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© Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados A convite da revista O Setor Elétrico começamos em janeiro de 2019 a publicar um manual sobre energia solar. Ele tem como objetivo ensinar as etapas para projetar um sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR), como é apresentado de forma mais completa dentro dos nossos cursos para projetistas. O manual está disponível gratuitamente no site www.solarize.com.br, junto com farto material adicional. A presente edição foi revisada em julho de 2024. 1. Aproveitamento da energia solar No primeiro capítulo apresentaremos as diferentes formas de aproveitamento da energia solar. Delas, a geração distribuída com sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR) é escolhido como foco do manual. Explicamos ainda como este tipo de sistema se comporta dentro da rede predial. 2. O Projeto A elaboração do projeto técnico-comercial do SFCR começa com o levantamento de dados, passa pelo projeto técnicos e é concluído no cálculo do retorno financeiro. O capítulo dois abre a visão dessa sequência. Em todas as etapas é importante ponderar critérios técnicos, legais e estéticos para alcançar objetivos concorrentes. 3. Módulos No terceiro capítulo abordamos a tecnologia fotovoltaica, que transforma a luz em energia, e as características elétricas e físicas dos módulos fotovoltaicos. A resposta das células fotovoltaicas à oscilação das condições climáticas também é explicada. MANUAL DE ENERGIA SOLAR EDIÇÃO 2024 Autor: Hans Rauschmayer, reconhecido especialista em energia solar e sócio-gerente da empresa Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. https://manual.solarize.com.br/ http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 4. Inversores O inversor é o componente que recebe a energia gerada pelos módulos e a transforma para que possa ser injetada na rede elétrica. O capítulo explica o funcionamento com características elétricas e aborda assuntos como instalação, monitoramento e o uso de baterias. 5. Configuração do Arranjo Fotovoltaico com o Inversor O coração do projeto fotovoltaico é o dimensionamento adequado de módulos com o respectivo inversor. Vários critérios elétricos devem ser respeitados, que dependem, inclusive, das condições climáticas no local da instalação. Este capítulo inclui uma planilha, disponibilizada gratuitamente no site manual.solarize.com.br. 6. Sombreamento e outras Formas de Descasamento Descasamento (inglês “mismatch”) ocorre quando as características elétricas de módulos interconectados não são iguais. Como não é sempre possível evitar o descasamento, precisamos aprender como viver com ele. É disso que trata o capítulo seis. 7. Projeto Elétrico O projeto elétrico é dividido em duas partes: o lado da corrente contínua, entre módulos e inversores, e o lado da corrente alternada, na conexão do inversor à rede predial e da concessionária. O capítulo sete aborda as diferentes proteções necessárias, o cálculo do cabeamento e a inserção do projeto na instalação predial. 8. Fixação dos Módulos na Estrutura de Base A estrutura de base para cada instalação deve ser escolhida com cuidado, para evitar infiltração e assegurar segurança e durabilidade da instalação. Aprende os princípios disso neste capítulo. 9. Instalação Segura e Comissionamento Depois de termos estudado, nos capítulos anteriores, os conceitos do projeto de um sistema http://www.solarize.com.br/ http://manual.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 solar conectado à rede, entraremos agora na parte prática. A execução da instalação requer cuidados que são desconhecidos à maioria dos eletricistas, e que são importantes para prevenir acidentes ou incêndios. Explicaremos ainda como se faz o comissionamento do sistema na hora da entrega. 10. Dimensionamento e Compensação da Energia Gerada O dimensionamento do sistema fotovoltaico é regido pela legislação que define como a energia gerada pode ser compensada em diferentes constelações. Explicaremos as linhas gerais do marco legal brasileiro com princípios do cálculo do retorno financeiro. 11. Softwares de Planejamento e Simulação para Projetos Fotovoltaicos Softwares são fundamentais para elaborar um projeto tecnicamente impecável e para calcular o retorno financeiro com segurança. Afinal de contas, é preciso modelar a situação em 3D para poder calcular o sombreamento. Outras perdas no sistema dependem de detalhes técnicos do equipamento além da realidade climática do local da instalação. No capítulo 11 apresentaremos as demandas para um software profissional e comparamos alguns produtos oferecidos no Brasil 12. Legalização de Projetos Sistemas conectados à rede precisam ser legalizados junto à concessionária. O capítulo 12 trata dessa etapa do projeto. 13. Tendências do Mercado A energia solar entrou na realidade brasileira para valer em 2012, intitulada e “energia do futuro”. No ano seguinte conectamos nosso sistema à rede, sendo o primeiro do Rio de Janeiro. Viramos manchete, explicando a tecnologia a um público descrente. Agora, em 2024, uma parte significativa já conhece “placas solares” ou recebe sua energia limpa e barata. Muitos desejam o mesmo, aguardando condições de financiamento adequadas. Para fechar o manual, vamos apontar as tendências do mercado que devem marcar os próximos anos. Desejamos uma ótima leitura! http://www.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Aproveitamento da energia solar Existem, basicamente, duas formas de se aproveitar a energia solar (fig. 1): aquecimento solar e energia fotovoltaica. O aquecimento solar aproveita a energia térmica em que se transforma a irradiação solar quando atinge um corpo. O corpo pode ser um coletor solar, onde o calor do sol é transferido para a água que percorre o coletor e encaminhada para o reservatório. O uso final é água quente para tomar banho, para uso em cozinhas ou em processos industriais. Aquecimento de ar é outra tecnologia simples e empregada em regiões com clima moderado, mas nunca ganhou grande escala. Resfriamento solar transforma o calor em frio, usando máquinas de gelo. Como é uma tecnologia bem mais complexa do que a combinação de energia fotovoltaica com aparelhos de ar condicionado comuns, ela perdeu viabilidade na medida que os painéis fotovoltaicos caíram de preço. Usinas termossolares concentram a irradiação mediante espelhos para aquecer um fluído e gerar energia numa turbina. A vantagem é o armazenamento da energia térmica por algumas horas após o pôr do sol e a consequente continuação de geração de eletricidade além da presença do sol. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 1 – APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR Figura 1: Formas de aproveitar a energia solar Arranjo fotovoltaico na residência do autor, potência: 4,1 kWp, primeiro SFCR do Rio de Janeiro MANUAL DE ENERGIA SOLAR 1 – APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 2. Tipos de sistemas fotovoltaicos Podemos dividir os sistemas fotovoltaicos em três grupos (fig. 2). O primeiro é representado por bombas solares, única aplicação onde os módulos fotovoltaicos são conectados diretamentepor baixo da instalação. Deseja aprender mais? Ensinamos a prática no curso de instalador, totalmente mão na massa: instalador.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ http://instalador.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Figura 1: A sequência correta da montagem com medições assegura segurança e qualidade da instalação Depois de termos estudado, nos capítulos anteriores, os conceitos do projeto de um sistema solar conectado à rede, entraremos agora na parte prática. Há diversas características associadas à segurança e à qualidade que fogem do conhecimento dos eletricistas prediais e exigem cuidados especiais: a sequência da montagem do sistema e as medições durante instalação e manutenção asseguram a segurança da equipe e preservam o local da instalação. Em seguida introduziremos algumas medições obrigatórias para o comissionamento do sistema. 2. Perigos específicos de sistemas fotovoltaicos Eletricistas prediais estão acostumados com instalações em corrente alternada, dotados de um disjuntor que permite desenergizar o circuito inteiro a partir de um ponto único. No sistema fotovoltaico, a energia vem de duas fontes: • Da rede predial em corrente alternada, protegida por um disjuntor; • Dos módulos que fornecem tensão sempre que recebem irradiação, energizando assim o circuito em corrente contínua. Como está fora do nosso alcance desligar o sol, devemos aprender a trabalhar com um circuito energizado sem colocar nossa vida e a integridade do prédio em risco. A equipe deve ser treinada também na norma regulatória NR-10, que trata da segurança em instalações elétricas; 2.1. O arco voltaico Figura 2: O arco voltaico atravessa o ar. Com corrente contínua, ele apaga somente com o afastamento dos polos ou com dispositivos construídos para este fim. Ao abrir um circuito sob carga, isto é, com passagem de corrente, ocorre um arco voltaico: a corrente consegue ultrapassar o ar (figura 2). Em corrente alternada, o arco é rapidamente apagado quando a tensão é zerada, o que ocorre 120 vezes ao segundo considerando a frequência de rede de 60 Hz. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 Em corrente contínua, o arco fica estável até que os polos sejam afastados o suficiente para interromper a corrente ou ao acionar um dispositivo construído para este fim, como um disjuntor de corrente contínua. O arco danifica os contatos de ambos os lados, coloca em risco a saúde e a vida dos técnicos e pode causar um incêndio no local onde ocorre. Assista ao seguinte vídeo que demonstra o efeito e não deixe de apresentá-lo a todos os técnicos envolvidos na instalação ou manutenção! Em sistemas fotovoltaicos, trabalhamos com tensões superiores à do vídeo, chegando até 1.000 V em instalações pequenas e 1.500 V em usinas. 2.2. Carga em c.c. e sua interrupção A carga no circuito em c.c. ocorre em diferentes situações: 1. Funcionamento normal: o inversor recebe a energia em c.c. e a injeta no circuito em c.a.; 2. Conexão errada: um dos strings está com polaridade invertida; 3. Diferença de potencial por defeito: um módulo está com defeito, da forma que o string ao qual pertence produz uma tensão inferior aos outros strings; 4. Diferença de potencial por erro de projeto ou execução: um string contém menos módulos do que o outro conectado em paralelo; 5. Falha de isolamento em algum ponto do circuito (incluindo curto circuito em DPS defeituoso). O desligamento correto do sistema solar começa com o disjuntor em c.a., o que leva o inversor a abrir o circuito primário. O dispositivo interruptor-seccionador isola o inversor do circuito c.c., mas não abre a conexão paralela entre strings: a carga nas situações 2 a 5 acima somente desaparecem ao cair da noite! É imprescindível verificar a ausência da corrente antes de abrir qualquer conexão em corrente contínua (fig. 3), seja conector MC4, conexão por parafuso ou remoção de um dispositivo (fusível, DPS)! Na dúvida, aguarde a noite! Como seria um procedimento seguro para a instalação do sistema solar? Durante a instalação devemos prevenir as situações de falha, e durante a manutenção precisamos detectá-las a fim de evitar acidentes. Figura 3: Exemplos de pontos do circuito onde pode ocorrer um arco voltaico http://www.solarize.com.br/ https://www.youtube.com/watch?v=hy5Xj6C32PI MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 3. Procedimento seguro da instalação A instalação física e elétrica do sistema solar é dividida em três partes, que podem ser executadas simultaneamente: • Circuito do string: a montagem dos módulos e a interligação dos mesmos; • Circuito da caixa de junção: do cabo do string até o inversor; • O circuito em corrente alternada, do inversor até o quadro de distribuição: a montagem deste circuito é bem conhecida e segue as regras normais; 3.1. Montagem do circuito do string O circuito do string é conectado em simultâneo à montagem dos módulos: • O conector positivo de cada módulo é ligado ao negativo do módulo adjacente; • O cabo do retorno acompanha os de interligação, para reduzir eventuais surtos (veja capítulo 7); • O fio de equipotencialização (terra) também é conectado durante a montagem. A continuidade da mesma deve ser verificada durante a instalação. É importante deixar o conector de saída do string aberto para manter o cabo desenergizado que segue até a caixa de junção. Este conector deve ser de fácil acesso para concluir a instalação e para permitir abertura em casos de manutenção. Figura 4: Divisão do circuito durante a instalação Figura 5: Durante a montagem dos módulos, o circuito do string é conectado, deixando apenas o último conector aberto http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 3.2. Montagem do circuito da caixa de junção (string box) O circuito da caixa de junção, que começa com o fio descendo dos módulos e vai até o inversor, é montado em simultâneo com o circuito do string. Os fusíveis são removidos, evitando assim o paralelismo entre os strings, e o dispositivo interruptor-seccionador é aberto. 3.3. Fechamento do último conector dos strings Depois de montar os três circuitos podemos então fechar o conector de saída de cada string e assim energizar o circuito da caixa de junção até a entrada dos porta-fusíveis. 3.4. Verificação da polaridade O primeiro passo na verificação elétrica é a medição da polaridade, já que a polaridade invertida de apenas um dos strings causa um curto circuito com os outros conectados em paralelo e poderá ser aberto somente à noite. Técnicos sem prática de medição em c.c. devem ser bem treinados no uso correto do multímetro e no padrão de cores dos fios. 3.5. Verificar a tensão do string em circuito aberto A tensão produzida por cada string é medida em simultâneo com a polaridade. Ela indica se o número correto de módulos foi efetivamente conectado, e se os strings são homogêneos entre si. Exemplo: • A ficha técnica do módulo informa a tensão nominal de circuito aberto UOC, módulo = 35 V – lembrando que ela é medida a 25 °C (condições STC, capítulo 3); • A medição da tensão do string fornece UOC, string = 200 V; • O projeto elétricodo sistema solar baseado na regulamentação brasileira. No nosso país, o princípio da compensação da energia gerada na Geração Distribuída é a compensação da energia consumida. Não há venda da energia à concessionária. Esse regime, junto com a aplicação de taxas mínimas, determina o dimensionamento ideal de uma planta fotovoltaica para um determinado cliente, da forma apresentada no capítulo 2 e detalhada em seguida. 2. O Marco Legal da Geração Distribuída 14.300/2022 Em 7 de janeiro de 2022, foi promulgado a lei 14.300, chamada o Marco Legal da Geração Distribuída, e que substituiu a REN ANEEL 482/2012, normativa até então válida. Em seguida, a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL adaptou sua resolução REN Aneel 1000/2021, que define as “regras de prestação de serviço para distribuição de energia elétrica”. Tanto a lei quanto a resolução estão em constante evolução, buscando tornar as regras mais claras e incluindo novas tecnologias. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA Figura 1: Ilustração de algumas formas de compensação da energia. Fonte: Guia de Constituição de Cooperativas de Geração Distribuída Fotovoltaica, OCB MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 2.1. Princípios Os princípios básicos são os seguintes: • A energia gerada, inicialmente, abate o consumo da própria unidade; • A energia excedente é injetada na rede da concessionária e considerada emprestada à distribuidora. Em outro horário, ela é devolvida ao cliente e compensa consumo; • O faturamento mensal apura a energia consumida e injetada: a diferença positiva é cobrada; • Além disso, há cobrança da Taxa de Uso do Sistema de Distribuição (TUSD Fio B) referente à energia compensada; • O excedente mensal gera crédito que pode ser abatido em um dos meses subsequentes; • Os créditos podem ser transferidos para outras contas vinculadas; • Outras cobranças na conta de energia, como o custo de disponibilidade ou da demanda contratada, não são modificadas. 3. Faturamento do consumidor grupo B Figura 2: Exemplo de fluxo de energia em um determinado mês com montantes faturados O grupo B reúne consumidores que recebem a energia em baixa tensão, por exemplo residências e pequenas empresas. Eles pagam uma tarifa única ao longo do dia (com exceção da Tarifa Branca, que é opcional e desvantajosa no caso da geração solar) e são faturados pelo consumo mensal. Para compreender como funciona o faturamento, vamos usar o exemplo da figura 2, que apresenta o fluxo de energia ao longo de um mês: • Neste mês, o sistema fotovoltaico gerou 300 kWh; • Desta energia, 180 kWh foram consumidas por aparelhos ligados simultaneamente, o chamado “autoconsumo”; • O restante da energia gerada, 120 kWh, foi injetada na rede da concessionária; • O consumo total dos aparelhos elétricos nesta unidade somou 500 kWh; • Deste consumo, 180 kWh foram fornecidos pelo sistema solar e o restante, 320 kWh, vieram da rede da concessionária (consumo bruto da rede); • A concessionária recebeu da unidade 120 kWh em energia injetada e a devolveu em outro horário. Ela precisou, portanto, comprar 200 kWh de outras usinas para completar o fornecimento (consumo líquido da rede). Este montante é faturado, aplicando a tarifa de consumo; • A energia que compensa o consumo, neste mês, é igual à energia injetada, 120 kWh. Sobre este montante é faturado a Taxa de Uso do Sistema de Distribuição (TUSD Fio B); • Caso houvesse crédito acumulado de meses anteriores, então estes seriam aproveitados para compensar o consumo, mediante faturamento da TUSD Fio B. Precisamos de três leituras para estabelecer todos os números do fluxo de energia: • A leitura do medidor de consumo; • A leitura do medidor de injeção; • A leitura do inversor. É importante que o proprietário do sistema compreenda esta lógica. Em especial, ele deve estar ciente que a conta de energia apresenta apenas parte das informações. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 3.1. A fase de transição da lei 14.300 A lei 14.300/2022 introduziu como novidade a cobrança da TUSD Fio B. Para que essa cobrança não ocorresse de um dia para outro, inviabilizando o setor fotovoltaico, definiu-se uma fase de transição, durante a qual a cobrança aumenta a cada ano: Ano Cobrança 2023 15% da TUSDg 2024 30% da TUSDg 2025 45% da TUSDg 2026 60% da TUSDg 2027 75% da TUSDg 2028 90% da TUSDg 2029 Valor “encontro das contas” Tabela 1: Cobrança do TUSD Fio B durante a fase de transição O percentual apresentado na tabela 1 é válido para solicitações de conexão desde 08/07/2023. A cobrança a ser aplicada a partir de 2029 será definida por uma comissão que deve reunir num cálculo benefícios e custos que a geração distribuída traz para o sistema energético do Brasil, levando ao “encontro de contas”. Conforme a lei, esse cálculo já deveria ter sido publicado até julho de 2023. 3.2. O custo de disponibilidade Em meses com consumo muito baixo é cobrada uma taxa mínima, chamada “Custo de Disponibilidade”, no valor de • 30 kWh para ligações monofásicas; • 50 kWh para ligações bifásicas; • 100 kWh para ligações trifásicas. Esta taxa é aplicada para todos os consumidores do grupo B, independentemente de haver uma geração solar no local ou não. Com isso fica impossível zerar a conta com energia solar. A compensação da energia injetada ou do crédito acumulado é limitada pelo valor do Custo de Disponibilidade. 4. Dimensionar o sistema solar para um consumidor do grupo B 4.1. Analisar a conta do cliente A tarefa do projetista consiste em dimensionar o sistema fotovoltaico de forma adequada para cada cliente. Usamos o histórico de consumo ao longo dos últimos 12 meses, impresso na conta como base de cálculo, e formamos a média destes valores. 4.2. Estipular a meta de geração Quanta energia deve ser gerada pelo futuro sistema solar? Via de regra, usamos o histórico como previsão para o futuro. No entanto é importante corrigir a média mensal pela expectativa de aumento do consumo: é frequente que o cliente seja mais generoso no consumo a partir da instalação do sistema solar – um aumento de 10% a 15% é comum. Mas ele pode também prever mudanças de hábito que reduzam o consumo de energia. Recomendável é aproveitar o momento para efetuar medidas de eficiência energética, antes do dimensionamento do sistema e analisar tecnologias complementares, como aquecimento solar para banho. Em unidades novas, sem histórico, deve-se estimar o futuro consumo a partir de unidades similares ou outros métodos da engenharia elétrica. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 4.3. Estipular a potência do sistema ideal A irradiação varia entre as regiões do nosso país e com isso a potência do sistema fotovoltaico necessária para gerar a energia desejada. Vamos chamar de geração típica o fator usado para calcular essa potência. Exemplo: • Meta de geração: 600 kWh / mês • Rendimento típico: 120 kWh / mês kWp • Potência do sistema = 600 / 120 = 5 kWp O valor do rendimento típico pode ser obtido mediante simulação de um sistema padrão de 1kWp usando software fotovoltaico. Com um pouco de prática, o projetista já conhece o valor para a região da sua atuação. 4.4. Projetar o sistema fotovoltaico Agora chegou a hora de projetar o sistema real, ocupando parte da cobertura ou do terreno do cliente, comocontra superaquecimento e contra uma potência de entrada excessiva. Nestes casos, o inversor reduz sua potência de saída; • Ele ainda supervisiona o circuito da entrada em relação à resistência de isolamento entre os polos e a terra. Em casos de falhas, ele se desliga e dispara um alarme; • O mesmo ocorre em casos de passagem de corrente contínua para a rede de corrente alternada (para inversores sem transformador interno, o tipo comum); • A partir de 2024 passa a ser obrigatória uma proteção contra arcos voltaicos (AFCI). Ela detecta de forma eletrônica arcos e abre o circuito em c.c.. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO Figura 1: O diagrama elétrico do sistema fotovoltaico conectado à rede MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 1.2. Funções opcionais Algumas funções são opcionais e incluídas conforme decisão do fabricante do inversor: • O monitoramento envia os dados de produção via internet para o servidor do fabricante. • Alguns inversores permitem conexão de sensores de irradiância, de temperatura ou medidores de energia com fins de enriquecer o monitoramento; • O inversor pode conter componentes elétricos como seccionadores, fusíveis ou dispositivos de proteção contra surtos. Estes componentes, alternativamente, seriam colocados em caixas separadas. 1.3. Tipologias de Inversores Há diferentes tipologias de inversores a respeito do melhor aproveitamento de cada módulo: inversores com várias entradas (multi-MPPT), micro inversores e inversores com otimizadores de potência. Estes conceitos serão abordados no capítulo 6, após discutir a conexão entre módulos e inversores e questões de sombreamento. 1.4. Normas para Inversores As características da conexão com a rede elétrica de distribuição foram definidas na norma ABNT NBR 16149:2013, e foram incluídas também nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST Módulo 3 e nas normas da maioria das concessionárias. A respectiva norma internacional é a IEC62109:2011. 2. As Características Elétricas 2.1. As Características da Entrada em c.c. A entrada do inversor recebe a energia gerada pelo arranjo fotovoltaico, em c.c., que é especificada pelas seguintes características: • Potência nominal Pnom e potência máxima Pmax • Corrente máxima Imax • Tensão máxima Vmax • Faixa de tensão permitida em operação: VPMP min e VPMP max • Tensão mínima para início do trabalho Vstart O arranjo fotovoltaico, que consiste numa conexão série-paralela de módulos, deve ser configurado da forma que não passe das características acima. Como isso é calculado aprenderemos no próximo capítulo. 2.2. As Características da Saída em c.a. A saída em corrente alternada é caracterizada pelas seguintes grandezas: • Potência nominal Pnom (igual à potência nominal de entrada) e potência máxima Pmax • Corrente máxima Imax • Tensão nominal e faixa de tensão • Quantidade de fases • Frequência nominal e faixa permitida A maioria dos inversores de baixa potência (até cerca de 5 kW) é oferecida com saída em 220 V monofásica. Estes inversores são conectados entre fase e neutro ou entre fase e fase, dependendo da tensão da rede local. Há poucos produtos com saída em 127 V. Figura 2: Instalação do inversor marca SMA durante o curso da Solarize http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 Verifique com os fabricantes quais inversores se adaptam a redes menos comuns no Brasil, com tensão em 115 V, 120 V, 208 V, 230 V e 254 V. Os inversores maiores apresentam saída trifásica com tensões variadas. Detalharemos este assunto no capítulo sobre a conexão elétrica. 2.3. A Proteção de Anti-Ilhamento Figura 3: Comportamento do inversor sob variações da frequência da rede. Fonte: NBR 16149 Inversores conectados à rede não devem trabalhar de forma ilhada, por duas razões: 1. Eles fornecem a cada instante a potência recebida, que oscila em decorrência das condições climáticas (ex. passagem de nuvens), sem poder garantir a potência suficiente para o funcionamento de qualquer carga; 2. A injeção de energia na rede desligada poderia expor ao risco de choque algum técnico que esteja fazendo manutenção da rede. O inversor deve operar normalmente na faixa de 80% ... 110% da tensão nominal da rede e desligar quando a tensão sair disso. A faixa permitida da frequência vai de 57,5 Hz até 62 Hz, sendo que o inversor deve reduzir a potência gradativamente acima de 60,5 Hz conforme gráfico da fig. 3. Após um desligamento por falhas na rede, o inversor volta a operar automaticamente sem intervenção manual, da mesma forma que ele “acorda” toda manhã com a primeira claridade. O tempo de religamento é definido pela concessionária local e publicada na norma dela e varia de 30 a 300 segundos. Somente inversores com bateria conseguem trabalhar de forma ilhada – veja capítulo 12. 2.4. A Eficiência do inversor Figura 4: Curva de eficiência de um inversor no software PV*SOL A eficiência do inversor é a relação entre a energia injetada na saída e a energia recebida na entrada. Ela depende das condições elétricas a cada instante (veja fig. 4). Além da eficiência máxima, a ficha técnica do inversor apresenta a “eficiência europeia”, um valor ponderado sobre a eficiência em diferentes faixas da potência do inversor que serve para comparar diferentes produtos. A eficiência efetiva pode ser estipulada usando programas que simulam o sistema fotovoltaico ao longo de um ano típico, em passos de hora ou de minuto, como PV*SOL ou PVSyst. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 3. Onde Instalar o Inversor Figura 5: Distâncias mínimas para refrigeração, conforme manual de instalação da PHB Inversores aquecem internamente e dissipam o calor por convecção natural ou usando coolers internos. Por facilitar isso, deve-se escolher um local de instalação arejado, sem poeira e sem incidência do sol. O manual de instalação de cada fabricante informa sobre distâncias mínimas ao redor do inversor (fig. 5). Muitos inversores permitem até instalação ao tempo, já que contam com um grau de proteção IP 65 ou superior, mas isso não é recomendado. O inversor é acessado somente em casos de manutenção, e ele deve estar fora do alcance de crianças, especialmente quando há fios expostos. No entanto, a norma da Aneel exige um fácil acesso para o comissionamento pelo técnico da concessionária. Facilitar o cabeamento c.c. e c.a. também é importante, já que o comprimento do fio determina a bitola dele. Para monitoramento é importante verificar o acesso à internet, por cabo ou Wifi. Não deixe de conversar com o futuro proprietário sobre o local da instalação, para evitar queixas sobre a estética. 4. Monitoramento Figura 6: Geração diária de um inversor (barras coloridas) comparadas com a meta calculado pela irradiância (triângulo) no sistema Solarize Os inversores atuais permitem acompanhar seu funcionamento pela internet. O proprietário deseja verificar a energia gerada ou mostrar a amigos sua nova aquisição. Além disso, ele precisa saber de defeitos muito antes de receber uma alta conta de energia. Já para o instalador, o monitoramento serve para averiguar se o sistema realmente está funcionando de forma satisfatória. Ele ainda pode detectar defeitos, planejar uma manutenção ou antecipar problemas remotamente e sem depender de uma irradiação forte durante uma eventual visita à instalação. O instalador usa os dados acumulados durante opodemos agora mapear as características elétricas dos módulos com as do inversor escolhido. Objetivo é definir o arranjo fotovoltaico, que é a associação de n séries fotovoltaicas (usamos a seguir o nome inglês, http://www.solarize.com.br/ https://materiais.solarize.com.br/manual-de-energia-solar-tecnologia-fotovoltaica-e-modulos MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 string) em paralelo, cada com m módulos conectados em série (figura 3). Importante: O arranjo precisa ser homogêneo, usando somente um modelo de módulo e o mesmo número de módulos em todos os strings. Casos onde isto não é possível serão analisados no próximo capítulo, que tratará também de sombreamento parcial. Pelas leis ôhmicas, a tensão resultante de cada string é o produto do número de módulos m com a tensão de cada módulo. A corrente resultante do arranjo é o produto do número de strings n com a corrente de cada string. O mapeamento é feito por condições independentes que, depois, são reunidas. (A) Número máximo de módulos por string, pela tensão máxima do inversor A primeira condição calcula o número máximo de módulos m por string que podemos conectar em série, respeitando a limitação do inversor. O número máximo de módulos por string mmáx é igual à tensão máxima da entrada do inversor Vinv,máx, dividida pela tensão máxima do módulo em circuito aberto Vmod,OC,máx. (B) Número máximo de módulos por string, pela tensão de operação A segunda condição calcula, quantos módulos podemos conectar em série, considerando agora o limite de tensão de operação do inversor: Esta condição é calculada independentemente de (A), mas como resultado deve valer o menor número dos dois, ainda arredondado para baixo. (C) Número mínimo de módulos por string, pela tensão de operação O inversor exige um número mínimo de módulos para trabalhar, que é calculado dividindo a tensão mínima do inversor pela tensão mínima do módulo, ambos em condição de operação: O número resultante deve ser arredondado para cima. (D) Número máximo de strings O número máximo de strings conectados em paralelo é calculada dividindo a corrente máxima de entrada do inversor pela corrente gerada pelos módulos em condições padrão: (E) Número tolerado de strings Nos últimos anos, a corrente gerada pelos módulos cresceu numa velocidade que a engenharia dos inversores não conseguiu acompanhar devido ao ciclo maior de desenvolvimento. Desta forma, ficou comum conectar módulos ao inversor com uma corrente levemente acima do limite. Muitos fabricantes de inversores se adaptaram à nova realidade informando uma corrente máxima tolerada ou então a corrente máxima de curto-circuito, que representa o limite de corrente que pode ser conectada ao inversor sem que ele apresente defeito. Usando a mesma fórmula de cima, aplicando o limite tolerado chegamos ao número de strings tolerados: http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 No entanto, toda corrente superior à corrente máxima será descartada, similar ao que acontece no efeito de clipping (veja Fator de Dimensionamento a seguir). (F) Potência máxima O fabricante indica a potência máxima do arranjo fotovoltaico na ficha técnica, que determina número máximo total de módulos que devem ser conectados: A potência máxima é correlacionada ao fator de dimensionamento, que discutiremos em seguida, e não representa uma restrição crítica. (G) Fator de Dimensionamento O Fator de Dimensionamento expressa a relação da potência entre o arranjo fotovoltaico e o inversor e costuma ser informado em porcento. É comum superdimensionar o arranjo, já que a potência nominal dos módulos raramente é alcançada em clima tropical. Um FDI entre 100% e 120% é considerado conservador. Um FDI mais alto traz a vantagem de reduzir o investimento, mas acarreta um corte de produção em horas de alta irradiância. A figura 4 mostra este efeito: o sistema com FDI de 158% (linha azul) perde energia quando a potência máxima do inversor é alcançada. Já o sistema com FDI de 119% raramente alcança a potência máxima. Por outro lado, o sistema com alto FDI consegue gerar energia em horas e dias de menor irradiação: na figura 4, são as horas durante a manhã e à tarde. Leia mais na nossa matéria sobrecarregamento.solarize.com.br e assista aos webinares disponíveis no site. Um FDI abaixo de 100% é aceitável quando não se encontra um inversor menor com potência adequada, algo frequente em sistemas muito pequenos. 7. Verificação de Alternativas Depois de calcular as condições, podemos verificar alternativas do layout elétrico. Vamos usar um exemplo resumido para compreender este procedimento: • Pretendemos montar um sistema de 12 kWp, usando 24 módulos de 500 Wp de um determinado modelo; • Um inversor de 10 kW seria adequado, levando em consideração um FDI de 120%; • Usamos as fichas técnicas do módulo e do inversor para levantar os dados listados acima e calcular das condições listadas acima; • Com 24 módulos temos as seguintes alternativas de layout: 3 strings de 8 módulos, 4 strings de 6 módulos ou 2 strings de 12 módulos; • Testamos as alternativas contra as fórmulas apresentadas acima para determinar quais delas são permitidas. • Em termos elétricos, é favorável aumentar o número de módulos por string para manter a corrente baixa. No entanto pode haver outros critérios da execução que nos levam a priorizar uma alternativa diferente. Se nenhuma das alternativas for viável, então é necessário mudar a escolha do equipamento e Figura 4: Comparação entre um sistema com FDI de 119% (linha amarela) com um de 158% (linha azul), simulado no software PV*SOL http://www.solarize.com.br/ http://sobrecarregamento.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 refazer o cálculo. Isso ocorre com certa frequência com inversores que apresentam uma faixa estreita de tensão. Se um determinado inversor, por exemplo, permitir somente 19 ou 20 módulos por string, então o número total de módulos deve ser divisível por 19 ou 20, e a área de montagem deve permitir a fixação deste número de módulos. 8. Uso da Planilha Disponibilizamos no nosso site uma planilha (figura 5, acesse aqui) que efetua os cálculos apresentados neste capítulo e que contém um exemplo completo. A planilha serve para configurar projetos reais, ela não é meramente didática. Ela deve ser preenchida na seguinte sequência: 1. Local da instalação: temperaturas máximas e mínimas; 2. Dados do módulo: preencha os campos em azul. Os campos em cinza apresentam resultados intermediários e os em verde, resultados finais; 3. Dados do inversor: procure os dados na ficha técnica; 4. Após preencher os dados acima, o quadro “Cálculo” já apresenta as condições de mapeamento, com números mínimos e máximos de módulos e strings; 5. Fator de dimensionamento: informe aqui o limite inferior e superior da faixa tolerada e da faixa ideal; 6. Verificação de alternativas: preenche os campos “Nº de strings” e “Nº módulos por string” e observe o campo “Verificação” à direita, que testa a alternativa contra as condições no quadro “Cálculo” A planilha está com os campos todos abertos para que você possa verificar e, se for necessário, modificar as fórmulas. Ela segue o nosso padrão de coloração: • Preencha campos em azul; • Campos cinza mostram resultados intermediários; • Campos verde mostram resultados principais.contra superaquecimento e contra uma potência de entrada excessiva. Nestes casos, o inversor reduz sua potência de saída; • Ele ainda supervisiona o circuito da entrada em relação à resistência de isolamento entre os polos e a terra. Em casos de falhas, ele se desliga e dispara um alarme; • O mesmo ocorre em casos de passagem de corrente contínua para a rede de corrente alternada (para inversores sem transformador interno, o tipo comum); • A partir de 2024 passa a ser obrigatória uma proteção contra arcos voltaicos (AFCI). Ela detecta de forma eletrônica arcos e abre o circuito em c.c.. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO Figura 1: O diagrama elétrico do sistema fotovoltaico conectado à rede MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 1.2. Funções opcionais Algumas funções são opcionais e incluídas conforme decisão do fabricante do inversor: • O monitoramento envia os dados de produção via internet para o servidor do fabricante. • Alguns inversores permitem conexão de sensores de irradiância, de temperatura ou medidores de energia com fins de enriquecer o monitoramento; • O inversor pode conter componentes elétricos como seccionadores, fusíveis ou dispositivos de proteção contra surtos. Estes componentes, alternativamente, seriam colocados em caixas separadas. 1.3. Tipologias de Inversores Há diferentes tipologias de inversores a respeito do melhor aproveitamento de cada módulo: inversores com várias entradas (multi-MPPT), micro inversores e inversores com otimizadores de potência. Estes conceitos serão abordados no capítulo 6, após discutir a conexão entre módulos e inversores e questões de sombreamento. 1.4. Normas para Inversores As características da conexão com a rede elétrica de distribuição foram definidas na norma ABNT NBR 16149:2013, e foram incluídas também nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST Módulo 3 e nas normas da maioria das concessionárias. A respectiva norma internacional é a IEC62109:2011. 2. As Características Elétricas 2.1. As Características da Entrada em c.c. A entrada do inversor recebe a energia gerada pelo arranjo fotovoltaico, em c.c., que é especificada pelas seguintes características: • Potência nominal Pnom e potência máxima Pmax • Corrente máxima Imax • Tensão máxima Vmax • Faixa de tensão permitida em operação: VPMP min e VPMP max • Tensão mínima para início do trabalho Vstart O arranjo fotovoltaico, que consiste numa conexão série-paralela de módulos, deve ser configurado da forma que não passe das características acima. Como isso é calculado aprenderemos no próximo capítulo. 2.2. As Características da Saída em c.a. A saída em corrente alternada é caracterizada pelas seguintes grandezas: • Potência nominal Pnom (igual à potência nominal de entrada) e potência máxima Pmax • Corrente máxima Imax • Tensão nominal e faixa de tensão • Quantidade de fases • Frequência nominal e faixa permitida A maioria dos inversores de baixa potência (até cerca de 5 kW) é oferecida com saída em 220 V monofásica. Estes inversores são conectados entre fase e neutro ou entre fase e fase, dependendo da tensão da rede local. Há poucos produtos com saída em 127 V. Figura 2: Instalação do inversor marca SMA durante o curso da Solarize http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 Verifique com os fabricantes quais inversores se adaptam a redes menos comuns no Brasil, com tensão em 115 V, 120 V, 208 V, 230 V e 254 V. Os inversores maiores apresentam saída trifásica com tensões variadas. Detalharemos este assunto no capítulo sobre a conexão elétrica. 2.3. A Proteção de Anti-Ilhamento Figura 3: Comportamento do inversor sob variações da frequência da rede. Fonte: NBR 16149 Inversores conectados à rede não devem trabalhar de forma ilhada, por duas razões: 1. Eles fornecem a cada instante a potência recebida, que oscila em decorrência das condições climáticas (ex. passagem de nuvens), sem poder garantir a potência suficiente para o funcionamento de qualquer carga; 2. A injeção de energia na rede desligada poderia expor ao risco de choque algum técnico que esteja fazendo manutenção da rede. O inversor deve operar normalmente na faixa de 80% ... 110% da tensão nominal da rede e desligar quando a tensão sair disso. A faixa permitida da frequência vai de 57,5 Hz até 62 Hz, sendo que o inversor deve reduzir a potência gradativamente acima de 60,5 Hz conforme gráfico da fig. 3. Após um desligamento por falhas na rede, o inversor volta a operar automaticamente sem intervenção manual, da mesma forma que ele “acorda” toda manhã com a primeira claridade. O tempo de religamento é definido pela concessionária local e publicada na norma dela e varia de 30 a 300 segundos. Somente inversores com bateria conseguem trabalhar de forma ilhada – veja capítulo 12. 2.4. A Eficiência do inversor Figura 4: Curva de eficiência de um inversor no software PV*SOL A eficiência do inversor é a relação entre a energia injetada na saída e a energia recebida na entrada. Ela depende das condições elétricas a cada instante (veja fig. 4). Além da eficiência máxima, a ficha técnica do inversor apresenta a “eficiência europeia”, um valor ponderado sobre a eficiência em diferentes faixas da potência do inversor que serve para comparar diferentes produtos. A eficiência efetiva pode ser estipulada usando programas que simulam o sistema fotovoltaico ao longo de um ano típico, em passos de hora ou de minuto, como PV*SOL ou PVSyst. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 3. Onde Instalar o Inversor Figura 5: Distâncias mínimas para refrigeração, conforme manual de instalação da PHB Inversores aquecem internamente e dissipam o calor por convecção natural ou usando coolers internos. Por facilitar isso, deve-se escolher um local de instalação arejado, sem poeira e sem incidência do sol. O manual de instalação de cada fabricante informa sobre distâncias mínimas ao redor do inversor (fig. 5). Muitos inversores permitem até instalação ao tempo, já que contam com um grau de proteção IP 65 ou superior, mas isso não é recomendado. O inversor é acessado somente em casos de manutenção, e ele deve estar fora do alcance de crianças, especialmente quando há fios expostos. No entanto, a norma da Aneel exige um fácil acesso para o comissionamento pelo técnico da concessionária. Facilitar o cabeamento c.c. e c.a. também é importante, já que o comprimento do fio determina a bitola dele. Para monitoramento é importante verificar o acesso à internet, por cabo ou Wifi. Não deixe de conversar com o futuro proprietário sobre o local da instalação, para evitar queixas sobre a estética. 4. Monitoramento Figura 6: Geração diária de um inversor (barras coloridas) comparadas com a meta calculado pela irradiância (triângulo) no sistema Solarize Os inversores atuais permitem acompanhar seu funcionamento pela internet. O proprietário deseja verificar a energia gerada ou mostrar a amigos sua nova aquisição. Além disso, ele precisa saber de defeitos muito antes de receber uma alta conta de energia. Já para o instalador, o monitoramento serve para averiguar se o sistema realmente está funcionando de forma satisfatória. Ele ainda pode detectar defeitos, planejar uma manutenção ou antecipar problemas remotamente e sem depender de uma irradiação forte durante uma eventual visita à instalação. O instalador usa os dados acumulados durante omês junto com a conta de energia para explicar ao cliente os fluxos da energia: este precisa aprender que a energia que é consumida na hora da geração não aparece na conta de energia, porque não passa pelo medidor (autoconsumo). Geralmente, os inversores enviam informações sobre a potência atual e sobre a energia acumulada ao longo do dia, mês e ano ao site do fabricante do equipamento. O acesso se dá via aplicativo, resumido e mais bonito, ou via site, com mais detalhes. Muitos sites ainda enviam avisos por e-mail quando o sistema está fora do ar ou apresenta defeitos. No entanto, não é simples verificar se um sistema está realmente funcionando bem. Afinal de contas, ele depende das condições climáticas que oscilam. Estratégias compreendem a comparação http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 4 – O INVERSOR FOTOVOLTAICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 entre inversores da mesma instalação, entre diferentes sistemas na mesma região (cuidado com microclima!), ou com sensores de irradiância. 5. Inversores Híbridos com Baterias Inversores com baterias (fig. 7) carregam e descarregam baterias em paralelo à injeção na rede ou à alimentação de cargas. Eles podem servir a três propósitos: 1. Backup solar: as baterias servem para alimentar cargas no caso de falhas na rede. Adicionalmente, o inversor pode acionar um gerador para recarregar as baterias; 2. Remuneração da energia gerada: a energia é armazenada na energia em horários de tarifa baixa e descarregada em horários com tarifa alta. 3. Gerenciar energia: as baterias podem amenizar picos de demanda (peak shaving), ou armazenar energia excedente num certo momento para limitar a energia injetada (redução da demanda de injeção; zero-grid); A primeira opção atende a um nicho de mercado crescente, já que segurança energética apresenta um valor alto para empresas e um conforto importante para residências. Os projetos combinam cálculos de sistemas autônomos (off- grid) e sistemas conectados à rede e requerem uma intervenção na instalação elétrica do cliente para criar uma rede emergencial. Em caso de ilhamento, o sistema precisa garantir a desconexão do gerador da rede. As outras opções são viáveis quando o custo da energia armazenada fica abaixo da economia alcançada com ela. No capítulo 12 analisaremos essa tendência de mercado que se tornou realidade em vários países. Figura 7: Um inversor híbrido e suas possíveis conexões Deseja aprender mais? O primeiro passo é o curso de projetos fotovoltaicos conectados à rede: projeto.solarize.com.br Em seguida, avance para o curso de sistemas híbridos: hibridos.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ http://projeto.solarize.com.br/ http://hibridos.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Nos capítulos anteriores abordamos características de sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFCR) e o passo-a-passo na elaboração de um projeto solar. Depois conhecemos os módulos fotovoltaicos e o inversor, componentes principais do nosso sistema. Chegou a hora de compreender como se configura um arranjo fotovoltaico com determinados módulos e o inversor escolhido e definir, chegando à conexão série-paralelo dos módulos. Uma planilha que efetua os cálculos apresentados neste capítulo está disponível na mesma página do manual. 2. Visão Geral Figura 1: O arranjo fotovoltaico é uma conexão série- paralela de módulos que precisa combinar com as características do inversor Costumo chamar a configuração entre módulos e inversor de “casamento”, já que ela deve funcionar por muitos anos, em dias de sol e de chuva, e em horas de calor e de frio. O casamento vai funcionar se os parâmetros elétricos de tensão, corrente e potência dos módulos e do inversor forem compatíveis, na conexão série-paralelo escolhida. Como a tensão do módulo depende da temperatura das células devemos levar ainda em consideração o local da instalação com suas condições climáticas, e a ventilação dos módulos na condição em que serão instalados (paralelo ao telhado ou em fileiras elevadas). 3. Temperaturas no Local da Instalação Figura 2: Curva característica V-P em diferentes temperaturas, gerada no software PV*SOL Aprendemos no capítulo 3 que a tensão produzida pelo módulo é fortemente afetada pela temperatura, com comportamento inverso: quanto maior o calor do módulo, menor é a tensão de saída. • A faixa de temperatura do módulo em operação determina a faixa de tensão na saída do módulo VPMP. A temperatura máxima do módulo Tcélula,máx determina a menor tensão de saída do módulo em operação VPMP,mín. A literatura recomenda usar um valor 30°C a 40°C acima da máxima ambiental do local, MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR https://www.solarize.com.br/site-content/11-blog/288-manual-de-energia-solar-288 MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 dependendo da ventilação dos módulos e da ocorrência de vento no local. • A temperatura mínima da célula em operação Tcélula,mín determina a tensão VPMP,máx. É a temperatura que o módulo alcança com um pouco de irradiação. • A terceira condição climática a ser considerada é a temperatura mínima do local da instalação Tambiente,mín. Ela causa a tensão máxima que o módulo produz, VOC,máx. O INPE oferece a busca por dados climáticos, mas geralmente prevalece o bom senso e a experiência na definição do trio das temperaturas. A tabela 1 lista valores que podem servir como referência. Tabela 1: Valores referenciais para a escolha das temperaturas características Fonte Tcélula,máx Tcélula,mín Tambiente,mín Alemanha 70°C 15°C -10°C Sistema Solarize (Rio de Janeiro – RJ) 75°C 25°C +10°C 4. Dados Características do Módulo Para efetuar o cálculo, buscamos os seguintes dados na ficha técnica do módulo: • Potência nominal Pmód,nom; • Corrente de curto circuito Imód,SC; • Tensão PMP nominal Vmód,PMP; • Tensão em circuito aberto Vmód,OC; • Coeficiente da variação da tensão com a temperatura CoefV, comumente informado em % / °C ou % / K (observação: 1 K = 1 °C). Em seguida calculamos as tensões derivadas das temperaturas no local da instalação. As tensões informadas na ficha técnica foram medidas nas condições STC, sob 25°C (veja capítulo 3). A seguinte fórmula aplica o coeficiente da variação da tensão e a diferença da temperatura: Os valores derivados são: • Tensão máxima e circuito aberto Vmód,OC,máx • Tensão mínima e máxima em operação Vmód,PMP,mín e Vmód,MP,máx (obs.: usando a fórmula chegamos a um valor aproximado para Vmód,PMP, já que o valor exato pode ser determinado somente com um software de simulação). 5. Dados Características do Inversor Na ficha técnica do inversor escolhido buscamos os seguintes dados: • Potência nominal Pinv,nom; • Potência máxima Pinv,máx; • Corrente máxima Iinv,máx; • Corrente máxima tolerada Iinv,máx, SC; • Tensão máxima Vinv,máx; • Faixa de tensão de operação Vinv,PMP,mín e Vinv,PMP,máx. O objetivo é calcular a combinação entre os módulos e o inversor, portanto devemos buscar os valores da entrada do inversor, em c.c.. No entanto, a potência nominal pode ser informada na seção c.c. ou c.a., dependendo do fabricante. 6. O Cálculo do Arranjo Fotovoltaico Figura 3: O layout do arranjo fotovoltaico é determinado respeitando os limites do inversor Depois de colher as informações básicaspodemos agora mapear as características elétricas dos módulos com as do inversor escolhido. Objetivo é definir o arranjo fotovoltaico, que é a associação de n séries fotovoltaicas (usamos a seguir o nome inglês, http://www.solarize.com.br/ https://materiais.solarize.com.br/manual-de-energia-solar-tecnologia-fotovoltaica-e-modulos MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 string) em paralelo, cada com m módulos conectados em série (figura 3). Importante: O arranjo precisa ser homogêneo, usando somente um modelo de módulo e o mesmo número de módulos em todos os strings. Casos onde isto não é possível serão analisados no próximo capítulo, que tratará também de sombreamento parcial. Pelas leis ôhmicas, a tensão resultante de cada string é o produto do número de módulos m com a tensão de cada módulo. A corrente resultante do arranjo é o produto do número de strings n com a corrente de cada string. O mapeamento é feito por condições independentes que, depois, são reunidas. (A) Número máximo de módulos por string, pela tensão máxima do inversor A primeira condição calcula o número máximo de módulos m por string que podemos conectar em série, respeitando a limitação do inversor. O número máximo de módulos por string mmáx é igual à tensão máxima da entrada do inversor Vinv,máx, dividida pela tensão máxima do módulo em circuito aberto Vmod,OC,máx. (B) Número máximo de módulos por string, pela tensão de operação A segunda condição calcula, quantos módulos podemos conectar em série, considerando agora o limite de tensão de operação do inversor: Esta condição é calculada independentemente de (A), mas como resultado deve valer o menor número dos dois, ainda arredondado para baixo. (C) Número mínimo de módulos por string, pela tensão de operação O inversor exige um número mínimo de módulos para trabalhar, que é calculado dividindo a tensão mínima do inversor pela tensão mínima do módulo, ambos em condição de operação: O número resultante deve ser arredondado para cima. (D) Número máximo de strings O número máximo de strings conectados em paralelo é calculada dividindo a corrente máxima de entrada do inversor pela corrente gerada pelos módulos em condições padrão: (E) Número tolerado de strings Nos últimos anos, a corrente gerada pelos módulos cresceu numa velocidade que a engenharia dos inversores não conseguiu acompanhar devido ao ciclo maior de desenvolvimento. Desta forma, ficou comum conectar módulos ao inversor com uma corrente levemente acima do limite. Muitos fabricantes de inversores se adaptaram à nova realidade informando uma corrente máxima tolerada ou então a corrente máxima de curto-circuito, que representa o limite de corrente que pode ser conectada ao inversor sem que ele apresente defeito. Usando a mesma fórmula de cima, aplicando o limite tolerado chegamos ao número de strings tolerados: http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 No entanto, toda corrente superior à corrente máxima será descartada, similar ao que acontece no efeito de clipping (veja Fator de Dimensionamento a seguir). (F) Potência máxima O fabricante indica a potência máxima do arranjo fotovoltaico na ficha técnica, que determina número máximo total de módulos que devem ser conectados: A potência máxima é correlacionada ao fator de dimensionamento, que discutiremos em seguida, e não representa uma restrição crítica. (G) Fator de Dimensionamento O Fator de Dimensionamento expressa a relação da potência entre o arranjo fotovoltaico e o inversor e costuma ser informado em porcento. É comum superdimensionar o arranjo, já que a potência nominal dos módulos raramente é alcançada em clima tropical. Um FDI entre 100% e 120% é considerado conservador. Um FDI mais alto traz a vantagem de reduzir o investimento, mas acarreta um corte de produção em horas de alta irradiância. A figura 4 mostra este efeito: o sistema com FDI de 158% (linha azul) perde energia quando a potência máxima do inversor é alcançada. Já o sistema com FDI de 119% raramente alcança a potência máxima. Por outro lado, o sistema com alto FDI consegue gerar energia em horas e dias de menor irradiação: na figura 4, são as horas durante a manhã e à tarde. Leia mais na nossa matéria sobrecarregamento.solarize.com.br e assista aos webinares disponíveis no site. Um FDI abaixo de 100% é aceitável quando não se encontra um inversor menor com potência adequada, algo frequente em sistemas muito pequenos. 7. Verificação de Alternativas Depois de calcular as condições, podemos verificar alternativas do layout elétrico. Vamos usar um exemplo resumido para compreender este procedimento: • Pretendemos montar um sistema de 12 kWp, usando 24 módulos de 500 Wp de um determinado modelo; • Um inversor de 10 kW seria adequado, levando em consideração um FDI de 120%; • Usamos as fichas técnicas do módulo e do inversor para levantar os dados listados acima e calcular das condições listadas acima; • Com 24 módulos temos as seguintes alternativas de layout: 3 strings de 8 módulos, 4 strings de 6 módulos ou 2 strings de 12 módulos; • Testamos as alternativas contra as fórmulas apresentadas acima para determinar quais delas são permitidas. • Em termos elétricos, é favorável aumentar o número de módulos por string para manter a corrente baixa. No entanto pode haver outros critérios da execução que nos levam a priorizar uma alternativa diferente. Se nenhuma das alternativas for viável, então é necessário mudar a escolha do equipamento e Figura 4: Comparação entre um sistema com FDI de 119% (linha amarela) com um de 158% (linha azul), simulado no software PV*SOL http://www.solarize.com.br/ http://sobrecarregamento.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 5 – CONFIGURAÇÃO DO ARRANJO FOTOVOLTAICO COM O INVERSOR © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 refazer o cálculo. Isso ocorre com certa frequência com inversores que apresentam uma faixa estreita de tensão. Se um determinado inversor, por exemplo, permitir somente 19 ou 20 módulos por string, então o número total de módulos deve ser divisível por 19 ou 20, e a área de montagem deve permitir a fixação deste número de módulos. 8. Uso da Planilha Disponibilizamos no nosso site uma planilha (figura 5, acesse aqui) que efetua os cálculos apresentados neste capítulo e que contém um exemplo completo. A planilha serve para configurar projetos reais, ela não é meramente didática. Ela deve ser preenchida na seguinte sequência: 1. Local da instalação: temperaturas máximas e mínimas; 2. Dados do módulo: preencha os campos em azul. Os campos em cinza apresentam resultados intermediários e os em verde, resultados finais; 3. Dados do inversor: procure os dados na ficha técnica; 4. Após preencher os dados acima, o quadro “Cálculo” já apresenta as condições de mapeamento, com números mínimos e máximos de módulos e strings; 5. Fator de dimensionamento: informe aqui o limite inferior e superior da faixa tolerada e da faixa ideal; 6. Verificação de alternativas: preenche os campos “Nº de strings” e “Nº módulos por string” e observe o campo “Verificação” à direita, que testa a alternativa contra as condições no quadro “Cálculo” A planilha está com os campos todos abertos para que você possa verificar e, se for necessário, modificar as fórmulas. Ela segue o nosso padrão de coloração: • Preencha campos em azul; • Campos cinza mostram resultados intermediários; • Campos verde mostram resultados principais.9. Outros tipos de inversores Apresentamos o cálculo para a tipologia chamada de “inversor string”, com apenas uma entrada. Há outras opções, cuja discussão detalhada extrapola o espaço do capítulo: • Inversores múlti-MPPT oferecem mais do que uma entrada, cada uma com seu seguidor de ponto de máxima potência SPMP (inglês MPPT). Neste caso, o cálculo deve ser repetido para cada entrada separadamente, cujas características podem ser diferentes, e também para o inversor como um todo; • A configuração de Micro inversores, que atendem de um a quatro módulos, usa os mesmos cálculos apresentados acima; • Para sistemas com otimizadores de potência é necessário efetuar o cálculo para cada otimizador separadamente. Além disso, há regras para o número de otimizadores que podem ser conectados a cada entrada do inversor. Consulte a documentação do fabricante. Figura 5: A planilha de configuração Deseja aprender mais? No curso de projetos fotovoltaicos conectados à rede abordamos todas as tecnologias com planilhas avançadas: projeto.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/site-content/11-blog/288-manual-de-energia-solar-288 http://projeto.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Visão Geral Figura 2: Exemplo de sistema fotovoltaico com sombreamento pela árvore numa manhã de inverno, modelado no software PV*SOL premium Descasamento (inglês “mismatch”) ocorre quando as características elétricas de módulos interconectados não são iguais. Possíveis causas são • Defeitos técnicos; • Diferentes modelos; • Insolação diferente devido a sombreamento parcial (veja figura 1) ou instalação em planos divergentes (consulte capítulo 3). 2. O Efeito Elétrico do Descasamento Frequentemente se escuta que um módulo sombreado inibe a série inteira de módulos (string) de gerar energia, em analogia ao caso de um rádio com pilhas, das quais uma está esgotada. Essa comparação é simplista demais – no nosso caso precisamos analisar a curva característica do string. Vamos aproveitar o exemplo da figura 1: do string que ocupa a metade da esquerda do telhado, quatro módulos recebem pleno sol e os outros têm algum sombreamento (o software informa valores entre 2% e 8%). A figura 2 retrata a curva característica do string no exato instante daquela imagem. • A curva azul (corrente versus tensão) evidencia que apenas parte dos módulos consegue gerar a corrente total de aprox. 2,7 A, enquanto o restante é limitado a uma corrente de 0,8 A; • A curva preta (potência versus tensão) apresenta dois máximos locais, um com um pouco mais de 500 W e o outro pouco acima de 300 W. • Se o inversor conectado ao string encontrar o ponto PMP1, então ele vai fornecer 500 W. Dependendo das condições, ele pode encontrar somente PMP2 e permanecer na geração de 300 W. Ambos os pontos não aproveitam a potência dos módulos por completo (veremos alternativas mais adiante). Já a figura 3 mostra a curva característica duas horas depois, quando todos os módulos se encontram sob pleno sol. As duas curvas são uniformes com somente um ponto de máxima potência, com mais de 2000 W. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 6 – SOMBREAMENTO E OUTRAS FORMAS DE DESCASAMENTO Figura 1:Curvas características geradas no software PV*SOL para a situação da figura 1, com sombreamento MANUAL DE ENERGIA SOLAR 6 – SOMBREAMENTO E OUTRAS FORMAS DE DESCASAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 3. Diodos de Desvio O descasamento não somente causa perdas, ele também pode danificar módulos, devido à conexão em série das células: quando todas as células recebem a mesma radiação, elas produzem a mesma corrente. No momento em que uma célula é sombreada, ela deixa de produzir e vira resistência por onde passa a corrente gerada pelas outras células. Em consequência, a célula aquece (efeito hot spot). Sem proteção, este aquecimento poderia até derreter a célula. Por isso, os módulos contam com diodos de desvio (by-pass), que conduzem a corrente reversa, tirando as células inoperantes do circuito. Normalmente, há três diodos de desvio por módulo, cada um protegendo duas fileiras do módulo. Em módulos Half-cell (veja cap. 3), a perda por sombreamento é reduzida, porque as células na metade superior são conectadas em paralelo às células na metade inferior. 4. Sombreamento Vamos analisar o grande vilão, o sombreamento, começando pelo percurso do sol. 4.1. Geometria solar A figura 4 mostra o percurso do sol para a latitude do Rio de Janeiro: • Durante o inverno, o sol nasce no Nordeste, passa pelo Norte, e se põe no Noroeste; • No verão, o percurso começa no Sudeste e termina no Sudoeste. O ápice chega ao zênite no solstício do verão (dia 21 de dezembro); • Ao longo do ano, o sol faz um percurso entre os dois apresentados na figura. Em latitudes menores (locais mais próximos ao equador), a altura do sol no inverno é maior e o sol do verão passa mais ao sul. Já em latitudes maiores, o sol do meio-dia fica mais baixo e mais ao norte, com uma variação maior entre nascer e pôr do sol. 4.2. Sombra Distante Figura 5: Sombreamento pelo horizonte no diagrama e na modelagem 3D no software PV*SOL premium Objetos distantes da nossa planta solar afetam todos os módulos da mesma forma, num efeito liga/desliga. Eles são modelados como horizonte (figura 5). Um meio simples para analisar o horizonte é o aplicativo Sun Surveyor para smartfones que projeta a curva solar na imagem captada pela câmera. Publicamos um manual de uso do aplicativo no site. Figura 3: O percurso solar nas estações do ano. Fonte: pacearquitetura.ning.com Figura 4:Curvas características sem sombreamento http://www.solarize.com.br/ http://www.pvsol.com.br/ https://www.solarize.com.br/site_content/17-base-de-conhecimento/118-analise-do-sombreamento-com-o-aplicativo-sun-surveyor https://www.solarize.com.br/site_content/17-base-de-conhecimento/118-analise-do-sombreamento-com-o-aplicativo-sun-surveyor MANUAL DE ENERGIA SOLAR 6 – SOMBREAMENTO E OUTRAS FORMAS DE DESCASAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 4.3. Sombreamento próximo Figura 6: Sombreamento pela antena parabólica Objetos próximos ao nosso arranjo fotovoltaico causam sombra que afeta parte dos módulos e se “movimenta” pelos módulos conforme percurso solar diário e anual: • A sombra visível na figura 1 ocorre no dia 21/06 às 9hs. Durante o verão, a casa deste exemplo fica fora da sombra da árvore; • Em contrapartida ocorre sombreamento pela antena parabólica durante os meses do verão (figura 6). 4.4. Análise da Situação Figura 7: Frequência de sombreamento ao longo do ano (visualização PV*SOL premium) A visualização da sombra (figuras 1 e 6) ajuda a compreender causas do sombreamento, mas retrata apenas certos instantes. O cálculo do percentual das horas com sombra ao longo do ano (figura 7) é uma informação mais rica e ajuda ao projetista tomar decisões sobre a colocação dos módulos: • Neste exemplo, percebemos um alto percentual próximo à antena, indicando que deveríamos afastar os módulos dela (ou então remover a antena para outro lugar); • Na sombra da árvore há outros valores elevados. Estes seriam os primeiros módulos a serem retirados se uma potência reduzida fosse suficiente para o cliente. 5. Como Otimizar um Sistema com Descasamento O projetista deve reduzir as perdas por descasamento, pela seleção do módulo apropriado, a melhor colocação dos módulos, a devida escolha da tecnologia do inversor e aadequada interligação do arranjo. 5.1. Inversor String ou Multi-MPPT O inversor string recebe a energia de uma grande quantidade de módulos em cada entrada dele (chamado de SPMP ou MPPT, veja capítulos 4 e 5) e exige mais homogeneidade no subarranjo que é conectado a uma entrada: Use o mesmo modelo de módulos, todos com a mesma orientação geográfica e com a mesma inclinação. No entanto é possível dividir o arranjo e conectar partes com características diferentes em entradas MPPT separadas. No nosso exemplo é recomendável escolher um inversor com duas entradas, no mínimo, e separar os módulos do lado esquerdo, sombreados pela árvore, dos da direita, sombreados pela antena. Além disso, deve-se escolher um inversor com otimização de sombreamento. Essa função percorre a curva característica (figura 2) de tempos em tempos com objetivo de identificar o maior PMP existente (ex. SMA Shade Fix). http://www.solarize.com.br/ http://www.pvsol.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 6 – SOMBREAMENTO E OUTRAS FORMAS DE DESCASAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 5.2. Micro Inversores A figura 8 mostra o monitoramento de uma instalação com micro inversores, com a foto real à direita. Os números no gráfico à esquerda, e as barras cor laranja representam a energia gerada naquele instante. É visível que os módulos da fileira inferior sofrem com o sombreamento pela platibanda, especialmente os centrais, onde a platibanda é mais alta (o monitoramento retrata um momento de manhã cedo, diferente da hora quando a foto foi tirada). Neste caso real, os micro inversores foram vantajosos também para aproveitar o telhado ao máximo: instalamos módulos pequenos na fila inferior, maiores na superior e ainda dois adicionais na água oposta, não visível na foto. Micro inversores aumentam ainda a segurança da instalação, por terem cabos c.c. curtos e em baixíssima tensão. 5.3. Inversores com Otimizadores de Potência O inversor fotovoltaico é feito de dois componentes principais: os Seguidores do Ponto de Máxima Potência (SPMP, inglês Maximum Power Point Tracker MPPT) e o inversor propriamente dito. No conceito de otimizadores de potência, esses componentes são separados (figura 9): • O otimizador de potência, que contém o SPMP se torna individual para cada módulo, da forma que ele consegue extrair a maior potência a cada instante. Ele é fixado numa caixinha junto ao módulo; • O inversor efetua somente a conversão de c.c. para c.a. e atende a vários otimizadores. Este conceito traz as mesmas vantagens do micro inversor em termos de melhor aproveitamento energético de cada módulo e monitoramento. Ele ainda ganha nos quesitos de manutenção, por concentrar o inversor num aparelho instalado em local abrigado e acessível, e na escalabilidade da solução. Otimizadores de potência são uma solução em instalações onde há a exigência de desenergizar o cabo em c.c. em caso de emergência: dependendo do modelo, os otimizadores desligam sua saída quando o inversor é desconectado da rede. Figura 8: Monitoramento de sistema com micro inversores Figura 9: Diagrama do inversor com otimizadores Deseja conhecer mais? Assista à gravação da série de webinares sobre sombreamento disponível gratuitamente no nosso site. http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/component/search/?searchword=webinar%20sombreamento&searchphrase=all&areas%5b0%5d=content https://www.solarize.com.br/component/search/?searchword=webinar%20sombreamento&searchphrase=all&areas%5b0%5d=content © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Nos capítulos anteriores aprendemos como o projeto de um sistema solar conectado à rede é elaborado, e como são configurados os principais componentes, módulos e inversores. O presente capítulo trata do projeto elétrico, dividido em duas partes: o lado da corrente contínua, entre módulos e inversores, e o lado da corrente alternada, na conexão do inversor à rede predial e da concessionária. Em função da profundidade do tema e do espaço restrito aqui, recomendamos ao leitor acrescentar estudos de normas e literatura e capacitar-se num curso profissional para complementar o conhecimento: entre no nosso site solarize.com.br – estamos sempre com turmas abertas. 2. Conexão entre Gerador e Inversor em c.c. A figura 1 apresenta o exemplo de um projeto de sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR). Este diagrama serve como guia para o presente capítulo. Iniciaremos a descrição com o lado da corrente contínua, entre os módulos e o inversor, lembrando que as características dos módulos e a configuração dos módulos em séries fotovoltaicas (usaremos em seguida o termo inglês string) já foram abordadas em capítulos anteriores. A norma que regulamenta o projeto é a ABNT NBR 16690 – Instalações Elétricas de Arranjos Fotovoltaicas. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO Figura 1: Diagrama exemplar de um projeto fotovoltaico conectado à rede. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 2.1. Conectores Fotovoltaicos Módulos para sistemas conectados à rede já são equipados com conectores específicos para este fim. O modelo mais comum é chamado de MC4 (figura 2). Os conectores foram projetados para conduzir a corrente durante muitos anos nas condições encontradas embaixo dos módulos (calor e chuva). Eles são polarizados e evitam acidente com curto circuito durante a instalação. Invista em alta qualidade, visto que conectores são uma fonte frequente de falhas! 2.2. Cabo do String A figura 3 mostra a ligação de um string: os módulos são interconectados em série, usando diretamente os próprios conectores pré- montados nos cabos dos módulos (representado pelas caixinhas verdes na figura; a norma proposta exige que os conectores interligados sejam do mesmo fabricante). Dois fios distintos levam o polo negativo e o positivo à caixa de junção – eles formam o cabo do string. Por serem expostos a intempéries e altas temperaturas, estes fios devem atender à norma ABNT NBR 16612:2017 (Cabos de potência para instalações fotovoltaicas). É importante evitar laços na fiação que possam aumentar a tensão induzida por uma descarga atmosférica próxima ao sistema. Por isso, o fio conectado ao último módulo percorre todo o arranjo paralelamente aos fios dos módulos (na figura, é o fio negativo). Observe que o cabo do string está energizado sempre que há incidência de luz nos módulos. Este fato implica em cuidados especiais durante a instalação e manutenção que serão abordados no capítulo 9. 2.3. Fusíveis Os fusíveis protegem os módulos do string, ao qual estão conectados, contra uma possível corrente reversa gerada pelos strings conectados em paralelo. Esta situação pode ocorrer no caso de um curto-circuito entre o polo positivo e o negativo em algum ponto deste string. A consequência seria o aquecimento e potencial derretimento das células que recebem a corrente reversa. Os fusíveis devem ser específicos para sistemas fotovoltaicos, tipo gPV conforme norma IEC 60269-6. A corrente nominal é indicada pelo fabricante do módulo – usar fusíveis com amperagem inferior não é recomendado, porque causaria perdas em momentos de alta irradiância! Figura 2: Conectores fotovoltaicos tipo MC4, com crimpagem (acima) ou sem crimpagem (abaixo, marca Weidmüller PV-Stick) Figura 3: Cabeamento do string sem laço para redução de indução de surtoshttp://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 Geralmente, fusíveis são necessários em arranjos com três ou mais strings em paralelo. Para entender isso, vamos ver um exemplo ilustrativo, usando valores comuns de módulos de 60 células. Considere a seguinte situação: • Corrente de curto circuito do módulo, conforme ficha técnica do módulo Imód,SC = 13 A; • Corrente reversa máxima do módulo Imód reversa max = 20 A; • Três strings conectados em paralelo; • No caso de curto-circuito em um dos strings, a corrente gerada nos outros dois strings é igual a I = 2 x 13 A = 26 A. Esta corrente é superior à corrente reversa permitida de 20 A, o que indica a necessidade dos fusíveis. Diodos de bloqueio e disjuntores, que poderiam ser meios alternativos de proteção, não se mostraram confiáveis na prática. 2.4. Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) O dispositivo de proteção contra surtos (DPS) protege o inversor contra surtos ou descargas atmosféricas provindo do circuito fotovoltaico e evita que estes surtos sejam propagados à instalação predial por indução. O DPS deve ser do tipo fotovoltaico conforme norma EN 50539-11 (exemplo na figura 4). A tensão nominal do DPS deve ser superior à tensão máxima do string em circuito aberto (Vmód,OC,máx, veja capítulo 5). Quanto menor a diferença entre a tensão nominal do DPS e a do string, melhor será a proteção – o mercado oferece tensões na faixa de 600 V, 1000 V e 1500 V. 2.5. Dispositivo Interruptor- Seccionador O dispositivo interruptor-seccionador deve ser capaz de abrir o circuito sob plena carga na máxima corrente de falta (manobra de interrupção) e manter o circuito aberto de forma segura (seccionamento). Recomenda-se usar um dispositivo com capacidade de abertura de uma corrente 25% acima da corrente de curto-circuito do string. Ele precisa ser aprovado pelo fabricante para operar em corrente contínua – jamais use componentes de corrente alternada! Verifique especificações adicionais na norma NBR 16690. 2.6. Cabo do Arranjo Fotovoltaico Figura 3: Opções de isolamento para o cabo em corrente contínua (NBR 16690) O cabo do arranjo fotovoltaico interliga a caixa de junção ao inversor. Por ser abrigado, ele não precisa ser um cabo fotovoltaico. No entanto, a norma 16690 exige duplo isolamento para cada polo (figura 5). A boa prática recomenda que a bitola dos fios em corrente contínua nunca seja inferior à dos módulos (usualmente cobre de 4 mm²) e que ela seja calculada para que a perda de potência seja inferior à 1% da potência nominal do lado da c.c. Na página do manual de energia solar disponibilizamos uma planilha que calcula a bitola e a perda associada. Figura 2: DPS fotovoltaico da marca DEHN http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/site-content/11-blog/288-manual-de-energia-solar-288 MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 2.7. Caixa de Junção e Localização dos Componentes Lembrando que o diagrama da figura 1 é exemplar, cabe ao projetista avaliar variantes dele e especificar o local da instalação de cada componente: • A caixa de junção (normalmente se usa o termo inglês stringbox), costuma ser instalada do lado do inversor, o que facilita a verificação e manutenção; • Outra possibilidade é instalar o stringbox ou um stringbox adicional próximo aos módulos. Vantagem é a unificação dos cabos dos strings e uma melhor proteção da rede predial contra surtos; • A norma exige DPS adicionais, caso o cabo em c.c. tenha mais que 50m. Alguns inversores são produzidos com dispositivos embutidos, o que dispensa a duplicação deles dentro do stringbox ou com espaço previsto dentro do involucre do inversor. 2.8. Separação entre Corrente Contínua e Corrente Alternada As normas NBR 5410 e NBR 16690 exigem que circuitos em corrente contínua e alternada devem ser separados. É ainda altamente recomendável sinalizar dutos e caixas de passagem de corrente contínua para evitar que algum técnico não capacitado os acesse e cause um acidente (veja sugestão na NBR 16690). 3. Conexão do Inversor à Rede Predial em c.a. A conexão do inversor à rede predial, a princípio, apresenta poucos detalhes que diferem de uma instalação comum. No entanto, ela representa uma modificação do projeto original do local da instalação e requer uma reconsideração das premissas consideradas durante a elaboração daquele projeto. Isto vale especialmente para locais de afluência de público (NBR 13570) ou com ambiente classificado. O projeto de energia solar deve ser elaborado seguindo todos os conceitos da engenharia. Seguimos com a descrição dos elementos apresentados na figura 1, agora do lado da corrente alternada. 3.1. Caixa de Proteção A caixa de proteção contém um disjuntor, dimensionado de acordo com a corrente máxima de saída do inversor, e um DPS que protege o inversor contra surtos vindo da rede predial. 3.2. Quadro de Distribuição No quadro onde ocorre a conexão do inversor à rede predial é acrescentado um disjuntor que desarma em casos de curto-circuito no inversor ou no cabo que leva a ele. A saída deste disjuntor é conectada ao barramento do quadro, por onde ele descarrega a energia gerada, alimentando as outras cargas. Em certos momentos, a geração pode superar o consumo destas cargas e o fluxo de energia no quadro inteiro pode ser invertido e até chegar a injetar energia na rede da concessionária, como vimos no primeiro capítulo. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 3.3. Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) O DPS do quadro geral protege toda a rede predial contra surtos ou descargas atmosféricas entrando pela rede da concessionária e pode tornar dispensável um DPS específico do inversor. 3.4. Dispositivo Residual (DR) Os módulos fotovoltaicos apresentam um efeito capacitivo que aparenta ser uma fuga de corrente na amplitude de 10 mA por cada kWp de potência instalada (norma IEC 62109-2). Dispositivos Residuais (DR) instalados para proteger pessoas em caso de choque elétrico devem ter sensibilidade de 30 mA e podem desarmar, caso instalado no circuito do sistema solar, mesmo sem falha técnica. O circuito do inversor, neste caso, deve ser conectado separadamente dos outros circuitos protegidos por DR, e pode receber um DR com sensibilidade de 300 mA, que atua em casos de fuga decorrente de incêndio (IEC 62109-2). 3.5. Cabo em corrente alternada O cabo em corrente alternada e os dutos devem ser dimensionados conforme NBR 5410. Boa prática é prever uma perda de potência abaixo de 1% relativo à potência nominal. 3.6. Balanceamento das fases A maioria dos inversores pequenos (até 5 .. 6 kW) tem saída monofásica em 220 V, com conexão entre fase e neutro ou entre duas fases, dependendo da rede local (veja exemplos na figura 6). Não há necessidade de gerar energia em todas as fases da rede predial. No caso da instalação com mais de um inversor, faz-se um balanceamento das fases, observando os limites impostos pela concessionária. Os inversores se ajustam automaticamente à sequência das fases. Inversores de potência maior são trifásicos e precisam de um transformador, caso a tensão de saída seja diferente da tensão da rede. 3.7. Aterramento O sistema solar necessita de um aterramento sólido. Ele serve como referência para o inversor, é conectado aos DPS e é usado para aterrar a estrutura e as molduras dos módulos. Em muitos locais é necessário reforçar o aterramento presente. Ele deve ser interligado com o existenteno barramento PEN. Somente em esquemas TT é admitido ter-se aterramentos separados para alimentação e equi- potencialização. Figura 4: Exemplos de conexão de inversores à rede e balanceamento das fases http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 7 – O PROJETO ELÉTRICO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 6 4. O Padrão de Entrada O padrão de entrada é definido pela concessionária local, que publica também uma norma para conexão de sistemas de geração distribuída à rede dela com base na Regulamentação Normativa da Aneel 1000/2021 e no Módulo 3 do PRODIST. A concessionária não pode exigir uma atualização do padrão de entrada por causa da solicitação de conexão do sistema solar, a não ser que o padrão existente esteja fora dos padrões da época da conexão original da unidade ou que não seja possível substituir o medidor atual pelo modelo bidirecional. Este item merece avaliação criteriosa, já que a atualização do padrão de conexão pode ser custosa. Na microgeração, a concessionária não pode cobrar pela troca do medidor. Na minigeração, ela cobra o valor e pode ainda exigir obras na rede dela, caso necessário. 5. Proteção contra Raios e Surtos Um estudo de uma seguradora alemã aponta que 28% dos danos em plantas solares são causadas por raios ou surtos. Considerando que a incidência de raios no Brasil supera a da Alemanha em grande parte do seu território (figura 7), podemos constatar que o tema extremamente relevante. Nosso sistema deve ser protegido tanto por raios e surtos entrando pelo arranjo fotovoltaico quanto pela rede da concessionária. A especificação depende da existência ou não de um Sistema de Proteção contra Raios e Surtos (SPDA) e da distância mantida dele. A abordagem excede o espaço disponível aqui. Acesse uma apresentação a respeito na página do manual de energia solar. Figura 5: Densidade de raios nas regiões do Brasil, comparado com a Alemanha http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/site-content/11-blog/288-manual-de-energia-solar-288 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Agora entraremos em questões mecânicas e estruturais: como fixar os módulos em estruturas de base de forma segura e durável. A discussão evidencia o fato de que o projeto fotovoltaico é multidisciplinar, requerendo conhecimento de várias áreas. Vale ressaltar que o trabalho na cobertura é tão importante quanto a instalação elétrica do projeto, porém exige muito mais do instalador por causa do desconforto de trabalhar sob o sol, do perigo de trabalhar em altura, e por causa do risco de infiltração com possíveis danos de alto prejuízo. Por isso é frequente contratar especialistas de telhado para as equipes de instalação. 2. Estruturas de Base Já aprendemos que as células fotovoltaicas perdem eficiência com o aumento da temperatura (veja terceiro capítulo). Por isso é fundamental que os módulos possam dissipar o calor não somente pela frente, mas também por trás. Em consequência, os módulos nunca são colocados diretamente sobre telhas, mas sempre sobre uma estrutura que garanta a circulação do ar por baixo dos módulos, diferente de coletores para aquecimento solar. Os princípios para escolher a correta base de fixação são os seguintes: • Local da instalação: telhado inclinado, laje, solo ou fachada; • Forma da fixação, que o local permite; • Resistência estrutural da cobertura onde os módulos serão instalados • Montagem fixa ou com seguidor do sol; • Especificações do fabricante dos módulos. Em seguida mostraremos várias tipologias. 3. Telhado inclinado A instalação de módulos em telhados inclinados ocorre paralela à cobertura. Procuramos a melhor face em relação à irradiação e ao sombreamento, respeitando preferências estéticas e funcionais do telhado. A instalação paralela ao telhado é leve, simples de executar e causa pouca carga de vento. Essas vantagens, junto à queda de preço dos módulos, fazem com que, hoje em dia, raramente se corrija uma orientação ou inclinação desfavorável da cobertura. As condições encontradas são simplesmente avaliadas num software fotovoltaico. Caso necessário, aumenta-se a potência do gerador. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE Figura 1: Montagem de sistema solar em laje MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 3.1. Telhado de barro Em telhado de barro, a estrutura é fixada no madeiramento do telhado (figura 2): • Ganchos são fixados nos caibros, da forma que eles passem entre uma telha e outra. Ajustes laterais e de altura permitem a adequação da estrutura ao telhado; • Na parte superior do gancho entra o trilho. Aqui também há ajustes para adequar a distância dos trilhos à especificação dos módulos (veja a seguir); • Os grampos seguram o módulo no trilho: o grampo terminal é usado no início e no final de cada fileira, e o grampo intermediário, entre os módulos. O maior desafio na fixação em telhados de barro é a falta de padronização: o formato das telhas varia muito, o que dificulta não somente a instalação, mas também a reposição de telhas quebradas. 3.2. Telhado ondulado (fibrocimento) Figura 3: Fixação com parafuso prisioneiro em telhado ondulado. Fonte: Solar Group Em telhado ondulado usam-se parafusos prisioneiros que atravessam as telhas e que são fixados na estrutura do telhado (figura 3). Os parafusos são oferecidos com diferentes tipos de roscas e pontas na parte inferior, para base de madeira e metal. O comprimento dos parafusos varia também e deve ser escolhido conforme a altura da ondulação das telhas. Na parte superior da rosca é fixado um adaptador fazendo a conexão com o trilho, que é o mesmo da telha de barro. Aliás, o sistema de parafusos pode ser aplicado também em telhados de barro. Figura 4: Fixação com mini trilho em telhado ondulado. Fonte: Solar Group Uma solução nova são mini trilhos, aparafusados na estrutura do telhado abaixo das telhas (fig. 4). É comum que a subestrutura do telhado precisa ser reforçada nas distâncias das fixações. Figura 2: Componentes da estrutura de base para telhado de barro http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 3.3. Telhado metálico Figura 5: Mini trilhos em telhado metálico trapezoidal, prontos para receberem os módulos. Fonte: TRITEC No caso de coberturas metálicas, a estrutura é fixada diretamente na telha. A estrutura mais comum consiste em mini trilhos, presos por parafusos ou rebites (exemplo na figura 5). A baixa inclinação deste tipo de telhado compromete a autolimpeza dos módulos que deve ser considerada no plano de manutenção. 4. Laje Figura 6: Base para laje com dormentes de concreto como lastro. Fonte: Solar Group A instalação em laje requer uma base elevada. Como não é aconselhável perfurar a laje, usam-se lastros como ancoragem contra a força do vento em formato de dormentes ou bloquetes (fig. 6). Até poucos anos atrás, a inclinação e a orientação eram determinadas otimizando a geração de energia por cada módulo. Este conceito mudou na decorrência da redução do preço dos módulos. Hoje, a inclinação costuma variar entre 10° e 15°, minimizando assim a carga de vento sem abrir mão da autolimpeza. Seguindo o mesmo princípio, atualmente as fileirassão alinhadas com a laje, simplificando projeto e instalação e aproveitando melhor o espaço disponível. 4.1. Distância entre Fileiras Figura 7:Índice de sombreamento em módulos num projeto em laje, causado pela platibanda e pelas outras fileiras. Cálculo no software PV*SOL. A distância entre as fileiras deve respeitar dois quesitos: (1) A movimentação dos técnicos durante a instalação e manutenção (mín. 50 cm). (2) O aproveitamento energético: havendo espaço sobressalente vamos distanciar mais as fileiras e evitar o sombreamento entre elas (veja figura 7 e capítulo 6). Em espaços apertados e quando o objetivo do cliente for gerar o máximo de energia, então será necessário aumentar o número das fileiras, mesmo que a sombra causa perdas nos meses do inverno. É essencial usar um software que permita experimentar de forma rápida alternativas, variando equipamento, conexão elétrica e configuração da montagem elevada (inclinação, orientação, altura, afastamento). http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 4.2. Base Leste-Oeste Figura 8: A base Leste-Oeste aproveita melhor o espaço Já bastante popular na Europa, a base Leste- Oeste, também chamada de “telhadinho”, começou a chegar ao Brasil. Ela aproveita melhor o espaço disponível, por economizar um corredor a cada duas fileiras. Outra vantagem é a proteção melhor do cabeamento contra eventuais intervenções por pessoas não capacitadas. No nosso país, próximo ao equador, esta base pode ser instalada em qualquer orientação. Use o software para simular o rendimento anual. Algumas bases, como a da figura 8, economizam material, mas devem ser homologadas pelo fabricante do módulo. Vale lembrar que os módulos de diferentes orientações não devem ser conectados juntos, como descrito no capítulo 6. 5. Estruturas em Solo Figura 9: Planta fotovoltaica em solo Usinas fotovoltaicas de grande porte usam estruturas específicas que requerem estudos geológicos e máquinas especiais. A maioria delas usa mesas que seguem o percurso do sol ao longo do dia (rastreador/tracker). Em usinas de pequeno porte, como trabalhadas nesta série de capítulos, usam-se soluções mais simples, normalmente bases fixas com fundação de concreto. O fabricante costuma fornecer o projeto básico de acordo com sua solução. Neste caso, o layout das mesas é adequado ao layout elétrico, da forma que uma mesa comporte strings inteiros. 6. Outras Estruturas 6.1. Telhas fotovoltaicas Telhas fotovoltaicas geram grandes expectativas por serem consideradas mais bonitas do que módulos comuns, em função de sua integração arquitetônica. No entanto, há várias desvantagens que comprometem a viabilidade: • O formato das telhas dificilmente é o mesmo do telhado existente e demanda uma reconstrução; • A reposição de telhas danificadas será restrita ao mesmo modelo e depende da existência do fornecedor; • Cada telha representa, em termos elétricos, um módulo e é equipado com dois conectores, aumentando assim os riscos de má conexão; • Mesmo com uma ventilação interna, as telhas esquentam mais do que os módulos comuns, causando perdas adicionais. O calor ainda é transferido à própria edificação, um efeito indesejado no nosso país tropical; • A manutenção e a simples limpeza das telhas requerem técnicos capacitados. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 6.2. Estacionamento (carport) Para estacionamentos com cobertura fotovoltaica (carports) existem no mercado estruturas específicas com vedação entre os módulos. Consulte os fabricantes para obter mais informações. 6.3. Fachadas Fachadas podem receber módulos opacos, cobrindo muros, ou translúcidos, em substituição a vidros. Como a fachada recebe menos irradiação do que a cobertura, fica difícil viabilizar uma usina vertical somente pela energia gerada. O cálculo da viabilidade é diferente em casos de construções novas ou em retrofit de prédios: o custo adicional da função fotovoltaica, quando comparado com uma fachada comum, pode trazer um retorno financeiro interessante. Além disso ocorre uma valoração do prédio pelo aspecto de sustentabilidade. 7. Projeto e Execução O objetivo da base é oferecer sustentação aos módulos pela vida útil deles, estimada em mais de 25 anos. Esta responsabilidade justifica um planejamento detalhado do projeto que tornará a execução mais segura e rápida. 7.1. Faixa para Fixação do Módulos Figura 11: Faixa para fixação do módulo O manual de instalação dos módulos especifica as condições da fixação deles, em especial a faixa permitida para fixação (fig. 11). Esta faixa precisa ser respeitada para assegurar a resistência física da instalação e para manter as condições de garantia – é frequente observar erros em fotos divulgadas pelos instaladores. Figura 10: Princípios da disposição do arranjo no telhado http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 8 – FIXAÇÃO DOS MÓDULOS EM ESTRUTURAS DE BASE © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 6 7.2. Disposição no telhado A figura 10 mostra os princípios do projeto físico do arranjo fotovoltaico: • Os trilhos são montados paralelos às ripas; • Os pontos de apoio dos trilhos (ganchos ou parafusos) devem ser distribuídos conforme especificações do fabricante do sistema de base. A distância mínima depende da resistência do trilho e da velocidade máxima de ventos na região da instalação; • Emendas de trilhos precisam ser conectadas por junções, para evitar que a dilatação provoque danos nos módulos; • A distância vertical entre os trilhos deve respeitar as exigências do fabricante dos módulos em todas as fileiras (veja item anterior); • A distância entre os módulos e a cumeeira lateral deve ser igual nos dois lados. Na execução é extremamente importante alinhar o primeiro módulo com muito cuidado, já que todo o resto do arranjo será alinhado com ele. Um pequeno desvio será multiplicado pelo número de módulos na fileira e será visível a olho nu. A correção posterior causa um retrabalho enorme. 7.3. Sequência da Execução Vários fatores determinam a melhor sequência da execução: • Acesso e movimentação dos técnicos, respeitando NR-35 (segurança de trabalho em altura) e NR-33 (espaços confinados). É proibido pisar nos módulos e deve-se tomar muito cuidado para não danificar os mesmos com os mosquetões do talabarte. • Içamento dos módulos: procure uma solução adequada, que pode ser içamento manual, com elevador escada ou usando um caminhão Munck; • Local da passagem dos cabos para dentro do telhado (sempre protegido por um duto resistente às intempéries); • Interligação dos módulos: o cabo de retorno do string (veja capítulo 7) é conduzido em paralelo à colocação dos módulos; • Equipotencialização: para o aterramento dos módulos existem soluções com chapinhas integradas à fixação ou usando os orifícios previstos no módulo. Consulte o fabricante sobre restrições; • O trilho também deve ser aterrado. 7.4. Resistência da Cobertura O arranjo fotovoltaico impõe uma carga adicional à cobertura, pelo peso dos módulos (aprox. 12 kg/m²), da base de montagem e do lastro (em caso de lajes). A força oposta ocorre durante ventanias, chamada de carga de vento. Esta é mínima em instalações paralelas ao telhado, mas considerável em montagens elevadas. Quem fornece a garantia de que a cobertura resiste a estas forças, é o engenheiro calculista. Ele emitirá uma Anotação de Responsabilidade Técnica (ART), indispensável quando há movimentação de pessoaspor baixo da instalação. Deseja aprender mais? Ensinamos a prática no curso de instalador, totalmente mão na massa: instalador.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ http://instalador.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Figura 1: A sequência correta da montagem com medições assegura segurança e qualidade da instalação Depois de termos estudado, nos capítulos anteriores, os conceitos do projeto de um sistema solar conectado à rede, entraremos agora na parte prática. Há diversas características associadas à segurança e à qualidade que fogem do conhecimento dos eletricistas prediais e exigem cuidados especiais: a sequência da montagem do sistema e as medições durante instalação e manutenção asseguram a segurança da equipe e preservam o local da instalação. Em seguida introduziremos algumas medições obrigatórias para o comissionamento do sistema. 2. Perigos específicos de sistemas fotovoltaicos Eletricistas prediais estão acostumados com instalações em corrente alternada, dotados de um disjuntor que permite desenergizar o circuito inteiro a partir de um ponto único. No sistema fotovoltaico, a energia vem de duas fontes: • Da rede predial em corrente alternada, protegida por um disjuntor; • Dos módulos que fornecem tensão sempre que recebem irradiação, energizando assim o circuito em corrente contínua. Como está fora do nosso alcance desligar o sol, devemos aprender a trabalhar com um circuito energizado sem colocar nossa vida e a integridade do prédio em risco. A equipe deve ser treinada também na norma regulatória NR-10, que trata da segurança em instalações elétricas; 2.1. O arco voltaico Figura 2: O arco voltaico atravessa o ar. Com corrente contínua, ele apaga somente com o afastamento dos polos ou com dispositivos construídos para este fim. Ao abrir um circuito sob carga, isto é, com passagem de corrente, ocorre um arco voltaico: a corrente consegue ultrapassar o ar (figura 2). Em corrente alternada, o arco é rapidamente apagado quando a tensão é zerada, o que ocorre 120 vezes ao segundo considerando a frequência de rede de 60 Hz. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 Em corrente contínua, o arco fica estável até que os polos sejam afastados o suficiente para interromper a corrente ou ao acionar um dispositivo construído para este fim, como um disjuntor de corrente contínua. O arco danifica os contatos de ambos os lados, coloca em risco a saúde e a vida dos técnicos e pode causar um incêndio no local onde ocorre. Assista ao seguinte vídeo que demonstra o efeito e não deixe de apresentá-lo a todos os técnicos envolvidos na instalação ou manutenção! Em sistemas fotovoltaicos, trabalhamos com tensões superiores à do vídeo, chegando até 1.000 V em instalações pequenas e 1.500 V em usinas. 2.2. Carga em c.c. e sua interrupção A carga no circuito em c.c. ocorre em diferentes situações: 1. Funcionamento normal: o inversor recebe a energia em c.c. e a injeta no circuito em c.a.; 2. Conexão errada: um dos strings está com polaridade invertida; 3. Diferença de potencial por defeito: um módulo está com defeito, da forma que o string ao qual pertence produz uma tensão inferior aos outros strings; 4. Diferença de potencial por erro de projeto ou execução: um string contém menos módulos do que o outro conectado em paralelo; 5. Falha de isolamento em algum ponto do circuito (incluindo curto circuito em DPS defeituoso). O desligamento correto do sistema solar começa com o disjuntor em c.a., o que leva o inversor a abrir o circuito primário. O dispositivo interruptor-seccionador isola o inversor do circuito c.c., mas não abre a conexão paralela entre strings: a carga nas situações 2 a 5 acima somente desaparecem ao cair da noite! É imprescindível verificar a ausência da corrente antes de abrir qualquer conexão em corrente contínua (fig. 3), seja conector MC4, conexão por parafuso ou remoção de um dispositivo (fusível, DPS)! Na dúvida, aguarde a noite! Como seria um procedimento seguro para a instalação do sistema solar? Durante a instalação devemos prevenir as situações de falha, e durante a manutenção precisamos detectá-las a fim de evitar acidentes. Figura 3: Exemplos de pontos do circuito onde pode ocorrer um arco voltaico http://www.solarize.com.br/ https://www.youtube.com/watch?v=hy5Xj6C32PI MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 3. Procedimento seguro da instalação A instalação física e elétrica do sistema solar é dividida em três partes, que podem ser executadas simultaneamente: • Circuito do string: a montagem dos módulos e a interligação dos mesmos; • Circuito da caixa de junção: do cabo do string até o inversor; • O circuito em corrente alternada, do inversor até o quadro de distribuição: a montagem deste circuito é bem conhecida e segue as regras normais; 3.1. Montagem do circuito do string O circuito do string é conectado em simultâneo à montagem dos módulos: • O conector positivo de cada módulo é ligado ao negativo do módulo adjacente; • O cabo do retorno acompanha os de interligação, para reduzir eventuais surtos (veja capítulo 7); • O fio de equipotencialização (terra) também é conectado durante a montagem. A continuidade da mesma deve ser verificada durante a instalação. É importante deixar o conector de saída do string aberto para manter o cabo desenergizado que segue até a caixa de junção. Este conector deve ser de fácil acesso para concluir a instalação e para permitir abertura em casos de manutenção. Figura 4: Divisão do circuito durante a instalação Figura 5: Durante a montagem dos módulos, o circuito do string é conectado, deixando apenas o último conector aberto http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 3.2. Montagem do circuito da caixa de junção (string box) O circuito da caixa de junção, que começa com o fio descendo dos módulos e vai até o inversor, é montado em simultâneo com o circuito do string. Os fusíveis são removidos, evitando assim o paralelismo entre os strings, e o dispositivo interruptor-seccionador é aberto. 3.3. Fechamento do último conector dos strings Depois de montar os três circuitos podemos então fechar o conector de saída de cada string e assim energizar o circuito da caixa de junção até a entrada dos porta-fusíveis. 3.4. Verificação da polaridade O primeiro passo na verificação elétrica é a medição da polaridade, já que a polaridade invertida de apenas um dos strings causa um curto circuito com os outros conectados em paralelo e poderá ser aberto somente à noite. Técnicos sem prática de medição em c.c. devem ser bem treinados no uso correto do multímetro e no padrão de cores dos fios. 3.5. Verificar a tensão do string em circuito aberto A tensão produzida por cada string é medida em simultâneo com a polaridade. Ela indica se o número correto de módulos foi efetivamente conectado, e se os strings são homogêneos entre si. Exemplo: • A ficha técnica do módulo informa a tensão nominal de circuito aberto UOC, módulo = 35 V – lembrando que ela é medida a 25 °C (condições STC, capítulo 3); • A medição da tensão do string fornece UOC, string = 200 V; • O projeto elétricoindica que 6 módulos compõem o string; • Dividimos a tensão medida pelo número dos módulos e chegamos à tensão gerada por cada módulo: UOC, mod = 200 V / 6 = 33,3 V Figura 6: O circuito da caixa de junção (string box) é montado em paralelo com o do string http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 • O resultado coincide com uma temperatura dos módulos pouco acima de 25 °C, o que pode ser verificado com um toque manual. Se a instalação estivesse errada, com 5 ou 7 módulos no string, então a tensão estaria significativamente diferente (mais adiante abordaremos o comissionamento, que exige uma medição mais precisa); • Portanto podemos concluir que o número de módulos no string está correta. A medição deve ser executada separadamente para cada string, e os resultados devem ficar dentro de uma faixa de 5%. 3.6. Verificar a corrente do string em curto circuito Para aferir a corrente é necessário fechar um curto-circuito no string. A forma mais simples com uso da caixa de junção é o seguinte procedimento: • Abra o dispositivo interruptor- seccionador (abreviamos o termo em seguida).; • Interligue o polo positivo da seccionadora com o negativo; • Insira o fusível do primeiro string e feche o porta-fusível; • Feche a seccionadora • Meça a corrente; • Abra a seccionadora e o porta- fusível. Repita o procedimento para todos os strings. Os resultados devem ficar dentro de uma faixa de 5%. É importante que a irradiância não mude entre uma medição e outra, e que não haja sombra nos módulos, já que a corrente oscila instantaneamente com a irradiância. Em instalações sem caixa de junção usa-se uma caixa de curto-circuito, como apresentada a figura 7, que contém um interruptor c.c., ao invés da seccionadora. Tome muito cuidado com acidentes por arcos voltaicos entre fios desencapados! 3.7. Iniciar o inversor Depois de aferir todos os strings e corrigir eventuais erros podemos colocar os fusíveis, fechar a seccionadora e o disjuntor c.a. e iniciar o inversor. Estude o manual com cuidado e respeite a sequência correta dos passos de configuração. Figura 7: Exemplo de uma caixa de curto circuito http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 6 4. Comissionamento O instalador do sistema solar é obrigado, pela norma ABNT NBR 16274:2014, a efetuar ensaios e entregar uma documentação ao cliente. Este comissionamento não deve ser confundido com aquele que a concessionária de energia efetua: ela se interessa somente por eventuais perigos para sua rede de distribuição e não com o funcionamento ou riscos fora do escopo dela. O desafio do comissionamento do sistema solar consiste na fonte: a irradiação é variável e com isso, a energia gerada. Nunca teremos certeza de que o sistema está realmente funcionando perfeitamente. O que podemos fazer é medir as grandezas climáticas junto às elétricas, e é isso que a norma exige. A seguir apresentamos os principais ensaios – estude a norma para complementar a informação e acesse nosso minicurso sobre o tema no site. Todos os ensaios devem ser executados para cada string, e o resultado não pode ultrapassar uma faixa de 5% da média. 4.1. Verificar a tensão conforme temperatura A tensão produzida pelo módulo depende da temperatura atual da célula. Portanto, devemos medir as duas grandezas simultaneamente. A seguinte fórmula calcula a tensão nominal de um string em determinada temperatura Vstring,OC,temp, usando • O número de módulos por string n; • A tensão de curto circuito nominal do módulo Vmód,OC; • A temperatura atual da célula T; • O coeficiente da variação da tensão com a temperatura CoefV; Confira também capítulos 3 e 5. Para medir a temperatura da célula, coloque um sensor com corte quadrado por baixo do módulo e o pressione contra a célula. 4.2. Verificar a corrente conforme irradiância A corrente depende da irradiância e esta relação é linear na faixa superior da escala. Por isso, a norma exige um comissionamento em condições estáveis com irradiância acima de 700 W/m². Podemos usar a seguinte fórmula para calcular a corrente esperada Iirrad, a partir da • Corrente nominal do módulo Inom; e • Irradiância geral medida G 4.3. Ensaiar o isolamento do circuito em c.c. A norma exige o ensaio do isolamento entre os polos e a terra, porque falhas podem causar acidentes ou incêndios. O próprio inversor ensaia o isolamento e deixa de iniciar quando detecta um problema. Figura 8: Equipamento profissional de comissionamento agiliza a medições e aumenta a precisão (exemplo Seaward Solar PV200) http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 9 – INSTALAÇÃO SEGURA E COMISSIONAMENTO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 7 O ensaio é efetuado por um megômetro, que mede a resistência enquanto injeta uma tensão superior à do arranjo fotovoltaico (detalhes na norma). Se a tensão ficar próxima à tensão nominal do DPS, então este deve ser desconectado do circuito. 4.4. Equipamento para comissionamento Um solarímetro com termômetro é essencial para efetuar os ensaios (figura 8 apresenta um exemplo à direita). Além disso, existem multímetros específicos que efetuam os principais ensaios de forma automática, recebem os dados do solarímetro e gravam os resultados na memória para posterior exportação ao computador. 4.5. Planilhas de verificação Disponibilizamos na página do manual duas planilhas que facilitam a verificação: • A primeira calcula tensão e corrente para o string de um determinado módulo a partir das medições de temperatura e irradiância, e compara as medições com o cálculo; • A segunda permite cadastrar as medições para vários strings e compara cada uma com a média, apontando desvios. Ambas planilhas, quando usadas em notebook, tablet ou até celular, podem ser preenchidas no ato do comissionamento. Erros são detectados na hora, permitindo um conserto imediato. Uma apresentação, também disponibilizada no site, detalha melhor os passos do comissionamento. Comissionamento: aferição da medição de um string Fabricante Jinko Configuração do string Modelo JKM270PP-60 N° de módulos em série 6 Ficha técnica Valor Parâmetros climáticos medidos P nom [Wp] 270 Irradiância [W/m²] 654 I SC [A] 9,09 Temperatura módulo [°C] 60 I MPP nom [A] 8,52 V MPP nom [V] 31,7 Medição fora de operação Medido Calculado Diferença Observação V OC [V] 38,8 I SC [A] 6,0 5,9 0,9% ok Coef V [%/°C] -0,30% V OC [V] 200 208,4 -4,0% ok Preenche ou veri fique os campos em azul Medição em operação Medido Calculado Diferença Observação Campos cinzas mostram resultados intermediários I MPP [A] 5,8 5,6 4,1% ok Campos verdes apresentam resultados principais V MPP [V] 160 170,2 -6,0% diferença acima de 5%! Parte do Manual de energia solar www.solarize.com.br Figura 9: Planilhas de comissionamento ajudam a detectar problemas no ato Deseja aprender mais? Os procedimentos da instalação segura fazem parte do nosso curso de instalador: instalador.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ http://manual.solarize.com.br/ http://instalador.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução Os nove capítulos anteriores ensinaram conteúdo técnico que tem validade no mundo inteiro, independentemente do local da instalação fotovoltaica. No presente capítulo, apresentaremos o dimensionamentodo sistema solar baseado na regulamentação brasileira. No nosso país, o princípio da compensação da energia gerada na Geração Distribuída é a compensação da energia consumida. Não há venda da energia à concessionária. Esse regime, junto com a aplicação de taxas mínimas, determina o dimensionamento ideal de uma planta fotovoltaica para um determinado cliente, da forma apresentada no capítulo 2 e detalhada em seguida. 2. O Marco Legal da Geração Distribuída 14.300/2022 Em 7 de janeiro de 2022, foi promulgado a lei 14.300, chamada o Marco Legal da Geração Distribuída, e que substituiu a REN ANEEL 482/2012, normativa até então válida. Em seguida, a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL adaptou sua resolução REN Aneel 1000/2021, que define as “regras de prestação de serviço para distribuição de energia elétrica”. Tanto a lei quanto a resolução estão em constante evolução, buscando tornar as regras mais claras e incluindo novas tecnologias. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA Figura 1: Ilustração de algumas formas de compensação da energia. Fonte: Guia de Constituição de Cooperativas de Geração Distribuída Fotovoltaica, OCB MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 2.1. Princípios Os princípios básicos são os seguintes: • A energia gerada, inicialmente, abate o consumo da própria unidade; • A energia excedente é injetada na rede da concessionária e considerada emprestada à distribuidora. Em outro horário, ela é devolvida ao cliente e compensa consumo; • O faturamento mensal apura a energia consumida e injetada: a diferença positiva é cobrada; • Além disso, há cobrança da Taxa de Uso do Sistema de Distribuição (TUSD Fio B) referente à energia compensada; • O excedente mensal gera crédito que pode ser abatido em um dos meses subsequentes; • Os créditos podem ser transferidos para outras contas vinculadas; • Outras cobranças na conta de energia, como o custo de disponibilidade ou da demanda contratada, não são modificadas. 3. Faturamento do consumidor grupo B Figura 2: Exemplo de fluxo de energia em um determinado mês com montantes faturados O grupo B reúne consumidores que recebem a energia em baixa tensão, por exemplo residências e pequenas empresas. Eles pagam uma tarifa única ao longo do dia (com exceção da Tarifa Branca, que é opcional e desvantajosa no caso da geração solar) e são faturados pelo consumo mensal. Para compreender como funciona o faturamento, vamos usar o exemplo da figura 2, que apresenta o fluxo de energia ao longo de um mês: • Neste mês, o sistema fotovoltaico gerou 300 kWh; • Desta energia, 180 kWh foram consumidas por aparelhos ligados simultaneamente, o chamado “autoconsumo”; • O restante da energia gerada, 120 kWh, foi injetada na rede da concessionária; • O consumo total dos aparelhos elétricos nesta unidade somou 500 kWh; • Deste consumo, 180 kWh foram fornecidos pelo sistema solar e o restante, 320 kWh, vieram da rede da concessionária (consumo bruto da rede); • A concessionária recebeu da unidade 120 kWh em energia injetada e a devolveu em outro horário. Ela precisou, portanto, comprar 200 kWh de outras usinas para completar o fornecimento (consumo líquido da rede). Este montante é faturado, aplicando a tarifa de consumo; • A energia que compensa o consumo, neste mês, é igual à energia injetada, 120 kWh. Sobre este montante é faturado a Taxa de Uso do Sistema de Distribuição (TUSD Fio B); • Caso houvesse crédito acumulado de meses anteriores, então estes seriam aproveitados para compensar o consumo, mediante faturamento da TUSD Fio B. Precisamos de três leituras para estabelecer todos os números do fluxo de energia: • A leitura do medidor de consumo; • A leitura do medidor de injeção; • A leitura do inversor. É importante que o proprietário do sistema compreenda esta lógica. Em especial, ele deve estar ciente que a conta de energia apresenta apenas parte das informações. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 3.1. A fase de transição da lei 14.300 A lei 14.300/2022 introduziu como novidade a cobrança da TUSD Fio B. Para que essa cobrança não ocorresse de um dia para outro, inviabilizando o setor fotovoltaico, definiu-se uma fase de transição, durante a qual a cobrança aumenta a cada ano: Ano Cobrança 2023 15% da TUSDg 2024 30% da TUSDg 2025 45% da TUSDg 2026 60% da TUSDg 2027 75% da TUSDg 2028 90% da TUSDg 2029 Valor “encontro das contas” Tabela 1: Cobrança do TUSD Fio B durante a fase de transição O percentual apresentado na tabela 1 é válido para solicitações de conexão desde 08/07/2023. A cobrança a ser aplicada a partir de 2029 será definida por uma comissão que deve reunir num cálculo benefícios e custos que a geração distribuída traz para o sistema energético do Brasil, levando ao “encontro de contas”. Conforme a lei, esse cálculo já deveria ter sido publicado até julho de 2023. 3.2. O custo de disponibilidade Em meses com consumo muito baixo é cobrada uma taxa mínima, chamada “Custo de Disponibilidade”, no valor de • 30 kWh para ligações monofásicas; • 50 kWh para ligações bifásicas; • 100 kWh para ligações trifásicas. Esta taxa é aplicada para todos os consumidores do grupo B, independentemente de haver uma geração solar no local ou não. Com isso fica impossível zerar a conta com energia solar. A compensação da energia injetada ou do crédito acumulado é limitada pelo valor do Custo de Disponibilidade. 4. Dimensionar o sistema solar para um consumidor do grupo B 4.1. Analisar a conta do cliente A tarefa do projetista consiste em dimensionar o sistema fotovoltaico de forma adequada para cada cliente. Usamos o histórico de consumo ao longo dos últimos 12 meses, impresso na conta como base de cálculo, e formamos a média destes valores. 4.2. Estipular a meta de geração Quanta energia deve ser gerada pelo futuro sistema solar? Via de regra, usamos o histórico como previsão para o futuro. No entanto é importante corrigir a média mensal pela expectativa de aumento do consumo: é frequente que o cliente seja mais generoso no consumo a partir da instalação do sistema solar – um aumento de 10% a 15% é comum. Mas ele pode também prever mudanças de hábito que reduzam o consumo de energia. Recomendável é aproveitar o momento para efetuar medidas de eficiência energética, antes do dimensionamento do sistema e analisar tecnologias complementares, como aquecimento solar para banho. Em unidades novas, sem histórico, deve-se estimar o futuro consumo a partir de unidades similares ou outros métodos da engenharia elétrica. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 4.3. Estipular a potência do sistema ideal A irradiação varia entre as regiões do nosso país e com isso a potência do sistema fotovoltaico necessária para gerar a energia desejada. Vamos chamar de geração típica o fator usado para calcular essa potência. Exemplo: • Meta de geração: 600 kWh / mês • Rendimento típico: 120 kWh / mês kWp • Potência do sistema = 600 / 120 = 5 kWp O valor do rendimento típico pode ser obtido mediante simulação de um sistema padrão de 1kWp usando software fotovoltaico. Com um pouco de prática, o projetista já conhece o valor para a região da sua atuação. 4.4. Projetar o sistema fotovoltaico Agora chegou a hora de projetar o sistema real, ocupando parte da cobertura ou do terreno do cliente, comoabordado nos capítulos anteriores. É possível que a área disponível não seja suficiente para o sistema ideal e nos força a restringir a potência ou a procurar soluções de geração remota. 4.5. Verificar o dimensionamento Figura 3: Consumo (barras cinzas) e geração simulada (barras amarelas) a cada mês. Diagrama do software PV*SOL. O último passo na elaboração do projeto fotovoltaico é a simulação dele. Usamos os componentes selecionados na configuração prevista com o máximo de detalhes possíveis, como orientação e inclinação dos módulos e sombreamento (veja capítulo 11). O resultado (fig. 3) mostra se o sistema projetado atende à demanda, ou se ele precisa ser ajustado. 4.6. Retorno financeiro Para calcular o retorno financeiro pode-se optar por diferentes indicadores financeiros: • Retorno simples: em quanto tempo se paga o sistema, desconsiderando juros ou inflação? • Retorno descontado: em quanto tempo se paga o sistema, considerando juros que o dinheiro poderia render se fosse aplicado no banco? • Taxa Interna de Retorno (TIR): imagine o investimento no sistema fotovoltaico como aplicação no banco por 25 anos. A TIR representa os juros ganhos anualmente com essa aplicação e permite a comparação fácil com outras aplicações, ex. CDB; • Valor presente líquido (VPL): qual é o valor que o sistema representa para o proprietário, trazendo todos os ganhos futuros para hoje com a correção monetária conforme inflação esperada? Escolher o indicar mais adequado para cada cliente ajuda no processo de venda do sistema. 4.7. Limite conforme demanda disponibilizada Toda unidade de consumo é conectada à rede conforme a demanda de potência informada pelo proprietário. O disjuntor geral da unidade, junto com a norma da concessionária, permite determinar a demanda máxima. Essa demanda é o limite para a potência injetada à rede. Se desejar instalar um sistema maior será necessário solicitar um aumento de carga à concessionária ou prever um controle que limita a potência injetada (veja cap. 12). http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/software-pv-sol https://www.solarize.com.br/software-pv-sol MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 5. Dimensionar o sistema solar para um consumidor do grupo A Consumidores do grupo A recebem energia em média tensão. A fatura deles é dividida em diversas rubricas. Segue uma abordagem resumida, sem entrar nos detalhes e nas diferentes opções: • O consumo é separado pelo horário de Ponta e Fora de Ponta, aplicando tarifas diferentes; • A demanda contratada é cobrada mensalmente com um valor fixo, independentemente do consumo ocorrido; • Há ainda multas por demanda acima da contratada e por excesso de energia reativa. A abordagem simples segue o cálculo apresentado para o grupo B, usando o consumo no horário Fora de Ponta. A demanda contratada limita a potência do sistema solar e faz com que o sistema solar, em quase todos os casos, gere apenas uma parte do consumo. A razão disso é simples: o sol não gera energia com 100% da potência de 8 às 18 hs, muito menos à noite. Ao compensar energia gerada durante o horário fora ponta no consumo de ponta é aplicada o fator da diferença das tarifas, exigindo então uma geração muito mais alta. 5.1. Opções para ajustar a demanda em projetos do grupo A Há várias opções para conduzir o projeto: a) Restringir-se à demanda contratada: a implantação será mais simples e mais barata; b) Esticar o Fator de Dimensionamento até o limite permitido pelo inversor, da forma que a energia gerada aumente consideravelmente; c) Aumentar a potência do sistema fotovoltaico, mas limitar a energia injetada através de um controle dinâmico; d) Aumentar a demanda de geração além da demanda de consumo: isso acarretará numa obra na conexão à rede e em custos mensais com TUSDg (TUSD de geração); e) Migrar para o Mercado Livre de Energia (ACL) onde a geração fotovoltaica pode ocorrer junto à carga ou remotamente. 6. Compensação remota Figura 4: Ilustração da compensação remota. Fonte: Guia de Constituição de Cooperativas de GD A compensação local é a forma mais simples: o sistema solar é instalado na própria unidade de consumo. Neste caso, aplicam-se as regras descritas anteriormente. No entanto, a legislação permite diversas formas de compensação remota, onde o excedente da energia na unidade de geração é transferido para outras unidades. A compensação é efetuada de forma contábil e é restrita à mesma área de concessão. Todas as formas de compensação remota têm em comum a transferência em kWh, independente da tarifa da origem e do destino, e a cobrança do TUSD Fio B sobre a energia compensada. A legislação não prevê compensação entre diferentes concessionárias ou diferentes áreas de concessão. 6.1. Autoconsumo remoto O excedente da energia gerada pode ser transferido para uma outra unidade do mesmo http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 10 – DIMENSIONAMENTO E COMPENSAÇÃO DA ENERGIA GERADA © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 6 titular. Se for pessoa física, então as duas contas devem estar cadastradas no mesmo CPF. No caso da pessoa jurídica é permitida a transferência entre diferentes filiais (CNPJ idêntico antes da barra). Na unidade de origem, se for do grupo B, é cobrado o custo de disponibilidade. Na unidade receptora, também, se o consumo líquido ficar abaixo deste valor. O excedente pode ser transferido para mais do que uma unidade. Neste caso, o proprietário declara à concessionária o percentual que cada unidade deve receber. Eventuais créditos permanecem na respectiva unidade. 6.2. Geração compartilhada Grupos de empresas podem formar um consórcio e construir uma usina em conjunto. No contrato é definido o percentual de energia que cada consorciado recebe. Regras similares permitem a geração compartilhada para condomínios (múltiplas unidades de consumo, MUC) ou cooperativas. A lei 14.300 permitiu a constituição de “condomínios voluntários” para o mesmo fim, sem detalhar ainda seu funcionamento. 7. Modelos de Negócio A construção e a operação da planta fotovoltaica não precisam, necessariamente, serem executadas pelo cliente em propriedades dele. Além da venda do equipamento há modalidades de locação do equipamento, do local da instalação e de locação virtual de partes de uma usina maior. Todos os modelos exigem muita atenção para a correta contratação em consideração à legislação fora do setor elétrico, evitando conflitos com o monopólio da distribuidora local. http://www.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução O tema do presente capítulo são softwares de planejamento e simulação de projetos fotovoltaicos, fundamentais para elaborar um projeto tecnicamente impecável, para calcular o retorno financeiro com segurança e para efetuar vendas de forma eficiente, como já vimos em outros capítulos. 2. Requisitos ao Software Fotovoltaico A engenharia de software, formação original do autor deste manual, ensina que se deve iniciar a escolha de um software pela análise dos requisitos. Em seguida, é preciso priorizar as demandas para então escolher uma solução. 2.1. O Fluxo de Trabalho O segundo capítulo apresentou o passo-a-passo da elaboração de um projeto fotovoltaico conectado à rede (figura 1). As fases principais são 1. A análise das informações que embasam o projeto; 2.A elaboração do projeto técnico; 3. O cálculo do retorno do investimento (custo / benefício). O resultado do terceiro passo pode levar a uma revisão do projeto, por questões técnicas ou financeiras. O software ideal conduz o projetista no fluxo natural do seu trabalho, ao mesmo tempo que oferece flexibilidade conforme o tipo do projeto e o perfil do usuário. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 – SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS Figura 1: As etapas da elaboração do projeto fotovoltaico MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 2.2. Os Diferentes Atores Cada ator envolvido no projeto tem interesses próprios, com demandas de informações, que devem ser atendidas pelo software (figura 2). Vamos entender os principais. 2.2.1. O Vendedor O vendedor recolhe as informações do cliente e elabora um projeto primário que precisa ter o detalhamento suficiente para garantir a viabilidade técnica e calcular o retorno do investimento. Com esta informações, ele prepara uma proposta para iniciar as negociações com o cliente. Na realidade brasileira, o processo da venda é mais desafiador do que os processos técnicos, por causa da baixa taxa de conversão. Com isso, a qualidade da proposta é fundamental para aumentar as vendas, e a agilidade na elaboração reduz o tempo que, possivelmente, não será remunerado. Ambas são questões onde um software pode ajudar muito. 2.2.2. O Projetista O projetista recebe o projeto primário do vendedor e o detalha com objetivo de aprimorar questões técnicas e financeiras. Ele produz listas de materiais e diagramas técnicos para planejamento, aprovação e execução do projeto. 2.2.3. O Cliente O cliente tem vários papéis neste processo, que podem ser acumulados: • No papel de investidor, ele compara o rendimento do sistema solar com outras aplicações financeiras; • Sendo proprietário do local da instalação, ele se preocupa com a estética e segurança da instalação; • No caso de uma empresa pode haver outros interesses, como marketing verde ou proteção contra aumentos da tarifa. O software ideal oferece diversidade de informações técnicas e financeiras, que serão utilizadas de acordo com o perfil de interesse do cliente 2.2.4. A Distribuidora de Energia A distribuidora espera receber a documentação padronizada conforme normas próprias e da ANEEL, para então aprovar o projeto. Figura 2: O projeto fotovoltaico visto por diferentes atores http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 2.2.5. Instituições Outras instituições recebem a documentação do projeto, conforme o caso: • Conselhos de engenharia ou de técnicos; • Bancos ou investidores; • Seguradoras; • Instituições públicas, como por exemplo órgãos ambientais, EPE (Empresa de Pesquisa Energética, no caso de leilões de usinas), órgãos de preservação de patrimônio histórico etc. 2.3. Escopo do projeto Podemos diferenciar as seguintes categorias de projetos (figura 3): 2.3.1. Projetos de Pequeno Porte Projetos residenciais ou comerciais de pequeno porte devem priorizar a venda individualizada ao cliente, com propostas assertivas. A margem de lucro, geralmente reduzida, exige que o processo de venda e instalação seja eficiente. 2.3.2. Prédios Comerciais Projetos em prédios comerciais costumam apresentar uma série de exigências técnicas: coberturas repletas de obstáculos (casa de máquinas, caixas d´água, aparelhos de ar- condicionado, ...) e uma maior complexidade na conexão elétrica. O software ideal permite um trabalho interativo com grande flexibilidade. Este tipo de cliente exige também um cálculo do rendimento mais apurado. 2.3.3. Usinas em Solo No caso de usinas em solo, o projeto técnico é modular e repetitivo. Podemos diferenciar ainda usinas de grande porte, que usam rastreadores (tracking), de usinas menores, com aplicação de tecnologias mais simples. O financiador destas usinas deseja receber informações detalhadas e altamente confiáveis, e as insere nas suas próprias planilhas financeiras. 2.4. Questões Técnicas 2.4.1. Cálculo Confiável Pelo ponto de vista do investidor, a questão fundamental é a confiabilidade dos resultados. Um software com reputação internacional ganha pontos na avaliação. 2.4.2. Dados Meteorológicos Detalhados Os dados meteorológicos formam a entrada principal dos algoritmos de simulação. O formato padrão se chama TMY (typical metereological year), em detalhamento horário. Este detalhamento é essencial para simular o sistema fotovoltaico, porque a eficiência dos componentes varia conforme irradiância e temperatura momentânea, e porque as perdas dependem da potência gerada a cada instante. Há empresas internacionais que fornecem séries de dados a partir de medições de solo e por satélite (ex. Meteonorm). As fontes brasileiras, do atlas solarimétrico, infelizmente não são Figura 3: Projetos de portes diferentes apresentam características diferenciadas http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 4 fornecidas na resolução horária, mas apenas por médias mensais. 2.4.3. Flexibilidade da Configuração dos Inversores O software deve providenciar as regras específicas para inversores string, micro inversores e otimizadores de potência. A associação dos módulos a inversores deve ser resultado da modelagem 3D. Já o projetista deve ter a liberdade total na configuração: juntar módulos de diferentes prédios, modificar limites de configuração (ex. fator de dimensionamento, veja capítulo 5) e definir a sequência dos strings (figura 4). Telhados em arco são um exemplo onde pode ser necessário juntar módulos de diferentes inclinações no mesmo string. O software deve calcular as perdas causadas no descasamento, o que é possível somente com dados climáticos detalhados. 2.4.4. Tratamento Diferenciado da Sombra por Objetos Próximos e Distantes Objetos distantes como, por exemplo, morros causam um efeito “liga/desliga” no arranjo fotovoltaico inteiro. Eles representam o horizonte do cenário. Objetos próximos, como prédios, árvores ou antenas, projetam uma sombra que parece andar por cima do arranjo. A cada momento, a sombra atinge outras partes dos módulos. As duas formas causam efeitos elétricos diferentes, o que exige uma modelagem diferente no software. 3. Comparação de Softwares Mais Utilizados Nos últimos anos foram desenvolvidos muitos softwares fotovoltaicos. A seguir analisaremos as características dos mais populares no Brasil. Como nenhum software é perfeito, recomendamos priorizar pelo tipo de projeto mais utilizado e testar o programa antes de efetuar a compra. Figura 4: Exemplo de uma instalação comercial, onde o projetista definiu a configuração dos módulos de forma semi- automática (PV*SOL premium) http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 5 3.1. PVSyst Figura 5: Foto de uma usina com tracking e a simulação do sombreamento no software PVSyst PVSyst é o programa clássico para usinas de grande porte. Parâmetros específicos permitem aos especialistas modelarem detalhes que são importantes para esta categoria de projetos. PVSyst permite também analisar sombreamento em instalações com tracking (rastreamento, figura 5). A interface do usuário é antiquadae pouco amigável e não foi traduzida completamente para português. A modelagem em 3D não é intuitiva, o que restringe o uso do software a especialistas. PVSyst não oferece uma análise financeira do projeto. Os dados meteorológicos são horários e fornecidos pela empresa Meteonorm, mas é possível importar outras fontes. O programa consegue gerar dados em minuto para simular sombreamento com mais precisão. 3.2. Solergo Solergo foi o primeiro programa a ser traduzido para português e recebeu adaptações ao Brasil, o que o tornou bastante popular. Ele pertence a uma família de programas para elaborar diagramas elétricos (figura 7). E é neste quesito que ele tem sua maior força: o banco de dados contém normas e catálogos de dispositivos de proteção. O programa trabalha baseado em imagens de satélite e extrusão de prédios, com pouca versatilidade de importação. O fluxo de trabalho dentro do Solergo parte da premissa que o projetista iniciou o projeto num software CAD para definir o número de módulos a serem colocados em cada cobertura – um passo que idealmente deveria ser indicado pelo próprio software de planejamento fotovoltaico. É fácil modelar projetos simples, porém falta apoio para projetos complexos. A liberdade de Figura 7: Exemplo de diagrama elétrico gerado pelo software Solergo http://www.solarize.com.br/ Solergo%20recorte.wmv MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 6 configuração dos inversores também é restrita e pouco interativa. Os dados meteorológicos abrangem somente médias mensais, não permitindo uma simulação de perdas por sobrecarregamento de inversores, entre outros. 3.3. Helioscope Helioscope é um programa online que usa imagens de satélite como base (figura 8). Ele é oferecido somente em inglês. Diferente dos outros programas, a cobrança é por mensalidade, o que o torna mais caro a longo prazo. A interface dele é muito intuitiva, com alto grau de automação, o que facilita projetos simples. No entanto, a automatização pode atrapalhar em projetos mais complexos, onde o projetista precisa ter mais autonomia de decisão. Como não foi adaptado às regras do Brasil, o software exige planilhas financeiras à parte. 3.4. PV*SOL premium PV*SOL premium é um software que ganhou reconhecimento em mais de 20 anos de existência. Ele foi traduzido para português do Brasil e adaptado às tarifas nacionais, o que o tornou o software mais usado no país (estudo Greener, 09/2023). Ele se diferencia pelo fluxo natural com qual ele conduz o usuário: cada passo é consequência dos passos anteriores e resolvido dentro do próprio PV*SOL. O vendedor gasta pouco tempo para elaborar propostas bonitas, aproveitando escolhas automáticas e simplificadas. O projetista, em seguida, tem toda liberdade para detalhar e modificar o projeto. O software permite controle total sobre a configuração dos módulos com os inversores e a sequências da conexão em strings. Os diagramas elétricos permitem desenhar um diagrama unifilar, satisfatório para a legalização na concessionária. Para ir além disso, recomenda- se o uso de um software CAD. Figura 6: Helioscope trabalha com extrusão a partir de imagens de satélite Figura 7: Projeto elaborado a partir de modelagem 3D obtida por aerofotogrametria com drones (PV*SOL premium) http://www.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/software-pv-sol Helioscope%20recorte.wmv MANUAL DE ENERGIA SOLAR 11 - SOFTWARES DE PLANEJAMENTO E SIMULAÇÃO PARA PROJETOS FOTOVOLTAICOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 7 A planta da cobertura também é produzida pelo software e pode ser importada no CAD. A simulação é baseada em dados climáticos horários, permitindo também a geração de dados em minutos. Diversos coeficientes de perdas podem ser aplicados: sujeira, degradação, cabos com cálculo da bitola, entre outros. Cada parâmetro é simulado separadamente, e as informações ajudam a otimizar o sistema. Os parâmetros econômicos incluem o valor do investimento, custos com financiamento, despesas com operação e manutenção e a taxa de desconto. As tarifas permitem cálculos conforme a lei 14.300/2021. O relatório do cálculo econômico traz vários indicadores, como retorno de investimento e taxa interna de retorno com um aspecto apresentável. Uma qualidade importante é a versatilidade da modelagem: ela pode partir da imagem de satélite ou de uma planta baixa, mas permite também uma modelagem de maquete com dimensões dos prédios. A forma muito usada no Brasil é a importação de modelos 3D criados por drone, importante no interior onde o Google fornece uma baixa resolução, e facilitador em coberturas complexas que, antes, necessitavam um levantamento demorado dos obstáculos (figura 8). A importação de programas de arquitetura é outra opção, essencial para a colaboração com arquitetos. O software PV*SOL simula ainda sistemas híbridos e veículos elétricos. Consideramos PV*SOL o software mais completo para projetos de geração distribuída simples e complexos. Deseja conhecer o PV*SOL, o software mais usado pelos integradores brasileiros? Baixe a versão teste gratuita e ganhe ainda o curso introdutório totalmente grátis download.pvsol.com.br http://www.solarize.com.br/ http://download.pvsol.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Introdução O presente capítulo encerra a série do manual de energia solar. Aprenderemos como legalizar um projeto fotovoltaico na concessionária. 2. Legalização de Projetos Fotovoltaicos – Princípios O estado oferece diversas concessões. No nosso contexto estamos falando da distribuição regional de energia. Portanto, seria mais correto usar o termo “distribuidora” ao invés de “concessionária”. A distribuidora local tem o monopólio de fornecimento de energia elétrica na sua área de concessão. Ela ganhou o direito de vender energia e assumiu a obrigação de atender a todos os clientes naquela área. Além de vender energia, ela também distribui energia dentro do Ambiente de Contratação Livre (ACL), também chamado de “Mercado Livre”. E é isso que ela faz na Geração Distribuída também: ela recebe energia gerada pelo consumidor produtor, sem qualquer cunho comercial, e a devolve em outro horário. O relacionamento entre o cliente e a distribuidora envolve diferentes esferas: • A esfera contratual: consumo e produção de energia; • O faturamento da energia; • A esfera técnica: como acessar à rede para receber e injetar energia. O lado contratual é padronizado pela Aneel, de forma simplificada. Sobre o faturamento falamos no capítulo 10 – ele também é padronizado. MANUAL DE ENERGIA SOLAR 12 – LEGALIZAÇÃO DE PROJETOS Figura 1: Etapas do processo de legalização de um projeto fotovoltaico conectado à rede MANUAL DE ENERGIA SOLAR 12 – LEGALIZAÇÃO DE PROJETOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 Ambas estão descritas na Regulação Normativa REN 1000/2021 ANEEL. O lado técnico é o mais delicado para a distribuidora, porque envolve equipamento individual e pode causar impactos na rede e em outros clientes dela. 3. Normas para definir o acesso à rede Além das regras da Aneel, cada distribuidora publica uma norma própria que alinha as regras da REN 1000 à sua norma do acesso à rede. 4. O Processo da Legalização 4.1. Os Atores O processo da legalização envolve três atores: • Oacessante, que é o proprietário ou locatário da unidade de consumo onde o sistema solar será conectado; • Um profissional habilitado que conduz o processo e representa o cliente frente à distribuidora, que pode ser engenheiro eletricista ou eletricista predial; • A distribuidora de energia. 4.2. O Processo A figura 1 apresenta as etapas do processo: • O profissional elabora o projeto e prepara a documentação; • Opcionalmente, ele solicita o Orçamento Estimado. Este passo é recomendado quando há incertezas se o projeto será aprovado ou se o acesso envolve custos adicionais, como, por exemplo, obras na subestação da distribuidora; • A solicitação do Orçamento de Conexão (também chamado de Orçamento Prévio) representa o início da legalização e deve ser acompanhada pelos documentos necessários (veja a seguir); • A distribuidora analisa os documentos e o ponto de conexão no local e informa pendências ou condições específicas; • Depois da resolução das pendências, a distribuidora emite o Orçamento de Conexão e envia, junto, os contratos com o cliente, que passa a ser fornecedor de energia; • O orçamento tem validade de 120 dias, que é o prazo para instalar o sistema; • Concluída a instalação, o profissional solicita a vistoria; • A distribuidora realiza a vistoria e troca o medidor; • Eventuais pendências devem ser adequadas antes da troca do medidor e liberação do acesso. A figura 1 indica os prazos máximos da distribuidora para cada passo em caso de micro e minigeração. Para eventuais obras de reforço da rede, os prazos são maiores. 4.3. A Documentação A REH ANEEL 3171/23 define a documentação a ser entregue junto à solicitação, que é feita no site da distribuidora: • O formulário de solicitação; • A ART de projeto e execução. Procure informações sobre os detalhes da ART que a respectiva distribuidora espera; • Diagrama unifilar, diagrama de blocos e memorial descritivo; • Os certificados Inmetro dos inversores; • Dados para registro do sistema no banco de dados da ANEEL; • No caso de compensação remota, a lista das unidades com o percentual que cada uma deve receber da energia excedente; • Eventuais documentos que comprovam a relação entre os participantes do rateio. http://www.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 12 – LEGALIZAÇÃO DE PROJETOS © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 4.4. O Projeto Unifilar Frequentemente percebe-se entre empresas iniciantes neste setor uma preocupação com o conteúdo ou formato do projeto unifilar a ser entregue à distribuidora. No entanto, ele é bastante simples e repetitivo e inclui poucos elementos. Figura 2 apresenta um exemplo. Várias distribuidoras fornecem modelos de diagramas e documentos para padronizar seu trabalho e reduzir erros. 4.5. Microgeração versus Minigeração Na definição dos procedimentos, a ANEEL partiu da premissa que o cliente que deseja instalar um sistema de microgeração (até 75 kW de potência) deve ter um acesso simplificado sem custo adicional. Já nos casos de minigeração, a concessionário efetua estudos sobre proteções adicionais e informa ao cliente exigências técnicas com o respectivo custo, caso contratado com a própria distribuidora. Por isso recomenda-se executar a Consulta de Acesso em casos de dúvidas. 4.6. Zero grid Sistemas zero grid contam com um controle que impede a injeção da energia na rede. Este tipo de sistema deve ser informado à distribuidora, mas não necessita da autorização. Figura 2: Exemplo de projeto unifilar para legalização do projeto http://www.solarize.com.br/ © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. | www.solarize.com.br R. Paschoal Carlos Magno, 57 20240-290 Rio de Janeiro RJ | contato@solarize.com.br | CNPJ 28.150.768/0001-60 © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. - Todos direitos reservados 1. Sistemas Híbridos Figura 1: Crescimento mundial de sistemas híbridos O uso de baterias abre um leque de novas oportunidades que estamos apenas começando a entender. Estamos falando de temas muito variados, como: • Segurança energética, para suprir falhas na rede; • Economia tarifária; • Aumento do autoconsumo sem aumento da demanda contratada; • Estabilização das redes, com objetivo de reduzir risco de blackout e para evitar investimento em transmissão; • Despacho de energia em horário de alta demanda, sem custo e poluição das termelétricas. A Alemanha usa sistemas híbridos distribuídos como usinas virtuais, onde uma central de operação gerencia o carregamento e descarregamento de baterias espalhadas de acordo com o valor instantâneo da energia na bolsa. A figura 1 mostra a expansão desse mercado no segmento residencial. Em 2023, 79% das instalações fotovoltaicas residenciais na Alemanha já incluíram baterias, tornando essa tecnologia o novo normal. No Brasil, a drástica redução do preço das baterias (29% em 2023) fez com que metade dos integradores oferecessem sistemas híbridos (estudo Greener, 2024). A Cela (Clean Energy Latin America) prevê um crescimento de 12,8% ao ano, mesmo sem incentivos legais. Com incentivos, essa previsão pode até triplicar. Regulamentações para essas formas inovadoras estão sendo elaboradas e estabelecerão uma base que permite a investidores analisar a viabilidade dos projetos. 2. Aquecimento fotovoltaico Aquecimento solar é uma tecnologia muito bem estabelecida: coletores solares recebem a irradiação e aquecem água num circuito com o reservatório (boiler). Na medida que o preço dos módulos fotovoltaicos vem caindo, surgiu a opção de usar energia elétrica para aquecer a água. Em países como Portugal, essa modalidade já está em amplo uso. Lá, se usam bombas de calor, MANUAL DE ENERGIA SOLAR 13 –TENDÊNCIAS DO MERCADO Deseja aprender mais? Ensinamos e discutimos sistemas híbridos em 10 modalidades no curso hibridos.solarize.com.br http://hibridos.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 13 –TENDÊNCIAS DO MERCADO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 2 trazendo a vantagem que cada kWh elétrico é multiplicado por até quatro vezes ao gerar calor. O reservatório armazena então a energia sobressaliente durante o dia, similar a baterias. Outra vantagem é a sazonalidade: durante o inverno há mais demanda de energia para aquecimento, enquanto, no verão, o ar- condicionado representa uma carga maior. A energia fotovoltaica consegue atender às duas demandas. 3. Drones como Ferramenta de Trabalho Drones surgiram como equipamento de diversão. Logo em seguida foram usados para filmar festas e eventos. No setor de energia solar, muitas instaladoras já costumam filmar suas instalações executadas com drones. Além de documentar o sistema, o vídeo e permite ao proprietário compartilhar a aquisição com seus amigos – marketing perfeito para a integradora. Em usinas de porte maior, o drone pode tirar uma foto por dia, sempre do mesmo lugar, para mostrar o progresso no estilo time-lapse. A filmagem permite também um acompanhamento remoto. Para uma usina em funcionamento é imprescindível detectar e consertar defeitos, antes que acumulem prejuízos financeiros. Drones com câmeras termográficas conseguem apontar módulos ou células com problemas, porque estes esquentam mais do que as em funcionamento normal. Mapeamento aéreo No planejamento de instalações lança-se mão do mapeamento aéreo de terrenos ou edificações. O drone é programado para sobrevoar a área de interesse e tirar fotos com uma sobreposição definida. As fotos, depois, são tratadas em softwares específicos e geram dois produtos: • Mapas ortomosaicos, similares a imagens de satélite, só que com uma definição e precisão muito superior; • Modelos em 3D para levantamento integralde coberturas: a figura 2 mostra uma laje típica, repleta de obstáculos, entre os quais foram encaixados os módulos, respeitando o sombreamento. Um voo de drone de 10 minutos substitui várias horas gastas para levantamento da planta da cobertura e substitui acesso pessoal. O aproveitamento completo destas técnicas se faz com um software de modelagem interativo, como o PV*SOL premium é um exemplo disso (leia mais no capítulo 11). 4. Veículos elétricos Veículos elétricos estão aparecendo cada vez mais nas nossas ruas. O primeiro grande mercado é o uso comercial em serviços urbanos. Nestas aplicações, os veículos Figura 2: Exemplo de uma laje, onde o levantamento por drone economiza o trabalho Deseja aprender a fazer mapeamento aéreo com drones? Venha conhecer nosso curso drone.solarize.com.br http://www.solarize.com.br/ http://drone.solarize.com.br/ MANUAL DE ENERGIA SOLAR 13 –TENDÊNCIAS DO MERCADO © Solarize Treinamentos Profissionais Ltda. www.solarize.com.br Página 3 rodam, diariamente, um percurso conhecido e são recarregadas durante a noite. As questões da autonomia restrita e da demora na recarga não aparecem. A grande vantagem dos veículos elétricos é o custo menor por quilômetro rodado e da manutenção, quando comparado aos veículos equipados com motores a explosão. Publicamos estudos para carros elétricos, onde o valor caiu de 0,60 R$ / km com gasolina para 0,13 R$ / km com energia da concessionária (acesse na coletânea de apresentações do nosso site). Com energia solar, o custo por quilômetro cai ainda mais, a meros R$ 0,06 R$. Imbatível, quando a montadora oferece modelos de aluguel para diluir o valor de compra mais alto. Podemos afirmar que os mercados de energia solar e de veículos elétricos andam de mãos dadas: quem se interesse por uma dessas tecnologias, invariavelmente vai querer a outra também. Uma vantagem para empresas que conhecem ambas. A questão chave para o uso de veículos elétricos é a infraestrutura de carregamento: a potência do eletroposto define o tempo da recarga e a conexão na rede predial e na distribuidora. As opções de faturamento devem ser estudadas para uso compartilhado em edifícios ou pontos públicos de recarga, que foram liberadas pela ANEEL na Resolução 819/2018. 4.1. Hidrogênio verde Petróleo e gás natural estão sendo banidos porque contribuem para os efeitos do aquecimento global. A grande aposta industrial de substituição é hidrogênio, que precisa ser gerado a partir de fontes sustentáveis para entregar a energia limpa no destino. O Brasil apresenta condições perfeitas para produzir o hidrogênio verde, por causa das fontes de energia abundantes, e está se preparando para um papel de liderança mundial neste setor. 5. Conclusão A energia solar entrou na nossa realidade e não sairá mais dela, porque combina um preço baixo com áreas ociosas de geração, especialmente na geração distribuída. Além disso, permite um crescimento rápido a fim de atender as novas demandas de eletricidade, previstas por causa do avanço da inteligência artificial. Agradecemos ao convite da revista O SETOR ELÉTRICO para apresentar em 12 fascículos o conteúdo resumido do nosso curso para projetos fotovoltaicos conectados à rede. Esperamos que tenha gostado do Manual de Energia Solar! O compartilhe entre colegas e amigos e acesse o material adicional no site manual.solarize.com.br – é grátis. No caso de sugestões ou dúvidas não hesite em nos contatar. Aproveite ainda para participar de um dos nossos cursos: oferecemos turmas para iniciantes e para experientes, sempre inovando de acordo com as novidades do mercado. E não deixe de se cadastrar no newsletter, você receberá ainda muito mais informações e convites para cursos e eventos. Figura 3: A Guarda Municipal de São José dos Campos com seus carros elétricos (foto do site da prefeitura) http://www.solarize.com.br/ http://manual.solarize.com.br/ https://www.solarize.com.br/cursos-e-eventos/