Fatec Garça

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

EVERTON DE MOUTRA FERNANDESTHIAGO SANTANA DE SOUZA

SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO À NOVA TARIFAÇÃO DA

ANEEL DE 2014

GARÇA 2013

Fatec Garça

CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

EVERTON DE MOURA FERNANDESTHIAGO SANTANA DE SOUZA

SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO Á NOVA TARIFAÇÃO DA

ANEEL DE 2014

Artigo Científico apresentado à Faculdade

de Tecnologia de Garça – FATEC, como

requisito para a conclusão do Curso de

Tecnologia em Mecatrônica Industrial,

examinado pela seguinte comissão de

professores:

_________________________________Prof.Ms José A. Poletto Filho

FATEC Garça

_________________________________Prof.

FATEC Garça

_________________________________Prof.

FATEC Garça

Data da Aprovação: ____/____/____

GARÇA 2013

SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO À NOVA TARIFAÇÃO DA ANEEL DE

2014

Everton de Moura Fernandes

everton_mecatronico@globomail.comThiago Santana de Souza

thi_san_souza@hotmail.comProf. Ms. José Antônio Poletto Filho

Tecnologia em Mecatrônica Industrial

Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC

RESUMO: O Brasil ocupa o segundo lugar no mundo quando se trata da energia

solar incidente. A partir desse dado, e de posse dessa riqueza natural, o

desenvolvimento desse projeto de pesquisa voltou-se para um estudo mais

detalhado enquanto um sistema fotovoltaico, que sob a incidência do sol, gera

energia elétrica sem causar impacto ambiental e social causados pelas fontes de

energia tradicionais. Especificamente, a pesquisa procurou desenvolver um

sistema fotovoltaico isolado para que o consumidor pague menos nos chamados

horários de tarifa com custo maior. Através da pesquisa bibliográfica pode-se

constatar que os sistemas fotovoltaicos apresentam alto custo, impedindo a sua

aplicabilidade nas chamadas camadas populares que poderiam ser beneficiadas

pelo baixo custo que uma energia renovável poderia oferecer. Não é um trabalho

conclusivo, espera-se que a partir do mesmo, outros pesquisadores possam

contribuir para o enriquecimento do tema abordado.

Palavras- chave: Sistema fotovoltaico, Nova tarifação, energia solar incidente.

ABSTRACT: Brazil ranks second around the world when it comes to the incident

solar energy. Considering this fact and the great amount of natural resources, of

this research resented detailed study about a photovoltaic system under solar

incidence, which generates electricity without causing environmental and social

impact which are caused by traditional energy sources. Especially, the study

intended to develop a photovoltaic system isolated so that consumers may pay

less in specific time when the fare is higher. Through literature review it can be

seen that the photovoltaic systems are considered too expensive, preventing their

applicability in the popular layers that could be benefited by the low cost of

renewable energy. It’s not a conclusive work, it is expected that from this work,

other researchers can contribute to the improvement of the subject

Keyword: Photovoltaic system, Tariff new, incident solar energy.

1-INTRODUÇÃO

A energia é um bem essencial para a sociedade moderna, os avanços

tecnológicos tem se mostrado de grande importância, sem ela não teríamos

televisores, computadores, ares condicionados todos dependentes de energia

elétrica (CAVALCANTE, 2013), porém com o consumo desenfreado e a criação

de novas usinas hidrelétricas, tem colocado em risco os rios, a fauna e a flora.

Para minimizar os problemas que estão afetando os elementos da natureza

com a construção no Brasil de 34 novas usinas hidrelétricas até 2021, sendo 15

delas na Amazônia Legal (DAEMON, 2013), mais o consumo crescente e o

impacto ambiental e social causados pelas fontes de energias tradicionais

levaram o governo e a sociedade a pensarem em novas alternativas para

geração de energia elétrica. (BERMANN, 2008)

Segundo Sakate e Daltro (2013),77,6 % da matriz elétrica tem fonte hídrica,

1,7% de nuclear, 1,7% de eólica, 13,9% de usinas térmicas, sendo o restante no

valor 5,1%de outras fontes.

Visando minimizar os problemas relacionados aos apagões, o governo na

Audiência Pública nº. 120/2010diz:

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aprovou, nesta terça-feira (22/11), durante reunião pública da diretoria, a alteração da estrutura tarifária aplicada ao setor de distribuição de energia. O novo regulamento prevê a aplicação de tarifas diferenciadas por horário de consumo, oferecendo tarifas mais baratas nos períodos em que o sistema é menos utilizado pelos consumidores.

Segundo Benvenuti (2013), a tarifa branca e a bandeira tarifária será uma

nova forma de cobrança que entrará em vigor a partir de 1º de janeiro de 2014. A

ANEEL agência reguladora implantarão sistema de bandeiras tarifárias que virão

impressas na conta do usuário. As bandeiras indicaram o custo de geração de

energia para o consumidor, a saber: a bandeira verde representa para o

consumidor custos baixos na geração de energia elétrica, a bandeira amarela

sinaliza um aumento dos custos de geração, isto é, sofre acréscimo de R$ 1,50

para cada 100 quilowatt-hora (KWh). A bandeira vermelha informa que a oferta de

energia para atender aos consumidores ocorre com maiores custos de geração,

R$ 3,00 para cada 100 quilowatt-hora”

Ainda de acordo com o mesmo autor a “tarifa branca” valerá para

consumidores de baixa tensão (residenciais e comerciais) no inicio de 2014. A

energia terá três valores distintos. O horário mais caro, “de ponta”, será de

segunda à sexta-feira, das 18h às 21h. Uma hora antes e depois deste período

(das 17h às 18h e das 22h às 23h) será o “horário intermediário”, com tarifa mais

barata. Em ambos os intervalos, o preço das tarifas de energia será maior do que

o valor pago atualmente em nossas faturas. Nos demais horários, a tarifa será

menor do que o empregado hoje em dia, garante a ANEEL. Sendo os finais de

semana e feriados nacionais prevalecerão à tarifa mais baixa, ao longo do dia,

não sofrerá alteração.

Segundo Capelli (2010), infelizmente, no Brasil, a principal causa da crise

energética, isto é, produção menor que o consumo, se dá pela falta de

investimento no setor elétrico.

2- OBJETIVO

Desenvolver um sistema fotovoltaico isolado, através da energia renováveis

gerada na própria residência, visando proporcionar ao consumidor custos menor

nos horários de tarifas maiores.

.

3-JUSTIFICATIVA

O alto custo do consumo elétrico, repassado ao consumidor, despertou o

desejo de desenvolver um projeto que estude alternativas para que a população

pague menos nos horários de tarifas com custos maiores. Para tanto, a energia

fotovoltaica, uma energia renovável que não agride o meio ambiente com queima

de combustível, enriquecimento de uranio e outros, seria a meu ver a grande

solução para o consumidor e meio ambiente.

4-REVISAO BIBLIOGRÁFICA

4.1- Cobranças de Energia Elétrica

Segundo Secretaria de Energia do Estado de São Paulo (2013), o sistema

elétrico do país é composto pelo Sistema Interligado Nacional (SIN), que é uma

grande rede de transmissão que permite o trânsito de energia entre as regiões do

Brasil. Ele é composto pelas geradoras que produzem energia elétrica, a

transmissora responsável pelo transporte da energia até os centros

consumidores e as distribuidoras leva a energia até a casa dos consumidores.

A ANEEL é o órgão do Governo que regulamenta o setor, vinculada ao

Ministério de Minas e Energia, também estabelece as tarifas que asseguram ao

consumidor o pagamento justo de energia elétrica, como também garante o

equilíbrio econômico-financeiro das concessionarias de distribuição para que

possam oferecer energia elétrica com qualidade, confiabilidade e continuidade

necessárias. .

As tarifas são definidas pela área de concessão que cada empresa

distribuidora atua, se a distribuidora fornece para a mesma unidade federativa,

terá a mesma tarifa em todo seu território. Caso contrário, tarifas diferentes

podem coexistir dentro de um mesmo estado, tarifado pela ANEEL.

A CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz) que é a distribuidora da

região de Marilia cobra R$ 0,37021739 pelo KWh.

As faturas de energia elétrica incluem três custos distintos conforme Figura 1:

Figura 1: Descrição de tarifa

Fonte: Secretaria de Energia do Estado de São Paulo. Estes custos acabam encarecendo ainda mais as contas dos

consumidores, quanto mais se gasta de energia mais se paga de tributos. Os

valores da geração da energia comprada pelas distribuidoras para revender aos

seus consumidores é determinado em leilões públicos definidos pela ANEEL

fazendo que haja um preço justo e uma transparência na compra de energia a fim

de melhores preços aos seus consumidores

Dentre os tributos federais, estaduais e municipais pagos pelos

consumidores se destacam:

• Tributos federais: Programa de Integração Social (PIS) / Contribuição para

o Financiamento da Seguridade Social (COFINS). A soma dessas alíquotas é de

cerca de 9%;

• Tributos estaduais: Imposto sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços

(ICMS). Os valores do ICMS cobrado na energia elétrica (residencial de baixa

tensão) no estado de São Paulo são: consumo de 0 a 90 kWh – isento; consumo

de 91 a 200 kWh – 12%; consumo de acima de 201 – 25%;

• Tributos Municipais: CIP ou COSIP (Contribuição para Custeio do Serviço

de Iluminação Pública);

• Encargos setoriais – a soma dos encargos é de cerca de 9%

4.2 BANDEIRAS TARIFÁRIAS E TARIFA BRANCA

4.2.1 Bandeiras tarifárias

Segundo ANEEL a partir de 1° de janeiro de 2014, entrará em vigor a

“Bandeira Tarifária”. As bandeiras verdes, amarelas e vermelhas, nas mesmas

cores de um semáforo indicarão se a energia custará mais, ou menos, em função

das condições de geração de eletricidade. Estas bandeiras estarão divulgadas na

conta de energia a cada mês e indicam o seguinte:

• Bandeira verde: condições favoráveis de geração de energia. A tarifa não

sofre nenhum acréscimo;

• Bandeira amarela: condições de geração menos favoráveis. A tarifa sofre

acréscimo de R$ 1,50 para cada 100 quilowatt-hora (kWh) consumidos;

• Bandeira vermelha: condições mais custosas de geração. A tarifa sobre

acréscimo de R$ 3,00 para cada 100 kWh consumidos.

Segundo Jungles (2013), o novo modelo de precificação da energia elétrica

pode aumentar de 3% a 14% os custos do setor industrial no Brasil. A ANELL

(2013) explica o porquê da bandeira tarifaria, segundo ela, a energia elétrica do

Brasil é gerada por usinas hidrelétricas, para funcionar dependem das chuvas e

nível dos reservatórios. Tendo pouca água armazenada, usinas termelétricas são

ligadas com a finalidade de poupar água nos reservatórios das usinas

hidrelétricas. Comas termelétricas em funcionamento a geração de energia tem

seu custo aumentado, pois são movidas a gás natural, carvão, óleo combustível e

diesel. Por outro lado, se houver água armazenada, não há necessidade de uso

das térmicas, sendo assim, o custo de geração menor, desta forma, o custo da

energia elétrica vai depender do regime pluviométrico do ano.

4.2.2 Tarifa Branca

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL 2013) prevê a aplicação de

tarifas diferenciadas por horário de consumo, oferecendo tarifas mais baratas nos

períodos que o sistema elétrico é menos utilizado pelos consumidores. Os

consumidores de baixa tensão sejam os residenciais, comerciais, industriais e de

áreas rurais, a principal mudança é a criação da modalidade chamada de

tarifação branca, que será uma alternativa à convencional hoje em vigor e

oferecerá três diferentes patamares para a tarifa de energia, de acordo com os

horários de consumo. De segunda a sexta-feira, uma tarifa mais barata será

empregada na maioria das horas do dia; outra mais cara, no horário em que o

consumo de energia atinge o pico máximo, no início da noite; e a terceira,

intermediária, será entre esses dois horários. Nos finais de semana e feriados, a

tarifa mais barata será empregada para todas as horas do dia. Elas também

serão regidas pelas cores do semáforo conforme Tabela1:

Tabela 1: Cores da nova tarifação de energia

Fonte: ANEEL, 2013

Para aderir a Tarifa Branca, os consumidores terão que trocar os relógios

eletromecânicos para os eletrônicos que fazem esta leitura de consumo conforme

o horário, quem não aderir a este tipo de tarifa continuará a seremtarifados pelo

sistema convencional em vigor, para isso os consumidores precisam formalizar

sua opção junto à distribuidora. (ANEEL, 2013).

4.3 - FONTES RENOVÁVEIS

4.3.1 Eólica

Existem atualmente diversas fontes de energia renovável, uma delas é a

eólica. Conforme Faria (2013) é a energia do movimento (cinética) causada por

correntes de ar que circulam na atmosfera através dos ventos e da conversão de

energia cinética de translação pela energia cinética de rotação, através do

emprego de turbinas eólicas. A energia eólica é totalmente renovável e limpa, não

produz qualquer tipo de poluente. Os únicos pontos fracos das turbinas que

geram energia através dos ventos são a poluição sonora e a poluição visual. A

geração de energia elétrica através desta fonte é de extrema importância para o

Brasil, pois se trata de uma fonte renovável e limpa. Com a energia eólica, nosso

país está dando um grande passo na direção do desenvolvimento sustentável.

4.3.2 Energia de Biomassa

Segundo Villalva e Gazoli(2012), a energia de biomassa é obtida com a

queima de compostos orgânicos de origem vegetal ou animal. A biomassa

renovável é constituída de compostos orgânicos, sobretudo vegetais, que podem

ser repostos pelo plantio e não se esgotam. O Brasil é o maior produtor de cana-

de-açúcar do mundo, sendo assim, seu bagaço se torna um combustível

adequado para produzir calor e eletricidade. Os combustíveis produzidos a partir

da biomassa, como o etanol e o biodiesel, podem ser usados como fonte de

energia para o transporte, nos motores a combustão, ou para a produção de

eletricidade nas usinas termelétricas. Deixando de lado os aspectos negativos

como a necessidade de grandes áreas de plantio e a exaustão do solo, a

biomassa é considerada uma fonte limpa de energia, pois o carbono emitido pela

queima é capturado da atmosfera pelas plantas na realização da fotossíntese

dentre um ciclo fechado.

4.3.3-Energia Solar Fotovoltaica

Segundo Villalva e Gazoli (2012), um sistema solar fotovoltaico, usa a

energia do Sol para produzir eletricidade através do efeito fotovoltaico, que é a

conversão direta dos raios solares em energia elétrica. A energia solar

fotovoltaica é uma energia crescente em todo o mundo, podendo ser instalada

nos telhados e fachadas de residências e edifícios para suprir as necessidades

locais de eletricidade. Quanto aos sistemas solares fotovoltaicos, existem dois

grandes grupos: sistemas isolados (off-grid) e os sistemas conectados à rede

(grid-tie). Os sistemas conectados a rede operam em paralelo a rede de

eletricidade, tendo o objetivo de gerar o consumo para o local, podendo reduzir

ou eliminar o consumo da rede publica ou mesmo gerar excedente de energia. Já

os não conectados a rede ou chamados de isolados, são aqueles que não se

integram a rede pública e, geralmente, são usados em locais remotos ou onde o

custo de acesso à rede é maior que o custo do próprio sistema.

4.3.4-Sistemas fotovoltaicos isolados

Os sistemas fotovoltaicos isolados são compostos pelas seguintes elementos:

• Painel Solar Fotovoltaico

• Controlador de carga

• Banco de bateria

• Inversor (CA-CC)

4.3.4 Painel solar fotovoltaico

Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por diversas células solares,

que convertem a energia da luz do Sol em energia elétrica. Tais células são

chamadas de células fotovoltaicas, ou seja, criam uma diferença de potencial

elétrico por ação de luz. As células fotovoltaicas são fabricadas com material

semicondutor, sendo o mais comum o silício, pois é um material muito abundante

e barato. O silício tem características intermediarias entre um condutor e um

isolante. As células fotovoltaicas possuem uma camada de material tipo P

justaposta a uma camada de material tipo N, que juntas formam um campo

elétrico. Quando recebe a luz do sol, a energia dos fótons da luz do sol faz com

que os elétrons da camada P consigam passar a camada N, criando uma

diferença de potencial nas extremidades do semicondutor. Ligados fios as

extremidades conforme Figura 2 e ligado a uma carga, haverá um fluxo de

corrente elétrica, fazendo os elétrons retornarem para a camada P, reiniciando o

processo. Resumidamente, a luz do sol fornece a energia para impulsionar os

elétrons em um único sentido, assim estabelecendo, a corrente elétrica.

(ELETROSUL, 2005)

Figura 2: Representação esquemática do painel solar fotovoltaico

Fonte: ELETROSUL, 2013

As células fotovoltaicas possuem tensões e correntes muito baixas por volta

de 0,7 volts e 3 amperes, respectivamente, várias células são conectadas em

série e/ou paralelo, conforme os níveis de tensão e corrente desejados. Estas

células são montadas em uma estrutura apropriada e formam um painel solar

fotovoltaico conforme Figura 3. (ELETROSUL, 2005).

Figura 3: Painel de captação solar

Fonte: Bosch Solar Energy AG, 2008

Afirmam Villalva e Gazoli (2012) que o posicionamento da célula fotovoltaica

deve ter sua face voltada para o Norte geográfico. Acha-se o norte geográfico

com a ajuda de uma bússola e o ângulo de correção. A inclinação do painel

fotovoltaico é calculada pela Tabela 2 para que não haja acúmulo de sujeira

sobre a placa fotovoltaica.

Tabela 2: Orientação para captação de energia solar

Latitude geográfica do

local

Ângulo de inclinação

recomendado0° a 10° α = 10°11° a 20° α = latitude21° a 30° α = latitude + 5°31° a 40° α = latitude + 10°

41 ou mais Α= latitude + 15°

Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.

Essa orientação possibilita a captação de energia do nascer ao pôr do sol,

buscando seu melhor aproveitamento. A figura 4 mostra a irradiação do sol desde

ao longo do dia.

Figura 4 Irradiação solar ao longo do dia

Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.

Conforme os mesmos autores, o numero total de módulos necessários no

sistema fotovoltaico são calculados pela seguinte Equação 1:

N=Ec / Ep (EQ1)

onde;

N = Numero de módulos fotovoltaicos

Ec = Energia diária consumida no sistema

Ep = Energia Produzida por cada módulo

4.3.5 Controlador de carga

Afirmam Villalva e Gazoli (2012), que todos os sistemas fotovoltaicos

isolados com baterias devem obrigatoriamente usar o controlador de carga. O

controlador de carga é o dispositivo que faz a correta interligação do painel

fotovoltaico e a bateria, evitando que a bateria seja sobre carregada ou

descarregada excessivamente. Este dispositivo tende a aumentar a vida útil da

bateria e maximizar a utilização conforme figura 5:

Figura 5: Controlador de carga

Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.

4.3.6 Banco de bateria

A bateria tem função de proporcionar fornecimento constante de energia

para o sistema de consumo e para evitar desperdício de energia gerada quando

o consumo e baixo, armazenando a energia elétrica gerada para um uso

posterior, nos momentos que houver pouca ou nenhuma radiação nos painéis

fotovoltaicos, e nos períodos da noite e dia nublados e chuvosos (VILLALVA E

GAZOLI, 2012).

As baterias podem ser agrupadas em série ou em paralelo para formar um

banco de bateria. A associação em série permite obter tensões maiores, já as

associações em paralelo permitem acumular mais energia ou fornecer mais

corrente elétrica com a mesma tensão.

As baterias mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos são do tipo chumbo-

ácido. Deve ser do tipo “descarga profunda” ou estacionária, ou seja, podem

descarregar entre 20% e 80% de sua capacidade máxima, carregadas e

recarregadas novamente todos os dias. A capacidade da bateria ou do banco de

baterias determina sua autonomia. Um bom banco de bateria deve suprir entre

dois e quatro dias sem isolação para uso residencial. Baterias existentes no

mercado:

• Baterias Estacionárias comuns: Estas baterias utilizam placas mais

grossas que as convencionais, o que permite a elas passar por descargas

profundas. São as mais econômicas e uma boa opção para sistemas pequenos.

Também são usadas em veículos recreacionais, como carrinhos de golfe. Vida

útil: 4 a 5 anos

• Baterias OPzS: São muito utilizadas para sistemas de energia alternativa e

tem preços razoáveis para a sua vida útil. Estas baterias são ventiladas, ou seja,

liberam gás e devem ter reposição de água de tempos em tempos. Os gases são

explosivos e, portanto deve permanecer em locais apropriados. Vida útil: > 10

anos

• Baterias de Gel: São baterias seladas de gel, que não liberam gás e que,

portanto, podem ficar em locais fechados. Também são adequadas para

embarcações, pois o gel não se movimenta dentro da bateria. Vida útil: > 10 anos

• Baterias AGM: Nestas baterias uma capa de vidro é utilizada para conter o

eletrólito. São baterias seladas, que não liberam gás, e com excelente

desempenho. São mais caras, mas geralmente pagam o investimento. Vida útil:

>10 anos

Os preços das baterias variam de acordo com sua capacidade de carga,

quanto mais cargas acumulam mais cara custam.

4.3.7 Inversor de Frequência

Segundo Villalva e Gazoli (2012), o inversor é um equipamento eletrônico

que converte a tensão e corrente contínua (CC) em tensão e corrente alternada

(CA). O inversor é utilizado nos sistemas fotovoltaicos para alimentar

consumidores em corrente alternada a partir de corrente contínua produzida pelo

painel fotovoltaico ou armazenadas nas baterias. Os eletrodomésticos de uma

residência trabalham com rede elétrica de tensão alternada (127 v ou 220 v), e

como no sistema fotovoltaico, o armazenador e CC da bateria precisa da

presença deste inversor CC-CA.

Há vários inversores eletrônicos disponíveis no mercado com uma vasta

gama de potência e tensões de entrada, tipicamente 12v, 24V, ou 48V. O inversor

adequado tem que ser escolhido para cada sistema solar fotovoltaico em função

dos outros componentes.(VILLALVA E GAZOLI, 2012).

4.3.8 Interruptores horários

Os interruptores horários são dispositivos versáteis e de fácil programação.

Possui saída a relé que através da programação liga/desliga o equipamento. O

Projetado para o sistema é o Coel RTST-20 de uso industrial. Tem bateria de

duração de 100 horas na falta de energia, para que não haja perda da programação,

e botão manual que ajuda no projeto caso acabe energia da concessionária tem-se

a opção manual, fazendo que o sistema possa comutarem qualquer momento

conforme Figura 7. (COEL.2013)

Figura 6: Exemplo de interruptor horário

Fonte: COEL, 2013

4.3.9 Contatores

Segundo Marques (2013), contator é um dispositivo eletromagnético que liga e

desliga circuitos de alta potência. E composto por uma bobina que quando

alimentada cria um campo magnético no núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo

móvel fechando seus contatos. Retirando a alimentação desaparece o campo

magnético, provocando o retorno do núcleo através da mola conforme Figura 8.

Figura 7: Diagrama de um contator

Fonte: Marques 2013No contator existem os contatos principais e auxiliares. O contator é

especificado pela quantidade de carga que se quer acionar, quanto maior a carga

acionada maior será a carga nos contatos.

5-MATERIAIS E MÉTODOS

A metodologia utilizada para a construção do Projeto de Pesquisa foi iniciado

com a análise da incidência solar do Estado de são Paulo conforme Figura 9.

Figura 8: Incidência solar do estado de São Paulo

Fonte: Secretaria de Energia do Estado de São Paulo

A informação fornecida pela Secretaria de Energia do Estado de São Paulo

confirma a viabilidade da instalação do painel solar fotovoltaico em nossa região.

Para fazer o cálculo do sistema, foi necessário saber quantas horas por dia

o aparelho é utilizado. A Tabela 3 se refere aos possíveis aparelhos que serão

alimentados pelo sistema durante o horário com maior valor de tarifa. Levanto em

consideração horário das17hs às 22hs.

Tabela 3: Aparelhos com maior consumo e valor de tarifa

Quantidade Potencia Potência Total

Horas Consumo Watt- Horas

“Televisão 20” 1 70 70 5 350

Lâmpada de lied 6 Oito 48 5 240

Refrigerador 1 300 300 5 1500

Radio 1 16 16 5 80

DVD 1 10 10 5 50

Receptor de TV 1 20 20 5 100

Tomadas de uso geral 2 100 200 5 1000

TOTAL 3320

Com o calculo verificado que a potência de 3320 Wh será base para os

cálculos do sistema fotovoltaico.

Este projeto não levou em consideração o chuveiro elétrico, pois já há no

mercado diversas tecnologias alternativas. O cálculo aqui apresentado são

cálculos reais para aplicação de um sistema solar fotovoltaico a uma residência

com até 4 familiares.

5.1-Dimensionamento do painel fotovoltaico

A cidade de Marília no interior do estado de São Paulo é bem localizada

para instalação do sistema fotovoltaico com uma média de 5,6 kWh/m² dia, uma

boa irradiação durante todo o ano conforme Figura10. Com a irradiação definida

optou-se po escolher o painel fotovoltaico, que servirá de transformação de

energia solar em energia elétrica.

Figura 09: Incidência solar na cidade de Marília

Fonte: Secretaria de energia do Estado de São Paulo

Marília está localizada na latitude22º12'50”S. De posse desta informação e

da Tabela 2 do item 4.3 4 determina-se a inclinação do painel fotovoltaico em

27°.Para calcular o número de painéis fotovoltaicos, utiliza-se da EQ1do item

4.3.4:

Assim tem-se:

N = 3320Wh / 410Wh

N = 8,097Neste caso utiliza-se 8 módulos fotovoltaicos que fornecem 410Wh de

energia diariamente num local com cinco horas diárias de insolação,encontrados

no mercado, a um custo de R$ 719,00 cada.

5.1.1 Dimensionamento do banco de baterias

Para o dimensionamento do banco de bateria deve-se considerar:

• Energia a ser consumida

• Números de dias chuvosos ou nublados.

Se as baterias forem dimensionadas para serem descarregadas diariamente

com uma profundidade elevada, sua vida útil será reduzida. Se projetadas para

serem descarregadas em pequenas profundidades, sua vida útil ser elevada,

porém o custo do banco de bateria será mais alto. A profundidade de descarga

deste projeto será de 25% diário e 50% nos casos de falta de Sol por 2 dias

contínuos .Segundo os cálculos de Villalva e Gazoli (2012) neste caso tem-se:

Ec=3320 Wh

( energia consumida nos horário mais caros)

Ec = 3320 X 2 dias = 6640 W ou 6,6KWhO banco de bateria terá a tensão de 24 v com2 módulos em série e os outros 6

em paralelo Já a capacidade de carga do banco de bateria será:

CBANCO = 6640 / 24/ 0,5 = 553 Ah

Com uma bateria do mercado de 240Ah determina-se o número de conjunto de

baterias a serem utilizadas:

NBP = 553 Ah / 240Ah = 2,3055 Visando à baixa de custo arredondou-se para 2 conjuntos de baterias utilizados

no sistema por economia, ou seja, 4 baterias.

5.1.2 Dimensionamento do controlador de cargas

O controlador de carga é o dispositivo que faz a correta interligação do

painel fotovoltaico e a bateria. Este dispositivo tende a aumentar a vida útil da

bateria e maximizar a utilização, tem as seguintes funções:

• Proteção de sobrecarga

• Proteção de descarga excessiva

• Gerenciamento da carga da bateria

Para dimensionar o controlador de carga, utiliza-se a corrente de curto-

circuito do modulo fotovoltaico, especificada pelo fabricante de 8,41 A, sabendo

que se tem 2 conjuntos de módulos fotovoltaicos em série e 4 conjuntos em

paralelo, o que se resulta em uma corrente elétrica de curto-circuito de 4 x 8,41A

= 33, 64A .Será utilizado para o fator de segurança 30%, assim tem-se:33,64A X

1,3 = 43,73A, desta forma o controlador de carga será de 24 v com uma corrente

de 45 A.

.

5.1.3 Dimensionamento do inversor

Segundo Villalva e Gazoli (2012), o inversor é escolhido de acordo com a

tensão de entrada e a saída especificada para o sistema e deve suportar a

potência total dos aparelhos que serão alimentados. Nesse caso usa-se um de

1000 W.

5.1.4 Viabilidade do projeto

O custo real do projeto segue a Tabela 4:

Tabela 4: Custo do projeto

EQUIPAMENTOS QUANTIDADE PREÇO UNITARIO

TOTAL

Painel Fotovoltaico 140Wp

8 719,00 5752,00

Baterias 240 Ah 4 899,00 3596,00Controlador de Carga 1 869,00 869,00Inversor1200W 1 499,00 499,00

Total R$ 10716,00

Fonte: Minha casa Solar, 2013.

Os componentes do projeto foram encontrados pela internet através de um

representante de alto nível, não levando em consideração o custo de mão de

obra. Trazendo à nossa realidade, o valor pago pelo kWh na cidade de Marília é

de R$ 0,37021739 calculando este valor sobre o que se quer economizar, que é

de 3,320KWh tem-se a seguinte equação:

Custo do kWh X kWh a economizar = total da economia.

0,37021739 ×3,320 =1,2490O projeto economizará R$ 1,24 por dia, ou sendo assim contanto por dias

úteis ficaria:22 X 1,24 = 27,48 reais, ou 327,36 reais ao ano pelo sistema

convencional. Já pelo sistema tarifário onde a somente utiliza o sistema por 5

horas, o custo vai ser de 13 % a mais. A viabilidade vai depender do uso do

consumidor caso realmente use a energia no horário de tarifa maior, caso

contrario, não será viável, pois dividindo o preço do investimento pela economia

da tarifa em vigor, demoraria 32 anos para o retorno do investimento.

5.1.5 Descrição e funcionamento do protótipo

A simulação do protótipo pode ser feita por duas maneiras com ou sem a luz

do sol, devido que para acender a lâmpada precisa-se da carga da bateria que é

carregada pela energia solar. O funcionamento consiste da captação dos raios

solares pela placa fotovoltaica que transforma esta energia solar em energia

elétrica. A energia do painel vai para o controlador de carga que carrega as

baterias e fornece a energia para o inversor de frequência quando necessário. O

controlador de carga também é responsável pela vida útil da bateria, deixando

que não se esgote totalmente e não se carrega além de seu limite. Saindo do

controlador, a energia vai para o inversor de frequência que converte energia que

é de 24V contínua para 110V alternada. Como nosso protótipo já esta

programado para ter o contador de rede ligado para a residência, na hora dos

horários mais caros, este para de atracar e atraca o contador do sistema

fotovoltaico, assim, sucessivamente após o horário de pico.

Quando há muito sol, as baterias são carregadas rapidamente, com pouco

sol o carregamento se dá de forma mais lenta. Determinando o horário de

atuação das baterias espera-se que estejam carregadas ao longo do dia.

A bateria utilizada é a estacionária, ela será, ao longo do dia, carregada e

descarregada no horário de tarifas maiores, e não terá sua vida útil

comprometida.

Figura10: Protótipo funcional completo

Figura 11: Parte traseira do protótipo

2

7

4

6

1

5

3

.

Tabela 5 Descrição dos componentes no protótipo:

1. Painel Fotovoltaico2. Lâmpada simulará uma carga3. Controlador de Carga4. Timer5. Inversor de Frequência6. Contador rede7. Contador Fotovoltaico8. Transformador9. Bateria 9v 7A

5.1.6- Lista de materiais

Os materiais necessários para a montagem do protótipo do sistema solar

fotovoltaico são:

- Placa Solar Fotovoltaica;

- Controlador de Carga;

- Contatores;

- Bateria 12 V, 7 A;

- Timer;

- Transformador;

- Inversor;

- Madeira, cola, parafusos e fios.

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Estes materiais tiveram um custo para o projeto de R$: 441,00.

6-CONSIDERAÇÕES FINAIS

A energia fotovoltaica no Brasil é a energia do futuro, vivemos em um país

tropical com abundância de sol, sendo assim esta energia é considerado um

complemento ao sistema já implantado.

Este artigo abordou uma forma de utilização de sistemas fotovoltaicos

diferente dos usados atualmente, pois trabalha somente em um determinado

horário, através de um dimensionamento de sistema fotovoltaico isolado. Os

sistemas fotovoltaicos atuais apresentam um alto custo para instalação hoje,

acredita se que num futuro próximo com mais incentivo do Governo e

disponibilidade de obtenção dos componentes com maior facilidade, estes valores

tenderão a cair.

De acordo com o tema abordado neste trabalho, hoje é inviável a aplicação

do sistema fotovoltaico isolado, isto é funcionando apenas nos horários de tarifa

maior, pois a durabilidade das placas fotovoltaicas é de 25 anos e uma pesquisa

demonstrou que todo investimento aplicado teria um retorno após 32 anos de

economia diária. Com base neste artigo, podemos verificar a importância de se

estudar novas fontes de energia renováveis – energia limpa.

Concluindo, vemos a necessidade de novas pesquisas que poderão gerar

maior economia ao país e ao consumidor de fontes naturais que não agridem o

meio ambiente e este projeto fica aberto a melhorias constantes e sugestões para

a escolha de novos caminhos para o seu aprimoramento.

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