universidade federal de goiÁs escola de engenharia
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA ELÉTRICA, MECÂNICA E DE COMPUTAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
GABRIEL BARBOSA COELHO DA SILVA
SISTEMA FOTOVOLTAICO SUPRINDO UMA INSTITUIÇÃO PÚBLICA
GOIÂNIA
2021
GABRIEL BARBOSA COELHO DA SILVA
SISTEMA FOTOVOLTAICO SUPRINDO UMA INSTITUIÇÃO PÚBLICA
Goiânia
2021
Trabalho de Conclusão de Curso de
Graduação em Engenharia Elétrica
apresentada como requisito parcial à
obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Elétrica da Escola de
Engenharia Elétrica, Mecânica e de
Computação (EMC) da Universidade
Federal de Goiás (UFG).
Orientador: Prof. Dr. Euler Bueno dos
Santos
SISTEMA FOTOVOLTAICO SUPRINDO UMA INSTITUIÇÃO PÚBLICA
Banca Constituída por:
_________________________________________
Prof. Dr. Euler Bueno dos Santos (Orientador)
_________________________________________
Prof.ª Dra. Cacilda de Jesus Ribeiro (Convidado 1)
_________________________________________
Prof. Dr. Reinaldo Gonçalves Nogueira (Convidado 2)
_________________________________________
Prof. Dr. Fernando Belchior (Convidado 3)
Goiânia
2021
Trabalho de Conclusão de Curso de
Graduação em Engenharia Elétrica
apresentada como requisito parcial
à obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Elétrica da Escola de
Engenharia Elétrica, Mecânica e de
Computação (EMC) da Universidade
Federal de Goiás (UFG).
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por ter chegado até aqui e por me permitir
estar concluindo mais uma etapa da vida.
Agradecimentos aos meus queridos pais Luciene e Silvio, por me incentivarem
a todo tempo a estudar e crescer em todos os âmbitos da vida, amo vocês papai e
mamãe.
Agradecimentos ao meu orientador professor Euler Bueno dos Santos, que se
empenhou neste projeto e colaborou da melhor forma possível para o meu
aprendizado e sucesso.
Agradecimentos aos meus amigos Leandro e Guilherme, que vos tenho como
meus irmãos, obrigado pelos momentos de alegria que tivemos juntos e pelo apoio
que sempre me deram.
Goiânia
2021
Resumo
Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de geração fotovoltaica com
potência nominal de 14,40 kWp/12,0 kWca a ser instalado no Bloco I da Escola de
Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Federal de Goiás. O trabalho apresenta
os conceitos envolvendo projetos de sistemas fotovoltaicos, mostrando as etapas
necessárias para a sua elaboração, levando em consideração o consumo de energia
de uma unidade consumidora, irradiância local e as condições físicas do local de
instalação.
A metodologia exposta foi aplicada ao caso em estudo, o que resultou em um
projeto fotovoltaico com a definição física dos arranjos fotovoltaicos, dimensionamento
de módulos, Inversores fotovoltaicos e da instalação. O sistema foi projetado com
potência nominal CC de 14,40 kWp e potência nominal CA de 12,0 kW, composto por
1 inversor de potência de 12,0 kW, conectado a dois arranjos que totalizam 32
módulos com potência nominal de 450 Wp cada. O dimensionamento da potência de
pico do sistema fotovoltaico levou em consideração a média de consumo da unidade
consumidora, bem como as condições de irradiação local e performance do sistema
fotovoltaico. Já o dimensionamento do inversor levou em consideração a potência de
pico do sistema fotovoltaico, bem como as características elétricas de entrada do
mesmo.
No final do trabalho são apresentados os resultados da simulação do sistema
no aplicativo computacional HelioScope.
Palavras-chave: Geração fotovoltaica. Sistemas fotovoltaicos. Módulo fotovoltaico.
Inversor fotovoltaico.
Abstract
This work presents the design of a photovoltaic generation system with a
nominal power of 14,40 kWp/12,0 kWca to be installed in Block I of the UFG School of
Civil and Enviromental Engineering at the Federal University of Goiás. The work
presents the concepts involving projects of photovoltaic systems, showing the
necessary steps for its elaboration, taking into account the energy consumption of a
certain client, local irradiance and the physical conditions of the installation site.
The methodology exposed was applied to the case under study, which resulted
in a photovoltaic project with the physical definition of the photovoltaic arrangements,
module sizing, photovoltaic inverters and the installation. The system was designed
with a DC nominal power of 14.40 kWp and AC nominal power of 12.0 kW, composed
of 1 inverter with a power of 12.0 kW, connected to two arrangements that total 32
modules with a nominal power of 450 Wp each. The dimensioning of the photovoltaic
system peak power took into account the average consumption of the consumer unit,
as well as the local irradiation conditions and the performance of the photovoltaic
system. The inverter sizing took into account the peak power of the PV system, as well
as its input electrical characteristics.
Translated with www.DeepL.com/Translator (free version) At the end of the
work, the results of the system simulation are presented in the Helioscope computer
application.
Keywords: Photovoltaic generation. Photovoltaic systems. Photovoltaic module.
Inverter photovoltaic.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Radiação e suas componentes ................................................................ 14
Figura 2 - Posição solar e ângulo azimutal ............................................................... 15
Figura 3- Vista real do Bloco I da EMC .................................................................... 24
Figura 4: Comparativo entre produção e consumo ................................................... 37
Figura 5 - Fatura de energia antes e depois da geração fotovoltaica ....................... 37
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Requisitos mínimos geração distribuída Enel Goiás ................................ 22
Quadro 2: Características elétricas do módulo escolhido ......................................... 27
Quadro 3: Dados mecânicos do módulo escolhido .................................................. 28
Quadro 4: Parâmetros elétricos de entrada e saída do inversor ............................... 30
Quadro 5: Proteções CC integradas no inversor ...................................................... 34
Quadro 6: Geração média anual e produção específica do SFV .............................. 36
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Principais características dos inversores fotovoltaicos ............................. 18
Tabela 2: Previsão de consumo dos aparelhos de ar condicionado ao longo de um ano
................................................................................................................................. 25
Tabela 3: Média mensal e anual dos índices de irradiação para a cidade de Goiânia
................................................................................................................................. 26
Tabela 4: Temperaturas médias mensais para a cidade de Goiânia ....................... 26
Tabela 5: Alguns dos modelos de módulos fotovoltaicos e suas especificações ...... 27
Tabela 6: Comparativo inversores Fronius e Huawei ............................................... 29
Tabela 7: Configuração do gerador fotovoltaico nas condições STC ....................... 33
Tabela 8: Geração medial mensal do SFV ............................................................... 36
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E AGRÂNIMOS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica
CA - Corrente Alternada
CC - Corrente Contínua
EMC - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação
FV - Fotovoltaico
FDI - Fator de Dimensionamento do Inversor
SFV - Sistema fotovoltaico
UC - Unidade Consumidora
GFV - Gerador fotovoltaico
STRING - Conjunto de módulos fotovoltaicos associados em série
MPPT - Rastreador de Máximo Ponto de Potência
SUMÁRIO
Resumo ................................................................................................................... 17
Abstract ................................................................................................................... 18
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ 19
LISTA DE QUADROS .............................................................................................. 20
LISTA DE TABELAS ................................................................................................ 21
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E AGRÂNIMOS ............................................ 22
1.INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 11
1.1. Visão geral e justificativa .................................................................... 11
1.2. Objetivos ............................................................................................ 12
1.3. Estrutura do trabalho .......................................................................... 12
2.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 13
2.1. Geração Distribuída ............................................................................ 13
2.2. Radiação solar, irradiância e irradiação solar ..................................... 13
2.3. Ângulo Azimutal e orientação dos módulos fotovoltaicos.................... 14
2.4. Sombreamento ................................................................................... 15
2.5. Dimensionamento do gerador fotovoltaico .......................................... 16
2.5.1. Dimensionamento dos módulos fotovoltaicos ....................................... 16
2.5.2. Dimensionamento do Inversor .............................................................. 18
2.6. Cabeamento e proteções ................................................................... 20
2.6.1. Cabos CC ............................................................................................. 20
2.6.2. Cabos CA ............................................................................................. 21
2.6.3. Disjuntores e DPS ................................................................................ 21
3.RESULTADOS ..................................................................................................... 24
3.1. Local de instalação ............................................................................. 24
3.2. Análise de consumo ........................................................................... 24
3.3. Avaliação do recurso solar ................................................................. 25
3.4. Dimensionamento dos módulos fotovoltaicos ..................................... 26
3.5. Dimensionamento do inversor fotovoltaico ......................................... 29
3.6. Configuração do gerador fotovoltaico ................................................. 31
3.7. Dimensionamento de condutores e dispositivos de proteção ............. 33
3.7.1. Cabos CC ............................................................................................. 33
3.7.2. Cabos CA ............................................................................................. 33
1.1.3 Dispositivos de proteção ...................................................................... 34
3.8. Análise do sistema fotovoltaico ........................................................... 35
3.8.1. Geração e Consumo ............................................................................ 35
3.8.2. Simulação de Fatura de energia antes e depois ................................... 37
3.8.3. Investimento ......................................................................................... 38
4.CONCLUSÃO ....................................................................................................... 39
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 40
APÊNDICE I ............................................................................................................ 41
DIAGRAMA UNIFILAR ............................................................................................ 41
APÊNDICE II ........................................................................................................... 43
MEMORIAL DESCRITIVO ....................................................................................... 43
Introdução .................................................................................................... 44
Descrição do Sistema .................................................................................. 44
APÊNDICE III .......................................................................................................... 45
LAYOUT E SIMULAÇÃO DO SISTEMA .................................................................. 45
APÊNDICE IV .......................................................................................................... 51
RECORTE DA TABELA 33 NBR5410...................................................................... 51
APÊNDICE V ........................................................................................................... 53
RECORTE DA TABELA 40 NBR5410...................................................................... 53
APÊNDICE VI .......................................................................................................... 55
RECORTE DA TABELA 36 NBR5410...................................................................... 55
ANEXO I .................................................................................................................. 57
DATASHEET DO MÓDULO FOTOVOLTAICO ........................................................ 57
ANEXO II ................................................................................................................. 60
DATASHEET DO INVERSOR FOTOVOLTAICO ..................................................... 60
11
1. INTRODUÇÃO
Neste trabalho são descritos os conceitos e etapas necessárias para a
elaboração de um projeto fotovoltaico de 14,40 kWp de potência nominal de gerador
fotovoltaico, tendo em vista a necessidade de atender o consumo de energia de uma
instituição pública.
Este Projeto Final de Curso é uma contribuição às atividades do projeto de
extensão “Transferência de conhecimentos e criação do Laboratório de Energia Solar
Fotovoltaica, como estratégias na implementação das Novas Diretrizes Curriculares
dos Cursos de Engenharia”, como material didático da área, a ser disponibilizado para
a sociedade.
1.1. Visão geral e justificativa
Durante anos acostumou-se à visão de um sistema elétrico brasileiro tendo
como fonte principal a geração hídrica. Neste contexto, nasce então uma busca por
novas fontes de energia que sejam renováveis e sustentáveis, destacando-se, então,
a energia solar.
A partir do ano de 2012 começou a ser observado um forte crescimento da
energia fotovoltaica dentro da matriz energética brasileira. Como consequência da
resolução normativa da ANEEL nº 482/2012, a qual regulamentou o sistema de
compensação de energia para micro e minigeração distribuída, podendo o consumidor
gerar sua própria energia através de fontes de energia renováveis e injetar o
excedente na rede de distribuição da sua localidade. Em 2015 foi publicada a
Resolução Normativa de nº 687/2015, que alterou alguns itens da normativa 482 e
acrescentou algumas modalidades de mini e microgeração, como: o autoconsumo
remoto, geração compartilhada, empreendimento com múltiplas unidades
consumidoras.
12
1.2. Objetivos
O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um projeto de geração
fotovoltaica que possa atender o consumo de energia elétrica do Bloco I da Escola de
Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Federal de Goiás. Também, como parte
deste trabalho, são apresentadas as metodologias dos projetos de microgeração e
procedimentos necessários ao desenvolvimento do projeto.
Objetivos específicos:
• Apresentar a metodologia necessária ao desenvolvimento do projeto, partindo
do levantamento de consumo, do recurso solar e das condições do local de
instalação;
• Escolher os equipamentos a serem instalados e a partir deles realizar todos os
dimensionamentos necessários;
• Realização de simulações no aplicativo computacional HelioScope.
1.3. Estrutura do trabalho
O presente trabalho se encontra dividido em 4 capítulos, sendo o primeiro
este capítulo introdutório.
O capítulo 2 trata da metodologia necessária para o desenvolvimento de um
projeto de microgeração fotovoltaica.
O capítulo 3 faz aplicação das metodologias descritas no capítulo 2, aplicadas
ao caso específico de uma edificação existente. Este capítulo traz também as
interpretações de simulações obtidas no HelioScope.
Por último é apresentado neste trabalho o capítulo 4 contendo: Conclusão do
trabalho, diagrama unifilar do projeto, memorial descritivo, datasheet do módulo
fotovoltaico, datasheet do inversor fotovoltaico, simulações e layout do HelioScope.
13
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Aqui são apresentados conceitos e informações necessárias ao desenvolvimento
deste trabalho.
2.1. Geração Distribuída
Segundo o Instituto Nacional de Eficiência Energética (2004), “Geração
Distribuída (GD) é uma expressão usada para designar a geração elétrica realizada
junto ou próxima do(s) consumidor (es), independente da potência, tecnologia e fonte
de energia”. Potências cada vez menores têm sido vistas na geração distribuída, como
é o caso de geradores temporários, módulos fotovoltaicos e pequenas centrais
hidrelétricas (PCH’s).
O uso de sistemas de geração distribuída traz inúmeros benefícios, não só para
o consumidor, mas também para o sistema de distribuição como um todo. Além de
proporcionar qualidade de vida com a introdução de fontes de energia limpa, a
geração distribuída também alivia as linhas de transmissão e o sistema de distribuição
como um todo.
A geração próxima ao consumidor, mesmo existindo antes da década de 1940,
ainda era pouco utilizada. Nos anos posteriores a esta década, a geração centralizada
tornou-se mais vantajosa ao consumidor, o que fez com que os investimentos na
geração distribuída fossem freados. No entanto, com a crise do petróleo e com a
reforma do setor elétrico brasileiro na década de 1990, iniciou-se a retomada nos
investimentos na geração distribuída.
2.2. Radiação solar, irradiância e irradiação solar
De acordo com Villalva e Gazoli (2012, p. 77), a radiação solar é uma forma de
transmissão de energia que acontece através de ondas eletromagnéticas que se
propagam no espaço chegando até a superfície terrestre. Esta radiação, antes de
chegar até à superfície terrestre, sofre a influência de outros meios, como por exemplo
as nuvens, o ar atmosférico e até mesmo à poluição.
Segundo Pinho e Galdino (2014, p.77), a radiação solar global possui três
componentes: componente direta, componente difusa e a componente proveniente de
14
albedo. A componente direta é aquela que vem diretamente do sol até a superfície
terrestre, a difusa é aquela proveniente de todas as direções e que atinge a superfície
terrestre após sofrer algum tipo de espalhamento, já a proveniente de albedo é aquela
refletida na superfície terrestre. A Figura 1, apresenta a radiação solar global com as
suas componentes.
Figura 1 - Radiação e suas componentes
Fonte: (PINHO et al., 2008).
Para Villalva e Gazoli (2012, p.45), a irradiância é uma medida para quantificar
a radiação solar, e é expressa na unidade de W/m². Já a irradiação solar é a integração
da irradiância em um determinado intervalo de tempo, e dessa forma medida em
Wh/m².
2.3. Ângulo Azimutal e orientação dos módulos fotovoltaicos
Conforme Villalva e Gazoli (2012, p.50), “ângulo azimutal é o ângulo entre os
raios solares e o norte geográfico, descrevendo o sol diferentes ângulos azimutais ao
longo do dia”, o que pode ser visto na Figura 2.
15
Figura 2 - Posição solar e ângulo azimutal
Fonte: Pinho; Galdino (2014, p.73)
A instalação de um módulo fotovoltaico deve levar em consideração o
movimento do sol. Um módulo orientado para o leste no hemisfério sul estaria de
frente para os raios solares somente no período da manhã, da mesma forma um
módulo voltado para o oeste estaria de frente para os raios solares somente no
período da tarde. Dessa forma, a melhor orientação para o módulo fotovoltaico é
voltada para a linha do Equador, isto é, o norte geográfico. Dessa forma o módulo, ao
longo de todo o dia, estará de frente para os raios solares.
A escolha da inclinação correta dos módulos fotovoltaicos também é muito
importante em qualquer tipo de projeto fotovoltaico. A melhor inclinação é aquela onde
os raios solares incidem de forma perpendicular ao plano do módulo, sendo adotado
por convenção uma inclinação igual a latitude local.
Dessa forma, faz-se de extrema importância fazer uma análise do local onde
os módulos fotovoltaicos serão colocados. Para instalações fotovoltaicas em telhado,
sempre que possível, deve-se ser buscado águas voltadas para o norte e verificar se
a inclinação do telhado não é tão discrepante da latitude local, caso isso aconteça faz-
se necessário o uso de estruturas auxiliares para correção de inclinação dos módulos
e um maior aproveitamento da energia gerada pelos raios solares.
2.4. Sombreamento
É chamado de sombreamento o efeito que ocorre nos painéis fotovoltaicos
quando há a presença de algum objeto nas suas proximidades, fazendo sombras nos
painéis e, consequentemente, afetando a geração de energia elétrica. Os principais
16
objetos causadores de sombreamento são: árvores; prédios vizinhos ao local de
instalação, dentre outros.
De acordo com Pinho e Galdino (2014, p.159), o sombreamento pode gerar
inúmeros riscos ao sistema fotovoltaico. Quando há sombreamento parcial, uma parte
das células do módulo fotovoltaico acaba recebendo menos irradiação que a outra
parte, o que faz com que haja uma queda de corrente na saída do módulo e,
consequentemente, em todos os módulos em série a ele conectados, levando então
a perda de potência do sistema. O sombreamento parcial do módulo fotovoltaico
também pode gerar os chamados “HotsPot”, onde há aquecimento de partes do
módulo, levando a sua danificação e causando possíveis acidentes no sistema.
Dessa forma, faz-se necessário o estudo do local de instalação para verificar
se há possíveis pontos de sombreamento.
2.5. Dimensionamento do gerador fotovoltaico
Uma das etapas mais importantes de um projeto de energia solar é o
dimensionamento do gerador fotovoltaico. Nesta seção são abordados conceitos e
formulações necessários à definição de cada um dos elementos do gerador
fotovoltaico.
Este dimensionamento pode ser feito basicamente de três formas possíveis:
dimensionamento baseado no consumo de energia; dimensionamento levando em
consideração a área disponível; dimensionamento levando em consideração o capital
disponível.
2.5.1. Dimensionamento dos módulos fotovoltaicos
Para o projeto de um sistema fotovoltaico, uma das primeiras necessidades a
serem definidas está na quantidade de módulos necessários. Para este
dimensionamento será escolhido o método baseado no consumo de energia, uma vez
que é possível estimar o consumo médio mensal durante o ano.
Primeiramente será calculada a potência de pico do sistema conforme a
Equação (2.1), (FOTOVOLTAICA UFSC, 2015).
17
𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜=(𝐸𝑚é𝑑𝑖𝑜 ∗ 𝑃_𝑟𝑒𝑓)/(𝐺_𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 ∗ 𝑃𝑅) (2.1)
Onde:
𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜: Potência de pico do gerador fotovoltaico (kWp)
𝐸𝑚é𝑑𝑖𝑜: Energia consumido diariamente pelas cargas (kWh/dia)
𝑃_𝑟𝑒𝑓: Irradiância de referência adotada (1 kW/m²)
𝐺𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙: Irradiação diária no plano dos módulos fotovoltaicos (kWh/m². dia)
𝑃𝑅: Perfomance Ratio – Performance do sistema (adimensional)
A PR pode ser definida como a relação entre o desempenho real e o
desempenho teórico do sistema. Para um sistema sem perdas seu valor seria 1.
Porém, devido às perdas do sistema isso não acontece, mas um bom
dimensionamento preliminar do sistema pode ser feito definindo-se valores de PR
entre 75 e 80% (FOTOVOLTAICA UFSC, 2015).
Por essa formulação se torna, então, possível, através de dados como
irradiação, performance do sistema e consumo da UC, determinar a quantidade
necessária de módulos fotovoltaicos para o sistema.
Uma vez determinada a potência de pico do sistema, torna-se possível, então,
a determinação do número de módulos a serem utilizados, que pode ser calculado
pela Equação (2.2).
𝑁𝑚ó𝑑= 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜
𝑃𝑚ó𝑑 (2.2)
Onde 𝑃𝑚ó𝑑 é a potência de pico individual do módulo escolhido para ser utilizado no
projeto.
18
2.5.2. Dimensionamento do Inversor
Conforme citado por Villalva e Gazoli (2012, p.119), o inversor solar é o
dispositivo responsável por converter a energia contínua gerada nos painéis solares
em energia alternada, podendo dessa forma alimentar os consumidores conectados
à rede de distribuição.
O dimensionamento do inversor trata-se da escolha do mesmo a partir do
conhecimento da potência instalada do sistema. Sabendo-se disso, as principais
características a serem analisadas são resumidas na Tabela 1.
Tabela 1- Principais características dos inversores fotovoltaicos
Característica Simbologia
Potência Nominal CA 𝑃𝑖𝑛𝑣
Máxima tensão de entrada 𝑉𝑚𝑎𝑥
Limite de corrente do MPPT 𝐼𝑚𝑝𝑝𝑡_𝑚𝑎𝑥
Fonte: O autor (2021)
Para Pinho e Galdino (2014, p. 332), em um dimensionamento adequado do
inversor deve ser levado em consideração que sua potência nominal não pode nem
ser muito abaixo e nem muito acima da potência de pico do conjunto de módulos.
Dessa forma, para uma escolha otimizada da potência do inversor é utilizado o
chamado Fator de Dimensionamento do Inversor (FDI). O FDI é a relação entre a
potência nominal CA do inversor e a potência de pico do gerador fotovoltaico,
conforme é visto na Equação (2.3).
FDI = Pinv
PFV
(2.3)
Onde:
FDI = Fator de dimensionamento do inversor (adimensional);
Pinv = Potência nominal CA do inversor (W);
PFV = Potência de pico do gerador fotovoltaico (Wp).
19
As literaturas recomendam um FDI entre 0,75 e 0,85 e um limite máximo de
1,05 (PINHO; GALDINO, 2014, p.332).
Uma vez escolhido o inversor a se utilizar, deve-se então escolher a melhor
configuração do sistema fotovoltaico que seja compatível com as características do
inversor. Dessa forma, deve ser definido o número máximo de módulos que podem
ser colocados em série e em paralelo nas entradas do inversor.
Para o cálculo do número de módulos que podem ser colocados em série, a
Inequação (2.4) deve ser respeitada.
𝑉mppt_𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒*𝑉𝑜𝑐𝑇(T)≤ 𝑉mppt_𝑚𝑎𝑥 (2.4)
Onde 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 representa o número de módulos que podem ser colocados em
série em uma das entradas do inversor e 𝑉𝑂𝐶𝑇(T) a tensão de circuito aberto de cada
módulo em função de sua temperatura real de trabalho (T), essa tensão pode ser
calculada pela Inequação (2.5), adaptada de (ZILLES et all.,2012, p.131).
𝑉𝑂𝐶𝑇(T)= 𝑉𝑂𝐶*[1+ 𝛽𝑉𝑂𝐶 ∗ (𝑇 − 25)] (2.5)
Onde 𝛽𝑉𝑂𝐶 representa o coeficiente de temperatura de Voc, dado esse informado pelo
fabricante do módulo.
Para determinar o número de módulos que podem ser colocados em paralelo,
a Inequação (2.6), deve ser respeitada.
𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜* 𝐼𝑠𝑐𝑇(T) ≤ 𝐼𝑠𝑝𝑝𝑚_𝑚𝑎𝑥 (2.6)
Onde 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 é o número de módulos que podem ser colocados em paralelo
na entrada do inversor e 𝐼𝑆𝐶𝑇(T) a corrente de curto-circuito na temperatura real de
trabalho dos módulos, esta corrente também pode ser calculada através da Inequação
(2.7), adaptada de (ZILLES et all., 2012).
20
𝐼𝑠𝑐𝑇(T)= 𝐼𝑠𝑐*[1+ 𝛼𝑖𝑠𝑐 ∗ (𝑇 − 25)] (2.7)
Onde 𝛼𝑖𝑠𝑐 representa o coeficiente de temperatura de Isc, dado esse informado pelo
fabricante do módulo.
Uma vez feito estes cálculos, fica então a critério do projetista a escolha da
melhor configuração de seu projeto.
2.6. Cabeamento e proteções
Uma vez que o dimensionamento dos módulos fotovoltaicos e do inversor foi
feito, torna-se possível e necessário o dimensionamento e escolha dos demais
elementos do sistema fotovoltaico. Aqui serão abordados os dimensionamentos de
cabos, bem como dos elementos de proteção.
2.6.1. Cabos CC
Os cabos CC são aqueles presentes na ligação entre um módulo e outro e na
ligação da série fotovoltaica até o inversor. De acordo com a NBR 16690, caso a série
fotovoltaica não apresente uma proteção contra sobrecorrente, os cabos CC de cada
série fotovoltaica devem ser dimensionados de modo a suportar uma corrente mínima
de 1,5 vezes a corrente de curto circuito da série. No entanto, caso a série fotovoltaica
apresente uma proteção contra sobrecorrente, os condutores devem ser
dimensionados levando em consideração a corrente nominal do disjuntor.
Um dos métodos de determinar os condutores CC a serem utilizados está em
se estimar a corrente como mencionado no parágrafo acima e consultar à NBR 5410
para fins de correção de agrupamentos de circuitos. Após a correção de corrente,
deve ser consultada a norma NBR 16612 nos itens relacionados a formas de
instalação e finalmente no item relacionado a capacidade de condução de corrente.
Um segundo método para o dimensionamento dos cabos solares é o método
da queda de tensão. Este método relaciona a distância a ser percorrida pelos cabos
CC até o inversor, bem como a queda de tensão admissível neste trecho do circuito.
A expressão pode ser vista na Inequação (2.8).
21
𝐴 ≥2 ∗ 𝐿 ∗ 𝐼
𝑉𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 ∗ 𝜎 ∗ 𝛥𝑉%
(2.8)
Onde:
• L é o comprimento dos cabos, com unidade de medida em metros;
• I é a corrente máxima do circuito, com unidade de medida em Amperes;
• 𝜎 é a condutividade elétrica do cobre na temperatura de operação;
• 𝑉𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 é a tensão máxima da série fotovoltaica, dada em Volts;
• 𝛥𝑉% é a queda de tensão admitida no circuito.
2.6.2. Cabos CA
Os cabos CA são aqueles presentes na saída do inversor e fazem o transporte
da potência gerada no gerador fotovoltaico até as cargas e a conexão com a rede de
distribuição no caso de sistemas ON-GRID.
Após definir a corrente de projeto da parte CA do sistema fotovoltaico, para o
dimensionamento da bitola dos condutores de fase são necessárias as seguintes
etapas: definir o tipo da instalação conforme a Tabela 33 da NBR 5410; fazer as
devidas correções de corrente através da Tabela 40 e do item 6.2.5.1 da NBR 5410,
os quais vão tratar sobre as correções para temperatura e número de condutores
carregados; consultar tabelas 36 a 39 da mesma norma através das quais será obtida
a bitola do condutor.
Para a escolha dos condutores neutro e terra devem ser consultadas
respectivamente as tabelas 48 e 58 da NBR 5410.
2.6.3. Disjuntores e DPS
A norma NTC 71 da distribuidora ENEL GO, no item 6.5, estabelece que devem
obrigatoriamente ser usados dispositivos de proteção contra surto (DPS), tanto no
lado CC quanto no lado CA do sistema fotovoltaico. Além destes, conforme a mesma
22
norma, o sistema fotovoltaico também deve possuir os dispositivos mostrados no
Quadro 1.
Quadro 1: Requisitos mínimos geração distribuída Enel Goiás
EQUIPAMENTO
POTÊNCIA INSTALADA
Menor ou igual a 75 kw
Maior que 75kw e menor ou igual a 500kw
Maior que 500kw e menor ou igual a 5MW
Elemento de desconexão (1) Sim Sim Sim
Elemento de Interrupção (2) Sim Sim Sim
Transformador de acoplamento (3) Não Sim Sim
Proteção de sub e sobretensão Sim (4) Sim (4) Sim
Proteção de sub e sobrefrequência Sim (4) Sim (4) Sim
Proteção contra desequilíbrio de corrente
Não Não Sim
Proteção contra desbalanço de tensão
Não Não Sim
Sobrecorrente direcional Não Sim Sim
Sobrecorrente com restrição de tensão
Não Não Sim
Relé de sincronismo Sim (5) Sim (5) Sim (5)
Anti-ilhamento Sim (6) Sim (6) Sim (6)
Medição Sistema Bidirecional (7)
Medidor 4 Quadrantes
Medidor 4 Quadrantes
Fonte: NTC 71, Enel Goiás.2018
É importante destacar que boa parte dos inversores fabricados hoje já vêm com
algumas dessas proteções incorporadas na parte CC, o que dispensa a repetição das
mesmas em uma proteção externa específica para a parte CC do sistema fotovoltaico,
evitando redundância e otimizando os custos do projeto. No entanto, deve sempre se
atentar ao manual dos fabricantes dos inversores para identificar alguma sugestão de
proteção a ser adicionada.
Para os disjuntores CC, como determinado pela NBR 16690, o disjuntor
escolhido deve satisfazer necessariamente as Inequações (2.9) e (2.10)
respectivamente.
(1,5 ou 1,25) *𝐼𝑆𝐶𝑀𝑂𝐷<In<2,4*𝐼𝑆𝐶𝑀𝑂𝐷
(2.9)
In≤𝐼𝑚𝑜𝑑𝑚𝑎𝑥
(2.10)
23
Onde 𝐼𝑆𝐶𝑀𝑂𝐷 é a corrente de curto circuito de cada módulo e 𝐼𝑚𝑜𝑑𝑚𝑎𝑥
a corrente máxima
reversa suportada por cada módulo.
Para o lado CA, a NBR 5410 determina que o disjuntor deve satisfazer
necessariamente as Inequações (2.11) e (2.12).
𝐼𝑏≤ 𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟 ≤ 𝐼𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑏𝑜
(2.11)
𝐼𝑧≤1,45*𝐼𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑏𝑜 (2.12)
Onde, 𝐼𝑏 é a corrente de projeto e 𝐼𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑏𝑜 a capacidade de corrente do cabo
CA especificada pela NBR 5410.
24
3. RESULTADOS
3.1. Local de instalação
O sistema fotovoltaico a ser projetado visa atender o Bloco I da Escola de
Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Federal de Goiás, localizado na
cidade de Goiânia. Os valores aproximados da latitude e longitude são
respectivamente -16,7º e -49, 24º. A Figura 3 mostra o local exato obtido através
do Google Earth.
Figura 3- Vista real do Bloco I da EMC
Fonte: Google Earth (2021)
3.2. Análise de consumo
Para o dimensionamento do sistema fotovoltaico, foi feito o levantamento do
consumo de um conjunto considerado de 10 aparelhos de ar condicionado que irão
ser instalados no Bloco I da Escola de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade
Federal de Goiás. Neste levantamento, foram levados em consideração a quantidade
de horas a serem usadas por estes aparelhos ao longo do ano, bem como a potência
diária por hora consumida por estes aparelhos. Este levantamento pode ser visto na
Tabela 2.
25
Tabela 2: Previsão de consumo dos aparelhos de ar condicionado ao longo de um ano
Fonte: O autor (2021)
Na tabela pode-se ver também que foi levado em consideração o uso dos
aparelhos apenas em dias úteis, ou seja, de segunda a sexta-feira. Pela tabela foi
obtido então um consumo médio mensal de 1.613,00 kWh/mês. Uma vez que o projeto
visa atender não somente o conjunto de aparelhos de ar condicionado, mas também
toda e qualquer carga presente no local, para efeitos de dimensionamento será
considerado um consumo médio mensal de 1713,00 kWh/mês.
3.3. Avaliação do recurso solar
Para encontrar os dados de irradiância local, foi utilizado o software
RADIASOL2. Este software foi desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da
UFRGS e permite com que o usuário ao inserir dados de inclinação dos módulos,
ângulo azimutal, obtenha dados da irradiação local e temperatura.
Para uma inclinação dos módulos β=15°, ângulo azimutal de superfície γ= - 15°,
a Tabela 3 mostra os dados de irradiação local encontrados para a cidade de Goiânia.
Mês Horas
dia
Dias
úteis
Consumo
(kWh)
Consumo
(KWh/mês)
Janeiro 09 23 1,14 2.359,80
Fevereiro 06 20 1,14 1.368,00
Março 06 21 1,14 1.436,40
Abril 06 22 1,14 1.504,80
Maio 04 23 1,14 1.048,80
Junho 04 20 1,14 912,00
Julho 04 23 1,14 1.048,00
Agosto 06 22 1,14 1.504,80
Setembro 09 21 1,14 2.154,60
Outubro 09 23 1,14 2.359,80
Novembro 09 21 1,14 2.154,60
Dezembro 06 22 1,14 1.504,80
26
Tabela 3: Média mensal e anual dos índices de irradiação para a cidade de Goiânia
Mês Global Direta Difusa Inclinada
1 5,27 2,3 2,72 5,03
2 5,02 4,74 2,78 4,98
3 5,05 6,92 2,58 5,24
4 4,8 10,01 2,36 5,24
5 4,64 13,13 1,82 5,27
6 4,43 17,17 1,55 5,17
7 4,83 20,58 1,6 5,58
8 5,26 24,44 1,99 5,87
9 4,88 27,99 2,43 5,18
10 5,2 29,7 2,63 5,25
11 5,15 32,95 2,7 4,97
12 5,32 34,12 2,79 5,04
Média Anual 4,98 18,67 2,33 5,23
Irradiação Média(kWh/ m²*Dia)
Fonte: Adaptado de Radiasol2 (2021)
A Tabela 4 mostra as temperaturas médias mensais do local colhidas no site
do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET).
Tabela 4: Temperaturas médias mensais para a cidade de Goiânia
Mês Temperatura(°C)
Janeiro 27,55
Fevereiro 26,46
Março 26,24
Abril 26,17
Maio 25,55
Junho 24,17
Julho 23,68
Agosto 26,62
Setembro 30,38
Outubro 29,4
Novembro 27,73
Dezembro 26,92
Fonte: O Autor (2021).
3.4. Dimensionamento dos módulos fotovoltaicos
Para a escolha dos módulos fotovoltaicos foi feita uma pesquisa com os
principais fabricantes que comercializam no Brasil e foram levados em consideração
fatores como potência, eficiência e preço.
27
Tabela 5: Alguns dos modelos de módulos fotovoltaicos e suas especificações
Fabricante modelo Potência (Wp) Eficiência (%) Tecnologia Preço(R$)
Canadian Solar Hiku-450M 450 20,4 Si-Mono 1.149,00
Trina Solar TSM-450 450 20,6 Si-Mono 937,00
Sunova Solar SS450-72MD 450 20,41 Si-Mono 973,00 Fonte: O autor (2021)
Levando em consideração os fatores potência, eficiência e preço, foi então
escolhido para a realização do projeto os módulos da Sunova Solar de 450 Wp. Os
módulos da Sunova apresentam o selo do INMETRO e são garantidos pelo fabricante
15 anos de funcionamento sem defeitos de fabricação e 25 anos de produção mínima
de energia.
O Quadro 2 apresenta as características elétricas do módulo, tais
características foram obtidas em condições padrão de teste (STC). O Quadro 3
apresenta as características mecânicas dos módulos.
Quadro 2: Características elétricas do módulo escolhido
CARACTERÍSTICA ELÉTRICA SS-450-72MD 144cells
Modelo dos módulos SS-450-72MD SS-450-72MDH
STC NOCT
Força máxima – Pmp (W) 450 342
Voltagem de circuito aberto – Voc (V)
50.40 47.76
Corrente de curto-circuito – Isc (A)
11.47 9.22
Tensão máxima de energia – Vmp (V)
41.30 38.94
Corrente de potência máxima – Imp (A)
10.90 8.79
Eficiência do módulo – Nm (%)
20.41%
Tolerância de potência (W) (0, +5)
Tensão máxima do sistema (V)
1000V/1500 V
Corrente máxima nominal do fusível (A)
20
Temperatura atual de operação °C
-40-+85 °C
Fonte: Adaptado de SUNOVA SOLAR (2021)
28
Quadro 3: Dados mecânicos do módulo escolhido
CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS
Dimensões do módulo (L*W*H) 2108 x 1046 x 40mm
Peso 24.0 kg
Número de células 144 células (6x24)
Célula PERC Monocristalino 166x83mm
Vidro Temperado, 3.2mm AR, alta transmitância, baixo ferro
Quadro Liga de alumínio anodizado
Caixa de Junção IP67
Fio de Saída 4.0 mm², Comprimento do fio:1200mm ou comprimento
personalizado
Conector MC4 Compatível
Carga Mecânica 5400 Pa Fonte: Adaptado de SUNOVA SOLAR (2021)
A área do painel fotovoltaico pode ser calculada de forma simples, conforme a
Equação (3.1).
A= L*C
A=2,108*1,046
A=2,21 m²
(3.1)
Onde L representa a largura do módulo fotovoltaico e C o seu comprimento, ambos
em metros.
Utilizando-se a Equação (2.1) pode-se então determinar a potência de pico do
gerador fotovoltaico a ser utilizado.
𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜= (𝐸𝑚é𝑑𝑖𝑜 ∗ 𝑃_𝑟𝑒𝑓)/(𝐺_𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 ∗ 𝑃𝑅)
Para este cálculo, a fim de se obter um dimensionamento preliminar, serão
adotados os seguintes valores: PR=0,78; Emédio= 57,16 𝑘𝑊ℎ 𝑑𝑖𝑎⁄ ; 𝐺_𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙= 5,23
𝑘𝑊ℎ 𝑚2. 𝑑𝑖𝑎⁄ (Ver tabela 4). Dessa forma, tem-se então:
29
Ppico=(57,16 ∗ 1)/(5,23 ∗ 0,78)
Ppico= 14 kWp
Conhecida a potência de pico do sistema e tendo-se escolhido módulos de
potência de 450 Wp, pode-se agora, então, calcular a quantidade de módulos a serem
utilizados. Conforme a Equação (2.2) tem-se:
𝑁𝑚ó𝑑= 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜_𝑒𝑓
𝑃𝑚ó𝑑
𝑁𝑚ó𝑑= 14∗1000
450
𝑁𝑚ó𝑑= 32 módulos
3.5. Dimensionamento do inversor fotovoltaico
Assim como foi feito para a escolha dos módulos do sistema, para a escolha
do inversor a ser utilizado foi feito um pequeno levantamento com alguns modelos
comercializados no Brasil como as marcas FRONIUS, ABB e HUAWEI(WEG). A
Tabela 6 apresenta um comparativo entre duas dessas marcas, observando
aspectos como potência nominal, certificação conforme normas técnicas, funções
de proteção incorporada e preço.
Tabela 6: Comparativo inversores Fronius e Huawei
Fabricante Modelo Proteção incorporada
Potência(kW) Preço(R$)
Fronius SYMO 10.0-3M SIM 10 17.855,00
Huawei SIW500H ST012 SIM 12 9.800,00 Fonte: O autor (2021)
Levando-se em consideração esses aspectos, foi então escolhido o inversor
Huawei SIW500H ST012, com potência nominal de 12 kW. Para esse projeto tem-
se então um FDI dado por:
30
FDI =
Pinv
PFV
FDI = 12
14,40
FDI = 0,83
Este valor pode ser adotado, uma vez que o fabricante do inversor garante
que até 16,8 kWp de potência podem ser colocadas na entrada CC do inversor. E
isso se deve ao Oversizing do mesmo, que é o quanto se pode super dimensionar
o gerador fotovoltaico em relação ao inversor. Além disso, o inversor escolhido
consta na lista de inversores homologados para geração distribuída pela ENEL
GO. O Quadro 4 apresenta os parâmetros elétricos de entrada e de saída do
inversor.
Quadro 4: Parâmetros elétricos de entrada e saída do inversor
Inversor String SIW500H – ST012
Especificações Técnicas SIW500H-S012
Eficiência
Eficiência máxima 98,5%
Entrada
Tensão de entrada máxima 1.080 V
Corrente máxima por MPPT 22 A
Faixa de tensão MPPT em máxima potência
160 V – 950 V
Número máximo de entradas 4
Número de rastreadores MPPT 2
Saída
Potência ativa CA nominal 12.000W
Tensão de saída nominal (FN/FF) 220 V (F-N) / 380 V (F-F), 230 V/400 V, 3F+N+PE
Frequência de rede CA nominal 50 Hz / 60 Hz
Corrente de saída máxima 22 A
Fator de potência ajustável 0,8 LG...0,8 LD
Distorção harmônica total máxima <3% Fonte: Adaptado de WEG (2021)
31
3.6. Configuração do gerador fotovoltaico
Uma vez que os módulos e inversores a serem utilizados foram escolhidos,
faz-se necessário determinar a melhor configuração dos módulos que possa
atender às características de entrada do inversor. Com os dados de corrente e
tensão máxima de entrada do inversor, podemos agora determinar o número de
módulos que podem ser colocados em série e em paralelo de tal modo que possam
oferecer níveis de tensão e corrente adequados ao inversor.
Como foi visto na Tabela 10, a faixa de tensão de trabalho do inversor é de
(𝑈𝐷𝐶 𝑀𝐼𝑁-𝑈𝐷𝐶 𝑀𝐴𝑋) = (160 – 1080)V a do MPPT de (𝑈𝑀𝑃𝑃𝑇 𝑀𝐼𝑁 − 𝑈𝑀𝑃𝑃𝑇 𝑀𝐴𝑋)= (160 –
950) e corrente máxima de entrada (𝐼𝐷𝐶 𝑀𝐴𝑋1 𝐼𝐷𝐶 𝑀𝐴𝑋2⁄ )= (22 22⁄ )A, lembrando,
também da Tabela 7, que 𝑉𝑀𝑃 = 41,30 𝑉, 𝑉𝑂𝐶 = 50,40 𝑉 e 𝐼𝑆𝐶 = 11,47. Para a
determinação do número máximo de módulos a serem colocados em série será
utilizada a faixa de tensão de trabalho do MPPT. Dessa forma:
𝑉𝑀𝑃*𝑁𝑀𝑂𝐷𝑈𝐿𝑂𝑆 𝑆É𝑅𝐼𝐸 = (160 a 950) V
41,30 V*[3 4... 22 23] = [123,90; 165,20; ...; 908,60; 949,90] V
𝑉𝑂𝐶*𝑁𝑀𝑂𝐷𝑈𝐿𝑂𝑆 𝑆𝐸𝑅𝐼𝐸= (160 a 950) V
50,4 V*[3 4 ... 18 19] = [151,20; 201,60; ...; 907,20; 957,60] V
Pode-se ver então que de 4 a 18 módulos podem ser colocados em série
de modo a satisfazer as tensões de entrada do inversor. Esta estimação foi feita
levando em consideração as condições padrão de teste STC, ou seja, para níveis
de irradiância de 1000 W/m² e temperatura das células de 25°C. Porém, sabe-se
que em condições reais em Goiânia, a temperatura dessas células pode chegar
até 70°C para o mesmo nível de irradiância. Dessa forma, as Strings devem ser
dimensionadas a fim de que mesmo em condições extremas de temperatura das
células ela ofereça níveis de tensão e corrente adequadas ao inversor.
Através das Equação (2.5) e (2.7) pode-se, então, corrigir a tensão de
circuito aberto (𝑉𝑂𝐶) e a corrente de curto circuito (𝐼𝑆𝐶).
32
𝑉𝑜𝑐𝑇(T)= 𝑉𝑜𝑐*[1+ 𝛽𝑣𝑜𝑐 ∗ (𝑇 − 25)]
𝑉𝑜𝑐𝑇(70°C) = 50,4*[1-0,0029*(70-25)]
𝑉𝑜𝑐𝑇(70°C) = 43,83 V
𝐼𝑠𝑐𝑇(T)= 𝐼𝑠𝑐*[1+ 𝛼𝑖𝑠𝑐 ∗ (𝑇 − 25)]
𝐼𝑠𝑐𝑇(70°C) =11,47*[1+0,0005*(70-25)]
𝐼𝑠𝑐𝑇(70°C) =11,73 A (11,73<16,5 e 11,73<27)
Como o número de módulos necessários ao projeto são 32, serão utilizadas
duas Strings, cada uma com 16 módulos em série. Através dos resultados obtidos nas
equações acima, pode-se então conferir se a configuração escolhida atende as
condições de entrada do inversor. Então tem-se:
𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒*𝑉𝑜𝑐𝑇(70°C) = (160 a 950) V
16*43,83= 701,28 V → (160<701,28<950)
Portanto, a configuração de 16 módulos em série atende tanto a tensão de
entrada do inversor quanto a máxima corrente de entrada. A Tabela 7 resume a
configuração do gerador fotovoltaico, bem como suas características.
33
Tabela 7: Configuração do gerador fotovoltaico nas condições STC
String Módulos Vn (V) Isc (A)
1 16 660,80 11,47
2 16 660,80 11,47
Fonte: O Autor (2021)
3.7. Dimensionamento de condutores e dispositivos de proteção
3.7.1. Cabos CC
Para a parte CC do sistema fotovoltaico, como foi recomendado pelo fabricante
dos inversores um disjuntor de proteção de 15 A, esta corrente será então utilizada
como corrente de projeto para a determinação da bitola dos condutores CC a serem
utilizados.
Para esse cálculo será aplicado aqui o método da queda de tensão, conforme
consta na expressão 2.8. Para isso serão adotadas as seguintes premissas:
• O comprimento dos cabos será de 50 m;
• Será considerado uma temperatura de 90 °C no interior do cobre, tendo uma
condutividade correspondente de 44 m/Ω.mm²;
• A queda de tensão admissível será adotada como de 1%.
Dessa forma, tem-se então:
𝐴 >2 ∗ 50 ∗ 15
660,8 ∗ 0,01 ∗ 44
A > 5,16 𝑚𝑚2
Para a parte CC serão utilizados condutores de bitola de 6 mm².
3.7.2. Cabos CA
Calculando a corrente de projeto, tem-se:
𝐼𝑐𝑎 =
12𝑘𝑊
380𝑉 ∗ √3
34
𝐼𝑐𝑎 = 18,23
Seguindo para a norma NBR 5410 será considerado o tipo de instalação B1 e
levando em consideração os fatores de correção para temperatura e número de
condutores carregados que são respectivamente 0,87 e 0,86 serão escolhidos
condutores de fase de 10 𝑚𝑚2(PVC) com capacidade de condução de corrente de 50
A.
Para os condutores neutro e terra são consultadas respectivamente as tabelas
48 e 58 da NBR 5410, sendo obtido para ambas as bitolas de 10 mm².
1.1.3 Dispositivos de proteção
O inversor Huawei, modelo SIW500H ST012, como informado pelo fabricante
e mostrado na Tabela 12, já contém algumas proteções CC integradas em seu espaço
interno, o que dispensa a repetição das mesmas em uma proteção externa ao
inversor. O fabricante recomenda uma proteção CC externa através de um disjuntor
de 15 A/1000 Vcc.
Quadro 5: Proteções CC integradas no inversor
Proteção
Proteção anti-ilhamento Sim
Proteção contra polaridade CC invertida Sim
Monitoramento de isolação Sim
Proteção contra raios CC Sim
Proteção contra raios CA Sim
Monitoramento de corrente residual Sim
Proteção contra sobrecorrente CA Sim
Proteção contra curto-circuito CA Sim
Proteção contra sobretensão CA Sim
Proteção contra sobretemperatura Sim Fonte: Adaptado de WEG (2021).
Para o lado CA, a NBR 5410 determina o uso das Inequação (2.11) e (2.12):
𝐼𝐵≤ 𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟 ≤ 𝐼𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑏𝑜
35
𝐼𝑧≤1,45*𝐼𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑏𝑜
Dessa forma, tem-se:
18,23 ≤ 𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟𝑐𝑎≤ 50 A
e 1,45*25≤1,45*50
Será então escolhido um disjuntor de 25𝐴 380𝑉⁄ .
Quanto aos DPS, para a parte CC essa proteção já vem integrada no inversor,
no entanto, para a parte CA será escolhido um de Classe II 45𝑘𝐴 380𝑉⁄ .
3.8. Análise do sistema fotovoltaico
O HelioScope é uma plataforma computacional que permite realizar simulações
de sistemas fotovoltaicos. Através dele é possível projetar diretamente sobre a área
escolhida do Google Earth, fazendo análises de presença de sombreamento e
possíveis fatores que interfiram na geração. Nesta plataforma é possível escolher
modelo de módulos e inversores presentes no mercado, tornando possível então obter
uma estimativa de geração do sistema.
3.8.1. Geração e Consumo
Seguem na Tabela 8 e no Quadro 6 estimativas de geração mensal e anual
realizadas pelo HelioScope para o estudo de caso realizado no Bloco I da Escola de
Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação da Universidade Federal de Goiás.
36
Tabela 8: Geração medial mensal do SFV
Mês Geração (kWh)
Janeiro 1.792,3
Fevereiro 1.705,6
Março 2.005,8
Abril 1.948,8
Maio 1.946,1
Junho 2.021,7
Julho 2.134,3
Agosto 2.239,0
Setembro 2.130,1
Outubro 1.858,6
Novembro 1.621,5
Dezembro 1.690,5 Fonte: Adaptado de HelioScope (2021)
Quadro 6: Geração média anual e produção específica do SFV
Métricas do sistema
Placa de identificação do inversor DC 14,4 kw
Placa de identificação do inversor AC Taxa de carga de 12,0 kW: 1,20
Produção anual 23,009 MWh
Taxa de desempenho 76,9%
kWh / kWp 1.603,8
Conjunto de dados meteorológicos TMY, grade de 10km, meteonorm (meteonorm)
Versão do Simulador 8f9f2d535a-63551dfe71-d99602cd8c-5bc48c0fc6
Fonte: HelioScope (2021)
No Quadro 6, o sistema tem previsão de geração média anual de 23.009,00
kWh. Portanto, dado que o consumo médio anual previsto é de 20.556,40 kWh, para
o projeto elaborado é prevista uma relação percentual entre geração e consumo de
112,35 %. O excedente de produção deve-se a uma produtividade melhor do que a
anteriormente considerada. A Figura 4 mostra o gráfico onde pode ser visto o
comparativo entre produção e consumo ao longo do primeiro ano.
37
Figura 4: Comparativo entre produção e consumo
Fonte: O Autor (2021)
3.8.2. Simulação de Fatura de energia antes e depois
Com base no levantamento de consumo de energia realizado para a unidade
consumidora e tendo-se uma perspectiva de geração do sistema fotovoltaico a ser
instalado, pode-se agora então simular os custos com energia elétrica e observar os
acúmulos de crédito ao longo do ano.
Considerando-se uma tarifa de energia equivalente do grupo A na
concessionária local Enel Goiás de R$ 0,47 (quarenta e sete centavos), a Figura 5
mostra o gráfico comparativo entre o valor que seria pago na fatura de energia antes
da geração fotovoltaica e após, no entanto, não é levado em consideração o custo
referente ao custo de disponibilidade da concessionária local. Neste gráfico, também,
podem ser observados os créditos gerados.
Figura 5 - Fatura de energia antes e depois da geração fotovoltaica
Fonte: O autor (2021) .
38
3.8.3. Investimento
A fim de se determinar um possível investimento para aquisição de um sistema
de energia solar, foi realizada cotação com a empresa goiana Brenge Par, uma
empresa atuante no mercado de energia solar.
O investimento ficou avaliado em R$ 75.000,00 (setenta e cinco mil reais), com
payback de 4 anos. Este investimento leva em consideração os seguintes itens:
• Projeto e aprovação na concessionária local;
• Kit gerador fotovoltaico;
• Cabeamentos, eletrodutos, caixas de junção, etc;
• Mão de Obra necessária à execução do projeto.
39
4. CONCLUSÃO
Este trabalho teve como principal objetivo a elaboração de projeto de um
sistema fotovoltaico para o Bloco I da Escola de Engenharia Civil e Ambiental. O
projeto nasce da necessidade de suprir as demandas de energia dessa unidade
consumidora, com uma geração que fosse limpa e sustentável.
Para este trabalho, os dimensionamentos e simulações realizadas mostraram
que o objetivo do projeto será muito bem atendido, uma vez que um sistema
fotovoltaico com 14,40 kWp instalado tem perspectiva de gerar anualmente 23.009,00
kWh, atendendo, portanto, a necessidade de consumo do local.
Este Projeto Final de Curso é uma contribuição às atividades do projeto de
extensão “Transferência de conhecimentos e criação do Laboratório de Energia Solar
Fotovoltaica, como estratégias na implementação das Novas Diretrizes Curriculares
dos Cursos de Engenharia”, como material didático da área, a ser disponibilizado para
a sociedade.
40
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 16690: Instalações Elétricas de Arranjos fotovoltaicos. Rio de Janeiro: ABNT, 2019. Disponível em: https://www.abntcolecao.com.br/. Acessado em junho 2021. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5410: Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. Disponível em: https://www.abntcolecao.com.br/. Acessado em junho 2021. BRASIL, INSTITUTO NACIONAL DE EFICIÊNCIA ENERGETICA – INEE. Geração distribuída. Disponível em: https://www.aneel.gov.br/geracao-distribuida. Acessado em junho 2021. BRASIL, INSTITUTO NACIONAL DE EFICIÊNCIA ENERGETICA – INEE. O que é geração distribuída. Disponível em: http://www.inee.org.br/forum_ger_distrib.asp?Cat=gd . Acessado em junho 2021. ENEL. Inversores homologados geração distribuída. 2020. Disponível em: https://www.enel.com.br/content/dam/enel-br/megamenu/corporativo-e-governo/gera%C3%A7%C3%A3odistribu%C3%ADda/Lista%20Inversores%20rev%2056%2028-09-2020.pdf. Acessado em junho 2021. FOTOVOLTAICA UFSC. Aula Introdução ao Dimensionamento dos Sistemas Fotovoltaicos – ParteII.2015. (2h7m). Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=HVeubgyGVig. Acessado em junho 2021. MATRIZ ENERGETICA BRASILEIRA. Ministério de Minas e Energia. Disponível em: https://www.gov.br/mme/pt-br. Acessado em junho 2021. PINHO, J.; GAUDINO, M. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos: ed. De 2014. Rio de janeiro. MME; CEPEL,2014. RAMPINELLI, G.A.; MACHADO, S.de. Manual de Sistemas Fotovoltaicos de Geração distribuída Teoria e Prática. [S.I.]: Brazil Publishing, 2021. SUNOVA SOLAR. Datasheet do painel fotovoltaico. Disponível em: http://www.sunova-solar.com/viewprut.asp?id=308. Acessado em junho 2021. VILLALVA, Marcelo Gradella; GAZOLI, Jonas Rafael. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações. São Paulo: Érica Ltda., 2012. WEG. Datasheet do inversor fotovoltaico. Disponível em: https://www.weg.net/institutional/BR/pt/. Acessado em junho 2021. ZILLES, R.; MACÊDO, W. N.; GALHARDO, M.A.B.; OLIVEIRA, S.H.F. de. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. [S.I.]. São Paulo: Oficina de Textos, 2012.
41
APÊNDICE I
DIAGRAMA UNIFILAR
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APÊNDICE II
MEMORIAL DESCRITIVO
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Memorial Descritivo
Introdução
O presente Memorial Descritivo é referente ao projeto de instalação de Sistema
Fotovoltaico Conectado à Rede, de microgeração distribuída, com potência instalada
de 14,40 kWp, a ser instalado no Bloco I da Escola de Engenharia Mecânica, Elétrica
e de Computação da Universidade Federal de Goiás, localizada na cidade de Goiânia-
GO.
Descrição do Sistema
O arranjo do Sistema Fotovoltaico é composto por 2 sub-arranjos, contendo cada um
deles 1 série de 16 módulos fotovoltaicos da Sunova Solar, modelo SS-450-72MD,
com potência de 450 Wp, totalizando uma potência instalada de 14,40 kWp. O arranjo
do sistema é conectado a um inversor da Huawei, modelo SIW500H ST012, potência
de saída de 12 kW e tensão nominal de 380 V.
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APÊNDICE III
LAYOUT E SIMULAÇÃO DO SISTEMA
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APÊNDICE IV
RECORTE DA TABELA 33 NBR5410
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APÊNDICE V
RECORTE DA TABELA 40 NBR5410
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APÊNDICE VI
RECORTE DA TABELA 36 NBR5410
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ANEXO I
DATASHEET DO MÓDULO FOTOVOLTAICO
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ANEXO II
DATASHEET DO INVERSOR FOTOVOLTAICO
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