ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2

Transcrição

1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 2379EE2 2º semestre de 2016 Prof. Alceu Ferreira Alves

2 Dimensionamento orientações o.htm 2

3 Principais etapas do projeto de um SFV Levantamento adequado do recurso solar disponível Definição da localização e configuração do sistema Levantamento adequado de demanda e consumo de energia elétrica Dimensionamento do gerador fotovoltaico Dimensionamento do sistema de armazenamento (SFI) Dimensionamento dos equipamentos de condicionamento de potência (SFCR inversor, SFI controlador de carga) *(somente SFV fixos (sem seguimento solar) e sem concentração 3

4 Blocos básicos de um SFV Sistema isolado para eletrificação individual 4

5 Blocos básicos de um SFV Sistema isolado para eletrificação com minirrede 5

6 Blocos básicos de um SFV Sistema isolado para bombeamento de água 6

7 Blocos básicos de um SFV Microgeração(ou mini) conectada à Rede 7

8 Controlador de Carga Convencional Utilizado para SFI com armazenamento Função: garantir a vida útil das baterias Funcionamento estabelecer os pontos onde o carregamento da bateria é interrompido (flutuação) e quando a carga será desconectada para evitar descarga profunda Circuito composto basicamente de comparadores e chaves (transistores) 8

9 Controlador de Carga com MPPT MPPT = MaximumPower Point Tracking Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (ou SPPM) Seguimento 9

10 Controlador de Carga MPPT MPPT = MaximumPower PointTracking Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (ou SPPM) 10

11 Recálculo do Nº de Módulos em Série Caso se use um controlador MPPT, o número de módulos em série deve ser tal que a tensão de saída do painel fotovoltaico esteja dentro da faixa ótima de operação do controlador recomendada pelo fabricante 11

12 Cálculo do Nº de Strings Para o cálculo do número de fileiras em paralelo, deve-se considerar a potência total do gerador (Pm) e a potência de cada fileira Nº de fileiras em paralelo *Pmod é potência (Wp) nominal do módulo adotado Para confirmação da adequação do painel fotovoltaico com o controlador, verificar se a corrente do painel (Im já calculada), está de acordo com as especificações do controlador MPPT 12

13 Dimensionamento do Banco de Baterias Conhecida a energia solicitada pelas cargas a cada mês, escolhe-se o valor máximo de potência para a capacidade do sistema de acumulação Na medida em que há maior disponibilidade de radiação solar em um dado local (maior número de HSP), estabelece-se um número menor de dias para o valor da autonomia Em regiões com longos períodos de chuva, sugere-se um número maior de dias de autonomia No Brasil é usual autonomia entre 2 e 4 dias No exterior recomendam 2 a 3 dias de autonomia para cargas comuns e 5 a 7 dias para cargas consideradas críticas 13

14 Dimensionamento do Banco de Baterias Máxima Profundidade de Descarga depende da radiação solar da região, do tipo de bateria, do modo como a descarga é realizada, etc. Para todas as baterias, é comum a característica de que quanto maior a profundidade de descarga, menor sua vida útil. 14

15 Dimensionamento do Controlador de Carga Considerar os limites máximos do controlador, convencional ou MPPT, com relação à tensão CC do sistema e aos níveis de corrente (tanto na entrada do painel fotovoltaico quanto na saída para as baterias) Corrente máxima do controlador (Ic) considerar a corrente de curto-circuito do painel fotovoltaico, acrescida de um fator mínimo de segurança de 25% (assume-se que o painel pode receber uma irradiânciade até W/m 2, ainda que por curtos períodos). *Há controladores que permitem operação em paralelo 15

16 Dimensionamento do Controlador de Carga Máxima tensão de operação do controlador (Vc max ) sempre maior que a tensão máxima de saída do painel PV: V octmin é a tensão de circuito aberto do módulo, na menor temperatura de operação prevista 16

17 Dimensionamento do Inversor SFI Demanda máxima de potência para dimensionamento do inversor é preciso definir ou estimar o período do dia em que os equipamentos estarão funcionando, para o levantamento da curva de carga. Potência do inversor deve ser igual ou superior à potência máxima da curva de carga 17

18 Dimensionamento do Inversor Neste exemplo, a potência do inversor deve ser no mínimo de 4.5 kw. 18

19 Dimensionamento do Inversor De forma mais conservadora, a potência do inversor pode ser especificada igual ou superior à potência instalada, se houver grande probabilidade de que estas possam operar simultaneamente Recomendam-se inversores que apresentem alta eficiência em toda a sua faixa de operação, principalmente quando se prevê que a operação das cargas, na maior parte do tempo, corresponderá a uma pequena fração da potência nominal do inversor Para cargas que demandem potência de pico (ex.: partida de motor), é preciso definir a capacidade de surto necessária no inversor Deve-se ainda observar considerações relacionadas à temperatura de operação 19

20 Dimensionamento do Inversor Tensão de entrada CC igual à tensão CC do sistema (tensão do banco de baterias) Tensão de saída CA normalmente 127V ou 220V, 60 Hz Inversores com potências até 5kW normalmente monofásicos Alguns modelos permitem a operação em paralelo Podem ser integrados para criar circuitos bifásicos ou trifásicos É recomendável a utilização de inversores de forma de onda senoidal (Resoluções da ANEEL normalmente exigem onda senoidal pura) 20

21 Resolução Normativa ANEEL Nº 493/2012 Estabelece os procedimentos e as condições de fornecimento por meio de Microssistema Isolado de Geração e Distribuição de Energia Elétrica MIGDI ou Sistema Individual de Geração de Energia Elétrica com Fonte Intermitente SIGFI O fornecimento por meio de MIGDI ou SIGFI deve ser realizado em corrente alternada (CA senoidal), observando-se os níveis de tensão predominantes no Município onde estiver localizada a unidade consumidora, conforme padrões de referência vigentes 21

22 Resolução Normativa ANEEL Nº 493/2012 As unidades consumidoras atendidas por meio de MIGDI ou SIGFI devem ser enquadradas conforme as disponibilidades mensais de energia explicitadas na tabela a seguir 22

23 Resolução Normativa ANEEL Nº 493/2012 O dimensionamento de um microssistema isolado de geração e distribuição de energia elétrica MIGDI segue a mesma lógica do dimensionamento do SIGFI As demandas das unidades consumidoras são somadas e o dimensionamento do sistema é feito para a carga total As perdas na rede de distribuição devem ser computadas, se for o caso Tipicamente, este tipo de atendimento destina-se a uma aldeia ou vilarejo contemplando algumas dezenas de residências num raio máximo de cerca de 1 km 23

24 Resolução Normativa ANEEL Nº 493/2012 MIGDI exige projeto específico para a edificação onde ficarão os componentes eletrônicos, proteções e banco de baterias, assim como para a estrutura de suporte do arranjo fotovoltaico MIGDI, quando instalado pela concessionária de energia, exige um Sistema de Coleta de Dados Operacionais SCD SCD medição, registro, armazenamento e disponibilização dos dados de operação No caso do MIGDI, deverá ser verificada ainda a necessidade de licenças ambientais 24

25 Sistemas FV para Bombeamento de Água Sistemas fotovoltaicos para bombeamento (SBFV) possuem amplo potencial de aplicação no Brasil As ferramentas de dimensionamento permitem a inclusão de uma bomba d água como uma carga adicional (CA ou CC) Mais usual sistemas com acoplamento direto É constituído de gerador fotovoltaico, equipamento de controle e condicionamento de potência (sistema que, além de regular o acionamento da bomba de acordo com o nível de água, pode conter um seguidor de ponto de máxima potência), grupo motobomba, reservatório de água e pontos de consumo 25

26 Sistemas FV para Bombeamento de Água 26

27 Sistemas FV para Bombeamento de Água Em sistemas com acoplamento direto não são utilizadas baterias para o armazenamento de energia elétrica nos horários de maior radiação Nos períodos de maior radiação a água é bombeada e armazenada em reservatórios O projetista deve obter informações sobre altura manométrica e vazão do poço, quando for o caso, além do recurso solar Primeira etapa estimativa do consumo diário de água, sendo equivalente ao consumo de energia elétrica em um projeto para eletrificação Especifica-se a bomba, reservatórios e tubulações e, em seguida, dimensiona-se o sistema de geração FV 27

28 Dimensionamento de Inversor em SFCR Depende da potência do gerador FV; Depende da tecnologia e características elétricas dos módulos escolhidos para compor o gerador; Primeiro passo: definir a topologia de instalação escolhida: inversor central inversor descentralizado Microinversor instalação interna ou externa, etc. Escolha do fabricante credibilidade, qualidade dos produtos, garantia, manutenção, peças de reposição 28

29 Dimensionamento de Inversor em SFCR Os módulos FV vêm apresentando acentuada redução de custo nos últimos anos Os inversores, apesar de também terem apresentado redução de custos, não têm acompanhado o mesmo nível de redução Necessidade otimizar ao máximo o inversor utilizado, reduzindo o custo final de energia produzida O dimensionamento do sistema deve ser realizado de maneira que o inversor não trabalhe por muito tempo em potências demasiadamente abaixo da nominal, nem seja sobrecarregado 29

30 Dimensionamento de Inversor em SFCR Utilizando-se um inversor de menor capacidade (e, portanto, menor custo) para um mesmo gerador FV sem impactar na quantidade de energia e na confiabilidade do sistema, a energia gerada tende a ser mais barata Novamente, de uma forma conservadora, a potência do inversor pode ser igual à potência nominal da geração FV Devido ao coeficiente de temperatura negativo das tecnologias FV (redução da potência com o aumento de temperatura), costuma-se dimensionar o gerador FV com potência nominal superior à do inversor Isso leva ao subdimensionamento dos inversores de SFCRs 30

31 Dimensionamento de Inversor em SFCR Inversores com MPPT podem limitar a potência de entrada em situações em que a potência gerada pelo painel FV ultrapassa a máxima potência de entrada do equipamento Em situações onde os inversores de SFCRspodem estar sujeitos a elevadas temperaturas, recomenda-se uma potência do inversor igual ou superior à potência do gerador fotovoltaico 31

32 Dimensionamento de Inversor em SFCR Fator de Dimensionamento de Inversores (FDI) Representa a relação entre a potência nominal CA do inversor e a potência de pico do gerador FV: 32

33 Dimensionamento de Inversor em SFCR Fator de Dimensionamento de Inversores (FDI) A potência do gerador FV e do inversor devem ser ajustadas de modo que o FDI do inversor tenha a melhor relação custo/benefício O FDI depende do inversor selecionado, da tecnologia do módulo FV, da orientação e inclinação do painel, além das condições ambientais, como temperatura e radiação local A otimização do FDI exige simulação numérica, que deve ser realizada utilizando-se dados horários de radiação e temperatura ambiente FDI recomendados por fabricantes na faixa de 0,75 a 0,85 (limite superior de 1,05) 33

34 Dimensionamento de Inversor em SFCR Tensão de Entrada Define-se a partir das características do painel e do inversor, conforme características oferecidas pelo fabricante em seus catálogos 34

35 Dimensionamento de Inversor em SFCR Outros Aspectos Importantes Faixa de Operação MPPT Corrente CC máxima Otimização da eficiência (reduz custos) String Box quadro de interconexão e dispositivos de proteção 35

36 Dimensionamento de Inversor em SFCR 36