Implementação e análise de sistema de produção de energia elétrica em propriedade rural com módulos fotovoltaicos de silício multicristalino

Abstract

A energia elétrica obtida de sistemas fotovoltaicos já representa 0,1 % da matriz energética nacional, totalizando uma potência instalada superior a 1,5 GW. O objetivo deste trabalho é apresentar o desenvolvimento e análise de um sistema fotovoltaico de 20 kWp instalado em propriedade rural no oeste paranaense utilizando módulos fotovoltaicos com células solares de silício multicristalino através da simulação em software, avaliação das características elétricas dos módulos fotovoltaicos, análise da implementação, avaliação da temperatura efetiva dos módulos, análise dos parâmetros de mérito e cálculo do tempo de retorno de investimento. O sistema foi projetado e sua operação foi simulada com o programa PV*SOL, obtendo o ângulo ótimo de inclinação do arranjo fotovoltaico de 18 º, produtividade estimada de 1452 kWh/kWp e desempenho global de 86,3 %. Os módulos fotovoltaicos foram caracterizados eletricamente sob condições padrão e o valor médio foi de (278,9 ± 0,9) W, sendo que todos apresentaram potência acima do valor de catálogo. A temperatura efetiva média dos módulos fotovoltaicos calculada com valores experimentais foi menor que a obtida na simulação, mas a estimativa da temperatura equivalente mostrou que é crucial a utilização da velocidade do vento na realização de cálculos. Em oito meses de operação do sistema fotovoltaico, observou-se uma produtividade em média 7 % menor que a estimada em simulação, mas um desempenho global em média 3 % maior que o da simulação, sendo que o desempenho global médio de 89 % é um indicativo de uma instalação bem realizada. No que se refere ao tempo de retorno econômico do sistema fotovoltaico instalado, foi estimado um período de 7,8 anos, um tempo de retorno maior que o de zonas urbanas devido ao menor valor do kWh no meio rural.

The electric energy produced with photovoltaic systems represents 0.1 % of the national energy matrix, summing an installed power of more than 1.5 GW. The objective of this work is to present the development and analysis of a photovoltaic system of 20 kWp installed in a rural property in the western Paraná using photovoltaic modules with solar cells of multicrystalline silicon, through software simulation, evaluation of the electrical characteristics of photovoltaic modules, evaluation of the effective temperature of the modules, analysis of the merit parameters and calculation of the payback. The system was designed and its operation was simulated with the PV * SOL program, obtaining the optimum tilt angle 18 ° for the array, estimated yield of 1452 kWh / kWp and performance ratio of 86.3 %. The photovoltaic modules were electrically characterized under standard conditions and the mean value was (278.9 ± 0.9) W, all of which presented power above the catalog value. The mean effective temperature of the photovoltaic modules calculated with experimental values was lower than that obtained in the simulation, but the equivalent temperature estimation showed that it is crucial to use wind speed in calculations. In eight months of operation of the photovoltaic system, the average productivity was 7 % lower than that estimated in the simulation, but a performance ratio in average 3 % higher than that of the simulation, with the average performance ratio of 89 %. This result is an indicative of a successful installation. Regarding the payback time of the installed photovoltaic system, a period of 7.8 years was estimated, a payback greater than that of urban areas due to the lower value of kWh in rural areas.