5 kW Solar Residencial: PV Monofásico de 220 V + BESS de 5 kW/10 kWh Autoconsumo Análise Aprofundada
5 kWp FV · BESS residencial de 5 kW/10 kWh (2 h) · 220 V monofásico · anti-retorno (exportação zero)
1 · TL;DR Conclusion
Conclusão: esta casa de 5 kW opera um sistema monofásico de 220 V com 5 kWp de PV + uma bateria doméstica de 5 kW/10 kWh em modo de autoconsumo (zero exportação) — total do configurador ≈ $17.678, EPC ≈ $5.500, retorno de 4 anos, TIR de 25,51%, ROI de 514% em 25 anos, 3,01 t de CO2 evitadas/ano (nível de viabilidade).
- •Alimentação BT monofásica de 220 V; 5 kW instalados → 4 kW de demanda, stdKva 4, participação renovável de 100%
- •5 kWp de PV ≈5.016 kWh/ano (P50), 0,8 de autoconsumo → 4.013 kWh autoconsumidos + 1.003 kWh excedentes
- •BESS de 5 kW/10 kWh (2 h, 768 VDC) + dispositivo anti-retorno (exportação zero) — backup + redução de picos
- •Economia: $5.500 EPC, 4 anos de retorno, TIR de 25,51%, ROI de 514% em 25 anos, LCOE de $0,1137/kWh, VPL ≈ -$532 (marginal)
- •Atenção: queda de tensão V1 de 5–7% (monofásico), armazenamento V8 de 2 h < base de redução de picos de 4 h
2 · Solution Overview
Um sistema solar residencial de 5 kW é a menor escala no configurador: uma conexão monofásica de 220 V, PV no telhado dimensionado para a carga da casa e uma bateria residencial para deslocar a energia solar do dia para a noite. O autoconsumo com zero exportação (anti-retorno) é o padrão sob restrições de injeção residencial.
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 0.22 kV | base | 0 kW | 0% |
| Solar PV 5 kWp | variable | 4 kW | 100% |
| BESS 5 kW / 10 kWh | variable | 0 kW | 0% |
3 · Design Process & Rationale
1. Identificação de requisitos
Carga doméstica de 5 kW (iluminação 1,5 kW + eletrodomésticos 3,5 kW), alimentação monofásica de 220 V, maior motor de 1,5 kW.
2. Carga e classificação
Sem carga crítica/classificada; demanda de 4 kW (diversidade 0,8).
3. Dimensionamento fotovoltaico
5 kWp no telhado ≈ 5.016 kWh/ano (1.200 horas de plena carga, PR 0,836).
4. Dimensionamento do BESS
Bateria doméstica de 5 kW/10 kWh (2 h), 768 VDC, para deslocamento de autoconsumo + backup.
5. Exportação zero
antiExport=yes → proteção contra retroalimentação (potência reversa) adicionada automaticamente.
6. Conexão à rede
220 V monofásico, anti-ilhamento + medição conforme código de rede local (aprovação pendente).
Pain Points → Solution → Evidence
A injeção na rede é restrita ou não vale a pena
Autoconsumo + anti-retorno com exportação zero
antiExport=yes; dispositivo anti-retorno adicionado automaticamente ($1,800)
A solar atinge o pico ao meio-dia, mas a casa consome à noite
BESS de 10 kWh desloca 2 h de solar
storageHours 2; o corte V24 poupa $949/ano (spread $0.13)
Queda de tensão monofásica e limites de cabo pequeno
Cabo de 16 mm² + correção de FP
V1 avisa de queda de 5–7% — aumentar cabo ou melhorar FP
Sistemas pequenos parecem marginais no papel
Economia honesta: o valor é resiliência + autoconsumo
Retorno de 4 anos, TIR 25.51%, VAL ≈ -$532 — subsídios/TOU melhoram-no
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacidade PV | 5 kWp | 5.016 kWh/ano (P50), PR 0,836 | 100% renovável, alimenta 4 kW Limitado pela área do telhado / sombreamento |
| Capacidade BESS | 5 kW / 10 kWh (2 h) | Autoconsumo + backup | 768 VDC, células de 280 Ah V8: 2 h < 4 h base de corte de picos — ampliar para arbitragem TOU |
| Autoconsumo | 0,8 | selfUseRatio padrão | 4.013 kWh autoconsumidos, 1.003 kWh excedente Maior com uma bateria maior |
| Exportação zero | antiExport=yes | Restrição de injeção na rede | Anti-retorno adicionado automaticamente Medição líquida permitida → definir antiExport=no |
| Economia | $5.500 EPC | Escopo PV + BESS | Retorno de 4 anos, TIR 25,51% Marginal a 5 kW — subsídios/TOU melhoram |
| Queda de tensão | 5–7% (V1 aviso) | 220 V monofásico 5 kW | Terminal 0,975 pu Ampliar cabo / melhorar FP / trifásico |
| CO2 evitado | 3,01 t/ano | 5.016 kWh × carbono da rede | ≈3 t evitadas Depende do mix da rede |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
Fluxo de energia
Durante o dia, 5 kW de PV alimentam primeiro a casa de 4 kW, o excedente carrega a bateria; à noite, a descarga da bateria + a rede preenchem a lacuna; a proteção anti-retorno garante zero exportação — autoconsumo num relance.
Economia
5.016 kWh/ano; a PV poupa $1.491 (incl. corte de pico do BESS); $5.500 EPC, 4 anos de retorno, TIR 25,51%, LCOE $0,1137/kWh, VAL ≈ -$532, 3,01 t CO2 evitadas/ano.
Qualidade de energia
Queda monofásica de 220 V de 5–7% (V1 aviso), terminal 0,975 pu; a compensação reativa eleva o PF — o ponto-chave de qualidade de energia para pequenos sistemas.
Backup e resiliência
A bateria de 10 kWh suporta ~2 h da demanda de 4 kW em caso de perda de rede; é necessário um inversor híbrido para um verdadeiro ilhamento fora da rede.
Other views (shown): Perfil de tensão · Características do esquema · LCC (custo do ciclo de vida) · Ambiental
7 · Economics & Payback
EPC ≈ $5.500 (5 kWp PV + 5 kW/10 kWh BESS). O autoconsumo fotovoltaico economiza ≈$1.491/ano (a $0,12/kWh) (incl. corte de pico do BESS); no geral, payback de 4 anos, TIR de 25,51%, ROI de 514% em 25 anos, LCOE $0,1137/kWh, VPL ≈ -$532 (quase no ponto de equilíbrio), 3,01 t de CO2 evitadas/ano. A escala residencial é marginal sem subsídios — o valor principal é a resiliência de backup + autoconsumo.
8 · FAQ
Quanta energia solar para uma casa de 5 kW?
Qual o tamanho da bateria?
Monofásico ou trifásico?
Posso vender o excedente para a rede?
Quanto custa e qual o retorno?
Mantém as luzes acesas durante um apagão?
E o anti-ilhamento?
Quanto CO2 economiza?
Por que o VPL é ligeiramente negativo?
Special Considerations
- V1 alerta para queda de tensão cumulativa de 5–7% em 220 V monofásico — amplie o cabo de serviço ou melhore o FP antes da aprovação final.
- V8: base de armazenamento de 2 h < 4 h de redução de picos; para arbitragem de tarifa horária, amplie a bateria.
- O modo de exportação zero adiciona automaticamente um dispositivo anti-retorno; se a medição líquida estiver disponível, defina antiExport=no para vender o excedente de ≈1.003 kWh/ano.
- VPL ≈ -$532 (quase no ponto de equilíbrio) a $0,12/kWh + $0,06/kWh de tarifa de injeção — subsídios ou um spread TOU maior melhoram substancialmente.
- Nível de viabilidade; aprovação de conexão à rede (anti-ilhamento + medição) pendente conforme o código de rede local.
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