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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Dimensionamento de um sistema de iluminação a LED alimentado por painéis solares para melhoramento de iluminação pública no parque da Mozal
Autor(es): Sambo, Manuel Eusébio
Primeiro Orientador: Chissano, Dinis Albino
Segundo Orientador: Macabaça, Aime Sozinho
Resumo: Este trabalho aborda o dimensionamento de um sistema de iluminação pública utilizando LEDs alimentados por painéis solares, visando a melhoria da iluminação no parque da Mozal. Inicialmente, descreveu-se o local de estudo, destacando suas características e necessidades de iluminação. Em seguida, foi realizado o dimensionamento dos componentes do sistema fotovoltaico híbrido, que inclui a escolha dos painéis solares, levantamento da demanda energética, dimensionamento do banco de baterias, inversor, cablagem de proteção e um prévio dimensionamento de sistema de aterramento. A escolha do painel fotovoltaico recaiu sobre o modelo JAM54D40 da JA Solar, com uma potência de 410 Wp, uma tensão de circuito aberto de 37,82 V e uma corrente de curto-circuito de 13,95 A, devido à sua excelente relação custo - desempenho e garantia de eficiência. O desempenho desses painéis é influenciado significativamente pela temperatura e pela irradiância que incide sobre as células fotovoltaicas. Esses aspectos foram minuciosamente analisados utilizando a ferramenta PSimi para garantir uma compreensão abrangente de como esses factores afectam a operação dos painéis solares. Para substituir as luminárias convencionais HPS por LEDs, buscou-se manter as condições do projecto luminotécnico original, assegurando que as novas luminárias tivessem características técnicas iguais ou superiores às existentes. Entre os fornecedores analisados, seleccionou-se a luminária LEDLUME XP3 de 147 W da BekaSchréder, que apresenta um fluxo luminoso de 23 496 lm. O consumo energético do sistema de iluminação HPS foi determinado em 7 kW e 8,4 kWh/dia. Com a substituição por LEDs, o novo sistema apresenta um consumo de 4,116 kW e 49,392 kWh/dia. A avaliação do recurso solar envolveu a determinação da inclinação ideal dos painéis (21 graus voltados para o norte geográfico) e a utilização dos dados de irradiação obtidos pela ferramenta PVyst, focando no período mais desfavorável (Junho) com uma irradiação de 4,52 kWh/m2. dia. Com base nisso, calculou-se que seriam necessários 11 módulos para atender à carga prevista, ocupando uma área de 21,483 m2. A potência mínima do inversor foi definida em 4,510 kW, optando-se por um modelo SUNSYNK de 5 kW, com potência máxima de entrada DC de 6500 V, tensão de entrada PV de 370 V, potência nominal de saída de 5000 W e tensão de saída de 220 V. No dimensionamento do banco de baterias tem-se a energia armazenada necessária de 27,440 kWh/dia e a capacidade do banco (571,667 Ah), utilizando baterias LiFePO4 modelo LPBF48200-H. E a configuração resultou em 2 baterias em paralelo para atender à capacidade total necessária, mantendo a tensão desejada de 48 V no sistema. Para a cablagem, foram utilizados cabos de 4 mm2 e 35 mm2, conforme a necessidade de condução de corrente em diferentes trechos, e os dispositivos de protecção foram dimensionados para garantir a segurança do sistema A análise econômica do projecto mostrou que o investimento inicial para o sistema fotovoltaico é de 2.300.192,87 MZN, com um payback simples de aproximadamente 5 anos, e uma economia total estimada de 8.707.167,13 MZN ao longo dos 25 anos de vida útil dos painéis. Além disso, o software AutoCAD 2022 foi utilizado para representar o diagrama unifilar do sistema.
Abstract: This work addresses the design of a public lighting system using LEDs powered by solar panels, aiming to improve lighting in the Mozal park. Initially, the study location was described, highlighting its characteristics and lighting needs. Then, the components of the hybrid photovoltaic system were sized, including the selection of solar panels, energy demand assessment, battery bank sizing, inverter, and protective cabling. The chosen photovoltaic panel was the JAM54D40 model from JA Solar, with a power of 410 Wp, an open-circuit voltage of 37.82 V, and a short-circuit current of 13.95 A, due to its excellent cost-performance ratio and efficiency guarantee. The performance of these panels is significantly influenced by temperature and the irradiance incident on the photovoltaic cells. These aspects were meticulously analyzed using the PSimi tool to ensure a comprehensive understanding of how these factors affect the operation of the solar panels. To replace the conventional HPS luminaires with LEDs, the conditions of the original lighting design were maintained, ensuring that the new luminaires had technical characteristics equal to or superior to the existing ones. Among the analyzed suppliers, the 147 W LEDLUME XP3 luminaire from BekaSchréder was selected, which has a luminous flux of 23 496 lm. The energy consumption of the HPS lighting system was determined to be 7 kW and 8.4 kWh/day. With the replacement by LEDs, the new system presents a consumption of 4.116 kW and 49.392 kWh/day. The solar resource evaluation involved determining the optimal tilt of the panels (21 degrees facing true north) and using irradiation data obtained by the PVsyst tool, focusing on the most unfavorable period (June) with an irradiation of 4.52 kWh/m 2. day. Based on this, it was calculated that 11 modules would be required to meet the predicted load, occupying an area of 21.483 m2. The minimum inverter power was defined as 4.510 kW, opting for a 5 kW SUNSYNK model, with a maximum DC input power of 6500 V, PV input voltage of 370 V, nominal output power of 5000 W, and output voltage of 220 V The battery bank was sized with the necessary stored energy of 27.440 kWh/day and a bank capacity of 571.667 Ah, using LiFePO4 batteries model LPBF48200-H. The configuration resulted in 2 batteries in parallel to meet the total required capacity, maintaining the desired system voltage of 48 V. For the cabling, 4 mm2 and 35 mm2 cables were used as needed for current conduction in different sections, and the protective devices were sized to ensure system safety. The economic analysis of the project showed that the initial investment for the photovoltaic system is 2,300,192.87 MZN, with a simple payback of approximately 5 years and an estimated total savings of 8,707,167.13 MZN over the 25-year lifespan of the panels. Additionally, AutoCAD 2022 software was used to represent the system's single-line diagram.
Palavras-chave: Sistema de iluminação pública
Painel fotovoltaico
PVsyst
LED
Parque da Mozal
CNPq: Engenharias
Engenharia Elétrica
Idioma: por
País: Moçambique
Editor: Universidade Eduardo Mondlane
Sigla da Instituição: UEM
metadata.dc.publisher.department: Faculdade de Engenharia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://monografias.uem.mz/handle/123456789/4682
Data do documento: Jun-2024
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