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ANÁLISE DA PARTICIPAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A
REDE: ESTUDO DE CASO PARA UM CONSUMIDOR RESIDENCIAL
Carolina Teresinha Costa Karen Renata Gonçalves Dias
Orientador: Prof. Dr. Roberto Akira Yamachita Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)
Resumo – Este artigo apresenta um estudo de caso para
instalação de sistemas de geração de energia
fotovoltaica, em consumidores residenciais de Itajubá
conectados à rede, analisando questões técnicas e
econômicas, considerando os índices de irradiação
solar, posse e hábitos de utilização das cargas
instaladas. Além disso, a análise de viabilidade
financeira dos sistemas monofásico e bifásico, através
das ferramentas Payback e VPL; verificando a
influência do ICMS na rentabilidade dos projetos.
Palavras-Chave: energia fotovoltaica, irradiação
solar, viabilidade.
I – INTRODUÇÃO
O uso da energia solar vem crescendo no cenário
brasileiro e tornando uma grande aliada quando se trata
de questões ambientais e da escassez de recursos para a
geração de energia elétrica, uma vez que o Brasil tem em
sua grande maioria, geração provinda de usinas
hidrelétricas. Essa fonte renovável se mostra bastante
promissora no país, além do mais, apresenta um cenário
favorável com grande incidência de radiação solar o que
estimula a geração fotovoltaica. [1]
No que tange às outras formas de geração de energia
elétrica, a geração provinda da energia solar vem sendo
incentivada cada vez mais entre os consumidores no país,
tanto para os grandes como para o residencial.
Em contra partida ao grande potencial para usufruir da
fonte de energia solar, o Brasil se demonstra tímido a este
recurso em comparação com países que apresenta um
cenário bastante diferente ao brasileiro quando se trata de
níveis de radiação solar. [2]
Este artigo tem como intuito analisar a viabilidade do uso
da geração fotovoltaica em clientes residenciais. Estudos
realizados mostram que a expansão do mercado da
energia fotovoltaica impacta nos custos, estimando uma
possível redução de até 40% no custo total da instalação
desse sistema. [3] Este dado auxilia na justificativa da
importância da aplicação em residências comuns.
De forma sucinta e objetiva, o estudo de caso foi feito em
residências, uma delas monofásica e outra bifásica,
através de um levantamento de posse e hábitos de
utilização da carga no período de 24 horas. Com base nos
dados levantados, foi obtida a quantidade média
necessária de geração de energia provinda dos painéis
fotovoltaicos, e, por fim, foi realizada uma análise de
viabilidade econômica para implantação do projeto
considerando a influência do Imposto sobre Circulação de
Mercadorias e Prestação de Serviços (ICMS).
II – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
II.1 – Definição
O efeito fotovoltaico pode ser entendido como o
surgimento de uma tensão elétrica em um material
semicondutor, quando é exposto à luz visível. [4]
Dentre as alternativas de microgeração distribuída, a
energia fotovoltaica apresenta grande destaque, visto o
índice elevado de irradiação solar no território brasileiro.
Não se bastando aos aspectos meteorológicos, essa nova
tecnologia é de fácil instalação, não polui o meio
ambiente e pode ser instalada em lugares isolados de
difícil acesso. [3]
Os módulos ou painéis fotovoltaicos que ficam no
telhado de uma casa ou no topo de um edifício, coletam a
radiação solar e a transformam em eletricidade. O
inversor transforma a corrente contínua gerada nos
painéis em corrente alternada para que possa ser utilizada
nos equipamentos domésticos e industriais, além de
interligar a rede elétrica. Com o sistema de
monitoramento, que é um equipamento de automação
acoplado ao inversor, é possível controlar a produção e o
rendimento, além de identificar qualquer anomalia que
exista, permitindo ações preventivas e reparações
imediatas a fim de evitar perdas de energia. Para a
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO
JUNHO/2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
ENGENHARIA ELÉTRICA
2
instalação do sistema, é necessária a troca do medidor
para um modelo com leitura bidirecional que registra a
energia recebida da distribuidora e a energia solar que é
injetada na rede elétrica, para garantir a compensação de
créditos de energia em sua fatura.
Dentre os vários benefícios de geração de energia solar
destaca-se a não poluição durante a sua utilização, e
também, com o desenvolvimento tecnológico, observa-se
a redução dos custos para a sua implementação.
II.2 – Contexto histórico
Pinho e Galdino (2014) descrevem no Manual de
engenharia para sistemas fotovoltaicos, diversas questões
ligadas à tecnologia solar fotovoltaica. Segundo eles, a
palavra “fotovoltaica” vem do grego photos, que significa
luz, e de Volta, nome do físico italiano que, em 1800,
descobriu a pilha elétrica. [1]
Em meados do século XIX, o francês Edmund Bequerel
realizou o experimento do efeito fotovoltaico utilizando
dois eletrodos metálicos em uma solução condutora. O
efeito fotovoltaico em sólidos de selênio foi descoberto
por Willoughby Smith em 1873. Já em 1923, o físico
Albert Einstein recebeu o seu primeiro Nobel, ao publicar
um artigo sobre o efeito fotovoltaico. [1]
O efeito fotovoltaico, primeiramente descoberto por
Edmond Becquerel, em 1839, implica no aparecimento de
uma diferença de potencial nos terminais de uma célula
eletroquímica causada pela absorção de luz. Em 1876 foi
concebido o primeiro aparato fotovoltaico advindo dos
estudos da física do estado sólido e, apenas em 1956,
iniciou-se a produção industrial, seguindo o crescimento
da área de eletrônica. [1]
Inicialmente, o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se
na busca, por empresas do setor de telecomunicações, de
fontes de energia para sistemas instalados em localidades
remotas. O segundo agente impulsionador foi a chamada
“corrida espacial”. A célula fotovoltaica era, e continua
sendo, o meio mais adequado (menor custo, peso e
segurança) para fornecer a quantidade de energia
necessária para longos períodos de alimentação de
equipamentos eletroeletrônicos no espaço. [1]
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da
conversão direta da luz em eletricidade (Efeito
Fotovoltaico), sendo a célula fotovoltaica, um dispositivo
fabricado com material semicondutor, a unidade
fundamental desse processo de conversão. [1]
As principais tecnologias aplicadas na produção de
células e módulos fotovoltaicos são classificadas em três
gerações. A primeira geração é dividida em duas cadeias
produtivas: silício monocristalino (m-Si) e silício
policristalino (p-Si), que representam mais de 85% do
mercado, por ser considerada uma tecnologia consolidada
e confiável, e por possuir a melhor eficiência
comercialmente disponível. [1]
A segunda geração, comercialmente denominada de
filmes finos, é dividida em três cadeias produtivas: silício
amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS) ou
disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de
cádmio (CdTe). Esta geração apresenta menor eficiência
do que a primeira e tem uma modesta participação do
mercado, competindo com a tecnologia c-Si3. Existem
dificuldades associadas à disponibilidade dos materiais,
vida útil, rendimento das células e, no caso do cádmio,
sua toxicidade, que retardam a sua utilização em maior
escala. [1]
A terceira geração, ainda em fase de Pesquisa e
Desenvolvimento (P&D), testes e produção em pequena
escala, é dividida em três cadeias produtivas: célula
fotovoltaica multijunção e célula fotovoltaica para
concentração (CPV – Concentrated Photovoltaics),
células sensibilizadas por corante (DSSC – Dye-
Sensitized Solar Cell) e células orgânicas ou poliméricas
(OPV – Organic Photovoltaics). A tecnologia CPV, por
exemplo, demonstrou ter um potencial para produção de
módulos com altas eficiências, de maneira a aproveitar o
maior potencial que a luz solar possa oferecer através de
lentes que potencializam a luz solar que incide na célula
ou por meio de um conjunto de espelhos que concentram
a energia do sol nas células do sistema. Embora o seu
custo ainda não seja competitivo com as tecnologias que
atualmente dominam o mercado. [1]
II.3 – Tipos de conexões
O sistema fotovoltaico apresenta três tipos de conexão, os
quais podem ser classificados conforme sua ligação com
a rede, ou seja, com o sistema elétrico. [1]
II.3.A– On-Grid (Conectados a Rede)
Nos sistemas interligados à rede, se faz a conversão da
energia solar em elétrica, esta é injetada na rede de
distribuição diretamente, com a dependência da tensão
para o seu funcionamento. Sendo assim, havendo a
interrupção na rede elétrica da concessionária, o sistema
de geração solar será interrompido, ou seja, desligado.
Esse tipo de sistema deve obedecer a regulamentação da
Aneel para conexão à rede de distribuição. [5] Os
componentes que compõem o sistema são: As Placa
Solares, o Inversor e o Medidor Bidirecional. Para que
haja a transformação da tensão contínua para alternada, é
necessário que se tenha inversores, de modo que as
formas de onda sejam compatíveis com a forma de onda
disponível pela rede de distribuição. [6] Na Figura 1 é
apresentado um sistema ligado à rede elétrica.
Figura 1 – Sistema fotovoltaico interligado a rede
elétrica (On-Grid)
3
O Sistema On-Grid de micro e minigeração distribuída
possui os seguintes componentes:
1. Painéis Fotovoltaicos: Convertem a irradiação
solar em energia elétrica;
2. Inversores Grid-Tie: Transformam a corrente
contínua fornecida pelos módulos fotovoltaicos
em corrente alternada;
3. Estrutura para os painéis: Suporte e fixação para
os painéis, normalmente aço ou alumínio;
4. Cabeamento e conectores: Utilizados para
conexões entre anel, inversor e rede elétrica;
5. Dispositivos de proteção: O padrão de entrada
deve conter um elemento de interrupção
automática de corrente gerada ou consumida
pela unidade consumidora e dispositivos de
seccionamento visível;
6. Medidor bidirecional: Compete a ele fazer a
medição tanto da energia fornecida pela rede,
quanto da energia injetada na mesma. [1]
II.3.B-Off –Grid (Sistemas Isolados)
No sistema Off-Grid, a única fonte de eletricidade é a
energia fotovoltaica gerada. [7] O Sistema Isolado,
armazena a energia por meio de um banco de baterias,
necessitando de controladores de carga, sendo
considerados duráveis e de baixa manutenção. [5] Este
sistema utiliza inversor do tipo autocomutado, o qual
realiza o processo de inversão, por meio de um oscilador
responsável pelo controle de fase e frequência da tensão
de saída. [6] A Figura 2 apresenta os componentes de um
sistema Off-Grid:
Figura 2 – Sistemas Isolados (Off-Grid).
Este sistema é composto basicamente por 4 elementos:
1. O Painel ou Placa Fotovoltaivo, que converte a
irradiação do sol em corrente contínua;
2. As Baterias, que armazenam a energia elétrica
produzida para utilização em períodos de baixa
ou nenhuma produtividade;
3. O Controlador, que aumenta a vida útil das
baterias e seu desempenho, pois evita
sobrecargas de grandes descargas;
4. Inversor, transforma a corrente contínua advinda
das baterias em alternada. [8]
II.3.C-Sistemas Híbridos
Este tipo de sistema é considerado mais complexo porque
faz com que a geração fotovoltaica interligue as
diferentes formas de geração. [9] A Figura 3 ilustra o
sistema híbrido.
Figura 3 – Sistema Híbrido.
II.4- Principio de Funcionamento da Célula fotovoltaica
A célula fotovoltaica é o dispositivo que transforma a
energia luminosa em energia elétrica. [1] Os tipos de
células fotovoltaicas são separadas a partir do modo de
fabricação, que são: silício monocristalino, policristalino
ou amorfo. As células de silício monocristalino, por meio
de fornos especiais são produzidas a partir de barras de
silício e sua eficiência é superior a 12%. [10] A Figura 4
mostra o modelo de uma célula fotovoltaica.
Figura 4 – Célula Fotovoltaica.
A célula fotovoltaica tem como base seu funcionamento
no princípio do efeito fotoelétrico. É constituída de
material semicondutor, sendo mais usual o silício.
Apresenta duas partes de silício em sua estrutura, dopadas
com dois materiais: o Fósforo e o Boro. O silício quando
dopado de Fósforo transforma em um material portador
de cargas negativas (silício tipo N), e quando dopado de
Boro em um material com cargas positivas (silício tipo
P). Onde há o encontro dos dois materiais há a formação
da junção PN, semelhante a um diodo.
4
Nesta junção PN, é gerado um campo elétrico. E ao
incidir luz na célula fotovoltaica, ocorre a colisão dos
fótons com os elétrons, dando-lhes energia, fazendo com
que estes fluam da camada “P” para a “N”. As duas
camadas conectadas entre si por meio de condutores,
ocorre a formação de um fluxo de elétrons, ou seja, a
corrente elétrica, que se mantem enquanto houver luz
incidente na célula. A Figura 5 mostra uma ilustração
deste efeito. [2]
Figura 5 – Funcionamento de Célula Fotovoltaica.
II.5 Relações entre temperatura, corrente, tensão elétrica
e irradiação solar
Pode-se observar a variação da corrente elétrica gerada
em função da tensão para uma determinada condição
externa, ou melhor, ambiental, na qual a célula está
introduzida, por meio da curva VxI de uma célula
fotovoltaica.[1] A Figura 6 mostra esta curva:
Figura 6 – Tensão Elétrica x Corrente Elétrica
ISC: Corrente de curto circuito;
VOC: Tensão de circuito aberto;
PMP: Potência máxima ou potência de pico;
IMP: Corrente no ponto de máxima potência;
VMP: Tensão no ponto de máxima potência.
A variação da irradiação solar afeta a curva V x I de uma
célula fotovoltaica, sob uma temperatura de 25º C, a qual
está ilustrada na Figura 7. Sendo que a corrente elétrica
gerada aumenta proporcionalmente conforme a irradiação
solar e a tensão de curto circuito aumenta em escala
logarítmica. [1]
Figura 7 – Influência da irradiação solar
A fim de estudos, um fator que deve ser levado em
consideração, é a temperatura na qual a célula se
encontra, sendo que o aumento desta resulta numa queda
na tensão de curto circuito e na potência gerada, ilustrada
na Figura 8. A temperatura da célula depende da
irradiação solar, da temperatura ambiente e da velocidade
do vento. [1]
Figura 8 – Influência da temperatura da célula
A Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
realizou um estudo que evidenciou a influência da
temperatura da célula na potência gerada. Através de
simulação, obteve-se um resultado semelhante ao
anterior, afirmando que a potência é inversamente
proporcional à temperatura da célula fotovoltaica. O
resultado da simulação pode ser observado na Tabela 1.
[11]
Tabela 1 – Potência gerada por uma célula
fotovoltaica em função da temperatura
Observa-se então que, a potência gerada aumenta com a
irradiação, porém, ela é menor para uma temperatura de
operação maior da célula.
5
II.6 – No Brasil
O Brasil considera-se privilegiado por sua grande
extensão territorial com cerca de 8.515.767,049 km2 [12]
, apresentando índice de irradiação solar com um patamar
dos mais altos do mundo, levando em consideração que
ele se situa próximo da linha do Equador este índice não
sofre grandes variações durante o dia. Sendo assim, o uso
de sistemas de geração fotovoltaica é um aliado de
influência no país. Ficando o maior índice de irradiação
solar para a região Nordeste, a qual se encontra mais
próxima da linha do Equador, estimando entre 5.700 e
6.100 Wh/m² dia.[13]
Na Figura 9 é apresentado o índice de irradiação solar por
ano no território brasileiro. O menor índice pertence à
região sul do país que recebe em torno de 1642 [kWh/m2]
por ano, sendo superior ao índice apresentado na área de
maior incidência solar no território da Alemanha (maior
geradora mundial de energia solar), que conta com apenas
1300 [kWh/m2] por ano. [9]
Figura 9 – Irradiação Solar no Brasil [kWh/m²/ano].
A geração fotovoltaica apresenta grande destaque em
muitos países como Alemanha, China, Austrália, entre
outros, com estimativa de que em 2020, cerca de 60% da
geração fotovoltaica mundial seja correspondente aos
consumidores residenciais e comerciais. [14]
O Brasil possui grande potencial para geração
fotovoltaica em todo o seu território, destacando-se os
estados localizados na região nordeste do país que
recebem mais de 2.200 horas de insolação, com
equivalente a 15 trilhões de MWh. [15]
Além da vantagem geográfica que resulta em abundância
de irradiação solar, onde o sol aparece em média 280 dias
por ano, o Brasil é detentor de uma das maiores reservas
de silício no mundo, material utilizado na fabricação de
painéis solares. [1]
II.7 – Medições simultâneas
Medições simultâneas são adotadas quando deseja-se ter
informações mais precisas sobre o consumo de energia e
a produção do sistema fotovoltaico. A medição de energia
consumida pela unidade consumidora e a medição da
energia gerada pelo sistema fotovoltaico são
independentes. Na medição simultânea, toda a energia
gerada é medida, assim como toda a energia consumida.
Este é um tipo de medição simultânea prevista na
regulamentação da Aneel (Agência Nacional de Energia
Elétrica). A Figura 10 ilustra como é a medição
simultânea.[1]
Figura 10 – Medição simultânea.
II.8- Regulamentação ANEEL
De acordo com a Aneel a diretoria aprovou no dia
24/11/2015, aprimoramentos na Resolução Normativa nº
482/2012 que criou o Sistema de Compensação de
Energia Elétrica, permitindo que o consumidor instale
pequenos geradores (tais como painéis solares
fotovoltaicos e microturbinas eólicas, entre outros) em
sua unidade consumidora e troque energia com a
distribuidora local com objetivo de reduzir o valor da sua
fatura de energia elétrica. [16]
De acordo com as novas regras, que passarão a ter
validade a partir de 1º de março de 2016, permitir-se-à o
uso de qualquer fonte renovável, além da cogeração
qualificada, denominando-se microgeração distribuída a
central geradora com potência instalada até 75 kW e
minigeração distribuída aquela com potência acima de 75
kW e menor ou igual a 5 MW (sendo 3 MW para a fonte
hídrica), conectadas na rede de distribuição por meio de
instalações de unidades consumidoras. [16]
Se a energia consumida naquele tempo for inferior a
energia gerada, o consumidor terá créditos que poderão
ser utilizados para diminuir a fatura dos próximos meses.
Segundo novas regras, o prazo de validade dos créditos
passou de 36 para 60 meses, podendo ser usado também
para abater o consumo de unidades consumidoras do
mesmo titular situadas em outro local, desde que seja na
área de atendimento de uma mesma distribuidora. Dando-
se o nome de utilização de “autoconsumo remoto”. [17]
Não compete a Aneel a cobrança de impostos e tributos
federais e estudais, ficando a responsabilidade da Receita
Federal do Brasil e às Secretarias de Fazenda Estaduais.
[18]
O ICMS é o Imposto sobre Circulação de Mercadorias e
Serviços, o qual cada estado dita o seu tributo sobre a
energia elétrica. Este é calculado com base na energia
total que o cliente, ou consumidor, recebe da
6
distribuidora não levando em consideração qualquer tipo
de compensação provinda da microgeração. Sendo assim,
o ICMS é o imposto aplicável sobre a energia total
consumida no mês. Se tratando de Minas Gerais, o estado
estabelece que o ICMS seja cobrado no caso em que a
diferença entre energia consumida e injetada for positiva,
num prazo de cinco anos, pela Lei nº 20.824, de 31 de
julho de 2013. [18] Tal imposto tem seu valor de alíquota
de 30% para os consumidores residências. [19]
III – ESTUDO DE CASO EM UM
CONSUMIDOR RESIDENCIAL
Este artigo tem por finalidade analisar a viabilidade do
uso da geração fotovoltaica em consumidores
residenciais. Para isso, fez-se o levantamento de carga de
duas residências em Itajubá, uma bifásica e outra
monofásica, no período de 24 horas.
Através de análise gráfica, do comportamento da carga e
com base no orçamento do sistema fotovoltaico, no final
deste estudo obter-se-a o resultado de sua viabilidade.
Assim, o estudo de caso apresenta as seguintes etapas:
levantamento de carga, análise da irradiação solar em
Itajubá, orçamento financeiro do sistema que será
instalado nas duas residências em questão.
III.1 – Levantamento de carga para residência
monofásica
Através do levantamento de posse e hábitos de consumo
de energia elétrica, no intervalo de 24 horas, obteve-se o
consumo em kWh que cada residência consome. Na
Figura 11 a seguir, foi feita para residência monofásica.
Figura 11 – Consumo diário para carga monofásica
Após a análise do gráfico de levantamento de carga, fez-
se o cálculo da energia consumida, para posteriormente
comparar com o dado da CEMIG. A média mensal da
casa foi obtida com o levantamento de posse e hábitos de
utilização das cargas e a média da CEMIG através dos
dados de 12 meses.
ΔEresidencial = 168 [kWh/mês]
ΔECEMIG = 176 [kWh/mês]
III.2 – Levantamento de carga para residência bifásica
A Figura 12 mostra o levantamento de carga para a
residência bifásica.
Figura 12 – Consumo diário para carga bifásica
Analisando-se o gráfico da Figura 12, calculou-se a
energia média mensal consumida pela residência e depois
comparou-se com a média da CEMIG, a qual foi obtida
através dos dados dos 12 meses.
ΔEresidencial = 125 [kWh/mês]
ΔECEMIG = 135 [kWh/mês]
III.3 – Análise da irradiação solar em Itajubá
Para uma melhor análise, utilizou - se os dados de
irradiação solar incidente em Itajubá, disponibilizado pelo
Instituto de Recursos Naturais de Itajubá (IRN) da
Universidade Federal de Itajubá. Os dados foram tratados
de forma a dar o índice médio de irradiação solar nas
quatro estações e no ano de 2015, conforme apresenta as
Figuras 13 a 17. Vide que a Figura 13 ilustra a irradiação
solar anual média de 2015, comparando-se com o
consumo diário para cada residência.
Figura 13- Irradiação Solar Anual Média de 2015
Figura 14- Irradiação Solar Verão de 2015
7
Figura 15- Irradiação Solar Outono de 2015
Figura 16- Irradiação Solar Inverno de 2015
Figura 17- Irradiação Solar Primavera de 2015
Analisando os gráficos, observa-se que o maior consumo
das residências se dá em período diferente de mais
irradiação solar, e que esta, apresenta variações durante
as estações do ano, com uma melhor irradiação durante o
verão e primavera e uma menor incidência de irradiação
durante o inverno. Desta forma, para o dimensionamento
de sistemas fotovoltaicos, recomenda-se utilizar dados de
irradiação média com dados anuais.
III.4 – Análise dos Resultados
III.4.A – Ferramentas de análise de investimento
O primeiro método utilizado de avaliação da viabilidade
do projeto foi o Payback,é o tempo que leva para que o
investimento inicial seja recuperado. [20]
Importantes pontos fracos a serem considerados; pois este
método não considera alterações de montante financeiro
no tempo em questão, valorização ou desvalorização do
dinheiro com o tempo, rentabilidade e exige um limite
arbitrário para tomada de decisão. [21]
Entretanto, com base nas limitações desta ferramenta
optou-se por adotar mais uma ferramenta de apoio à
análise de viabilidade do projeto, o VPL – Valor Presente
Líquido. Esta é uma das análises mais utilizadas para
análise de investimento de um projeto. É a soma dos
valores presentes de cada um dos fluxos de caixa, tanto
positivos como negativos, que ocorrem ao longo da vida
do projeto. [22]
A Equação (1) utilizada para o cálculo é a seguinte: [23]
(1)
onde:
𝐼= investimento inicial;
𝐹𝐶n = fluxo de caixa do período 𝑛; 𝑛 = tempo total do projeto (anos);
𝑖 = taxa de desconto considerado.
Se o valor do VPL for positivo, o valor do investimento é
considerado rentável.
A fim de se obter a análise econômica e sua viabilidade
de implantação do sistema fotovoltaico, consultou-se uma
empresa de sistemas renováveis no sul do estado de
Minas Gerais, obtendo o orçamento para as duas
residências, monofásica e bifásica. Para cada um dos
tipos de residência fez-se uma análise econômica
utilizando os seguintes critérios: o Payback e o Valor
Presente Líquido.
III.4.B – Residência Monofásica
Na residência monofásica, o seguinte orçamento foi
fornecido, vide Tabela 2, para 6 módulos fotovoltaicos de
260Wp e 1 inversor PHB 1500-SS:
Tabela 2- Residência Monofásica
Equipamento R$ 12.609,78
Serviço R$ 7.000
Total R$ 19.609,78
Para a realização dos cálculos e análise deste método é
necessário a adoção de algumas premissas e coleta de
dados específicos da CEMIG, empresa fornecedora da
energia no estado de Minas Gerais, onde o estudo foi
conduzido. Adotou-se um aumento na tarifa de energia de
10% ao ano. Com relação aos valores obtidos na medição
do consumo da residência monofásica, chega-se a um
gasto mensal médio de R$ 140,25 e consumo médio de
175,24 kWh/mês. A tarifa da CEMIG na data de
realização do estudo é de R$ 0,80 para cada kWh. Neste
caso a geração média de energia é de 205,92 kWh
mensais, e será utilizado 6 módulos fotovoltaicos.
Para o cálculo do Payback, há a garantia de 25 anos para
o módulo fotovoltaico, quando ocorre perda da eficiência
em 20% do total da vida útil. Os dados de eficiência
energética são fornecidos pelo fabricante.
8
O cálculo de geração anual é feito com a fórmula: 12
(Meses) * Eficiência Energética FV (%) * Geração
estimada (módulo)(kWh) * Número de módulos (Quant).
A Tarifa a ser cobrada para cada kWh com o passar dos
anos é o resultado da Taxa da distribuidora ($)
adicionando-se a Previsão de reajuste da tarifa nos anos,
adotado como 10% a.a. Além disso, foi desconsiderado o
valor do ICMS, adotado como 30%, e também, 5% das
tarifas dos impostos federais e 5% de outros encargos
compõem tal valor. A coluna da Economia anual
estimada demonstra o valor da Geração anual
multiplicado pela tarifa. Por fim, o resultado gera o fluxo
de caixa acumulado, descontando-se do valor inicial de
investimento cada um dos retornos anuais. Por exemplo,
no ano 1, a tarifa é a eficiência energética de 100%
multiplicada pela tarifa distribuidora de R$0,80
descontando 30% de ICMS, 5% de impostos federais
(PIS e COFINS) e 5% de encargos, chegando ao valor de
0,62[R$/kWh]. Os demais cálculos para os anos seguintes
podem ser vistos na Tabela 3.
Tabela 3 – Payback com ICMS para monofásico
A cotação com a empresa para implantação do sistema,
contendo equipamentos e serviços diversos, descreveu o
investimento inicial em R$ 19.609,78. Assim, com base
no Payback, o retorno do investimento será em 10 anos.
Para a utilização da ferramenta VPL, sabe-se que o
projeto tem uma estimativa de vida útil de 25 anos. Foi
importante, nos cálculos de investimento, adotar uma taxa
média de 10% ao ano. O tempo de vida útil do
equipamento, como mencionado para o cálculo de
Payback, é de 25 anos. O Investimento inicial permanece
em R$ 19.609,78. Os fluxos de caixa são descritos na
coluna Economia Atual Estimada da Tabela 3. O
resultado do VPL pode ser visto na Tabela 4.
Tabela 4 – VPL para monofásico
Por esse critério, tem-se que o investimento é
economicamente atrativo, no período de análise
considerado, já que o valor do VPL é positivo, de
R$6.892,87 confirmando o resultado obtido na
ferramenta Payback. Vale ressaltar que nenhuma
comparação com outros tipos de investimento foi
realizada neste estudo, como cadernetas de poupança,
ações ou imóveis, por exemplo, e que são sugestões para
trabalhos futuros de forma a evidenciar se este
investimento seria o melhor do ponto de vista de ganhos
financeiros.
Adotando os mesmos dados e premissas anteriores para a
residência monofásica, foi feito uma análise do efeito
causado pelo ICMS na viabilidade do projeto. Assim,
desconsiderando o valor de 30% nas taxas referentes ao
ICMS, tem-se os novos valores listados nas Tabelas 5 e 6.
Tabela 5 – Payback sem ICMS para monofásico
9
Tabela 6 – VPL sem ICMS para monofásico
Considerando que não houve o desconto de 30% na taxa
de ICMS, tem-se que o Payback diminuiu de 10 para 8
anos e o VPL aumentou em R$13.251,32. O projeto
continua viável, entretanto ele melhorou muito sua
rentabilidade ao desconsiderar o ICMS.
III.4.C – Residência Bifásica
Para residência bifásica, foram feitos os mesmos cálculos
para a análise de investimento. O orçamento fornecido foi
o seguinte, vide Tabela 7, para 5 módulos fotovoltaicos
de 260Wp e 1 inversor PHB 1500-SS:
Tabela 7 - Residência Bifásica
Equipamento R$ 10.498,92
Serviço R$ 7.000
Total R$ 17.498,92
A partir das mesmas premissas utilizadas para rede
monofásica, realizou-se e analisou-se os cálculos para a
residência bifásica. O gasto mensal médio é de R$108,11
e consumo médio de 135,08 kWh/mês. Para esta
residência, a geração média de energia é de 171,6kWh
mensais e utiliza-se 5 módulos fotovoltaicos. O resultado
gerado estão tabulados na Tabela 8.
Tabela 8 –Payback com ICMS para bifásico
A empresa inicialmente sugeriu um investimento de
R$17.498,92. E após a análise da Tabela 8, concluiu-se
que o Payback terá um retorno de investimento em 11
anos.
Tomando como base as premissas utilizadas para o
cálculo da residência monofásica, o mesmo será feito
com a residência bifásica. O Investimento inicial
permanece em R$ 17.498,92. Os fluxos de caixa são
descritos na coluna Economia Atual Estimada da Tabela
8. O resultado do VPL pode ser visto na Tabela 9.
Tabela 9 – Cálculo do VPL
Pelo critério do VPL, o investimento mostrou-se atrativo
economicamente, já que o seu valor é positivo de
R$4.586,62, confirmando o resultado obtido na
ferramenta Payback.
Desconsiderando a taxa de 30% de ICMS, calculou-se
novamente o Payback e o VPL para residência bifásica.
Vide Tabela 10 e Tabela 11.
Tabela10 – Payback sem ICMS para bifásico
10
Tabela 11 – VPL sem ICMS para bifásico
Verificou-se então que o Payback diminuiu de 11 para 8
anos e o VPL aumentou em R$11.042,77. Assim,
desconsiderando os 30% de ICMS, o projeto continua
viável, além de ser possível observar a melhora em sua
rentabilidade.
III.4.D – Análise do ICMS no Estudo de Viabilidade
Considerando a análise do investimento nas residências
do estudo, observou-se que ao descontar-se o valor do
ICMS, em ambos a rentabilidade é aumentada. Na Tabela
12 é possível encontrar os valores para o Payback e VPL
para os sistemas monofásico e bifásico, de acordo com a
ausência ou acréscimo de 30% de ICMS.
Tabela 12 – Análise Financeira considerando o ICMS
IV. CONCLUSÃO
Na atual conjuntura onde se buscam novas fontes
renováveis de geração de energia elétrica, os painéis
fotovoltaicos podem ser uma opção financeiramente
viável e, devido ao baixo impacto ambiental, uma
alternativa em tempos de escassez de água, o que a torna
um meio de minimização de emissões de poluentes da
geração de energia elétrica.
Analisando o levantamento de posses e hábitos de
utilização das cargas instaladas, observou-se que o
consumo das residências se mostra mais significativo
durante o período de baixa irradiação ou até mesmo
irradiação zero. Desta forma, verifica-se a importância
dos sistemas de geração de energia fotovoltaico estarem
conectados na rede.
Do ponto de vista de viabilidade financeira para o estudo
de caso realizado nas residências monofásica e bifásica,
através das ferramentas Payback e VPL, foi comprovado
que a implantação do sistema fotovoltaico é rentável. Este
cenário permanece mesmo com a incidência do imposto
estadual de Minas Gerais, o ICMS. Entretanto, a
rentabilidade de cada um dos projetos é ampliada
grandemente quando não há a cobrança desta taxa.
Levando em consideração que o estado mencionado
concede isenção do ICMS para produtores de energia
elétrica gerada a partir de fontes renováveis, se seu
consumo exceder sua geração, e será cobrado apenas em
cima dessa diferença, caso seja positiva, há grandes
possibilidades de que a rentabilidade seja elevada. Logo,
a instalação do sistema fotovoltaico se mostra favorável
para aplicação.
REFERÊNCIAS
[1] J.T. Pinho e M.A. Galdino. “Manual de engenharia
para sistemas fotovoltaicos’’. GTES, Rio de Janeiro,
2014.
[2] R. Ruther e I. Salamoni. “O potencial dos setores
urbanos brasileiros para a geração de energia solar
fotovoltaica de forma integrada às edificações’’.
Artigo publicado no Fórum Patrimônio: Mudanças
climáticas e o impacto das cidades, v.4, n. 1, 2011.
[3] WANDERLEY, A. C. F.; CAMPOS A. L.;
Perspectiva de Inserção da Energia Solar
Fotovoltaica na Geração de Energia Elétrica no Rio
Grande do Norte. Artigo de Pós-Graduação. UFRN,
2013.
[4] BLUESOL EDUCACIONAL. “Energia Solar: Como
funciona? – O efeito fotovoltaico”. 23 Dezembro de
2011. Disponível em:
http://www.bluesol.com/energia-solar/energia-solar-
como-funciona-o-efeito-fotovoltaico/.
Acesso em: Abril de 2016.
11
[5] PEREIRA, A. C. “Geração de energia para
condomínio utilizando sistema fotovoltaico
autônomo – estudo de caso em edifício residencial
com seis pavimentos”. Disponível em:
http://www.pos.dmec.ufmg.br/2015/trabalhos/pg2/93
.pdf.
Acesso em: Maio de 2016.
[6] MONTEIRO, A. J. M. “Produção fotovoltaica:
legislação, tarifas, tecnologia necessária e viabilidade
econômica para a produção numa perspectiva de
chave na mão”. Dissertação realizada no âmbito do
Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e
de Computadores Major Energia. Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, Abril 2014.
[7] AMÉRICA DO SOL. “Sistemas fotovoltaicos”.
Disponível em:
http://www.americadosol.org/energia_fotovoltaica/si
stemas-fotovoltaicos/. Acesso em: Maio de 2016.
[8] BRAGA, R.P. Energia Solar Fotovoltaica:
Fundamentos e Aplicações. Universidade Federal do
Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.
[9] CABRAL, I. S.; TORRES, A. C.; SENNA, P. R.;
Energia Solar – Análise Comparativa entre Brasil e
Alemanha. 2013.
[10] NASCIMENTO, C. A. D. “Princípio de
funcionamento da célula fotovoltaica”. Monografia
do curso de Pós Graduação Lato-Sensu em Fontes
Alternativas de Energia. Universidade Federal de
Lavras. Lavras, 2004.
[11] TEIXEIRA, T. B. “Influência da temperatura em
aglomerados auto reconfiguráveis de células solares
fotovoltaicas”. UFMG, 2008.
[12] IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e
Estatística), “Geociências-cartografia”. Disponível
em:
http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/cartografia
/default_territ_area.shtm.
Acesso em: Junho de 2016
[13] BRASIL SOLAIR, “A Eficiência Técnica e
Econômica da Microgeração de Energia”. Disponível
em: http://www.brasilsolair.com.br/potencial-solar-e-
eolico. Acesso em: Junho de 2016.
[14] EPE. Empresa de Pesquisa Energética. Inserção da
Geração Fotovoltaica Distribuída no Brasil –
Condicionantes e Impactos. Rio de Janeiro, 2014.
[15] SOL: Energia Renovável com Vantagens Sociais.
Disponível em :
lhttp://www.philomenojr.com.br/downloads/Apresen
tacao/Diversos/Energia%20renov%E1vel%20-
%20Vantagens%20sociais.pdf>. Acesso em: Maio
de 2016
[16] Agência Nacional de Energia Elétrica. “Resolução
Normativa N°482, de 17 de abril de 2012.
Disponível em:
http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf.
Acesso em 04 de maio de 2016.
[17] AMBIENTE ENERGIA. Aneel aprova novas regras
para micro geração. Disponível em
https://www.ambienteenergia.com.br/index.php/2015
/11/aneel-aprova-novas-regras-para-
microgeracao/27623. Acesso em: Maio de 2016
[18] Micro e mini Geração distribuída – Sistema de
compensação de energia elétrica. Disponível em:
http://www2.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livro
s/caderno-tematico-microeminigeracao.pdf. Acesso
em: Maio de 2016
[19] CEMIG. Disponível em:
https://www.cemig.com.br/pt-
br/atendimento/paginas/c%c3%a1lculo-de-icms.aspx
Acesso em: Maio de 2016.
[20] ROSS, Stephen A.; WESTERFIELD, Randolph W.
E JORDAN, Bradford D.. - Princípios de
Administração Financeira; tradução Antônio
Zoratto Sanvicente. – São Paulo: Atlas, 1998.
[21] MOTTA, R.R. [et al.] Engenharia Econômica e
Finanças – Rio de Janeiro: Elsevier, 2009.
[22] HIRSHLEIFER, J. On the theory of optimal in-
vestment decision – The Journal of Political Econ-
omy, vol 66 – Issue 4, pag 329-352, 1958.
ZAGO, C. A.; WEISE, A. D.; HORNBURG, R. A.;
“A importância do estudo de viabilidade econômica
de projetos nas organizações contemporâneas”, VI
CONVIBRA - Congresso Virtual Brasileiro de
Administração.
[23] EPE. Empresa de Pesquisa Energética. Inserção da
Geração Fotovoltaica Distribuída no Brasil –
Condicionantes e Impactos. Rio de Janeiro, 2014.
BIOGRAFIA:
Carolina Teresinha Costa Nasceu em São José dos Campos
(SP), em 1990. Ingressou na
UNIFEI em 2011, no curso de
Engenharia Elétrica. Durante a
graduação realizou trabalho como
monitora de inglês no CAAI -
Curso Assistencial Amigos de
Itajubá e foi membro da Comissão de formatura 2015.
Atualmente é estagiária na Elektro Eletricidade e
Serviços S.A. em Campinas.
Karen Renata Gonçalves
Dias Nasceu em Itajubá (MG), em
1990. Ingressou na UNIFEI em
2011, no curso de Engenharia
Elétrica. Atuou no grupo de
coordenação da Pastoral
universitária Católica nos anos
de 2011 a 2015, realizando diversos eventos de cunho
religioso, encenações teatrais, ações sociais e liderando
grupos de discussão.