Como dimensionar um sistema fotovoltaico sem erro

Para dimensionar um sistema fotovoltaico sem erro, siga esta ordem: defina a energia que o sistema precisa gerar, ajuste a irradiação ao seu telhado, aplique as perdas reais, escolha a placa e só então confira se a combinação de placas e inversor respeita os limites de tensão e corrente do equipamento e da distribuidora. A maioria dos erros não está na fórmula da potência, que é simples, e sim nas etapas que muita gente pula: perdas, orientação do telhado, ligação das placas em série e limite do padrão de entrada.

Este guia percorre as sete etapas de um projeto com um exemplo único, do começo ao fim. Se você só quer saber quantas placas cabem no seu consumo, a conta rápida está em quantas placas solares eu preciso.

Etapa 1: defina a energia que o sistema deve gerar

O ponto de partida é o consumo médio mensal em kWh dos últimos 12 meses, tirado do histórico da conta de luz. A partir dele, três decisões mudam o alvo do projeto:

• Descontar ou não a taxa mínima. A distribuidora cobra o custo de disponibilidade de 30, 50 ou 100 kWh (monofásico, bifásico, trifásico) mesmo com créditos sobrando. Gerar essa parcela é gerar energia que você vai pagar de qualquer jeito.
• Somar o consumo futuro. Ar-condicionado novo, carro elétrico, piscina aquecida. Uma ampliação depois exige nova homologação e, muitas vezes, outro inversor.
• Não superdimensionar. Crédito que sobra por muito tempo perde a validade em 60 meses, conforme a Lei 14.300. Gerar muito acima do consumo só faz sentido se você tiver outra unidade para receber os créditos.

Exemplo do guia: casa em Belo Horizonte, ligação bifásica, média de 500 kWh/mês, sem planos de aumento. Alvo de geração: 500 − 50 = 450 kWh por mês.

Etapa 2: ajuste a irradiação ao seu telhado

As horas de sol pleno (HSP) são a irradiação diária expressa em horas de sol a 1.000 W/m². As médias regionais do Atlas Brasileiro de Energia Solar (INPE) ficam entre 4,5 (Sul e Norte) e 5,5 (Nordeste). Para um projeto de verdade, não basta a média da região:

• Use o dado do endereço. A ferramenta SunData, do CRESESB/Cepel, devolve a irradiação mês a mês pela latitude e longitude, inclusive no plano inclinado.
• Considere a orientação. No Brasil, ao sul do Equador, a face voltada para o norte recebe mais sol ao longo do ano. Telhados voltados para leste ou oeste geram um pouco menos, e para o sul, bem menos. A conta exata depende da inclinação e da latitude; o tema tem artigo próprio em inclinação e orientação ideal da placa solar.
• Olhe o pior mês, não só a média. Em cidades do Sul, a irradiação de junho pode ser bem menor que a de janeiro. O sistema on-grid compensa isso com créditos do verão, mas um projeto off-grid precisa ser feito pelo pior mês.

Exemplo: Belo Horizonte, telhado voltado para o norte. Usamos 5,0 HSP, a média do Sudeste no Atlas. Num projeto real, o integrador substitui pelo valor do SunData para o ângulo do telhado.

Etapa 3: aplique as perdas reais

Nenhuma placa entrega no telhado a potência do laboratório. O fator de 0,8 usado em todo o portal representa cerca de 20% de perdas somadas. É uma premissa conservadora para sistemas residenciais bem instalados, e vale entender de onde ela sai, porque um telhado ruim pode perder mais:

Sombra não está incluída nos 20%. Se o telhado tem sombra de caixa d'água, árvore ou prédio vizinho em parte do dia, a perda deve ser estimada à parte, e a solução pode mudar o equipamento. Veja o efeito em sombra na placa solar.

Etapa 4: calcule a potência do sistema

Com alvo, irradiação e perdas definidos, a fórmula é:

kWp = energia mensal ÷ (HSP × 30 × fator de perdas)

Exemplo: 450 ÷ (5,0 × 30 × 0,8) = 450 ÷ 120 = 3,75 kWp.

Etapa 5: escolha a placa e arredonde

Divida a potência pela potência da placa e arredonde para cima. A escolha da placa muda a quantidade, a área ocupada e o comportamento elétrico da fileira.

Com 7 placas, as duas opções atendem. A de 575 W dá uns 5% a mais de folga pelo mesmo número de furos no telhado. Seguimos o exemplo com a Jinko Tiger Neo de 575 W (JKM575N-72HL4-V), cuja ficha técnica traz os dados elétricos de que precisamos. Comparamos modelos no ranking das melhores placas solares.

Área: cada placa mede 2,278 × 1,134 m = 2,58 m². Sete placas ocupam cerca de 18 m², fora os espaçamentos exigidos pela estrutura e o recuo das bordas do telhado.

Etapa 6: confira a ligação das placas com o inversor

Esta é a etapa que mais separa um projeto bem feito de um kit montado no improviso. O tamanho do inversor em relação às placas tem guia próprio, em como calcular o tamanho do inversor solar. Aqui o foco é outro: a fileira de placas em série precisa caber dentro das janelas de tensão e corrente do aparelho.

Usaremos o inversor Growatt MIC 3000TL-X, comum em sistemas dessa faixa. Segundo as especificações divulgadas por distribuidores: tensão máxima de entrada de 550 V, faixa de MPPT de 65 a 550 V, corrente máxima de entrada de 13 A, curto-circuito máximo de 16 A e até 4.200 W de placas recomendados.

Tensão de operação: a fileira precisa ficar dentro da faixa do MPPT

Tensão de máxima potência (Vmp) da placa: 42,22 V. Sete em série: 7 × 42,22 = 295,5 V. Está dentro da faixa de 65 a 550 V do MPPT. No calor a tensão cai, mas continua muito acima do mínimo.

Tensão máxima: o cuidado com o frio

A tensão de circuito aberto (Voc) da placa é 50,88 V a 25 °C, e ela sobe quando a placa esfria. O pior momento é uma manhã fria de inverno, com sol e o inversor ainda desligado. Suponha um coeficiente de Voc de −0,25%/°C (confira o valor exato na ficha da sua placa) e uma mínima de 0 °C:

1. Diferença para 25 °C: 25 graus.
2. Aumento da Voc: 25 × 0,25% = 6,25%.
3. Voc de cada placa no frio: 50,88 × 1,0625 = 54,06 V.
4. Sete em série: 7 × 54,06 = 378 V, abaixo dos 550 V. Aprovado.
5. Limite de placas em série para esse inversor: 550 ÷ 54,06 = 10,2, ou seja, no máximo 10 placas por fileira.

Em cidades serranas do Sul, onde a mínima pode ficar abaixo de zero, refaça a conta com a temperatura local. Passar da tensão máxima pode danificar o inversor e não é coberto pela garantia.

Corrente: a fileira não pode passar do limite de entrada

Corrente de máxima potência (Imp) da Jinko de 575 W: 13,62 A. O inversor aceita até 13 A de corrente de operação. Como as placas estão em série, a corrente é a de uma placa só: 13,62 A, um pouco acima de 13 A. Nos momentos de sol mais forte, o inversor limita a corrente e perde cerca de 4,5% da potência da fileira naqueles minutos. A corrente de curto-circuito, 14,39 A, fica abaixo do limite de 16 A, então não há risco ao equipamento.

É uma perda pequena e concentrada no pico, mas mostra por que placas cada vez mais potentes exigem atenção: inversores mais antigos, com entradas de 11 ou 12,5 A, podem limitar demais. Um inversor com corrente de entrada maior resolveria.

Relação entre placas e inversor

No exemplo, 4.025 Wp de placas para 3.000 W de inversor dão uma relação de 1,34, dentro do limite de 4.200 W indicado para esse modelo. Nos dias mais claros do ano, o inversor vai cortar um pouco do pico. Um aparelho de 3,6 ou 4 kW reduziria esse corte. A decisão entre os dois envolve preço e perda estimada; o raciocínio completo está no guia do tamanho do inversor.

Etapa 7: confira os limites da distribuidora

A micro e minigeração tem regras de conexão. As que mais afetam residências:

• Potência disponibilizada. A potência do sistema não pode passar da potência que a distribuidora disponibiliza para o imóvel, definida pelo disjuntor do padrão de entrada. Se passar, é preciso pedir aumento de carga, às vezes com troca do padrão.
• Tipo de ligação. Distribuidoras limitam a potência de inversores monofásicos. Sistemas maiores podem exigir ligação bifásica ou trifásica. Os valores mudam de uma concessionária para outra; confira a norma técnica da sua.
• Microgeração. Pela Lei 14.300, microgeração vai até 75 kW em corrente alternada. Qualquer casa fica bem abaixo disso, mas o limite define o rito do pedido.

O pedido de acesso, a vistoria e a troca do medidor são feitos pela empresa instaladora. O fluxo está em homologação na distribuidora.

O projeto do exemplo, resumido

Erros de dimensionamento que mais aparecem

• Usar perdas otimistas. Projetar com 10% de perdas num telhado quente faz o sistema gerar menos do que o prometido.
• Ignorar a orientação. Usar a irradiação horizontal para um telhado voltado para o sul superestima a geração.
• Fileira longa demais. Placas demais em série estouram a tensão máxima no inverno.
• Fileira curta demais. Poucas placas em série podem ficar abaixo da tensão de partida do inversor em dias nublados.
• Misturar placas diferentes na mesma fileira. A placa mais fraca limita a corrente das outras.
• Esquecer o padrão de entrada. O sistema fica pronto e a distribuidora nega a conexão por falta de potência disponibilizada.

Outros erros na compra, como garantias e contratos, estão em erros ao comprar energia solar. Mais conteúdos sobre cálculo estão no tema Dimensionamento.