Projeto híbrido para posto de saúde rural: demanda E_daily = 18,0 kWh/dia contínuos e pico P_peak = 4,00 kW…

Questão

Projeto híbrido para posto de saúde rural: demanda E_daily = 18,0 kWh/dia contínuos e pico P_peak = 4,00 kW. Deseja-se autonomia t_aut = 24,0 h. Dados: G_med = 5,00 kWh·m?²·dia?¹, ?_pv = 18%, ?_inv = 0,95, ?_bat (round trip) = 0,90, DoD_max = 0,80, tensão do banco = 48 V. Determine: (a) área de painéis A (m²), (b) capacidade da bateria em Ah a 48 V, (c) potência mínima do gerador diesel para suprir P_peak e recarregar a energia diária em t_recharge = 4,00 h. Apresente fórmulas e cálculos.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Modelo-resposta (passos e cálculos): 1) Energia que o PV deve fornecer por dia considerando perdas (conservador): E_pv = E_load/(?_inv·?_bat) = 18,0 kWh/(0,95·0,90) = 18,0/0,855 = 21,05 kWh/dia. 2) Energia gerada por m² por dia: E_m2 = G_med·?_pv = 5,00·0,18 = 0,90 kWh·m?²·dia?¹. Área necessária: A = E_pv / E_m2 = 21,05 / 0,90 = 23,39 m² ˜ 23,4 m². 3) Capacidade da bateria: para autonomia de 24 h precisa-se armazenar E_storage = E_load = 18,0 kWh. Capacidade nominal considerando DoD: E_nom = E_storage/DoD_max = 18,0/0,8 = 22,5 kWh. Em Ah a 48 V: C = E_nom·1000 / V = 22500 Wh / 48 V = 468,75 Ah ˜ 469 Ah. 4) Potência mínima do gerador: deve suprir o pico e também permitir recarregar a energia diária em t_recharge. Requisito de recarga: P_recharge = E_daily / t_recharge = 18,0 kWh / 4,00 h = 4,5 kW. Portanto P_gen_min = max(P_peak, P_recharge) = max(4,00 kW, 4,5 kW) = 4,5 kW. Recomenda-se gerar margem de segurança (~10–20%) na escolha comercial. Observações: fórmulas usadas: E = P·t, E_pv = A·G_med·?_pv, I_bat(Ah) = (E_nom·1000)/V, P_recharge = E_daily/t_recharge. Valores arredondados conforme cálculo.

Explicação

A solução apresenta um raciocínio lógico e sequencial, começando pela determinação da energia que os painéis solares precisam fornecer, considerando as perdas de eficiência. Em seguida, calcula a área necessária dos painéis e a capacidade da bateria, levando em conta a autonomia desejada e a profundidade de descarga. Por fim, a potência mínima do gerador diesel é calculada para garantir que tanto o pico de demanda quanto a recarga diária sejam atendidos, assegurando a operação contínua do sistema.

Raio-X da questão

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