anÁlise tÉcnico-econÔmica de implementaÇÃo de um sistema de … · 2014-09-20 · em conta...

ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA DE IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO

ELÉTRICA FOTOVOLTAICA APLICADA PARA CARGAS DE REFRIGERAÇÃO

PAULO V. S. VESCOVI, PAULO J. M. MENEGÁZ

Departamento de Engenharia Elétrica, Centro Tecnológico, Universidade Federal do Espírito Santo

Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, Vitória – ES / CEP 29.075-910

E-mails: [email protected], [email protected]

Abstract The idea of this study stems from the fact that for many years buildings were build without taking into account the

electrical loads from air conditioners, so this graduation project proposes to investigate the feasibility of using a renewable ener-

gy source, which meets the technical design, and are capable to meet the cooling demand of a floor of a building. So the objec-

tive of this study is to conduct a techno-economic analysis, about alternative methods of generating electricity, which can be

used to cool a floor of a building, and can be implemented if found its technical and economic viability. Thus, using a compara-

tive method, first will present some possible ways of ambient air conditioning. In the next step some alternative forms of energy

generation will be analysed, among these alternatives, the one that most fit the requirements of the project will be chosen, and

later will have his technical aspects widely debated. Finally, a technical-economic analysis of this alternative method, which is

capable of generate the energy required for the new electrical load that will be ad to the building, will be made. At the end this

paper will present the economic analysis of this system that uses an alternative method of power generation and from the current

legislation, that defines how the electricity compensation will be paid from the current energy concessionaires to new energy

suppliers, we will determine the feasibility of alternative power generation for the case analysed.

Keywords Alternative energy sources, technical-economic analysis, refrigeration, photovoltaic system.

Resumo A ideia deste estudo advém do fato de que durante muitos anos prédios foram construídos e planejados, sem levar

em conta cargas elétricas provenientes de aparelhos condicionadores de ar, sendo assim, este projeto de graduação se propõe a

investigar qual a viabilidade do uso de uma fonte renovável, que se enquadre tecnicamente ao projeto, para atender à demanda

de refrigeração de um andar de uma edificação. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise técnico-econômica, a respeito de

métodos alternativos de geração de energia elétrica, que possa ser utilizada para refrigerar um andar de um prédio, e que possa

ser implementado caso seja constatada sua viabilidade técnica e econômica. Assim, utilizando-se o método comparativo, primei-

ramente serão apresentadas algumas formas possíveis de climatização de ambientes. A seguir, serão analisadas algumas formas

alternativas de geração de energia, dentre estas alternativas, a que melhor se enquadrar nas exigências do projeto será escolhida e

posteriormente terá seus aspectos técnicos amplamente debatidos. Por fim será feita uma analise técnico-econômica deste méto-

do alternativo, que seja capaz de gerar a energia necessária para a nova carga elétrica que será adicionada no edifício, composta

basicamente pelas condensadoras dos aparelhos condicionadores de ar. Ao final deste trabalho se apresentará a análise econômi-

ca do sistema que utiliza a fonte alternativa de geração de energia, e a partir da legislação atual que delimita como deve ser feita

a compensação de energia elétrica por parte das concessionarias aos novos fornecedores de energia, se determinará a viabilidade

de geração alternativa de energia para o caso analisado.

Palavras-chave Fontes alternativas de energia, análise técnico-econômica, refrigeração, sistema fotovoltaico.

1 Apresentação

1.1 Panorama Energético Nacional

Apesar do Brasil possuir 42,4% da energia ofertada

internamente por fontes renováveis (EPE, 2013), a

maior parte da energia utilizada no país ainda provém

de fontes não renováveis, das quais o gás natural,

petróleo e derivados foram responsáveis por 97% do

crescimento da oferta interna de energia (EPE, 2013).

Os principais setores consumidores de energia no

Brasil são os setores de indústrias (35,1%), transpor-

tes (31,3%), residências (9,4%), setor energético

(9%), serviços (4,5%) e agropecuária (4,1%) (EPE,

2013).

Logo, mesmo no Brasil, um país cuja matriz energé-

tica é majoritariamente hidráulica, o elevado consu-

mo energético tem conduzido o país a formar uma

sociedade que, mantendo o padrão atual de utilização

de fontes não renováveis como maior fonte de novas

energias, não será sustentável energeticamente. Sen-

do assim, este trabalho se propõe a estudar possibili-

dades mais eficientes e ecologicamente corretas para

tentar minimizar os problemas decorrentes do pano-

rama energético nacional.

1.2 Impacto da Refrigeração no Setor Energético

O mundo está se aquecendo, o poder aquisitivo da

população está aumentando e, consequentemente, o

mercado de condicionadores de ar está em expansão.

As vendas mundiais em 2011 subiram 13 por cento

em relação a 2010, e o esperado é que este cresci-

mento deva se acelerar nas próximas décadas (COX,

2012).

A citação acima evidencia um fenômeno bastante

interessante que vem ocorrendo ao longo dos anos,

uma vez que, o desenvolvimento econômico, tão vi-

sado por países emergentes como o Brasil, tem bus-

cado a energia necessária para se desenvolver em

combustíveis fosseis. A queima destes combustíveis

leva à emissão de dióxido de carbono, que é o mais

importante antropogênico gás do efeito estufa. Neste

cenário, as taxas de emissões anuais de CO2 aumenta-

ram 80% entre 1970 e 2004 (IPCC, 2007), contribu-

Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014

2708

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

indo com o aumento da temperatura do planeta.

Este aumento da temperatura global devido à emis-

são de gases de efeito estufa, tem levado a população

- que agora possui um poder aquisitivo maior graças

ao desenvolvimento econômico - a comprar cada vez

mais aparelhos condicionadores de ar, responsáveis

pelo consumo de cerca de um trilhão de quilowatts-

hora (kWh) de eletricidade por ano (COX, 2012).

O nível de utilização de aparelhos de refrigeração

chega a ser tão grande que só os EUA utilizam mais

energia para o resfriamento que todo o continente

africano, lar de um bilhão de pessoas, consome para

todos os efeitos (COX, 2012). O impacto energético

dos sistemas de ar condicionado se agrava ainda mais

quando se considera, também, a questão da demanda

de energia. Na maioria dos países desenvolvidos, por

exemplo, devido ao uso cada vez maior desses siste-

mas, se observa a ocorrência de picos de demanda no

verão.

1.3 Problema a ser Investigado

Neste cenário, onde a busca por alternativas energéti-

cas que sejam ecologicamente corretas e sustentáveis

se faz cada vez mais inevitável, onde a refrigeração

de ambientes se mostra como uma carga cada vez

mais elevada e importante, este trabalho se propõe a

investigar a seguinte questão: qual a viabilidade téc-

nico-econômica da energia solar fotovoltaica para

atender à demanda de refrigeração de um andar de

uma edificação, que ainda não possui um sistema de

refrigeração?

2 Estudo de Caso

A metodologia adotada neste trabalho é a seguinte:

Primeiramente, estima-se a carga térmica do

andar do edifício, através do método especi-

ficado em 2.2;

Posteriormente, dimensionam-se duas possí-

veis alternativas de climatização, a fim de

encontrar a alternativa que atenda a todas às

exigências técnicas e que também possua o

menor custo econômico possível;

Por fim, é feito o projeto e a simulação do

sistema de geração fotovoltaica de energia,

que seja capaz de atender a carga elétrica do

sistema de refrigeração previamente dimen-

sionado, para que se possa comparar os re-

sultados da simulação com os valores calcu-

lados e implementar uma análise econômica

do estudo de caso.

2.1 Caracterização do Edifício

As características do prédio deste estudo são as se-

guintes:

21,7 metros de altura na parte mais alta, e

14,9 metros de altura na parte mais baixa (o

edifício foi construído em cima de uma su-

perfície que não é plana por isso existem es-

sas diferenças de altura);

92,0 metros de comprimento;

13,10 metros de largura;

3,0 metros de pé direito em cada andar;

As janelas do edifício são cortadas por pa-

redes e divididas em três partes, duas iguais

com 39,5 metros de comprimento e uma

menor central com 6,0 metros de compri-

mento, sendo que todas as janelas possuem

1,65 metros de altura.

O andar a ser refrigerado encontra-se no último piso

deste edifício. Cada andar, com exceção do subsolo,

é composto por onze salas, das quais nove tem apro-

ximadamente sessenta metros quadrados, e as duas

restantes têm aproximadamente noventa e dois me-

tros quadrados. Destas onze salas, todas possuem

8,15 metros de largura, e todas devem ser climatiza-

das, ou seja, com exceção dos corredores, todo o

andar será climatizado.

Outra característica importante é que este prédio ain-

da não possui nenhum sistema central de refrigera-

ção. Além disso, as salas dos andares inferiores, que

possuem refrigeração já instalada, utilizam cada uma

seu próprio sistema de refrigeração do tipo Split.

2.2 Cálculo Estimado da Carga térmica

Para que se possa efetuar o cálculo da carga térmica

estimada, referente ao andar do edifício, será utiliza-

do o método de cálculo simplificado presente na

NBR 5858, que se aplica aos aparelhos condiciona-

dores de ar utilizados para fins residenciais, comerci-

ais, ou industriais, com a finalidade de obtenção de

conforto.

Para efetuar o cálculo simplificado a NBR 5858 for-

nece um formulário que, uma vez preenchido, é ca-

paz de estimar a carga térmica de conforto nas insta-

lações de condicionadores de ar, que não requeiram

condições específicas de temperatura e umidade, as-

sim como escritórios e salas, dentre outros.

Para que seja possível preencher o formulário é ne-

cessário preparar um croqui do ambiente a ser condi-

cionado de forma que se possam saber exatamente as

dimensões do ambiente, além das dimensões de por-

tas, janelas e quaisquer outros elementos que possam

influir no cálculo da carga térmica, indicando ainda a

direção norte-sul do local.

Assim, para que se obtenha o melhor resultado deve-

se escolher um ou mais condicionadores de ar, com

capacidade de acordo com as especificações, que

mais se aproximam da carga térmica calculada.

Na Tabela 1, encontra-se o resumo da carga térmica

estimada de cada uma das salas, e na ultima linha

desta tabela apresenta-se a carga térmica total do

andar. Devido à especificação técnica, de que no

local da instalação dos equipamentos o barulho de

influência das condensadoras deve ser mínimo, exis-

tem três opções disponíveis que permitem uma dis-

tância significativa entre as condensadoras e as eva-


2709

poradoras, que são os sistemas do tipo Split, os sis-

temas com VRF e os sistemas tipo fan coil/chiller.

Assim, para avaliar qual dos sistemas, VRF ou fan

coil/chiller, possui um melhor rendimento energético

foram utilizados os trabalhos de Lucca (2012) e de

Souza (2010), os quais apontam que o sistema VRF

possui um consumo energético menor em 33,8% e

22,4% respectivamente, frente a sistemas que utili-

zam água gelada. Portanto a disputa final ficou entre

os sistemas que utilizam VRF e Split.

Tabela 1. Carga térmica de cada uma das salas e carga térmica

total do andar.

Ambiente Carga térmica [BTU/h]

Sala 1 46031

Sala 2 44686

Sala 3 44686

Sala 4 44686

Sala 5 44686

Sala 6 43391

Sala 7 39929

Sala 8 44686

Sala 9 44686

Sala 10 67147

Sala 11 68617

Total 533231

2.3 Sistema de Refrigeração do Tipo Split Aplicado

ao Estudo de Caso

A fim de se obter uma melhor eficiência energética,

todos os aparelhos condicionadores de ar do tipo

Split listados possuem a tecnologia Inverter, e o selo

A do Procel. Como não foram encontrados no mer-

cado aparelhos que possuíssem uma capacidade mai-

or que 42000 BTU/h, e que atendessem às duas ca-

racterísticas citadas anteriormente, todas as salas do

estudo de caso teriam que possuir mais de um apare-

lho, com exceção da sala 7.

As características de cada um dos modelos escolhi-

dos para integrar este projeto estão listadas na Tabela

2. Para efeito de comparação, serão montadas duas

opções de refrigeração para o andar, a mais econômi-

ca entre elas será a escolhida.

A partir das Tabelas 1 e 2, foram obtidas as Tabelas

3 e 4, as quais permitem simplificar a análise, além

de uma melhor visualização de como cada uma das

salas será configurada a fim de atender a suas respec-

tivas cargas térmicas.

Os custos de mão de obra para a segunda opção, que

mostrou-se a opção mais econômica, foram orçados

com uma empresa de climatização local e incluem a

mão de obra, os materiais necessários para a interli-

gação das unidades evaporadoras com as unidades

condensadoras através de tubos de cobre eletrolítico

(que é um tubo próprio para as pressões de trabalhos

requeridas pelo sistema de refrigeração) e isolamento

térmico em tubos esponjosos. Este custo ficou orçado

em vinte e oito mil reais (R$ 28.000,00), conduzindo

a um custo global do sistema de refrigeração com

Split para a segunda opção em torno de R$

104.440,00.

Tabela 2. Condicionadores do Tipo Split Utilizados.

Marca

Capacida-

de

[BTU/h]

Tensão

[V]

Potên-

cia

[W]

Preço

[R$]1

Samsung 24000 220 2130 3.185,00

Fujitsu 30000 220 2650 4.749,05

Fujitsu 42000 220 4620 10.799,00

Tabela 3. Primeira configuração Split possível.

Sala

Capacidade

do aparelho

[BTU/h]

Quatidade

de

aparelhos

Potência

total da

sala

[kW]

Preço

total da

sala [R$]

Sala 1 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 2 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 3 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 4 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 5 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 6 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 7 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 8 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 9 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 10 30000/

42000 1.0/1.0 7,27 15.548,0

Sala 11 30000/

42000 1.0/1.0 7,27 15.548,0

TOTAL 22 52.88 88.426,00

Tabela 4. Segunda configuração Split possível.

Sala

Capacidade

do aparelho

[BTU/h]

Quatidade

de

aparelhos

Potência

total da

sala

[kW]

Preço

total da

sala [R$]

Sala 1 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 2 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 3 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 4 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 5 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 6 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 7 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 8 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 9 24000 2 4,26 6.370,00

Sala 10 24000 3 6,39 9.555,00

Sala 11 24000 3 6,39 9.555,00

TOTAL 24 51,12 76.440,00

2.4 Sistema de Refrigeração do Tipo VRF Aplicado

ao Estudo de Caso

Os sistemas VRF podem ser constituídos de uma

única unidade condensadora e por várias unidades

evaporadoras, ou ser constituído por mais de uma

1 Os valores foram orçados segundo o site STRAR (2013)


2710

unidade condensadora e também por múltiplas uni-

dades evaporadoras. Uma característica bastante

interessante e útil dos sistemas VRF é que a soma das

capacidades de todas as unidades evaporadoras pode

possuir uma capacidade maior do que a soma das

capacidades das unidades condensadoras. Esta dife-

rença existe porque o sistema VRF possibilita consi-

derar o fator de simultaneidade das cargas térmicas,

ou seja, nem todos os equipamentos funcionarão em

sua capacidade máxima ao mesmo tempo, ao passo

que, o dimensionamento de cada ambiente é feito

para a máxima carga térmica que ocorre em horários

diferentes (CARNEIRO, 2012).

Sendo assim, pode-se dimensionar um sistema VRF

para o Estudo de Caso em questão, conforme mostra-

do na Tabela 5. Este sistema possui uma unidade

condensadora de 54 hp (maior condensadora encon-

trada no catálogo do fabricante consultado), com

capacidade de 516.000 Btu/h; e vinte e quadro con-

densadoras com capacidade de 24.000 Btu/h cada

uma, o que geraria um fator de simultaneidade (con-

densadora/evaporadoras) de 89,6%, valor que é 5%

maior do que os utilizados por Carneiro (2012).

Os custos de mão obra, mais o restante dos materiais

necessários à interligação das unidades evaporadoras

à unidade condensadora, como tubos de cobre eletro-

lítico e seu revestimento térmico em tubos elastomé-

ricos, estão orçados em cento e dois mil reais por

andar. Desta forma, o custo global do sistema de re-

frigeração VRF ficou em R$ 311.470,00.

Tabela 5. Configuração com VRF possível

DESCRIÇÃO MODELO.SUFIXO QTD

Unid. Condensa-

dora MULTI V III

220V Frio de 54HP

ARUV540BT3.AWGBLAT 1

Unid. Evaporado-

ra TETO de

24000Btu/h

URNU24GVJA2.ENWALEU 24

Controle Remoto

Sem Fio PQWRHDF0.ENCXLEU 24

Piping Ramif. em

"Y" ARBLN03321.ENCXLEU 23

Piping Interliga-

ção Cond. ARCNN21.ENCXLEU 1

Piping Interliga-

ção Cond. ARCNN31.ENCXLEU 1

VALOR TOTAL

DA PROPOSTA

(R$)2

209.470,00

2.5 Cálculo da Energia Produzida pelos Módulos

Fotovoltaicos e Quantidade de Módulos a ser Utili-

zada

No dimensionamento de sistemas fotovoltaicos é

muito importante saber determinar quanta energia é

produzida diariamente por um módulo fotovoltaico.

Para realizar este cálculo, será utilizado o método da

2 Orçamento segundo revendedor local.

insolação, que é empregado quando se possui infor-

mações a respeito da energia do Sol disponível diari-

amente no local da instalação. Estas informações

podem ser comumente encontradas na forma da inso-

lação, expressa em watt-hora por metro quadrado por

dia (Wh/m2dia), através de mapas solarimétricos ou

de ferramentas computacionais. Contudo, o método

da insolação para o cálculo da energia produzida pelo

módulo fotovoltaico é válido apenas quando se con-

sidera a utilização do recurso MPPT (Maximum Po-

wer Point Tracking – rastreamento do ponto de má-

xima potência), que é utilizado neste trabalho.

Logo, para que a energia produzida pelos módulos

fotovoltaicos seja corretamente determinada deve-se

primeiramente encontrar as coordenadas de latitude e

longitude do local da instalação. O local do caso es-

tudado possui -20,35° de latitude e -40,30° de longi-

tude (os sinais negativos representam que se está no

sul e no oeste respectivamente). A partir das coorde-

nadas geográficas de localização, utilizou-se o pro-

grama computacional SunData, que destina-se ao

cálculo da radiação solar diária média em um deter-

minado mês, em qualquer ponto do território nacional

e constitui-se em uma ferramenta de apoio ao dimen-

sionamento de sistemas fotovoltaicos. Os dados da

insolação diária média, fornecidos pelo programa em

(kWh/m2dia), estão disponíveis na Figura 13.

Figura 1. Insolação diária média por mês

Como existe uma variação muito grande entre os

valores obtidos durante os meses de verão e os meses

de inverno, a questão principal agora é como dimen-

sionar o sistema para atender a demanda de energia

elétrica em todos os dias do ano. Para tal, deve-se

utilizar o valor de insolação referente ao pior mês do

ano. Desta forma, o abastecimento de energia elétrica

será garantido tanto nos meses de maior, quanto nos

de menor insolação (VILLALVA e GAZOLI, 2013).

A energia produzida pelo módulo é dada pela Equa-

ção 1.

Ep = Es x Am x (1)

onde:

Ep = Energia produzida pelo módulo diariamente

[Wh];

3 Valores de insolação segundo CRESESB (2014).


2711

Es = Insolação Diária Média do pior mês

[Wh/m2dia];

Am = Área da superfície do módulo [m2];

= Eficiência do módulo [%].

O próximo passo consiste em escolher um módulo

fotovoltaico adequado. Esta escolha se mostrou um

pouco complexa, visto que o módulo fotovoltaico

escolhido para o projeto deve estar disponível para

venda no mercado nacional, a fim de que posterior-

mente seja feita a análise econômica do projeto, além

de constar no banco de dados do software que será

utilizado para a simulação do projeto. O único módu-

lo encontrado que atendia a estes dois pré-requisitos,

além de atender as normas que regem os equipamen-

tos fotovoltaicos, tais como a IEC 61730, IEC

61215.2, IEC 62716 e IEC 61701, foi o módulo fo-

tovoltaico de silício policristalino da empresa Jetion

Solar modelo JT235PCe, cujas características elétri-

cas foram testadas na STC (Standard Test Condi-

tions), que considera uma irradiância solar de 1000

W/ m2 e a temperatura da célula em 25°C. As carac-

terísticas elétricas e mecânicas deste módulo fotovol-

taico estão listadas na Tabela 6.

Substituindo os valores pertinentes da Tabela 6 e o

valor mínimo de insolação diária da Figura 1 na

Equação 1, pode-se concluir que a energia produzida

diariamente pelo módulo no local estudado seria

igual a 861,6 Wh.

Tabela 6. Características do módulo fotovoltaico

Características elétricas4

Potência máxima [Wp] 235

Potência de Tolerância[W] +0 ~ +5

Tensão de potência máxima Vm [V] 30.5

Corrente de potência máxima Im [A] 7.71

Tensão de circuito aberto Voc [V] 37

Corrente de curto-circuito Isc[A] 8.4

Tensão máxima permitida no sistema [V] 1000 (IEC)

Eficiência do módulo η (%) 14.3

Temperatura de operação normal

da célula (°C) 45 +- 2

Características mecânicas1

Tipo de módulo Policristalino

Número de células por módulo 60

Dimensões do módulo (mm) 1655 x 992 x 40

Peso(kg) 20

Em seguida, deve-se fazer o levantamento do consu-

mo de energia elétrica, procurando identificar quais

aparelhos elétricos terão sua energia gerada pelo sis-

tema fv e por quantas horas ele ficarão ligados duran-

te um dia ou durante um mês (VILLALVA e

GAZOLI, 2013).

4 Informações obtidas através do datasheet do modulo

fotovoltaico disponibilizado pelo fabricante.

O cálculo da energia para alimentar um aparelho elé-

trico ou eletrônico é feito com a potência do aparelho

e o número de horas em que ele é utilizado. Desta

forma, a energia elétrica consumida por um aparelho

eletroeletrônico é calculada de acordo com a Equa-

ção 2.

Ec = P x T (2)

sendo:

Ec = Energia consumida [Wh];

P = Potência elétrica do aparelho [W];

T = Tempo de uso do aparelho [h].

As salas deste projeto possuem um período de utili-

zação diário de 9 horas. Os valores de potência elé-

trica gasta pelo sistema que utiliza Split encontram-se

na Tabela 4, já a potência elétrica do sistema que

utiliza VRF encontra-se na Tabela 7.

Através da Equação 2, os valores de energia consu-

mida diariamente para cada um dos dois tipos de

refrigeração são 475920 Wh e 375138 Wh, para os

sistemas de refrigeração Split e VRF, respectivamen-

te. Com base nos valores de energia consumida cal-

culados, pode-se calcular o número total de módulos

necessários através da Equação 3.

N = Ec/Ep (3)

onde:

N = Número de módulos fotovoltaicos empregados

no sistema;

Ec = Energia diária consumida no sistema [Wh];

Ep = Energia diária produzida por cada módulo fv

[Wh].

Através da Equação 3, o sistema Split necessitaria de

553 módulos fotovoltaicos e o sistema VRF, de 436

módulos.

Tabela 7. Potência elétrica do sistema de refrigeração VRF

Potência

Conden-

sadora

[kW]5

Potência

evapora-

dora

[kW] 5

Quanti-

dade de

Conden-

sadoras

Quanti-

dade de

Evapora-

doras

Potência

Total

[kW]

40,17 0,063 1 24 41,682

2.6 Escolha do Inversor

A escolha dos inversores que devem ser utilizados no

projeto seguiu a mesma filosofia da escolha dos mó-

dulos fotovoltaicos, ou seja, os inversores que serão

utilizados devem constar para venda no mercado na-

cional, a fim de facilitar a análise econômica; constar

no banco de dados do software de simulação, para

uma posterior simulação do projeto; além de estar de

acordo com as normas vigentes.

5 Os valores utilizados estão de acordo com LG

ELETRONICS (2012).


2712

Como o local, no qual se pretende construir o sistema

de geração de energia fotovoltaica, já é atualmente

atendido pela rede local de distribuição de energia,

optou-se por utilizar o modelo de inversor conectado

a rede elétrica.

O inversor escolhido pertence a linha Sunny Mini

Central, do fabricante SMA Solar Technology. O

modelo adotado foi o SMC 7000HV-11, por atender

às considerações descritas anteriormente apresentan-

do o menor custo por kW. As características deste

inversor estão listadas na Tabela 8.

Tabela 8. Características do inversor SMC 7000HV-11

Características elétricas6

Entrada CC

Potência máxima CC (para fp=1,0) [W] 7500

Tensão Máxima CC [V] 800

Intervalo de tensão MPPT [V] 335-560

Corrente Máxima CC por string [A] 23

N° de entradas MPPT independentes /

String por entrada MPPT 1 / 4

Saída CA

Potência CA Máxima [VA] 7000

Tensão nominal / Range [V] 220,230,240 /

160-265

Frequência CA / Range [Hz] 50,60 / -6...+5

Corrente máxima de saída [A] 31

Ligação CA Monofásica

Eficiência Máxima [%] 96,2

Características mecânicas6

Peso [Kg] 65

Temperatura de operação [°C] -25...+60

Dimensões do módulo [mm] 468 x 613 x 242

2.7 Simulação Através do Software Sunny Design

O software de simulação Sunny Design (versão

Sunny Design Web 3.02) é um programa voltado para

o planejamento e dimensionamento de sistemas fv,

conectados ou não à rede convencional, o qual permi-

te a simulação do sistema fv proposto neste trabalho.

Através deste programa, pode-se obter, de forma

otimizada, uma combinação entre os módulos fv com

os inversores, para o sistema proposto, de acordo

com quesitos econômicos ou de acordo com os ren-

dimentos energéticos do sistema.

Apesar de o programa possuir os dados meteorológi-

cos de uma vasta gama de cidades, ele não possui a

os dados de insolação referentes à cidade de Vitória

(ES). Sendo assim, optou-se por utilizar os dados

climáticos da cidade do Rio de Janeiro (RJ), devido à

6 Informações obtidas através do datasheet do inversor

disponibilizado pelo fabricante.

proximidade e à semelhança climatológica com a

cidade onde o sistema será instalado. A tensão da

rede no local é igual a 220 V (110/220 V).

Nesta fase do projeto, deve-se observar que, caso se

defina a escolha do número de módulos considerando

apenas os valores previamente especificados, com o

inversor também previamente selecionado, o sistema

de geração projetado se tornará previamente desequi-

librado, o que é algo indesejado. Como o sistema é

projetado utilizando-se o valor de insolação referente

ao pior mês do ano, que é o mês de Junho, ou seja um

mês do inverno, e durante os meses de inverno o con-

sumo e a utilização de sistemas de refrigeração cai

consideravelmente, torna-se mais sensato e econômi-

co diminuir-se o número de módulos fotovoltaicos,

respeitando-se sempre as características dos inverso-

res nos quais os módulos serão acoplados, a fim de

tornar o sistema equilibrado. Desta forma, o número

de módulos utilizado neste trabalho será de 540 mó-

dulos para o sistema Split e 420 para o sistema VRF.

Assim sendo, os resultados encontrados na simulação

dos dois sistemas foram de 130,66 MWh por ano

para o sistema com refrigeração VRF e 167,74 MWh

por ano para os sistema de refrigeração Split.

3 Análise Econômica

3.1 Custo Total do Sistema de Geração

Os custos de um sistema fv estão divididos basica-

mente em três grandes áreas: na primeira, estão os

custos com os módulos fotovoltaicos; na segunda,

estão os custos com os inversores; e na terceira, estão

os custos com BOS (Balance of Systems), que desig-

na todos os componentes complementares de um

sistema solar fotovoltaico como os cabos, os conecto-

res, a estrutura de fixação, as proteções, custos de

mão de obra entre outros (USDOE,2012). A Figura 2

mostra a distribuição típica dos custos (em Dólares)

por Watt produzido em corrente contínua, durante o

quarto trimestre de 2010 e durante o quarto trimestre

de 2011, para instalações residenciais, instalações

comerciais com o sistema fv instalado no telhado

(que é o caso deste projeto), para sistemas instalados

no solo com inclinação fixa e por fim para sistemas

instalados no solo com rastreamento solar em uma

única direção.

A partir da Figura 2, pode-se obter a distribuição

percentual dos custos de um sistema fv em relação a

cada uma das três grandes áreas que constituem um

sistema fv. Nela, 33% dos custos de aquisição de um

novo sistema são devidos aos módulos fotovoltaicos,

15% são provenientes dos inversores e 52%, do BOS.

Como já se sabe que os módulos fotovoltaicos cus-

tam, no Brasil, aproximadamente R$999,00

(NEOSOLAR, 2014) e os inversores, aproximada-

mente R$14.523,00 (ENERGIAPURA, 2014), pode-

se estimar os custos que se teria com o BOS. Desta

forma, o custo total de aquisição do sistema para ge-

rar a energia através dos aparelhos de refrigeração do


2713

tipo VRF seria de R$1.271.454,55 e o custo total

deste sistema, ou seja, aparelhos de refrigeração mais

sistema de geração fotovoltaica de energia, é de

R$1.582.924,55. Por outro lado, o custo total de

aquisição do sistema para gerar a energia com os

aparelhos de refrigeração do tipo Split seria de

R$1.634.727,27 e o custo total do sistema (aparelhos

de refrigeração mais sistema de geração fotovoltaica

de energia), de R$1.739.167,27. Como se sabe, os

custos com a aquisição de um sistema de geração

alternativa visam cobrir apenas o consumo elétrico de

seu respectivo sistema de refrigeração, logo, optou-se

em utilizar o sistema de refrigeração VRF, já que o

mesmo é capaz de suprir plenamente a carga térmica

requerida com um custo de aquisição global menor.

Figura 2. Distribuição típica dos custos de um sistema fotovoltai-

co conectado a rede

3.2 Premissas Adotadas para Implementar a Análise

Econômica

A seguir apresenta-se todas as premissas utilizadas

para efetuar a análise econômica deste projeto:

1. A energia gerada adotada será dada pelo va-

lor encontrado na simulação, ou seja, 130,66

MWh para o sistema VRF;

2. Segundo Jetion Solar Europe (2012) os mó-

dulos fotovoltaicos possuem um aproveita-

mento de 80% da energia, que era inicial-

mente aproveitada, após 25 anos. O que gera

uma taxa de decaimento de 0,889% ao ano

no aproveitamento inicial de energia;

3. A vida útil de um sistema fotovoltaico corre-

tamente instalado e com equipamentos de

boa qualidade pode atingir de 15 a 25 anos

(HEINEMAN, 2007). Logo, estima-se que

este projeto terá uma vida útil de 25 anos.

4. A manutenção dos sistemas fotovoltaicos

representa de 3 a 5% do custo total do sis-

tema ao longo de sua vida útil

(HEINEMAN, 2007). Sendo assim, aplican-

do-se o pior caso, têm-se que os custos de

manutenção serão de 5% do custo total do

sistema de geração de energia;

5. A taxa mínima de atratividade (TMA) será

de 6% ao ano, valor que se encontra acima

da inflação;

6. A taxa de inflação será de 5,6% ao ano, va-

lor médio de 2008 a 2012 (GASPARIN,

2014).

7. O valor residual do sistema será nulo após

os 25 anos;

8. Crescimento anual de 14,856% para a TE

mais a TUSD.

3.3 Payback simples, Payback descontado e Método

do Valor Presente Líquido (VPL)

Implementando a análise do tempo de retorno sim-

ples do investimento, encontra-se um período de re-

torno de dezessete anos e três meses. Contudo, quan-

do se implementa a análise de retorno levando-se em

conta uma taxa mínima de atratividade de 6% ao ano

têm-se um período de retorno de vinte e quatro anos

e três meses. A Tabela 9 contém o VPL do projeto

para diferentes taxas mínimas de atratividade.

Tabela 9. VPL para diferentes taxas mínimas de atratividade

TMA Aplicada [%

a.a.] VPL

10% -R$460,840.73

9% -R$363,456.70

8% -R$244,135.33

7% -R$97,658.08

6% R$82,553.47

5% R$304,820.44

4% R$579,704.72

3% R$920,659.06

2% R$1,344,878.33

1% R$1,874,418.11

0% R$2,537,669.44

Conforme os valores de Payback calculados e mos-

trados na Tabela 9, os valores do VPL, para taxas

menores do que seis por cento ao ano, são todos posi-

tivos em vinte e cinco anos.

4 Conclusão

Através dos valores obtidos na análise econômica,

verifica-se que, para uma taxa mínima de atratividade

pouco maior do que os valores da inflação dos últi-

mos 5 anos, o projeto torna-se economicamente atra-

tivo. Contudo, sabe-se que, de uma forma geral, a

grande maioria dos investimentos feitos no Brasil

baseiam-se nos valores da caderneta de poupança,

que segundo Gasparin (2014) rendeu 6,3% pelas re-

gras antigas (alteradas em maio de 2012) e 5,8% pe-

las novas regras (para aplicações feitas a partir de

maio de 2012), valores que se encontram bastante

próximos aos da inflação, a qual fechou o ano de

2013 em 5,91% (GASPARIN, 2014).


2714

Portanto, mesmo que se utilizasse o valor da caderne-

ta de poupança com as regras antigas como taxa de

atratividade, o projeto ainda seria economicamente

atrativo, visto que o valor presente líquido do projeto

se torna nulo para uma taxa mínima de atratividade

de 6,4324% ao ano.

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