Guia completo para projeto e configuração de sistemas de armazenamento fotovoltaico residenciais

Um sistema residencial de armazenamento fotovoltaico (FV) consiste principalmente em módulos FV, ​​baterias de armazenamento de energia, inversores de armazenamento, dispositivos de medição e sistemas de gerenciamento de monitoramento. Seu objetivo é alcançar a autossuficiência energética, reduzir os custos de energia, diminuir as emissões de carbono e melhorar a confiabilidade do fornecimento de energia. A configuração de um sistema residencial de armazenamento FV é um processo abrangente que requer a consideração cuidadosa de vários fatores para garantir uma operação eficiente e estável.

I. Visão geral dos sistemas de armazenamento fotovoltaico residenciais

Antes de iniciar a configuração do sistema, é essencial medir a resistência de isolamento CC entre o terminal de entrada do painel fotovoltaico e o terra. Se a resistência for inferior a U…/30 mA (U… representa a tensão máxima de saída do painel fotovoltaico), devem ser tomadas medidas adicionais de aterramento ou isolamento.

As principais funções dos sistemas residenciais de armazenamento fotovoltaico incluem:

• Autoconsumo:Utilização de energia solar para atender às demandas energéticas domésticas.
• Raspagem de picos e preenchimento de vales: Equilibrar o uso de energia em diferentes períodos para economizar custos de energia.
• Energia de reserva: Fornecendo energia confiável durante interrupções.
• Fonte de alimentação de emergência: Suporte a cargas críticas durante falhas na rede.

O processo de configuração inclui a análise das necessidades de energia do usuário, a concepção de sistemas fotovoltaicos e de armazenamento, a seleção de componentes, a preparação de planos de instalação e a definição de medidas de operação e manutenção.

II. Análise e Planejamento da Demanda

Análise da Demanda de Energia

A análise detalhada da demanda de energia é fundamental, incluindo:

• Perfil de carga: Identificar as necessidades de energia de vários aparelhos.
• Consumo diário: Determinar o consumo médio de eletricidade durante o dia e a noite.
• Preços de eletricidade: Entender estruturas tarifárias para otimizar o sistema e economizar custos.

Estudo de caso

• Perfil do usuário:
  • Carga total conectada: 8,2 kW
  • Carga crítica: 3,6 kW
  • Consumo de energia diurno: 10 kWh
  • Consumo de energia noturno: 20 kWh
• Plano do Sistema:
  • Instalar um sistema híbrido de armazenamento fotovoltaico com geração fotovoltaica diurna para atender às demandas de carga e armazenar o excesso de energia em baterias para uso noturno. A rede elétrica atua como uma fonte de energia suplementar quando a energia fotovoltaica e o armazenamento são insuficientes.

• III. Configuração do sistema e seleção de componentes

  1. Projeto de sistema fotovoltaico

  • Tamanho do sistema: Com base na carga de 8,2 kW do usuário e no consumo diário de 30 kWh, recomenda-se um painel fotovoltaico de 12 kW. Este painel pode gerar aproximadamente 36 kWh por dia para atender à demanda.
  • Módulos fotovoltaicos: Utiliza 21 módulos monocristais de 580 Wp, alcançando uma capacidade instalada de 12,18 kWp. Garante um arranjo ideal para máxima exposição solar.

  Potência máxima Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Tensão operacional ideal Vmp [V]	43,73	43,88	44.02	44,17	44,31	44,45
  Corrente operacional ideal Imp [A]	13h15	13.22	13.29	13,36	13,43	13,50
  Tensão de circuito aberto Voc [V]	52,30	52,50	52,70	52,90	53.10	53,30
  Corrente de curto-circuito Isc [A]	13,89	13,95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Eficiência do módulo [%]	22.3	22,5	22,7	22,8	23.0	23.2
  Tolerância de potência de saída	0~+3%
  Coeficiente de temperatura de potência máxima [Pmax]	-0,29%/°C
  Coeficiente de temperatura da tensão de circuito aberto [Voc]	-0,25%/°C
  Coeficiente de temperatura da corrente de curto-circuito [Isc]	0,045%/°C
  Condições de teste padrão (STC): intensidade de luz 1000 W/m², temperatura da bateria 25 ℃, qualidade do ar 1,5

  2. Sistema de armazenamento de energia

  • Capacidade da bateria: Configurar um sistema de bateria de fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) de 25,6 kWh. Essa capacidade garante reserva suficiente para cargas críticas (3,6 kW) por aproximadamente 7 horas durante interrupções.
  • Módulos de bateria: Utilize designs modulares e empilháveis ​​com gabinetes com classificação IP65 para instalações internas/externas. Cada módulo tem capacidade de 2,56 kWh, com 10 módulos formando o sistema completo.

  3. Seleção do inversor

  • Inversor Híbrido: Utilize um inversor híbrido de 10 kW com recursos integrados de gerenciamento de energia fotovoltaica e armazenamento. Os principais recursos incluem:
    • Entrada máxima de energia fotovoltaica: 15 kW
    • Saída: 10 kW para operação conectada à rede e fora da rede
    • Proteção: classificação IP65 com tempo de comutação rede-fora-rede <10 ms

  4. Seleção de cabos fotovoltaicos

  Os cabos fotovoltaicos conectam os módulos solares ao inversor ou à caixa combinadora. Eles devem suportar altas temperaturas, exposição aos raios UV e condições externas.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Núcleo único, classificado para 1,5 kV CC, com excelente resistência a raios UV e intempéries.
  • TÜV PV1-F:
    • Flexível, retardante de chamas, com ampla faixa de temperatura (-40°C a +90°C).
  • Fio fotovoltaico UL 4703:
    • Com isolamento duplo, ideal para sistemas montados no telhado e no solo.
  • Cabo Solar Flutuante AD8:
    • Submersível e à prova d'água, adequado para ambientes úmidos ou aquáticos.
  • Cabo solar com núcleo de alumínio:
    • Leve e econômico, usado em instalações de grande porte.

  5. Seleção de cabos de armazenamento de energia

  Cabos de armazenamento conectam baterias a inversores. Eles devem suportar altas correntes, fornecer estabilidade térmica e manter a integridade elétrica.

  • Cabos UL10269 e UL11627:
    • Parede fina isolada, retardante de chamas e compacta.
  • Cabos isolados em XLPE:
    • Alta tensão (até 1500 V CC) e resistência térmica.
  • Cabos CC de alta tensão:
    • Projetado para interconectar módulos de bateria e barramentos de alta tensão.

  Especificações de cabo recomendadas

  Tipo de cabo	Modelo recomendado	Aplicativo
  Cabo fotovoltaico	EN 50618 H1Z2Z2-K	Conexão de módulos fotovoltaicos ao inversor.
  Cabo fotovoltaico	Fio fotovoltaico UL 4703	Instalações em telhados que exigem alto isolamento.
  Cabo de armazenamento de energia	UL 10269, UL 11627	Conexões de bateria compactas.
  Cabo de armazenamento blindado	Cabo de bateria blindado EMI	Reduzindo a interferência em sistemas sensíveis.
  Cabo de alta tensão	Cabo Isolado XLPE	Conexões de alta corrente em sistemas de bateria.
  Cabo fotovoltaico flutuante	Cabo Solar Flutuante AD8	Ambientes úmidos ou propensos à água.

IV. Integração de Sistemas

Integre módulos fotovoltaicos, armazenamento de energia e inversores em um sistema completo:

1. Sistema fotovoltaico: Projetar o layout do módulo e garantir a segurança estrutural com sistemas de montagem apropriados.
2. Armazenamento de energia: Instalar baterias modulares com integração adequada de BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) para monitoramento em tempo real.
3. Inversor Híbrido: Conecte painéis fotovoltaicos e baterias ao inversor para um gerenciamento de energia perfeito.

V. Instalação e Manutenção

Instalação:

• Avaliação do local: Inspecione telhados ou áreas do solo para verificar compatibilidade estrutural e exposição à luz solar.
• Instalação de equipamentos: Monte com segurança módulos fotovoltaicos, baterias e inversores.
• Teste de sistema: Verifique as conexões elétricas e execute testes funcionais.

Manutenção:

• Inspeções de rotina: Verifique se há desgaste ou danos nos cabos, módulos e inversores.
• Limpeza: Limpe regularmente os módulos fotovoltaicos para manter a eficiência.
• Monitoramento Remoto: Use ferramentas de software para monitorar o desempenho do sistema e otimizar as configurações.

VI. Conclusão

Um sistema de armazenamento fotovoltaico residencial bem projetado proporciona economia de energia, benefícios ambientais e confiabilidade energética. A seleção criteriosa de componentes, como módulos fotovoltaicos, baterias de armazenamento de energia, inversores e cabos, garante a eficiência e a longevidade do sistema. Seguindo um planejamento adequado,

Com os protocolos de instalação e manutenção, os proprietários podem maximizar os benefícios de seu investimento.