METODOLOGIA PARA DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA

FOTOVOLTAICO ON-GRID

A partir do projeto pretende-se adequar o sistema a necessidade de demanda de energia elétrica que a unidade consumidora necessita.

4.4.1 Projeto do Sistema Fotovoltaico On-Grid

A seção 3.7 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) da ANEEL informa os procedimentos de acesso da micro e minigeração distribuída a rede de distribuição. Nesta seção fica estabelecido que qualquer instalação deverá seguir as normas da concessionária local, sendo que a mesma deverá fornecer essas informações em sites públicos, para que a população tenha livre acesso (ANEEL, 2014).

A conexão do sistema de geração fotovoltaica com a rede de distribuição de energia elétrica, pode ser monofásica, bifásica ou trifásica, e o nível de tensão no ponto de conexão depende da potência instalada do sistema.

A Tabela 4 ilustra valores de potência máxima de acordo com o níveis de tensão do sistema.

Tabela 4 - Níveis de tensão de acordo com a potência instalada para geração distribuída Potência Instalada (kW) Nível de Tensão (V)

< 10 Baixa tensão (mono, bi ou trifásico)

10 a 100 Baixa tensão (trifásico)

101 a 500 Baixa tensão (trifásico) / Média tensão

501 a 5.000 Média tensão

Fonte: Aneel (2014).

Os requisitos mínimos da instalação em função da potência instalada podem ser analisados com base na Tabela 5.

Tabela 5 - Requisitos mínimos de proteção em função da potência instalada EQUIPAMENTO Potência Instalada

P ≤ 75 kW 75 kW < P ≤ 500 kW 500 kW < P ≤ 5 MW

Elemento de desconexão Sim Sim Sim

Elemento de interrupção Sim Sim Sim

Transformador de

acoplamento Não Sim Sim

Proteção de sub e

sobretensão Sim Sim Sim

Proteção de sub e

sobrefrequência Sim Sim 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 Sim Sim

Anti-ilhamento Sim Sim Sim

Medição Sistema de medição

bidirecional

Medidor de 4 quadrantes

Medidor de 4 quadrantes

Fonte: Adaptado de Aneel (2017).

4.4.1.1 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico

Nesta seção serão apresentadas as equações essenciais e principais ponderações levadas em conta no dimensionamento do sistema fotovoltaico on-grid.

A potência que o sistema fotovoltaico deverá gerar pode ser calculada a partir de (11).

Psistema=_{HSP∙ η}Cdiário

global (11)

Em que ηglobal é o rendimento global do sistema, Psistema potência que o sistema deverá produzir e o Cdiário é o consumo médio diário da unidade consumidora.

A energia que o sistema deve gerar varia de acordo com o projeto, o sistema poderá suprir uma determinada porcentagem de consumo da unidade ou até mesmo atendê-la totalmente. Também é possível que o sistema opere acima da demanda da unidade consumidora, gerando assim um excedente energético que possibilita eventualmente uma compensação em outras unidades consumidoras com a mesma titularidade.

De acordo com Figueira (2014), a potência instalada do arranjo fotovoltaico Psistema,máx, corresponde ao valor máximo de potência do arranjo, sendo determinada em função do valor da radiação solar máxima Rsmáxima em (W/m2), representado por (12).

Psistema, máx= η_painel∙Rsmáxima∙A (12) Em que A é a área de abrangência dos painéis e ηpainel é o rendimento do painel utilizado.

De acordo com Pinho (2014), a eficiência global do sistema varia de acordo com a localidade, rendimento dos dispositivos utilizados no sistema gerador, condições de limpeza e sombreamento no local, distância entre sistema gerador e dispositivos de inversão de frequência (cabeamento) e as temperaturas elevadas.

4.4.1.2 Dimensionamento do Inversor e dos Painéis

De acordo com a potência instalada do sistema fotovoltaico, será possível dimensionar o inversor de frequência que atenderá da melhor maneira possível a instalação e o conjunto de painéis fotovoltaicos utilizados. De modo que, alguns pontos importantes deverão ser analisados, na sequência serão apresentados alguns deles:

 Assistência técnica em território brasileiro;

 Credibilidade de garantia do equipamento (geralmente 10 anos para inversores e 25 anos para os painéis);

 Eficiência dos equipamentos deverá ser a máxima possível;

 Possuir a Maximum Power Point Tracking (Rastreamento do ponto de máxima potência) (MPPT), para o caso do inversor;

 Possuir um ou mais Maximum Power Point (Pontos de máxima potência) (MPP) onde deverá ser escolhido de acordo com a configuração do arranjo fotovoltaico;

 Características elétricas compatíveis com o sistema, a tensão de entrada do inversor deverá ser superior a tensão de circuito aberto do sistema de painéis (Voc).

O inversor deverá atender os requisitos estabelecidos pela concessionaria, que publica em seu site a lista de inversores aceitos para instalação.

De acordo com Santos et al. (2006) e Figueira (2014), a potência nominal do inversor deve ser escolhida com base na potência nominal do sistema fotovoltaico com base em (13).

0,7∙Parranjo≤ Pinversor ≤1,2 ∙ Parranjo (13)

Em que Parranjo é a potência instalada do sistema fotovoltaico e Pinversor é a potência do inversor.

4.4.2 Dimensionamento das Estruturas de Fixação

O dimensionamento correto das estruturas de fixação é de suma importância, visto que a vida útil dos painéis fotovoltaicos do sistema fotovoltaico on-grid é de cerca de 25 anos e um mau dimensionamento poderá ocasionar eventuais problemas ao longo do tempo. Geralmente, um sistema de fixação de um sistema fotovoltaico é composto por perfis de alumínio, junções de perfis, grampos finais, grampos intermediários, presilhas externas, presilhas internas, trilhos, parafusos, porcas e abraçadeiras.

A Figura 20 mostra como painéis solares e suas estruturas de fixação são conectados a um telhado.

Figura 20 - Estrutura de fixação do sistema fotovoltaico Fonte: Adaptado de Bushong (2014).

Na Figura 20, é possível observar a utilização dos grampos para fixação do perfil de alumínio na cobertura. Na junção dos perfis é utilizado selante adesivo para vedar a estrutura e evitar problemas de infiltração no ambiente.

4.4.3 Dimensionamento da Proteção

O sistema fotovoltaico também necessita de equipamentos de proteção como em qualquer tipo de instalação elétrica, os principais dispositivos de proteção empregados são os fusíveis, os disjuntores e os dispositivos de proteção contra surtos (DPS).

Para a proteção adequada em um sistema fotovoltaico, dimensionar o sistema é de vital importância para não danificar os dispositivos (painéis, inversores, controladores de carga e baterias, entre outros). É interessante realizar a proteção à montante e à jusante do inversor fotovoltaico, tanto em corrente contínua quanto em alternada para garantir a proteção do sistema.

A Figura 21 ilustra um quadro de proteção CC/CA de uma instalação fotovoltaica.

Figura 21 - Exemplo de aplicação de um DP Fonte: Adaptado de Moura (2017).

Como pode ser observado na Figura 21, os terminais positivo e negativo saem do arranjo fotovoltaico e passam pelo dispositivo de proteção CC, chegando ao inversor. Alguns inversores já possuem em seu sistema de proteção disjuntores de proteção em CC, e portanto, nesses casos não há a necessidade de instalar os mesmos nos quadros de proteção CC.

Por fim, na saída do inversor saem terminais Fase (F), Fase/Neutro (F/N) e Aterramento (PE), sendo que o terra é conectado ao barramento de aterramento, enquanto a fase e o neutro são conectados aos dispositivos de proteção CA. Na sequência os terminais fase e neutro são ligados ao quadro de distribuição do sistema.