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Desenvolvimento de um Software para Dimensionamento

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1. 71 Figura 64 Mensagem de Erro ao Remover M dulo Inexistente 78 Figura 65 Mensagem de Erro ao Selecionar M dulo lInexistente 78 Figura 66 Ambiente de escolha da Bateria ee 80 Figura 67 Mensagem de Erro ao Remover Bateria Inexistente 80 Figura 68 Mensagem de Erro ao Inserir Tens o do Banco de Baterias inv lido 81 Figura 69 Mensagem de Erro ao Inserir Dias de Autonomia 82 Figura 70 Mensagem de Erro ao Escolher N mero de Bateria inv lido 82 Figura 71 Ambiente de Escolha do Inversor erraram 83 Figura 72 Ambiente de Inserir Remover Inversores irem 84 Figura 73 Mensagem de Erro ao Remover Inversor inv lido 84 Figura 74 Mensagem de Erro para Inversor que N o Suporta a Tens o de ge Lopo 1 e ASPARSTORSS NRO SERRO PURO ORNE DRA ER OR RR RARE O RR RS 85 Figura 75 Mensagem de Erro para Inversor com Tens o de Sa da Diferente da TENS O CA narn a 86 Figura 76 Mensagem de Aviso para necessidade de mais de um inversor 87 Figura 77 Mensagem de Erro Para Pot ncia do Inversor Inv lida 87 Figura 78 Mensagem de Erro para n mero de Inversor Escolhido Inv lido 88 Figura 79 Ambiente de Escolha do Controlador de Carga 89 Figur
2. 1 m m 51 O Cepel possui mapas solares de insola o di ria para o Brasil como ilustra a Figura 39 assim uma outra forma de calcular o SP usando a m dia entre a informa o da insola o fornecida pelo mapa solar de insola o e o c lculo atrav s da radia o solar na regi o SP In 5SPm Sendo SPm o n mero de horas de Sol Pleno atrav s da radia o e da insola o SP o n mero de horas de Sol Pleno calculada atrav s da radia o In a insola o fornecida pelo mapa solar de insola o di ria Os dados de radia o fornecidos pelos mapas solares est o em MJ m dia neste caso deve se multiplicar por 0 27778 para transformar para kWh m dia ATLAS SOLARIM TRICO DO BRASIL CARTA 4 5 insola o Di ria M dia Mensal horas 3 8 7 Caramen Pv 6 Chigueru Tiba URSO Pas Qua de cepa em ras Adema dr me ga DAT Chigua Tl Mawn Frakfanvaith 5 NDA rice E i CEPEL Certro de Pesquaa da Ensr s Eld rica 5 3 tugo Goaz Guilegos ESCALA GRARTA em Figura 39 Mapa Solarim trico de Insola o M dia para o Brasil Fonte CEPEL 52 3 2 Carga Instalada Para especificar a carga de um sistema fotovoltaico calcula se o seu consumo di rio de energia Para isto deve ser feito um levantamento de carga da instala o construindo uma tabela com o nome do equipamento sua pot ncia quantidade e o n mero de horas que ele ficara ligado por dia Tamb m
3. ngulo Azimutal da Superf cie aw ngulo entre a superf cie de incid ncia normal e a dire o Norte Sul 180 lt aw lt 180 ngulo Azimutal do Sol as ngulo entre a proje o do raio solar no plano horizontal e a dire o Norte Sul Altura Solar a ngulo entre o raio solar e a sua proje o sobre um plano horizontal 29 Inclina o B ngulo entre o plano da superf cie e a horizontal ngulo Zenital z ngulo entre os raios solares e a vertical Z nite Alguns destes ngulos s o apresentados na Figura 4 a Oeste b Normal i a Superficie Pd Ji r Ea cs l Les x Ei a Deste eso io Superficie Figura 4 ngulos dos Raios Solares Fonte CRESESB CEPEL Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia Devido a reflex o e absor o dos raios solares pela atmosfera somente uma parte da radia o solar chega a superf cie terrestre Caso a superf cie receptora estiver inclinada em rela o aos raios solares como acontece em regi es pr ximas aos p los ocorre a reflex o do ambiente do entorno como vegeta es e montanhas esta reflex o chamada de albedo Al m disto por causa da altern ncia entre dias e noites dias chuvosos e esta es do ano o recurso energ tico solar pode apresentar variabilidade necessitando de um sistema de armazenamento adequado Na maior parte do Brasil como em todo hemisf rio sul os sistemas d
4. Figura 95 Esquema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CA Para os sistemas fotovoltaicos interligados a rede el trica p blica n o h a necessidade de armazenamento a pr pria rede p blica funcionar como se fosse um banco de baterias Quando o im vel estiver gerando energia ele injetar a energia gerada na rede p blica e quando for consumir energia esta ser consumida da rede p blica assim a energia gerada e a consumida s o medidas atrav s de medidores sendo calculada a diferen a entre estas medi es para faturamento da concession ria de energia el trica Para o dimensionamento de sistemas interligados a rede o software considera apenas consumo de corrente alternada caso seja necess rio utilizar equipamentos CC preciso utilizar uma fonte de convers o CA CC Ao selecionar no ambiente inicial um sistema conectado a rede el trica poss vel visualizar na caixa de texto ENERGIA MENSAL PRODUZIDA a quantidade de energia em kWh que ser gerada mensalmente pelo sistema fotovoltaico dimensionado de acordo com a regi o de instala o do sistema Isto muito importante para sistemas conectados a rede pois com a possibilidade da mini e micro produ o poss vel vender energia el trica para as concession rias de energia recebendo cr ditos energ ticos assim saber o quanto poss vel produzir fundamental Os sistemas fotovoltaicos possuem custo elevado portanto muito interessante est
5. OutBack E E SELECIONAR CONTROLADOR OutBack f i i OutBack i N DO CONTROLADOR OutBack OutBack OutBack FlexMax80 OutBack FlexMax80 OutBack Flexidax80 OutBack FlexMax80 OutBack FlexMax80 OutBack SunSaver MODELO r REMOVER REGULADOR MARCA Ne TENS O NOMINAL V CAPACIDADE NOMINAL A RENDIMENTO RETORNAR Figura 80 Ambiente de Inserir Remover Controladores Caso o usu rio insira para remover um n mero de controlador que n o conste na lista O sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como apresenta a Figura 81 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido 90 REMOVER REGULADOR J q I amp EQUIPAMENTO INEXISTENTE Ca al REMOVER INSERIR RETORNAR Figura 81 Mensagem de Erro ao Remover Controlador inv lido No ambiente de escolha do controlador os valores de tens o do banco de baterias e a corrente m xima s o apresentados para o usu rio nas caixas de texto TENS O DO BANCO e CORRENTE DO BANCO com base nestes valores o usu rio deve escolher o controlador de modo que sua tens o nominal seja compat vel com a tens o do banco de baterias e que se sua capacidade de corrente for menor do que a corrente do banco de baterias ser necess ria mais de um controlador Escolhe se o n mero do controlador e clica se no bot o AVAN AR Caso o usu rio esc
6. 2 3 C lula Fotovoltaica Uma c lula fotovoltaica constru da atrav s de um cristal de sil cio puro onde em uma metade se coloca dopante do tipo p e na outra dopante do tipo n assim os el trons livres no lado n se deslocam para as lacunas do lado p com isso a regi o n fica com defici ncia de el trons e a regi o p com excesso de el trons Esta configura o gera um campo el trico no material gerando uma for a que se op e a difus o de el trons quando essa jun o bombardeada por f tons provenientes da luz solar gerando certa quantidade de energia na regi o onde existe campo el trico e as cargas s o aceleradas produzindo uma corrente el trica Este deslocamento gera uma diferen a de potencial na jun o como apresenta Figura 10 6 F ton Acumulo de cargas negativas F ton el trico Campo Regi o P a Acumulo de cargas positivas Figura 10 C lula Fotovoltaica Gen rica Fonte MASTERS 2004 33 Entre os terminais da regi o P e da regi o N ao conectar uma carga como ilustra a Figura 11 os el trons ir o fugir para fora da regi o N retornando para a regi o P a Contatos el tricos F tons Carga Figura 11 Circuito equivalente da c lula Fonte MASTERS 2004 2 4 M dulos Fotovoltaicos Os m dulos fotovoltaicos s o formados pela associa o de c lulas fotovoltaicas em s rie e em paralelo Na Figura 12 pode se ver como feita a as
7. EQUIPAMENTO lampada inc 9 CORRENTE ALTERNADA CORRENTE CONTINUA POT NCIA 0 QUANTIDADE 2 HORAS DIA Figura 58 Mensagem de Erro na inser o da Pot ncia do Equipamento Caso o usu rio insira uma quantidade igual a zero ao clicar no bot o ATUALIZAR tamb m gerada uma mensagem de erro abrindo uma janela conforme apresenia a Figura 59 EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL HORAS DIA TOTALWh TIPO CARGA INSTALADA Ma x 9 INSERIR EQUIPAMENTO REMOVER N DADOS DO EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO lampada inc CORRENTE ALTERNADA CORRENTE CONTINUA HORAS DIA Figura 59 Mensagem de Erro na inser o da Quantidade do Equipamento Caso o usu rio insira uma quantidade de HORAS DIA igual a zero ao clicar no bot o ATUALIZAR gerada uma mensagem de erro abrindo uma janela como 15 mostra a Figura 60 informando que o valor deve estar compreendido entre 0 e 24 horas EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL HORASNDIA TOTAL Wh CARGA INSTALADA ie 0 INSERIR EQUIPAMENTO D REMOVER N 3 O VALOR DE HORAS POR DIA DEVE SER DE 04 24 DADOS DO EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO lampada inc 6 CORRENTE ALTERNADA CORRENTE CONTINUA POT NCIA 40 wW QUANTIDADE 2 HORAS DIA 25 Caso o usu rio tente remover um equipamento que n o est na lista de carga ao clicar no bot o ATUALIZAR gerada uma mensagem de erro abrindo uma janela como il
8. MJ m2 dia SETEMBRO INSERIR LATITUDE MJ m2 dia NOVEMBRO n MAPA DE LATITUDE dirigi 5 OUTUBRO 0 MJ m2 dia DEZEMBRO 5 NOVEMBRO 0 HJim2 dia n DEZEMBRO 0 MJim2 dia 0 h ANUAL SELECIONAR Figura 49 Mensagem de Erro na inser o de dados de Latitude Os m dulos fotovoltaicos devem ser orientados com a ajuda de uma b ssola sendo que no hemisf rio sul eles devem ser orientados para o norte geogr fico e no hemisf rio norte orientados para o sul geogr fico Os dados de radia o solar incidente e insola o di ria foram obtidos do Atlas solarim trico constru do pelo CEPEL centro de pesquisas de energia el trica Ap s inserir os valores de radia o e insola o nos referidos campos preciso clicar no bot o SELECIONAR Os valores de radia o m dia e insola o di ria m dia ser o calculados pelo sistema e apresentadas para o usu rio Os valores de radia o m dia para o Brasil est o entre 6 e 24 MJ m dia Portanto devem se inserir valores dentro desta faixa nos campos de inser o de dados de radia o caso seja inserido um valor fora desta faixa ao clicar no bot o AVAN AR o sistema envia uma mensagem de erro ao usu rio abrindo uma janela como apresenta a Figura 50 JUALIZAR MAPAS RADIA O MEDIA SOLARES SELECIONE OS MESES DE UTILIZA O DO SISTEMA E INSIRA OS VALORES DE A O IN SOLA O RADIA O
9. o do norte geogr fico 101 q A A no MOS A INB 18 mt 4 Bae 399 Norte A 1 16 E gt geogr fico A Fa Norte Eos dd ER add S da b ssola Angulo de ZA 2 11 20 oa D corre o Net po sp f 19 L n i Re 27 39 15 e s 19 22 16 A 16 p 14 f t J a Figura 98 Mapa de ngulo de Corre o da Dire o Norte Fonte Marcelo Gradella Villalva 2012 4 10 Bloqueios de Dados Incoerentes O software possui diversos bloqueios que impedem que o usu rio insira dados incompat veis ou fa a escolhas equivocadas Para isso o software pode n o avan ar para o pr ximo ambiente e gerar avisos de erros que aparecem imediatamente para o usu rio como ilustra a Figura 99 102 o o tm s R fotogera CONFIGURA ES BASICAS SISTEMAS AUT NOMOS e rs de 5 eso E Be a O COM ARMAZENAMENTO SE GEE a SELECIONE UMA CONFIGURA O PARA Q SISTEMA Se SEM ARMAZENAMENTO RE AT gt lt SISTEMAS CONECTADOS A REDE E ai A gt g A CM ad u i Ox EN T gt di qi gt a Figura 99 Mensagem de Erro para Dados Incoerentes 103 5 VALIDA O O software FOTOGERA foi criado em uma base te rica portanto preciso validar os seus c lculos Para a valida o foi realizada uma montagem pr tica de um sistema fotovoltaico aut nomo com armazenamento de energia e com cargas CA e CC 5
10. Mensagem de Erro Para Pot ncia do Inversor Inv lida Para continuar com o dimensionamento basta escolher o inversor na lista inserir seu n mero na caixa de texto N DO INVERSOR no painel SELECIONAR INVERSOR e clicar no bot o AVAN AR Caso o usu rio escolha um n mero de inversor que n o conste na lista o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como apresenta a Figura 78 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido 88 INVERSORES ER MODELO RCA TENS O entrada V TENS O saida V RENDIMENTO POT NCIA V 16 XTHB000 48 STUDER 48 30 70t 17 Fronius Ig15 Fronius 6 230 15 18 Fronius Ig15 Fronius 12 230 15 19 Fronius Ig15 Fronius 24 230 20 Fronius Ig15 Fronius 32 230 TENS O DO BANCO TRABALHO 21 Fronius Ig15 Fronius 36 230 22 Fronius Ig15 Fronius 48 230 23 Fronius Ig15 Fronius 60 230 24 Fronius Ig15 Fronius 72 230 25 Fronius Ig15 Fronius 84 230 26 Fronius Ig15 Fronius 96 230 27 Fronius Ig15 Fronius 108 230 28 Fronius Ig15 Fronius 120 230 29 Fronius Ig15 Fronius 132 230 30 Fronius Ig20 Fronius 6 230 Fronius Ig20 Fronius 12 230 Fronius Ig20 Fronius 24 230 Fronius Ig20 Fronius 32 230 Fronius Ig20 Fronius 3 230 Fronius Ig20 Fronius 48 230 250 Fronius Ig20 Fronius 60 230 Fronius Ig20 Fronius 72 230 tFronius Ig20 Fronius 84 230 Froniu
11. Mensagem de Erro ao Selecionar M dulo Inexistente 19 Para corrigir basta reconhecer o erro clicando em OK corrigir os dados inseridos e clicar no bot o AVAN AR necess rio que o usu rio tenha sensibilidade ao escolher o m dulo fotovoltaico visando diminuir custos e uma melhor adequa o ao sistema que quer desenvolver Por exemplo ao escolher uma tens o de trabalho de 24 V melhor escolher um modelo de m dulo com este mesmo valor de tens o do que escolher um modelo de m dulo de 12 V que seria necess rio uma liga o em s rie 4 6 Baterias Ap s escolher o m dulo fotovoltaico usado no sistema ser escolhida a bateria lembrando que no ambiente inicial se for selecionado um sistema sem armazenamento o ambiente de escolha de baterias n o aparecer para o usu rio e ser direcionado ao pr ximo passo referente a configura o escolhida O ambiente de escolha da bateria apresentado na Figura 66 da mesma forma que s o inseridas e removidas as cargas instaladas e m dulos fotovoltaicos poss vel construir um banco de dados de baterias que est o dispon veis no mercado Sendo poss vel adicionar novos modelos e remover modelos obsoletos adequando os c lculos do software com a disponibilidade do mercado Para adicionar novas baterias lista basta preencher os seus dados no painel INSERIR NOVA BATERIA e clicar no bot o INSERIR Para que ele apare a na lista basta clicar no bot o I
12. fundamental saber se ele de corrente alternada ou cont nua pois seu consumo poder entrar ou n o no c lculo de dimensionamento dos inversores A energia di ria utilizada dada em Wh que a pot ncia do equipamento multiplicada pelo n mero de horas di rias de uso 10 E PXTXq 4 Sendo E a Energia total necess ria diariamente P a Pot ncia W do equipamento T o Tempo h de utiliza o di ria q a quantidade do equipamento Assim calcula se o consumo total em Wh somando a energia consumida por cada equipamento a pot ncia total das cargas CA e a pot ncia total das cargas CC Para equipamentos com consumos extremos como motores em que a corrente de partida pode ser 6 vezes a corrente nominal o usu rio precisa ter sensibilidade na inser o dos dados Deve se escolher a tens o em que o banco de baterias ir operar necess rio escolher a configura o b sica do sistema se ele aut nomo com ou sem armazenamento ou se ele interligado a rede el trica 3 3 Dimensionamento dos M dulos Fotovoltaicos 53 Normalmente ao dimensionar um sistema fotovoltaico tem se a disposi o os m dulos fotovoltaicos que ser o utilizados caso contr rio deve se fazer uma breve an lise em torno de todo o sistema que a ser dimensionado e escolher aquele que for mais conveniente levando em conta os custos do mesmo Com base nos dados fornecidos pelo fabricante do m dulo calcula se a energ
13. o ou o valor m dio Para os sistemas fotovoltaicos aut nomos o software possibilita ao usu rio dimensionar o sistema utilizando o pior valor de radia o ou a m dia dentre os meses selecionados bastando selecionar o radio button VALOR M DIO ou o MENOR VALOR sendo o VALOR M DIO pr selecionado Com o radio button VALOR M DIO selecionado os radio button de sele o dos meses s o habilitados Primeiro deve se selecionar os meses que o sistema ser utilizado durante o ano bastando marcar o radio button referente ao m s escolhido se ele for utilizado por todo o ano basta selecionar a op o todos os meses sendo que a marca o dos radio button entre essas duas op es se alteram automaticamente VISUALIZAR MAPAS RADIA O M DIA SOLARES SELECIONE OS MESES DE UTILIZA O DO SISTEMA E INSIRA OS VALORES DE RADIA O M DIA RADIA O IN SOLA O RADIA O MENSAL E INSOLA O DIARIA RADIA O ANUAL INSOLA O ANUAL 18 MJ m2 dia Utilizar menor radia o ou m dia entre os meses selecionados JANEIRO MJim2 dia 0 h INSOLA O DIARIA M DIA FEVEREIRO RADIA O MENSAL INSOLA O DIAR h 7 JANEIRO MJim2 dia MAR O MAR O h VALOR M DIO ABRIL FEVEREIRO A aii MENOR RADIA O ABRIL MENOR VALOR O MAR O MJim2 dia 0 MJ m2 dia MAIO n MENOR RADIA AO A MJim2 dia MENOR INSOLA AO i p MJ m2 d
14. 4 baterias em paralelo 8 pain is em paralelo Figura 40 Controlador de Capacidade Elevada Fonte Curso de Energia Solar Fotovoltaica Warley Teixeira Guimar es Controlador de Inversor SODA carga 404 24W 24W f 127W 2 pain is em s rie 4 i Es Figura 41 Controlador de Capacidade Reduzida Fonte Curso de Energia Solar Fotovoltaica Warley Teixeira Guimar es 58 3 8 Condutores e Prote es de fundamental import ncia citar que o objetivo deste trabalho n o visa desenvolver o estudo detalhado das instala es el tricas destes sistemas As instala es el tricas dos sistemas fotovoltaicos devem cumprir os requisitos m nimos exigidos pelas normas vigentes como a ABNT NBR 5410 sendo que s o diferenciadas nas instala es CA e CC 11 Os condutores que ligam os m dulos fotovoltaicos a uma caixa de jun o CC s o chamados de cabos de fileira Recomenda se que as polaridades positiva e negativa sejam independentes n o sendo agrupadas lado a lado Entre a caixa de jun o e o inversor est o condutor principal CC que para efeitos de prote o e manuten o necessita de um interruptor principal conforme a norma IEC 60364 7 712 Instala es el tricas nos edif cios requisitos para instala es ou localiza es especiais sistemas solares fotovoltaicos O cabeamento CA liga o inversor at o ponto de conex o do sistema CA atrav s de um dispositivo de prote o No dimensi
15. 8 Taxa de carga descarga corrente el trica demandada durante o processo de carga ou descarga da bateria A Figura 29 descreve a curva de carga e descarga de uma bateria 8 Tens o V o 5 10 15 20 25 30 35 lempo horas Figura 29 Curva de Carga Descarga para uma Bateria de 12 V a 25 C Fonte Luis Horacio Vera 2004 Profundidade de descarga o valor em porcentagem da capacidade nominal que foi retirada a partir do estado de plena carga que quando a bateria est completamente carregada 8 Tens o de corte valor de tens o no qual a descarga da bateria interrompida Ciclo processo de carga e descarga at certa profundidade Vida til tempo em que a bateria opera mantendo funcionamento normal Efici ncia rela o entre a sa da til e a entrada Uma bateria usada em sistemas fotovoltaicos deve atender a ciclos rasos a cada dia e ciclos profundos por v rios dias dias nublados Como normalmente os sistemas fotovoltaicos s o instalados em locais remotos recomendado utilizar baterias sem ou com pouca necessidade de manuten o que n o precisam repor o eletr lito como as baterias seladas que usam o ciclo interno de oxig nio para eliminar a perda de gua Essas baterias resistem mais a uma descarga completa do que outros tipos 43 de baterias Elas possuem um custo mais elevado que compensado com sua utilidade e com a n o necessidade de manuten o 1 2 6 Controladore
16. Vm Vb Wp Capacidade do Banco de Baterias Corrente Cont nua Capacidade M xima do Sistema Energia total da Carga instalada Energia Produzida pelo M dulo Fotovoltaico Hora Insola o Di ria Corrente de Curto Circuito do M dulo Fotovoltaico Kilowatt pico Megawatt pico N mero de Baterias em paralelo N mero de M dulos em Paralelo N mero de m dulos em S rie Pot ncia da Carga Instalada Profundidade de descarga das Baterias Quantidade Sol Pleno Sol Pleno Calculado Atrav s da Radia o e da Insola o Tempo de Uso da Carga Instalada Volis Tens o Nominal do M dulo Tens o do Banco de Baterias Wait Pot ncia M xima do M dulo Fotovoltaico SUM RIO i INTRODUC O ssa LR 18 1 1 Aproveitamento da Energia Solar eee erere rare 18 Tel SOCOS geito Sa A EEEE 19 did NANDO ceson ann ERE T 20 tA acd Bra Seaia a E a E E de 20 Ko ODEIO a e a T 22 TO ESCODO raan EE ee ld DA 25 2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS sas ensinos aid DS 26 2 Rada CaO SO suis EN E 26 22 FIGO FOLOVONAICO distro aussi abas a a 31 co Celula FOLOVONGICA sina ines ado n o Da cabici dos guias rd O 32 24 Modulos FOLOVOILAICOS a caia sniosiiada ipa ciel dd sie a dah Ein beds anda D os Dada RS and 33 2 BASAS ssonsstuz cassa oaesasta Sasroio e Saio aadeSadu sado Gecsbabs tele sebsiabassbsbasesdessseamtasstesa tua 39 2 86 Controladores Ce Caldas saia DD DO 43 2 MP A asda da Sd Dn bh 45 2 O AVO SO E Srinu cias ad
17. de um controlador 96 A Figura 90 apresenta o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CC com um controlador CONTROLADOR BOCA BATERIA CARGA BATERIA BATERIA Figura 90 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CC com um controlador A Figura 91 ilustra o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CA com mais de um controlador iii CONTROLADOR INVERSOR pao a BATERI BATERIA BATERIA Figura 91 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA com mais de um controlador A Figura 92 descreve o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CA com um controlador 97 INVERSOR mo pj BATERIA BATERIA BATERIA BATERIA Figura 92 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA com um controlador A Figura 93 apresenta o esquema de um sistema aut nomo sem armazenamento CA e CC TE re LN CONTROLADOR INVERSOR poe M DULO MODULO CARGA i pain a ae mi i aege Ea rt ml ja H 1 E N ita ai a 1 L d Li g i ra m B b b Figura 93 Esquema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CA e CC A Figura 94 ilustra o esquema de um sistema aut nomo sem armazenamento CC carga CC Figura 94 Esquema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CC 98 A Figura 95 descreve o esquema de um sistema aut nomo sem armazenamento CA ua CONTROLADOR INVERSOR MEDULO CARGA j mia
18. desenvolvimento juntamente com o software que pode ser usado para adquirir conhecimentos b sicos sobre sistemas fotovoltaicos e manual de instru es para opera o do software Para selecionar o tipo de configura o b sica do sistema basta clicar no respectivo radio button que o circulo na frente da configura o ele fica marcado ao clicar Para alterar a configura o basta clicar no outro radio button sendo que o anterior ser desmarcado automaticamente Para avan ar no software basta selecionar a configura o b sica e clicar no bot o INICIAR PROJETO Ao clicar neste bot o caso n o seja selecionado nenhuma configura o b sica o sistema impede o avan o e envia ao usu rio uma mensagem de erro abrindo uma nova janela conforme ilustra a Figura 46 assim basta reconhecer o erro clicando em OK na janela selecionar a configura o e avan ar SISTEMAS AL AUT NOMOS Gs com ARMAZENAMENTO COM ARMA SEM ARMA Figura 46 Mensagem de ERRO no Ambiente Inicial O software funciona como um passo a passo de acordo com a configura o selecionada ele guia o usu rio de um modo diferente liberando somente janelas de texto e ambientes pertinentes a respectiva configura o selecionada assim ao dimensionar um sistema sem cargas CA o ambiente de dimensionamento do inversor n o ser apresentado Tamb m necess rio que os valores de vari veis inseridos no software n o inteir
19. sistema sendo a tens o de entrada do inversor igual a tens o do banco de baterias a tens o de sa da do inversor igual a tens o do sistema de alimenta o CA escolhido A pot ncia do inversor maior que a pot ncia das cargas CA mais as perdas portanto foi necess rio apenas um inversor do modelo escolhido O controlador de carga selecionado cumpre os requisitos para ser instalado no sistema sendo a tens o de trabalho compat vel com a tens o gerada pelos m dulos fotovoltaicos e com a bateria sua capacidade maior do que a capacidade m xima do sistema ais as perdas portanto foi necess rio apenas um controlador de carga O esquema el trico do sistema fotovoltaico montado para valida o apresentado na Figura 100 INVERSOR CARGA dl ja plo a a E GRRST Dom CONTROLADOR MODULO BATERIA CARGA A BATERIA SE RIRSE Sr com Figura 100 Esquema el trico do Sistema Fotovoltaico de Valida o A Figura 101 apresenta o relat rio final gerado do sistema fotovoltaico de valida o 107 PAINEL ESCOLHIDO m BATERIA ESCOLHIDA MESES DE UTILIZA O cds MODELO pk80 12 EPP AD CONTROLADOR ESCOLHIDO MSXS3 MODELO MARCA F MODELO POMIDOR EE RADIA O M DIA MARCA power kingdom Ts E Solarex L a M
20. 1 Escolha da Configura o B sica Para a configura o b sica do sistema fotovoltaico de valida o foi escolhido um sistema aut nomo com armazenamento com cargas CA e CC Essa configura o a mais comumente instalada em sistemas aut nomos e a mais adequada para uma valida o visto que possui todos os componentes de um sistema fotovoltaico 5 2 Recurso Solar O sistema fotovoltaico foi instalado no munic pio de SERRA no estado do ESP RITO SANTO que est localizado a uma latitude de aproximadamente 20 portanto os dados de insola o e radia o devem ser selecionados para esta localidade O sistema foi testado no m s de mar o de 2013 assim este foi o m s selecionado no software como m s de utiliza o do sistema Os dados de radia o solar e insola o di ria foram verificados no mapa solar do m s de mar o e inseridos no software O sistema montado n o possui controlador com MPPT 5 3 Escolha da Carga Instalada O software FOTOGERA foi utilizado para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico de teste para atender a demanda de carga instalada apresentada na 104 Tabela 1 Foi escolhida a tens o de sa da CA igual a 127 V esta a tens o que alimenta as l mpadas incandescentes que comp e o sistema CA Tabela 1 Carga Instalada para Teste 5 4 Escolha do M dulo Fotovoltaico O m dulo fotovoltaico utilizado na montagem do sistema fotovoltaico descrito na Tabela 2 Tabela 2 M d
21. 12 DC130 12 DC135 12 DC150 12 DC180 12 DC200 12 DC210 12 FULLRIVER FULLRIVER 12 130 13 70 FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER DC240 12 FULLRIVER DC260 12 FULLRIVER PK 80 Power kingd 12 80 10 50 REMOVER Figura 67 Mensagem de Erro ao Remover Bateria Inexistente preciso inserir na caixa de texto TENS O DO BANCO o valor de tens o escolhido para o banco de baterias que ser constru do e na caixa de texto DIAS 81 DE AUTONOMIA a quantidade de dias de autonomia para o sistema em casos de dias chuvosos ou outros imprevistos Caso o usu rio insira um valor de tens o do banco de baterias igual a zero ou outro valor inv lido o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como ilustra a Figura 68 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido CN INSERIR BATERIA MODELO REMOVER BATERIA 100 13 70 N 62 120 13 70 130 13 70 REMOVER 135 13 70 7 DIAS DE AUTONOMIA SELECIONAR BATERIA N DA BATERIA 61 AVAN AR Figura 68 Mensagem de Erro ao Inserir Tens o do Banco de Baterias inv lido Caso o usu rio insira um n mero de dias de autonomia do banco de baterias igual a zero ou outro valor inv lido o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como ilustra a Figura 69 Para normalizar bast
22. Diodo de bloqueio Interruptor para sub descarga Figura 30 Controlador Tipo SHUNT Fonte Luis Horacio Vera 2004 Interruptor serie Interruptor para sub descarga Bateria Figura 31 Controlador Tipo SERIE Fonte Luis Horacio Vera 2004 Alguns controladores permitem o ajuste dos par metros Podem vir com o recurso de alterar os SET POINTS do controlador assim pode se ajustar por exemplo com qual valor de tens o o sistema ir se desconectar do banco de baterias evitando um descarregamento excessivo e qual valor se reconectar novamente O ponto de desconex o da carga normalmente chamado de LVD low voltage disconneci 8 Os controladores normalmente j possuem um diodo de bloqueio que impede durante a noite ou em dias nublados que as baterias alimentem os m dulos fotovoltaicos Alguns possuem uma compensa o de temperatura tendo um sensor nas proximidades do banco de baterias e ajustando automaticamente a tens o Por exemplo para uma bateria chumbo cido de 12 V cerca de 30m V C Outros possuem a capacidade de desviar a energia gerada assim se as baterias estiverem carregadas a energia gerada aproveitada em outra carga evitando o desperd cio 8 O controlador mais utilizado o por controle de tens o que medida instantaneamente nos p los da bateria Por m o par metro tens o n o segue a risca as caracter sticas da bateria portanto preciso ter cautela pois
23. Fernanda Beloti Felipe Fernando de Moura Matheus Grij Lima Eli de Matos Lima Jo o Ant nio Panceri Daniel Augusto Vieira de Jesus Andr Domingos e G nesis Pereira Lopes da Silva por fazerem parte da turma e contribu rem com meu desenvolvimento durante estes anos A Saulo Nazareth Barra pela contribui o na montagem do sistema fotovoltaico de valida o deste trabalho RESUMO Atualmente os sistemas de energia oriundos de recursos renov veis t m avan ado na miss o de servir como fonte de energia principalmente em comunidades isoladas e instala es remotas Nesse meio os sistemas fotovoltaicos se apresentam como uma fonte promissora devido a cria o de novas tecnologias e de o Sol ser uma fonte inesgot vel de energia Este trabalho demonstra o desenvolvimento de um software computacional para dimensionamento de sistemas fotovoltaicos desenvolvido na plataforma GUIDE do MATLAB chamado de FOTOGERA Foi criada uma interface amig vel com o usu rio para que facilite o dimensionamento e a correta instala o do sistema Os sistemas desenvolvidos podem ser aplicados em instala es como ilumina o p blica irriga o telecomunica es bombeamento de gua resid ncias entre outros contribuindo com as atuais fontes de energia que s o em sua maioria poluidoras Palavras chave Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos Energia solar Software M dulos fotovoltaicos ABSTRACT Nowadays power systems der
24. Porto de Pot ncia M xima 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 Voltagem Volts 0 70 Figura 21 Ponto de M xima Pot ncia de um M dulo Fotovoltaico Fonte Florida Solar Energy Photovoltaic System Design Course Manual Um m dulo fotovoltaico sofre influ ncia principalmente da luminosidade incidente e da temperatura das c lulas A corrente gerada no m dulo cresce proporcionalmente com o aumento da intensidade luminosa como ilustra a Figura 22 e o aumento da temperatura diminui a pot ncia gerada conforme apresentado na Figura 23 7 Corrente Amp res 3 LOOO Wim a 900 ds Ro po OO fm a 700 Wim ka 2 O n x cam o N 400 Wim NA g aa Y W 300 Wim NAN rT 200 Wim a A OT ka A N LOC Wim Ni PEER UA IAM Par 0 5 15 20 25 Voltagem volts Figura 22 Curva Caracterizada Pela Varia o da Intensidade Luminosa Fonte Florida Solar Energy Photovoltaic System Design Course Manual 39 Corrente Amp res Pontos de opera o para pot ncia m xima gerada 1000 Wim AM 1 5 Q N 2 30 C Y N y AA Wi 25 C Temperatura padr o 20 C a S C as Al BOAT AT 70 IA aec 90 ii I00 C e Voltagem Volts Figura 23 Curva Caracterizada Pela Varia o da Temperatura Fonte Florida Solar Energy Photovoltaic System Design Course Manual 2 5 Baterias Os m dulos fotovoltaicos ger
25. apresentado na Figura 71 sendo que se o sistema n o tiver cargas CA n o necess rio escolher inversor portanto esse ambiente n o ser apresentado ao usu rio Este ambiente tamb m possui um banco de dados de modelos e suas caracter sticas salvo no software Para visualizar o banco de dados basta clicar no bot o ATUALIZAR TABELA para alterar o banco de dados basta clicar no bot o INSERIRIREMOVER INVERSOR ser aberta uma janela como a ilustra a Figura 72 onde poss vel inserir ou remover modelos da mesma forma que m dulos e baterias Ap s clicar em RETORNAR a janela ser fechada e ser preciso clicar no bot o ATUALIZAR TABELA para que os dados alterados sejam atualizados O software possui dois bancos de dados para os inversores sendo um para os inversores comuns utilizados em sistemas aut nomos e outro para sistemas conectados a rede el trica onde necess ria a utiliza o de inversores especiais com sincronismo com a rede el trica convencional Caso no ambiente inicial o usu rio selecione um sistema aut nomo automaticamente o software carrega o arquivo do banco de dados de inversores comuns e se for selecionado um sistema conectado a rede carregado o arquivo dos inversores especiais Inicialmente o software conta com um banco de dados de 44 inversores comuns e de 5 especiais i e I Dr E SE MODELO MARCA TENS O entrada V TENS O saida V RENDIMENTO POT NCIA 4 ca
26. banco de baterias Recomenda se uma margem de seguran a de 10 para o c lculo da capacidade do banco de baterias devido a perdas 10 A capacidade do banco de baterias descrita por 10 At Cb 11xC dica T Sendo At a autonomia do sistema Ad o coeficiente de auto descarga das baterias di rio Pd a profundidade de descarga das baterias 55 O n mero de baterias em paralelo dado por 10 Nbp gt E bp Chat Na qual Cbat a capacidade da bateria individual O n mero de baterias em s rie dado por 10 Nbs gt a T Onde Vbat a tens o nominal da bateria escolhida 3 5 Dimensionamento dos Controladores de Carga Para dimensionamento do controlador de carga precisa se da tens o de funcionamento do sistema e da corrente el trica que ser fornecida A tens o do controlador deve suportar a tens o do banco de baterias Recomenda se um fator de seguran a para que o controlador n o trabalhe no m ximo de sua capacidade recomendada uma margem de seguran a de 10 devido a perdas e rendimento do sistema com controlador de carga 10 A corrente m nima que o arranjo de controladores de carga deve suportar dada por 10 IC 1 1 x Isc x Npp 56 Caso a capacidade do controlador escolhido seja menor que a capacidade necess ria ser preciso mais de um controlador de carga O n mero de controladores necess rios dado por 10 Sendo Cc a capacidad
27. frequ ncia determinada A 47 Figura 34 descreve o esquema el trico de um sistema fotovoltaico aut nomo com inversor 4 Controlador Inversor ii amp EL cs Cargas JA Bateria M dulos fotovolaticos Figura 34 Sistema Aut nomo com Inversor Fonte Susana Freitas MEI 2008 2 9 Conversores CC CC Os conversores CC CC s o utilizados quando necess ria tens o CC diferente da produzida pelo conjunto de m dulos e baterias Como apresentado na Figura 35 utiliza se no mesmo sistema fotovoltaico equipamento CC com tens o de 12 V e 24 Arranjo Controlador Fotovoltaico de carga Conversor Equipamento Acumulador CCICC Cc 24V Baterias Figura 35 Conversor CC CC Fonte Luis Horacio Vera 2004 Equipamento Cc 12V 48 2 10 Classifica o dos Sistemas Fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos podem ser classificados em tr s categorias Sistema aut nomo Sistema puramente fotovoltaico que utiliza uma forma de armazenamento de energia como baterias ou podem fornecer tens o cont nua diretamente para a carga S o caracterizados principalmente por instala es el tricas distantes dos centros urbanos onde seria invi vel levar energia por distribui o normal a cabos como antenas de telecomunica es em locais remotos A Figura 36 descreve o esquema el trico de um sistema fotovoltaico aut nomo 4 TE Fr d HA h fi ib Control
28. ncia m xima Pm Tens o de pot ncia m xima Vmp Corrente de pot ncia m xima Imp A tens o de circuito aberto Voc medida quando o modulo exposto ao Sol em seus terminais sem carga A corrente de curto circuito medida ao colocar seus terminais em curto Ao conectar na sa da do modulo uma carga poss vel construir uma curva caracter stica de tens o e corrente chamada de curva caracter stica IxV Essa curva constru da com uma incid ncia de radia o solar de 1000 W m e a uma temperatura de 25 C A curva caracter stica IxV normatizada pela norma ABNT NBR10899 TB328 Um exemplo de curva caracter stica IxV apresentada na Figura 19 1 37 Corrente Amperes 1 25 0 50 0 25 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 Voltagem Volts Figura 19 Curva x V de um M dulo Fotovoltaico Fonte Florida Solar Energy Photovoltaic System Design Course Manual Tamb m poss vel construir a curva t pica de pot ncia versus tens o que apresentado na Figura 20 Pot ncia Watts 0 500 0 250 0 125 0 10 0 20 0 30 040 050 060 070 0 80 Voltagem Volks Figura 20 Curva P x V de um M dulo Fotovoltaico Fonte Florida Solar Energy Photovoltaic System Design Course Manual Reunindo as duas curvas pode se obter o ponto de m xima potencia do m dulo fotovoltaico que apresentado na Figura 21 38 Corrente Amp res Pot ncia Watts
29. no painel BASE DE C LCULO as op es mostradas na Figura 52 a op o CONSUMO A GERAR habilita a caixa de texto VALOR MENSAL A GERAR onde deve se inserir a quantidade de energia el trica desejada para que o sistema fotovoltaico gere mensalmente assim pode se por exemplo inserir o consumo de energia mensal de uma resid ncia verificado na conta mensal de energia el trica dimensionando um sistema para gerar energia para auto sustentar a resid ncia tamb m sendo poss vel inserir um valor maior para que o excedente seja vendido para a concession ria de energia gerando cr ditos energ ticos conforme a resolu o da ANEEL citada no trabalho ou inserir um valor menor que ir contribuir com o consumo mensal da resid ncia Ao selecionar a base de c lculo M DULOS FOTOVOLTAICOS a caixa de texto N DE M DULOS FOTOVOLTAICOS habilitada assim pode se estimar a quantidade de energia a ser gerada j possuindo um numero determinado de m dulos fotovoltaicos que dever ser inserido neste campo Para este caso poss vel que o numero de m dulos utilizados pelo sistema seja diferente do numero inserido pelo usu rio pois necess rio a forma o de um arranjo perfeito de acordo com os crit rios selecionados O sistema identifica automaticamente esta possibilidade e exclui os m dulos excedentes devendo o usu rio verificar no ambiente final 71 necess rio inserir a tens o de trabalho que a t
30. para Inversor que N o Suporta a Tens o de Trabalho Caso o usu rio escolha um n mero de inversor que sua tens o de sa da seja diferente da tens o escolhida para o sistema de corrente alternada o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como ilustra a Figura 75 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido 86 MET 1 Ed w MODELO MARCA TENS O entrada V TENS O saida Y RENDIMENTO POT NCIA Y TENS O DO BANCO TRABALHO 16 XTHBSOO 48 STUDER 8 2 j TX 7 eramos 1915 Frosin E 230 14 18 Fronmus 75 Fronus ta n 1 19 entrons gts Fronus 2 trocas ht Fronus J1 Frons i75 Fronus 2 mf ronus 915 Pronus 3 fennas igt5 Froniss 24 ef roms 915 Fronts 25 Fransa igt Fronius prreonus igts Froous Fromus 15 Fronus MFronus igt5 Frontus 120 2 Frondas k t5 Fronts Eres dO Fronus EXPNSBENHE Dog frotas o Fronts enfron i20 Fronius feias oO Fronts Frans 20 Fronus mF rors 20 Frodus trocam 20 Fronass mftonus EO Frodus Fronts 1520 Frontas frorws 30 Fronius Frontas 1520 Fronius mFeonws DO Froniys mF rotas 1920 Fronius mFronus kd Fronus 44 DOMOOUR LriceDecher ia aise usos jr he jus cede eu Co ja JrEs gEssEeNEL e vs E A Figura 75 Mensagem de Erro para Inversor com Tens o de Sa da Diferente da Tens o CA Caso o usu rio escolha um n mero de inversor que sua pot ncia seja menor que a pot nc
31. para que o investimento seja pago para encerrar basta clicar no bot o FECHAR A Figura 97 apresenta o esquema de um sistema interligado a rede el trica 100 Rede P blica M dulos IN fotovoltaicos i T contador de compra contador de 45 venda h Inversor dy Figura 97 Esquema de um Sistema interligado a rede el trica Este software n o dimensiona os condutores da instala o sendo necess rio utilizar a norma ABNT NBR5410 para adequar as instala es el tricas No ambiente do relat rio final existe um aviso e ao clicar no bot o NBR5410 ser aberto um arquivo contendo a norma NBR5410 para consulta O ambiente final apresenta ao usu rio o ngulo ideal para a inclina o do conjunto fotovoltaico em rela o a horizontal O usu rio deve orientar o conjunto para a dire o norte se o sistema estiver instalado no hemisf rio sul ou para a dire o sul se o sistema estiver instalado no hemisf rio norte para isso pode se utilizar uma b ssola para encontrar a dire o correta Devido as linhas do campo magn tico terrestre n o serem perfeitamente direcionadas preciso fazer uma corre o na dire o indicada pela b ssola ao clicar no bot o NORTE REAL ser aberta uma janela conforme ilustra a figura 98 com um mapa de corre o da dire o indicada pela b ssola assim basta acrescentar o ngulo correspondente a dire o indicada para encontrar a dire
32. que deve ser um valor positivo caso o usu rio n o insira carga na lista de levantamento este valor ir permanecer igual a zero assim ao clicar no bot o AVAN AR o sistema ir gerar uma mensagem de erro na inser o da carga instalada como ilustra a Figura 62 EQUIPAMENTO POTENCIA TOTAL HORAS OIA TOTAL Wh TIPO POT NCIA CA POT NCIA CC ERRO NA INSERCAD DA CARGA INSTALADA A TENS O DE SAIDA CA SISTEMAS SEM mn ARMAZENAMENTO TENS O DE TRASALHO mma asa ss Rn i a OE gt AD SEN O SI A mm A Figura 62 Mensagem de Erro na Inser o da Carga Instalada Para corrigir basta reconhecer o erro clicando em OK corrigir os dados inseridos e clicar no bot o AVAN AR JI 4 5 M dulos Fotovoltaicos Ap s inserir os dados da carga da instala o ao avan ar abrir o ambiente de escolha dos m dulos fotovoltaicos que apresentado na Figura 63 MA INSERIR MODULOS MODULOS FOTOVOLTAICOS a Pa MODELO MARCA POT NCIA WP Vmp V Voc V Imp A Isc A n V NOMINAL V ISW90 A Sun Wize 90 22 5000 28 4 4 5000 42 E E SW100C Sun Wize 100 23 28 5000 4 3500 5 12 Yno Yingli 10 17 5000 21 0 5700 0 6600 12 POT NCIA WP w ivizo Yingli 20 17 5000 21 1 1000 1 3000 12 Y120 Yingli 30 17 5000 2 1 7000 2 12 Vmp V y E 160 Yno Yingli 40 17 5000 21 2 9000 3 2000 12 161 v65 Yingli 65 17 5000 22 3 7000 4 1000 1
33. rio nas caixas de texto RADIA O M DIA e INSOLA O DI RIA M DIA ou nas caixas de texto MENOR RADIA O e MENOR INSOLA O de acordo com o modo selecionado pelo usu rio sendo localizadas no lado direito superior do ambiente Para os sistemas conectados a rede el trica convencional utilizado somente a m dia de radia o do ano pois os sistemas interligados a rede s o sistemas normalmente instalados durante o ano todo assim o software desabilita automaticamente a op o de selecionar o pior valor de radia o mantendo o radio button VALOR M DIO constantemente selecionado Ele tamb m desabilita a 65 possibilidade de selecionar meses separados para a utiliza o do sistema desativando todos os radio button dos meses do ano ficando liberado somente o da m dia anual assim o usu rio pode visualiza os mapas solares de radia o e insola o anual e inserir no respectivo campo Os sistemas interligados a rede el trica necessitam de inversores especiais que possibilitem o sincronismo com a rede el trica convencional estes inversores possuem internamente controladores MPPT assim ao selecionar no ambiente inicial um sistema conectado a op o de sele o de controlador MPPT j pr selecionada na op o SISTEMA COM MPPT n o permitindo altera o visto que o modo de c lculo da energia gerada pelo m dulo fotovoltaico se altera No painel INSERIR LATITUDE pode se clicar no b
34. se pode estar 45 desconectando uma bateria que ainda possui carga suficiente para continuar operando 2 7 MPPT A pot ncia gerada pelo m dulo fotovoltaico varia de acordo com as condi es ambientais e a configura o do sistema fotovoltaico desej vel que o m dulo fotovoltaico sempre trabalhe no ponto de m xima pot ncia Alguns controladores possuem o algoritmo MPPT maximum power point tracker seguidor do ponto de m xima pot ncia que mant m o m dulo constantemente no ponto de m xima pot ncia Eles utilizam conversores de pot ncia e mant m o produto tens o x corrente gerada no valor maior poss vel aumentando a efici ncia do sistema Os MPPT s o bastante sofisticados e s o indicados a sistemas de grande porte para justificar o seu custo 9 A Figura 32 descreve a sua localiza o em um sistema fotovoltaico para cargas AC Fan is Carragador da Banco de Fatbvoliaicos lBataras MPPY Bat rias Inversor Figura 32 Localiza o do MPPT Fonte Julio Igor Lopes Seguel 2009 2 8 Inversores A maioria das cargas el tricas s o de corrente alternada CA como televis o e geladeira de resid ncias por isto precisa se converter a energia de corrente continua CC dos m dulos fotovoltaicos e das baterias em corrente alternada 46 atrav s da utiliza o de inversores Eles operam com tens es de entrada de 12 24 48 120 V CC e outras Que normalmente s o convertidos para 110 ou 22
35. 0 V AC na frequ ncia de 60 Hz Os inversores s o dimensionados levando se em conta a tens o dos equipamentos a pot ncia total da carga CA instalada no sistema a frequ ncia e a forma de onda Para pot ncias elevadas recomenda se utilizar inversores trif sicos As formas de onda s o a quadrada a retangular e a senoidal esta ltima constru da utilizando a tecnologia PWM Pulse Width Modulation ou modula o por largura de pulso que produz uma sequ ncia de pulsos com largura vari vel para reproduzir uma onda senoidal A forma de onda um fator que caracteriza a qualidade e custo relativo do inversor Ela depende do modo de convers o e do sistema de filtragem de ru dos gerados A Figura 33 apresenta os tipos de formas de onda geradas pelos inversores 8 Air amo si DANT Arm HON HEr Figura 33 Onda Senoidal Quadrada e Retangular Fonte Luis Horacio Vera 2004 Para sistemas interligados a rede el trica o inversor deve produzir uma tens o com baixo teor de harm nicos e em sincronismo com a rede dissipando o m nimo de pot ncia Para sistemas de pot ncia elevada o uso de inversores fundamental pois se pode gerar uma tens o CA alta reduzindo a corrente e diminuindo a se o dos cabos facilitando a transmiss o e reduzindo o custo de cabeamento 4 Os inversores s o constru dos por circuitos eletr nicos de chaveamento que chaveiam a entrada CC e produzem uma sa da CA de
36. 03 5 3 Escolha da Carga InStalAdA ssossusm sssssema ioga domo iosstakuseradalasataparane tuna Tiol niii 108 5 4 Escolha do M dulo Fotovoltaico errar 104 29 ESCOlNA da BAIA us asias parana U is sis las Soa Se 104 5 6 ESCOINA GO NVE O sure ansn ls E sbre S Saes Es EDaE LESS ES toi asi 105 5 7 Escolha do Controlador de Carga eee rrenan 105 58 MESUNADOS assunto e E Gatas g io oan a A 105 6 CONCLUS O E RECOMENDA ES 109 REFER NCIAS EEE 105 18 1 INTRODU O O Sol o respons vel pela manuten o da vida na terra sendo uma inesgot vel fonte de energia ele fornece anualmente a terra 1 5x10 kWh de energia solar que equivale 10000 vezes o consumo mundial de energia el trica por ano 1 Esta energia de sobra pode ser aproveitada para contribuir com a matriz energ tica mundial que atualmente gera uma s rie de impactos ambientais para se firmar como a queima de carv o que polui o meio ambiente al m de contribuir com o aquecimento global visto que a capacidade da natureza de absorver as emiss es dos combust veis f sseis limitada Nos ltimos anos devido principalmente a estes problemas ambientais o mercado de energias renov veis tem crescido absurdamente As fontes de energia renov veis s o aquelas consideradas inesgot veis para os padr es humanos de utiliza o alguns exemplos s o as energias solar hidrel trica e lica oce nica geot rmica e bioma
37. 2 vactu z 162 lvrrs Yingli 75 17 5000 22 4 3000 4 7000 12 163 Yro Yingli 70 17 5000 22 4 4 4000 12 l 164 vio Yingli 80 17 5000 22 4 6000 5 1000 2 f mB EA A 165 Yn20 Yingli 120 17 22 6 9000 7 8000 12 166 _ Yn75 Yingli 175 23 5000 29 5000 7 5000 8 q RB Isc A A 167 SPR90 SunPower 90 17 7000 21 2000 5 1000 5 5000 12 168 SPR9S SunPower 95 17 5000 21 2000 5 4500 5 8500 12 p7 RENDIMENTO 169 UPES Phaesun 5 16 9000 20 5000 0 3000 0 3400 2 E P 170 USP10 Phaesun 10 16 9000 20 5000 0 5900 0 6300 12 TERESADO HOMAL r 1 171 usp1s Phaesun 15 16 9000 20 5000 0 8900 1 0100 12 172 UPE20 Phaesun 20 16 9000 20 5000 1 1800 1 3600 12 173 jupv3r Phaesun 37 16 9000 20 5000 2 1300 2 4500 12 174 juspas Phaesun 45 16 9000 20 5000 2 5900 3 1000 12 i 175 _ UPE75 Phaesun 75 17 1000 2 4 3900 5 0200 12 E a 176 USP135 Phaesun 140 34 2000 42 4 0900 4 7900 24 REMOVER MODULO E me a 177 jusxs3 Solarex 52 6000 16 7000 20 5000 3 1600 3 4500 12 e a 178 AP 220PK ASP TRUBLU 220 29 0700 36 4600 7 5700 8 1200 24 E j 179 AP 230PK ASP TRUBLU 230 29 8100 36 3600 7 7200 8 3000 24 sl 180 AP 225PK ASP TRUBLU 225 29 4400 36 6600 7 6500 8 2100 24 I A STEPS 181 AP 235PK ASP TRUBLU 235 30 1800 37 0600 7 7900 8 3900 24 r 182 AP 240PK ASP TRUBLU 240 30 5400 37 2600 7 8700 8 4800 4 lt lt e a Figura 63 Ambiente de Escolha do m dulo Fotovoltaico Da mesma forma que s o inseridas e removidas as cargas insta
38. 235 Advent 235 29 6900 36 3000 7 9300 8 6400 24 RENDIMENTO 15 A5240 Advent 240 30 0100 36 6000 7 9900 8 6900 24 16 APNB1OW Alps 10 17 4000 21 5000 0 5900 0 6500 12 f 17 APNB20W Alps 20 17 4000 21 6000 1 4100 1 1500 12 PERSE MONERAE 18 APkc40w Alps 40 17 4000 21 7000 2 4800 2 6500 12 19 APBPSSw Alps 55 17 4000 21 4000 3 1600 3 4000 12 i 20 APBP85w Alps 8s 17 4000 22 4 9000 5 4000 12 21 JATI123w Alps 123 17 2000 22 1000 7 2000 7 5400 12 22 BPSX310 BP Solar 10 16 8000 21 0 5900 0 6900 12 23 BPSX320 BP Solar 20 16 8000 21 1 1900 1 2900 12 24 BPSX330 BPSolar 30 16 8000 21 1 7800 1 9400 12 N 200 25 BP340 BP Solar 40 17 3000 21 8000 2 3100 2 5400 12 26 BP350 BP Solar 50 17 3000 21 8000 2 8900 3 1700 12 27 BP385 BP Solar 65 17 6000 22 1000 3 6900 3 9900 12 28 BP375 BP Solar 75 17 3000 21 8000 4 3000 4 7000 12 lt x Figura 64 Mensagem de Erro ao Remover M dulo Inexistente O banco de dados dos m dulos ficar salvo em um arquivo do software e para carreg lo basta clicar no bot o INICIALIZAR TABELA Basta escolher o m dulo que ser utilizado para o sistema e clicar no bot o AVAN AR Caso o n mero escolhido n o esteja na lista o sistema envia uma mensagem de erro de n mero do m dulo inv lido como mostra a Figura 65 Inicialmente o software conta com um banco de dados de 177 m dulos fotovoltaicos INSERIR M DULOS MODELO M DULOS FOTOVOLTAICOS MODELO MARCA POT NCIA WP Vmp v Voc v
39. 47 Ambiente de Potencial Energ tico e Localiza o 64 Figura 48 Mapa de Latitude do Brasil e eereeeerereereaerena 65 Figura 49 Mensagem de Erro na inser o de dados de Latitude 67 Figura 50 Mensagem de ERRO para valores de Radia o M dia Incoerentes 68 Figura 51 Mensagem de ERRO para valores de Insola o Di ria M dia IACOST NIOS caia nas acta ienes clonado iba ade a nai a 69 Figura 52 Ambiente de Consumo Para Sistemas Conectados 70 Figura 53 Mensagem de Erro Para Consumo Igual a Zero 11 Figura 54 Mensagem de Erro Para Tens o de Trabalho Igual a Zero 71 Figura 55 Mensagem de Erro Para Tens o CA Igual a Zero 72 Figura 56 Ambiente de Levantamento de Carga Instalada 2 Figura 57 Lista de Carga Inserida pelo Usu rio 73 Figura 58 Mensagem de Erro na inser o da Pot ncia do Equipamento 74 Figura 59 Mensagem de Erro na inser o da Quantidade do Equipamento 74 Figura 60 Mensagem de Erro na inser o da Quantidade de Horas de Uso por DT D E EO 75 Figura 61 Mensagem de Erro ao Remover Equipamento Inexistente 75 Figura 62 Mensagem de Erro na Inser o da Carga Instalada 76 Figura 63 Ambiente de Escolha do m dulo Fotovoltaico
40. AGOSTO NUMERO DE QUANTIDADE 1 E 400 CONTROLADORES REED Isc A OUTUBRO pi srs NUMERO DE INVERSORES R a NOVEMBRO RENDIMENTO SISTEMA AUT NOMO QUANTIDADE j CONDUTORES E PROTE O so a 3 ENERGIA TOTAL DI RIA Wh AUTONOMIA dias ESTE SOFTWARE N O CALCULA O DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES SERIE EL TRICOS E PROTE ES PARA O DIMENSIONAMENTO DESSES MATERIAS FAVOR CONSULAR A NORMA ABNT NBR 5410 336 1 i o mm A 10 o 2 E GERAR RELAT RIO o SERS z E SISTEMA CONECTADO emisferio sul Orientar os ulos TE z NERGIA MENSAL PR A KWh gt MAPA DE CORRE O DO NORTE para o Norte Geogr fico php E red EE Hemisferio Norte Orientar os NORTE REAL Modulos para o Sul Geografico ENCERRAR Figura 85 Ambiente Final Relat rio de todos os dados do Sistema preciso clicar no bot o GERAR RELAT RIOS assim todos os dados ser o calculados pelo software e apresentados ao usu rio S o apresentados os dados do m dulo escolhido sua quantidade total requerida e a quantidade de m dulos em s rie e em paralelo S o listados os dados da bateria escolhida sua quantidade total requerida e a quantidade de baterias em s rie e paralelo os dados do inversor escolhido e a quantidade requerida os dados do controlador escolhido e a quantidade requerida os meses selecionados no inicio e os valores de radia o e insola o m dia a energia total requerida Ao clicar no bot o CARGA IN
41. ARCA o FEVEREIRO z SunSaver i TENS O V q MARCA BlackeDecker y MAR O 18 ESPERAM 528 i E TENS O HOM V ABRIL a TENS O ENTR V 12 12 2 mpi T CAPAC Ah so S p 167 o rea ET CAPAC HOM A a EMO INSOLA O M DIA Er COEF A DESC 10 127 L JUNHO R T r RENDIMENTO JULHO 7s L PROF DESC a RENDIMENTO 3 i o E AGOSTO ERNAI 316 POTENCIA HUMERO DE x 400 COHTROLADORES E SEE Isc A QUAHTIDADE 3 45 1 HUMERO DE INVERSORES 1 RETER gt C NOVEMBRO RENDIMENTO SERIE 5 DEZEMBRO PARALELO ride 2 CONDUTORES E PROTE O SERIE BENGA TOTALT ESTE SOFTWARE N O CALCULA O DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES 1 cem AUTONOMIA EL TRICOS E PROTE ES PARA O DIMENSIONAMENTO DESSES MATERIAS E FAVOR CONSULAR A HORMA ABNT HBR 5410 E om Ed ngulo de Inclina o em rela o a Horizontal f Hemisferio sul Orientar os Modulos MAPA DE CORRE O DO NORTE para o Horte Geogr fico PERA Hemisferio Horte Orientar os NORTE REAL Modulos para o Sul Geografico ENCERRAR Figura 101 Relat rio Final do Sistema Fotovoltaico de Valida o A Figura 102 apresenta o modelo do m dulo fotovoltaico utilizado para os testes Figura 102 M dulo Fotovoltaico do Sistema de Valida o A figura 103 apresenta os demais componentes do sistema fotovoltaico de valida o montados em funcionamento 108 BATERIA INVERSOR CARGA CA L
42. INSTITUTO FEDERAL DO ESP RITO SANTO i CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMA O LEONARDO VASCONCELOS DA SILVA DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS SERRA 2013 LEONARDO VASCONCELOS DA SILVA DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Trabalho de Conclus o de Curso apresentado a coordenadoria do curso de Engenharia de Controle e Automa o do Instituto Federal do Esp rito Santo como requisito parcial para a obten o do t tulo de Engenheiro de Controle e Automa o Orientador Prof Dr Wagner Teixeira da Costa SERRA 2013 S586d Silva Leonardo Vasconcelos da Desenvolvimento de um Software para Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos Leonardo Vasconcelos da Silva 2013 110 f Il 30cm Orientador Prof Dr Wagner Teixeira da Costa Monografia Gradua o Instituto Federal do Esp rito Santo Coordenadoria de Engenharia de Controle e Automa o Curso Superior de Engenharia de Controle e Automa o 1 Energia fotovoltaica 2 Energia Solar Recursos Energ ticos 3 Energia Renov vel 4 Software Desenvolvimento Costa Wagner Teixeira da Il Instituto Federal do Esp rito Santo III T tulo CDD 621 47 LEONARDO VASCONCELOS DA SILVA DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Trabalho de Conclus o de Curso apresentado a coordenadoria do curso de Engenharia de Con
43. Imp 4 Ec A hi V NOIMENAL V ISS Susa a Sun Wa d 22006 2 4 s i 20 156 swot Suniwos sot 22 28 S000 4 2500 5 12 MARCA 157 mo Yngi 10 175000 2 U 5200 0 6609 12 POT NCIA WP w 158 Yo Ynot 20 175000 o pa ULM 159 YBO vingt 30 17 5000 2 VmpiV y 260 vw Vingi 4 17 s000 2 a AG ves Yngi Es 17 Sadi 22 Voctv y y l 162 vas vng 75 17 000 z 163 voo Yngi 70 17 s000 164 yeo Yngi o 17st z2 SEEI 47 165 vitzo Yini 20 7 2 166 vis Yngi Us 235000 23 5006 W ta A 167 SPR Sunfower 90 17 7000 212000 16 SPRS SunPower gs 17 3000 21 2000 5 8500 5 0500 12 RENOIMENTO 1 ums Prassun 163000 204000 0 3000 0 3400 12 ND _jusP10 Phseaun 10 18 3000 20 5009 0 5900 0 8200 12 HH jusois Pmasaun 15 165000 20 5006 08900 10200 12 172 lure20 Prasan 2 165000 205000 1800 43600 1 13 UMm37 Em sesun 37 155000 20 5000 2 1300 24500 12 L va luseas Pasesun as 16 5000 204000 25800 3 1000 12 iTS PETS Phsraun Ts 171000 21 4 3800 5 0200 1 e gn 17 Ugis Pracuin 140 34 2000 4 4 000 4 700 24 w MS RU SELECIONAR M QUI O 177 imexsa Soiarex 28000 16 7000 205006 3 1600 3 400 12 NB JAP Z20PR ASP TRUBLU 220 z30700 WR 7 5700 8 1200 za n 179 aP 2I0PK ASP TRUDUU 23 238300 35 9600 7 7200 e3000 200 180 AP 225PK ASP TRUBLU 225 25 4400 28 6800 7 8500 8 2100 1AL AP D3SPK ASA TRUBLU 235 251300 37 0800 7 7900 2 2800 CH AR ZOPK ASP TRUBLU 240 ig 400 37 2600 78700 amp 4800 ERIE ES B n a e N ES u Figura 65
44. KA 12 108 13 70 REMOVER BA31 DEKA 12 116 2000 13 70 SELECIONAR BATERIA S4D SLD G L DEKA 12 210 13 70 N DA BATERIA 8G4DLTP DEKA 12 210 13 70 26 BA4DLTP DEKA 12 216 13 70 BASDLTP DEKA 12 257 13 70 BG8DLTP DEKA 12 265 13 70 S8D SLD G L DEKA 12 265 13 70 uBU1 UNVERSAL 12 21 13 7 7 Figura 66 Ambiente de escolha da Bateria Caso o usu rio insira para remover um n mero de bateria que n o conste na lista o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como descreve a Figura 67 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido sa d Came o 7 Em BATERIAS W 5 INSERIR B t MODELO MODELO MARCA TENS O NOM V CAPAC NOM A COEF AUTODESCARGA PROF DE DESCARGA 2 UB24 UNIVERSAL 12 48 5000 13 TOO Ca UB27 UNIVERSAL 12 57 13 70 MAREA UB30H UNIVERSAL 13 70 3 UB4D UNIVERSAL meram PENSADO NOMINAL 4 UB8D DC17 12 DC20 12 39 DC2412 DC26 12 DC30 12 DC38 12 DC40 12 DCSS 12 DC60 12 DCES 12 DC70 12 DC85 12 UNIVERSAL FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER FULLRIVER PACIDADE NOMINAL Ah DEF DE AUTO DESCARGA DFUNDIDADE DE DESCARGA REMOVER BATERIA T DC90 12 FULLRIVER DC100 12 FULLRIVER 12 100 13 70 N 62 51 DC110 12 FULLRIVER D DC120
45. MENSAL E INSOLA O DIARIA RADIA O ANUAL INSOLA O ANUAL L MJ m2 dia h ero RADIA O MENSAL INSOLA O DIAR h A 0 MJ m2 dia o MAR O Ed e FEVEREIRO 0 MJ m2 dia RIL ABRIL l h MAR O 30 MJ m2 dia 7 JO MAIO h ne ai H ia 0 ho N y ES HO JUNHO h e d a A s a ag AGOSTO SETEMBRO O Ro OUTUE woven E VALOR DE RADIA O EM MAR O INCORRETO DEZEM l mw gt DEZEMBRO q RO dia 0 ANUAL SELECIONAR JAL 68 RADIA O M DIA 18 MJ m2 dia INSOLA O DIARIA M DIA 7 h MENOR RADIA O 0 MJ m2 dia MENOR INSOLA O 0 h MPPT O SISTEMA SEM MPPT 4 SISTEMA COM MPPT AVAN AR Figura 50 Mensagem de ERRO para valores de Radia o M dia Incoerentes Os valores de insola o m dia para o Brasil est o entre 4 e 10 horas dia Portanto deve se inserir valores dentro desta faixa nos campos de inser o de dados de insola o caso seja inserido um valor fora desta faixa ao clicar no bot o AVAN AR o sistema envia uma mensagem de erro ao usu rio abrindo uma janela como mostra a Figura 51 69 0 VALOR DE INSOLA O ANUAL INCORRETO RADIA O MEDIA SELECIONE OS MESES DE UTILIZA O DO SISTEMA E INSIRA OS VALORES DE RADIA O M DIA o RADIA O MENSAL E INSOLA AO DIARIA RADIA O ANUAL INSOLA O AN
46. MPADAS G E FINC NDESCENTES CARGA CC FITAS LED Figura 103 Sistema Fotovoltaico de Valida o O sistema foi testado apresentando uma autonomia de 4 horas assim ele cumpre a autonomia de 1 dia que equivale a 3 horas de funcionamento das cargas instaladas para uma profundidade de descarga de 50 Ap s este per odo o controlador de carga bloqueia o fornecimento de energia para as cargas Foram feitos diversos testes di rios simulando a situa o de funcionamento normal do projeto do sistema fotovoltaico sendo as cargas ligadas por 3 horas di rias O sistema apresentou um funcionamento normal e se encontra operacional Conclui se que os dados calculados pelo FOTOGERA est o de acordo com o funcionamento real de um sistema fotovoltaico assim esta ferramenta pode ser utilizada para o dimensionamento destes sistemas apresentando um resultado satisfat rio 109 6 CONCLUS O E RECOMENDA ES As atuais formas de produ o de energia como o petr leo g s e carv o poluem o meio ambiente e alteram o clima do planeta al m de que s o esgot veis Apesar de o Brasil possuir uma imensa capacidade de gera o de energia em centrais hidrel tricas necess rio aproveitar o imenso potencial de gera o de energia solar que aliada as quest es ambientais vem crescendo rapidamente afim de substituir as atuais fontes energ ticas Para que essa matriz energ tica cres a mais rapidamente s o necess rias solu es que
47. NICIALIZAR TABELA Para remover uma bateria da lista basta inserir o seu n mero na caixa de texto N no painel REMOVER BATERIA e clicar no bot o REMOVER Ap s clicar no bot o INICIALIZAR TABELA ela desaparecer da lista O valor do coeficiente de auto descarga da bateria inserido do software deve ser mensal Inicialmente o software conta com um banco de dados de 61 baterias mma mm Pesa a mm INSERIR BATERIA me o a e O a e i BATERIAS Ds E Fe e Es MODELO MODELO MARCA TENS O NOM V CAPAC NOM A COEF AUTODESCARGA PROF DE DESCARGA 4 Solar70 DETA 12 70 13 ER 2 Solar105 DETA 12 105 13 3 Solar140 12 140 13 E 4 Solar250 DETA 12 250 13 NEAR BSM E 5 1266 AUTOSIL 12 66 10 6 ferro AUTOSIL 12 110 10 70 Eo ASRAON 7 E12150 AUTOSIL 12 150 10 70 d E 195 AUTOSIL 12 195 10 70 j l COEF DE AUTO DESCARGA 9 e12255 AUTOSIL 12 255 10 70 SUISLDG DEKA 12 36 5000 13 70 PROFUNDIDADE DE DESCARGA 8AU1 DEKA 12 37 13 70 Y M40SLDG DEKA 12 48 13 70 S22NF SLDG DEKA 12 53 2000 13 70 Y e BAZ2NF DEKA 12 63 13 70 M34SLDG DEKA 12 70 13 7 Li e 8624 DEKA 12 84 13 70 E A S24 SLDG DEKA 12 84 5000 13 70 REMOVER BATERIA TENS O DO BANCO 18 8424 DEKA 12 91 13 70 8927 DEKA 12 99 13 70 N S27SLDG DEKA 12 99 5000 13 70 DIAS DE AUTONOMIA 8A27 DEKA 12 106 13 70 SM SLDG DE
48. Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido MODELO MARCA REMOVER TENS O DE ENTRADA V J TENS O DE SAIDA V RENDIMENTO 9 POT NCIA QAN RETORNAR Figura 73 Mensagem de Erro ao Remover Inversor inv lido Atrav s dos dados inseridos no levantamento de carga e as defini es de tens o do sistema e caracter sticas da carga CA ou CC o software calcula as caracter sticas necess rias do inversor Os dados de tens o do banco de baterias ou tens o de trabalho tens o de sa da do sistema de corrente alternada e a pot ncia total dos equipamentos CA s o apresentadas ao usu rio atrav s de caixas de texio no ambiente de escolha do inversor Com base nessas vari veis deve se escolher na lista O inversor levando em conta que a tens o de entrada do inversor deve ser 85 compat vel com a tens o do bancottrabalho a tens o de sa da do inversor deve ser compat vel com a tens o de sa da CA e que se a pot ncia do inversor for menor do que a pot ncia total CA para os sistemas aut nomos ser necess ria mais de um inversor por isso deve se ter uma sensibilidade para sua escolha envolvendo quest es de custos para a instala o Para o caso de sistemas conectados a rede el trica a pot ncia do inversor especial dever ser maior do que a pot ncia m xima de todos os m dulos fotovoltaicos juntos Seleciona se o n mero do inversor escolhido e clica s
49. STALADA ser aberta uma janela como mostra a Figura 86 com a tabela de carga inserida na janela de levantamento de carga 94 EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL HORAS DIA TOTAL Wh TIPO Lampada incand 40 2 3 240 CA Fita LED 16 2 3 96 CC a Li FECHAR Figura 86 Relat rio da Carga Instalada Inserida Pelo Usu rio Ao clicar na janela ESQUEMA DE LIGA O ser aberta uma janela com a figura do esquema de liga o dos equipamentos do sistema similar ao real que obedece a seguinte ordena o A Figura 87 ilustra o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com mais de um controlador CONTROLADOR INVERSOR MORAL BATERA GREGA e wa w CONTROLADOR iterativo carga CC BATERIA BATERIA Figura 87 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com mais de um controlador 95 A Figura 88 apresenta o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com um controlador INVERSOR ECNTENT CONTROLADOR WTA BATERA CARGA BATERIA Figura 88 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com um controlador A Figura 89 descreve o esquema de um sistema aut nomo com armazenamento CC com mais de um controlador CONTROLADOR Momo BATERA CARGA j CONTROLADOR MGD BATERIA CARGA BATERIA BATERIA Figura 89 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CC com mais
50. TA im Fung T e o Elegia sema Energia do f ton Baixa curg a m Comprimento de ond Longo Irradia o Solar W m um 1600 Irradia o Total no feto 800 400 0 0 0 3 05 os 12 15 18 214 24 27 Comprimento de onda um Figura 2 Distribui o Espectral da Radia o Solar Fonte photovoltaic system Technology _ An European handbook Anualmente a Terra descreve ao redor do Sol atrav s de uma trajet ria el ptica um plano inclinado de 23 5 em rela o a linha do equador Este ngulo chamado de Declina o Solar e fica compreendido entre os limites 23 45 lt O lt 23 45 apresentado na Figura 3 28 203 Ver o ua Hi fr 7S Mar 214 12 0a Poli Primavera Inverno e Y Ip Tr pico de C ncer Equador is e Tr pico de Capric rnio Polaris Fi nta A i f mo l Ral a Tioko de Cice 233 H Tr pico de Fa l Capre mio 23 55 K Equinos Equador 2412 kS Enleticio de Var o Ee tiimomo de e R i Transa o R Equinos da s io Polo Sul Figura 3 Movimento da Terra em Torno do Sol Fonte CRESESB CEPEL Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia Al m destes existem outros ngulos que s o importantes para as rela es entre os raios solares e a superf cie da terra que variam conforme a localidade e inclina o do planeta ngulo de incid ncia y ngulo entre os raios solares e superf cie de incid ncia
51. UAL 18 MJ m2 dia Ei MJ m2 dia 0 h INSOLA O DIARIA M DIA g RADIA O MENSAL INSOLA O DIAR h h JANEIRO 0 MJ m2 dia 0 h gt FEVEREIRO 0 MJ m2 dia 0 MENOR RADIA O h o MAR O 18 MJ m2 dia 2 0 MJ m2 dia h E E MJim2 dia a MENOR INSOLA O MPPT O SISTEMA SEM MPPT SISTEMA COM MPPT 1 DEZEMODRO i Tmo dia 0 h SELECIONAR Figura 51 Mensagem de ERRO para valores de Insola o Di ria M dia Incoerentes Nestes casos basta reconhecer o erro clicando em OK e corrigir os dados incoerentes clicando novamente no bot o AVAN AR preciso selecionar se o sistema possui ou n o controlador MPPT para sistemas aut nomos o software deixa o radio button pr selecionado na op o SISTEMA SEM MPPT visto que normalmente este controlador utilizado em grandes projetos que justificam seu custo 4 4 Carga da Instala o Ap s inserir o recurso solar necess rio delinear a quantidade de energia que o sistema fotovoltaico dever fornecer Para os sistemas conectados a rede el trica convencional ser aberto o ambiente apresentado na Figura 52 70 TENS O DE TRABALHO BASE DE C LCULO i CONSUMO A CERAR 0 MODULOS FOTOVOLTAICOS t TENS O DE SADA CA f VALOR MENSAL A GERAR WH N DE M DULOS FOTOVOLTAICOS DP Nn NE ERR AM NA SARA 4 Figura 52 Ambiente de Consumo Para Sistemas Conectados Neste ambiente poss vel selecionar
52. a 27 Varia o da Capacidade x Corrente de Descarga 41 Figura 28 Varia o da Capacidade com a Temperatura s 41 Figura 29 Curva de Carga Descarga para uma Bateria de 12 V a 25 C 42 Fig ra S0 Controlador Tipo SHUNT atado co bien io isa raan 44 Figura 31 Controlador Tipo SERIE aassadassia asas iesea tumasauebasacarani pasa ns uaauli ando 44 FIquia S2 Localiza o Go MPP Tapada aa OO ROS a 45 Figura 33 Onda Senoidal Quadrada e Retangular ii 46 Figura 34 Sistema Aut nomo com Inversor ieererrerereererernam 47 Figuras ConversorGO CC antas onsas iso SR UaIS Sado SUE eo ora 47 Figura S0 Sislema AUNO MO sns a aaa 48 Figura 37 Sistema Conectado Rede e eeeereeeerereea een 49 Foura DS SSIS m ARIDI O sas O E a aa 49 Figura 39 Mapa Solarim trico de Insola o M dia para o Brasil 51 Figura 40 Controlador de Capacidade Elevada eee 57 Figura 41 Controlador de Capacidade Reduzida eee 57 Figura 42 Instala o el trica de um Sistema Fotovoltaico sssseneseeeesneeneeeeen 58 Figura 43 Elementos B sicos da Fun o Guide e 60 Figura 44 GUI e Linhas de Programa o eee 60 Figura 45 Ambiente Inicial para Configura es B sicas 62 Figura 46 Mensagem de ERRO no Ambiente Inicial 62 Figura
53. a 80 Ambiente de Inserir Remover Controladores 89 Figura 81 Mensagem de Erro ao Remover Controlador inv lido 90 Figura 82 Mensagem de Erro para Controlador com Tens o Nominal Diferente da FENS AQE MIGA ra a A 91 Figura 83 Mensagem de Aviso para Necessidade de Mais de Um Controlador da 7 e RPE GR UR OA O DTD cia E RAD CPR E SEER E BNDES RPE RR RR 92 Figura 84 Mensagem de Erro para n mero de Controlador Escolhido Inv lido 92 Figura 85 Ambiente Final Relat rio de todos os dados do Sistema 93 Figura 86 Relat rio da Carga Instalada Inserida Pelo Usu rio 94 Figura 87 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com mais 06 UM CONtroIAdOL seors eee ais ia sais o da sn dass 94 Figura 88 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA e CC com um controlador aaa 95 Figura 89 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CC com Mas Je im Controlado sc ras dan esa AO SAR ESSES Sa DO SE Das NUS 95 Figura 90 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CC com um CORRO IA CIO as soon neo pais E oh arco Fa DGE Ra DD 96 Figura 91 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA com fprelis o Mb pqd ee jgli go 6 6 ppa aa na Eae RARA DAS RR GER O ep DOCE E NU NERD PD RR 96 Figura 92 Esquema de um Sistema aut nomo com armazenamento CA com um CONOSCO fes e a Da RD O CR 97 Figura 93 E
54. a a DR DR O ua RE Di RS a 45 29 Conversores COCO sonreir salesanaisicussntanzass 47 2 10 Classifica o dos Sistemas Fotovoltaicos si eeeeereeerenam 48 3 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 50 Sd MECU O Ola sda RS o RSRS a EA 50 32 Carga Instalada sesta dn pipa sa ais ESA Ei Tai ag as Ran 52 3 3 Dimensionamento dos M dulos Fotovoltaicos serem 52 3 4 Dimensionamento das Baterias een era reeanas 54 3 5 Dimensionamento dos Controladores de Carga tirem 55 3 6 Dimensionamento dos Inversores eee ere nene nnanoo 56 Da MESCOAS cesso don den de onda De cia DR RD OR a 5 38 CONduiores e PIOLCC ES unas idepioa asas Aa 58 OSOFRTWARE porerna Ra RaKa RATE A 59 4 Ferramenta Utilizadas E 59 42 Coniqura es BASICAS erpai nE EE E E S EEE 61 4 3 Potencial Energ tico e LocalzacaO rrai aao a 63 4A Carga da lAstala o seaesasacases asa cnaalo E una asas aaa ie 6 69 4 58 Modulos FOLOVOIAICOS assa passat ata SED SS TODO ER dad 71 AG BOLCHAS sean oca Ene c Es a A ds 79 aT E SSE E E ET AEE E A T EN 83 ao Controladores de Gal Gaeiras RIDI SS Sd SE SS SEE Ste lool enseada 88 Ao REANO Final ssa rs DEC ag DD 93 4 10 Bloqueios de Dados Incoerentes errar era eraana 101 5 VALIDA O asia SG ENR 103 5 1 Escolha da Configura o B sica eee errar 108 S2 REC SO SOlAl cssieiins asas ie asda de ca Ee 1
55. a clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido 82 A ERA INSERIR BATERIA gt E MODELO E NOM A COEF AUTODESCARGA PROF DE DESCARGA 57 13 70 MARGA 13 64 5000 20 13 70 E RCE 60 13 70 INSERIR 6 13 70 70 13 70 a j ps mm TENS O DO BANCO 90 13 70 100 13 70 N 62 110 13 70 DIAS DE AUTONOMIA 120 13 70 o t3 o REMOVER 13 13 7 F SELECIONAR BATERIA no 7 N DA BATERIA 180 13 70 200 13 70 81 210 13 70 240 13 70 260 13 70 Figura 69 Mensagem de Erro ao Inserir Dias de Autonomia Para concluir basta inserir na caixa de texto N DA BATERIA o n mero da bateria escolhida e clicar no bot o AVAN AR Caso o usu rio insira como escolha um n mero de bateria que n o conste na lista O sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como apresenta a Figura 70 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido Ear THAE INSERIR BATERIA MODELO EF AUTODESCARGA PROF DE DESCARGA ii 13 70 MARCA 13 70 REMOVER BATERIA 13 70 N 62 13 70 13 70 13 7 J REMOVER 13 70 SELECIONAR BATERIA s i N DA BATERIA 13 70 13 70 13 70 13 70 1 10 50 Figura 70 Mensagem de Erro ao Escolher N mero de Bateria inv lido 83 4 7 Inversores O ambiente de escolha do inversor
56. a fotovoltaico a transforma o da energia captada atrav s do Sol em energia el trica os conjuntos de m dulos fotovoltaicos s o respons veis pela transforma o da radia o solar em energia el trica os m dulos podem ser associados em s rie e paralelo para obter valores de tens o e corrente mais expressivos formando os sistemas fotovoltaicos 7 C lulas defeituosas podem limitar a sa da de pot ncia do m dulo por isso deve ser instalado um diodo de bypass para servir como caminho alternativo para a corrente el trica e limitar a dissipa o de calor na c lula defeituosa 2 O esquema de liga o do diodo de bypass apresentado na Figura 17 Figura 17 Diodo de Bypass Fonte Energia solar princ pios e aplica es Cepel 36 Outro problema comum quando os m dulos est o interligados a baterias e durante a noite passam a serem consumidores ao inv s de fontes geradoras Deve ser introduzido o diodo de bloqueio impedindo a ocorr ncia de correntes reversas 2 O esquema de liga o do diodo de bloqueio apresentado na Figura 18 Diodo de Bloqueio M dulo Fotovoltaico Figura 18 Diodo de Bloqueio Fonte Energia solar princ pios e aplica es Cepel Os principais par metros dos m dulos fotovoltaicos necess rios para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos s o 1 Tens o de circuito aberto Voc Corrente de curto circuito Isc Pot
57. am energia el trica durante grande parte do dia e podem se armazenar esta energia em baterias para poder utiliz la em outros per odos como durante a noite e dias nublados As baterias podem ser utilizadas e recarregadas varias vezes durantes longos per odos obedecendo ao ciclo di rio de carga e descarga de um sistema fotovoltaico al m de ter que suportar descargas profundas em algumas situa es como v rios dias sem radia o solar Devido a disponibilidade no mercado e ao baixo custo as baterias mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos s o as de chumbo cido Uma bateria formada por um conjunto de c lulas eletroqu micas que constitu da de dois eletrodos imersa em uma solu o eletrol tica que transformam energia qu mica em el trica e vice versa 1 O p lo positivo nodo formado de di xido de chumbo e o p lo negativo c todo de chumbo poroso imersos numa solu o de cido sulf rico 37 A Figura 24 ilustra a rea o que envolve o processo de carga e descarga deste tipo de bateria 8 e a Figura 25 ilustra o aspecto construtivo de uma bateria chumbo cido 40 descarga Pb PbO 2H5SO 2 PbSO 2H 0 Figura 24 Rea o Qu mica na Bateria de Chumbo cido Fonte Energia solar princ pios e aplica es Cepel Placa Pres irao Srparadar J Recipiente Piara Nogedira Figura 25 Aspecto Construtivo de uma Bateria Chumbo cido Fonte Energia solar Pri
58. ambiente de levantamento de carga apresentado na figura 56 EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL HORASNDIA TOTALWh TIPO 1 lampada LED 16 2 3 96 CC X CARGA INSTALADA 2 lampada inc 40 2 3 240 CA POT NCIA CA POTENCIA CC 80 9 INSERIR EQUIPAMENTO tra j L REMOVER N A E TOTAL Wh e iy MH e re RU o q Es aa i m c a1 e LUi r k m r B MAP N e SN 3 i pi ad a a s n x DADOS DO EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO lampada inc 9 CORRENTE ALTERNADA CORRENTE CONTINUA POT NCIA 40 w SISTEMAS SEM QUANTIDADE 2 ARMAZENAMENTO HORAS DIA 3 TENSAO DE TRABALHO Figura 56 Ambiente de Levantamento de Carga Instalada Neste ambiente preciso inserir todos os equipamentos alimentados pelo sistema construindo automaticamente uma tabela de carga Para isto o radio button 13 INSERIR EQUIPAMENTO j est pr selecionado assim basta digitar na caixa de texto referente o nome do equipamento sua pot ncia el trica quantidade tempo de utiliza o durante o dia e tipo de alimenta o corrente continua ou alternada O radio button CORRENTE ALTERNADA j est pr selecionado Ao clicar em atualizar este equipamento ser adicionado a lista de carga Para remover um equipamento basta selecionar o radio button REMOVER e indicar seu respectivo n mero que apresentado na tabela de carga Ao clicar em ATUALIZAR ele ir desaparecer da lis
59. ar do Coma ra o va pr 8 a 1 p nvrersor Hanco de Batoriar RUBI RU IHHHI Figura 36 Sistema Aut nomo Fonte Susana Freitas MEI 2008 Sistema conectado a rede el trica Utiliza normalmente grandes n meros de m dulos fotovoltaicos entregando a gera o diretamente a rede el trica funcionando como uma fonte de energia complementar ao sistema el trico de pot ncia Necessitam de inversores que possuem a capacidade de gerar uma onda em sincronismo com a rede el trica Atualmente crescente um mercado de micro produtores onde se pode instalar sistemas renov veis como a energia solar em resid ncias e vender o excedente para as concession rias de energia el trica A Figura 37 apresenta o esquema el trico de um sistema fotovoltaico conectado a rede 4 49 Inversor Barramento da rede Figura 37 Sistema Conectado Rede Fonte Susana Freitas MEI 2008 Sistemas h bridos S o sistemas desconectados da rede que possuem al m de m dulos fotovoltaicos outras fontes de gera o de energia com geradores diesel e e lico por exemplo A Figura 38 mostra o esquema el trico de um sistema fotovoltaico h brido 4 de de Controle ondicionamento Usu rio Armazenamento Figura 38 Sistema H brido Fonte Susana Freitas MEI 2008 50 3 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS O dimensionamento de sistemas fotovoltaicos se baseia basicame
60. as iai n dada DE E in Udo ad 32 Figura 10 C lula Fotovoltaica Gen rica e eeerereeeeereea rena 32 Figura 11 Circuito equivalente da c lula re rererrerereenra 33 Figura 12 Associa o de C lulas em S rie esa 33 Figura 13 Associa o de C lulas em S rie Corrente x Tens o 34 Figura 14 Associa o de C lulas em Paralelo 34 Figura 15 Associa o de C lulas em Paralelo Corrente x Tens o 34 Figura 16 Associa o de M dulos Fotovoltaicos 35 Foura T7 DIOJO Ge Bypass ds ss ss ado da ado d abas oia dass sra dar aads 35 Figura 18 Diodo de BIOQUEIO as usesusa usina sssas saias Isaias ade da eae e era 36 Figura 19 Curva x V de um M dulo Fotovoltaico i 37 Figura 20 Curva P x V de um M dulo Fotovoltaico sssnennnneeenseeennseenrrnerrnnenne 37 Figura 21 Ponto de M xima Pot ncia de um M dulo Fotovoltaico 38 Figura 22 Curva Caracterizada Pela Varia o da Intensidade Luminosa 38 Figura 23 Curva Caracterizada Pela Varia o da Temperatura 39 Figura 24 Rea o Qu mica na Bateria de Chumbo cido 40 Figura 25 Aspecto Construtivo de uma Bateria Chumbo cido 40 Figura 26 Auto Descarga de Baterias Chumbo cido com o Tempo 40 Figur
61. cal Para latitudes entre 10 e 19 se o sistema for usado predominantemente nos meses quentes o ngulo de inclina o ser a latitude subtra da de 5 Se o sistema for usado predominantemente nos meses frios o ngulo de inclina o ser a latitude somada de 5 Para latitudes entre 20 e 29 se o sistema for usado predominantemente nos meses quentes o ngulo de inclina o ser a latitude subtra da de 10 Se o sistema for usado predominantemente nos meses frios o ngulo de inclina o ser a latitude somada de 10 Para latitudes entre 30 e 34 se o sistema for usado predominantemente nos meses quentes o ngulo de inclina o ser a latitude subtra da de 15 Se o sistema for usado predominantemente nos meses frios o ngulo de inclina o ser a latitude somada de 15 Os valores de latitude para o Brasil variam em m dulo entre O e 34 portanto deve se inserir valores corretos para a localiza o caso o valor inserido n o esteja nessa faixa ao clicar no bot o AVAN AR o sistema gera uma mensagem de erro abrindo uma janela como ilustra a Figura 49 Basta reconhecer o erro clicando em OK e corrigir o valor de latitude inserido 67 radia o ou m dia entre os meses selecionados MJ m2 dia 9 VALOR M DIO J MENOR VALOR MENOR RADIA O d Jim dia MJ m2 dia E MJim2 dia MENOR INSOLA O MJ m2 dia MJ m2 dia SELECIONAR
62. conste na lista o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como apresenta a Figura 84 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido 14u 3u BS CORRENTE DO BANCO 140 90 I 55 90 Tara 3795 va 110 90 Lerta ba 140 a0 mem 40 90 40 90 40 90 60 90 60 90 T 60 90 E o so Es A 60 90 E m p x 60 90 N DO CONTROLADOR 83 INSERIR REMOVER CONTROLADOR Figura 84 Mensagem de Erro para n mero de Controlador Escolhido Inv lido 93 4 9 Relat rio Final Ap s inserir todos os equipamentos e dados necess rios para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos aberto o ambiente final ilustrado na Figura 85 onde s o apresentados todos os dados do sistema M DULO ESCOLHIDO BATERIA ESCOLHIDA n MODELO PK 80 o ESCONO 1 CONTROLADOR EscoLHDo MESES DE UTILIZA O MODELO MSX53 MODELO BDI400BR s510 JANEIRO ER MAREA Power kingdom MAS RADIA AO MEDIA MARCA are SKER FEVEREIRO MJ m2 dia a z SunSaver TENS O V 12 MARCA BlackeDecker MAR O 18 WP W 526 E TENS O ENTR V 12 TENS O NOM V 12 ABRIL CAPAC Ah an Vmp V 187 MAIO 3 TENS O SAIDA V CAPAC NOM A 10 INSOLA O COEF A DESC 10 127 JUNHO M DIA h Voc V rs PROF DESC a RENDIMENTO RENDIMENTO JULHO Imp A e
63. de energia sem uso de baterias O software proporciona ao usu rio a possibilidade de dimensionar sistemas fotovoltaicos aut nomos com ou sem armazenamento de energia e sistemas interligados a rede el trica convencional que s o muito promissores devido a possibilidade de gerar energia e vender para as concession rias de energia el trica gerando lucro atrav s de cr ditos energ ticos que reduzem o valor da conta de energia poss vel selecionar os valores de radia o para cada m s do ano em qualquer localidade do Brasil proporcionando maior desempenho ao sistema visto que a radia o solar apresenta variabilidade Para os sistemas conectados a rede el trica o software possibilita ao usu rio a calcular a quantidade de energia que se pode gerar com determinados equipamentos fotovoltaicos ou dimensionar um sistema que gere um valor especifico de energia durante o m s al m de permitir que o usu rio calcule em quanto tempo o investimento em um sistema fotovoltaico pode ser compensado O software apresenta dicas de instala o dos sistemas para o usu rio como o esquema de liga o e inclina o dos m dulos e possui bloqueio contra dados incoerentes guiando o usu rio passo a passo para que o dimensionamento se torne mais simples sendo realizado em etapas O software tem o objetivo de ser aproveitado por usu rios com conhecimento t cnico moderado sobre sistemas fotovoltaicos para ser utilizado como m todo de dimensiona
64. dia o a caracter stica de simula o pode ser dispensada que o caso do FOTOGERA por utilizar os mapas solares do CEPEL Poucos softwares possuem banco de dados de equipamentos dispon veis no mercado o FOTOGERA possui banco de dados de diversos equipamentos facilitando a escolha para o usu rio que pode selecionar um equipamento compat vel e dispon vel no mercado A maioria dos softwares 25 dispon veis no mercado est o em l ngua estrangeira o que pode dificultar a sua utiliza o no Brasil al m de que os que possuem banco de dados estes dados normalmente s o da Europa ou dos EUA Al m de superar alguns softwares em determinadas caracter sticas a compara o do custo do FOTOGERA o torna ainda mais vantajoso 1 6 Escopo Al m da introdu o s o apresentados mais cinco cap tulos que fundamentam este trabalho O cap tulo 2 apresenta o funcionamento dos sistemas fotovoltaicos suas principais caracter sticas componentes e nomenclaturas no cap tulo 3 apresentado com feito o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos aut nomos ou interligados a rede el trica o cap tulo 4 descreve o funcionamento do software FOTOGERA este capitulo pode ser utilizado como manual de instru es o cap tulo 5 apresenta a valida o do software sendo montado um sistema f sico e testado o cap tulo 6 apresenta a conclus o do trabalho desenvolvido 26 2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Os sistemas fotovoltaicos convertem a energ
65. dia do Brasil Fonte Atlas Solarim trico do Brasil 2000 Cepel Cresesb 31 2 2 Efeito Fotovoltaico O efeito fotovoltaico respons vel pela convers o de energia solar em el trica com a utiliza o de materiais semicondutores como o sil cio Os tomos de sil cio possuem quatro el trons na camada de val ncia como descreve a Figura 7 que se liga a outros tomos Ao adicionarem se tomos de cinco el trons na camada de val ncia como o f sforo sobra se um el tron sendo denominado de dopante do tipo n Caso seja realizado ao contrario ao adicionar tomos como o boro que possuem tr s el trons na camada de val ncia falta se um el tron chamado de lacuna sendo denominado de dopante do tipo p 6 El trons de val ncia kd tomo de sil cio representa o Atomo de sil cio representa o completa a simplificada b Figura 7 tomo de Sil cio Fonte Jo o et al 1996 A Figura 8 descreve o efeito do tomo de f sforo com um el tron sobrando e o do tomo de boro com uma lacuna sobrando tomo de F sforo tomo de Boro nas Vo dy TT TA g pe eteo 4 90 Figura 8 tomo de F sforo e tomo de Boro 32 Ao unir estes materiais tipo P e tipo N forma se uma jun o PN assim quando os f tons provenientes do Sol atingem a jun o os el trons liberados tendem a ocupar uma lacuna formando uma corrente el trica como apresenta a Figura 9 Figura 9 Jun o PN
66. dulos considerando a margem de seguran a de 10 o sistema envia uma mensagem de AVISO abrindo uma janela como ilustra a Figura 83 informando que ser necess rio utilizar mais de um controlador assim os m dulos devem ser divididos entre os controladores Para normalizar basta clicar em OK na janela que o sistema ir avan ar normalmente O usu rio deve ter sensibilidade na escolha do controlador levando em conta os dados apresentados em casos onde a corrente do controlador escolhido for menor que a corrente do conjunto de m dulos apenas escolhendo outro modelo poder n o ser necess rio utilizar mais de um controlador o que diminui os custos da instala o 92 IUIKES V CAPAC NOM A RENDIMENTO 24 35 24 45 e e qe TENS O DO BANCO 12 45 g0 P a 48 40 12 70 mm mm 24 70 10 24 140 MN CORRENTE DO BAHCO 12 140 1 im 48 55 Lanen 3 795 48 110 pemi E 48 140 48 40 24 40 12 40 12 60 24 60 12 60 FEF o i X FE i 32 60 E 36 60 O SS N DO CONTROLADOR 48 60 a 54 60 90 JSERIR REMOVER CONTROLADOR Figura 83 Mensagem de Aviso para Necessidade de Mais de Um Controlador da Carga Para continuar com o dimensionamento basta escolher o controlador na lista inserir seu n mero na caixa de texto N DO CONTROLADOR no painel SELECIONAR CONTROLADOR e clicar no bot o AVAN AR Caso o usu rio escolha um n mero de controlador que n o
67. e capta o solar fixos devem ser orientados para o norte geogr fico para aproveitar melhor a incid ncia dos raios solares aumentando a efici ncia do sistema Este ngulo deve ser pr ximo a valor da latitude do local como ilustra a Figura 5 Para projetos de 30 sistemas de capta o com rastreio do sol necess rio a utiliza o de softwares mais sofisticados que utilizam c lculos de astronomia de posi o e dados solarim tricos A O Junho Plano Horizontal Local Figura 5 M dulo Fotovoltaico com Inclina o Igual ao ngulo de Latitude Fonte Masters 2004 Para os sistemas fixos mapas de radia o solar como apresenta a Figura 6 s o constru dos com base em medi es passadas e s o suficientes para um bom dimensionamento destes sistemas Os instrumentos mais utilizados nas medi es de grandezas solares s o os Heli grafos que medem o n mero de horas de insola o di ria Actin grafos e Piran metros que medem a radia o global 5 ATLAS SOLARIM TRICO DO BRASIL Janeiro RTA 3 2 Radia o sotar giobal di ria m dia mensal MM m dia CN Ur id Io Pg Chigueru Titus DD PAS Oun do Comin mm Fis Aaa de Ega ENT ADE Chguwu Tia Maum Fraihanraioh DEF Coqetis rat trema Frantisco Josh hacia Lyra rguia M Ow Burros Nogueira CEPEL Cortro de Poaquaa ce Energa Eletrica E 6 higo Geass Gaiegus ESCALA GHARA Tiii i Figura 6 Mapa de Radia o Solar M
68. e do controlador individual 3 6 Dimensionamento dos Inversores Para o dimensionamento do inversor precisa se saber quais as cargas s o de corrente alternada assim tem se a pot ncia do inversor al m da sua tens o de opera o Caso a pot ncia do inversor seja menor que a pot ncia das cargas CA ser necess rio mais de um inversor O rendimento dos inversores se compreende entre 85 e 95 sendo necess ria uma margem de seguran a de 10 na escolha da sua capacidade O n mero de inversores necess rios dado por 10 Ni gt di e a Na qual Pca a pot ncia total das cargas CA Pi a pot ncia do inversor escolhido 57 3 7 Escolhas importante adequar a escolha de algumas vari veis no dimensionamento de modo a encontrar valores compat veis com equipamentos dispon veis no mercado por exemplo prefer vel para um sistema que utiliza inversor uma tens o do banco de baterias alta pois de acordo com a pot ncia do sistema necess rio um inversor de maior capacidade que possui maior custo pode se ajustar isso simplesmente aumentando a tens o do banco de baterias poss vel observar um caso semelhante para o controlador no sistema descrito na Figura 40 que precisa utilizar um controlador de carga com uma corrente de 80 A sendo que apenas ajustando a liga o dos equipamentos a corrente reduzida para 40 A conforme ilustra a Figura 41 Controlador de carga Inversor SOMA B0A 12W 12W 127W
69. e no bot o AVAN AR Caso o usu rio escolha um n mero de Inversor que n o suporte a tens o de trabalho o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como apresenta a Figura 74 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido F hs hm e e a a i 4 E o a ge Bis e gt MODELO MARCA TENS O entrada V TENS O saida V RENDIMENTO POT NCIA V FEIO DO BANCO V TRABALHO 48 TOC a 16 XTHB000 48 STUDER 17 Fronius Ig15 Fronius 6 230 15 18 Fronius Ig15 Fronius 12 230 150 W Fronius Ig15 Fronius 24 gt 20 Fronius Ig15 Fronius 32 4 E TENSAO DE SAIDA CA 21 Fronius Ig15 Fronius 36 o o Fronius Ig15 Fronius 48 127 Fronius lg15 Fronius 60 Fronius lg15 Fronius 72 25 Fronius Ig15 Fronius oK Ti E 12 25 26 r Fronius Ig15 Fronius Fronius lg15 Fronius Fronius lg15 Fronius 29 r Fronius Ig15 Fronius 30 Fronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius 32 Fronius Ig20 Fronius 33 r Fronius Ig20 Fronius y Fronius lg20 Fronius SELECIONAR INVERSOR 35 Fronius Ig20 Fronius 36 Fronius Ig20 Fronius N DO INVERSOR 37 r Fronius Ig20 Fronius E a 20 38 r Fronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius 41 r Fronius Ig20 Fronius 42 _ Fronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius 44 BDKODBR BlackeDecker AVAN AR Figura 74 Mensagem de Erro
70. ens o do arranjo fotovoltaico e o valor da tens o de sa da do sistema de corrente alternada que ser igual ao valor da tens o de fornecimento da concession ria de energia el trica Caso o usu rio insira um valor mensal de energia a gerar igual a zero o sistema envia uma mensagem de erro conforme apresenta a Figura 53 para normalizar basta clicar no bot o OK e corrigir clicando no bot o AVAN AR BASE DE C LCULO CONSUMO A GERAR E MODULOS FOTOVOLTAICOS VALOR MENSAL A GERAR Wh 0 N DE M DULOS FOTOVOLTAICOS h A Figura 53 Mensagem de Erro Para Consumo Igual a Zero Caso o usu rio insira um valor para a tens o de trabalho igual a zero o sistema gera uma mensagem de erro conforme apresenta a Figura 54 TENS O DE TRABALHO BASE DE C LCULO 6 CONSUMO A GERAR 5 MODULOS FOTOVOLTAICOS Figura 54 Mensagem de Erro Para Tens o de Trabalho Igual a Zero 72 Caso o usu rio insira um valor para a tens o de sa da CA igual a zero o sistema gera uma mensagem de erro conforme apresenta a Figura 55 TENS O DE TRABALHO BASE DE C LCULO 12 9 CONSUMO A GERAR MODULOS FOTOVOLTAICOS ROIO TENSAO DE SADA CA d Figura 55 Mensagem de Erro Para Tens o CA Igual a Zero Para continuar basta clicar no bot o AVAN AR Caso o usu rio selecione um sistema aut nomo no ambiente inicial o ambiente acima n o ser apresentado sendo apresentado o
71. i al a ia XTH8000 48 STUDER 43 Fronius lg15 Fronius 6 230 15 i m Fronius lg15 Fronius 12 230 15 4 Fronius lg15 Fronius 24 230 e E m Fronius Ig15 Fronius 32 230 15 Fa INSERIR REMOVER INVERSOR e TENSAO DE SAIDA CA Fronius Ig15 Fronius 36 230 15 Fr j tFronius Ig15 Fronius 43 230 15 Fronius lg15 Fronius 60 230 15 Fronius Ig15 Fronius 72 230 15 Fronius lg15 Fronius 84 230 15 Fronius Ig15 Fronius 96 230 15 Fronius Ig15 Fronius 108 230 150 Fronius Ig15 Fronius 120 230 15 Fronius Ig15 Fronius 132 230 15c ronius Ig20 Fronius 6 230 12 ronius g20 Fronius 12 230 ronius lg20 Fronius 24 230 ronius Ig20 Fronius 32 230 ronius Ig20 Fronius 36 SELECIONAR INVERSOR ronius Ig20 Fronius 43 tFronius lg20 Fronius 60 l N DO INVERSOR Fronius lg20 Fronius 72 tFronius Ig20 Fronius 84 Fronius Ig20 Fronius 96 Fronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius tFronius Ig20 Fronius Fronius Ig20 Fronius BDI400BR BlackeDecker 4 Figura 71 Ambiente de Escolha do Inversor 84 2 inseririnversor MODELO MARCA TENS O DE ENTRADA V TENS O DE SAIDA V RENDIMENTO 9 POT NCIA 4 RETORNAR INSERIR Figura 72 Ambiente de Inserir Remover Inversores Caso o usu rio insira para remover um n mero de Inversor que n o conste na lista o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como mostra a Figura 73
72. ia JUNHO JUNHO 0 MJim2 dia MENOR IN SOLA O J MAIO SELECIONAR JULHO h T JUNHO MJ m2 dia JULHO MJ m2 dia SETEMBRO SETEMBRO MEET J AGOSTO l MJ m2 dia SISTEMA SEM MPPT OUTUBRO OUTUBRO INSERIR LATITUDE gt SETEMBRO MJ m2 dia SISTEMA COM MPPT NOVEMBRO NOVEMBRO OUTUBRO y MJ m2 dia ili qo MAPA DE LATITUDE DEZEMBRO DEZEMBRO NOVEMBRO MJ m2 dia 1 DEZEMBRO MJ m2 dia AVAN AR ANUAL ANUAL SELECIONAR Figura 47 Ambiente de Potencial Energ tico e Localiza o Ao clicar na op o desejada as caixas de inser o dos dados de radia o e insola o da regi o localizadas na frente da op o ser o habilitadas No centro do ambiente no painel VISUALIZAR MAPAS SOLARES ao clicar nos bot es indicados com meses do ano abrir uma janela ilustrando o mapa de intensidade de radia o solar do Brasil do respectivo m s ou o mapa de insola o di ria media mensal em horas assim basta visualizar os valores para a regi o em que o sistema ser instalado e inserir nos respectivos campos de cada m s Tamb m se pode visualizar o mapa da m dia anual assim se o sistema for utilizado durante todo o ano basta visualizar este mapa e inserir a m dia anual dispensando o trabalho de inserir m s a m s O valor de radia o e insola o m dia ou o pior valor s o apresentados para o usu
73. ia necess ria para sistemas aut nomos considerando a margem de seguran a de 10 o sistema envia uma mensagem de AVISO abrindo uma janela como apresenta a Figura 76 informando que ser necess rio utilizar mais de um inversor assim as cargas CA dever o ser divididas entre os inversores Para normalizar basta clicar em OK na janela que o sistema ir avan ar normalmente Para os sistemas conectados a rede el trica caso a pot ncia do inversor selecionado seja menor do que a pot ncia necess ria o sistema gera uma mensagem de ERRO conforme apresenta a Figura 77 n o permitindo o avan o do sistema Para corrigir basta clicar em OK selecionar o inversor compat vel e clicar no bot o AVAN AR O usu rio deve ter sensibilidade na escolha do inversor levando em conta os dados apresentados para sistemas aut nomos em casos onde a pot ncia do inversor escolhido for menor que a pot ncia CA apenas escolhendo outro modelo poder n o ser necess rio utilizar mais de um inversor o que diminui os custos da instala o 87 lt au 13u g6 230 POTENCIA CA 108 230 120 230 550 132 230 E 230 12 230 24 230 32 230 3 230 48 230 60 230 72 230 E 84 230 96 230 108 230 120 230 132 230 144 230 12 127 Figura 76 Mensagem de Aviso para necessidade de mais de um inversor MENTO POT NCIA W TENSAO DO BANCO TRABALHO 500 i INSERIR REMOVER INVERSOR Figura 77
74. ia proveniente da radia o solar em energia el trica Esta energia gerada condicionada e utilizadas em sistemas aut nomos ou injetada diretamente na rede el trica de pot ncia Aqui apresentado o funcionamento de um sistema fotovoltaico desde a radia o solar at o destino da energia el trica gerada e os principais equipamentos utilizados nesse processo 2 1 Radia o Solar O Sol fornece para nosso planeta 1 5x10 kWh de energia anualmente isto confirma que o Sol uma fonte inesgot vel de energia havendo um enorme potencial de sua utiliza o atrav s de sistemas de convers o de energia Uma das poss veis formas de convers o da energia solar a utiliza o do efeito fotovoltaico que converte a radia o solar em energia el trica A radia o solar que atinge a atmosfera terrestre prov m da regi o da fotosfera solar que uma camada de 300 km de espessura e temperatura superficial de 5800 K n o mantendo uma radia o com regularidade sendo o valor m dio de 1367 W m de radia o incidente A radia o solar se propaga a 300000 km s e possui comprimento de onda da ordem de 0 1 um a 5 um A Figura 2 ilustra a distribui o espectral da radia o solar 1 27 Vsivel m 2 3g 3 a E Radia o Solar fora da i Bn r 5 A atmosfera terrestre t E u YA Radia o Solar ao n vel do H mar meio dia c u claro Intensidade de luz M mero de f tons ESCU
75. ia que poder ser produzida pelo mesmo Os rendimentos dos m dulos fotovoltaicos variam entre 85 e 95 como regra pode se escolher um rendimento m dio de 90 10 Para o c lculo da energia produzida por um m dulo deve se levar em conta se o sistema possui controlador MPPT ou n o Para sistemas sem MPPT a energia produzida pelo m dulo 10 Eprod 0 9 x Isc x Vm x SPm Na qual Isc a Corrente de curto circuito do m dulo fotovoltaico Vm a tens o nominal do m dulo fotovoltaico Para sistemas com MPPT a energia produzida pelo m dulo 10 Eprod Wp x SPm Sendo Wp a pot ncia m xima do m dulo fotovoltaico O n mero de m dulos em paralelo dado por 10 Eprod 54 E o numero de m dulos em s rie 10 V Nps Sendo Vb a tens o do banco de baterias A capacidade m xima em Ah do sistema dada por 10 Cmax 3 4 Dimensionamento das Baterias Para a escolha das baterias precisa se fazer uma an lise do sistema e escolher o tipo de bateria que melhor adapta as caracter sticas do sistema Tamb m precisa definir os n meros de dias em que o sistema poder suportar sem insola o chamado de autonomia como em dias nublados sendo que nestes dias o sistema ser alimentado apenas pelas baterias Define se tamb m a profundidade de descarga das baterias e a tens o de opera o do sistema que Juntamente com a autonomia s o fundamentais para dimensionar o
76. ia que mais cresce no mundo A Figura 1 apresenta um diagrama onde se resume as formas de se aproveitar a energia solar Energia Solar Convers o Convers o T rmica Fotovoltaica Coletor Plano sem gua quente Aquecimento concentra o at 20 C Coletor Plano Vapor com concentra o at 150 C Concentrador parab lico Figura 1 Aproveitamento da Energia Solar Fonte Energia solar princ pios e aplica es Cepel 1 2 Custos Os sistemas fotovoltaicos s o uma sa da promissora para as quest es ambientais que envolvem o desenvolvimento econ mico por m n o s o largamente utilizados devido ao seu alto custo em compara o com as atuais fontes de energia preciso uma colabora o de todos para que a press o da sociedade sobre os impactos gerados pelas atuais formas de produ o de energia aumente cada vez mais 20 fazendo com que os investimentos na gera o fotovoltaicos cres am isto far com que as empresas que produzem equipamentos fotovoltaicos se tornem cada vez mais competitivas aumentando a efici ncia dos sistemas aumentando a capacidade de produ o destas f bricas fazendo com que os custos diminuam 1 3 Vantagens Uma das principais caracter sticas dos sistemas fotovoltaicos poder gerar energia em localidades distantes dos centros urbanos que possuem in meras redes de distribui o de energia n o sendo necess rias estas redes j que a eletricidade consumida n
77. imar em quanto tempo pode se recuperar o investimento em um sistema fotovoltaico micro ou mini produtor assim pode se pagar o investimento feito atrav s da economia nos gastos com energia el trica havendo a possibilidade de ser auto suficiente na gera o de energia 99 Ao selecionar um sistema interligado a rede habilitado no ambiente final o bot o RETORNO DO INVESTIMENTO onde ao clicar aberto o ambiente mostrado na Figura 96 RETORNO DE INVESTIMENTO UTILIZE OS DADOS DA SUA CONTA DE ENERGIA ELETRICA PRE O DO KWh CUSTO TOTAL DO N DE MESES PARA R INVESTIMENTO R RETORNO N LEY Figura 96 Ambiente de C lculo do Retorno do Investimento Neste ambiente poss vel de uma forma bem simplificada estimar o numero de meses necess rios para que a economia gerada pela instala o de um sistema fotovoltaico interligado a rede el trica convencional pague o investimento inicial para a compra do sistema Para isto basta inserir no campo PRE O DO kWh o valor do kWh da regi o onde o sistema ser instalado que pode ser verificado na conta mensal de energia el trica para a micro ou mini gera o a concession ria de energia el trica deve pagar ao produtor o mesmo valor que cobra pelo consumo Tamb m preciso inserir o custo total do investimento em R e clicar no bot o CALCULAR assim poss vel observar no campo N DE MESE PARA RETORNO o tempo necess rio
78. incentivem seu uso O software FOTOGERA uma solu o que possibilita uma forma f cil de dimensionar estes sistemas contribuindo para que a utiliza o da gera o fotovoltaica cres a mais intensamente Com uma interface interativa ele n o transparece a complexa tarefa de dimensionar um sistema fotovoltaico al m de possuir um baixo custo preciso que ferramentas como este software seja mais utilizada no meio acad mico em pesquisa e desenvolvimento para que sejam cada vez mais aperfei oados atingindo plenamente seus objetivos Recomenda se um estudo de viabilidade t cnica e econ mica para a instala o de sistemas fotovoltaicos em resid ncias Sugere se como continuidade deste trabalho a inser o do dimensionamento de condutores e prote es inser o e atualiza o dos pre os de componentes do sistema e aumentar o bloqueio contra dados incoerentes inseridos pelo usu rio O software uma vers o b sica e pode ser complementada Seus crit rios s o suficientes para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos apresentando um resultado satisfat rio 10 11 12 13 14 15 16 110 REFER NCIAS CRESESB CEPEL Sistemas Fotovoltaicos Manual de Engenharia Brasil 1995 CRESESB CEPEL Energia Solar Princ pios e Aplica es PROODEM 2004 ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica FREITAS Susana Sofia Alves Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos Disserta o de Mes
79. ived from renewable resources have advanced the mission of serving as a source of energy especially in isolated communities and remote installations In this way photovoltaic systems are presented as a promising source due to the creation of new technologies and the sun is an inexhaustible source of energy This paper demonstrates the development of computer software for sizing photovoltaic systems developed in MATLABO platform GUIDE called FOTOGERA We created a user friendly interface that facilitates the design and proper installation of the system The systems developed can be applied at facilities such as lighting irrigation telecommunications water pumping residences among others contributing to the current sources of energy that are mostly polluting Keywords Design of Photovoltaic Systems Solar Energy Software Photovoltaic modules LISTA DE FIGURAS Figura 1 Aproveitamento da Energia Solar e reerereererennam 19 Figura 2 Distribui o Especiral da Radia o Solar re 27 Figura 3 Movimento da Terra em Torno do Sol 28 Figura 4 ngulos dos Raios Solares 29 Figura 5 M dulo Fotovoltaico com Inclina o Igual ao ngulo de Latitude 30 Figura 6 Mapa de Radia o Solar M dia do Brasil 30 Figura 7 tomo de Sil cio aasassasas dista ana SADO adega Ss 31 Figura 8 tomo de F sforo e tomo de Boro 31 FOUT SAJN O EN atas sioas ias i
80. ladas poss vel construir um banco de dados de m dulos fotovoltaicos que est o dispon veis no mercado podendo adicionar novos modelos e remover modelos obsoletos adequando os c lculos do software com a disponibilidade do mercado Para adicionar novos m dulos lista basta preencher os seus dados no painel INSERIR M DULO e clicar no bot o INSERIR Para que ele apare a na lista basta clicar no bot o INICIALIZAR TABELA Para remover um m dulo da lista basta inserir o seu n mero na caixa de texto N no painel REMOVER M DULO e clicar no bot o REMOVER caso o usu rio insira um n mero de m dulo que n o existe o sistema envia uma mensagem de erro de equipamento inexistente como apresenta a Figura 64 M DULOS FOTOVOLTAICOS i MODUL MODELO MARCA POT NCIA WP Vmp V Voc V Imp A Ic A n VNOMINAL 1 JAS20 Advent 25 16 5000 21 2000 MARCA 2 jAsso Advent 50 16 5000 21 2000 3 JAS75 Advent 75 16 7000 21 5000 POT NCIA WP 4 jasieo Advent 160 32 7000 42 7000 5 las1e5 Advent 165 33 4000 42 8000 Vmp V 6 JAs170 Advent 170 34 42 9000 7 IAS175 Advent 175 34 3000 43 8 AS18380 Advent 180 34 6000 43 1000 MOENG 9 as210 Advent 210 28 4300 35 1000 10 AS215 Advent 215 28 7400 35 4000 Imp A 11 A5220 Advent 220 29 0600 35 7000 12 AS225 Advent 225 29 3400 36 E ECA 13 AS230 Advent 230 29 6600 36 3000 7 8300 8 5700 24 14 AS
81. mento de sistemas com foco em uma montagem pr tica principalmente em sistemas conectados a rede el trica que tendem a ser muito mais utilizados que os sistemas aut nomos Ele indicado a ser utilizado por uma grande quantidade de profissionais como fabricantes instaladores de sistemas entidades ligadas ao ensino sensibiliza o ambiental dentre outros No mercado existem diversos modelos de softwares que dimensionam sistemas fotovoltaicos alguns possuem dados desnecess rios a aplica o pr tica de montagem de sistemas e custo elevado o que pode dificultar seu acesso a algumas pessoas o software FOTOGERA foi criado com o intuito de ser uma ferramenta de f cil utiliza o sem custo e voltada para a montagem de sistemas fotovoltaicos de uma forma pratica 24 Tem se por exemplos alguns softwares como o SolTerm desenvolvido pelo LNGE Laborat rio Nacional de Geologia e Energia em Portugal que custa 160 Euros cada licen a al m de dimensionar sistemas fotovoltaicos ele tamb m tem a capacidade de simular o funcionamento do sistema analisando o seu desempenho Ele n o possui banco de dados de equipamentos O SolSim desenvolvido pela EnerWorks Inc na Alemanha que custa US 730 00 possui a capacidade de dimensionar e simular sistemas fotovoltaicos focado em sistema h bridos permitindo combina o com geradores e licos dentre outros ele n o possui banco de dados de radia o nem de equipamentos ele dispon vel somen
82. nc pios e aplica es Cepel Alguns termos s o necess rios conhecer na opera o de baterias Auto descarga processo em que a bateria descarrega gradualmente quando n o est em opera o um exemplo apresentado na Figura 26 deve se evitar que as baterias fiquem em repouso por muito tempo 8 Pe di capacidade em JO horas E l Pi 3 5 T Taraj MISES Figura 26 Auto Descarga de Baterias Chumbo cido com o Tempo 41 Fonte Luis Horacio Vera 2004 Capacidade quantidade de energia que a bateria poder fornecer em uma descarga completa Essa capacidade varia de acordo com a velocidade de carga e descarga sendo que quanto menor a velocidade de descarga maior ser a sua capacidade que tamb m varia com a temperatura A capacidade nominal o valor em Ah fornecido pelo fabricante A Figura 27 ilustra a varia o da capacidade da bateria com a corrente de descarga e a Figura 28 apresenta a varia o da capacidade com a temperatura 8 sengge B 3 dy a D a id Corrente A Figura 27 Varia o da Capacidade x Corrente de Descarga Fonte Luis Horacio Vera 2004 20 Yo da Capacidade Ah E W0 0 o Mm O a Termmpersiura O Figura 28 Varia o da Capacidade com a Temperatura Fonte Luis Horacio Vera 2004 42 Estado de carga EC capacidade dispon vel em um determinado instante sendo descrito em porcentagem da capacidade nominal
83. nciona m Este ltimo fornece c digos para iniciar a GUI e cont m a estrutura para as rotinas que s o executadas quando o usu rio interage com um componente da GUI denominados de callbacks A Figura 44 ilustra a linha de programa o de uma GUI Editor CAUsers Alexandre D esktopiprogTCCWevantamento Eh Teia d EENEN File Edit Tet Go Cell Tools Debug Desktop Window Help ODSDsABISC SI jMedVf B BHBBR BA sl BM jo 11 x 8 0 This file uses Cell Mode For information see the rapid code iteration video the publishing video or help File Edit View Layout Tools Help DSUs AER AAE asee Sm ma Lt EQUIPAMENTO POT NCIA 44 End initialization code DO NOT EDIT CARGA INSTALADA 45 1 46 47 Executes just before levantamento is made visible ar de en EODENdSiTO 48 i function levantamento OpeningFcn h bject eventdata handles var as This function has no output args see OutputFcn E 50 hObject handle to figure E 51 eventdata reserved to be defined in a future version of MATL o 1 REMOVER N 52 handles structure with handles and user data see GUIDATA ad 5 53 varargin command line arguments to levantamento ses VARARGIN Eala 54 55 Choose default command line output for levantamento 56 handles output hObject y E DADOS DO EQUIPAMENTO 58 Update handles st
84. nte em obter a pot ncia instalada e o consumo m ximo necess rio para calcular a quantidade e caracter sticas dos m dulos baterias inversores controladores de carga e condutores preciso ter uma rela o correta entre a energia fornecida pelo Sol e a demanda de energia necess ria pela carga Um sistema fotovoltaico deve ter robustez f cil instala o e manuten o principalmente os sistemas aut nomos instalados em locais remotos 3 1 Recurso Solar O primeiro passo a avalia o do recurso solar na localidade da instala o O Brasil possui uma localiza o e um clima privilegiado para o aproveitamento da radia o solar na produ o de energia el trica A radia o solar e a insola o di ria variam de acordo com a regi o do pais e precisa ser levada em conta para isso t m se os mapas solares de radia o e insola o di ria onde se verifica os valores corretos para o m s na regi o que ser instalado o sistema fotovoltaico Os dados comumente utilizados s o especificados em valores m dios mensais da energia acumulada no dia Uma forma conveniente de se expressar o valor acumulado de energia solar ao longo de um dia atrav s do n mero de horas de Sol Pleno SP que mede o n mero de horas em que a radia o solar permanece constante e igual a 1 kW m Assim para um local em que a radia o di ria acumulada de 8 kWh m o n mero de horas de Sol Pleno 2 8 kWh kW h dia 5Pm
85. o local em que produzida Al m disto o Brasil possui um enorme potencial energ tico de radia o solar o que faz dos sistemas fotovoltaicos uma oportunidade promissora de produ o de energia renov vel Os sistemas fotovoltaicos podem ser interligados a rede el trica convencional para contribuir com a gera o j implementada L A energia el trica de fundamental import ncia para o desenvolvimento da sociedade principalmente as comunidades mais isoladas que tem problemas de alimenta o sa de comunica o educa o assim juntamente com outras iniciativas facilitar o fornecimento de energia el trica pode trazer solu es eficientes Os m dulos fotovoltaicos podem ser utilizados em qualquer lugar que possua uma boa quantidade de radia o solar incidente podendo ser usadas em telhados fachadas de resid ncias e edif cios para suprir as necessidades locais de energia el trica 1 4 Situa o do Brasil O Brasil possui uma das matrizes energ ticas mais limpas do mundo pois quase toda eletricidade gerada por usinas hidrel tricas A energia fotovoltaica vem de 21 uma forma para complementar a produ o nacional atrav s de um enorme potencial de produ o de energia el trica utilizando sistemas fotovoltaicos Essa produ o deve ocorrer principalmente em grandes reas como telhados de grandes constru es e em comunidades isoladas em que a transmiss o se torna invi vel 1 As fontes de ene
86. olha um n mero de controlador que sua tens o nominal seja diferente da tens o do banco de baterias o sistema envia uma mensagem de erro abrindo uma janela como mostra a Figura 82 Para normalizar basta clicar em OK na janela e corrigir o dado inv lido Como muitos controladores de carga possuem uma sele o da tens o de entrada o usu rio deve possuir essa informa o e inserir na lista de controladores o valor que ele quiser optar CONTROLADORES MODELO MARCA TENS O NOM V CAPAC NOM A RENDIMENTO Tarom 235 Tarom 245 Tarom 245 De SA Tarom 440 C40 C40 leao C60 C60 MX60 MX60 MX60 MX60 MX60 MX60 MX60 Flexitax80 FlexMax80 FlexMax80 FlexMax80 Flexhax80 SS 10 4 Power Taro Power Taro Power Taro Power Taro Power Taro Power Taro Power Taro 6 Steca 2 35 90 Steca Steca Steca Steca Steca Steca SecA A TENS O NOMINAL DO CONTROLADOR DEVE SER IGUAL TENS O DO BANCO DE Steca BATERIAS Steca Steca Trace Trace Trace Trace Trace OutBack OutBack Fm i SELECIONAR CONTROLADOR OutBack ra E OutBack LE E N DO CONTROLADOR OutBack OutBack OutBack OutBack OutBack OutBack OutBack OutBack SunSaver Figura 82 Mensagem de Erro para Controlador com Tens o Nominal Diferente da Tens o Exigida Caso o usu rio escolha um n mero de controlador que sua capacidade de corrente seja menor que corrente m xima gerada pelos m
87. onamento dos cabos CC importante levar em considera o reduzir o m ximo as perdas que n o devem ser superior a 3 da tens o de trabalho A Figura 42 descreve um resumo da instala o el trica de um sistema fotovoltaico 11 Para sistemas interligados a rede el trica recomenda se usar a RESOLU O NORMATIVA N 482 DE 17 DE ABRIL DE 2012 que estabelece as condi es gerais para o acesso de microgera o e minigera o distribu da aos sistemas de distribui o de energia el trica e o sistema de compensa o de energia el trica 3 Sistema FV Cabos de Fileira 2x 16 mm Cabo principal DC 2 x 6 mm ok Contador E Figura 42 Instala o el trica de um Sistema Fotovoltaico Fonte Joaquim Carneiro 2009 59 4 OSOFTWARE O software FOTOGERA foi criado utilizando a fun o GUIDE do MATLABO para a cria o das interfaces gr ficas e programa o dos c lculos de dimensionamento do sistema fotovoltaico 4 1 Ferramenta Utilizada O MATLABO criado no fim dos anos 1970 por Cleve Moler Math Works inc um software reconhecido mundialmente como uma das melhores ferramentas para processamento matem tico n o sendo apenas um pacote de computa o e plotagem ele conta com diversas extens es chamadas toolboxes que o tornam muito vers til e poderoso Com estas op es o MATLABO uma vantajosa ferramenta que permite usu rios com capacidades elementares de programa o produ
88. os sejam separados por ponto e n o por v rgula visto que o MATLABO n o aceita virgula 63 4 3 Potencial Energ tico e Localiza o Ap s ser escolhida a configura o b sica do sistema fotovoltaico ser aberto um novo ambiente este que trabalha o potencial energ tico solar da regi o onde ser instalado o sistema fotovoltaico sua localiza o e se possui controlador com MPPT que apresentado na Figura 47 Muitos sistemas fotovoltaicos n o s o utilizados o ano inteiro como por exemplo instala es de expedi es em locais isolados e estruturas tempor rias em locais isolados assim poss vel neste software escolher para sistemas fotovoltaicos aut nomos quais os meses o sistema ser utilizado No ambiente de radia o necess rio inserir o valor de radia o solar e insola o di ria para a localidade onde o sistema ser instalado Alguns autores utilizam como crit rio o pior valor de radia o dentre os meses selecionados para a utiliza o do sistema isto faz com que ao utilizar o pior caso para o c lculo de dimensionamento do sistema se exclui a possibilidade de ficar sem energia devido a falta de radia o Outros autores utilizam a m dia entre as radia es dos meses selecionados pois assim poss vel aproveitar a capacidade do sistema fotovoltaico nos meses de maior radia o incidente O FOTOGERA deixa a crit rio do usu rio selecionar a utiliza o do pior valor de radia
89. ot o MAPA DE LATITUDE que abrir uma janela com o mapa de latitude do Brasil conforme apresenta a Figura 48 Deve se verificar a localidade que ser instalada o sistema e inserir no campo abaixo do bot o o valor aproximado do m dulo da latitude do local Rede RBMC P ESIBGE ea MECA Feras ii es mia ir Es Esta es REMCIP e r i 15 Esta es da REMG em Opera o d Maig iT Esta es da REMC em Teala festa TE 7 E AMT Escala Gr fica hm A a PUF a E Am iy i ER 1 EM a Pd do pon em jus es Dire RR E TR A RR rj J 4s Eb 55 Es 45 Eis BE Eie Figura 48 Mapa de Latitude do Brasil Fonte IBGE A latitude do local de instala o do sistema um m todo satisfat rio para o c lculo do ngulo de inclina o dos m dulos fotovoltaicos em rela o a horizontal 66 De acordo com os meses que foram selecionados para o uso do sistema pode se ter uma maior utiliza o do sistema nos meses pr ximos do ver o ou nos meses pr ximos do inverno o software verifica com base nos meses inseridos e altera o ngulo de inclina o para que o sistema seja mais efetivo ao longo de todo o ano Caso o sistema seja usado o ano inteiro como o caso dos sistemas conectados a rede el trica convencional o ngulo de inclina o ser igual a latitude do local O software altera o ngulo de inclina o de acordo com a seguinte regra Para latitudes entre O e 9 o ngulo de inclina o igual a latitude do lo
90. privilegiado com elevadas taxas de irradia o solar em todo o seu territ rio portanto razo vel esperar para o Brasil que se torne um dos l deres mundiais no emprego da energia solar fotovoltaica que uma op o vi vel e promissora apesar de ainda ser praticamente desprez vel no Brasil 1 5 Objetivo Com todas as perspectivas que envolvem a gera o fotovoltaica fundamental o desenvolvimento de uma ferramenta de dimensionamento destes sistemas de modo a construir um sistema com melhor adequa o e com baixo custo O objetivo do trabalho o desenvolvimento de um software para dimensionar sistemas fotovoltaicos isolados e interligados a rede el trica que recebeu o nome de FOTOGERA Para contribuir ainda mais com o perfeito funcionamento do software poss vel atualizar constantemente os dados de novos equipamentos dispon veis no mercado sempre adequando o resultado as necessidades requisitadas visto que o custo de instala o destes sistemas ainda bem elevado O principio do dimensionamento fotovoltaico est em calcular a quantidade de m dulos solares baterias e suas caracter sticas al m de outros elementos que podem ser acrescentados Os m dulos s o respons veis por converter a energia irradiada pelo sol Para isso deve se conhecer plenamente a carga el trica que ser 23 alimentada pelo sistema Para sistemas interligados a rede de distribui o de energia n o h necessidade de armazenamento
91. ra Todos Em 2012 a ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica aprovou uma Resolu o Normativa criando uma Regulamenta o para que qualquer consumidor de energia possa gerar energia para a concession ria local se tornando um Micro ou Mini Gerador tendo o armazenamento de cr ditos energ ticos Para Micro Gera o os geradores ter o pot ncia de at 100 kWp para Mini Gera o ser o os sistemas com pot ncia superior a 100 kWp mas inferior a 1 MWp e acima de 1 MWp j se classifica como usina Os geradores podem ser fotovoltaicos e licos e hidr ulicos sendo que devido ao enorme potencial de radia o solar do Brasil a tecnologia mais aplicada a energia fotovoltaica Para um pa s que caminha para a efici ncia e 22 moderniza o energ tica como o Brasil esta uma tima conquista que reduzir os impactos ambientais gerados por outros m todos de produ o de energia el trica em larga escala 3 O n mero de sistemas fotovoltaicos conectados a rede no Brasil vem aumentando e sua utiliza o dever ser um salto nos pr ximos anos A cria o do projeto Arranjos T cnicos e Comerciais para a Inser o da Gera o Solar Fotovoltaica na Matriz Energ tica Brasileira lan ado pela ANEEL em 2011 foi uma estrat gia importante para a inser o da energia fotovoltaica no Pa s O projeto promove a cria o de usinas experimentais de energia fotovoltaica interligada ao sistema el trico O Brasil
92. rgia intermitentes complementam bem outras fontes que possuem maior regularidade como as hidrel tricas que dependem da quantidade de gua nos reservat rios assim ao suprir o sistema el trico com outras fontes h a possibilidade de manter os reservat rios mais cheios Devido a base da gera o de energia no Brasil ser de hidrel tricas existe uma pequena representatividade da produ o de energia el trica fotovoltaica do Brasil apesar disto os centros de pesquisa brasileiros est o trabalhando intensivamente e desenvolvendo uma s lida capacidade intelectual nesta rea Entre estes se destaca o Centro de Refer ncia para Energia Solar e E lica S rgio de Salvo Brito o Cresesb Al m do Cresesb existem outros como o Green Silicon do Instituto de Tecnologia do Paran Tecpar e o Green Solar na PUC MG Desafios t cnicos econ micos e pol ticos precisam ser vencidos para que as fontes de energia solar fotovoltaica cres am no Brasil O governo possui programas de gera o de energia fotovoltaicos aut nomos voltados para a eletrifica o rural como o Luz Para Todos que visa levar energia a toda a popula o dando nfase as comunidades isoladas como ocorre principalmente na regi o da Amaz nia e de outros que incentivam a efici ncia energ tica como o Prodeem Produzir Apaeb e o Solar Brasil Muitas resid ncias brasileiras passaram a ser atendidas por sistemas fotovoltaicos aut nomos atrav s do programa Luz Pa
93. ructure EU Aas guidata h0bject handles EQUIPAMENTO 60 l UIWAIT makes levantamento wait for user response see UIRESUME na CORRENTE ALTERNADA amp 2 uiwaltr handles figurel gt CORRENTE CONTINUA E3 6 amp 4 handles output hObject 65 ah axes unit normalized position 0 0 1 1 POT NCIA 66 bg imread cargainstalada png imagesc bg 67 set ah handlevisibility off visible off QUANTIDADE 6B uistack ah bottom Es 70 HORAS ADIA 71 p P A global CONTROL yS i if CONTROL 3 i I 74 set handles cc enable off Fo 76 eet thandlas ransanra temahla tanmtie l Figura 44 GUI e Linhas de Programa o 61 Al m disto o MATLABO permite a cria o de um arquivo execut vel para que o programa desenvolvido possa ser utilizado em qualquer computador n o sendo necess rio o MATLABO instalado 4 2 Configura es B sicas Ao abrir o software FOTOGERA ser apresentado o ambiente que ilustra a Figura 45 que o passo inicial para dimensionar um sistema fotovoltaico Este ambiente trata das configura es b sicas do sistema nele seleciona se o tipo de dimensionamento sistema conectado a rede el trica de distribui o ou um sistema aut nomo Os sistemas aut nomos podem ser divididos entre com armazenamento e sem armazenamento Ao clicar no bot o MANUAL ser aberto um arquivo com o trabalho manuscrito
94. s de Carga Os controladores de carga t m a fun o de n o danificar e manter a vida til das baterias Al m disto eles permitem uma m xima transfer ncia de energia dos m dulos fotovoltaicos para as baterias Eles cessam o fornecimento de energia pelas baterias quando elas j est o na tens o de corte e desconectam os m dulos quando as baterias est o em plena carga Tamb m podem monitorar os valores de tens o e corrente do sistema acionando alarmes necess rios 8 Eles devem ser projetados de acordo com o tipo de bateria a ser implementada um controlador para bateria de chumbo cido selada pode n o ser t o eficiente para uma bateria chumbo c lcio n o selada Alguns sistemas de cargas cont nuas e est veis podem ser projetados para operar sem controlador de carga por m isto n o recomendado Os controladores diferem principalmente na sua grandeza utilizada para o controle entre as mais utilizadas est o a carga integra o da corrente tens o e densidade do eletr lito S o classificados em SHUNT como ilustra a Figura 30 ou SERIE apresentado na Figura 31 Isto devido a forma que desconectam o sistema quando o mesmo est em plena carga sendo o SHUNT o mais comumente utilizado por gastar menos energia Ele desvia parte da energia gerada deixando apenas uma pequena parcela carregando a bateria quando esta est em plena carga J o tipo S RIE desconecta completamente o banco de baterias 8 44
95. s lg20 Fronius se 230 Fronius Ig20 Fronius 108 230 32 SELECIONAR INVERSOR N DO INVERSOR Fronius Ig20 Fronius 120 230 _42 Fronius lg20 Fronius 132 230 Fronius Ig20 Fronius 144 230 44 BDI400BR BlackeDecker 12 127 lt Figura 78 Mensagem de Erro para n mero de Inversor Escolhido Inv lido 4 8 Controladores de Carga O pr ximo ambiente o da escolha do controlador de carga que apresentado na Figura 79 Ele tamb m possui um banco de dados de modelos e caracter sticas de controladores do mercado salvo num arquivo do software Para visualizar o banco de dados basta clicar no bot o INICIALIZAR TABELA Para alterar o banco de dados basta clicar no bot o INSERIRIREMOVER CONTROLADOR e ser aberta uma janela como ilustra a Figura 80 onde poss vel inserir ou remover modelos da mesma forma que m dulos e baterias Ap s clicar em RETORNAR a janela ser fechada e ser preciso clicar no bot o INICIALIZAR TABELA para que os dados alterados sejam atualizados CONTROLADORES MODELO LX MARCA TENS O NOM V J CAPAC NOM A RENDIMENTO Tarom 235 Steca Tarom 245 Steca Tarom 245 Steca Tarom 440 Steca Power Taro Steca Power Taro Steca Power Taro Steca CORRENTE DO BANCO Power Taro Steca ra emd Power Taro Steca a a o 7 59 Power Taro Steca Power Taro Steca Trace Trace Trace Trace Trace OutBack F 4
96. socia o em s rie VI V2 V3 o To E i C lula C lula 2 C lula 3 V Vl V2 V3 Figura 12 Associa o de C lulas em S rie Fonte Marco Antonio d Azevedo Menezes 2008 A Figura 13 ilustra o gr fico da corrente versus tens o para esta associa o A tens o aumenta e a capacidade de corrente permanece inalterada 34 Corrente 3 c lulas Tens o Figura 13 Associa o de C lulas em S rie Corrente x Tens o Fonte Marco Antonio d Azevedo Menezes 2008 A Figura 14 ilustra como feita a associa o de c lulas fotovoltaicas em paralelo I 12 13 Figura 14 Associa o de C lulas em Paralelo Fonte Marco Antonio d Azevedo Menezes 2008 A Figura 15 ilustra o gr fico da corrente versus tens o para esta associa o A capacidade de corrente aumenta e a tens o permanece inalterada Corrente E 1i a Das 3 C lulas Tens o Figura 15 Associa o de C lulas em Paralelo Corrente x Tens o Fonte Marco Antonio d Azevedo Menezes 2008 Assim pode se fazer varias associa es em s rie e em paralelo com as c lulas fotovoltaicas e construir m dulos fotovoltaicos de acordo com a tens o a ser gerada e a capacidade de corrente fornecida como descreve a Figura 16 35 Figura 16 Associa o de M dulos Fotovoltaicos Fonte http eficienciaenergtica blogspot com br 2010 06 01 archive html O objetivo do sistem
97. squema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CA e CC 97 Figura 94 Esquema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CC 97 Figura 95 Esquema de um Sistema aut nomo sem armazenamento CA 98 Figura 96 Ambiente de C lculo do Retorno do Investimento 99 Figura 97 Esquema de um Sistema interligado a rede el trica 100 Figura 98 Mapa de ngulo de Corre o da Dire o Norte 101 Figura 99 Mensagem de Erro para Dados Incoerentes i 102 Figura 100 Esquema el trico do Sistema Fotovoltaico de Valida o 106 Figura 101 Relat rio Final do Sistema Fotovoltaico de Valida o 107 Figura 102 M dulo Fotovoltaico do Sistema de Valida o 107 Figura 103 Sistema Fotovoltaico de Valida o rrene 108 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Carga Instalada para Teste errar 104 Tabela 2 M dulo Fotovoltaico para Valida o eee 104 Tabela 3 Bateria Escolhida para Valida o erre 104 Tabela 4 Inversor Escolhido para Valida o era 105 Tabela 5 Controlador de Carga Escolhido para Valida o 105 LISTA DE ABREVIATURAS Amp re Coeficiente de Autodescarga da Bateria Autonomia do Banco de Baterias CA Corrente Alternada SPm
98. ssa As atuais formas de produ o de energia el trica do mundo t m como base a queima de combust veis f sseis como o petr leo g s e carv o que embora possuam reservas enormes esses recursos diminuem com o uso sendo uma fonte de energia n o renov vel certo que em um futuro relativamente pr ximo a humanidade n o poder contar com os recursos destas fontes n o renov veis que al m de serem limitadas s o causadoras de diversos danos ambientais e como o ser humano depende de energia el trica para quase tudo esse conforto tem um alto custo para o planeta 1 1 Aproveitamento da Energia Solar A energia solar pode ser aproveitada para aquecimento utilizando a convers o t rmica nesse caso ela aquece a gua que pode ser utilizada para o banho gerando economia de energia ou para outros processos Tamb m pode ser aproveitada para gerar eletricidade utilizando aquecimento de gua em coletores 19 t rmicos gerando vapor que movimenta uma turbina Al m disto pode se utilizar a gera o de energia el trica fotovoltaica como uma tima forma de aproveitamento da energia solar devido a alta confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos a possibilidade de gera o em localidades distantes de centros urbanos f cil instala o manuten o e renovabilidade 2 Diferente dos sistemas solares t rmicos o fotovoltaico tem a capacidade de transformar a luz captada pelo Sol em corrente el trica sendo uma das fontes de energ
99. ta Os radio button alteram automaticamente entre as op es inserir e remover equipamento e entre corrente alternada e corrente cont nua assim ao clicar em CORRENTE CONT NUA o radio button CORRENTE ALTERNADA ser desmarcado Caso no ambiente inicial seja selecionado sistemas interligados a rede el trica p blica o software bloqueia o radio button CORRENTE CONT NUA n o sendo poss vel inserir cargas CC sendo a energia excedente produzida pelos m dulos fotovoltaicos injetada totalmente na rede el trica sendo assim cargas CC dever o utilizar fontes de convers o CA CC A lista de carga ilustrada na Figura 57 onde se visualiza uma tabela com todos os dados dos equipamentos inseridos pelo usu rio EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL 1 lampadafuor 415 4 150 200 HORAS DIA TOTAL Wh TIPO R G00 CA 1200 CA 2000 CC 240 CE a00 CA 35 CA 4 taquecedor 1000 lea a 50 By O tic DO 35 Figura 57 Lista de Carga Inserida pelo Usu rio Para alguns casos de inser o de dados incoerentes o sistema gera mensagens de erro se for inserido um equipamento e o usu rio colocar a potencia igual a zero ao clicar no bot o ATUALIZAR gerada uma mensagem de erro conforme ilustra a Figura 58 14 EQUIPAMENTO POT NCIA TOTAL HORASADIA TOTALWh TIPO CARGA INSTALADA 5 iti INSERIR EQUIPAMENTO Q O VALOR DE POT NCIA DEVE SER DIFERENTE DE ZERO DADOS DO EQUIPAMENTO
100. te em alem o O PVS desenvolvido pela Fraunhofer Institute of Solar Energy System que custa US 438 00 permite o dimensionamento e simula o de sistemas aut nomos e conectados n o possui banco de dados de radia o nem de equipamentos possui rotina para otimizar a inclina o dos m dulos Dispon vel em ingl s e em alem o O SIDIM desenvolvido na Alemanha pela Solaris Energie Consulting que custa US 197 00 ele dimensiona e simula sistemas aut nomos e conectados a rede e possui banco de dados de equipamentos e tamb m possui o pre o dos equipamentos ele dispon vel somente em alem o O SolEm desenvolvido na Alemanha no Microsoft Excel que custa US 62 00 Permite a simula o dos sistemas e possui banco de dados de radia o para pa ses Europeus Dispon vel somente em alem o Os pre os menores s o de softwares que n o possuem uma interface boa com o usu rio como alguns montados em Excel e que exigem um maior conhecimento por parte do usu rio para sua utiliza o 4 Ao comparar os recursos do FOTOGERA com outros softwares do mercado poss vel observar que no geral ele possui as mesmas funcionalidades superando diversas caracter sticas em alguns casos A maioria dos softwares do mercado possui a capacidade de simula o dos sistemas fotovoltaicos mas a maioria n o possui banco de dados de radia o que um dos principais causadores da variabilidade da gera o fotovoltaica com um bom banco de dados de ra
101. trado 2008 CEPEL ELETROBRAS Atlas Solarim trico do Brasil Pernambuco 2000 AZEVEDO Marco Antonio de Menezes Proposta de procedimento para dimensionamento de sistemas de gera o fotovoltaico Disserta o de Mestrado Itajub 2008 PALZ W Energia solar e fontes alternativas S o Paulo Hemus 1981 VERA LH Programa Computacional para Dimensionamento e Simula o de Sistema Fotovoltaicos disserta o de Mestrado PROMEC UFRGS Porto Alegre 2004 LOPES Julio Igor Seguel Projeto de um Sistema Aut nomo de Suprimento de Energia Disserta o de Mestrado Belo Horizonte 2009 PAREJA Miguel Aparicio Energia Solar Fotovoltaica C lculo de uma Instalaci n Aislada Editora Marcombo 2010 CARNEIRO Joaquim Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos Disserta o de Mestrado 2009 MASTERS G M Renewable and Efficient Electric Power systems Library of Congress New Jersey 2004 JO O Usberco et al Qu mica Geral Vol 1 Editora Saraiva 1996 Florida Solar Energy Center Photovoltaic System Design Course Manual FSEC GP 31 86 1991 http eficienciaenergtica blogspot com br 2010 06 01 archive htmi acesso em fevereiro de 2013 GRADELLA Marcelo Villalva Energia Solar Fotovoltaica Conceitos e Aplica es Editora rica 2012
102. trole e Automa o do Instituto Federal do Esp rito Santo como requisito parcial para a obten o do t tulo de Engenheiro de Controle e Automa o Aprovado em 18 de abril de 2013 COMISS O EXAMINADORA ZAZ h br Wagner Teixeira da Costa IFES Instituto Federal do Esp rito Santo Orientador Prof M sc Giovani Zanetti Neto Instituto Federal do Esp rito Santo FES Instituto Federal do Esp rito Santo Declara o do autor Declaro para fins de pesquisa acad mica did tica e t cnico cient fica que este Trabalho de Conclus o de Curso pode ser parcialmente utilizado desde que se fa a refer ncia fonte e ao autor Serra 18 de abril de 2013 Pui Banii dus Alan Leonardo Vasconcelos da Silva Aos meus pais a esta Universidade aos professores e amigos que auxiliaram minha forma o AGRADECIMENTOS Agrade o ao meu orientador Prof Dr Wagner Teixeira da Costa por contribuir com o desenvolvimento deste trabalho A minha fam lia que me apoiou nos momentos de dificuldades e foi compreensiva quando n o estava presente Ao Instituto Federal do Esp rito Santo que possibilitou esta conquista e a toda equipe de professores que transmitiram incentivo confian a e um s lido conhecimento Aos amigos Lucas Selvatici Marchesi Jo o Pedro Quinino Filho Vin cius Belmuds Vasconcelos Fabiano Ferreira Phelipe Fran a Santos Reynan Giacomin Borlini Eduardo Henrique Montenegro Couto Shirley
103. ulo Fotovoltaico para Valida o mm 5 5 Escolha da Bateria A bateria utilizada para a montagem do sistema fotovoltaico de valida o descrita na Tabela 3 Foi escolhido a tens o do banco de baterias igual a 12 V e o n mero de dias de autonomia do sistema igual a 1 dia para uma profundidade de descarga de 50 Tabela 3 Bateria Escolhida para Valida o Eai Kingdow PK 80 10 50 105 5 6 Escolha do Inversor O inversor escolhido para a montagem do sistema fotovoltaico de valida o descrito na Tabela 4 Tabela 4 Inversor Escolhido para Valida o Black amp Decker BDI400 BR 127 V 400 W 5 7 Escolha do Controlador de Carga O controlador de carga escolhido para a montagem do sistema fotovoltaico de valida o descrito na tabela 5 Tabela 5 Controlador de Carga Escolhido para Valida o 5 8 Resultados Os dados do sistema fotovoltaico para valida o foram inseridos no FOTOGERA Segundo os c lculos do software foram necess rios dois m dulos fotovoltaicos do modelo escolhido ligados em paralelo Os m dulos foram montados orientados para o norte geogr fico com a ajuda de uma b ssola e conforme calculado pelo software com uma inclina o de 30 em rela o a horizontal Para a autonomia escolhida de 106 1 dia e a tens o do banco de 12 V foi necess rio apenas uma bateria do modelo selecionado O inversor selecionado cumpre os requisitos necess rios para ser instalado neste
104. ustra a Figura 61 informando que este equipamento inexistente HORAS DIA TOTAL Wh 4 600 600 1200 2000 240 600 35 CARGA INSTALADA E MEM ONNU SS x EQUIPAMENTO INEXISTENTE DADOS DO EQUIPAMENTO RS CORRENTE ALTERNADA Figura 61 Mensagem de Erro ao Remover Equipamento Inexistente O software calcula o consumo di rio necess rio o que de fundamental import ncia para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico e o separa para os equipamentos de corrente cont nua e corrente alternada que ser fundamental para 16 o dimensionamento do inversor Esses valores s o apresentados no ambiente para o usu rio nas caixas de texto POT NCIA CA POT NCIA CC e TOTAL Wh Caso o usu rio insira algum equipamento de corrente alternada a caixa de inser o de dados TENS O DE SA DA CA ser habilitada Nela insere se o valor de tens o que ser utilizada nos equipamentos de corrente alternada que ser a tens o de sa da do inversor utilizado no sistema Caso seja escolhido no ambiente inicial um sistema sem armazenamento de energia a caixa de inser o de dados TENS O DE TRABALHO ser habilitada nela deve se inserir o valor de tens o do sistema que ser o valor entregue a carga ou valor de sa da do arranjo fotovoltaico O valor apresentado na caixa de texto TOTAL Wh o consumo de energia em Wh da carga da instala o
105. zir gr ficos complexos e resolver problemas de elevado grau de dificuldade O MATLABO tamb m possui a capacidade de produzir interfaces gr ficas com o usu rio GUlIs que prov um ambiente familiar para o trabalho do usu rio fornecendo recursos com janelas bot es menus entre outros Para os casos em que a interface ser utilizada por outros ela pode facilitar o entendimento do programa a entrada de dados e a demonstra o dos resultados Para criar interfaces gr ficas de modo simplificado utiliza se a fun o GUIDE do MATLABO onde a GUI graphical user interface criada com a fun o GUIDE e programada conforme a necessidade do usu rio O Guide graphical user interface development environment ou ambiente de cria o de interfaces gr ficas com o usu rio fornece um conjunto de ferramentas que simplificam o processo de diagrama o e programa o das GUlIs A Figura 43 apresenta os elementos b sicos de uma GUI 60 a unetithod fig Fie Edt Yew Laymat Tods Ho aesa mE eA pad SM a z t mm EEE ada ioga 2 ga a Tag yei Kurent Pot T dt Forom E 380 560 A Figura 43 Elementos B sicos da Fun o Guide Quando uma GUI criada no Guide s o criados dois arquivos o arquivo da interface gr fica fig e outro arquivo contendo fun es que controlam como a GUI fu

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