Mini-Projeto · Dossiê de instalação de um sistema fotovoltaico para autoconsumo
Contexto
Uma família de Setúbal quer instalar um sistema fotovoltaico para autoconsumo na sua moradia. A casa tem ligação trifásica, uma cobertura de telha cerâmica com duas vertentes (uma virada a sul com 28° de inclinação e outra a nascente com 28°), uma chaminé junto à cumeeira, no lado sul de um grupo de módulos da vertente nascente, e um quadro geral com espaço livre. O consumo concentra-se de manhã e ao fim da tarde.
Foste chamado a preparar o dossiê técnico da instalação: levantar os dados da obra, escolher a solução, planear a segurança, dimensionar as fileiras, definir as ligações, as terras e a proteção AC, escrever o plano de ensaios e preparar a formação do cliente. Trabalhas individualmente ou a pares, com os dados de partida do quadro seguinte (se o professor fornecer outros, usas esses) e entregas um dossiê completo.
Dados de partida
Módulo fotovoltaico (ficha técnica):
| Dado | Valor |
|---|---|
| Potência máxima (Pmp) | 440 Wp |
| Tensão em circuito aberto (Voc) | 49,5 V |
| Corrente de curto-circuito (Isc) | 11,3 A |
| Tensão no ponto de potência máxima (Vmp) | 41,5 V |
| Corrente no ponto de potência máxima (Imp) | 10,6 A |
| Coeficiente de temperatura da Voc | -0,26 %/°C |
| Coeficiente de temperatura da Vmp | -0,30 %/°C |
| Área do módulo | 2,1 m² |
Inversor trifásico (ficha técnica):
| Dado | Valor |
|---|---|
| Potência nominal AC | 8 kW, 400 V |
| Número de entradas MPPT | 2 |
| Tensão máxima de entrada DC | 1000 V |
| Janela de tensão MPPT | 150 V a 850 V |
| Corrente máxima de entrada por MPPT | 16 A |
Local e instalação:
| Dado | Valor |
|---|---|
| Latitude (Setúbal) | cerca de 38,5° N |
| Temperatura mínima de projeto | -5 °C |
| Temperatura máxima das células | 70 °C |
| Vertente sul | 28° de inclinação, 22 m² livres |
| Vertente nascente | 28° de inclinação, 15 m² livres |
| Chaminé | 1,0 m acima do plano dos módulos, a sul do grupo de módulos da vertente nascente, a 2,5 m do módulo mais próximo |
| Percurso de ida de cada fileira até ao inversor | 25 m |
| Percurso do inversor ao quadro geral | 20 m |
| Resistividade do cobre (cálculo) | 0,0225 Ω·mm²/m |
| Quadro geral | corte geral de 63 A, diferencial de 300 mA, resistência de terra medida 85 Ω |
Requisitos
Funcionais
- Fazer o levantamento da cobertura: azimute, inclinação, material, dimensões e obstáculos, com registo fotográfico ou esquemático.
- Analisar o sombreamento (pelo menos a chaminé), com a fórmula d = h ÷ tan α e a elevação solar do solstício de inverno para a latitude do local.
- Escolher e justificar a arquitetura (inversor central ou microinversores) e a disposição dos módulos nas duas vertentes.
- Fazer uma avaliação de riscos com pelo menos cinco atividades, fatores de risco, eventos de risco elevado, medidas e EPI.
- Dimensionar as fileiras (máximo e mínimo de módulos com a temperatura) e a secção dos cabos DC e AC, com queda de tensão e perda de potência.
- Definir a rede de terras e a equipotencialidade, incluindo a verificação da resistência de terra face ao diferencial.
- Desenhar o esquema unifilar, com a simbologia da legenda, as proteções DC e AC, o ponto de injeção, o medidor e a monitorização.
- Preparar a lista de ferramentas e instrumentos da obra e escrever o plano de ensaios, separando os ensaios antes de ligar à rede dos de colocação em funcionamento, e uma tabela de despiste de anomalias.
- Redigir o guião de formação do cliente e a lista de documentação a entregar.
Não-funcionais
- Todas as contas apresentadas passo a passo, com unidades.
- Valores de equipamento retirados das fichas técnicas dos dados de partida, nunca inventados.
- Legislação e normas citadas apenas pelo nome e pela versão em vigor, sem números de artigo ou limites de memória.
- Linguagem clara, organização do dossiê e esquemas legíveis.
- Segurança em primeiro lugar em todas as fases.
Fases
Fase 1 · Levantamento e enquadramento (3h) Registar a cobertura, o quadro e os percursos de cabos. Identificar a legislação e as normas aplicáveis (Lei n.º 14/2015, regime do autoconsumo na redação em vigor, RTIEBT, normas de ensaio) e quem decide cada passo.
Fase 2 · Orientação, inclinação e sombreamento (3h) Avaliar as duas vertentes, calcular a elevação solar e a sombra da chaminé, decidir a disposição dos módulos e se são necessários microinversores ou MPPT independentes.
Fase 3 · Segurança e zona de trabalho (2h) Avaliação de riscos, delimitação e sinalização, plano de trabalhos em altura, meios de elevação, lista de EPI (com a classe das luvas justificada pela tensão do campo) e lista de ferramentas e instrumentos preparados e verificados.
Fase 4 · Dimensionamento e esquema (4h) Fileiras com a temperatura, secção e queda de tensão dos cabos, proteções, ponto de injeção, terras e equipotencialidade, esquema unifilar.
Fase 5 · Plano de execução e ensaios (3h) Sequência de fixação e ligações (estruturas, módulos, cabos, inversor, quadro), ordem de paragem e de arranque do sistema, incluindo o bloqueio do corte, o tempo de descarga e a verificação de ausência de tensão, plano de ensaios com o que se mede, com que instrumento e o critério de aceitação (ensaios 1 a 6 antes de ligar à rede, ensaios 7 a 9 na colocação em funcionamento), e tabela de despiste de anomalias.
Fase 6 · Formação do cliente e documentação (3h) Guião de formação, respostas assertivas a três situações de conversa, lista de documentos a entregar e plano de gestão de resíduos.
Fase 7 · Apresentação e reflexão (2h) Apresentar o dossiê à turma, explicar as decisões e um ponto em que a solução poderia falhar.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Levantamento, enquadramento legal e análise de sombreamento | 15% |
| Escolha da arquitetura, orientação e inclinação | 10% |
| Avaliação de riscos, trabalhos em altura e EPI | 15% |
| Dimensionamento de fileiras, cabos e proteções | 20% |
| Terras, equipotencialidade e esquema unifilar | 15% |
| Plano de ensaios e despiste de anomalias | 15% |
| Formação do cliente, documentação e apresentação | 10% |
Erros comuns
- Dimensionar as fileiras sem a temperatura, esquecendo o aumento da Voc no frio.
- Arredondar o máximo de módulos para cima e o mínimo para baixo.
- Usar sombra ao meio-dia de verão para avaliar o sombreamento.
- Calcular a queda de tensão sem duplicar o comprimento (ida e volta) ou duplicá-lo duas vezes.
- Esquecer a equipotencialidade das calhas e molduras.
- Escolher o diferencial sem ler o manual do inversor.
- Indicar limites de potência ou números de artigos de memória.
- Planear o trabalho em altura sem proteção coletiva nem resgate.
- Prometer ao cliente uma poupança exata.
Bónus (opcional)
- Comparar duas soluções (inversor central de dois MPPT contra microinversores) em custo estimado, sombra e manutenção.
- Calcular a distância entre filas para uma ampliação em cobertura plana no mesmo local.
- Acrescentar uma bateria ao esquema e escrever o teste de armazenamento, incluindo a saída de emergência.
- Preparar uma folha de uma página com os alarmes mais comuns do inversor e a primeira ação.
Reflexão
No dossiê final, responde: que decisão do teu projeto teria o maior custo se fosse tomada mal e só se descobrisse depois do arranque, e que ensaio ou verificação a apanharia mais cedo? Em que ponto a segurança e a produtividade da obra entram em conflito, e como o resolves?