Dimensionamento dos módulos solares Modelo Polinomial de Potência 40

Conforme relatado, a demanda total de energia consumida em um ano alcança a marca de 73.941,05 kWh e possui uma média diária de consumo 202,80 kWh. Para esse estudo de caso, o dimensionamento será feito primeiramente utilizando o modelo polinomial de potência, pois, segundo Ziller et. al (2012), esse método de dimensionamento considera fatores que

___________________________________________________________________________ e a temperatura de operação das células. Estes fatores são relevantes e, através desse modelo de cálculo, fica mais fácil verificá-los e chegar com maior precisão à simulação da real produção de energia elétrica.

Este modelo utiliza inúmeras fórmulas e, assim, foram transformadas em planilhas de Excel, as mesmas são apresentadas em forma de anexo.

Na figura 19, a irradiação solar apresentada, constam os valores em um plano horizontal, entretanto os módulos estarão apoiados sobre uma estrutura de apoio que segue a inclinação de um telhado. Dessa forma, é necessário fazer a correção da irradiação do plano horizontal para superfície inclinada, conforme a Figura 22.

Figura 22 - Cálculo da radiação para superfícies inclinadas de um ângulo

Fonte: Adaptado de Hesler (2013)

Para realizar a correção da irradiação solar, é importante destacar que este modelo de cálculo apresentado na Figura 22 utiliza, para fazer a correção, destacado na primeira coluna, a latitude do local de instalação dos módulos fotovoltaicos. Na coluna seguinte, são os dados da radiação no plano horizontal fornecido pela CRESESB (Figura 19). O ângulo do telhado é 17°. Assim, percebe-se que no mês de janeiro, por exemplo, a radiação horizontal é de 5,72 kWh/m².dia e com a correção para o plano inclinado passa ter 5,47 kWh/m². Na mesma figura, na última coluna, está o cálculo da duração da insolação diária, pois esta varia em cada mês. Conforme as estações, essa informação será utilizada nos cálculos seguintes. Essa mesma figura estará em forma de anexo 01, para facilitar a leitura e o entendimento.

Após a correção da irradiação solar, iniciou-se o dimensionamento da quantidade de módulos necessários para suprir a necessidade da demanda de energia elétrica consumida. A Figura 23 apresenta essa etapa do cálculo. A planilha está organizada de acordo com os meses do ano, assim, utilizando o mês de janeiro. Como exemplo percebe-se que nesse período de 31

dias, o consumo médio de energia elétrica é de 281,34 kWh, a irradiação inclinada é de 5,47 kWh/m².dia e a média de insolação diária 13,35 horas de insolação. Com esses fatores calculou- se a irradiação média global para esse mês, que foi de 403,60 W/m².

Figura 23 - Dimensionamento dos módulos usando consumo médio mensal de energia

Fonte: Adaptado de Hesler (2013)

Ziller, et. al (2012) afirmam que, para se alcançar valores mais realísticos, é conveniente adotar uma perda de energia no inversor no processo de conversão de CA – CC, por essa razão na Figura 23, a coluna do cálculo de potência real CC entregue no inversor está sendo considerada. Nesse estudo de caso o inversor terá eficiência de 95% no ponto de máxima potência. Assim, para o mês de janeiro, a potência unitária real de produção é de 93,05W, e a energia diária produzida por um módulo será aproximadamente 1261,38 kWh. Portanto, para entender o consumo de energia no mês de janeiro, levando em consideração fatores como irradiação inclinada, temperatura, eficiência do inversor, seriam necessários aproximadamente 223,04 módulos fotovoltaicos. Essa mesma figura estará ampliada no anexo 02.

A Figura 24 apresenta a variação da média do número de módulos de acordo com a necessidade de cada mês (ampliação de parte da Figura 23), ainda na mesma figura, percebe-se que, para atender o consumo de energia o mês de fevereiro seriam necessários 245 módulos fotovoltaicos.

Para atender o consumo de energia referente ao mês de novembro seriam necessários apenas 128 módulos. Assim, levando em consideração a variação do número de módulos necessários para a produção de energia, nesse estudo de caso serão adotados 192 módulos instalados sobre um telhado com inclinação de 17ᵒ.

___________________________________________________________________________

Figura 24 - Quantidade de módulos de acordo com a necessidade de cada mês

Fonte: Adaptado de Hesler (2013)

4.1.3.1 Dimensionamento do Imversor

A potência total instalada que se obtém através da multiplicação do número de módulos pela potência do módulo alcança o valor de 48,96 kWp. Desta forma, devido à quantidade de módulos fotovoltaicos, serão necessários dois inversores para conseguir atender a demanda de produção de energia. A Figura 25 apresenta a ficha técnica fornecida do inversor adotado para este estudo de caso.

Figura 25 - Modelo de inversor adotado

Fabricante: FRONIUS do Brasil Ltda. Modelo: SYMO 20.0-3-M (trifásico) Potência: 20,0 kW

Tensão de Saída: 3-NPE 220V / 380V Corrente Máxima de Saída: 32A

Fonte: autoria própria

Os 192 módulos serão distribuídos em dois arranjos. Desta maneira, cada inversor atenderá a capacidade de produção de 96 módulos, o que resulta em uma potência total instalada de 24,48 kWp por inversor. Segundo Villalva (2015), caso ocorra a ligação de um inversor em um arranjo fotovoltaico que tem maior potência de pico do que a suportada pelo mesmo, não danificará o equipamento, apenas vai impedir o aproveitamento da potência máxima do conjunto fotovoltaico.

O fator de dimensionamento do inversor (FDI) é a razão entre a potência nominal do inversor e a potência nominal ou de pico do gerador fotovoltaico (ZILLER et. al, 2012). A equação 4.1 apresenta esse cálculo.

(4.1)

Onde:

FDI = fator de dimensionamento do inversor

PI= Potência do inversor

PNCF= Potência do nominal do conjunto fotovoltaico

.

0,817

Este estudo de caso possui FDI=0,81, atendendo à recomendação de Pinho e Galdino (2014), que afirmam os valores inferiores do FDI, recomendados pelos fabricantes. Quando instalados, situam-se na faixa de 0,75 a 0,85, enquanto o limite superior é de 1,05.

A configuração final do sistema fotovoltaico está apresentada na Figura 26.

Figura 26 - Central micro geradora fotovoltaica:

Fonte: autoria própria

Os valores destacados na Figura 26, como a Tensão de Circuito Aberto do Arranjo Fotovoltaico (Voc), obtém-se através da multiplicação da Voc do módulo (Figura 20) multiplicado pela quantidade de módulos na mesma fileira, conectados em séries (24 módulos), assim como a Tensão de Máxima Potência do Arranjo (Vmp). A Corrente de Curto Circuito do

___________________________________________________________________________ multiplicado pela quantidade de Strings (04 un sugerida pelo fabricante do inversor), da mesma forma se obtém o valor da Corrente de Máxima Potência Arranjo Fotovoltaico (Imp).

4.1.3.2 Modelo Polinomial de Potência - Resultados

A Figura 27 apresenta uma vista aérea dos módulos fotovoltaicos instalados, nela se percebe a distribuição dos oitos conjuntos de módulos fotovoltaicos, com 24 módulos cada, (um inversor atenderá 4 conjuntos, totalizando 96 módulos), sobre a estrutura do telhado.

Figura 27 - Painéis fotovoltaicos instalados

Fonte: autoria própria

A produção de energia elétrica desse sistema fotovoltaico, dimensionado através do modelo polinomial de potência proposta por Ziller et. al (2012), produzirá uma energia anual estimada de 74.896,57 kWh.

A Figura 28 detalha este resultado e, ao analisá-la, é possível concluir que para o mês de janeiro, o consumo de energia (8.721,50 kWh) é maior do que a produção de energia gerada pelo sistema fotovoltaico (7.151,63 kWh), ocasionando um déficit de -1569,87 kWh.

Figura 28 - Produção de energia no período de um ano

Fonte: autoria própria

Ainda na mesma figura, ocorre no mês de novembro o consumo de energia de 5.169,40 kWh que é menor do que a produção de energia gerada pelo sistema fotovoltaico (7.379,55 kWh), ocasionando um saldo de 2.210,15 kWh. Esta energia excedente será usada para abatimento nas faturas futuras, conforme as regras do sistema de tarifação net metering adotado pela concessionária local (RGE).