Dimensionamento de Sistema de Energia Solar Fotovoltaica Residencial - Exercício Prático

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disciplina Energia e Meio Ambiente Curso Eng de Produção FT06 Prof Joaquim Maciel 2024 Disciplina Energia e Meio Ambiente Curso Eng de Produção 20242 Ambiente Virtual Cód Turma 7ojcmwt classroom Prof Joaquim Maciel da Costa Craveiro aula dias 24 a 30092024 Atividade em sala Tópico da ementa Energia consumo e demanda Planejamento Integrado de Recursos Fontes renováveis de energia solar eólica biomassa hídrica Fontes não renováveis de energia petróleo gás carvão nuclear Contabilidade das emissões e dos impactos ambientais Acompanhamento de temas para estudo visando uso de técnicas de Metodologias Ativas no ensino de Engenharia focalizando especialmente as metodologias Aprendizagem Baseada em Problemas e Aprendizagem Baseada em Projetos A proposta de estudo sobre fontes renováveis de energia solar eólica biomassa hídrica Ênfase na geração de energia solar Escolha da área na qual está localizada as unidades residenciais bairro condomínio hotel etc importante definir sua área de estudo sua residência por exemplo para implantação do sistema de energia solar fotovoltaica Exercício Como dimensionar um sistema de energia solar de uma residência Para saber a sua média mensal verifique o histórico na sua conta ano mês para saber o consumo por dia Note que caso a ligação da residência seja monofásica a taxa mínima da concessionária será 30 kWh se for bifásica será 50 kWh e se for trifásica será 100 kWh Essa informação pode ser usada para o dimensionamento uma vez que o consumidor irá pagar na fatura Ex uma residência o consumo médio de energia elétrica 2575 kWhdia tipo bifásica Consultando a irradiação solar por meio das coordenadas ex Manaus AM via site httpwwwcresesbcepelbrindexphpdata Coordenadas Manaus Latitude 3044653 Sul Longitude 60107196 tem como resultado irradiação média 432 horas de sol pico Logo consumo médio 2575 kWhdia 432 596 kW pico essa é a potencia máxima do sistema em condição de teste de laboratório com esse parâmetro considerando as perdas do cabeamento equipamentos perda de inclinação de placas etc Assim para o cálculo das perdas em geral fazse uso de software ex PVSol PVSyst Solergo que tem custo alto de licença No entanto podemos considerar o que as empresas especializadas usam como padrão ou seja 25 de perdas no sistema Note que deve ser garantido para o sistema solar fotovoltaico a eficiência de 75 Como realizar o cálculo como a perda será de 25 neste exemplo considerado 596 kW pico 075 79466 795 kW pico representa a potência máxima que as placas irão fornecer para o inversor solar Para verificação temos 79466 596 19866 que corresponde a 25 19866 79466 025 Com o consumo médio mensal 2575 kWhdia x 30 6225 kWhmês com base nesse consumo mês passamos para o cálculo da quantidade de placas dependendo do modulo fotovoltaico como exemplo se optar por usar a placa de 335 W Teremos para efeito de cálculo 795 kW pico 0335 2373 logo serão usados 24 painéis solar com potencia de 335 W Em condições normais produz 335W 879A e 3810V em corrente contínua Inversor Solar Para escolha do tipo Inversor Solar para este exemplo do trabalho em sala considerando o sistema OFFGRID ou seja fazendo uso de baterias estacionarias solar para o armazenamento de energia para o período da noite Importante fazer um bom dimensionamento do inversor em relação a potência total das placas solar Neste estudo temos um sistema com 24 painéis que irá gerar 795 kW pico Logo deve se considerar 20 no dimensionamento do inversor solar ou seja mín 65 kW entre máx 95 kW Neste caso pode ser dividida a potência a total das placas solar para dois inversores Ex tipo inverso solar no mercado e média de preço Inversor Grid Tie Growatt 3kW Monofásico 220v 1mppt valor R 408500 Inversor Grid Tie Growatt 8kW Monofásico 220v 2mppt valor R 828400 Inversor Off Grid Híbrido Epever UPowerHi UP5000 80A MPPT 48220V valor R 649900 Inversor Solar Off Grid Growatt 6kw Saida Ac 5kva 220v valor R 903000 Inversor Off Grid Growatt 6kW Saída Potência máxima 5000VA 5000W Função paralelo até 6 inversores Tensão de saída 230Vca Frequência de saída 5060hz Potência de pico 10s de 110150 de carga Eficiência 93 Potência de pico 10000W de carga por 5 segundos Saída senoidal de onda pura Painel Placa Solar 335W Linha Solarborn Policristalino 3867v Marca Kende Valor no mercado Livre R164374 unid Dimensões de 1992 x 992 x 35 mm PAINEL SOLAR FOTOVOLTÁICO 385W 46V GPM385W Marca ZHEJIANG GP Local BA ELETRICA ZHEJIANG R109900 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disciplina Energia e Meio Ambiente Curso Eng de Produção FT06 Prof Joaquim Maciel 2024 Banco de baterias estacionária cálculo para sistema OFF GRID Considere 2 dias de autonomia do sistema de bateria para um consumo de 1 geladeira 50 kWmês Considere ainda que as baterias não podem descarregar mais de 40 ou 040 para manter a vida útil Profundidade de descarga da bateria 40 ou 040 para manter a vida útil Supondo 2 dias sem sol a autonomia para ligar geladeira 50 kWmês 30 dias 16 kWdia Considere ainda a perda do sistema 25 temos 16 kW 075 22 kW a ser fornecido para o sistema Nota Cálculo da capacidade útil sem considerar a profundidade de descarga da bateria capacidade útil carga x dias autonomia tensão capacidade útil 22 kW x 2 dias 12 V 370 Ah Logo a capacidade real capacidade útil profundidade de descarga ou seja 370 04 925 Ah Logo o banco de baterias será 925 Ah tipo bateria escolhida Ex 925 Ah 220 Ah 5 baterias Importante saber a corrente do arranjo de baterias Corrente do arranjo Energia real Tensão da bateria Corrente do arranjo 2200 12 183 A deve ser fornecido por dia para atender consumo Obs considerando para o exemplo acima ao optar por painel solar com especificação do fabricante 140 W 12 VCC 865 A Para uma Irradiação média 45 kWhm2 dia Temos A corrente do modulo solar Irradiação solar x Corrente do modulo corrente do modulo solar 45 x 865 3892 A Para calcular numero de módulos solar 183 A 3892 47 ou seja 5 painéis solar Respondendo a questão para ligar uma geladeira 50 kWmês com autonomia para 2 dias sem sol serão necessários 5 painéis solar de 140 W 12 VCC 865 A e 5 baterias 220 Ah Consulta de preço de mercado tipo BATERIA ESTACIONÁRIA 150AH DF 2500 ECO FREEDOM Preço na BA Elétrica R169900 Consumo de eletrodomésticos devem ser observado a potência de consumo por exemplo um Ar de 9000 BTUs Consumo de potência 815 W x 2h ligado ao dia x 30 dias 489 kWhmês Ar 7500 BTUs 774W Ar 9000 BTUs 815W Ar 12000 BTUs 1085W Vejamos outro exemplo de ligação de banco de bateria solar para ligar inversor com entradas de 12 V e 24 V Qual arranjo de baterias estacionarias solar para ligar uma geladeira duplex de 180 W ligada em 127 V considerando que durante 24 h sua ativação do motor seja de 8 h real para manter o congelamento Logo para calcular quanto de corrente será necessária por hora a ser fornecida pela bateria estacionária procedemos conforme a seguir Corrente I Potência tensão bateria Corrente I 180 W 12 V 15 Ah Logo 15 Ah x 8 hdia 120 Ah sobre esse valor considerando perdas da bateria por variação de temperatura conexão dos cabos etc são acrescido 25 a 30 de perda Refazendo os cálculos temos 120 Ah x 130 156 Ah no mercado podem ser encontrado valores igual ou maior por exemplo bateria estacionaria FREEDOM de 12 V 165 Ah ou ainda podem ser usado 2 baterias de 12 V 90 Ah e fazer uma associação adequada série paralelo Note que este cálculo considerando ligação de uma baterias estacionaria solar FREEDOM de 12 V 165 Ah 12 V no inverso com entrada 12 V Agora seguindo o mesmo exemplo acima para ligação do arranjo baterias estacionarias solar para inverso com entrada 24 V Corrente I Potência tensão bateria Corrente I 180 W 24 V 75 Ah Logo 75 Ah x 8 hdia 60 Ah Logo considerando perdas da bateria Refazendo os cálculos temos 60 Ah x 130 78 Ah Note que poderá usar 2 baterias de 40 Ah fazendo associação em serie depois em paralelo para ser ligado ao inverso com entrada 24 V vide alguns exemplos de ligação abaixo