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Como montar um sistema fotovoltaico com dois paineis de 450W?

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Já imaginou poder gerar sua própria eletricidade,  não por gerador a diesel ou gasolina mas de forma limpa e sustentável, usando apenas a luz do sol? Com um projeto simples e funcional utilizando apenas dois paineis fotovoltaicos, você vai entender definitivamente como funciona um sistema fotovoltaico Off Grid e também se beneficiará da energia fornecida pelo sol.

É comum dimensionar sistemas de produção fotovoltaico considerando a carga total de eletrodomésticos a ele conectados, não é errado, porém nem sempre, principalmente quando estamos iniciando, dispomos de recursos financeiros, ou mesmo espaço físico para a instalação completa de um sistema fotovoltaico de elevada capacidade ainda que queiramos, logo, o que seria uma melhoria geral se torna por si só uma objeção, uma barreira de entrada neste tipo de tecnologia.

Neste artigo, vamos aprender juntos como dimensionar um sistema de energia fotovoltaico utilizando dois painéis de 450 Wp bem como montar todos os componentes que compõem o sistema passo a passo e com o maior nível de detalhe possível. Logo, o objetivo deste exemplo é extrair o máximo de potência dos dois paineis, e não atender à demanda total das cargas instaladas na residência, sendo assim, nem todos os eletrodomésticos poderão ser conectados simultaneamente, porém nada impede que futuramente, com alguns ajustes, como por exemplo instalação de mais painéis, seja expandido de modo que mais equipamentos ou cargas sejam conectados ao mini sistema de geração solar aqui descrito.

Se você está interessado em iniciar no mundo da energia solar, colaborar com o meio ambiente, economizar dinheiro na conta de energia e contribuir para um futuro mais sustentável, este guia é para você. Prepare-se para adquirir sua independência energética com este projeto simples de energia solar.

Quais Componentes serão utilizados?

Para montar este exemplo de sistema fotovoltaico, serão utilizados os componentes listados a seguir:

Como associar dois paineis fotovoltaicos em série?

Uma das formas de se obter o valor da corrente elétrica gerada por dois painéis está diretamente relacionada à associação dos mesmos, ou seja, se em série ou em paralelo. Considerando que os dois painéis estarão ligados em série, a corrente elétrica produzida resultante da associação será igual a corrente individual produzida por cada um dos painéis, ou seja, considerando que um painel solar de 450 Wp da marca OSDA apresenta uma corrente em sua máxima potência de 10,87A, a associação em série manterá a corrente resultante neste mesmo valor, veja figura a seguir.

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Ao contrário da corrente elétrica, a voltagem resultante será a soma da voltagem individual dos dois paineis. Para o modelo de painel considerado, cujo valor de voltagem em máxima potência é de 41,40V resultará em uma voltagem total de 82,80V.

Como fazer o dimensionamento de cabos para sistemas fotovoltaicos?

Conforme descrito anteriormente, conhecidos os valores da corrente e da tensão resultante da associação série de paineis (string), que neste caso são de 10,87A e 82,8V respectivamente, podemos considerar para este exemplo um condutor que atenda esta capacidade acrescida de pelo menos 15%. Neste exemplo de projeto, o novo valor de corrente será obtido pelo cálculo a seguir:

Quanto ao tipo de condutor a ser empregado em sistemas fotovoltaicos, é recomendável preferencialmente os específicos para esta tecnologia, porém para projetos de pequeno porte, é possível utilizar o fio comum desde que seja bem instalado, ou seja, bem abrigado do sol a fim de não comprometer a vida útil da isolação.

O cabo que atende a este valor de corrente seria um com a seção transversal de 6mm², dado que atende ao cálculo de dimensionamento de bitola de fio bem como possibilita expansão futura do número de paineis fotovoltaicos.

Sempre que lidamos com instalação elétrica, precisamos ter em mente dois fatores de extrema importância: proteção dos equipamentos e segurança da pessoa que utiliza ou que instala. Para isso temos o fusível.
Considerando que em máxima capacidade produção os paineis elétricos apresentarão a corrente de saída de 10,87A, este portanto, é o valor de corrente que deverá ser considerada para a definição do fusível.
Semelhante ao condutor, devemos considerar um fator que, mesmo que aconteça oscilações de corrente acima dos 10,87A, não haverá a atuação desnecessária do fusível. Porém, este fator não poderá ser tão alto possibilitando um fluxo de corrente elétrica que comprometa a vida útil do cabo a ele conectado que, no caso deste exemplo foi definido como o condutor de 6mm².
Logo a corrente do fusível será dado pela equação a seguir:
 
10,87A*1,15=12,5A
 
Certamente deveremos considerar um valor comercial para o fusível que neste caso o mais próximo é o de 14A, observando também que o valor obtido é inferior ao de condução máxima do fio de bitola ou seção de 6mm² que é de 32A.

Qual a corrente de recarga do banco de baterias?

A determinação da corrente de recarga do banco de baterias está relacionada a dois fatores:

  1. Máxima potência entregue pelos paineis
  2. Tensão de recarga do banco de baterias.
 

Como descrito anteriormente, a potência máxima entregue pelos paineis em condições ideais de geração é de 900 Wp e a tensão de recarga é de 28,8V

Nestas condições, a equação a seguir determina a corrente de recarga da bateria. 

 

2xWp/Vcarregamento

900/28,8=31,25A 

 

Obtido o valor de corrente de recarga do banco de baterias, devemos definir a bateria que será empregada no referido banco. Tipicamente, os fabricantes recomendam que a corrente de recarga do banco de baterias deverá ser de 10% a 20% da capacidade do banco, logo, uma bateria de 220Ah atenderia esta condição conforme equação a seguir:

Qual a capacidade do controlador de carga?

A capacidade do controlador de carga está relacionada a 3 fatores, a saber:

  1. Tensão do banco de baterias;
  2. Tensão resultante da associação dos paineis fotovoltaicos (string);
  3. Corrente de recarga do banco de baterias.
 

Conforme visto anteriormente, a tensão resultante da associação série dos painéis fotovoltaicos foi de 81,4V, a tensão do banco de baterias é de 24V a corrente de recarga do banco de baterias é de 31,25A.

Consideramos para este exemplo o controlador de tecnologia MPPT e o modelo a ser adotado neste exemplo é o PowMr 160V/60A o qual opera sob as seguintes condições; 160V de tensão dos paineis fotovoltaicos, 24V referente ao banco de baterias e 60 amperes para corrente do banco de baterias e demais cargas elétricas.

Qual a capacidade do condutor do banco de baterias?

A capacidade do condutor do banco de baterias está relacionado à corrente máxima de recarga do banco de baterias, ou seja, conforme visto anteriormente, a corrente de 31,25A é a corrente para que se carregue as baterias que integram este sistema na máxima produção de energia dos paineis (900 Wp). Além disso, outro parâmetro a ser considerado é a capacidade do controlador de carga que, no caso deste projeto, foi o de 60A. Logo, o condutor que atende a estes parâmetros é o cabo de 16mm².

Vale observar que esta seção de cabo poderá ser considerada para o condutor que conecta o controlador de carga ao inversor de onda.

Qual a capacidade do inversor de onda?

A capacidade do inversor de onda solar está relacionada a dois fatores:

  1. Máxima potência entregue pelos painéis fotovoltaicos;
  2. Máxima potência fornecida pelo controlador de carga;
  3. Tensão AC do sistema.
 

Conforme visto anteriormente, a potência total entregue pelos painéis é de 900 Wp.

Quanto a tensão AC do sistema, consideramos que serão conectados ao nosso sistema apenas cargas de 127Vac. 

A potência máxima entregue pelo controlador de carga é dado pela equação a seguir:

 

24v*60A=1440W

Comparando os dois valores de potência, 900W e 1440W e considerando expansões futuras, um inversor de 1500W atenderia facilmente as necessidades deste projeto exemplo.

Qual DPS utilizar?

Sabemos que um dos quesitos a serem considerados quando realizamos o projeto e instalação de sistemas fotovoltaicos é a projeção contra surtos seja ele direta com a descarga atmosférica, seja indireta com a propagação de surtos ocasionados por manobra de rede, por exemplo.

Para escolher o DPS devemos considerar dois fatores:

  1. Nível de Proteção: 1 ou 2 
  2. Tensão da string conectada ao DPS.
 

Se considerarmos que não existam sistemas de pára-raios próximos ao nosso sistema, poderemos definir o nível de proteção para 1, o mais alto.

Quanto à tensão CC do nosso dispositivo de proteção contra surto, poderemos considerar algum valor próximo a tensão resultante da nossa mini usina, que no caso foi de 82,8V.

Qual a capacidade do disjuntor do inversor?

Imagine que você necessite realizar manutenções em seu sistema porém não queira interromper a recarga das baterias. Para isso faz-se necessária a instalação de um dispositivo seccionador, que atenda ao requisito de corrente que flui em direção ao inversor.

O dispositivo ideal para realizar o procedimento de interrupção deste trecho do nosso sistema é o disjuntor.

O disjuntor não poderá ser qualquer um mas que atenda a pelo menos dois requisitos:

  1. Ser de corrente contínua;
  2. suportar a corrente que trafega o circuito neste trecho.
 

Conforme vimos anteriormente, a tensão do nosso banco de baterias é de 24V e a corrente que irá em direção ao inversor é de 31,25A, logo o valor comercial que atende este requisito é bipolar de 800V/40A da Sibratec.

Uma vez que o disjuntor em questão será instalado na parte CC do projeto, é importante observar, durante a montagem do sistema, a polarização correta para este tipo de dispositivo. 

Como automatizar um sistema fotovoltaico?

Sabemos que ao longo do dia a produção de energia oscila por diversos motivos, templo nublado, chuva, sombreamento por vegetação e construções nos arredores de nossos paineis, em função disso, acontece o consumo de energia proveniente de nosso banco de baterias. Essa utilização deverá ser controlada visto que, por recomendação dos fabricantes, não deverá ser maior que 20% a 30% do que ali está armazenado sob pena de reduzir drasticamente a vida útil de nossas baterias. 

Para resolver este problema poderemos fazer uso de um equipamento denominado Chave de Transferência Automática – ATS, que como o nome descreve, tem como função monitorar os níveis de carga do banco de baterias e realizar a transferência/manobra da energia proveniente do banco das baterias para as cargas em caso de falta de energia na rede pública ou da rede pública para as cargas em caso de baixo valor de carga do banco de baterias.

A potência deste equipamento pode variar em função da rede em que está conectado. Em caso de estar ligado a uma rede de 127V a potência poderá chegar a 5,5kW e 11kW em caso de estar conectado a uma rede de 220V.

Conclusão

Portanto, ao considerar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico que neste caso exemplificou dois paineis de 450 Wp que totalizou 900 Wp, é importante considerar cuidadosamente diversos aspectos para a concepção do projeto, por exemplo, as condições ambientais locais e a orientação solar adequada. Este artigo descreveu os passos fundamentais, desde a avaliação da demanda energética até a seleção dos dispositivos, como inversores, cabos, fusíveis, DPS, ATS e controladores de carga.

Seguindo as considerações levantadas, é viável projetar um sistema fotovoltaico personalizado, confiável e eficiente, capaz de fornecer energia limpa e sustentável para diversas finalidades. Espero que tenha gostado deste artigo e ampliado ainda mais sua compreensão sobre sistema de energia fotovoltaico

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