalmente é 
necessário o estudo das seguintes normas: 
• NBR 16274: Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede; 
• NBR 5410: Dimensionamento condutores; 
• 5419-4: Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas SPDA. 
 
 
 
8 
Figura 6 – Projeto completo de um sistema de 5kW 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
3.1 Descrição da figura 6 – Projeto fotovoltaico 
A seguir, vamos descrever os itens que compõem o projeto fotovoltaico e 
suas proteções. 
O projeto está representado por números em sua extensão. Seguem as 
indicações de cada item: 
 
 
 
9 
3.1.1 Item 1 
Representa a entrada de serviço existente da residência e, nesse caso, é 
uma entrada trifásica com um disjuntor de 50A. A Figura 7 mostra um exemplo de 
caixa de medição da Copel. 
Figura 7 – Caixa de medição e proteção 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
3.1.2 Item 2 
Representa a mediação. A Figura 8 apresenta um exemplo de um medidor 
de energia bidirecional. 
Figura 8 – Medidor bidirecional 
 
Crédito: Jefferson Schnaider. 
 
 
10 
3.1.3 Item 3 
QDG (Quadro de Distribuição Geral), onde se encontra o disjuntor de 
proteção do inversor solar. 
3.1.4 Item 4 
Stringbox CA: é o quadro onde se encontram os DPS-CA. A Figura 9 mostra 
um exemplo. 
Figura 9 – Stringbox CA 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
3.1.5 Item 5 
Inversor Sofar 5kW. A Figura 10 mostra um exemplo do inversor solar. 
 
 
 
11 
Figura 10 – Inversor solar 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
3.1.6 Item 6 
Stringbox CC para proteção por DPS e fusível da parte de corrente 
contínua.A Figura 11 mostra um exemplo. 
Figura 11 – String box C 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
 
 
12 
3.1.7 Item 7 
Conexão das strings nas Mppts do inversor solar com os MC4 
(Conectores), na Figura 12 mostra um exemplo de conexão Mppt. 
Figura 12 – Conexão com as Mppt do inversor 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
3.1.8 Item 8 
Conexão dos módulos fotovoltaico. A Figura 12 mostra o modelo de ligação 
em um sistema em série, e a Figura 13 mostra o exemplo de conexão. 
 
Figura 13 – Conexão do MC4 em série nos módulos 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
 
 
13 
Figura 14 – Fórmula de somatório de tensão para os módulos 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
TEMA 4 – CÁLCULOS PARA OS MÓDULOS 
O módulo escolhido de 340Wp tem sua tensão de Voc (V) = 46,8V e a tensão 
de startup do inversor é de 120Vcc e máx. 600V. Podemos aplicar a fórmula da 
Figura 14 nesse projeto. 
Vcc = MD1=46,6V+ MD2=46,6V+ MD3=46,6V = 139,8Vcc = com três 
módulos em cada Mppt é possível ter tensão de Start do inversor. Com o total de 6 
módulos de 340W = 2040kWp. 
Porém isso não é suficiente para ter um projeto adequado, então será 
aplicada a fórmula que aprendemos na aula passada. 
 𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸𝑸. 𝑴𝑴Á𝑿𝑿 𝑷𝑷𝑷𝑷𝑸𝑸𝑷𝑷𝑸𝑸𝑷𝑷 = 𝑷𝑷𝑷𝑷𝑸𝑸. 𝑰𝑰𝑸𝑸𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰𝑷𝑷𝑷𝑷𝑰𝑰 [𝑾𝑾]
𝑷𝑷𝑷𝑷𝑸𝑸. 𝑷𝑷𝑷𝑷𝑸𝑸𝑷𝑷𝑸𝑸𝑷𝑷 [𝑾𝑾]
 
Quantidade de placas = 5000w/ 340w = 14,7 módulos sem overload. 
Nesse caso vamos aplicar um overload de 25% 
 
 
 
14 
Figura 15 – Apresentação da geração com overload 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quantidade máxima de placas = 5000/340 * 1,25 = 18 módulos. 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
Vcc = MD1=46,6V+ MD2=46,6V+ MD3=46,6V+ MD4=46,6V+ MD5=46,6V+ 
MD6=46,6V+ MD7=46,6V+ MD8=46,6V+ MD9=46,6V= 419,4Vcc = com nove 
módulos em cada Mppt é possível e não ultrapassa á tensão máxima do inversor. 
Com o total de 18 módulos de 340W = 6120kWp. 
O valor de máxima entrada de PV – (painel fotovoltaico W) = 6.650Wp, que 
é um dos dados do inversor que também não foi ultrapassado, permitindo a 
segurança do sistema. 
Outro ponto importante do sistema: por utilizar a ligação em série, a 
corrente máxima do inversor, que é de 11ª, não foi ultrapassada devido à corrente 
do módulo não ultrapassar os 9A. 
Sobre o overload a ser aplicado em um projeto solar, deve-se sempre 
verificar o datasheet do equipamento. No inversor da marca Sofar de 5kW, o 
overload é de 1.35% no máximo, porém existem de outras potências e marcas 
que pode chegar até 1.50% de overload. O importante é sempre consultar o 
manual do fabricante para poder utilizar todo o potencial de geração do 
equipamento. 
Overload 25% 
Energia perdida 
Sem overload 
Ganho de energia 
 
 
15 
TEMA 5 – TIPOS DE INVERSORES FOTOVOLTAICOS 
Hoje existem vários tipos de inversores solares e agora vamos citar os 
principais inversores que encontramos em nosso pais. 
5.1 Inversor solar on-grid 
O inversor on-grid é o equipamento mais instalado no mundo por utilizar a 
própria rede da concessionária como sistema de compensação. O termo on-grid 
em português significa conectado à rede. O inversor on-grid é aquele usado para 
conectar um sistema fotovoltaico sem baterias na rede da sua residência ou 
empresa. Esses inversores são projetados para desligar pela falta da rede elétrica. 
Com isso, o sistema é mais seguro para as concessionárias. 
Figura 16 – Inversor on-grid 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
5.2 Inversor solar off-grid 
O inversor off-grid, em português, quer dizer fora da rede ou desconectado 
da rede. O inversor é projetado para trabalhar isolado da rede elétrica da 
concessionária. Normalmente são usados em conjunto com baterias de lítio em 
fazendas isoladas, estações de rádio, estações de telefone, sistemas de 
bombeamento de água, pivôs de irrigação, entre outros itens. 
 
 
 
16 
Figura 17 – Inversor off-grid 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
5.3 Microinversor solar 
O microinversor é um equipamento desenvolvido para operar com uma 
única placa solar ou um par delas. Esse equipamento converte a energia de 
corrente contínua de cada painel para corrente alternada, como já apresentamos 
em aula. Esse equipamento geralmente é fixado atrás de cada painel. Uma das 
vantagens do microinversor é a possibilidade de operar de forma independente 
em cada painel, possibilitando as aplicações dos painéis em telhados com 
diversas inclinações e sombreamento. 
Figura 18 – Microinversor 
 
Crédito: Lewandoski, 2021. 
 
 
 
 
17 
REFERÊNCIAS 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM IEC 60332-1:2005 
– Métodos de ensaios em cabos elétricos sob condições de fogo. Rio de Janeiro: 
ABNT, 2005. 
_____. NBR 16274:2014 – Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede – 
Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção 
e avaliação de desempenho. Rio de Janeiro: ABNT, 2014. 
_____. 5419-4: 2015 – Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. Rio 
De Janeiro: ABNT, 2015. 
ATTYA, A. B.; VICKERS, A. Operation and control of a hybrid power plant with the 
capability of grid services provision. Energies, v. 14, p. 3928, 2021. 
BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa ANEEL n. 
687/15, de 2 de dezembro de 2015. Diário Oficial da União, Poder Legislativo, 
Brasília, DF, 2 dez. 2015. 
_____. Resolução Normativa, n. 482, de 17 de abril de 2012. Diário Oficial da 
União, Poder Legislativo, Brasília, DF, 19 abr. 2012. 
LEWANDOSKI, C. F. et al. The advantages of solar tracker. International Journal 
of Environmental Resilience Research and Science, v. 3, p. 31-46, 2021. 
KUMAR, N. M.; SUBATHRA, M. S. P.; MOSES, J. E. On-Grid Solar Photovoltaic 
System: Components, Design Considerations, and Case Study. In: 4TH 
INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL ENERGY SYSTEMS 
(ICEES), 2018, p. 616-619. 
LEM Engenharia. Módulo Fotovoltaico 340WP. LEM Engenharia, S.d. Disponível 
em: . Acesso em: 23 
ago. 2021. 
PEREIRA, E, B A variabilidade climática no Brasil e o recurso solar. In: _____. 
Fontes não convencionais de energia – as tecnologias solar, eólica e de 
biomassa. 3. ed. Florianópolis: Labsolar – UFSC 2012. p. 149-158. 
 
 
18 
RISEN ENERGY. Jöger Plus. Risen Energy, S.d. Disponível em: 
. Acesso em: 23 
ago. 2021. 
SOFAR SOLAR. Sofar Solar Downloads. Sofar Solar, S.d. Disponível em: 
. Acesso em: 23 ago. 2021. 
TOLMSQIM, M. T. Fontes renováveis de energia no Brasil. Rio de Janeiro: 
Interciência, Cinergia, 2003. 
VEISSID, N; PEREIRA, E. B. Estimativa do Albedo Planetário Empregando Dados 
do Experimento Célula Solar do Satélite Brasileiro Scd2. Revista Brasileira de 
Geofísica, v. 18, n. 1, p. 25-38, 2000. 
WILLIS, H. L.; SCOTT, W. G. Distributed power generation: planning and 
evaluation. New York: Marcel Dekker, inc., 2000. 
WONG, S. Y.; CHAI, A. An Off-Grid Solar System for Rural Village in Malaysia. In: 
ASIA-PACIFIC POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE, 2012, p. 
1-4. 
 
 
 
	5.1 Inversor solar on-grid
	5.2 Inversor solar off-grid
	5.3 Microinversor solar