SENAI - SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIAS ”ÍTALO BOLOGNA”
Rafael Alex Vieira do Vale
Qualidade da Energia Elétrica
 O
sol é a fonte primordial para a obtenção
das demais formas de energia;
 A
terra recebe, anualmente, cerca de
𝟏, 𝟓 𝒙 𝟏𝟎𝟏𝟖 kWh de energia solar;
 Este valor supera em torno de 10 mil vezes o
consumo anual de energia;
 O nosso sol é um corpo celeste que irá durar
ainda milhões de anos;
 A
radiação solar é dividida em três tipos
básicos:
◦ Radiação ultravioleta (7%);
◦ Radiação de luz visível (47%);
◦ Radiação Infravermelha (46%);
 Apesar
de dividida em três parcelas o sol
cobre todas as faixas de frequências
encontradas no espectro eletromagnético;
 A
radiação incidente do sol pode ser
aproveitada para geração de algumas
modalidades de energia (Térmica ou Elétrica)
e suas aplicações;
 Com
relação ao seu aproveitamento a
radiação solar é dividida em três parcelas:
◦ Radiação Direta;
◦ Radiação Difusa;
◦ Radiação Refletida;
 Os índices de radiação solar diferem com os
meses do ano devido ao movimento de
translação e a inclinação do sol em períodos
do ano;
 Assim, para o aproveitamento da energia
solar o sistema deve ser localizado e
direcionado de forma correta para o máximo
aproveitamento possível;
 As medidas de latitude, inclinação azimutal e
inclinação do sistema influenciam no
aproveitamento da energia solar;
 Analisando
a
latitude
do
local
o
empreendimento deve está direcionado no
sentido oposto ao ponto de latitude;
 Ou seja, se a latitude do local for no
hemisfério sul o sistema deve está apontado
na direção norte e vice-versa;
 Para um bom aproveitamento recomenda-se
que o sistema esteja instalado com inclinação
igual a latitude do local somado de 10º;
 O
ângulo azimutal é a inclinação formada
pela projeção da linha perpendicular a
superfície captadora da radiação solar e a
linha que passa ao sul geográfico;
 Pode ser calculado como a inclinação em
plano horizontal da localidade com relação ao
norte;
 Isso vai promover a máxima captação dos
paineis;
 Outro fator que influencia no desempenho do
sistema solar é a altura solar;
 A altura solar é compreendido como o ângulo
entre o raio solar e a sua projeção sobre o
plano horizontal;
 Esta medida é importante para calcular o
sombreamento entre os painéis o que pode
reduzir a eficiência do sistema;
 Os
sistemas solares são divididos em
algumas duas formas de aproveitamento:
◦ Aproveitamento para energia térmica;
◦ Aproveitamento para energia elétrica;
 Os
sistemas tem em comum um painel que
capta a radiação solar e transforma em uma
dessas formas de energia;
 Os
sistemas solares térmicos podem ser
usados para aquecimento de fluidos,
geralmente aquecimento de água;
 A energia térmica captada também pode ser
usada para gerar energia elétrica através da
tecnologia Heliotérmica;
 Isso promove a independência de chuveiros
elétricos e também o uso de combustíveis
fósseis para geração de eletricidade;
 Hoje,
os sistemas fotovoltaicos de energia
estão sendo muito difundidos na geração de
energia elétrica;
 Estes sistemas se utilizam da energia solar
para produzir energia elétrica;
 O efeito fotoelétrico, descoberto por Einstein,
é o que promove esta conversão de energia;
 A radiação solar repleta de fótons arrancam
elétrons que circulam criando uma corrente
elétrica e uma diferença de potencial;
 Em sistemas fotovoltaicos pode-se encontrar
dois dois tipos básicos de uso da energia
gerada;
◦ Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFI);
◦ Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Rede (SFCR);
 Estes
dois tipos de sistemas diferem de
algumas características marcantes apesar do
efeito fotoelétrico está sempre presente na
conversão de energia;
 Os
sistemas fotovoltaico isolados são
sistemas usados, geralmente, em localidades
de difícil acesso;
 Diferem do sistema conectado a rede por
apresentar elementos acumuladores de
energia como baterias;
 Geralmente, são sistemas de pequeno porte
comparados aos sistemas conectados a rede
elétrica de energia;
 Os
sistemas fotovoltaicos conectados a rede
elétrica são aqueles que dispensam o uso de
baterias;
 Estes tipos de sistemas são normatizados de
acordo com as resoluções 482/2012 da e
687/2015 da ANEEL;
 Este sistema se baseia em geração de energia
distribuída e no sistema de créditos de
energia regulamentados pelas resoluções da
ANEEL;
 Os sistemas fotovoltaicos de energia utilizam
diversos aparatos para a sua construção;
 Os
equipamentos
que
podem
encontrados nestes sistemas são:
◦ Painéis Fotovoltaicos;
◦ Inversores de Frequência;
◦ Controladores de Carga (SFI);
◦ Baterias (SFI);
ser
 O painel fotovoltaico é o elemento primordial
para a captação da energia solar para a
conversão da energia elétrica;
 Este componente é construído basicamente
de um material semicondutor responsável
pela conversão da energia solar em energia
elétrica;
 O efeito fotovoltaico é o responsável por esta
conversão;
 A
luz solar incide na superfície do painel
instalados corretamente na localidade;
 Os fótons emitidos pela luz solar transferem
energia para os portadores de carga elétrica
presentes no material semicondutor;
 Estes portadores de carga são basicamente os
elétrons que transitam da banda de valência
para a banda de condução do material
semicondutor;
 Esta transição dos elétrons cria um diferença
de potencia entre dois eletrodos ligados ao
material;
 A tensão gerada pode dar origem a uma
corrente elétrica contínua e aproveitada para
o funcionamento do sistema;
 Por apresentar pequenos níveis de tensão e
corrente elétrica os painéis são organizados
por células solares ligados em série e paralelo
para otimização dos níveis de tensão e
corrente;
 A
corrente elétrica gerada pelo efeito
fotovoltaico é em corrente contínua;
 Porém, A rede elétrica de energia e os
equipamento que encontrados no cotidiano
são alimentados por corrente alternada;
 O inversor de frequência é o equipamento
responsável pela conversão do sinal contínuo
do painel fotovoltaico para o sinal alternado
responsável por alimentar os equipamentos
ou a rede elétrica;
 A sua constituição é feita através de circuitos
eletrônicos
conversão;
robustos
responsáveis
pela
 O
inversor também é responsável pela
proteção
do
sistemas
fotovoltaicos,
principalmente, os conectados a rede elétrica;
 É o componente que faz o transporte de
energia de forma adequada e segura;
 São encontrados em sistemas SFI ou SFCR;
 Este
componente é exclusivo dos sistemas
fotovoltaicos isolados;
 São importantes que evitam altas descargas
de energia elétrica devido a variações de
tensões e correntes que podem surgir pelo
efeito fotovoltaico;
 Protege basicamente os componentes CC do
sistema
como
baterias
e
alguns
equipamentos elétricos;
 Não permitindo a redução da vida útil dos
componentes encontrados;
 O controlador é instalado no intermédio entre
o conjunto de painéis e a(s) bateria(s)
aperfeiçoando o carregamento das baterias;
 As
baterias também são componentes
encontrados exclusivamente em sistemas SFI;
 Estas acumulam carga elétrica durante a
geração de energia elétrica pelos painéis;
 A energia acumulada é usada para suprir as
cargas na ausência da geração de energia
elétrica produzida pelos painéis;
 As mesmas devem ser dimensionadas para
alimentar os sistemas fotovoltaicos com
autonomia e sempre recarregáveis;
 São instaladas após o controlador de carga e
durante a menor incidência solar alimenta o
inversor de frequência para a conversão da
corrente continua em alternada;
 Como vimos os sistemas fotovoltaicos podem
ser SFI ou SFCR;
 Cada tipo de instalação tem uma forma
peculiar de ser dimensionado;
 Para
os sistemas isolados devem ser
dimensionados as baterias e o controlador de
carga;
 Já para os sistemas conectados a rede elétrica
o dimensionamento é feito estimando a
geração de energia injetada a rede elétrica e
os créditos que podem ser obtidos;
 Para
o dimensionamento dos sistemas
fotovoltaicos isolados são necessários os
seguintes pontos a serem estudados:
◦ Tensão das cargas e o tipo CC ou CA;
◦ Potencia exigida pela carga;
◦ Horas de uso da carga;
◦ Localização geográfica;
◦ Autonomia das baterias;
 Considere o exemplo de cargas:
 1º
passo: Determinar a autonomia das baterias
do sistema isolado:
𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑨𝒉 𝒙 𝑨𝒖𝒕𝒐𝒏𝒐𝒎𝒊𝒂 (𝒅𝒊𝒂𝒔)
𝑪 𝑨𝒉 =
𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒔𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒅𝒂 𝒃𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂
 Considerando
3 dias de
profundidade de 0,6 temos:
autonomia
com
𝟐𝟎 𝒙 𝟑
𝑪 𝑨𝒉 =
= 𝟏𝟎𝟎 𝑨𝒉
𝟎, 𝟔
 Assim, a bateria ou o banco de baterias deve
ter a capacidade mínima de 100 Ah;
 Este valor é suficiente para manter o sistema
isolado funcionando, perfeitamente, em caso
de dias não ensolarados com autonomia de 3
dias;
 O próximo componente a ser dimensionado é
o painel ou painéis fotovoltaicos
alimentar o sistema isolado;
𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝑨𝒉 𝒙 𝑽𝒎𝒑 𝒎ó𝒅𝒖𝒍𝒐
𝑷 𝑾𝒑 =
𝑯𝑺𝑷 𝒙 𝑭𝒂𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝒑𝒆𝒓𝒅𝒂𝒔
 Vmp
para
é a tensão de máxima potência do
módulo, geralmente, 17,4 V para baterias de
12 V;
 O HSP são as horas de sol pleno da localidade
para a cidade de Mossoró podemos usar 5
horas de sol por dia em média;
 O fator de perdas exprime a porcentagem de
perdas dos painéis pelos fatores de
temperatura, sombreamento, perdas com
baterias, entre outras predas com valor típico
de 0,8;
𝟐𝟎𝟎 𝒙 𝟏𝟕, 𝟒
𝑷 𝑾𝒑 =
= 𝟖𝟕 𝑾𝒑
𝟓 𝒙 𝟎, 𝟖
 Considerando
que painéis para sistemas
isolados encontrados no mercado de 50 Wp o
sistema pode ser abastecido com 2 paineis de
50 Wp totalizando 100 Wp suficiente para
suprir a carga;
 Os módulo podem ser ligados em série ou em
paralelo;
 A ligação série pode ser feita quando se
deseja manter a corrente fixa e aumentar a
tensão de geração;
 A ligação em paralelo deve ser feita quando
se deseja manter a tensão fixa e aumentar o
nível de corrente elétrica do sistema;
 O próximo componente a ser dimensionado é o
controlador de carga;
 O mesmo pode ser dimensionado usando a
corrente de curto-circuito do módulo vezes o
numero de módulos em paralelo;
𝑰𝒄𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝑰𝒄𝒖𝒓𝒕𝒐−𝒄𝒊𝒓𝒄𝒖𝒊𝒕𝒐 𝒙 𝒏º 𝒑𝒂𝒊𝒏𝒆𝒊𝒔 𝒆𝒎 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐
𝑰𝒄𝒐𝒏𝒕𝒓𝒐𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝟑. 𝟑𝟏 𝒙 𝟐 = 𝟔, 𝟔𝟕 𝑨
 Para
efeitos de componentes de mercado o
controlador que pode ser encontrado no
mercado é o de 8 A;
 Logo,
a corrente máxima suportada pelo
controlador é de 8 A suficiente para manter o
sistema protegido;
 O ultimo componente a ser dimensionado é o
inversor de frequência;
 Este
é
dimensionado
levando
em
consideração a carga CA envolvido no
sistema;
𝑷𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 = 𝑷𝑪𝑨 + 𝑷𝒑𝒆𝒓𝒅𝒂𝒔
 Geralmente,
a potência de perdas gira em
torno de 20% da carga CA envolvida;
𝑷𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 𝟓𝟎 + 𝟏𝟎 = 𝟔𝟎 𝑾
 Desta forma a potência mínima do inversor a
ser usado é de 60 W;
 Esta potência é suficiente para alimentar as
cargas CA envolvidas no sistema;
 Exemplo:
Dimensionar
um
sistema
fotovoltaico isolado para as seguintes cargas:
◦ 4 Lâmpadas de 9W, 12 Vcc, com uso diário de 3
horas diárias;
◦ 1 Ventilador de 60W, 220 Vca, com uso de 4 horas
diárias de uso;
◦ 2 televisões, 50 W, 220 Vca, com 5 horas de diárias
de uso;
 Para
se dimensionar o sistema fotovoltaico
conectado à rede pode ser usado dois métodos:
◦ Método da Insolação;
◦ Método da Máxima Corrente;
 Os
métodos utilizam do consumo ativo do
consumidor para determinar a potência de
geração;
 Estes métodos diferem em alguns pontos entre
si;
 Este método é baseado segundo as diretrizes
do manual do CRESESB;
 O manual designa que o dimensionamento do
sistema fotovoltaico é baseado pelas Horas
de Sol Pleno (HSP) da localidade;
 Pode ser calculado de acordo com a equação:
𝑬
𝑷 𝑾𝒑 =
𝑻𝑫 𝒙 𝑯𝑺𝑷
◦ E é o consumo médio diário anual da edificação;
◦ HSP são as horas de sol pleno anual médio da
localidade;
◦ TD é a taxa de desempenho estimado do sistema
incluindo as perdas;
• As estimativa de geração diária do sistema é
calculado por esse método multiplicando-se a
potência a ser instalada no sistema pelas horas de sol
pleno;
𝑮 𝒌𝑾𝒉 = 𝑷 𝑾𝒑 𝒙 𝑯𝑺𝑷
 De
acordo com as resoluções da ANEEL
482/2012 e a 687/2015 existe a perspectiva
de créditos de energia;
 Os créditos se dá quando a geração de
energia fotovoltaica supera o consumo da
localidade:
 Os créditos são calculados por:
𝐶𝑟𝑒𝑑𝑖𝑡𝑜𝑠 = 𝐺𝑒𝑟𝑎çã𝑜 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
 Irão existir meses que deverão existir meses
com créditos devido a variação de consumo
da localidade;
 De acordo com as resoluções quando existe
créditos o cliente paga somente o valor da
disponibilidade que seria um valor mínimo a
ser pago pela instalação elétrica do cliente;
 Quando a geração não supera o consumo o
cliente paga a diferença;
 O
dimensionamento dos inversores devem
seguir os valores de potência encontrados em
mercado;
 O seu dimensionamento, por questões de
projeto, deve ser igual a potência de geração,
superior ou 90% da potência instalada dos
painéis;
 O numero de painéis pode ser calculado pela
potência projetada dividindo pela potência
individual do painel;
 Exemplo:
Dimensionar pelo método da
máxima corrente a seguinte conta de energia:
 O
método da insolação é um método mais
preciso com relação ao método da máxima
corrente;
 O método usa os dados de irradiação média
inclinada mensal da local em kWh/m²/mês
com relação ao azimute da edificação;
 Utiliza dados específicos do painel como
rendimento do painel e suas dimensões
(largura e altura);
 A geração diária da potência de instalação
para este método é calculado por:
𝑮 = 𝑨 𝒙 𝑬 𝒙 𝑯𝒕𝒐𝒕 𝒙 𝒏 𝒙 𝑹
◦ A – Área efetiva de geração do módulo;
◦ E – Eficiência do módulo solar;
◦ Htot – Irradiação solar em kWh/m²/dia;
◦ n – Número de painéis;
◦ R – Rendimento do sistema.
 A
geração em kWh por mês se estima
multiplicando a geração diária pelo numero
de dias no mês;
 A potencia total do sistema fotovoltaico basta
fazer o produto do numero de painéis pela
potencia do painel escolhido;
 Os painéis usado em SFCR encontrados em
260,
265,
mercado
pode
ser
de
270,275,280,300,315 e 320 Wp;
 O
dimensionamento
do
inversor
de
frequência segue a mesma orientação do
método da máxima corrente elétrica 90%,
igual ou superior a potência do conjunto de
painéis;
 Para se determinar a insolação média diária
para uma determinada inclinação e angulação
azimutal
são
usados
softwares
meteorológicos como o RADIASOL 2;
 Para facilitar os cálculos, o dimensionamento
pode ser feito em planilha eletrônica;
 O calculo dos créditos deve seguir como
recomendado no método da máxima corrente
seguindo as resoluções da ANEEL;
 Os créditos de energia alcançados em um
determinado mês pode ser passado para os
meses posteriores;
 O número de strings
poderão ser estimados
de acordo com as entradas MPPT do inversor
de frequência com relação aos níveis de
então e corrente elétrica que cada uma
suporta;
 As potências dos inversores encontrados em
mercado podem ser: 1, 2, 3, 3,8, 4, 5, 5,8, 6,
9, 10, 15, 20, 25 ou 27 kW;
 O
numero de inversores deverão ser
estimados de acordo com a potência do
conjunto de paineis;
 Exemplo:
Dimensionar pelo método da
insolação o exemplo anterior com inclinação
de 14º e azimute de 32º NE;
 Em sistemas fotovoltaicos o sombreamento é
danoso para a geração de energia;
 Quando
se tem um sistema com uma
determinada inclinação com relação a
superfície horizontal a projeção da sombra do
painel em outro deve ser levado em
consideração;
 Deve-se calcular então o comprimento desta
projeção e localizar as strings de forma a ter
a máxima geração possível.
 O
calculo do sombreamento é necessário
saber a altura solar da localidade em seu pior
dia;
 Assim,
usando
o
pior
caso,
o
dimensionamento estará adequado para
todos os meses do anos;
 Sofwares usam dados meteorológicos para
determinar esta variável;
 Exemplo:
Calcular o sombreamento para o
exemplo anterior;