Dimensionamento do Sistema Solar

O dimensionamento do sistema solar é simples quando  aplicado a uma só voltagem de trabalho e alguns pontos de consumo.

Para um dimensionamento correto, o conhecimento básico de alguns valores e grandezas são necessários:

• Volts (V) é a grandeza usada para medir Tensões;

• Ampère (I) é a grandeza usada para medir a Corrente e

• Watt (W) é a medida da potência e é o resultado da multiplicação de tensão pela corrente:

[W]att = [V]olts x [I]Ampère

Desta forma, tendo dois valores de grandezas, podemos calcular o terceiro.

Outras medidas encontradas em sistemas solares são:

• Wp = Watt de pico: é a máxima potência gerada pelo painel solar em uma condição ideal.

• Wh = Watt hora: a potencia gerada ou consumida por hora.

• Ap ou Ip = Ampère de pico: é a corrente máxima possível em uma determinada condição especial.

• Ah ou Ih= Ampère hora: a corrente máxima obtida ou consumida por hora.

Para iniciar o dimensionamento é preciso saber o quanto será consumido.

Para isso, faça a relação e quantidade de todos os equipamentos, luzes, etc..., que pretende ligar no sistema solar.

Verifique o consumo individual (em Watts) como mostra o exemplo 1 e faça uma estimativa de horas que cada equipamento ou grupo ficará ligado por dia.

Multiplique os valores totais de consumo pelas horas de uso.

Some os resultados e obtenha a demanda diária de energia, ou seja, o valor em Watt x dia.

Exemplo1:

Conclui-se que o sistema deverá gerar um mínimo de 4.500 Watts por dia para a aplicação.

Quando o consumo não for regular, tais como residências de final de semana, é preferível trabalhar com o valor de demanda mensal e depois dividir por 30.

Dimensionamento e Instalação do Painel Solar

O resultado deve ser dividido pelo tempo médio de insolação do local onde será instalado o sistema.

Obtém-se o valor estimado necessário a ser gerado pelo(s) painéis solares.

Para se obter uma quantidade alta de energia, utiliza-se da associação de vários painéis que, uma vez interligados, fornecem a potencia necessária de geração elétrica.

A escolha do painel solar deve ser feita escolhendo-se um ou mais painéis semelhantes que, sozinho ou reunidos darão a potencia maior e mais próxima do valor Watt / dia encontrado.

A associação de painéis é recomendada somente para painéis com  potencia e características elétricas semelhantes.

Como respondem à Lei de Ohm, com a associação obtemos:

-A cada painel adicionado, a soma das correntes [I], se conectarmos um painel a outro em PARALELO (positivo com positivo e negativo com negativo).

-A soma das tensões [V] em cada painel adicionado, quando conectamos um painel a outro em SÉRIE (positivo com negativo).

Consequentemente, podemos associar e ter um sistema em múltiplos de tensões (12V /  24V / 48V ... 96V, 108V, etc); E com múltiplos de corrente.

Quanto a instalação é recomendável que o local não tenha sombreamento durante todo o dia e esteja o mais próximos do local de consumo. Os painéis podem ser fixados em telhados, lajes, postes, etc...e preferencialmente utilizando suportes específicos para isso.

Sua direção deve sempre estar voltado para o Norte geográfico.

A inclinação pode ser consultada na tabela. A precisão não é rigorosa, portanto pode ser ajustado por aproximação.

Não utilize uma inclinação inferior a 10º para não acumular sujeira no painel.

Os painéis solares geram eletricidade em corrente contínua (igual ao que é gerado em automóveis) e fornecem a energia polarizada, ou seja, um pólo é POSITIVO (+) e o outro pólo é NEGATIVO (-}. Em sua grande maioria, são fabricados para atender a uma tensão de 12 ou 24 Volts nominal.

Exemplo: Estando na média de 6h de insolação:

4500 Watts / 6 = 750Wh

Será necessário gerar 750 Watts por hora para suprir o consumo de um dia. Seu sistema deverá ter no mínimo tal capacidade.

O controlador de carga é definido pela tensão de trabalho dos módulos e pela corrente a ser exigida no sistema. A capacidade do controlador deve superar a corrente dos painéis ou do consumo, naquele que for maior:

Verifique a tabela do painel solar e sua corrente. Obtenha o total, levando em consideração a associação dos painéis, uma vez conectados.

Verifique a corrente máxima exigida pelos equipamentos que serão ligados ao sistema solar. Defina o controlador pelo maior valor encontrado (painel ou consumo). Consulte a tabela de Controladores.

Caso a corrente total supere a capacidade do controlador,  considere a possibilidade de dividir a sua instalação em duas ou mais linhas de fornecimento de energia, executando o mesmo principio de balanceamento de carga de uma instalação elétrica convencional.

Exemplo: Supondo que o consumo diário representasse 750W hora/pico, divide-se este valor pela tensão do sistema (Ex.: 12 ou 24 Volts) e obtém-se a corrente pico necessária para escolher o controlador:

 750 W / 12 = 62,5A

750W / 24 = 31,25 A

Como se vê, em uma instalação de 12V será necessário a divisão da carga em três controladores de 30A + 20A +20A = 70A;

Ou em 24 Volts, uma possível composição seria controlador de 20A e outro de 30A = 50A.

Tabela de insolação no Brasil

Não é recomendável instalar sistemas que trabalhem em alta corrente, exceto em aplicações específicas; Tais sistemas são exponencialmente mais caros e requerem muito mais cuidado com equipamentos, segurança e são potencialmente perigosos. Utilize o balanceamento de carga, dividindo a potencia total em barramentos, no  padrão semelhante ao utilizado em edificações.

Some a corrente (Ampère) produzida pelo(s) painé(is), respeitando a regra da associação (Lei de Ohm). Multiplique pelas horas diária de insolação e utilize um fator de segurança de 50% a mais. Deste valor encontrado, escolha a bateria ou o arranjo de baterias que acumulem essa energia.  Quanto maior a quantidade de baterias, maior será a autonomia de seu sistema.

É conveniente ter a energia excedente acumulada para dias chuvosos ou nublados.

Exemplo: no caso de 12Volts, temos :

4500W/dia / 12V = 375A 

375 + 50% = 562,5 A

Se escolhermos baterias de 115Ah:

562 / 115 = 4,8  ou seja 5 baterias.

Multiplique o valor de consumo diário de corrente por 3 (três).  Veja a tabela de baterias.

• Instalar sistema solar com baterias  automotivas, por estas não serem projetadas para uma descarga contínua e constante. Em geral as baterias automotivas proporcionam alta corrente no inicio e reduzem a potencia rapidamente se a descarga for contínua. A resistência na recarga também é mais alta e a vida útil fica comprometida em caso de descargas profundas.

•  Que baterias trabalhem com menos de 50% de sua carga (exceto as de tecnologia spirall-cell) e quando há este risco, o numero de baterias deve ser aumentado. 

• NUNCA INSTALE BATERIA em painel solar SEM O CONTROLADOR DE CARGA, sob o risco de perda da bateria e perigo de explosão e/ou incêndio.

É RECOMENDÁVEL:

• Na instalação é recomendável o uso de fusíveis, disjuntores  ou diodos para proteção.

• Trabalhe com baterias de descarga de ciclo profundo, com sistema de vasos selados onde o vapor é recuperado e recirculado no acumulador.

• Combinar baterias da mesma marca e capacidade.

Inversores são utilizados para modificar a tensão de entrada em tensões padrão 110 ou 220 Volts  e corrente contínua em alternada (senoidal). Sua utilidade é a de alimentar equipamentos convencionais em corrente alternada alimentados pelo sistema solar.

Como a energia proveniente dos painéis e baterias é em corrente contínua, muitos dos equipamentos que utilizamos são fabricados para  energia em corrente alternada; É o caso da energia que vem da companhia elétrica em 110 ou 220 Volts. Por isso é usado Vcc (ou Vdc) para definir o que é contínua e Vac para alternada.

Ainda há dois tipos de inversores caracterizados pela onda senoidal criada:  os de SENÓIDE MODIFICADA e os de SENÓIDE PURA.

Procure saber qual a corrente de alimentação dos equipamentos a serem ligados.

Estes equipamentos possuem o fator de eficiência ou potência (FP) que é dado em proporção à perda do próprio circuito.

O inversor é definido pela tensão de trabalho (entrada) dos painéis solares em corrente contínua e pela tensão de saída (110 Volts ou 220 Volts).

A capacidade do inversor deve superar a potencia em Watts do maior consumo dos equipamentos.

Verifique o consumo de pico da carga e não esqueça que motores ou resistivos exigem uma carga muito superior na partida, antes de entrar em regime de trabalho. Verifique se isso é o seu caso ou não e considere no dimensionamento para uma correta escolha.

 Consulte a tabela de Inversores.

Dicas  e Informações para a Montagem do Sistema Solar Fotovoltaico

Painel Solar: Para não ocorrer danos tanto ao painel quanto aos equipamentos, recomendamos que os painéis estejam cobertos com lona ou plástico preto durante a instalação. Sistemas simples com poucos painéis não geram corrente ou tensão suficientes para causar choque à pessoa, porém sistemas maiores e mais complexos devem ser instalados por pessoal habilitado e com utilização de toda a segurança necessária sob risco de choques e danos à saúde.

Controladores de Carga: Recomenda-se a instalação do(s) controlador(es) o mais próximo possível das baterias, para não provocar perda na fiação e em local à sombra e ventilado. Os controladores fazem a compensação de carga conforme a temperatura do ambiente e se colocados ao sol podem provocar leituras falsas do sistema. Cuidado deve ser tomado com a ligação dos pólos negativo e positivo, para não queimar o fusível de proteção. Os painéis e controladores possuem diodos e componentes de proteção ao circuito, todavia os outros equipamentos conectados podem não ter e estarão sujeitos a danos.

Utilize somente fiação de qualidade comprovada e dentro das normas da ABNT e com aprovação do Inmetro. Fios de baixa qualidade ou fora de especificação irá comprometer o rendimento do sistema, provocando perda de energia, aquecimento e mau contato. Veja na tabela abaixo a bitola de fio a ser utilizada x a distância e amperagem de seu sistema. A recomendação é para fio flexível, singelo com perda máxima até 5% para tensão em 12 Vdc. Para sistemas em 24 Vdc multiplique a distância por 2.