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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
JEANDRE FABIAN LOPES DE MENDONÇA
ESTUDO E DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA
FOTOVOLTAICO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS
SITUADO NA CIDADE DE MACEIÓ - AL
MACEIÓ-AL 2017/2
JEANDRE FABIAN LOPES DE MENDONÇA
ESTUDO E DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA
FOTOVOLTAICO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS
SITUADO NA CIDADE DE MACEIÓ - AL
Trabalho apresentado como requisito final, para
conclusão do curso de engenharia civil do Centro
Universitário Cesmac, sob a orientação do Prof. Msc.
Fernando Silva de Carvalho e coorientação da Prof.ª
Msc. Thássia Catherine Costa Nascimento.
MACEIÓ-AL 2017/2
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por tornar possível minha primeira grande
conquista, graduar-me em Engenharia Civil. Foi uma longa jornada, muitas
dificuldades e obstáculos, todos vencidos. Sou eternamente grato por esses 5 anos
de aprendizado com uma equipe de professores excepcionais e ao lado de amigos
incríveis como: Amaury Barboza, Gabriela Medeiros, Lucas Vieira, Mayra Cavalcanti,
Stefane de Paiva, Valmer Fragoso e Walley Anderson.
Aos meus pais, Fábio e Jefrance, por estarem sempre ao meu lado me
apoiando incondicionalmente em qualquer situação e por me proporcionarem estudo
de nível superior aos 18 anos, algo que parece simplório, mas na realidade não
é. Obrigado, papai e mamãe, amo vocês.
Ao meu irmão, Andrei Fabian, que, mesmo sendo uma criança e sem entender
o que de fato significa a faculdade e a engenharia civil, sempre me cercou de elogios
e incentivos constantes, tornando mais proveitosa a minha vida como universitário.
À minha namorada, Márcia Letícia, a quem tanto amo, obrigado por me apoiar
nos momentos difíceis e mais angustiantes do curso, pela amizade e companheirismo
inabalável por todos esses anos, amo você.
Aos amigos, Pedro Victor, Danielle Soares e Renata Araújo que,
principalmente, nessa reta final do curso foram fundamentais em minha vida, seja no
companheirismo, amizade ou até mesmo nos momentos críticos como quando um
precisava da ajuda do outro e a partir de então ninguém tinha hora pra descansar,
obrigado pessoal!
Ao meu avô, José Francisco Lopes (em memória), que foi minha maior perda
no período de faculdade e ao mesmo tempo tornou-se meu maior estímulo, um
homem que sempre transpareceu honestidade e caráter. Obrigado pelo exemplo
maravilhoso que o senhor foi pra mim, “painho”.
Agradeço ao professor Fernando Carvalho por me aceitar como orientando em
meio a tantas dificuldades que passei durante a elaboração do TCC e por contribuir
para que eu tivesse uma visão profissional mais abrangente na engenharia.
À querida professora Thássia Catherine por todas as valiosas orientações e
ensinamentos, contribuindo e esclarecendo dúvidas acadêmicas de forma geral e as
relativas a este projeto sempre de forma solícita.
ESTUDO E DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO SITUADO NA CIDADE DE MACEIÓ – AL
STUDY AND PROJECT OF A SOLAR PHOTOVOLTAIC SYSTEM AT A FUEL STATION LOCATED IN THE CITY OF MACEIÓ – AL
Jeandre Fabian Lopes de Mendonça Fernando Silva de Carvalho
Thássia Catherine Costa Nascimento Graduando do curso de Engenharia Civil
RESUMO
Diante do atual panorama brasileiro totalmente dependente de fontes hídricas para geração de eletricidade, faz-se necessário o estudo, aplicação e disseminação de diversas fontes energéticas renováveis para diversificação da matriz energética nacional. O presente estudo traz uma perspectiva global, nacional e local no que concerne a energia solar fotovoltaica como fonte geradora de energia, demonstrando o potencial brasileiro para seu desenvolvimento, suas aplicabilidade, as linhas de crédito existentes para financiamentos, além do dimensionamento de um sistema completo para atender a demanda energética de um posto de combustíveis, somado a um estudo de viabilidade econômica demonstrando uma estimativa de custo do investimento e seu período de retorno. Tratando-se de desenvolvimento sustentável, a energia solar é um ponto crucial e estratégico para o aprimoramento da geração de energia, mas como qualquer outra tecnologia ela também possui suas falhas, entretanto se equiparada aos benefícios gerados, as falhas tornam-se irrelevantes.
PALAVRAS-CHAVE: Energia. Solar. Fotovoltaico.
ABSTRACT
In view of the current Brazilian scenario totally dependent on water sources for electricity generation, it is necessary to study, apply and disseminate several renewable energy sources for diversification of the national energy matrix. The present study presents a global, national and local perspective on solar photovoltaic energy as an energy source, demonstrating the Brazilian potential for its development, its applicability, existing credit lines for financing, and the project of a complete system to meet the energy demand of a fuel station, in addition to an economic feasibility study showing an estimate of the cost of the investment and its period of return. In the case of sustainable development, solar energy is a crucial and strategic point for the improvement of energy generation, but like any other technology, it also has its flaws. However, compared to the benefits generated, the flaws become irrelevant.
KEYWORDS: Energy. Solar. Photovoltaic.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 1.2 Objetivos .................................................................................................... 1.2.1 Objetivo geral .............................................................................................. 1.2.2 Objetivos específicos .................................................................................. 2 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................... 2.1 Energia Elétrica ............................................................................................ 2.2 Eficiência Energética ................................................................................... 2.2.1 Legislação em Eficiência Energética .......................................................... 2.3 Sistema Fotovoltaico ................................................................................... 2.3.1 Tecnologia dos Painéis Solares .................................................................. 2.3.2 Dificuldades de Mercado ............................................................................ 2.3.3 Sistema Isolado (Off – Grid) ........................................................................ 2.3.4 Sistema Conectado à Rede (On Grid) ......................................................... 2.3.5 Sistema Híbrido .......................................................................................... 2.3.6 Aspectos Legais ......................................................................................... 2.4 Geração Distribuída de Energia .................................................................. 2.4.1 Geração Compartilhada e Auto Consumo Remoto ..................................... 2.5 Linhas de Crédito ......................................................................................... 2.6 Panorama ..................................................................................................... 2.6.1 Panorama Brasileiro ................................................................................... 2.6.1.2 Aquecimento de Água .............................................................................. 2.6.1.3 Sistema Fotovoltaico ............................................................................... 2.6.2 Panorama Nordeste .................................................................................... 2.6.3 Panorama Alagoas ..................................................................................... 3 METODOLOGIA .............................................................................................. 4 RESULTADOS ................................................................................................. 4.1 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico On Grid ................................ 4.1.1 Dimensionamento dos Painéis Solares ...................................................... 4.1.2 Dimensionamento do Inversor .................................................................... 4.1.3 Estudo de Viabilidade Econômica ............................................................... 4.1.3.1 Painel Fotovoltaico .................................................................................. 4.1.3.2 Inversor .................................................................................................... 4.1.3.3 Estrutura de Fixação ................................................................................ 4.1.3.4 Investimento do Sistema Fotovoltaico ..................................................... 4.2 Discussão ..................................................................................................... 5 CONCLUSÃO .................................................................................................. REFERÊNCIAS ................................................................................................... APÊNDICE ....................................................................................................... ANEXO .............................................................................................................
05 07 07 07 08 08 11 12 14 15 19 21 22 23 24 29 31 34 36 37 38 39 41 45 48 53 56 56 58 59 59 60 61 61 62 64 67 72 75
1 INTRODUÇÃO
A energia é um bem essencial para o desenvolvimento socioeconômico de
qualquer nação. É consumida diariamente por milhares de pessoas em todo o mundo
e suas principais fontes são derivadas de combustíveis fósseis, como o petróleo e
seus derivados, o gás natural, o xisto, carvão mineral e o urânio que é a matéria prima
necessária para obter energia dos processos de fissão ou fusão nuclear.
Além de poluentes, os combustíveis fósseis são não renováveis, isso significa
que em algum momento irão esgotar, por isso faz-se necessário o uso de fontes
energéticas limpas e renováveis, ou seja, não poluentes e inesgotáveis. Desta
maneira, é constatada a fundamental importância dos recursos naturais atrelados ao
conceito de sustentabilidade, que consiste em atender as necessidades das gerações
presentes sem comprometer a capacidade das gerações futuras de suprirem suas
próprias necessidades, para a produção e manutenção das fontes energéticas de
maneira correta.
O Brasil se destaca por no cenário mundial por ter sua matriz de energia elétrica
fortemente baseada em fontes renováveis, com preponderância da hidroeletricidade
e da biomassa proveniente da cana de açúcar. No entanto mais recentemente,
ganham destaque as fontes eólica e solar (BEZERRA; SANTOS, 2016).
Francisco (2017) explica que a maior parte da área do Brasil está localizada na
Zona Intertropical, ou seja, nas zonas de baixas latitudes com climas quentes e
úmidos. Diante da localização geográfica do Brasil, o país é favorecido em termos de
radiação solar, tornando-o um local ideal para o uso da energia proveniente do sol
como uma fonte eficiente e duradoura.
A melhor maneira para realizar um uso conciso da energia solar é através de
sistemas fotovoltaicos (FV), que permitem a geração de energia elétrica diretamente
da luz solar através de laminas de determinados materiais semicondutores. Devem
ser instaladas em um espaço da edificação que receba incidência dos raios solares.
Este tipo de tecnologia não ocasiona ruídos ou emissões de gases em seu
funcionamento e necessita de pouca manutenção.
A construção civil é um dos setores que vêm se aperfeiçoando para
implementar os princípios da sustentabilidade em suas obras. Isso ocorre porque,
considerando-se um ambiente comercial, seja ele de pequeno ou grande porte, com
a redução do consumo energético e o aumento de produção, pode traduzir-se como
um impacto socioeconômico positivo na empresa, ou seja, a empresa torna-se mais
eficiente energeticamente. Isso significa maior economia na conta de energia e menor
impacto ao meio ambiente.
A integração de módulos fotovoltaicos às edificações apresenta vantagens pela
geração de energia renovável e também pela geração junto a um ponto de consumo,
que é a própria edificação. Assim, pesquisas nesta área visam contribuir à
disseminação da utilização desta tecnologia.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo Geral
Dimensionar um sistema fotovoltaico após a análise do consumo de energia de
um posto de combustíveis, buscando minimizar o dispêndio energético de fontes não
renováveis.
1.1.2 Objetivos Específicos
Diante da perspectiva em almejar uma solução sustentável para efetivar o uso
eficiente e racional de energia, tem-se como objetivos específicos:
Apresentar os aspectos positivos e negativos da utilização de sistemas
fotovoltaicos;
Reduzir o consumo de energia de fontes não renováveis;
Demonstrar a economia financeira proveniente do uso de energia solar;
Realizar a compensação da energia excedente gerada com a concessionária;
Propor a utilização de um sistema fotovoltaico;
Apresentar uma estimativa do valor total para implantação do sistema
fotovoltaico.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Energia Elétrica
Energia elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho. No
Brasil, em 2015, cerca de 60% da energia elétrica produzida vem das usinas
hidrelétricas, e o restante, das usinas nucleares (Angra I e Angra II), termoelétricas e
das fontes de energias renováveis como a energia eólica, solar e biomassa
(CAVALCANTE, 2015).
Sendo a principal fonte energética mundial, a energia elétrica é produzida a
partir do potencial elétrico de dois pontos de um condutor. Tales de Mileto, filósofo
grego, descobriu por meio de uma experiência, as cargas elétricas e, desde então, a
palavra "eletricidade" tornou-se conhecida e comumente utilizada até a atualidade.
Essa forma de energia pode ser obtida por meio da energia química ou da
energia mecânica, por intermédio de turbinas e geradores que transformam essas
formas de energia em energia elétrica. Na imagem a seguir (Figura 1) vemos um
exemplo clássico e dominante no Brasil que é a geração de energia através de usinas
hidrelétricas que detém cerca de 60% da produção nacional, gerando energia através
da queda d’água produzindo energia mecânica que posteriormente será convertida
em elétrica.
Figura 1 – Usina Hidrelétrica de Itaipu Fonte: BRASILESCOLA
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é dada em joule (J),
porém, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh).
As companhias elétricas utilizam o kWh para a medição do consumo de energia
elétrica de um determinado estabelecimento. Para calcular a conta de energia elétrica,
a companhia multiplica o custo unitário do kWh pela quantidade de energia consumida
durante o mês (CAVALCANTE, 2015).
Figura 2 – Linhas de Transmissão de Energia Elétrica Fonte: Imagens Google
De acordo com o Ministério de Minas e Energias (2015), no ano de 2014 estas foram as respectivas porcentagens das fontes geradoras de energia elétrica no Brasil.
Gráfico 1 – Fontes Geradoras de Energia Elétrica Fonte: MME
65,10%
30,20%
2,40%2%
0,10%
0,20%
0,3%
FONTES GERADORAS DE ENERGIA ELÉTRICA
Hidráulica Térmica Nuclear Éolica Solar Outros
É nítido que a utilização de fontes de energias renováveis ainda tem um
crescimento discreto no país, porém através do uso de políticas de incentivo a adoção
de fontes limpas a tendência é essa porcentagem aumentar ao longo dos anos.
Até chegar ao consumidor final, seja ele residencial ou comercial, a energia
elétrica percorre um determinado caminho, esquematizado no fluxograma abaixo.
Fluxograma 1 – Percurso Inicial da Energia Elétrica até o Final Fonte: Elaborado pelo Autor, 2017
A Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica) é a agência reguladora que
fiscaliza e regula a geração, comercialização e transmissão da energia elétrica no
Brasil.
Fonte Geradora de Energia
(Usina Hidrelétrica)
Gerador Subestação Elevadora
Linhas de Transmissão
Subestação Abaixadora
Transformador
de Energia
Postes de Iluminação e Distribuição
Consumidor
Final
2.2 Eficiência Energética
Eficiência energética é uma atividade que busca melhorar o uso das fontes de
energia. Segundo Abesco (2015) a utilização racional de energia chamada também
simplesmente de eficiência energética, consiste em usar de modo eficiente a energia
para se obter um determinado resultado. Por definição, a eficiência energética
consiste da relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e
aquela disponibilizada para sua realização.
Um exemplo comum a respeito de eficiência energética se trata da iluminação.
Uma lâmpada tipo LED de 7 W tem o mesmo nível de iluminamento que uma lâmpada
fluorescente de 60 W, ou seja, economia de 53 Wh ou quase 90% de economia. Além
disto, a vida útil do LED é consideravelmente superior e o calor que é transferido para
o ambiente é menor, portanto locais climatizados gastarão menos energia para resfriar
o ambiente (ABESCO, 2015).
Para incentivar a eliminação de desperdícios, assim como reduzir os custos e
os investimentos setoriais, foi criado em 1985 o Programa Nacional de Conservação
de Energia Elétrica (Procel). Dentro desta iniciativa do governo federal, foi elaborado
o Selo Procel, que orienta o consumidor na compra de produtos, sinalizando aqueles
com melhores níveis de eficiência energética. Também estimula o desenvolvimento
tecnológico de produtos mais eficientes e, como consequência, a preservação
ambiental.
Segundo a Procel (2006) o setor industrial brasileiro consome cerca de 40% da
energia elétrica do país e dois terços dessa energia são utilizados por sistemas
motrizes. Já no setor comercial, o consumo de energia é, comparativamente, bem
menor. Contudo, ações de eficiência energética nesse segmento significam redução
de custos de produção, melhores margens de lucro e preços mais competitivos no
mercado.
2.2.1 Legislação em Eficiência Energética
As primeiras normas de eficiência energética em edificações surgiram na
década de 70, após a crise do petróleo. Diversos países lançaram programas de
incentivo à redução do consumo de energia, resultando posteriormente na criação de
normas de eficiência energética.
Diante da crescente utilização da eletricidade no setor industrial, surgiu a
preocupação sobre a conservação de energia, por conta dos danos causados ao meio
ambiente e aos questionamentos referentes ao grande desperdício de energia elétrica
verificados na época. Dessa maneira, a solução foi a implementação de uma política
de conservação de energia elétrica, conforme relacionado por Guerreiro (2006).
1984 - A partir de um protocolo firmado pelo governo (Ministério de
Desenvolvimento Indústria e Comércio - MDIC) com a indústria (Associação
Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica - Abinee) foi criado o Programa
Brasileiro de Etiquetagem – PBE, coordenado pelo Instituto Nacional de
Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro).
1985 - Foi criado o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica –
Procel, vinculado ao Ministério de Minas e Energia (MME) e com a
coordenação executiva da Eletrobrás.
1991 - Foi criado o Programa Nacional de Conservação de Petróleo e
Derivados – Conpet, também vinculado ao MME e com a coordenação
executiva da Petrobrás.
2001 - Racionamento: Lei nº 10295 Política Nacional de Conservação e Uso
Racional de Energia.
2003 - Foi criado o Procel Edifica que tem por objetivo desenvolver atividades
com vistas à divulgação e ao estímulo à aplicação dos conceitos de eficiência
energética em edificações, apoiar a viabilização da Lei de Eficiência
Energética (10.295/2001), no que concerne a edificações eficientes e
contribuir com a expansão, de forma energeticamente eficiente, do setor
habitacional do país, reduzindo os custos operacionais na construção e
utilização dos imóveis
Cabe salientar que, em 1998, houve a obrigação de investimentos em
programas de conservação pelas concessionárias, sob fiscalização da Agência
Nacional de Energia Elétrica - Aneel (ratificado pela Lei nº 9.991 de 2000 e alterações
subsequentes) e que, em 2001, com o racionamento de energia elétrica, diversas
medidas de incentivo foram estimuladas, com destaque para a Lei nº 10.295 que
dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia
(Guerreiro, 2006).
2.3 Sistema Fotovoltaico
Energia fotovoltaica é a energia elétrica produzida a partir de luz solar, e pode
ser produzida mesmo em dias nublados ou chuvosos. Quanto maior for a radiação
solar maior será a quantidade de eletricidade produzida.
Os sistemas fotovoltaicos são compostos por módulos fotovoltaicos,
inversores, dispositivos de proteção, controladores de carga e sistema de fixação e
suporte dos módulos. Os sistemas são classificados em três categorias: Sistemas
Isolados (Off-Grid), Sistemas Conectados à Rede (On Grid ou Grid-tie) e ainda os
sistemas híbridos.
A tecnologia fotovoltaica é vista por muitos, como um caminho ideal para a
geração de energia, através de uma fonte inesgotável e não poluente. É um método
de produção de energia sustentável e amigável ao meio ambiente, trazendo benefícios
tanto ambientais quanto energéticos. Atualmente, existem no mercado várias
tecnologias fotovoltaicas, tendo como base diferentes elementos como matéria prima.
(MARINOSKI et al., 2014).
O processo de conversão da energia solar utiliza células fotovoltaicas. Quando
a luz solar incide sobre uma célula fotovoltaica, os elétrons do material semicondutor
são postos em movimento, desta forma gerando eletricidade.
Para definir o tipo de painel a ser utilizado, é necessário analisar alguns fatores
como material que o compõe, o espaço disponível para instalação, garantia do
fabricante, os custos e sua eficiência principalmente. A eficiência de um painel solar é
basicamente quanto % de energia da luz do sol o painel solar converte em energia
elétrica por m² e quanto maior for a eficiência do painel fotovoltaico, mais Watts por
metro quadrado o seu sistema vai gerar, além de suas dimensões serem menores
para a mesma produção de energia se comparado a um painel com uma eficiência
menor.
Os modelos mais utilizados são os painéis de silício cristalino e os de silício
amorfo. A maioria dos painéis fotovoltaicos no mundo hoje são baseados em alguma
variação de silício. Em 2014, cerca de 85% de todos os sistemas de energia solar
fotovoltaica instalados em casas e empresas no mundo todo utilizaram alguma
tecnologia baseada em silício, porém a principal diferença entre eles é a pureza do
silício. Isso significa que quanto mais perfeitamente alinhadas estiverem as moléculas
de silício, melhor a célula solar será na conversão de luz solar em energia elétrica
(ENERGIA, s.d.).
2.3.1 Tecnologia dos Painéis Solares
PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO MONOCRISTALINO
Guimarães (2015) explica que a tecnologia monocristalina é a mais antiga e
também uma das mais caras, porém possuem a eficiência mais alta. Comercialmente
falando, a eficiência dos painéis gira em torno de 14 a 21%. Os painéis solares de
silício monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis apenas olhando de
perto. Possuem uma cor uniforme, indicando silício de alta pureza e cantos
tipicamente arredondados como demonstrado na imagem a seguir.
Figura 3 – Painel Solar de Silício Monocristalino Fonte: PORTALSOLAR, s.d.
São constituídos por um único cristal de silício ultrapuro e separado como
lâminas de silício individuais que após o tratamento são transformadas em células
fotovoltaicas. O painel solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas com
formações em série e paralelo.
Os painéis monocristalino possuem algumas vantagens, como a eficiência mais
alta dentre as tecnologias comercialmente viáveis atualmente, ocupam menos espaço
que os painéis compostos por outros materiais e tendem a funcionar melhor que
painéis solares policristalinos em condições de pouca luz solar. No entanto, do ponto
de vista financeiro possuem um valor de mercado mais alto que os demais e o
processo técnico de fabricação gera uma quantidade significativa de silício não
aproveitado, necessitando ser reciclado posteriormente. Isso ocorre pelo fato dos
lingotes cilíndricos de silício serem cortados para fazer as laminas que irão preencher
o painel, tornando assim impossível o aproveitamento de 100% dos lingotes.
PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO POLICRISTALINO
Ambos, mono e poli cristalino são feitos de silício, a principal diferença entre as
tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No policristalino, os cristais
de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos
cristais. Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação
múltipla de cristais, como na figura abaixo.
Figura 4 – Painel Solar de Silício Policristalino Fonte: PORTALSOLAR
Estes painéis são mais fáceis de produzir, pois após a fundição são serrados
em blocos quadrados e em seguida fatiados em células como no monocristalino. São
bastante semelhantes aos monocristalino, exceto pelo fato das suas células serem
ligeiramente menos eficientes, girando em torno de 13 a 16,5% de eficiência.
PAINÉIS SOLARES DE FILME FINO
Estes são caracterizados pela alta tecnologia e sensibilidade das placas. O
modelo possui películas de grande flexibilidade, baixo custo de material e boa
performance para áreas com pouca atividade solar, geralmente é utilizado em uso
acoplado em superfícies, como metais e vidros.
A grande desvantagem desta tecnologia é a eficiência e longevidade. Sua
eficiência girando entre 7% e 13%, e seu custo podendo ser mais alto pelo fato de que
pra realizar a instalação será necessário um espaço maior para atuar e como
consequência uma quantidade de materiais superior (GUIMARÃES, 2015).
Porém, a grande diferença deste tipo de painel, é que este modelo pode ser
composto pelas variações existentes de materiais, dentre elas:
- Silício Amorfo (a-Si)
- Telureto de Cádmio (CdTe)
- Cobre, índio e gás seleneto (CIS / CIGS)
- Células Solares Fotovoltaicas Orgânicas (OPV)
PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO AMORFO (a-Si)
Fabricado através da técnica de empilhamento, que combina várias camadas
de células solares de silício amorfo, culminam em taxas mais elevadas de eficiência
(6% a 9%) porém esses valores ainda são insuficientes para projetos que necessitem
uma maior exigência de energia, por conta disso esse tipo de painel é comumente
utilizado em projetos de menor escala (ENERGIA, s.d.).
PAINEL SOLAR FOTOVOLTAICO DE TELURETO DE CÁDMIO (CdTe)
A eficiência dos painéis com base na tecnologia de telureto de cádmio opera
em torno de 9 – 11%. Esta é a única tecnologia de painéis de película fina que superou
o custo e eficiência de painéis de silício cristalino em uma parcela significativa do
mercado de painéis solares. O modelo CdTe é responsável por abastecer o setor de
grandes usinas e campos pelo fato de ser uma excelente escolha na relação custo –
eficiência (QUAIS, 2016).
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ORGÂNICAS (OPV)
As placas fabricadas através desta tecnologia fazem uso de um tipo de célula
solar de polímero que absorve luz e transporta cargas que vão produzir eletricidade
através da luz solar. O processo é feito por polímeros orgânicos condutores e
pequenas moléculas orgânicas. Os níveis de eficiência variam de acordo com o
tamanho das placas e se destaca por seu material altamente flexível e de baixo custo
(QUAIS, 2016).
A célula solar de polímero orgânico foi idealizada há muitos anos como uma
tecnologia fotovoltaica flexível, de baixo custo, feita utilizando processos de
impressão, máquinas simples e materiais abundantes. Hoje são poucas as empresas
que conseguiram levar a produção de células fotovoltaicas (OPV) para uma escala
industrial. No Brasil existe a CSEM Brasil, em Belo Horizonte, que está desenvolvendo
esta produção com tecnologia principalmente suíça. Eles utilizam um processo
industrial (roll to roll) de impressão de células fotovoltaicas orgânicas em substrato
leve, flexível e transparente. As eficiências das células orgânicas variam (ENERGIA,
s.d.).
PAINEL SOLAR HÍBRIDO (HJT)
A mais recente evolução no mercado de painéis fotovoltaicos, é a tecnologia
conhecida por Heterojunção em que a eficiência dos painéis chega a atingir 20%. Este
painel produz mais energia por metro quadro e funciona de maneira excelente em
temperaturas mais altas, tornando-o uma tecnologia ideal para o Brasil mas no
momento encontra-se indisponível no mercado.
2.3.2 Dificuldades de Mercado
A tecnologia de filmes finos vem sendo cada vez mais utilizada, principalmente
na integração com o entorno construído, por apresentar uma grande diversidade de
modelos e também devido ao baixo custo de produção. Hoje, estão disponíveis no
mercado painéis flexíveis, mais leves e resistentes, semitransparentes, ou até mesmo
com superfícies curvas, que podem substituir elementos de revestimento na
edificação.
Estudos já realizados relatam que devido a excelente performance que os
painéis de silício amorfo (a-Si) têm demonstrado, estes são uma boa escolha de
tecnologia para rede-conectada, integração com a edificação e utilização em climas
quentes como no Brasil (RUTHER, 2000).
Porém alguns empecilhos vêm impactando negativamente o uso de energia
solar, principalmente pelo custo acentuado que os painéis possuem. No entanto, a
tendência é que esses valores sofram reduções.
Além disso, outro fator negativo é o armazenamento das placas que é
desfavorecido pelas dimensões da mesma, como também da disponibilidade de
espaço que receba incidência dos raios solares sem interferências, como em prédios,
por exemplo, que além de não possuírem muitas áreas a céu aberto disponíveis, o
espaço ainda é comprometido pelo fato de existirem equipamentos de manutenção
predial e em alguns casos, do sombreamento gerado pelas edificações vizinhas.
Outro questionamento que vem surgindo por parte de alguns críticos, é o
processo de fabricação dos equipamentos, pois as placas solares demandam uma
grande extração de minérios, tais como o zinco, que sendo produzidas em larga escala
a demanda de matéria prima pode tornar-se ainda mais intensa e culminarem na
contribuição de políticas não sustentáveis na extração dos mineiras, gerando
prejuízos ambientais.
Figura 5 – Esfarelita, um dos minerais de onde se extrai o zinco.
Fonte: BRASILESCOLA
De acordo com Pena (2015) outro fator de desvantagem a ser citado refere-se
aos relativos danos ambientais gerados pela energia solar, sobretudo pelas usinas.
Apesar de não emitirem poluentes e não incentivarem o desmatamento, essas usinas
solares podem provocar a mortandade em massa de espécies de aves que, atraídas
pela luminosidade do local, podem aproximar-se e morrer rapidamente em razão do
calor gerado no ambiente imediatamente próximo.
2.3.3 Sistema Isolado (Off – Grid)
Os sistemas isolados ou Off Grid são caracterizados por não estarem
conectados à rede elétrica. Esse sistema é utilizado para uso local e específico,
abastecendo diretamente os aparelhos que utilizarão a energia. Esta solução é
bastante utilizada em locais remotos que não possuem ligação com distribuidoras de
energia ou o custo de se conectar à rede elétrica é elevado, normalmente em zonas
rurais. Por não serem conectados à rede elétrica, a energia produzida é armazenada
em baterias que garantem o abastecimento em períodos sem sol (TIPOS, 2016).
Figura 6 – Sistema Off Grid Fonte: PORTAL SOLAR, s.d.
De acordo com a figura 6, o Sistema Off Grid é composto dos seguintes
equipamentos:
1- Painéis solares – Captam os raios de sol e os transformam em energia
elétrica de corrente contínua. Podem ser um ou mais painéis e são
dimensionados de acordo com a energia necessária.
2- Controladores de carga – Servem para evitar sobrecargas ou descargas
exageradas na bateria, aumentando sua vida útil e desempenho.
3- Inversores –São responsáveis por transformar os 12 V de corrente contínua
das baterias em 110 ou 220 V de corrente alternada, ou outra tensão
desejada. No caso de sistemas conectados, também são responsáveis pela
sincronia com a rede elétrica.
4- Baterias – Servem para armazenar a energia elétrica excedente para que o
sistema possa ser utilizado quando não há sol.
2.3.4 Sistemas Conectados à Rede (On Grid)
Também chamados de grid-tie, este tipo de sistema fotovoltaico precisa estar
conectado à rede de distribuição de energia. São mais eficientes que os sistemas off-
grid e dispensam a utilização das baterias e dos controladores de carga, o que faz
com que seu kit tenha um preço mais baixo. Este é o sistema comumente mais
utilizado, normalmente instalado sobre o telhado das casas (TIPOS, 2016).
Figura 7 – Sistema On Grid Fonte: PORTAL SOLAR, s.d.
Enquanto o sistema isolado necessita de baterias e controladores de carga,
como mostra a figura 6, os sistemas conectados à rede funcionam somente com
painéis e inversores, já que não precisam armazenar energia, porém neste caso os
inversores não funcionarão apenas com a finalidade de converter a corrente contínua
em corrente alternada mas também terá a função de sincronizar o sistema com a rede
pública, já que o excedente da energia produzida será injetado de volta a rede de
energia elétrica. Com isso o relógio medidor bidirecional computa e armazena o
excedente gerado pelo sistema se transformando em créditos, gerando descontos na
sua conta independente do período do dia ou para serem utilizados em momentos em
que a demanda é maior que a produção, num período de até 60 meses.
Com isso, apesar da residência ainda fazer uso da rede convencional de
energia, há uma economia na conta: você só paga a diferença entre o que é
consumido e o que é produzido. Outro ponto positivo é que esses créditos
conseguidos podem ser utilizados por outras unidades consumidoras, desde que
possuam o mesmo titular e façam parte da mesma rede distribuidora.
2.3.5 Sistemas Híbridos
Sistemas Híbridos apresentam outras fontes de energia complementares a
geração fotovoltaica, como por exemplo o gerador diesel e turbinas eólicas (Figura 8).
Essas fontes complementam a geração fotovoltaica principalmente em momentos de
baixa irradiação e a noite. São sistemas complexos que necessitam de um controle
adequado capaz de integrar os vários geradores, de forma a otimizar a operação.
Estes sistemas podem estar conectados à rede, isolados ou ter o apoio da rede.
Figura 8 – Esquema Simplificado de um Sistema Híbrido Fonte: Diedrich, 2013
2.3.6 Aspectos legais
Segundo Silva (2015) O Brasil tem potencial para desenvolvimento da energia
solar acima de outras nações em que essa fonte já é utilizada. Os incentivos existentes
no país para essa fonte são insuficientes para torná-la viável para a maioria da
população. Além da inviabilidade econômica, para a microgeração e a minigeração
distribuídas o investimento inicial é um obstáculo, principalmente em residências.
Apesar das oportunidades, há obstáculos institucionais e tributários para o
desenvolvimento dessa fonte de energia. Por isso, algumas medidas de incentivo são
importantes: incidência, por prazo determinado, de Imposto sobre Circulação de
Mercadorias e Serviços (ICMS) somente no consumo líquido de energia elétrica da
microgeração e minigeração distribuídas; inclusão da fonte solar como um dos
critérios de repartição dos recursos do Fundo de Participação dos Estados (FPE) e do
Fundo de Participação dos Municípios (FPM); flexibilização da obrigação de as
distribuidoras de energia elétrica aplicarem 60% dos recursos destinados à eficiência
energética para beneficiários da Tarifa Social de Energia Elétrica; destinação de
verbas para pesquisa e desenvolvimento no âmbito do Orçamento Geral da União; e
autorização para o uso do FGTS na aquisição de equipamentos de geração
fotovoltaica para microgeração e minigeração distribuídas. (SILVA, 2015)
No Brasil, alguns incentivos fiscais são concedidos como método de estímulo
à adoção de meios de utilização de energia limpa. A seguir serão listados alguns
destes benefícios:
Programa Luz para Todos
- Dependendo das características da região, serão instalados painéis solares
nas comunidades que não tem acesso à energia elétrica;
- A Resolução Normativa nº 488, de 15 de maio de 2012, da Aneel, estabelece
as condições para revisão dos planos de universalização dos serviços de distribuição
de energia elétrica na área rural, sendo adotado o sistema isolado para atender a
demanda destas regiões que não estão conectadas ao sistema interligado nacional
(SIN) em que não vigora o acionamento das diversas usinas geradoras de energia.
- A Resolução Normativa nº 493, de 5 de junho de 2012, da Aneel, estabelece
os procedimentos e as condições de fornecimento por meio de Microssistema Isolado
de Geração e Distribuição de Energia Elétrica (MIGDI) ou Sistema Individual de
Geração de Energia Elétrica com Fonte Intermitente (SIGFI).
Descontos na Tarifa de Uso dos Sistemas de Transmissão (TUST)
e na Tarifa de Uso dos Sistemas de Distribuição (TUSD):
- Desconto de 80% na Tarifa de Uso dos Sistemas de Transmissão (TUST) e
na Tarifa de Uso dos Sistemas de Distribuição (TUSD) para empreendimentos cuja
potência injetada nos sistemas de transmissão ou distribuição seja menor ou igual a
30.000 kW e que entrarem em operação até 31 de dezembro de 2017;
- o desconto passa a ser de 50% a partir do 11º ano de operação da usina solar
e para empreendimentos que começarem a operar a partir de 1º de janeiro de 2018,
salvo que:
“O § 1º do art. 26 da Lei nº 9.427, de 26 de dezembro de 1996, estabelece que
o desconto na TUST ou TUSD para empreendimentos de fonte solar cuja potência
injetada seja inferior a 30.000 kW deve ser no mínimo de 50%. Já a Resolução
Normativa nº 77, de 18 de agosto de 2004, da Aneel, alterada pela Resolução nº 481,
de 17 de abril de 2012, fixa, nos 10 primeiros anos de operação da usina, o desconto
de 80% na TUST e TUSD a que tem direito a fonte solar, com as características
descritas pela Lei nº 9.427, de 1996, e que entrarem em operação até 31 de dezembro
de 2017. Outras fontes alternativas, como a eólica, contam com o desconto na TUST
e na TUSD, em percentual menor.”
Venda direta a consumidores
- Permissão para que geradores de energia de fonte solar, e de outras fontes
alternativas, com potência injetada inferior a 50.000 kW comercializem energia
elétrica, sem intermediação das distribuidoras, com consumidores especiais, com
carga entre 500 kW e 3.000 kW. Porém esses consumidores não preenchem os
requisitos para serem classificados como consumidores livres, que compram energia
diretamente de usinas de geração, sem intermédio das distribuidoras (é exigida carga
superior a 3.000 kW). Entretanto, há permissão para realizar tal aquisição se a energia
for proveniente de fontes alternativas, dentre as quais a solar.
- Na aquisição da energia, os consumidores especiais são beneficiados com
desconto na TUSD, o que estimula a substituição, como fornecedor da energia, da
distribuidora pelo gerador da fonte alternativa.
Sistema de Compensação de Energia Elétrica para a Microgeração
e Minigeração Distribuídas:
- Instituído pela Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, da Aneel;
- Garante que consumidores interessados em fornecer energia para a rede da
distribuidora na qual estão conectados poderão fazê-lo, desde que obedecidos os
procedimentos técnicos estabelecidos pela Aneel;
- Os consumidores poderão abater a energia injetada daquela consumida, ou
seja, somente pagarão para as distribuidoras a diferença entre o consumido e o
injetado;
- esse sistema é denominado de net metering;
- os empreendimentos devem ter potência máxima de 1.000 kW (1 MW).
Convênio nº 101, de 1997, do Conselho Nacional de Política
Fazendária (CONFAZ):
- Isenta do Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços (ICMS) as
operações envolvendo vários equipamentos destinados à geração de energia elétrica
por células fotovoltaicas e por empreendimentos eólicos;
- Dentre os equipamentos citados, são eles: Bomba para líquidos, para uso em
sistema de energia solar fotovoltaico em corrente contínua, com potência não superior
a 2 HP – 8413.81; gerador fotovoltaico de potência não superior a 750W – 8501.31.20;
gerador fotovoltaico de potência superior a 750W mas não superior a 75kW –
8501.32.20; gerador fotovoltaico de potência superior a 75kW mas não superior a
375kW – 8501.33.20; gerador fotovoltaico de potência superior a 375Kw – 8501.34.20;
células solares não montadas – 8541.40.16; células solares em módulos ou painéis –
8541.40.32.
- Não abrange todos os equipamentos utilizados pela geração solar, como
inversores e medidores.
Regime Especial de Incentivos para o Desenvolvimento da
Infraestrutura (REIDI):
- Suspensão da Contribuição para o Programa de Integração Social e de
Formação do Patrimônio do Servidor Público (PIS/PASEP) e da Contribuição para o
Financiamento da Seguridade Social (COFINS), no caso de venda ou de importação
de máquinas, aparelhos, instrumentos e equipamentos novos, de materiais de
construção e de serviços utilizados e destinados a obras de infraestrutura, entre as
quais as usinas geradoras de energia solar, destinadas ao ativo imobilizado;
- O projeto deve ser aprovado pelo Ministério de Minas e Energia (MME);
- O benefício é válido por cinco anos, a contar da habilitação do titular do
projeto, sendo conferido através da Lei nº 11.488, de 15 de junho de 2007,
regulamentada pelo Decreto nº 6.144, de 3 de julho de 2007. Não é restrito à fonte
solar.
Debêntures Incentivadas:
- Isenção de Imposto de Renda dos rendimentos de pessoa física relacionados
à emissão de debêntures por sociedade de propósito específico, dos certificados de
recebíveis imobiliários e de cotas de emissão de fundo de investimento em direitos
creditórios, relacionados à captação de recursos com vistas a implementar projetos
de investimento na área de infraestrutura, ou de produção econômica intensiva em
pesquisa, desenvolvimento e inovação, considerados como prioritários na forma
regulamentada pelo Poder Executivo;
- Entre os projetos mencionados, estão aqueles destinados à geração de
energia elétrica por fonte solar.
Programa de Apoio ao Desenvolvimento Tecnológico da Indústria
de Semicondutores (PADIS)
- Redução a zero das alíquotas de PIS/PASEP e COFINS incidentes na venda
no mercado interno ou de importação de máquinas, aparelhos, instrumentos e
equipamentos, para incorporação ao ativo imobilizado da pessoa jurídica adquirente
no mercado interno ou de importadora, e da contribuição de intervenção no domínio
econômico incidente nas remessas destinadas ao exterior para pagamento de
contratos relativos à exploração de patentes ou de uso de marcas e os de
fornecimento de tecnologia e prestação de assistência técnica;
- Até mesmo o Imposto sobre Produtos Industrializados (IPI) e o Imposto de
Renda podem ser objeto de alíquota zero em que Os benefícios tributários estão
condicionados a investimentos em pesquisa e desenvolvimento.
- Por alcançar os semicondutores e a produção de células de filme fino, a
geração de energia elétrica por fonte solar é beneficiada; Vários itens relacionados
com a produção de equipamentos fotovoltaicos contam com alíquota zero de Imposto
de Importação, inclusive fora do Padis.
Lei da Informática
- Isenções tributárias para bens de informática e automação;
- A produção de equipamentos destinados à geração de energia elétrica por
fonte solar utiliza vários dos produtos alcançados pela chamada Lei de Informática.
Instituído pela Lei nº 8.248, de 23 de outubro de 1991, modificada pela Lei nº 11.077,
de 30 de dezembro de 2004. Os benefícios tributários estão condicionados a
investimentos em pesquisa e desenvolvimento. Não é restrito á fonte solar.
Redução do Imposto de Renda
- Projetos de setores prioritários implantados nas áreas de atuação da
Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE), da Superintendência
do Desenvolvimento da Amazônia (SUDAM) e da Superintendência do
Desenvolvimento do Centro-Oeste (SUDECO) tem redução de imposto de renda;
- O setor de energia é um dos setores prioritários
- A Sudene e a Sudam abrangem as principais regiões brasileiras em termos
de radiação solar.
Conforme descrito, os incentivos concedidos no Brasil para a energia solar
envolvem benefícios tributários e subsídios diretos e indiretos. Alguns são exclusivos
para a fonte solar; outros são mais amplos e alcançam demais fontes de energia e
setores de infraestrutura.
2.4 Geração Distribuída de Energia
No artigo 14º do Decreto Lei nº 5.163/2004 considera-se geração distribuída
toda produção de energia elétrica proveniente de agentes concessionários,
permissionários ou autorizados (...) conectados diretamente no sistema elétrico de
distribuição do comprador, exceto aquela proveniente de: hidrelétrico com capacidade
instalada superior a 30 MW; termelétrico, inclusive de cogeração, com eficiência
energética inferior a 75%.”
A respeito da geração distribuída (GD) existem duas definições, a
Microgeração distribuída e a Minigeração distribuída. Eles diferem na medida em
que a Microgeração de energia solar o sistema fotovoltaico tem uma potência
instalada de até 75W e na Minigeração de energia solar o sistema fotovoltaico possui
uma potência instalada entre 76kW e 5000kW.
Esse tipo de produção de energia ainda é um conceito novo no Brasil. A
regulamentação da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) foi aprovada em
2012 porém ainda existiam diversos empecilhos que dificultaram a propagação deste
método de produção de energia por todo o país, como por exemplo, a geração de
energia solar através de uma placa fotovoltaica instalada no telhado de sua residência,
pois a quantidade de tributos que teriam de ser pagos por conta da energia injetada
na rede, tornava inviável a instalação dos painéis solares. Em 2015, boa parte destes
empecilhos foram removidos e incentivos fiscais foram concedidos pelo governo e o
setor de microgeração de energia começou a ter um certo crescimento por todo o
Brasil.
Estes incentivos foram somados a Resolução Normativa da ANEEL nº 482, de
abril de 2012, que permite a compensação do excedente de energia gerado pelo
sistema fotovoltaico em créditos de energia para serem utilizados posteriormente.
Essa compensação é realizada a partir da energia excedente injetada na rede pelo
micro ou minigerador, gerando créditos de energia equivalentes para serem
consumidos em até 60 meses, podendo ser utilizado até por outra unidade
consumidora desde que esteja relacionada ao mesmo CPF ou CNPJ da unidade
consumidora responsável pela geração de créditos.
De acordo com Pereira (2016), para a instalação do sistema conectado, é
necessário solicitar autorização da distribuidora, mediante a apresentação de um
projeto elétrico, memorial descritivo, e outros documentos para aprovação, desde que
sigam as normas vigentes. Este projeto deve ser desenvolvido por um engenheiro civil
ou eletricista responsável que emita uma ART junto ao CREA. Sendo aceito, a
distribuidora fará a troca do relógio medidor e o consumidor será incluso no sistema
de compensação de energia
O sistema de compensação de energia tem seu modo de faturamento
estabelecido no art. 7º da Resolução Normativa nº 482/2012, que determina a
seguinte utilização:
1. A energia ativa gerada em determinado posto horário deve ser utilizada para
compensar a energia ativa consumida nesse mesmo período.
2. Havendo excedente, os créditos de energia ativa devem ser utilizados para
compensar o consumo em outro posto horário, na mesma unidade
consumidora e no mesmo ciclo de faturamento.
3. Restando créditos, o excedente deve ser utilizado para abater o consumo de
energia ativa em outra unidade consumidora escolhida pelo consumidor, no
mesmo posto horário em que a energia foi gerada e no mesmo ciclo de
faturamento.
4. O eventual excedente após aplicação do item anterior deve ser utilizado para
abater o consumo da unidade consumidora escolhida pelo consumidor e
referenciada no item 3, no mesmo ciclo de faturamento, mas em outro posto
horário.
5. Caso ainda haja excedente, o processo descrito nos itens 3 e 4 deve ser
repetido para as demais unidades consumidoras cadastradas previamente pelo
consumidor, obedecida a ordem de prioridade escolhida por ele.
6. Após aplicação do item 5, até o esgotamento das unidades consumidoras
cadastradas, caso ainda existam créditos de energia ativa, o procedimento
descrito nos itens 1 a 5 deve ser repetido nessa ordem para os ciclos de
faturamento posteriores, obedecido o limite de 36 meses de validade dos
créditos.
A maior parte das empresas atuantes no Brasil afirmam que seus painéis
solares têm garantia de 10 anos contra defeito de fabricação, têm garantia de 25 anos
de 83% da produção inicial e sua vida útil pode chegar até 40 anos.
2.4.1 Geração Compartilhada e Auto Consumo Remoto
A nova resolução normativa da ANEEL 687/2015 permite a
modalidade “Geração Compartilhada conectada à rede”, a qual consiste
no compartilhamento de créditos de energia gerada em local diferente dos pontos de
consumo de energia que serão beneficiados por estes créditos, desde que todos os
locais envolvidos (local de produção e consumidores beneficiados) estejam dentro da
área de concessão da mesma concessionária de energia elétrica.
Estes consumidores poderão realizar um consórcio ou cooperativa, solicitando
à concessionária a permissão para compartilhamento dos créditos para as suas
propriedades previamente informadas no projeto.
A imagem abaixo esquematiza um exemplo de geração compartilhada em que
os consumidores fazem uso da energia proveniente dos painéis solares situados em
locais estratégicos para aproveitamento da luz solar.
Figura 9 – Modelo de Geração Compartilhada Fonte: PORTAL EAS SOLAR
Esse modo de distribuição de energia viabiliza os imóveis que possuem um alto
índice diário de sombreamento, como residências com edifícios vizinhos em que a
sombra projetada por eles, incide nos painéis reduzindo a interferência direta da luz
do sol sobre eles, interferindo na eficiência da geração de energia solar. Ou nos
próprios edifícios que em sua maioria o único espaço disponível a céu aberto é
cobertura, que por conta da altura ou da quantidade de instalações já existentes torna
inviável a implantação do sistema.
Através da geração compartilhada de energia solar, residentes em
apartamentos poderão se unir com pessoas que possuam um imóvel em condições
favoráveis a implantação de sistemas de maior porte, e assim economizar a energia
a todos os beneficiários e investidores. A figura abaixo demonstra exatamente este
conceito.
Figura 10 - Autoconsumo remoto, com duas unidades consumidoras. Fonte: BLUESOL
Porém, de acordo com Cristina (2015), empresa de execução de condomínios
solares, um dos maiores questionamentos da população é sobre a legalidade desse
tipo de geração compartilhada citando o Art. 6-A da resolução normativa 687/15 que
diz:
“Art. 6-A A distribuidora não pode incluir os consumidores no sistema de
compensação de energia elétrica nos casos em que for detectado, no
documento que comprova a posse ou propriedade do imóvel onde se
encontra instalada a microgeração ou minigeração distribuída, que o
consumidor tenha alugado ou arrendado terrenos, lotes e propriedades em
condições nas quais o valor do aluguel ou do arrendamento se dê em reais
por unidade de energia elétrica.”
Isso significa que não se pode vender energia oferecendo kWh por dinheiro. As
empresas não oferecem a venda de energia em R$/kWh mas o aluguel do potencial
instalado da geração fotovoltaica. O inquilino paga um valor fixo mensal para poder
usar os equipamentos da geração e produzir a própria energia solar, independente da
kWh recebida, então o modelo de aluguel dos equipamentos para auto geração
remota e compartilhada da energia solar está em acordo com a resolução normativa
687/15 da ANEEL.
2.5 Linhas de Crédito
O Brasil está cada vez mais consciente de seu potencial energético solar. No
entanto, o valor ainda é um entrave na hora de adotar a fonte alternativa, diante deste
fato os bancos criaram linhas de crédito especiais para os consumidores, seja ele
residencial comercial ou rural.
Atualmente o Banco do Nordeste oferece variadas linhas de crédito com juros
baixos, prazos acessíveis e bônus para adimplência. Uma dessas linhas é o FNE
Verde, programa voltado para promover o desenvolvimento de empreendimentos e
atividades econômicas que propiciem a preservação, a conservação, o controle e/ou
a recuperação do meio ambiente. Financia, também, a micro e a minigeração de
energia elétrica a partir de fontes renováveis, em que o seu público alvo são
produtores rurais e empresas rurais, industriais, agroindustriais, comerciais e de
prestação de serviços, cooperativas e associações legalmente constituídas
(CONHEÇA, 2016).
Há também, para o agricultor familiar, o Pronaf Eco, modalidade voltada ao
investimento em projetos de energia renovável e ao financiamento de tecnologias
ambientais sustentáveis, tendo como público alvo agricultores familiares.
Para utilizar é necessário visitar uma agência do BNB, onde o cliente será
instruído a se cadastrar, elaborar um projeto e fazer uma proposta de financiamento.
A Caixa Econômica Federal passou a aceitar projetos de energia solar em
sua linha de crédito Construcard, destinada para a compra de material de construção.
Com uma taxa de juros em torno de 1,95% ao mês, o projeto pode ser parcelado em
até 240 vezes. O financiamento está disponível para pessoas físicas e jurídicas.
No site do banco você pode fazer uma simulação dos juros e prazos do empréstimo
(CAIXA, s.d.).
De acordo com a Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, o Banco
do Brasil possui a linha de financiamento BB Crédito Material Construção para
pessoa física que tiver interesse em adaptar um sistema alternativo de geração de
energia. A Linha BB Material de Construção, está disponível para correntistas do
banco, com taxas de 1,53% a 2,02% ao mês. Nas agências bancarias, há informações
disponíveis a respeito dessa linha de crédito.
Já o banco Santander, disponibiliza através do seu programa Santander
Financiamentos crédito para a instalação de sistemas fotovoltaicos com um
parcelamento de até 60 vezes. Disponível para pessoas física e jurídica, sendo elas
correntistas ou não correntistas, a taxa de juros varia de acordo com os valores,
prazos e demais condições escolhidas pelo beneficiado (CONHEÇA, 2016).
2.6 Panorama
A capacidade instalada de energia solar no mundo, ultrapassou 230 GW no
final de 2015, montante 32,6% superior ao verificado no ano precedente. Na lista dos
principais países, destaca-se China, que superou a Alemanha em 2015, sendo
atualmente o país com maior capacidade instalada, correspondente a 43,5 Gw, 18,9%
do total. O Brasil ainda não figura nas estatísticas internacionais de capacidade
instalada (BEZERRA; SANTOS, 2016).
De 2010 a 2015, a capacidade instalada de geração de energia elétrica a partir
da fonte solar, cresceu em média 41% ao ano no mundo. Nesse período, dentre os
países com capacidade instalada acima de 5GW em 2015, o Reino Unido
(149,1%a.a.), a China (122,4%a.a.), Israel (95,6%a.a.) e Estados Unidos (65,8%a.a.)
foram os que obtiveram as maiores taxas de crescimento médio anual (BEZERRA;
SANTOS, 2016).
O quadro abaixo demonstra os países com mais de 1% da capacidade
instalada de geração de energia solar no final de 2015.
Quadro 1 – Países com Capacidade Instalada de Geração Solar
Posição País Potência Instalada
em 2015 (%)
1 China 18,9
2 Alemanha 17,2
3 Japão 15,4
4 Estados Unidos 11,1
5 Itália 8,2
6 Reino Unido 3,9
7 França 2,8
8 Espanha 2,4
9 Austrália 2,2
10 Israel 2,2
11 Coreia do Sul 1,5
12 Bélgica 1,4
13 Grécia 1,1
14 Canadá 1,1
15 Outros 11,7
Fonte: BP 2016
2.6.1 Panorama Brasileiro
A geração de energia fotovoltaica há muito tempo é vista como uma tecnologia
de energia limpa e sustentável, que se baseia na fonte renovável de energia mais
abundante e amplamente disponível no planeta - O SOL. O Brasil possui um potência
gigantesco para se aproveitar, pois a grande extensão territorial e a expressiva área
de telhados em unidades comerciais e residenciais, aliadas ao alto nível de irradiação
solar existente no país, representam um enorme potencial para geração centralizada
e distribuída no país. (COMO, s.d.)
O Mapa abaixo faz uma comparação dos valores de irradiação solar do Brasil
e da Europa. Fica muito fácil de se enxergar que o potencial brasileiro é muito maior,
no entanto, a Europa possui instalados 88GW de energia fotovoltaica enquanto o
Brasil ainda está em menos de 1GW. (ENERGIA, 2015)
Figura 11 – Comparativo Radiação Solar Fonte: PORTAL SOLAR, s.d.
Ademais os incentivos fiscais e projetos lançados pelo governo para uso e
aproveitamento de fontes renováveis energéticas, atualmente o país vive um período
em que o desenvolvimento e as inovações tecnológicas apresentam um crescimento
discreto se comparado ao mercado de outras potências globais, isto se dá pelo fato
de o país estar sofrendo por uma crise política. Porém, será apresentado um
panorama a respeito da situação atual do país no que diz respeito ao uso de energia
solar como fonte de energia sustentável.
2.6.1.2 Aquecimento de Água
Atualmente, dentre os principais projetos incentivados para o uso de energia
solar no Brasil, está o de aquecimento de água. Segundo informações da Associação
Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento
(ASSOCIAÇÃO, 2001), existiam até recentemente cerca de 500.000 coletores solares
residenciais instalados no Brasil. Somente com aquecimento doméstico de água para
banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica, os quais poderiam
ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e
ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser
consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema
elétrico. Além disso, há uma enorme demanda em prédios públicos e comerciais, que
pode ser devidamente atendida por sistemas de aquecimento solar central. A figura
abaixo, esquematiza um modelo de aquecimento de água através da energia solar.
Figura 12 – Aquecedor Solar. Fonte: PINI, s.d.
Um dos principais entraves à difusão da tecnologia de aquecimento solar de
água é o custo de aquisição dos equipamentos, particularmente para residências de
baixa renda. Mas a tendência ao longo dos anos é a redução dos custos, em função
da escala de produção, dos avanços tecnológicos, do aumento da concorrência e dos
incentivos governamentais. Fatores que têm contribuído para o crescimento do
mercado são: a divulgação dos benefícios do uso da energia solar; a isenção de
impostos que o setor obteve; financiamentos aos interessados em implantar o
sistema; e a necessidade de reduzir os gastos com energia elétrica caso seja
necessário um racionamento (ASSOCIAÇÃO, 2001).
Também são crescentes as aplicações da energia solar para aquecimento de
água em conjuntos habitacionais e casas populares O crescimento médio no setor,
que já conta com aproximadamente 140 fabricantes e possui uma taxa histórica de
crescimento anual de aproximadamente 35%, foi acima de 50% em 2001. Em 2002,
foram produzidos no país 310.000 m2 de coletores solares (ASSOCIAÇÃO, 2001).
2.6.1.3 Sistema Fotovoltaico
A quantidade de projetos pequenos nacionais de geração fotovoltaica de
energia elétrica, é de uma quantidade surpreendente, principalmente para o
suprimento de eletricidade em comunidades rurais e isoladas por todo o país. Estes
projetos atuam basicamente com quatro tipos de sistemas:
1 – Bombeamento de água, para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura;
2 – Iluminação pública;
3 – Sistemas de Uso coletivo, como eletrificação de escolas, postos de saúde e
centros comunitários;
4 – Atendimento domiciliar.
Dentre outros exemplos, estão as estações de telefonia e monitoramento
remoto, a eletrificação de cercas, a produção de gelo, o funcionamento de semáforos
de trânsito e a dessalinização da água. A seguir são apresentados alguns exemplos
desses sistemas.
Figura 13 – Bombeamento de Água Através do Uso de Sistema Fotovoltaico Fonte: IMAGENS GOOGLE, s.d.
A figura 10 apresenta um exemplo do uso de um sistema fotovoltaico para
bombeamento de água para irrigação. Os módulos solares fornecem energia para o
motor da bomba, em vez de um motor convencional elétrico. Contudo, o uso deste
modelo para irrigação possui algumas características:
1 - A água é fornecida em doses baixas.
2 - A água é fornecida por um longo tempo.
3 - A água é fornecida em intervalos frequentes.
4 - A água é fornecida por equipamentos operando em baixa pressão.
Esse sistema de irrigação fornece água para as culturas através de um conjunto
de tubos e rampas dispostas ao longo das linhas de culturas e equipados com
gotejadores colocados em intervalos regulares.
Quanto maior o consumo de energia, mais placas solares são necessárias para
que seja possível o funcionamento.
Se tratando de semáforos, eles funcionam a 12V (cada grupo focal consome em média
no máximo 5W) é ligado numa controladora que também funciona com 12V para a
programação dos tempos. Esta controladora e os semáforos são alimentados num
conjunto de baterias que fica próximo e num compartimento separado e lacrado. Estas
baterias são constantemente armazenadas através de placas solares que ficam juntos
no mesmo poste dos semáforos ou não dependendo da opção de efeito visual. Este
sistema está instalado na cidade de Maceió/AL, como mostra a figura 11, há mais de
5 anos e nunca deixou de operar nem sequer por 1 minuto. É um sistema aprovado e
muito confiável. Uma vez abastecido as baterias, o sistema pode ficar operante por
até 5 dias sem precisar recarregar as baterias. Não é necessário haver sol o tempo
todo como muitos imaginam. (SEMÁFORO, s.d.)
Figura 14 – Semáforo em Funcionamento Através do Uso de Sistema Fotovoltaico Fonte: CITEC, s.d.
2.6.2 Panorama Nordeste
Até recentemente, a energia elétrica produzida no Nordeste brasileiro, provinha
basicamente da fonte hídrica, destacando-se o rio São Francisco como o seu principal
provedor. Neste contexto, destaca-se a importância da Companhia Hidro Elétrica do
São Francisco (Chesf), principal empresa geradora de energia elétrica no Subsistema
do Nordeste, sendo a proprietária das principais hidrelétricas existentes na Região.
Este cenário de preponderância da geração de energia a partir da fonte hídrica no
Nordeste tem mudado nos últimos anos. De fato, desde 2013, as termelétricas e a
fonte eólica têm crescido de forma expressiva na composição da geração de energia
elétrica no Subsistema Nordeste, em razão da ocorrência de anos de baixa
pluviosidade e do aumento da geração eólica na região. A fonte solar ainda é
insipiente, como demonstra o gráfico abaixo (BEZERRA; SANTOS, 2016).
Gráfico 2 - Evolução da participação das fontes hidráulica, térmica e eólica na geração elétrica do
Subsistema Nordeste (%) Fonte: ONS
Os incentivos a inserção da fonte solar têm contribuído para a implantação de
projetos de geração fotovoltaica na Região, por meio de projetos centralizados (leilões
específicos, com preços acima da energia gerada por outras fontes) e de geração
distribuída (redução de impostos).
Historicamente, a crescente demanda de energia elétrica do Nordeste só tem
sido plenamente atendida graças à importação de outras regiões, principalmente do
Subsistema Norte. O gráfico abaixo apresenta a geração e a importação líquida de
energia elétrica do Subsistema Nordeste a partir de 2001, demonstrando a sua
dependência da produção de eletricidade em outras regiões do País. Contudo, graças
ao elevado potencial eólico e solar do Nordeste, a Região tende a se tornar
autossuficiente na geração de energia elétrica (BEZERRA; SANTOS, 2016).
Gráfico 3 – Evolução da geração e importação líquida de energia elétrica no subsistema Nordeste – 2001-2015 (1000 MWmédios)
Fonte: ONS
Apesar do enorme potencial, a inserção da geração solar no Brasil encontra-se
em estágio embrionário, correspondendo a menos de 60 MW, em agosto de 2016.
Esta inserção da geração centralizada ainda não competitiva, tem ocorrido
principalmente por meio de leilões específicos para a fonte solar. Em dados de agosto
de 2016, esta modalidade alcançou no Brasil a capacidade instalada de 26,96 MW,
dos quais cerca de 70% no nordeste, como demonstra a tabela abaixo.
Tabela 1 – Capacidade Instalada de Geração Solar no Brasil e no Nordeste
Fonte: Aneel
Ainda no mesmo mês do respectivo ano de 2016, a capacidade instalada de
geração solar na modalidade distribuída atingiu 32 MWp, dos quais 27,2% no
Nordeste, com destaque para o estado de Pernambuco, com 3,30 MWp,
aproximadamente 40% do total regional (ANEEL, 2016)
No que concerne à geração centralizada, o elevado potencial solar da região
nordestina tem se materializado em projetos vencedores nos Leilões de compra e
venda de energia elétrica. Em 2014, foi realizado o 6º Leilão de Energia de Reserva
(LER), no qual saíram vencedores 31 projetos da fonte eólica e 31 projetos da fonte
solar. Já em 2015 foram realizados o 7 e 8ª Leilões de Energia de Reserva, o primeiro
destinado exclusivamente à fonte solar e o segundo às fontes solar e eólica. Nesses
três leilões, o Nordeste foi contemplado com 62 projetos da fonte solar, perfazendo
um total de 1.243,1 MW de potência e investimentos previstos de R$ 10,63 bilhões.
A tabela abaixo expõe os resultados do 8º LER, em que o Nordeste foi
contemplado com 20 dos 33 empreendimentos aprovados da fonte solar, perfazendo
um total de 564,3 MW de potência e investimentos previstos de R$ 4,4 bilhões.
Tabela 2 – Resultado do 8º Leilão de Energia de Reserva
Fonte: Câmara de Comercialização de Energia Elétrica – CCEE
2.6.3 Panorama em Alagoas
De acordo com a Secretaria do Desenvolvimento Econômico e Turismo
(SEDETUR-AL, s.d.), os resultados do atlas solarimetrico de Alagoas, revelaram que
o Estado possui potencial para geração solar fotovoltaica e que a região do sertão,
compreendida pelos municípios de Pão de Açúcar, Santana do Ipanema, Água Branca
e Delmiro Gouveia são as regiões com maior potencial no Estado.
As regiões estudadas apresentaram características bem diferenciadas com
irradiações crescente do litoral para o sertão e de forma geral do norte para o sul.
Também apresenta um forte potencial com um máximo de 7,22 kWh/m² na região do
sertão.
O Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) viabilizou
a implantação da primeira fábrica de painéis fotovoltaicos do Brasil instalada em
Alagoas, em um terreno de 80.000 m². Uma parcela da área do terreno foi destinada
a construção de uma usina de geração de energia solar fotovoltaica com capacidade
de cerca de 1 MW. A indústria gerou aproximadamente 60 empregos na conclusão da
sua primeira etapa.
O Programa de Desenvolvimento Integrado do Estado de Alagoas –
PRODESIN é destinado à promoção de meios e ao oferecimento de estímulos
voltados à expansão, ao desenvolvimento e à modernização das indústrias alagoanas,
inclusive as de base tecnológica e as de micro e de pequeno porte.
Em dezembro de 2015, o PRODESIN passou por uma modernização que
tornou Alagoas muito mais competitivo para a implantação de parques industriais
assim como de geração de energia (SEDETUR, s.d.).
3 METODOLOGIA
Com o propósito de alcançar os objetivos propostos no presente estudo, foram
estudados métodos de dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede
e os equipamentos necessários para sua instalação, posteriormente foi realizada uma
pesquisa de campo a fim de obter parâmetros referentes à instalações existentes e
em plena atividade com o sistema fotovoltaico, além da obtenção de custos de
mercado para obtenção de estimativa global do valor do sistema.
O posto de combustíveis analisado, está situado no bairro Vergel do Lago no
município de Maceió - AL. O objeto de estudo escolhido apresenta como proposta um
empreendimento comercial inovador para o estado, pois através de um estudo
detalhado a respeito de fontes energéticas, foi constatado que Alagoas possui um
enorme potencial para energia solar e aplicando o uso da tecnologia fotovoltaica, além
de transformar o objeto de estudo em um local sustentável, ele terá uma redução
financeira significativa na conta de energia, um valor que estará disponível para outros
investimentos.
Através de uma visita técnica ao local do objeto de estudo, foi verificado que
não há falhas na instalação dos equipamentos e nas instalações elétricas da
edificação, isso demonstra que não há fuga de corrente elétrica, tornando verídico o
valor consumido em kWh detalhado nas contas de energia.
Foi realizado o dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede
para uma área de construção de 213,93 m² (figura15), sendo considerada as
particularidades locais da instalação como radiação solar incidente e a temperatura
ambiente do local.
Figura 15 – Planta Baixa do Posto de Combustíveis Fonte: Dados da Pesquisa
Os equipamentos necessários para instalação do sistema são: Placa solar,
inversor solar, estrutura de fixação dos painéis, cabeamento e conectores específicos.
O local destinado a receber a estrutura do sistema, será a coberta da edificação, pois
é o local com maior área disponível sem efeitos de sombreamento. A imagem abaixo
consta a planta de coberta do prédio.
Figura 16 – Planta de Coberta do Posto de Combustíveis Fonte: Dados da Pesquisa
O primeiro passo no dimensionamento de um sistema conectado à rede é
determinar quanta energia deseja-se produzir. Esta é uma escolha que pode ter como
base um levantamento de cargas da instalação ou à análise do consumo mensal de
energia. O presente estudo opta pela análise do consumo energético, visto que a
edificação está ativa, e para calcular com precisão foi necessário avaliar as últimas 12
contas de energia do local e fazer uma média do consumo mensal de energia.
Tendo conhecimento da quantidade de energia que será gerada pelo sistema,
pode-se escolher o modelo de módulo solar que será utilizado. Neste caso foi adotado
um painel fotovoltaico policristalino de 270 W da Canadian Solar, uma empresa
canadense bastante conceituada no mercado e que possui fábrica no Brasil. Após a
definição do modelo do módulo fotovoltaico, foi determinado a quantidade de energia
produzida pelo painel multiplicando a sua área por sua eficiência, e para saber a
produção mensal, o resultado é multiplicado por 30.
Uma vez calculada a energia produzida por um módulo e conhecendo o valor
da energia que se deseja produzir mensalmente, determina-se a quantidade de
módulos necessários no sistema através da fórmula:
𝑁𝑝 =𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝐸𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜
Sendo:
Np = Número de placas fotovoltaicas;
Esistema = Energia produzida pelo sistema em kWh no intervalo de tempo
considerado;
Emódulo = Energia produzida por um módulo (kWh) no mesmo intervalo de
tempo.
𝐸𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = (Á𝑟𝑒𝑎 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜) ∙ (𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎) ∙ (í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑥 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜)
O índice solarimétrio do município pode facilmente ser obtido através de
simuladores solares ou tabelas online. Já a eficiência do módulo, de acordo com o
catalogo técnico do fabricante, é de 16.5%.
Após o dimensionamento dos painéis, será necessário realizar o
dimensionamento dos inversores. Segundo Villalva e Gazoli (2012) a escolha do
inversor empregado no sistema deve levar em conta alguns critérios:
A tensão de circuito aberto do string não pode ultrapassar a tensão
máxima permitida na entrada do inversor, pois se houver uma
sobretensão na entrada do equipamento, pode danifica-lo
permanentemente.
O inversor deve ser especificado para uma potência igual ou superior a
potência de pico do conjunto de módulos.
Para especificar o inversor e suas características, é necessário verificar se os
módulos podem ser ligados em série. O primeiro passo é verificar a tensão em circuito
aberto dos módulos em STC (Voc) e calcular o string.
𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑁𝑝 ∙ 𝑉𝑜𝑐
Para ter certeza da tensão de circuito aberto que será encontrada na saída do
string, deve-se recorrer ao coeficiente de temperatura especificado no catálogo
técnico do módulo, que nesse caso é igual a – 0,31% / ºC, isso significa que para cada
grau de redução de temperatura existe um aumento de 0,31% na tensão de saída do
módulo. Como o sistema está sendo dimensionado para a cidade de Maceió-AL, com
média anual de temperatura de 24,68ºC (como mostra a figura abaixo), conclui-se que
a temperatura de operação do módulo nunca será inferior a 5ºC.
Figura 17 – Tabela Climática de Maceió
Fonte: CLIMATE-DATA, s.d.
Calcula-se:
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 = (𝑇𝑒𝑚𝑝. 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 −
𝑡𝑒𝑚𝑝. 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑜𝑠𝑠í𝑣𝑒𝑙) ∙ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝. 𝑑𝑜 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 ∙ 𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔
Encontrada a tensão total na temperatura de 5ºC, que é a soma das duas
tensões (percentual e normal), é necessário verificar se existe um modelo de inversor
adequado para esta tensão.
Após o dimensionamento das placas e do inversor, é necessário definir o
ângulo de inclinação dos painéis e a altura que a haste da estrutura de fixação do
painel terá de ter para atingir a angulação adequada.
A escolha incorreta do ângulo de inclinação reduz a captação dos raios solares
e compromete a produção de energia elétrica pelo módulo fotovoltaico. Dependendo
da inclinação adotada, a energia produzida pode ser maximizada ao longo do ano,
somente nos meses de verão ou somente nos meses de inverno.
A regra mais recomendada pelos fabricantes de painéis, é que o ângulo seja
definido de acordo com a latitude geográfica da unidade consumidora, como neste
caso ela está situada na cidade de Maceió, portanto possui uma latitude de 9º S e de
acordo com Villalva e Gazoli (2012) o ângulo recomendado para latitudes até 10º é o
próprio ângulo de 10º e sempre que possível, os painéis devem estar orientados para
o norte geográfico, maximizando assim a produção média diária de energia.
Para a instalação física, foi calculada a altura da haste (z) em função do ângulo
de inclinação (α) e levando em conta o comprimento (L) do painel. A figura abaixo
ilustra essas variantes.
Figura 18 – Dimensões da estrutura de suporte
Fonte: VILLALVA
A altura z da haste de fixação é calculada por:
𝑧 = 𝐿 ∙ sin(α)
E a distância x é calculada como:
𝑥 = 𝐿 ∙ 𝑐𝑜s(α)
Tendo em vista o modelo do módulo, sua quantidade total e o modelo especifico
do inversor, foi realizado um orçamento referente apenas aos componentes do
sistema fotovoltaico em algumas empresas instaladas no país e os valores
considerados foram os da empresa que além de ter uma boa reputação no mercado,
oferecem a maior garantia em ambos os equipamentos.
O dimensionamento do gerador fotovoltaico e a conexão com a rede elétrica
determinará a viabilidade do projeto de maneira executiva, sendo aprovado, o
resultado do orçamento irá compor o estudo de viabilidade econômica com os
detalhes do custo total da implantação deste sistema.
4 RESULTADOS
O sistema determinado foi o On Grid pelo fato da unidade consumidora estar
localizada numa zona urbana e não necessitar do armazenamento de energia. Para
poder realizar o dimensionamento foi feita média mensal do consumo de energia
através dos valores detalhados das últimas 12 contas, como mostra o quadro abaixo.
Quadro 2 – Resumo das Faturas de Energia
Conta Mês
Consumo kWh
Total a Pagar (R$)
Jul/16 1349 990,23
Ago/16 1478 1064,11
Set/16 1264 934,97
Out/16 1489 1068,61
Nov/16 1407 1030,38
Dez/16 1399 1005,11
Jan/17 1265 875,66
Fev/17 1307 918,61
Mar/17 1633 1198,1
Abr/17 1359 1004,81
Mai/17 1448 1071,39
Jun/17 1410 1053,88
Jul/17 1308 979,72
TOTAL 18116 13195,58
Fonte: Dados da Pesquisa, 2017
Em seguida foi feita uma média do consumo total anual para obter-se o
consumo médio por mês, incluindo o valor médio pago por mês a concessionária de
energia para posteriormente ter como parâmetro este valor comparado ao valor pós
sistema implantado.
Quadro 3 – Média Anual em kWh e Financeira
MÉDIA ANUAL
kWh R$
1509,666667 1099,632
Fonte: Dados da Pesquisa, 2017
Para obtenção do índice solarimétrico, serão necessárias as coordenadas
geográficas do local, que podem ser facilmente obtidas através do google maps e
adicionadas ao portal cresesb.
Figura 19 – Localização da Unidade Consumidora Fonte: GOOGLE MAPS, 2017
Após a inserção dos dados no portal cresesb, será exibida a tabela para o
sistema adotado (on grid). Nela consta os valores referentes a maior média anual, que
de acordo com a tabela abaixo é de 5,39kWh/m² dia.
Estação: Maceió
Município: Maceió, AL – BRA
Latitude: 9,6º S
Longitude: 35,735277º O
Distância do ponto de ref. (9,653242º S: 35,758775º O): 6,5km
Irradiação solar diária mensal (kWh/m².dia)
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Média Delta
Plano Horizontal 0ºN 6,08 5,78 5,58 4,56 4,64 4,06 4,22 5,25 5,28 6,03 6,83 6,17 5,37 2,77
Ângulo igual a latitude 10ºN 5,73 5,6 5,58 4,73 4,99 4,42 4,56 5,55 5,36 5,9 6,45 5,77 5,39 2,03
Maior média anual 6ºN 5,88 5,68 5,6 4,67 4,85 4,29 4,44 5,44 5,34 5,97 6,62 5,94 5,39 2,33
Maior mínimo mensal 26ºN 4,94 5,06 5,33 4,78 5,3 4,78 4,9 5,76 5,24 5,42 5,59 4,91 5,17 0,98
InclinaçãoÂngulo
Figura 20 – Nível de Irradiação Solar Fonte: PORTAL CRESESB, s.d.
O gráfico 4 mostra as inúmeras variações nos níveis de irradiação solar ao
longo do ano na cidade de Maceió – AL. Por conta disso, o sistema deve ser
dimensionado para a maior média anual, sendo assim aproveitando ao máximo os
picos de irradiação para geração de eletricidade.
Gráfico 4 – Variação da Média de Irradiação Solar Anualmente Fonte: PORTAL CRESESB, s.d.
4.1 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico On Grid
4.1.1 Dimensionamento dos Painéis Solares
A localização do objeto de estudo é a cidade de Maceió – AL.
Índice solarimétrico de 5,39kWh/m².dia;
Consumo energético médio do cliente é de 1509,67 kWh/mês;
Mês considerado: 30 dias;
Eficiência dos painéis: 16,5%
- Número de módulos:
𝑁𝑝 = 1509,67
(1,638 ∙ 0,982) ∙ (0,165) ∙ (5,39 ∙ 30)
𝑵𝒑 = 𝟑𝟔 𝑴ó𝒅𝒖𝒍𝒐𝒔
- Produção anual de energia
𝑃𝑎𝑒 = (1,638 ∙ 0,982) ∙ (0,165) ∙ (5,39 ∙ 30) ∙ (36) ∙ (12)
𝑷𝒂𝒆 = 𝟏𝟖𝟒𝟒𝟏, 𝟓𝟔𝒌𝑾𝒉/𝒂𝒏𝒐
- Altura da haste de fixação:
𝑍 = 1,638 ∙ sen(10)
𝒛 = 𝟎, 𝟐𝟖𝟒𝒎
- Distância:
𝑥 = 1,638 ∙ cos(10)
𝒛 = 𝟏, 𝟔𝟏𝒎
Diante da quantidade de módulos, sua disposição será em fileiras, portanto
será necessário calcular a distância entre uma fileira e outra para que não haja
sombreamento entre os módulos, prejudicando a produção do sistema.
- Distância entre os módulos:
𝑑 = 3,5 ∙ 𝑧
𝑑 = 3,5 ∙ 1,61
𝒅 = 𝟏𝒎
Os painéis possuem dimensões de (1,638 x 0,982 x 0,40)m que multiplicando
sua área em m² pela quantidade de placas, teremos a área necessária para instalação
do sistema.
1,638 ∙ 0,982 = 1,60𝑚²
1,60 ∙ 36 = 𝟓𝟖𝒎²
Tendo como resultado parcial um sistema instalado em série com 36 placas
solares de 270W cada para atender uma demanda de 1509,67kWh/mês e gerando
anualmente 18441,56kWh, é necessário uma área disponível de 58m² , que está
localizada na coberta da edificação para instalação dos painéis.
Diante do espaço disponível na coberta e da quantidade total de módulos
necessária para atender a demanda, a disposição dos módulos é dada da seguinte
maneira: 25 módulos na área retangular da coberta e 11 módulos na área trapezoidal.
A imagem abaixo esquematiza a posição dos strings (grupo de painéis).
Figura 21 – Locação dos Módulo Fotovoltaicos Fonte: Elaborado pelo Autor, 2017
4.1.2 Dimensionamento do Inversor
Diante da necessidade da divisão dos strings, foi adotado o uso de dois
inversores, um para atender cada grupamento específico, e para dimensiona-los
corretamente, é imprescindível o uso do catálogo técnico disponibilizado pelo
fabricante dos módulos.
Especificações Técnicas dos Módulos:
Potência máxima (Pmax): 270Wp
Tolerância: 0% a +5%
Tensão em circuito aberto (Voc): 37,9V
Tensão de Pico (Vmpp): 30,8V
Corrente de curto-circuito (Isc): 9,32A
Corrente de Pico (Impp): 8,75A
Voltagem máxima do sistema: 1000V
Tipo de célula: Silício Policristalino
Dimensões painel: 1650 x 992 x 40 (mm)
Moldura: Alumínio
Peso: 18,2 kg
Com 36 módulos ligados em série e a tensão de circuito aberto dos módulos
em STC é Voc=37,9 V, tem-se:
𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔1 = 25 ∙ 37,9 𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔2 = 11 ∙ 37,9
𝑽𝒐𝒄, 𝒔𝒕𝒓𝒊𝒏𝒈𝟏 = 𝟗𝟒𝟕, 𝟓 𝑽 𝑽𝒐𝒄, 𝒔𝒕𝒓𝒊𝒏𝒈𝟐 = 𝟒𝟏𝟔, 𝟗 𝑽
Variação percentual de tensão:
𝑉𝑝 = (24,68 − 5) ∙ 0,31%
𝑽𝒑 = 𝟔, 𝟏%
Variação de tensão:
𝑉𝑡1 = 6,1% ∙ 947,5 𝑉 𝑉𝑡2 = 6,1% ∙ 416,9 𝑉
𝑽𝒕𝟏 = 𝟓𝟕, 𝟕𝟗 𝑽 𝑽𝒕𝟐 = 𝟐𝟓, 𝟒𝟑 𝑽
Tensão total na temperatura de 5ºC:
𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔1 = 947,5 + 57,79 𝑉𝑜𝑐, 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔2 = 416,9 + 25,43
𝑽𝒐𝒄, 𝒔𝒕𝒓𝒊𝒏𝒈𝟏 = 𝟏𝟎𝟎𝟓, 𝟐𝟗 𝑽 𝑽𝒐𝒄, 𝒔𝒕𝒓𝒊𝒏𝒈𝟐 = 𝟒𝟒𝟐, 𝟑𝟑 𝑽
O string número 1 com 25 módulos de 270W fornecerá uma potência de pico
igual a 25 x 270 = 6750W ou 6,75kW e uma tensão total de 1005,29V. No catálogo do
fabricante Santerno, encontra-se o modelo M PLUS 7800 E, que suporta até 7,18kW
em sua entrada de corrente contínua, sendo adequado para este projeto.
Já o string número 2 com 11 módulos de 270W fornecerá uma potência de pico
igual a 11 x 270 = 2970W ou 2,97kW e uma tensão total de 442,33V. O ideal em
sistemas que fará uso de dois inversores, é que ambos sejam do mesmo fabricante,
neste caso o Santerno, que em seu acervo dispõe de um modelo chamado M PLUS
3600 E, que suporta até 3,3kW em sua entrada de corrente contínua e suporta uma
tensão máxima continua aplicável de 600V, tornando possível realizar a ligação em
série desses módulos e a ligação em paralaleo dos inversores, sendo este o inversor
ideal para este sistema.
4.1.3 Estudo de Viabilidade Econômica
4.1.3.1 Painel Fotovoltaico
Após uma pesquisa de mercado referente aos valores dos painéis da fabricante
Canadian Solar, modelo CS6K-270P, foram selecionados 3 orçamentos:
Empressa A
01 unidade – R$ 599,00;
Garantia de 10 anos contra defeito de fabricação;
Garantia de 15 anos contra perda de eficiência.
Empresa B
01 unidade – R$ 599,00
Garantia de 10 anos contra defeito de fabricação;
Garantia de 25 anos contra perda de eficiência.
Empresa C
01 unidade – R$ 623,00
Garantia de 10 anos contra defeito de fabricação;
Garantia de 20 anos contra perda de eficiência.
A empresa selecionada foi a empresa B, o motivo principal é o período de
garantia do módulo, 25 anos contra perda de eficiência e 10 anos contra defeito de
fabricação, já o valor é o motivo secundário, pois na avaliação e pesquisa dos painéis
e empresas atuantes no mercado, o ideal é fazer uma associação de valor e garantia,
ter noção do tipo de assistência que a empresa irá fornecer caso um painel venha a
danificar, pois diante de um investimento consideralvemente alto o tempo de garantia
torna-se tão fundamental quanto o valor do painel em si.
4.1.3.2 Inversor
Em relação aos inversores, a busca é mais restrita pois a disponibilidade de
mercado em relação ao modelo e marca escolhidos é um pouco mais escasso porém
pela qualidade comprovada e consolidada do fabricante no mercado mundial, é uma
escolha vantajosa mesmo que o preço final seja um pouco mais alto.
- Inversor M PLUS 7800 E para String nº 1:
Empresa A
01 unidade – R$ 14.199,00;
Garantia de 05 anos contra defeito de fabricação.
Empresa B
01 unidade – R$ 18.720,00
Garantia de 06 anos contra defeito de fabricação.
Empresa C
01 unidade – R$ 15.999,00
Garantia de 07 anos contra defeito de fabricação.
A empresa selecionada foi a C pelo fato de o valor estar na média de preço de
mercado e por oferecer o maior prazo de garantia.
- Inversor M PLUS 3600 E para String nº 2:
Empresa A
01 unidade – R$ 5.890,00;
Garantia de 06 anos contra defeito de fabricação.
Empresa B
01 unidade – R$ 6.290,00;
Garantia de 05 anos contra defeito de fabricação.
Empresa C
01 unidade – R$ 7.865,17;
Garantia de 06 anos contra defeito de fabricação.
O orçamento escolhido foi o ofertado pela empresa A, com justificativa de preço
mais em conta e prazo de garantia mais longo que os demais.
4.1.3.3 Estrutura de Fixação
O Suporte para módulos de 240W a 330W para fixação em telhados ondulados
é composto por perfis especiais produzidos em alumínio e por acessórios de fixação
que permitem a instalação de módulos fotovoltaicos em telhados ondulados. Este
suporte conta com componentes de alta durabilidade e de fácil fixação.
Figura 22 – Suporte para Módulos Fonte: Portal Solar, s.d.
O suporte é vendido para suportar 04 módulos, sendo necessário contabilizar
a quantidade total para suprir a demanda de 36 módulos. O preço base desse suporte
é de R$ 586,82.
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙 = 586,82 ∙36
4
𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝑹$ 𝟓. 𝟐𝟖𝟏, 𝟑𝟖
4.1.3.4 Investimento do Sistema Fotovoltaico
O custo total do investimento para instalar um sistema fotovoltaico grid tie é
dado por:
Módulos: R$ 599,00 ∙ 36 = R$ 21.564
Inversores: R$ 15.999 + R$ 5.890,00 = R$ 21.889,00
Suporte: R$ 5281,38
Mão de Obra: 15% do Valor Total
𝑽𝑨𝑳𝑶𝑹 𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 = 𝑹$ 𝟒𝟖. 𝟕𝟑𝟒, 𝟑𝟖
𝑽𝑨𝑳𝑶𝑹 𝑻𝑶𝑻𝑨𝑳 + 𝑴. 𝑶. = 𝑹$ 𝟓𝟔. 𝟎𝟒𝟒, 𝟓𝟑
4.2 Discussão
A geração de energia fotovoltaica é uma boa alternativa para os brasileiros,
pois diante dos incentivos governamentais, novas fábricas estão sendo instaladas no
país e a tendência é que o acesso a essa tecnologia seja financeiramente mais viável
ao longo dos anos.
O presente estudo dimensiona um sistema fotovoltaico on grid, gerando uma
energia de 18441,56kWh/ano. O sistema operacional é composto por 36 placas
solares e dois inversores para suprir a demanda atual da unidade consumidora, porém
caso essa demanda venha aumentar, essa necessidade pode ser facilmente suprida
aumentando o número de módulos em série de cada ramo paralelo, denominado
string. O sistema foi dimensionado prevendo o aumento na demanda de energia
elétrica.
O custo total do investimento deste sistema, está estimado em R$ 56.044,53 e
o período de retorno financeiro está explicito no quadro 4, demonstrando que ao longo
do quarto ano de utilização e início do quinto ano, o investimento deixa de ter um
déficit de pouco mais que 3 mil reais e se torna um superavit de quase 10 mil reais, e
de acordo com a garantia de 25 anos dos painéis, determinada pelo fabricante, então
isso significa que o imóvel ainda terá 20 anos de uso do sistema com pleno
funcionamento e eficiência dos módulos, resultando em uma economia no valor total
de R$ 263,919,60 ao longo desse período.
Quadro 4 – Retorno Financeiro
Retorno Financeiro
Anos Despesas Investimento
Ano 0 R$ 13.195,98 -R$ 56.044,53
Ano 1 R$ 13.195,98 -R$ 42.848,55
Ano 2 R$ 13.195,98 -R$ 29.652,57
Ano 3 R$ 13.195,98 -R$ 16.456,59
Ano 4 R$ 13.195,98 -R$ 3.260,61
Ano 5 - R$ 9.935,37
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2017
A imagem tridimensional abaixo (figura 22) mostra exatamente a posição e
angulação dos painés e a disposição esquemática de como serão instalados na
cobertura da edificação, recebendo o máximo possível de irradiação solar ao longo do
dia durante todo ano.
Figura 22 – Perspectiva da Edificação Fonte: Elaborado pelo Autor, 2017
Outra característica favorável ao sistema, é o entorno da edificação. Apesar de
se tratar de uma região mista (comercial e residencial), as edificações vizinhas não
apresentam interferências negativas do ponto de vista técnico ao funcionamento do
sistema, pois não existem prédios ou torres de altura elevada ao redor, o que poderia
gerar sombreamento. A vizinhaça é composta por edificações de pequeno porte,
consequentemente não gera sombreamento sob os painéis.
Outro fator considerável em relação ao local onde a unidade consumidora está
localizada é que se trata de uma região de periferia, ou seja, a tendência é a
permanência da atual característica das edificações. Com isso, não exisitirá
necessidade de alteração da disposição dos módulos sobre a cobertura do posto de
combustível, viabilizando a implantação do sistema fotovoltaico para o posto de
combustíveis analisado.
5 CONCLUSÃO
O uso de tecnologias que transformam fontes renováveis em energia elétrica
no Brasil e principalmente aos estados do nordeste brasileiro, pode ser considerado
inovador e pouco explorado diante do vasto potencial existente.
A geração distribuída de energia possui a capacidade de solucionar alguns
problemas, principalmente no sertão nordestino, como gerar energia para sistemas de
abastecimento de água, até proporcionar energia elétrica para cidades e povoados
espalhados por todo o país que, devido à falta de infraestrutura, sofrem com a
ausência de energia elétrica.
O presente estudo mostra a possibilidade para o empresariado nacional investir
neste tipo de tecnologia. O Brasil apresenta índices elevados de irradiação solar e
muitas áreas espalhadas por todo o país com dimensões suficientes para implantação
de campos solares. Diante do faturamento de grandes empresas, o custo de
investimentos deste tipo é algo viável, portanto há possibilidade de ser implantado
sem danos financeiros às empresas e ao mesmo tempo gerar uma valorização da
mesma no mercado.
Relacionado ao estado de Alagoas, este estudo demonstra que a implantação
do sistema fotovoltaico para um posto de combustíveis, avaliado em R$ 56.044,53 e
situado em uma região periférica na capital Maceió, é algo viável pois a economia
financeira ultrapassará a cifra de R$ 200.000,00 ao longo de toda a vida útil dos
painéis. Cabe salientar também a valorização comercial da empresa tendo em vista
que será a pioneira no estado a fazer uso desse sistema sustentável, fortalecendo um
marketing que nenhum outro empreendimento do mesmo ramo a nível estadual,
poderá competir, podendo ainda expandir a capacidade do sistema e aproveitar o
excedente de energia para outros fins.
E estes esforços quando somados a possíveis parcerias com o governo do
estado, a tecnologia solar fotovoltaica poderá ser expandida por todos os municípios
de alagoas, principalmente atendo-se ao fato de que a valorização e o custo financeiro
(R$) de grandes áreas sobretudo nas cidades que compõem o sertão alagoano é
consideravelmente inferior se comparado a capital Maceió. Este tipo de investimento
proporcionaria o desenvolvimento dos municípios alagoanos, que historicamente
sofrem com problemas econômicos e sociais.
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APÊNDICE – IMAGENS EM PERSPECTIVA DO SISTEMA FOTOVOLTAICO IMPLANTADO NO POSTO DE COMBUSTÍVEIS
ANEXO – PLANTA BAIXA ARQUITETÔNICA DO OBJETO DE ESTUDO
![Ppt0000073 [Somente leitura]...Infraestrutura no Brasil: Projetos, Financiamentos Infraestrutura no Brasil: Projetos, Financiamentos e Oportunidadese Oportunidades • Investimento](https://img.document.onl/doc/110x75/5f519bbad31a0000976d5662/ppt0000073-somente-leitura-infraestrutura-no-brasil-projetos-financiamentos.jpg)
