Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, o projeto de um sistema fotovoltaico começa pela definição da quantidade de energia a ser produzida, passa pelo cálculo da produção desejada e chega até a instalação. Em paralelo à adequação técnica, temos a parte de documentação, que abrange a homologação junto à concessionária de energia.
Parte-se do consumo de energia em kWh da unidade consumidora – o sistema deve ser dimensionado para produzir no máximo 100% da energia média consumida, pois o consumidor não será remunerado pela produção de energia em excesso. O tamanho do sistema também fica restrito à área disponível para instalação dos painéis.
O processo de produção de um projeto de energia solar começa na captação fótons. As placas vão absorver toda a luz solar possível, para assim poder produzir o máximo de energia que abastecer o sistema, logo a energia produzida é direcionada ao inversor, equipamento que transformada de corrente contínua em corrente alternada utilizada nas tomadas gerais do imóvel.
Entre os principais e mais importantes componentes para a efetiva produção de energia solar estão:
Placas de energia solar fotovoltaica (módulos);
Inversor;
DPS (Dispositivo de segurança).
Módulo Fotovoltaico
Por definição, um módulo fotovoltaico (nome correto do que é chamado popularmente de placa solar) é um conjunto de células fotovoltaicas associadas (geralmente em série) e encapsuladas com materiais que dão robustez mecânica, permitindo a entrada de luz, auxiliando no resfriamento e permitindo a associação de vários módulos e sua fixação em uma estrutura apropriada.
Um típico módulo fotovoltaico (placa solar) feito com células fotovoltaicas de silício cristalizado (c-Si) tem a estrutura física mostrada na imagem abaixo:
O que vemos na imagem acima é um “sanduíche” das células fotovoltaicas entre uma lâmina de vidro, na parte de cima do módulo.
Uma lâmina de elastômero termoplástico (cuja sigla em inglês é TPE, de thermoplastic elastomer), na parte de baixo.
Entre o vidro, as células fotovoltaicas e o TPE, utiliza-se folhas de etileno acetato de vinila (também chamado de etil vinil acetato; em inglês: ethylene vinyl acetate; mais conhecido pela sigla EVA).
Todo o conjunto é prensado e aquecido em uma laminadora, que unifica permanentemente as lâminas, e o conjunto, quando perfeitamente laminado, fica extremamente difícil de se separar.
Ao final do processo é montada a moldura, feita de alumínio, e a caixa de conexão elétrica, que permite a interligação entre os módulos fotovoltaicos.
Inversor Solar
Também conhecido com conversor é o equipamento eletrônico que converte a corrente elétrica contínua (CC) em alternada (sinal elétrico CA) no sistema fotovoltaico. É praticamente um adaptador de energia para o sistema fotovoltaico.
Além de garantir a segurança de todo o sistema, realiza o monitoramento e é responsável pela otimização de energia produzida, pode possuir ou não um transformador em seu interior. Em outras palavras: quanto menor energia térmica produzida, menor será a perda de energia elétrica – logo, o aparelho se torna mais eficiente.
(DPS) – Dispositivos de proteção contra surtos
São os dispositivos de segurança que funciona como proteção para o caso de ocorrer algum sobre carregamento que possa interferir no funcionamento do inversor.
Posicionamento e Inclinação dos Painéis Fotovoltaico
Após o dimensionamento do projeto, iniciasse a instalação dos equipamentos, onde determinar o local da instalação dos painéis. A produção máxima se dará em função da disponibilidade de sol, da orientação e inclinação dos painéis. A melhor orientação é voltada para a linha do equador (direção Norte, para a maioria dos estados brasileiros). A inclinação dos painéis de maior produção é aquela onde a luz incide o mais perpendicular possível ao plano do painel e é função da latitude do local. A inclinação ótima pode variar se houver meses historicamente muito nublados. Por fim, recomenda-se inclinação mínima de 10 graus para evitar o acúmulo de água e facilitar a limpeza natural com a chuva.
O arranjo fotovoltaico é a combinação dos painéis em série ou paralelo, onde deverá ser compatível com o inversor utilizado. Para isso, as especificações técnicas dos painéis e inversores devem ser consultadas de modo a determinar o tamanho e a quantidade das séries de painéis, bem como a quantidade de inversores necessários.
Análise de sombreamento é um fator de atenção, pois a quantidade de luz recebida também pode ser prejudicada por objetos ou construções próximas ao sistema fotovoltaico. Pequenas sombras podem prejudicar muito a produção de energia. Além de prédios e árvores, as chaminés, antenas e objetos menores devem ser observados. Deve ser feita uma análise de sombreamento para todo o ano, pois o posicionamento do sol altera os ângulos de incidência e as sombras.
Dimensionamento do Sistema Solar Fotovoltaico
Os softwares já possuem cadastrados os principais modelos de painéis e inversores disponíveis no mercado além da base de dados meteorológicos que ajudam prever o volume de energia a ser gerada pelo sistema.
Radiação solar e definição dos painéis fotovoltaicos, essa informação é obtida em um mapa solarimétrico, e, um dos mais usados no Brasil foi elaborado pelo INPE. A radiação geralmente é dada em kWh/m2/dia ou HSP/dia (Horas de Sol Pico por dia), que não quer dizer o número de horas de sol em um dia, mas sim o equivalente a uma hora padrão de 1.000W/m2. No Brasil, a radiação fica entre 4 kWh/m2/dia no Sul e 6,5 kWh/m2/dia no interior do Nordeste.
Inicia-se o dimensionamento seguindo os steps abaixo:
Step- #1 – Peque os valores das últimas 12 contas de energia do seu local. Os valores de seu consumo são expressos pela grandeza dimensional de kWh/mês.
Entendendo a unidade de medida:
Quilowatt-hora (kWh) equivale a 1.000 Wh ou 3,6×106 joules.
O watt-hora (Wh) é a medida de energia usualmente utilizada em eletrotécnica. Um Wh é a quantidade de energia utilizada para alimentar uma carga com potência de 1 watt pelo período de uma hora. 1 Wh é equivalente a 3.600 joules.
Uma lâmpada cuja potência é 100 W consome energia a uma taxa de 100 joules por segundo. Em uma hora consome 360.000 joules ou, equivalentemente, 100 Wh. Se ficar acesa durante 10 horas, consumirá 1000 Wh ou 1 kWh.
100 W * 10 h = 1000 Wh
A unidade watt por hora (W/h) dever ser usada para indicar “consumo por unidade de tempo”
Step- #2 – Após somar as últimas 12 medições de energia, deve se tirar a média destes valores.
Para locais onde não haja 12 medições realizadas, poderá ser utilizada as últimas medições (ao menos 3 medições), considerando possíveis variações de consumo sazonal ao longo do ano. Para locais que estão sendo projetados, esta informação pode ser obtida facilmente com o Engenheiro Eletricista de seu projeto.
Step- #3 – Informações básicas para dimensionamento.
Considerando um projeto na cidade de São Paulo, teremos um índice solarimétrico local de: 4,15 kWh/m²/dia
Consumo médio do cliente (referência últimos 12 meses): 827 kWh/mês (k=1000, W= watts, h=hora e mês=30 dias)
Dias mês considerados: 30 dias
Eficiência do Projeto Fotovoltaico (inferência padrão): 83% (perdas na geração e transmissão de potência).
Step- #4 – Cálculos
Transformar o dimensional (kWh/mês) para (Wh/mês), basta multiplicarmos por 1000 (k=1000)
827 kWh/mês = 8.000 Wh/mês
Calcular o consumo que está medido em um mês, para o consumo médio de um dia. Para isto basta dividir a grandeza “mês” por 30, e teremos o consumo em “dia”.
827.000 Wh/30 = 27.567 Wh/dia
Agora estamos terminando. Se em um dia teremos um consumo médio de 27.567 Wh/dia, quantas placas serão necessárias para gerar esta potência, em um local com índice de 4,15 kWh/m²
Potência de placas necessária = 27.567/4,15 = 6.642 watts
Assumindo Eficiência de 83%: 6.642/0,83 = 8.000 watts
Supondo que você irá adquirir placas de 240 watts, teremos que adquirir quantas placas?
Quantidade de placas: 8000/240 = 34 placas de 240 watts.
Step- #5 – Recálculo: Será que funciona? Vamos refazer a conta após o sistema instalado:
