Cálculos de dimensionamento de strings de inversores solares
O artigo a seguir ajudará você a calcular o número máximo/mínimo de módulos por string em série ao projetar seu sistema fotovoltaico. O dimensionamento do inversor compreende duas partes: dimensionamento de tensão e dimensionamento de corrente. Durante o dimensionamento do inversor, é necessário levar em consideração os diferentes limites de configuração, que devem ser considerados ao dimensionar o inversor de energia solar (dados das fichas técnicas do inversor e do painel solar). Além disso, o coeficiente de temperatura é um fator importante durante o dimensionamento.
1. Coeficiente de temperatura do painel solar Voc/Isc:
A tensão/corrente de operação dos painéis solares depende da temperatura das células; quanto maior a temperatura, menor a tensão/corrente produzida pelo painel solar e vice-versa. A tensão/corrente do sistema será sempre máxima nas condições mais frias e, por exemplo, o coeficiente de temperatura Voc do painel solar é necessário para calcular isso. Em painéis solares monocristalinos e policristalinos, o valor é sempre negativo em %/°C, como -0,33%/°C no modelo SUN 72P-35F. Essas informações podem ser encontradas na ficha técnica do fabricante do painel solar. Consulte a Figura 2.
2. Número de painéis solares em série:
Quando os painéis solares são conectados em série (ou seja, o polo positivo de um painel é conectado ao polo negativo do painel seguinte), a tensão de cada painel é somada para obter a tensão total da série. Portanto, precisamos saber quantos painéis solares você pretende conectar em série.
Quando tiver todas as informações, você estará pronto para inseri-las nos cálculos de dimensionamento de tensão e corrente do painel solar a seguir, para verificar se o projeto do painel solar atenderá às suas necessidades.
Dimensionamento de tensão:
1. Tensão máxima do painel = Voc*(1+(Temp.mín.-25)*coeficiente de temperatura(Voc)
2. Número máximo de painéis solares = Tensão máxima de entrada / Tensão máxima do painel
Dimensionamento atual:
1. Corrente mínima do painel = Isc*(1+(Temp.máx.-25)*coeficiente de temperatura(Isc)
2. Número máximo de strings = Corrente máxima de entrada / Corrente mínima do painel
3. Exemplo:
Em Curitiba, Brasil, um cliente está pronto para instalar um inversor trifásico Renac Power de 5 kW. O painel solar utilizado é um módulo de 330 W. A temperatura mínima na superfície da cidade é de -3 °C e a máxima de 35 °C. A tensão de circuito aberto é de 45,5 V, a tensão de pico de potência máxima (Vmpp) é de 37,8 V, a faixa de tensão MPPT do inversor é de 160 V a 950 V e a tensão máxima que ele suporta é de 1000 V.
Inversor e ficha técnica:
Ficha técnica do painel solar:
A) Dimensionamento de tensão
Na temperatura mais baixa (que varia conforme a localização, neste caso -3℃), a tensão de circuito aberto Voc dos módulos em cada string não deve exceder a tensão máxima de entrada do inversor (1000 V):
1) Cálculo da tensão de circuito aberto a -3℃:
COV (-3℃)= 45,5*(1+(-3-25)*(-0,33%)) = 49,7 Volts
2) Cálculo de N, o número máximo de módulos em cada cadeia:
N = Tensão máxima de entrada (1000 V)/49,7 Volts = 20,12 (arredonde sempre para baixo)
O número de painéis solares fotovoltaicos em cada string não deve exceder 20 módulos. Além disso, na temperatura mais alta (que varia conforme a localização, neste caso 35 °C), a tensão MPP (VMPP) de cada string deve estar dentro da faixa MPP do inversor de energia solar (160 V–950 V).
3) Cálculo da tensão de potência máxima VMPP a 35℃:
VMPP (35°C)=45,5*(1+(35-25)*(-0,33%))= 44 Volts
4) Cálculo do número mínimo de módulos M em cada cadeia:
M = Tensão MPP mínima (160 V) / 44 Volts = 3,64 (arredonde sempre para cima)
O número de painéis solares fotovoltaicos em cada string deve ser de pelo menos 4 módulos.
B) Dimensionamento atual
A corrente de curto-circuito ISC do conjunto fotovoltaico não deve exceder a corrente máxima de entrada permitida do inversor de energia solar:
1) Cálculo da corrente máxima a 35°C:
ISC (35℃) = ((1 + (10 * (TCSC /100))) * ISC ) = 9,22 * (1 + (35 - 25) * (-0,06%)) = 9,16 A
2) Cálculo de P, o número máximo de strings:
P = Corrente máxima de entrada (12,5 A) / 9,16 A = 1,36 strings (arredonde sempre para baixo)
O conjunto de painéis fotovoltaicos não deve exceder uma única string.
Observação:
Esta etapa não é necessária para o inversor MPPT com apenas uma string.
C) Conclusão:
1. O gerador fotovoltaico (conjunto fotovoltaico) consiste emuma corda, que está conectado ao inversor trifásico de 5 kW.
2. Em cada conjunto, os painéis solares conectados devem serdentro de 4 a 20 módulos.
Observação:
Como a tensão ideal de MPPT para um inversor trifásico é em torno de 630V (enquanto para um inversor monofásico é em torno de 360V), a eficiência operacional do inversor é máxima nesse intervalo de tempo. Portanto, recomenda-se calcular a quantidade de módulos solares com base na tensão ideal de MPPT.
N = Melhor MPPT VOC / VOC (-3°C) = 756V/49,7V=15,21
Painel monocristalino Melhor MPPT VOC = Melhor tensão MPPT x 1,2 = 630 × 1,2 = 756 V
Painel policristalino Melhor MPPT VOC = Melhor tensão MPPT x 1,2 = 630 × 1,3 = 819 V
Assim, para o inversor trifásico Renac R3-5K-DT, a entrada recomendada de painéis solares é de 16 módulos, sendo necessário conectar apenas uma string de 16x330W=5280W.
4. Conclusão
A quantidade de painéis solares a serem instalados no inversor depende da temperatura das células e do coeficiente de temperatura. O melhor desempenho é obtido com base na tensão MPPT ideal do inversor.
