Como conectar um sistema solar

Projetar e instalar um painel solar para uso pessoal pode ser um desafio assustador, mas gratificante... Se você souber o que está fazendo. Aprenda todos os prós e contras, bem como os prós e contras do DIY solar aqui.

Nunca foi tão fácil fornecer energia total à sua casa, veículo, cabine ou barco ao sol em 2020. Para começar, a Agência Internacional de Energia declarou recentemente no seu relatório Outlook 2020 que a energia solar - o "novo rei" da electricidade - é o forma mais barata de eletricidade de todos os tempos. Como resultado, agora é quase certo que suas contas de serviços públicos serão significativamente reduzidas ou mesmo eliminadas através do DIYSolar.

Melhor ainda, o custo dos materiais necessários para a energia solar doméstica caiu 70% na última década. A maior razão para a queda de preço são os próprios painéis fotovoltaicos (PV): uma queda de 90% no preço (vista em 2019) de US$ 2/watt para insignificantes US$ 0,20/watt!

Em média, entre 2010 e 2020 nos EUA, o custo instalado de um sistema solar residencial passou de uma queda de US$ 7,50/watt para US$ 2,50/watt. (O valor varia de local para local, e a diferença é de um dólar ou dois, quer você esteja usando energia CC ou CA.)

Isso significa custos iniciais mais baixos para você e um período de retorno mais curto. Em apenas 5 a 10 anos - se você fizer tudo certo - faz sentido acreditar que seu sistema solar DIY começará a lhe render dinheiro. Isso é bom para você e bom para o planeta.

Por onde você começa sua jornada solar do tipo “faça você mesmo”? Aqui você encontrará todos os aspectos de um projeto solar residencial que você deve pesquisar antes de implementar e operar. Seguir o processo passo a passo descrito aqui garante que você cubra todas as bases e tome decisões e escolhas informadas ao longo do caminho.

Visão geral solar faça você mesmo
A maioria dos proprietários que desejam instalar energia solar acabará encontrando uma empresa de instalação, mas essa não é a única opção.

Os profissionais do tipo faça você mesmo com sólida formação ou experiência em contratação elétrica serão capazes de concluir um projeto solar DIY do início ao fim, após pesquisa e planejamento cuidadosos, usando o guia aqui.

Se isso soa como você, então vá em frente! Você possui e opera uma instalação de energia limpa que lhe permitirá alcançar a autossuficiência energética e uma baixa pegada de carbono nas próximas décadas.

No entanto, se você é um DIYer com pouca familiaridade com a configuração de sistemas elétricos complexos e com várias partes, então um projeto solar DIY feito com ajuda profissional em vários pontos-chave durante o projeto (como instalação e fiação) pode ser o mais prudente. opção.

Se você tiver pessoas experientes em sua equipe, evitará comprar componentes errados ou materiais de qualidade inferior. Mais importante ainda, você eliminará a possibilidade de acidentes potencialmente fatais envolvendo alta tensão. Também é menos provável que você anule qualquer garantia.

Os principais tipos de sistemas de energia solar
Existem três tipos de sistemas de energia solar que você pode escolher para alimentar sua casa e propriedade:

Ligado à rede - Quando a demanda de energia é maior que a produção do sistema, seu painel solar é conectado diretamente à concessionária. Qualquer excesso é enviado para a rede. Na maioria dos lugares, a concessionária de energia elétrica é creditada na sua conta.

Grid Tie com bateria reserva (híbrida) - Esta alternativa permite armazenar o excesso de eletricidade gerada pelos painéis solares da sua casa em uma bateria reserva. Se a bateria estiver totalmente carregada, o excesso de energia é enviado para a rede e, na maioria dos casos, você é pago por isso. Para atender às necessidades da sua casa, o banco de baterias será ativado e desligado antes que os horários de pico de demanda de energia ocorram.

Off-Grid - Nesta configuração solar, você é completamente independente do fornecimento da rede elétrica. Você possui qualquer que seja a produção do seu painel solar. Você pode conectar uma bateria reserva para evitar quedas de energia.

Durante a fase de pesquisa e planejamento do seu projeto solar DIY, você deve se perguntar:

Qual é exactamente a procura eléctrica e quero ver a minha instalação solar?

É melhor uma configuração ligada à rede, fora da rede ou híbrida?

Quais são as autorizações, licenças e inspeções necessárias que devo obter?

Quais são os melhores materiais disponíveis comercialmente para o meu projeto?

Como monitoro meu sistema para garantir que ele esteja sempre operando com eficiência e funcionalidade máximas?

O que devo fazer para manter meu painel solar para que ele funcione de maneira ideal durante todo o seu ciclo de vida?

De quais equipamentos e materiais solares você precisa?

No mercado de fornecimento de energia renovável em rápida expansão, você deve ter múltiplas opções para cada componente que deve ser integrado para que o seu sistema solar DIY funcione de forma eficiente durante toda a sua vida útil. Abaixo está uma lista dos principais componentes da maioria dos sistemas solares. (Observação: dependendo da sua situação específica, você pode precisar de elementos adicionais não listados aqui.)

Painéis solares

Inversor

Otimizador de energia

Controlador de carga

Interruptores fotovoltaicos

Cabos

Montagem de racks ou risers + suportes

Fiação e outros componentes elétricos

Baterias

Depois de todo o trabalho principal e logística, você seguirá em frente: monte os painéis fotovoltaicos em um rack ou poste em algum lugar de sua propriedade e conecte-os ao painel elétrico de sua casa. Dependendo se você escolher um sistema conectado à rede, um sistema fora da rede ou um sistema híbrido, podem ser necessárias conexões elétricas adicionais para colocar tudo em funcionamento.

Os benefícios do DIY Solar
Como a compra de um painel solar é um grande investimento, é importante que você pesquise minuciosamente suas opções e avalie os prós e os contras.

Aqui estão as principais vantagens dos projetos solares DIY:

A forma mais barata de eletrificar sua casa ou veículo.

A satisfação de saber que você mesmo fez isso.

Para projetos de eletrificação mais pequenos, como iluminação exterior ou barracões de ferramentas, pode ser mais económico do que ligá-los à rede elétrica.

Faça uma contribuição pessoal para a transição das energias renováveis, essencial para conter a crise climática.

Desvantagens do DIY Solar

Um projeto solar do tipo “faça você mesmo” apresenta várias desvantagens.

Aqui estão as principais desvantagens dos projetos solares DIY:

Construir seu painel solar do zero requer conhecimento técnico avançado e experiência que você talvez não tenha.

Os kits solares domésticos DIY são normalmente projetados para funcionar fora da rede em pequenos projetos. Hoje, estão disponíveis kits solares que permitem a conexão direta à rede pública e permitem alimentar toda a sua casa.

Uma vez que o custo de instalações solares completas caiu drasticamente nos últimos anos, já não é rentável realizar o trabalho sozinho, em vez de utilizar um técnico certificado de uma empresa credenciada.

Se o seu projeto for solar no telhado, você pode danificar acidentalmente o telhado ao perfurá-lo ou impermeabilizá-lo incorretamente.

Os danos que você causar ao seu telhado podem anular a garantia. O seguro não pode cobrir danos causados ​​por água ou mofo causados ​​por vazamentos.

Trabalhar perto de alta tensão pode facilmente causar eletrocussão acidental e possível morte se você não tiver licença.

Se você estiver instalando painéis fotovoltaicos em seu telhado, o risco de ferimentos ou morte por queda pode ser grande demais para alguém que não tem experiência em trabalho em altura.

A instalação de energia solar por conta própria pode impedir que você se beneficie de certos descontos ou incentivos locais ou estaduais que estão disponíveis se você contratar uma empresa solar autorizada.

Depois de considerar todos os prós e contras da energia solar DIY, você ainda pode ser a favor do seu projeto. Nesse caso, há uma longa lista de coisas a fazer antes de começar. Se seguido com cuidado, você ainda pode sair na frente.

Calcule suas necessidades de eletricidade
Quanta eletricidade você deseja gerar com seus painéis solares? Responder a esta pergunta é o aspecto mais importante do seu projeto solar DIY.

Isso permitirá calcular quantos painéis solares serão necessários e, se necessário, determinar o tamanho do banco de baterias a ser usado para armazenamento solar. Seu uso de energia também determinará os inversores e controladores de carga necessários, bem como a espessura da fiação e o tamanho dos fusíveis.

Cada aparelho deve ser incluído neste cálculo para obter a potência total. Você precisará da soma de todos os requisitos de energia de todos os eletrodomésticos (por exemplo, geladeira, forno, esquentador, computador, TV, lavadora, secadora, secador de cabelo, relógio, iluminação, rodapés elétricos, aquecedores de ambiente, celulares), tablets , e assim por diante.

Comece procurando as etiquetas de classificação de consumo de energia em todos os aparelhos e dispositivos.

Alguns deles podem mostrar a potência. Em outros casos, você terá que calculá-lo com base na amperagem ou tensão fornecida. Use esta fórmula para conversão:

Watts (W)=Volts (V) * Ampères (A)

Existem muitas calculadoras online que você pode usar para somar. Ou você pode configurar uma tabela como esta:

NOTA: Para preencher a quarta coluna, multiplique a potência (coluna 2) pelo número de horas de uso por dia (coluna 3). Em seguida, some todos os valores da quarta coluna para obter o número total de watts que você usa por dia, expresso em quilowatts-hora (kWh).

Para todos os tipos de projetos solares DIY, use o número de quilowatts-hora (kWh) que você usou para fazer vários cálculos para calcular o número de painéis solares e a tensão necessária para alimentar totalmente o seu projeto. Calculadoras online gratuitas podem simplificá-lo e muitos outros cálculos associados ao seu projeto solar DIY.

Solar amarrado à rede faça você mesmo
Em uma configuração solar ligada à rede, você está conectado diretamente à rede da empresa pública de energia. Isso significa que quando seu painel solar produz mais energia do que o necessário, ele vai para a rede e fica disponível para consumo de terceiros.

Na maioria dos casos, a sua concessionária paga por essa energia por meio de um processo denominado net metering. Isto significa que o excesso de energia renovável é transferido de volta para o seu medidor assim que entra na rede, reduzindo o uso geral de energia (o que você paga).

O fato de o seu fornecedor de eletricidade reembolsá-lo no varejo ou no atacado depende de onde você mora. Infelizmente, nem todos os estados permitem a medição líquida.

Para saber mais sobre as regras de medição líquida do seu estado, visite DSIRE (Banco de Dados de Incentivos de Energia Renovável e Eficiência do Estado).

Num sistema ligado à rede, quando as suas necessidades de energia são superiores às que o painel solar pode fornecer à noite, por exemplo, ou quando os seus painéis estão cobertos pela rede, ele fornece a energia que necessita para a sua casa, evitando interrupções.

Configurações necessárias para um sistema solar conectado à rede
Em um sistema conectado à rede, às vezes chamado de configuração de telhado solar conectado à rede, vários componentes básicos são necessários para a operação adequada.

Painéis fotovoltaicos

Montando hardware

Inversor de onda senoidal pura para configurações ligadas à rede (converte CC de PV em CA doméstica; bombeia CA adicional de volta para a rede elétrica)

DC ou otimizador de energia (maximiza a energia recuperada das células solares)

Desconexão da rede (desliga o sistema durante uma queda de energia)

Disjuntor CC (desliga o conjunto para manutenção)

Caixa combinadora (organiza todos os componentes em um só lugar)

Nota: Três tipos diferentes de inversores funcionarão em um sistema conectado à rede. Seja qual for a sua escolha, certifique-se de que é um inversor do tipo onda senoidal pura. (Para obter mais informações sobre isso, consulte a seção Off-Grid abaixo).

Inversores de cordas
Os inversores string são os mais econômicos se sua casa estiver voltada para o sul e o sombreamento não for um problema. Com este inversor, a corrente de uma série de vários painéis é conectada e alimentada no inversor. Se um painel da cadeia for afetado por sombreamento ou falhar, a produção de energia de toda a cadeia será reduzida.

Inversor String com Tecnologia DC Optimizer

Inversores string com tecnologia de otimizador DC superam esse problema. Um otimizador de energia separado é conectado a cada módulo solar do conjunto e opera independentemente de todos os outros módulos. Toda CC do otimizador é direcionada para o inversor onde ocorre a conversão CC-CA.

Com este tipo de inversor, sombras ou falhas afetam apenas painéis específicos (não toda a cadeia). O funcionamento de cada painel pode ser monitorado utilizando este tipo de inversor.

Microinversores
Um microinversor é um inversor montado em cada painel. A conversão de DC em AC ocorre lá. A energia CA é então agrupada do seu telhado e alimentada diretamente na caixa do disjuntor CA de sua casa.

Este tipo de inversor é o mais fácil de instalar. Também permite expandir seu painel solar com outros tipos ou modelos de painéis fotovoltaicos, cada um com seu microinversor. (Em contraste, para expandir seu painel solar com um inversor string, você deve usar o mesmo tipo de painéis.)

Quando você considera todos os fatores, um sistema conectado à rede é a configuração mais simples e menos dispendiosa. Os sistemas fora da rede e híbridos requerem - além dos componentes básicos de um sistema conectado à rede listados acima - um controlador de carga, banco de baterias e outros protetores adicionais contra sobrecorrente.

Sistema solar fora da rede faça você mesmo
Se você estiver interessado em viver fora da rede de alguma forma, ou se estiver longe de uma concessionária, os painéis solares DIY fora da rede - às vezes chamados de autônomos - são uma escolha óbvia. Boas notícias para 2020: quer você esteja energizando uma cabine remota, uma van, um trailer ou um barco, as possibilidades de energia solar fora da rede são praticamente infinitas.

Configurações necessárias para sistemas solares fora da rede
Os componentes básicos de um sistema fora da rede são semelhantes a uma configuração ligada à rede, mas com a adição de:

Controlador de carga (envia CC para o banco de baterias reserva, mas desliga-o de vez em quando para evitar sobrecarga)

Bateria (necessária para alimentação quando não há luz solar)

Inversor (onda senoidal modificada ou pura, dependendo de suas necessidades de energia)

Componentes de equilíbrio do sistema (BoS) (fios, fusíveis, caixa de disjuntores, etc.)

Su-KamSolar O breve vídeo a seguir descreve os diferentes usos de um inversor de onda senoidal pura versus um inversor de onda senoidal modificada. Você não verá apenas as diferenças nas ilustrações gráficas dos dois; você também ouvirá a comparação.

Determinação dos requisitos de eletricidade para sistemas solares fora da rede

Para qualquer tipo de projeto solar DIY, você deve determinar suas necessidades de energia, conforme mencionado anteriormente. Com o off-grid, você pode calcular esse valor e descobrir a quantidade de baterias necessárias para armazená-lo. Você também deve levar isso em consideração se desejar usar energia que dure dias ou semanas.

Isso fica complicado para as baterias porque elas são classificadas para armazenamento à temperatura ambiente ou ligeiramente acima dela. Isto significa que se estiver em condições de congelamento, a sua capacidade de armazenamento será significativamente reduzida (50% ou mais). Portanto, quando você estiver em um local ou estação fria, pode ser necessário aumentar significativamente o tamanho da bateria apenas por esse motivo.

Voltagem da bateria
A voltagem da bateria – seja 12V, 24V ou 48V – também é importante. Afeta a espessura (e o preço) dos fios que os conectam e dos cabos que levam ao inversor.

Para determinar a voltagem, considere quantos watts serão necessários para alimentar todos os seus aparelhos. Uma bateria de 12V pode ser suficiente para um telefone celular e alguns aparelhos de 12V DC. No entanto, se você deseja gerar 2000 watts ou mais, uma bateria de 24 V ou 48 V faz mais sentido.

Tempo ao sol
Outra consideração importante é o número de horas de luz solar que seu painel receberá por dia. Este número não é igual à duração da luz do dia e varia com as estações.

Depende do ângulo do sol em relação à direção do painel. Um mapa das horas de sol nos Estados Unidos está disponível no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL).

Controlador de carga
Depois de saber a tensão do painel solar e a tensão do banco de baterias, você precisará de um controlador de carregamento para gerenciar ambos. Existem dois tipos básicos de tecnologia de controlador de carregamento disponíveis: PWM (Pulse Width Modulation) ou MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Quando as tensões coincidem, um controlador de carregamento PWM é suficiente. Quando as tensões forem diferentes, use um controlador MPPT.

Conversor CC/CA
Por último, mas não menos importante, está o inversor, que você precisa para converter a energia CC do módulo em energia CA para dispositivos que funcionam com CA. Além disso, você precisa saber que tipo de alimentação CA o inversor requer. Nos EUA, é fase dividida de 120/240 V, 60 Hz.

Embora alguns inversores possam ser configurados, outros são fixos. Verifique a folha de especificações do inversor (no manual ou no site da empresa) antes de comprar para ter certeza de que possui o que precisa para o seu sistema.

Considerações adicionais
Um fator complicador adicional é que alguns aparelhos usam 240 V, enquanto outros usam 120 V. Nem todos os inversores produzem 240 V, então você pode precisar empilhar (ou seja, conectar) dois inversores classificados para 120 V para atender a todas as suas necessidades de energia. Verifique novamente a folha de especificações para ter certeza de que está usando o equipamento correto.

Uma última coisa: os inversores são projetados para corresponder a uma bateria específica, seja ela de 12V, 24V ou 48V. portanto, você precisará determinar o tamanho do banco de baterias que usará antes de comprar um inversor.

Se você acha que pode querer construir painéis solares e/ou capacidade de armazenamento de bateria no futuro, comprar inversores que possam lidar com a tensão extra agora evitará que você tenha que fazer atualizações caras no inversor mais tarde.

Sistemas solares híbridos faça você mesmo
Combinando a funcionalidade dos sistemas solares ligados à rede e fora da rede, os sistemas híbridos desfrutam do melhor dos dois mundos. Você pode armazenar energia solar para uso noturno ou em caso de queda de energia.

Isto é ideal para proprietários de residências em certas áreas que, de outra forma, teriam que pagar taxas de pico mais altas pela energia da rede à noite.

No entanto, se você estiver em uma área com boa medição líquida e interrupções mínimas, um sistema grid-tie padrão pode ser sua melhor opção.

O diagrama abaixo ilustra como funciona um sistema híbrido:

Um tipo especial de inversor híbrido é usado neste tipo de sistema, conforme mostrado no diagrama. Também é importante ressaltar que caso você opte por esta configuração, as baterias deverão ser adquiridas no momento da instalação. A tecnologia da bateria está evoluindo rapidamente e esperar muito tempo pode resultar em incompatibilidade com o seu sistema híbrido. Isso pode significar que você precisará fazer muitas atualizações caras posteriormente.

Para sistemas híbridos, baterias acopladas a CA são comuns. Essas baterias abrigam CC do painel solar e CA da rede para corrente alternada (CA). Atualmente, o Tesla Powerwall é uma das escolhas mais populares para baterias acopladas a CA.

Em contraste, as baterias acopladas a CC armazenam energia CC dos painéis solares e convertem a energia CA da rede em energia CC que também é armazenada na bateria.

Os sistemas fotovoltaicos que utilizam baterias acopladas a CC são mais eficientes em termos energéticos do que as atuais baterias acopladas a CA. Esta diferença é mais perceptível em instalações de grande porte. Portanto, pode não afetar a eficiência da instalação solar da sua casa.

Que tipo de painel solar é melhor para o seu projeto solar DIY?
Três tipos principais de painéis solares podem ser usados ​​para projetos residenciais.

Os módulos solares monocristalinos consistem em 60 ou 72 células solares feitas de silício uniformemente preto com vidro externo e estrutura metálica. Cada célula possui bordas brancas arredondadas. Os painéis monocristalinos são um pouco mais caros que outros tipos de painéis, mas são muito mais eficientes. Eles convertem até 23% da luz solar em eletricidade.

Os painéis solares policristalinos também contêm 60 ou 72 células solares, cada uma perfeitamente quadrada em uma cor azul manchada. Eles convertem cerca de 15 a 17 por cento da energia solar em eletricidade utilizável. Os painéis policristalinos são ligeiramente mais baratos que os módulos monocristalinos.

As células solares de película fina são folhas leves e flexíveis de material fotovoltaico que são aplicadas em superfícies sólidas como o vidro. O filme fino é ainda menos eficiente que outros tipos, normalmente apenas 10-13%. Eles também são mais baratos.

Escolhendo o painel solar certo para o trabalho
Se você tem espaço limitado para seu projeto solar DIY, os painéis monocristalinos são a melhor escolha porque têm a maior eficiência e custo semelhante aos seus primos policristalinos.

Se o espaço não for um problema e você estiver tentando manter os custos baixos - mesmo em pequenas quantidades - os painéis policristalinos podem ser apropriados.

O filme fino não é adequado para pequenos projetos de instalação solar, nem vale a pena.

Perguntas frequentes sobre DIY Solar
Para um projeto tão complexo e caro como o DIY solar, você precisa acertar. Aqui estão algumas perguntas que você pode estar se perguntando e as respostas.

1. Os sistemas solares ligados à rede, fora da rede ou híbridos são os melhores para projetos solares DIY?

Não existe uma resposta certa para esta pergunta. Depende inteiramente de seus objetivos, conhecimento técnico, experiência elétrica, necessidades de energia e sua localização.

Por exemplo, se o seu objetivo é fornecer energia para uma casa inteira de 2{1}}pés quadrados para uma família de quatro pessoas e você tem medição líquida com poucas interrupções, um sistema conectado à rede elétrica é o mais econômico.

No entanto, se você deseja energizar apenas um abrigo de caça isolado no outono, um sistema solar fora da rede é sua melhor aposta.

Se você não tem acesso à medição líquida, sua concessionária cobra taxas altas pelo uso de pico ou se você tem quedas de energia ou apagões frequentes, um sistema solar híbrido é a melhor opção.

2. Quais são os custos ocultos de um projeto solar DIY?

Antes que seu projeto solar DIY possa ser colocado em operação, você terá que pagar várias taxas de licenciamento e inspeção da jurisdição local e da empresa de energia. Converse com eles para descobrir o que você deve fazer e quando. Mesmo a falta de um pode atrasar ou até mesmo impedir a conclusão do seu projeto.

Mas antes de começar a fazer pesquisas para o seu sistema solar, verifique se os proprietários não licenciados podem instalar um painel solar conectado à rede. Caso contrário, você terá que contratar uma empresa solar licenciada. Isso pode ser milhares de dólares a mais do que seu orçamento inicial.

O seguro residencial pode aumentar devido a painéis em seu telhado ou propriedade. Entre em contato com seu agente antes de começar para determinar se um aumento anual está dentro do seu orçamento.

Se você não tiver certeza se comprou todos os componentes corretos, certifique-se de que eles possam ser devolvidos antes de retirá-los da caixa. Se você estiver errado e precisar substituir os materiais, ficará desapontado com o custo extra se não conseguir obter o reembolso desse item.

3. Como proprietário independente com instalação solar, tenho direito a algum crédito fiscal?

Nos EUA, o crédito fiscal solar federal, também conhecido como Crédito Fiscal de Investimento (ITC), permite deduzir 26% (diminuindo para 22% em 2021) do custo da sua instalação solar, sem limite. Você pode fazer isso como instalador ou contratar uma empresa para fazer o trabalho.

Neste momento, não há plano para estender esse crédito fiscal após 2021 aos proprietários de residências da atual Administração. embora um poder executivo recém-eleito e o Congresso pudessem fazer isso.

Os Certificados de Energia Solar Renovável (SRECs) são outro incentivo para os proprietários. Através deste programa, você pode vender certificados de energia para a concessionária e receber dinheiro de volta. O sistema funciona como uma bolsa de valores. Os valores do SREC variam por estado e mês.

Você deve verificar com as autoridades estaduais e locais quaisquer outros incentivos ou descontos. Isso pode depender da contratação de uma empresa solar aprovada para realizar a instalação.

Resumindo DIY Solar
As partes mais importantes de um projeto solar DIY são o planejamento e o design. Para essas etapas, você terá que fazer muita pesquisa.

Um número importante necessário para todos os cálculos é a potência em watt-hora que você deseja que o painel solar forneça para todos os equipamentos consumidos em um dia. Se você incluir o armazenamento da bateria, também é importante saber quantos dias de energia você deseja reservar.

Depois de descobrir isso, a próxima etapa é adquirir os componentes necessários para o seu sistema conectado à rede, fora da rede ou híbrido. Depois de obter todas as licenças necessárias e receber uma inspeção, você poderá instalar os painéis. Antes de ficarem online e começarem a gerar eletricidade, eles devem ser inspecionados mais uma ou duas vezes.

Quando feito corretamente, seu projeto solar DIY pode fornecer décadas de energia limpa. É uma situação em que todos ganham para você e para o planeta.