Módulos fotovoltaicos em série e paralelo

Quando vamos instalar um sistema fotovoltaico, seja off grid, seja grid tie, composto por vários módulos, precisamos decidir se estes serão conectados em série, em paralelo, ou uma combinação dos dois modos.

Em sistemas grid tie, essa decisão é feita em função da característica do inversor selecionado para o sistema, e em sistemas off grid, em função do controlador de carga. Abaixo temos as folha de dados de um inversor de 8 kW e de um controlador MPPT de 40 Amperes.

Dados do inversor.
Dados do controlador

Podemos notar diversas restrições de corrente e tensão que são permitidas na entrada do inversor e do controlador. As conexões série e paralelo devem respeitar esses limites. Esse inversor particularmente, exige que a tensão nos terminais de entrada esteja entre 270 e 800 Volts para que o sistema MPP atue (rastreamento do ponto de máxima potência dos módulos). O controlador exige que a tensão fique abaixo de 100 ou de 90 Volts (dependendo da tensão do sistema de baterias)

Ao conectar módulos em série, suas tesões serão somadas e sua corrente será mantida, assim, precisamos de uma quantidade de módulos que faça a sua tensão estar na faixa recomendada.

Conexão de módulos em série.

Do mesmo modo que há restrições para a tensão, há também restrições para a corrente. Nesse caso, precisamos de um número de fileiras em paralelo que não produza correntes superiores ao admitido pelo inversor/controlador (18 Amperes para o inversor e 40 Amperes para o controlador, nesse exemplo). A conexão em paralelo serve para alterarmos a corrente sem alterar a tensão.

Conexão de módulos em paralelo.

Como foi mostrado, muitas vezes precisamos ou desejamos alterar as tensões ou correntes (ou ambos) em sistemas fotovoltaicos. Uma forma eficaz de realizar essas alterações é conectar os módulos entre si em série ou paralelo (ou ambos).

Outro ponto é importante é assegurar que os módulos tenham os mesmos valores nominais (potência, correntes, tensões), pois, ao se conectar módulos em série de correntes diferentes, suas tensões serão somadas (como visto), mas a corrente será limitada pela menor das correntes, o que resultará em um sistema ocioso. O mesmo ocorre se conectarmos módulos de tensões diferentes em paralelo, as correntes serão somadas (como visto), e a tensão será limitada pela menor das tensões, o que resultará também em um sistemas ocioso.

Tem interesse em adquirir painéis solares ? Confira nossas opções clicando aqui.

Partida de motores em sistemas off-grid

Quando desejamos alimentar motores em sistemas isolados (off-grid) devemos prestar atenção à corrente de partida de motores, sejam eles monofásico ou trifásicos.

Devido ao fato desses motores funcionarem com corrente alternada, durante a partida são induzidas correntes nas bobinas do rotor, que são particularmente altas durante a partida (quando o rotor está parado).

Existem diversos métodos para partir motores como:

  • Partida por softstarter.
  • Partida estrela-triângulo.
  • Partida compensadora.
  • Partida direta.

Em sistemas fotovoltaicos isolados, o método de partida normalmente utilizado é a partida direta, uma vez que os outros métodos utilizam chaves eletrônicas sofisticadas que não justificam seu custo em sistemas solares.

Os inversores, quando destinados a alimentar motores de forma direta, devem ser capazes de suportar a corrente de partida para que não haja risco de queima do dispositivo.

Digamos que seja necessário um inversor para alimentar um motor de 0,5 CV, que equivale a aproximadamente 370 W. 370 W é a potência nominal do motor, ou seja, a potência consumida em regime permanente, de forma contínua.

A primeira vista, um inversor pequeno, de 500 W atenderia esse motor, porém, não foi considerada a presença da corrente de partida, que varia entre 6 e 10 vezes a sua corrente nominal. Durante a partida do motor, sua potência se torna, momentaneamente, bastante superior à sua potência nominal, de forma conservadora, pode-se dizer que sua potência é de 3,7 kW durante alguns segundos.

Muitos projetistas, por falta de conhecimento detalhado, indicam inversores maiores do que 3700 W de potência nominal em uma situação como a ilustrada acima, quando na verdade, 3700 W deveria ser a potência de pico do inversor. Esse erro, apesar de não causar danos nos equipamentos, faz com que o sistema se torne mais caro do que o necessário.

A figura a seguir mostra a folha de dados de um inversor off-grid de 2000 W (nominal)

Como é possível ver, um inversor de 2000 W nominal suportaria alimentar o motor em questão, pois sua potência de pico é de 4 kW, superior portanto à potência de 3,7 kW do motor durante a sua partida.

O objetivo desse artigo é mostrar que é possível alimentar motores com inversores em sistemas isolados sem tornar o sistema excessivamente caro.

Ficou interessado em nosso inversores ? Possui sistemas que precisam de motores elétricos? Clique aqui e confira nossos inversores off-grid.

Dimensionamento dos cabos CC e CA

Muitos projetistas e instaladores esquecem que para dimensionar o cabeamento de forma correta é necessário seguir a norma de instalações elétricas em baixa tensão (NBR 5410). Ao não seguir essa norma, os profissionais colocam em risco não somente a instalação, mas também a vida das pessoas. Neste post, iremos detalhar alguns aspectos importantes sobre o dimensionamento dos cabos utilizados em sistemas fotovoltaicos.

Os sistemas fotovoltaicos possuem trechos tanto em corrente contínua como em corrente alternada. Agora iremos demonstrar o dimensionamento correto dos cabos, iniciando pela parte em corrente contínua do circuito.

Os cabos da parte contínua saem dos painéis solares e seguem até o inversor grid tie (ou controlador de carga e baterias no caso de sistemas off grid) e são expostos muitas vezes às intempéries (chuva, radiação UV), e por isso, devem ser próprios para aplicações solares, e seu dimensionamento seve seguir a seguinte regra:

Essa equação diz que a capacidade de corrente do cabo deve ser superior em 25% à corrente de curto circuito (em 80°C) do arranjo fotovoltaico. Além desse critério, também é necessário respeitar os limites de queda de tensão ao longo do cabo, assim, a seção do mesmo deve ser suficiente para evitar quedas de tensão exageradas. Para definir a seção do do fio, pode-se usar a equação abaixo.

Nessa equação, L é o comprimento do circuito CC, I é a corrente, V é a tensão do arranjo fotovoltaico e σ é a condutividade do cobre (46 Sm/mm² a 80°C). De posse do resultado das duas equações, escolhe-se o condutor com a maior seção.

Para os cabos da parte do circuito em corrente alternada, deve-se utilizar as tabelas disponíveis na norma NBR 5410 onde, dependendo do modo de instalação, a tabela fornece uma certa seção de cabo.

Tipos de instalação.

Na tabela acima, o método de instalação normalmente utilizado em sistemas fotovoltaicos é o modo B1, onde os cabos passam por eletrodutos externos à parede. Deve-se levar em conta a temperatura ambiente do local de instalação e também o número de circuitos que ficarão no mesmo eletroduto, para isso, utilizamos as tabelas disponíveis na NBR 5410.

Fator de correção para agrupamento (FC).
Fator de correção para temperatura ambiente (FT).

De posse da corrente de projeto, pode-se dividi-la pelos fatores mencionados para então obter a seção do cabo através das tabelas 32 e 33 da NBR5410.

Assim como no caso em corrente contínua, os limites de queda de tensão também devem ser respeitados. Com o auxílio das equação abaixo, podemos determinar a seção dos cabos CA.

Onde Cosθ é o fator de potência da carga (residência), pode-se adota-lo como 1 para sistemas residenciais.

Novamente deve-se escolher a maior seção calculada.

Em resumo, o projetista deve escolher corretamente as dimensões dos cabos do sistema de modo a atender os critérios de capacidade de corrente (com o uso dos fatores de correção e de tabelas) e de queda de tensão admissível.