Como o sistema é dimensionado
Tudo começa pela energia diária: os watts de cada carga vezes as horas que ela funciona. As cargas no inversor pesam um pouco mais por causa das perdas dele, e o consumo em vazio se acumula ao longo de 24 horas. A bateria precisa cobrir essa energia durante os dias sem sol que você escolher, usando só a parte da capacidade que ela pode entregar com segurança. Os painéis precisam repor a mesma energia num dia médio do pior mês, descontadas as perdas.
E_dia = Σ (W × h) + cargas CA ÷ eficiência do inversor + consumo em vazio × 24 h bateria = E_dia × dias de autonomia ÷ profundidade utilizável (Wh, depois ÷ V para Ah) painéis = E_dia ÷ eficiência de carga ÷ (horas de sol × (1 − perdas) × fator do controlador) × (1 + margem) MPPT = watts dos painéis ÷ tensão da bateria (A)
Horas de sol pleno: o número que mais importa
As horas de sol pleno são a energia solar diária no painel expressa em horas de sol pleno a 1.000 W/m². 3 horas de sol pleno significam que o painel coleta tanto quanto em 3 horas na sua irradiância nominal, distribuídas ao longo do dia. O valor muda muito com a estação e a latitude: no inverno, pode cair abaixo de 2 horas no centro e no norte da Europa, enquanto no verão costuma ficar entre 5 e 6.
Dimensione para o pior mês que o sistema precisa cobrir. Para um chalé usado no verão, pode ser setembro (março no hemisfério sul); para uma estação de sensores que precisa funcionar o ano todo, dezembro (junho no hemisfério sul). O PVGIS, da Comissão Europeia, e o PVWatts, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, cobrem a maior parte do mundo e dão valores mensais para o seu local exato e a inclinação do painel.
LiFePO4 ou chumbo-ácido
Uma bateria LiFePO4 pode entregar 80% ou mais da capacidade nominal por milhares de ciclos, enquanto as baterias de chumbo-ácido duram muito mais se raramente descerem abaixo de 50%. Por isso, um banco de chumbo-ácido precisa ter cerca de 1,6 vez a capacidade nominal de um banco LiFePO4 para a mesma energia utilizável. O chumbo ainda tem duas vantagens: custa menos na compra e pode ser carregado abaixo de 0 °C, o que a LiFePO4 não pode.
MPPT ou PWM
Um controlador PWM liga o painel direto na bateria, então um painel de 36 células trabalha a cerca de 13 V em vez dos 18 V do seu ponto de máxima potência e pode perder até cerca de um quarto da geração. Um controlador MPPT converte a tensão mais alta do painel para a tensão da bateria e aproveita quase toda a energia. O PWM ainda serve para um único painel pequeno; acima de uns 200 W, ou com painéis de 60 e 72 células, o MPPT se paga.
Consumo típico de cargas comuns
| Carga | Potência | Horas por dia | Energia por dia | Alimentação |
|---|---|---|---|---|
| Roteador 4G | 6 W | 24 h | 144 Wh | CC |
| Câmera IP | 4 W | 24 h | 96 Wh | CC |
| Lâmpada LED | 5 W | 4 h | 20 Wh | CC |
| Raspberry Pi 4 | 3,5 W | 24 h | 84 Wh | CC |
| Placa ESP32, Wi-Fi sempre ligado | 0,5 W | 24 h | 12 Wh | CC |
| Gateway LoRaWAN | 4 W | 24 h | 96 Wh | CC |
| Geladeira de compressor 12 V (média) | 15 W | 24 h | 360 Wh | CC |
| Bomba d’água 12 V | 60 W | 0,5 h | 30 Wh | CC |
| Carregador de celular | 10 W | 2 h | 20 Wh | CC |
| Carregador de notebook | 45 W | 3 h | 135 Wh | CA (inversor) |
| Roteador Wi-Fi com fonte na tomada | 8 W | 24 h | 192 Wh | CA (inversor) |
| TV | 40 W | 3 h | 120 Wh | CA (inversor) |
Valores típicos. Leia a etiqueta dos seus aparelhos ou meça o consumo com um medidor de potência CC, porque ele varia muito de um modelo para outro.
Perguntas frequentes
Quantos painéis solares preciso para as minhas cargas?
Some os watts-hora diários das cargas e divida pelas horas de sol pleno do pior mês que você quer cobrir; depois, considere cerca de 20% de perdas e alguma margem. Por exemplo, 260 Wh por dia com 3 horas de sol pedem cerca de 150 W de painéis com um controlador MPPT, ou seja, na prática, dois painéis de 100 W.
De que tamanho deve ser a bateria de um sistema off-grid?
Multiplique o consumo diário pelos dias de autonomia que você quer e divida pela profundidade de descarga utilizável. 260 Wh por dia durante 2 dias com LiFePO4 a 80% utilizável pedem 650 Wh, cerca de 54 Ah em 12 V. O mesmo sistema com chumbo-ácido a 50% precisa de cerca de 87 Ah.
Controlador de carga MPPT ou PWM: qual escolher?
MPPT para a maioria dos sistemas: ele pode extrair até cerca de um quarto a mais de energia dos mesmos painéis e também funciona com painéis de tensão mais alta, desde que fiquem dentro do limite de entrada do controlador. O PWM só faz sentido para um único painel pequeno de 36 células numa bateria de 12 V, caso em que o preço menor compensa a energia perdida.
O que são horas de sol pleno?
São a energia solar diária no painel, em kWh por metro quadrado, expressa em horas de sol pleno a 1.000 W/m². Dependem do local, da estação e da inclinação do painel, e são o dado mais importante para dimensionar os painéis.
Por que o inversor gasta tanta energia?
Um inversor consome energia enquanto está ligado, mesmo sem nada conectado. Um pequeno, de 8 W, gasta 192 Wh por dia, o que pode ser mais do que as cargas que ele alimenta. Ligue as cargas pequenas em CC com adaptadores de 12 V e desligue o inversor quando não precisar dele.
Posso usar uma bateria de 24 V em vez de 12 V?
Sim, e acima de cerca de 1 kW de painéis ou de inversor é a melhor escolha: a corrente cai pela metade, então cabos, fusíveis e controlador podem ser menores. A energia em watts-hora continua a mesma, então uma bateria de 24 V precisa de metade dos ampères-hora de uma de 12 V.