GERAÇÃO SOLAR PhD. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila. Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

Transcrição

1 GERAÇÃO SOLAR PhD. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

2 EXEMPLO : PROJETO DE UMA USINA FOTOVOLTAICA Assumir que se PRETENDE CONSTRUIR uma usina fotovoltaica em toda a área ,286 m² localizado em Curitiba. Elaborar o dimensionamento para esta usina fotovoltaica.

3 Passo 1: Avaliação do espaço físico da instalação Calcular a área do terreno: Coordenada Geográfica (Exemplo) ,16.25z/data=!5m1!1e1

4

5 ,

6 Passo 2 Avaliação do potencial energético solar Para obter-se a irradiação do local é utilizado a ferramenta SunData, fornecida pelo CRESESB e disponibilizada na internet: data&

7

8

9 Maior média anual 20 N 4,37 4,01 3,56 3,38 2,99 3,07 3,90 3,83 3,90 4,19 4,66 4,67 3,88 1,69 Passo 3: Dimensionamento da instalação A) Passo 3.1 Painel solar Devido ao baixo custo e boa eficiência do módulo, será escolhido o painel fotovoltaico do fabricante chinês Shandong Hilight Solar, modelo HSPV235WP-54M, fabricado com células fotovoltaicas de silício monocristalino. Cada unidade possui 54 células agrupadas, assumindo as dimensões de 1480 mm de comprimento, 992 mm de largura e 40 mm de espessura.

10 Esse modelo possui 235Wp (STC AM 1.5, 1000W/m² e 25 ºC de Temperatura de operação). A caixa de conexão no lado traseiro da placa está equipada com diodos bypass, que eliminam o risco de sobreaquecimento individual de cada célula. Para proteger contra condições climáticas mais severas, as células estão condicionadas entre uma cobertura de vidro reforçado e uma película de EVA.

11 B) Passo 3. 2 Arranjo dos painéis A escolha da quantidade de painéis a serem dispostos em série foi baseada no limite de operação dos inversores, que possuem uma tensão de saída máxima de 1000 V e uma tensão máxima de MPPT de 700 V Desse modo, para o projeto foi considerado o agrupamento de 25 módulos fotovoltaicos em série, formando uma Fileira. A tensão do grupo será a soma da tensão de cada placa, 25 x 27,2V = 680 V. Um conjunto de 10 grupos de 25 placas conectadas em série são conectadas em paralelo formando assim um arranjo de 250 placas, que possuirá uma corrente total de 10 x 8,64 = 86,4A.

12

13 Além disso, é possível observar, que serão ao todo 50 módulos presentes no eixo x e 5 módulos no eixo y. Portanto, levando em consideração as dimensões de cada módulo cada Arranjo terá 0,992 m x 50 = 49,6 m de comprimento e 1,48 m x 5 = 7,4 m de largura. Apresentando uma potência instalada de 250 x 235 W = Wp (58,750 kwp) uma tensão de 680 V e uma corrente de 86,4A.

14

15 C) Passo 3. 3: Estrutura de apoio dos módulos Assim, foi assumida uma estrutura de suporte com 14 apoios espaçados de 7,2 m entre si e distância mínima do solo de 500 mm.

16

17 Ângulo zenital ( ) Altura solar ( ) Ângulo azimutal do Sol ( )

18

19 Passo 3.4: Inclinação e Distância entre os arranjos Declinação Solar ( ). O ângulo de desvio do sol diretamente acima do equador é chamado de Declinação Solar ( ). Considerando o ângulo norte do Equador como positivo e ângulo ao sul do equador como negativo, é possível encontrar a Declinação Solar aproximada, em qualquer dado dia do ano, por meio da formula (1) a seguir: Para o projeto foi utilizado o dia 21 de junho que corresponde ao solstício e inverno no hemisfério sul, onde o Sol apresenta a menor altura solar e o período de Sol mais curto. Portanto, utilizando N = 172, que representa o dia 21 de junho, na formula (1), obtém-se a Declinação Solar ( ) igual a 23,

20 Passo 3.4: Inclinação e Distância entre os arranjos : Distância mínima entre os arranjos A seguinte expressão relaciona a altura solar com a latitude de um determinado local, a declinação solar e o ângulo horário : Pode-se, então, calcular a duração do dia para uma determinada localidade assumindo-se = 0, na expressão acima, e obtendo-se os ângulos horários para o nascer e para o pôr-do-sol através da equação simplificada a seguir: Como em 24h, o Sol percorre 360, ou seja, 15 a cada hora, então é possível se determinar a duração do dia solar, em horas, através da seguinte equação:

21 Passo 3.4: Inclinação e Distância entre os arranjos : Distância mínima entre os arranjos Agora, aplicando este valor calculado em conjunto com o = 0 (meio dia) e = - 25, [latitude do local (Curitiba) ] na formula (2), é possível calcular a altura solar: = 42,8743

22

23 Passo 3.4: Inclinação e Distância entre os arranjos : Distância mínima entre os arranjos

24 Passo 4: Dimensionamento do Sistema Planificação do Arranjo fotovoltaico, levando em conta as dimensões projetadas (49,6 m x 7,4 m) e a inclinação igual a 20 ; Considerando um espaçamento nulo entre as colunas e uma distância de 9,679 m entre os Arranjos, que representa a sombra total projetada Ignorar qualquer área para construção ou lazer com o intuito de simulação de um cenário ideal, com aproveitamento máximo do espaço físico; Disposição dos Arranjos fotovoltaicos, apontados para o Norte Verdadeiro;

25 Área Horizontal de cada arranjo (AHA)= 49,6 x 7,4 * cos(20 )= 344,9047 m^2 Área devido a distância entre os Arranjos (ADA)= 49,6* 9,679= 480,0784 m^2

26

27

28 Passo 4: Dimensionamiento do Sistema Estipulado um número de 72 arranjos de 250 placas cada. Área Total dos Arranjos (ATHA): 72* 344,9047= ,138 m^2 Área Total devido distância entre os Arranjos (ATDA)=71* 480,0784= ,5664 m^2 Área total da Usina: ,7048 m^2 Area Total do Terreno: ,286 m² Ao todo, foi estipulado um número de 70 arranjos de 250 placas cada e 5 arranjos de 100 placas cada, resultando na utilização de placas e, totalizando assim, uma potência instalada de aproximadamente x 235Wp = kwp.

29 Passo 4.1 Caixas de controle A caixas de controle, também conhecida como caixa de conexão, é o equipamento capaz de medir e monitorar a corrente de cada conjunto de placas em série, com precisão. O dispositivo opera fazendo a interface entre os painéis fotovoltaicos e os inversores utilizando tecnologias como a comunicação RS-485, GSM/GPRS, Ethernet ou o WiFi. O modelo utilizado é o Sun String Control 160, do fabricante INGETEAM. Assim, respeitando os limites de segurança do aparelho, podemos conectar cada grupo de 25 painéis em série, que apresentam uma corrente de 8,64A e tensão de 680V, a uma entrada da Caixa de Controle, utilizando um total de 10 entradas do dispositivo, com uma corrente total de saída de 86,4 A por fileira. Desse modo, a caixa de controle é utilizada para conectar em paralelo cada uma das 10 Fileiras presentes no arranjo de 250 painéis. Portanto, levando em consideração o que foi dimensionado anteriormente, iremos empregar um total de 72 dispositivos para realizar a conexão de cada arranjo

30

31 Passo 4.2 Inversores O inversor dimensionado é do mesmo fabricante, modelo Ingecon Sun PowerMax 500T U X480, possuindo também tensão máxima de 1000 V, temperatura de operação na faixa de - 20 º C a 65 º C e MPPT com tensão de operação no intervalo 350 V a 700 V. Portanto, nesse segundo caso serão empregados apenas 8 inversores, (Lembrando que que temos 72 arranjos) nos quais cada um receberá a potência advinda de uma String Control Boxes em cada terminal de entrada. Dessa forma, será utilizado, ao todo, 9 das 16 conexões de entrada em cada inversor. Com isso, a potência de entrada total será de 9 x 58,75 kw = 528,75 kw, com tensão de 680V e corrente por conexão e total de 86,4 A e 777,6 A, respectivamente.

32

33 Passo 4.2 Inversores O FDI (Fator de Dimensionamento de Inversores) representa a relação entre a potência nominal do inversor ( ) e a potência nominal máxima do gerador fotovoltaico ( ), conforme a equação abaixo. A análise de literatura mostra que os valores inferiores de FDI recomendados por fabricantes e instaladores situam-se na faixa de 0,75 a 1,2 Considerando a capacidade do Sun PowerMax 500T U X480 de operar a uma potência máxima de 500 kw e a potência de entrada projetada, 528,75 kw, obtém-se uma relação FDI de 0,9456, satisfatória segundo as referências citadas.

34

35 Passo 4,3: Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT) O quadro geral de baixa tensão serve para fazer a interligação dos inversores com o transformador, coletando assim a corrente de saída dos inversores e direcionando por um único caminho até o transformador. Nesse Caso será utilizado apenas um QGBT que receberá a corrente proveniente dos 8 inversores. Assim, a corrente máxima de saída do quadro será de 8 x 601 A = 4808 A. Ainda por se tratar de uma alta corrente, um disjuntor geral de proteção deve ser instalado na saída do barramento do QGBT para proteção do transformador.

36

37

38 Passo 4,4:Transformador Após a passagem pelo QGBT, o fluxo de potência, nesse segundo caso, é levado a um único transformador elevador para a conexão apropriada com a rede elétrica O transformador trifásico apresenta uma potência nominal 5000 kva e relação de transformação 480 V / V.

39

40

41 Passo 5: Geração Fotovoltaica Esperada e FC