A primeira pergunta de quem adentra ao universo da energia solar fotovoltaica é como dimensionar um sistema fotovoltaico conectado à rede. O dimensionamento pode ser feito por duas vias: cálculo manual por fórmulas simples (isso é feito em alguma planilha geralmente) ou software de simulação fotovoltaica (PVsyst, PV*SOL, SAM, são alguns exemplos).
Obs.: Este artigo tem como objetivo demonstrar o dimensionamento por via de cálculo para quem quer aprender mais sobre o tema. Entretanto, nossa recomendação é sempre simular com software fotovoltaico para evitar dimensionar erroneamente ou ter gastos desnecessários. Um bom projetista sempre usa o software.
Nesse artigo, vamos apresentar o cálculo para consumidores grupo B por meio de fórmulas simples, em 4 passos. É válido destacar que consumidores do grupo B são consumidores atendidos com tensão inferior a 2,3 kV, sem cobrança de demanda geralmente.
Na energia solar fotovoltaica os integradores que estão iniciando recorrem a kits fotovoltaicos com todos os componentes necessários para instalação, devendo descobrir o valor necessário da potência do kit fotovoltaico (módulos fotovoltaicos) para a unidade consumidora.
Vamos então aos passos de dimensionamento.
1 – Passo: Descobrir o consumo médio do cliente
Nesse passo, o projetista deverá buscar a conta do seu cliente e os últimos 12 meses de leitura para descobrir o valor do seu consumo médio. É nessa fase também que ele olha o perfil da instalação (monofásica, bifásica, trifásica), e faz uma avaliação do local e tipo de instalação recomendada (solo, telhado...).
A Figura 1 é um exemplo de conta de um cliente na região de Paulo Afonso – BA. Com telhado de 25° de inclinação, orientado para o norte, ou seja, tem condições excelentes para geração, já que é recomendado no nosso hemisfério orientar para norte (isso quando não temos uma avaliação por software, pois a orientação não é exatamente para o norte, tem um pequeno desvio, mas podemos considerar aproximadamente).
Figura 1. Conta de Energia, Grupo B, Paulo Afonso - BA.
Assim, o consumo médio mensal desse cliente foi calculado pela fórmula a seguir.
O consumo médio é calculado, pois na resolução atual até fevereiro de 2023, o consumo mínimo de energia é sempre pago pelo cliente, dessa forma ele seria descontado do valor mensal no cálculo ótimo de dimensionamento (30 kWh instalações monofásicas, 50 kWh instalações bifásicas e 100 kWh instalações trifásicas). Dessa forma, o consumidor não geraria essa parcela, já que ele tem que pagar. Entretanto, sempre recomendo para consumidores monofásicos e bifásicos desconsiderar essa taxa, deixando uma “gordurinha extra” para o cliente, pois é um valor muito pequeno.
Logo, para esse cliente vamos considerar o valor anual de consumo, que é multiplicar a média por 12 meses ou somar os 12 últimos meses de consumo.
O valor de consumo é considerado, pois a energia solar conectada à rede gera créditos de energia. Quando no melhor mês o cliente não utilizou parte da energia para o seu consumo, devido ter gerado a mais, o excedente é repassado para a rede e transformado em créditos. Assim, no mês de menor geração os créditos são utilizados para compensar o consumo.
2 – Passo: Encontrar o valor da Potência Fotovoltaica
Nesse passo, você deverá ter disponível o valor da irradiância do local onde o sistema fotovoltaico irá ser instalado no ano. Existem diversos sites que disponibilizam esse valor. Indico o CRESESB.
Para Paulo Afonso – BA o valor foi de 5,54kWh/m²dia * 365 = 2022,1 kWh/m²ano.
Posteriormente, o consumo anual que é a energia que você precisa produzir é dividida pela irradiância, e depois o resultado é dividido pelo fator de performance, conforme a equação seguinte. O fator de performance é um número que a literatura atribui para considerar possíveis perdas no sistema, geralmente 0,8 ou 0,85.
Substituindo os valores, temos:
Só com esses dois passos, você já poderia procurar no seu fornecedor um kit com potência 2,05 kWp ou superior. Vamos supor que você deseja saber o número de placas também. Para isso, vamos ao próximo passo.
3 – Passo: Número de placas
Para achar o número de placas você deve procurar no catálogo do seu fornecedor um modelo de módulo fotovoltaico. Vamos considerar um modelo de 405 W. Basta dividir o valor total pelos 405 W. Observar que o valor foi transformado em kW, dividindo os 405 W por 1000.
Como o valor foi um número quebrado, recomendamos sempre arredondar para cima, ou seja, utilizaríamos 6 módulos fotovoltaico, passando um pouco da potência necessária.
4 – Passo: Descobrir potência do inversor
Para descobrir a potência do inversor, temos que considerar um fator de dimensionamento. Pois, os módulos fotovoltaicos só trabalham em sua potência máxima pouco tempo do dia, já que a irradiância muda com as horas do dia. Mais detalhes sobre isso podem ser vistos no artigo de clipping. Geralmente, o fator considerado é algo entre 75% e 80%. Logo,
Um fato interessante, é que muitos perguntam, como o módulo fotovoltaico não trabalha em sua potência máxima o tempo todo, por que podemos então aplicar a fórmula do passo 2? Bem, a irradiância de 2022,1 kWh/m² anterior, ela foi dividida por 1kW/m² e isso resulta nas horas de sol pleno (HSP), já que em laboratório o módulo é testado em 1kW/m² (1000 W/m²). Validando a equação.
Legal né?
Conclusão
Para esse cliente seria necessário um kit fotovoltaico com 6 módulos fotovoltaicos de 405 W, e um inversor na faixa de 1,8 kW. Porém, como mencionado, o recomendável é você sempre usar o software para escolher o kit ótimo para o seu cliente. Se quiser entender mais detalhes recomendamos o curso imersão em energia solar fotovoltaica.
Porém, como mencionado, o recomendável é você sempre usar o software para escolher o kit ótimo para o seu cliente.
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Vídeo no Youtube sobre Dimensionamento Manual e pré-dimensionamento no PVsyst.
Referências da literatura indicadas para mais detalhes
Villalva, M. G. Energia solar fotovoltaica: Conceitos e aplicações. Ed 2. Érica. 2012.
ZILLES, Roberto; MACÊDO, Wilson Negrão; GALHARDO, Marcos André Barros; OLIVEIRA, Sergio Henrique Ferreira de. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. [S.l: s.n.], 2012.