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Como dimensionar sistema híbrido de energia solar uma para empresa?




Qual a vantagem do inversor híbrido?

A grande vantagem do sistema híbrido é poder reduzir a fatura de energia elétrica por meio da geração própria e além disso  ter energia elétrica quando ocorra alguma falha no sistema de concessionária.


Você lembra que em meados de dezembro de 2023 empresários da cidade de São Paulo, chegaram a ficar mais de 3 dias sem luz?


Na maioria das vezes, o fornecimento de energia elétrica será restabelecido pela concessionária num curto período de tempo.


 Já imaginou, no final do mês sua equipe preparando a documentação, emitindo as notas fiscais para receber os pagamentos e do NADA ACABA A LUZ? o que isso impataria seu negócio? O atraso no recebimento, em alguns casos além de implicar em multa, pode impatar no fluxo de caixa da empresa, haja vista que dia 05 é dia de pagamento.

Com um sistema do tipo híbrido on/off grid é possível ter  energia para reduzir a conta de luz em até 90% e além disso não se incomodar com os cortes frequentes de energia elétrica mantendo atividades produtivas da empresa.


Como funciona o inversor conectado à rede?


No sistema on-grid, quando ocorre a falta de energia elétrica o inversor, para de produzir energia elétrica porque ele depende da referência da concessionária para funcionar por segurança. 


Vamos imaginar pelo contrário, que houve uma queda de energia e o inversor continuou injetando energia na rede. Os técnicos da concessionária vão realizar a manutenção considerando que a linha da rua está desenergizada, entretanto o teu sistema está injetando energia na rede e ocorre um acidente! Muito grave, não é verdade?

para isso não acontecer o inversor  on-grid tem uma proteção anti-ilhamento no qual ele não operará sem a rede da concessionária.


O que é um sistema híbrido de energia solar?

O inversor híbrido on/off grid  tem as caracteristicas do inversor conectado a rede, tendo a possibilidade de injetar o excedente de energia na rede da concessionária. Além disso quando ocorra uma falta, ele permite alimentar as cargas que foram separadas para serem atendidas numa situação dessas. 





Como funciona o inversor híbrido de energia solar?

Os módulos fotovoltaicos, captam a luz do sol e a convertem diretamente em energia elétrica. O cerebro do sistema é o inversor que converte a energia gerada pelas placas fazendo a gestão da energia, entre diversas possibilidades temos:

  • Carregar o banco de baterias caso esteja sem carga;

  • Alimentar as cargas prioritárias (Load)

  • Injetar o excedente na rede da concessionária;

  • Alimentar as cargas prioritárias (Load) diretamente da rede da concessionária (funcionando como bypass);

  • Controlar a energia injetada na rede (peakshaving).


O inversor híbrido on/off grid é um dispositivo muito mais robusto se comparado a um inversor conectado à rede. A eletrônica de potência desse tipo é inversor é muito mais parruda. PAra se ter ideia, enquanto um inversor ongrid de 5kW pesa cerca de 12kg um híbrido on/offgrid de mesma potência, pesa cerca de 25kg!

O inversor híbrido on/off grid permite ter energia elétrica sem depender da rede da concessionária, e diversas formas de configuração do regime de alimentação por ordem de prioridade


Dimensionamento do sistema híbrido




Calculando a quantidade de placas solares


Para o dimensionamento do sistema híbrido, vamos seguir um passo a passo que será demonstrado a seguir. O primeiro passo é calcular o consumo médio com base no histórico de consumo da empresa, o qual pode ser obtido na fatura de energia elétrica.


consumo médio = 5200 kWh/mês


Com o consumo médio podemos calcular a potência necessária para gerar em média essa quantidade de energia. Vamos considerar que esse sistema está sendo dimensionado para a cidade de Curitiba / PR, onde o recurso solar é 4,4kWh/m²/dia, uma performance do sistema de 75% e a quantidade de 30 dias no mês. 


potência = 5200 / (30*4,4*0,75)

potência = 52,5kWp

Essa potência pode ser atendida com 92 placas 575Wp (52,5/0,575).


O ponto crítico - definir as cargas prioritárias


O ponto crítico do dimensionamento do sistema híbrido é definir as cargas prioritárias a serem atendidas na ocorrência de uma falta. Muitas vezes, em sistemas empresariais todas as cargas são prioritárias, haja vista que o setor comercial precisa de energia, o setor logístico, o setor financeiro também não pode ficar sem energia. O conforto durante o período de atendimento é importante tanto para o colaborador bem como ao cliente que está sendo atendido.

Nesse sentido vamos considerar que queremos alimentar todas as cargas quando ocorra a falta de energia


Também levaremos em conta que a unidade consumidora possui uma entrada 75kW (padrão trifásico de 200A) onde a carga máxima solicitada é de 75kW, nesse sentido vamos utlizar  4 inversores de 20kW.



O segundo ponto crítico  - calculo da autonomia


O segundo ponto crítico do sistema híbrido é dado pela autonomia. Uma grande autonomia como 2 a 3 dias é um cenário ideal onde haverá energia elétrica mesmo após um evento climático catastrófico como vendavais, ciclones, onde o sistema elétrico da concessionária acaba sendo muito afetado. Entretanto quanto maior a segurança energética maior será o investimento inicial para implantação do projeto. Nesse contexto é importante definir um tempo de autonomia que otimize o sistema. Uma das formas para definir a autonomia do sistema é utilizar a base de dados da ANEEL, analisando os parâmetros de continuidade.


Os dados de continuidade pode ser acessados no seguinte link:


Definições:


A continuidade do fornecimento é avaliada através de indicadores que mensuram a freqüência e a duração das interrupções ocorridas nos consumidores. Ressalta-se que, similarmente a outros indicadores no mundo, os indicadores são apurados para as interrupções maiores que 3 minutos, sendo admitidos alguns expurgos na sua apuração. Os indicadores de continuidade, entre outros, o seguinte:


  • Duração máxima de interrupção contínua por unidade consumidora ou ponto de conexão (DMIC): Tempo máximo de interrupção contínua de energia elétrica, em uma unidade consumidora ou ponto de conexão.



Na tela, devemos selecionar: selecionar estado, cidade e conjunto elétrico (bairro)  e o ano anterior. Assim temos que:




Dos parâmetros acima, o que iremos utilizar para os calculos é o DMIC que mede a duração máxima da interrupção por unidade consumidora.

Considerando que estamos fazendo a análise no bairro Fazendinha (e o mesmo não aparece na lista) buscamos a subestação mais próxima da unidade consumidora (que se encontra no bairro Santa Quitéria).


Nessa região (área urbana) o DMIC são de 3 horas e será esse o tempo que iremos considerar para a autonomia do sistema.



Cálculo do banco de baterias de LÍTIO


Para o cálculo do banco de baterias de lítio, vamos estimar o consumo médio diário e o consumo médio horário.


Consumo médio = 5200kWh/mês


As empresas (comércios de rua, escritório) ficam aberto 22 dias no mês:

Consumo médio diário = 5200/22

Consumo médio diário = 236,4 kWh/dia


O horário de funcionamento das empresas geralmente é das 08h00 às 18h00, sendo que isso representará cerca de 80% do consumo diário total. Os outros 20%  é devido a outros equipamentos com sistema de segurança, geladeira, iluminação que ficam ligados no período noturno.


Consumo médio diário corrigido = 236,4*0,8


Consumo médio diário corrigido = 189,1 kWh/dia


Consumo horário=189,1/10

Consumo horário=18,9kWh/h


O consumo médio horário representa o consumo horário no período de funcionamento do empreendimento (10 horas por dia).


Dessa forma temos que a quantidade de energia a ser fornecida pelo banco de baterias por três horas é:

Tamanho do banco = 18,9*3/(0,8)

Tamanho do banco  = 70,9 kWh


onde 0,8 (80%) representa a quantidade de energia que conseguimos extrair das baterias, ou seja, num banco de baterias de lítio é possível extrair até 80% da energia armazenada. Considerando que uma bateria tenha 5kWh de armazenamento serão necessárias:


Quantidade de baterias = 70,9/5

Quantidade de baterias = 14,1

Quantidade de baterias = 15 


Recapitulando

Para o dimensionamento da quantidade de placas utilizamos o consumo médio para calcular a potência fotovoltaica. No dimensionamento dos inversores, levamos em consideração o padrão de entrada de energia elétrico atual, onde queremos atender todas as cargas quando ocorra uma falta de energia. O tempo de autonomia foi definido com base nos parâmetros de rede da ANEEL, o DMIC, num tempo de 3 horas. Levando em consideração o consumo médio, calculamos o consumo horário para  dimensionar o tamanho do banco de baterias.


Otimizando o dimensionamento do sistema híbrido


Após este dimensionamento inicial é importante fazer uma análise mais apurada do consumo do estabelecimento. Isso é possível através da obtenção da curva de carga. Com essa curva teremos o perfil de consumo da empresa e poderemos compará-la com o dimensionamento dos inversores e da quantidade de baterias.



Vale ressaltar que é possível fazer o dimensionamento de um sistema híbrido sem os painéis solares, dessa forma ele funcionar como um nobreak. Essa tipo de solução é muito interessante para empresas que não tem telhado, como escritórios, consultórios (estão em edifícios).


Se você está buscando um estudo personalizado para implantação de um sistema de energia solar híbrido para o seu negócio, conte com a Paraná Energia Solar para apresentar uma análise detalhada, com curva de carga e levando em conta as peculiaridades da sua empresa.




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