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Universidade Federal Do Rio Grande Do Norte

Centro De Tecnologia

Departamento De Engenharia Civil

Coordenação Do Curso De Engenharia Ambiental

ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DA

INSTALAÇÃO DE UMA USINA SOLAR

CONECTADA À REDE DE

DISTRIBUIÇÃO EM BENEFÍCIO DE

UNIDADES RESIDENCIAIS DE MESMA

TITULARIDADE

IVANCA DE MEDEIROS DANTAS

Natal, Julho

2018

i

Ivanca De Medeiros Dantas

ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DA

INSTALAÇÃO DE UMA USINA SOLAR

CONECTADA À REDE DE

DISTRIBUIÇÃO EM BENEFÍCIO DE

UNIDADES RESIDENCIAIS DE MESMA

TITULARIDADE

Trabalho de conclusão de curso

apresentado a Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte

dos requisitos para obtenção do

grau de bacharel em Engenharia

Ambiental.

Orientador: Prof. Dr. Luiz

Guilherme Meira De Souza

Natal, Julho

2018

ii

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Dantas, Ivanca de Medeiros.

Análise técnica e econômica da instalação de uma usina solar

conectada à rede de distribuição em benefício de unidades residenciais de mesma titularidade / Ivanca de Medeiros Dantas.

- 2018.

30 f.: il.

Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza.

1. Energia solar - Monografia. 2. Energia elétrica -

Monografia. 3. Rede de distribuição - Monografia. 4. Meio Ambiente - Monografia. I. Souza, Luiz Guilherme Meira de. II.

Título.

RN/UF/BCZM CDU 621.472

Elaborado por Ana Cristina Cavalcanti Tinôco - CRB-15/262

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Matriz energética Brasileira ........................................................................................ 7

Figura 2: Balanço da Radiação Solar ....................................................................................... 10

Figura 3: Radiação solar diária, média anual do Brasil. ........................................................... 11

Figura 4: Painel fotovoltaico da Canadian Solar ...................................................................... 13

Figura 5:Componentes de um sistema gerador de energia elétrica do tipo Grid tie. ................ 14

Figura 6: Roteiro metodológico ................................................................................................ 17

Figura 7: Vista aérea da unidade residencial 1 (sinalizada). .................................................... 18

Figura 8: Vista aérea da unidade residencial 2 (sinalizada). .................................................... 19

Figura 9: Vista aérea da unidade residencial 3. ........................................................................ 19

Figura 10: Vista aérea da unidade residencial 4. ...................................................................... 20

Figura 11: Simulação do projeto fotovoltaico .......................................................................... 25

iv

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 7

1.1 APRESENTAÇÃO ............................................................................................................... 7

1.2 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 9

1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................................. 9

1.2.2 Objetivo Especifico .......................................................................................................... 9

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 10

2.1 RADIAÇÃO ....................................................................................................................... 10

2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ............................................................................. 11

2.2.1 Tecnologia dos painéis fotovoltaicos ............................................................................ 12

2.2.2 Sistema fotovoltaico conectado à rede ......................................................................... 14

2.2.3 Autoconsumo remoto .................................................................................................... 15

2.2.4 Sombreamento ............................................................................................................... 15

3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 17

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 23

4.1 DIMENSIONAMENTO ..................................................................................................... 23

4.2 CALCULO DA ÁREA UTILIZADA PELOS MÓDULOS .............................................. 24

4.3 SIMULAÇÃO FEITA PELO PORTAL SOLAR .............................................................. 24

4.4 PERCENTUAL DE ENERGIA A SER DISTRIBUÍDA ENTRE AS UNIDADES ......... 25

4.5 ANALISE DE PROJETOS ................................................................................................ 26

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ......................................................................... 28

5.1 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 28

5.2 SUGESTÕES ..................................................................................................................... 28

v

ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DA INSTALAÇÃO DE UMA USINA

SOLAR CONECTADA À REDE DE DISTRIBUIÇÃO EM BENEFÍCIO DE

UNIDADES RESIDENCIAIS DE MESMA TITULARIDADE

RESUMO

Com o aumento desenfreado das necessidades energéticas e o uso continuo de fontes

convencionais para suprir a demanda de energia, o meio ambiente é submetido a pressões

consideráveis, contribuindo para as alterações climáticas e desequilíbrio dos ecossistemas.

Nesse contexto, a energia solar se configura como uma das fontes energéticas mais viável

ambientalmente. A participação da energia solar na matriz energética brasileira ainda é

pequena, mas tem aumentado consideravelmente nos últimos anos. O Brasil possui grande

potencial de geração de energia fotovoltaica e o estado do Rio Grande do Norte (RN) destaca-

se como uma das regiões com a maior incidência solar, garantindo a eficiência dos módulos

solares e aumentando o fornecimento de energia elétrica. Assim, o referido trabalho tem a

finalidade de fazer uma análise técnica e econômica da implementação de uma usina solar

fotovoltaica conectada à rede de distribuição como alternativa para redução de custos com o

suprimento de energia elétrica de unidades residenciais de mesma titularidade, apresentando

um estudo do dimensionamento, dos aspectos construtivos e da análise econômica. Para a

realização do projeto foi utilizados dados do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica

Sérgio de Salvo Brito (CRESESB), o SunData para calcular a irradiação solar, a Resolução

Normativa nº 482/2012 e o Microsoft Excel. Dimensionou-se um sistema de 7,4 kWp com

geração estimada de 950 kWh/mês. O valor do sistema foi orçamentado em R$ 32.000 com

retorno do investimento em aproximadamente quatro anos, confirmando a rentabilidade dessa

aplicação.

Palavras chaves: Energia solar. Energia elétrica. Rede de distribuição. Meio Ambiente.

vi

ANALYSIS OF THE TECHNICAL AND ECONOMIC FEASIBILITY OF THE

IMPLANTATION OF A GRID-CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM: A CASE

STUDY IN THE L´ACQUA CONDOMINIUM CLUB

ABSTRACT

With the unrestrained increase in energy needs and the continued use of conventional

sources to meet the energy demand, the environment is under considerable pressure, including

contributing to climate change and the imbalance of ecosystems. In this context, solar energy

is one of the most environmentally viable energy sources. The participation of solar energy in

the Brazilian energy matrix is still small, but has increased considerably in recent years. Brazil

has great potential for photovoltaic energy generation and the state of Rio Grande do Norte

(RN) stands out as one of the regions with the highest solar incidence in the country,

guaranteeing the efficiency of the solar modules and increasing the electricity supply. The

purpose of this article is to make a technical and economic analysis of the implementation of a

photovoltaic solar Grid-connected photovoltaic system as an alternative to reduce costs with

the electric power supply of residential units of the same ownership, presenting a study of the

dimensioning, constructive aspects and economic analysis. In order to carry out the project, it

was used dates from the Reference Center for Solar and Wind Energy Sérgio de Salvo Brito

(CRESESB), the SunData to calculate the solar radiation, the Normative Resolution nº

482/2012 and the Microsoft Excel. A 7.4 kWp system was designed with an estimated

generation of 950 kWh / month. The value of the system was budgeted at R $ 32,000 with return

on investment in approximately four years, confirming the profitability of this application.

Keywords: Solar energy. Electricity. Grid-connected. Environment.

7

1 INTRODUÇÃO

1.1 APRESENTAÇÃO

O suprimento de energia é essencial para a comodidade humana, sendo indispensável

para a satisfação das necessidades básicas, bem como para o transporte e para as comunicações.

No entanto, o aumento da população e a crescente busca pelas inovações tecnológicas,

acarretam um aumento progressivo da demanda energética.

Antes, os critérios de seleção para os sistemas energéticos eram função de dois

parâmetros fundamentais: disponibilidade técnica e viabilidade econômica. No entanto, o atual

cenário energético atenta à questão ambiental, uma vez que a longo prazo, as fontes não

renováveis podem se tornar prejudiciais à saúde humana e o equilíbrio da natureza. Com isso,

a geração de energia elétrica de forma mais sustentável se torna necessária e vem ganhando,

mesmo que de forma tímida, espaço na matriz energética mundial.

No Brasil, segundo o estudo realizado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE):

Anuário Estatístico de Energia Elétrica (2017), observa-se que a matriz elétrica é composta,

quase que em sua totalidade, por energia hidrelétrica, como mostrado na Figura 1, algo em torno

de 65,8%.

Figura 1: Matriz energética Brasileira

Fonte: Anuário Estatístico de Energia Elétrica (2017).

8

Para que haja uma maior segurança do suprimento de energia para o consumidor,

ratifica-se a necessidade de se diversificar essa matriz energética de modo que, em períodos de

estresses hídricos, não ocorra um colapso energético. Nesse panorama, é indispensável a

utilização de fontes alternativas de energia que possam complementar a geração por fontes

hídricas, sem poluir e ameaçar o meio socioambiental. Assim, destaca-se o potencial brasileiro

para a geração de energia solar, já que o País possui clima tropical e recebe luz solar na maior

parte do ano, principalmente na região Nordeste. De acordo com Sáles (2008), a energia do sol

é uma fonte abundante, permanente, renovável a cada dia, não polui nem prejudica o meio

ambiente, podendo ser aproveitada de forma térmica ou fotovoltaica.

Conforme a EPE (2014), quando se compara com outros países, o Brasil detém inúmeras

vantagens para garantir o pleno desenvolvimento da energia solar fotovoltaica. Além de contar

com o alto nível de insolação, o País possui grandes reservas de quartzo de boa qualidade, que

podem gerar importante vantagem competitiva para a produção de silício com alto grau de

pureza, utilizado na fabricação das células e módulos solares.

Com forte apelo ambiental e grande potencial de geração, este tipo de energia estava

restrito, até pouco tempo, ao uso como tecnologia espacial e de sistemas isolados, em que sua

viabilidade se justificava, principalmente, por ser a única saída para alguns problemas técnicos

(RUTHER, 2004).

Em termos gerais, os altos investimentos iniciais têm dificultado a aplicação imediata

de sistemas fotovoltaicos como fonte alternativa de energia. Entretanto, estes sistemas merecem

destaque por serem mais simples e econômicos que muitas outras tecnologias energéticas

renováveis. Por serem independentes e descentralizados esses sistemas permitem a sua

aplicabilidade até mesmo em áreas mais remotas. Seu elevado custo inicial é compensado pelo

baixo custo de operação e manutenção. Além disso, ressalta-se a valorização do imóvel que

além de produzir a sua própria energia, agrega valor com a responsabilidade sócio ambiental.

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), o Sistema de Compensação

de Energia Elétrica, criado pela Resolução Normativa nº 482/2012, permite que o consumidor

instale pequenos geradores, fomentando o uso de qualquer fonte renovável como por exemplo

os painéis solares fotovoltaicos e as microturbinas eólicas, em sua unidade consumidora e

troque energia com a distribuidora local com objetivo de reduzir o valor da sua fatura de energia

elétrica. Além disso, a resolução permite a compensação de energia em unidades consumidoras

de titularidade de uma mesma Pessoa Física em local diferente das unidades consumidoras,

dentro da mesma área de concessão, a ser consumida por um prazo de 60 meses.

http://www.aneel.gov.br/

9

Diante do que foi exposto, pretende-se demonstrar a viabilidade técnica e econômica da

implantação de um sistema fotovoltaico para atender à quatro unidades residenciais em nome

do mesmo titular, através da geração compartilhada regulamentada pela resolução normativa

da ANEEL 482/2012, localizada em cidades diferentes, mas dentro da área de atuação da

mesma concessionaria de energia elétrica, a Companhia Energética do Rio Grande do Norte

(COSERN). Na medida em que a energia consumida pelas unidades consumidoras de mesmo

titular é gerada em uma de suas unidades, ocorre uma considerável redução do consumo de

energia fornecida pela distribuidora, além de que provoca um maior aproveitamento de área

ociosa do telhado da residência.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Assim, a partir do contexto apresentado, esse trabalho norteia a viabilidade técnica e

econômica da implantação de um sistema de geração de energia elétrica através de painéis

fotovoltaicos instalados na cobertura de uma residência na cidade de Currais Novos (CN), para

beneficiar quatro residências, sendo duas na cidade de CN e duas na cidade de Natal.

1.2.2 Objetivo Especifico

Dimensionar uma usina fotovoltaica para atender a demanda requerida.

Mostrar a viabilidade técnica do sistema fotovoltaico em estudo.

Mostrar a viabilidade econômica do sistema fotovoltaico em estudo.

http://www.cosern.com.br/Pages/default.aspx

10

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 RADIAÇÃO

A radiação solar é a fonte primária que rege todos os fenômenos atmosféricos,

responsável pela manutenção da vida na Terra. Constitui-se numa inesgotável fonte energética,

podendo ser aplicada sob variadas formas: aquecimento de massas de ar e água, fonte de energia

para a biomassa, fotoeletricidade e fontes para ciclos termodinâmicos variados.

Segundo o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito

(CRESESB, 2018), o Sol fornece para a atmosfera terrestre, anualmente, 1,5 x 1018 kWh de

energia. Para o Grupo de Energia Escola Politécnica Universidade de São Paulo - GEPEA

(2018) essa energia é considerável quando comparada, por exemplo, com o total de energia

produzido em 1970 por todos os sistemas desenvolvidos pelo homem, que foi igual a 2 1020

Joules ou 0,004% da energia recebida do Sol. A Figura 2 mostra que mais da metade da radiação

emitida pelo sol é absorvida pela superfície.

Figura 2: Balanço da Radiação Solar

Fonte: TISST, 2018.

O Brasil possui um excelente índice de radiação solar, principalmente o nordeste

brasileiro. A região do semi-árido apresenta os melhores índices, conforme mostra a Figura 3 a

seguir. Isto deixa o local entre as regiões do mundo com os maiores potenciais de geração de

energia solar.

11

Figura 3: Radiação solar diária, média anual do Brasil.

Fonte: CRESESB. Adaptado do Atlas Solarimétrico do Brasil, 2000.

Com ênfase dada ao RN, mais precisamente a região do semi-árido de Currais Novos, a

área de estudo apresenta-se como uma das áreas de maior radiação solar global diária do Brasil,

com uma radiação em torno de 20 MJ/m². dia, como visto na Figura 3.

2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A energia solar fotovoltaica tem a capacidade de fornecer energia elétrica para qualquer

lugar da terra e do espaço. Entretanto, as zonas urbanas começaram a se destacar como um

amplo absorvedor desta tecnologia ecológica, uma vez que a conexão do sistema de energia

solar diretamente com a rede da concessionaria dispensa o uso de baterias e consequentemente

reduzem os custos da implementação do sistema.

A geração de energia elétrica convencional é centralizada e distante do ponto de

consumo, isso faz com que o sistema gere perdas na distribuição, aumentando os custos da

produção da energia e causando danos às concessionárias e ao meio ambiente. No entanto, a

geração distribuída oferece inúmeras vantagens ao setor elétrico, uma vez que a disposição da

unidade de geração é próxima da carga, além disso, permite uma maior diversificação das

tecnologias empregadas para a produção de energia (MARINOSKI, 2004 apud RODRIGUES,

2002)

12

Um sistema de energia solar fotovoltaico, também chamado de sistema de energia solar

ou, ainda, sistema fotovoltaico, é um sistema capaz de gerar energia elétrica através da radiação

solar. Existem dois tipos básicos de sistemas fotovoltaicos: Sistemas Isolados (Off-grid) e

Sistemas Conectados à Rede (Grid-tie). (NEOSOLAR, 2018)

Os sistemas isolados (off-grid) operam com baterias estacionarias, sendo recomendados

para locais onde não exista a possibilidade de conexão com a rede da concessionaria. Já os

sistemas conectados a rede (Grid-tie), trabalham diretamente injetando e recebendo energia na

rede de distribuição, logo este é o modelo mais atrativo uma vez que possui um menor custo de

instalação e manutenção.

Como o funcionamento das células fotovoltaicas depende diretamente da

disponibilidade da luz, quanto maiores os níveis de irradiação, maior também a quantidade de

energia gerada. A luz à qual as células respondem é a radiação eletromagnética produzida pelo

Sol que chega a Terra. Embora a densidade energética deste tipo de energia seja baixa em

relação aos combustíveis fósseis, a disponibilidade é muito maior, já que a radiação que atinge

o globo terrestre em 12 minutos seria suficiente para abastecer todo o planeta por um ano

(RÜTHER, 2004).

2.2.1 Tecnologia dos painéis fotovoltaicos

Os painéis fotovoltaicos são componentes do sistema fotovoltaico responsáveis por

captar a energia solar transformando-a em eletricidade. De Carli (2016) define que esse tipo de

geração de energia utiliza elementos semicondutores fotossensíveis que convertem a radiação

solar em uma diferença de potencial nos terminais de suas junções. Através de ligações elétricas

nesses terminais, ocorre a circulação de elétrons em corrente contínua.

Os semicondutores mais apropriados à conversão da luz solar são os mais sensíveis, ou

melhor, aqueles que geram o maior produto corrente-voltagem para a luz visível, já que a maior

parcela da energia fornecida pelos raios solares está dentro da faixa visível do espectro

(GEPEA, 2018)

Segundo Marinoski (2004), no mercado têm várias tecnologias fotovoltaicas,

fundamentadas em diferentes elementos. Nas aplicações terrestres destacam-se as células

solares de silício cristalino (c-Si), o silício amorfo hidrogenado (a-Si:H ou a-Si), o telureto de

cádmio (CdTe) e outros compostos relacionados ao dissulfeto de cobre e índio. No entanto,

neste último grupo aparecem elementos altamente tóxicos e raros.

13

A evolução adquirida nas eficiências dos diversos tipos de células atualmente utilizadas,

evidenciam a confiança de que as eficiências dos módulos fotovoltaicos alcançarão valores cada

vez maiores nos próximos anos.

Conforme o GEPEA (2018), seguindo o comportamento do mercado sob o ponto de

vista tecnológico, compreende-se que existe uma disposição da produção mundial de painéis

fotovoltaicos serem dominados pelas tecnologias de silício cristalino e silício amorfo. Observa-

se ainda que tecnologia de filmes finos está sendo cada vez mais empregada, certamente por

apresentar uma grande diversidade de modelos e também por baratear o custo de produção.

Atualmente, estão disponíveis no mercado módulos flexíveis, mais leves e mais resistentes,

semitransparentes, e até mesmo com superfícies curvas, que podem suprir a necessidade de

elementos de revestimento na edificação.

A Canadian Solar é uma das maiores fabricantes mundiais de painéis solares

fotovoltaicos. Reconhecidos em todo mundo por fabricarem placas solares confiáveis, muito

eficientes e de alta qualidade, além de seus módulos terem alto rendimento (PORTAL SOLAR,

2018).

Em conformidade com a NeoSolar (2018), o Painel Solar Fotovoltaico de 330Wp da

Canadian, mostrado na Figura 4, possui dimensões de 1960 mm de largura por 992 mm de

comprimento e 40 mm de altura, tem excelente desempenho, resistente a névoa, sal, amônia e

areia, excelente desempenho mesmo com baixa irradiação solar, além de serem anti-reflexo.

Figura 4: Painel fotovoltaico da Canadian Solar

Fonte: NeoSolar 2018.

14

Com esse elevado padrão de qualidade, este painel conta com certificação INMETRO

nota “A” e 10 anos de garantia contra defeitos de fabricação e garantia de 25 anos para perda

de eficiência maior que 20%. A estrutura é reforçada para suportar pressão causada por vento

de até 2400Pa. É ideal para uso em sistemas conectados à rede (Grid-tie) ou Off-grid (sistemas

fotovoltaicos isolados com baterias) compreendendo também aplicações maiores como usinas

solares e consumos comerciais.

2.2.2 Sistema fotovoltaico conectado à rede

A resolução normativa da ANEEL 482/2012, estabelece as condições para o acesso de

microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica,

permitindo que em momentos que o sistema gera mais energia do que está sendo consumida, o

excesso é enviado para a rede pública, e quando o consumo for maior do que a geração, a

energia é fornecida pela concessionária.

Nos sistemas interligados à rede elétrica de distribuição, os geradores (módulos

fotovoltaicos) podem ser dimensionados para atender parte ou toda demanda da edificação.

Essa produção de energia elétrica ocorre em CC e a utilização de eletricidade é feita em CA.

Assim, é necessário um inversor que irá transformar cc em ca (LISITA JÚNIOR, 2005)

A configuração básica de um sistema fotovoltaico conectado à rede deverá ter um

inversor que serve de elemento de interface entre o painel e a rede, de modo a converter a

corrente continua gerada pelos painéis em corrente alternada utilizada pela concessionaria. A

Figura 5 esquematiza o sistema Grid-tie.

Figura 5:Componentes de um sistema gerador de energia elétrica do tipo Grid tie.

Fonte: Nativas,2017.

15

Além disso, se faz necessário um medidor bidirecional para quantificar a energia

consumida e fornecida para a concessionaria, trabalhando com a diferença líquida. Caso o

consumidor gere mais energia do que consumiu, esta é armazenada em forma de créditos de

energia, que poderão ser utilizados em até 60 meses, conforme a ANEEL 482/2012, nos meses

que for consumida mais energia do que gerada.

2.2.3 Autoconsumo remoto

De acordo com Lima (2018), a energia elétrica e consequentemente os créditos podem

ser gerados em um local, como por exemplo uma casa de praia, e a compensação do excedente

gerado pode ocorrer em outro. Para isso, ambos os locais devem ser atendidos pela mesma

distribuidora de energia e estar em nome do mesmo titular.

Com isso, os créditos de energia gerados deverão ser abatidos do consumo das unidades

consumidoras cadastradas na distribuidora, desde que os seguintes requisitos para a

caracterização do autoconsumo remoto sejam compridos, conforme a Resolução Normativa nº

482:

No autoconsumo remoto a energia excedente é a diferença positiva entre a energia injetada

e consumida;

O titular da unidade consumidora com micro ou minigeração distribuída deve informar à

concessionária o percentual da energia excedente a ser alocada entre as demais unidades

consumidoras;

O valor a ser faturado é a diferença entre a energia consumida e o excedente de energia

alocado no mês para a unidade consumidora, considerando-se também eventuais créditos

de meses anteriores,

Caso o valor a ser pago seja inferior a taxa mínima, referente ao Custo de Disponibilidade,

será cobrada essa taxa e os créditos gerados poderão ser utilizados por até 60 meses após a

data do faturamento.

2.2.4 Sombreamento

A escolha cuidadosa do local onde o sistema será instalado é fundamental, deve-se

analisar o entorno e se certificar-se de que prédios, postes, árvores e outros obstáculos não

atrapalhem a passagem de luz. Segundo Santos e Melo (2015), quando uma ou mais dessas

células recebe menos radiação solar do que as outras da mesma associação, a corrente de todo

16

o conjunto em série será limitada. Esta redução de radiação incidente pode ocorrer por um

sombreamento parcial do módulo, depósito de sujeira sobre o vidro, ou algo que tenha caído

sobre ele. O efeito de redução de corrente no conjunto de células acaba sendo propagado para

todos os módulos conectados em série.

De acordo com Santos e Melo (2015), além da perda de potência do gerador

fotovoltaico, há o risco de danos ao módulo parcialmente sombreado, uma vez que a potência

elétrica gerada que não está sendo entregue ao consumo é dissipada no módulo afetado, por

vezes apenas sobre uma de suas células. Nesse caso pode ocorrer o fenômeno conhecido como

ponto quente, no qual produz intenso calor sobre a célula afetada, podendo causar ruptura do

vidro e fusão de polímeros e metais.

Para atenuar o problema dos efeitos causados pelo sombreamento, é utilizado o Diodo

de Bypass, que visa desviar a corrente da célula com problema, ligados em paralelo com grupos

de células, assim, é possível que mesmo com o sombreamento de uma das células as outras

continuem produzindo corrente.

17

3 METODOLOGIA

A residência onde será instalado os painéis fotovoltaicos fica localizado na cidade de

Currais Novos (CN), no estado do Rio Grande do Norte (RN), possuindo uma área total de

cobertura de 80 m². No qual, devido a sua localização, recebe uma alta incidência de irradiação

solar. O procedimento utilizado para a efetivação desse trabalho foi desencadeado conforme

simplificado no fluxograma representado na Figura 6.

Figura 6: Roteiro metodológico

A princípio foi realizada uma revisão bibliográfica sobre energia solar fotovoltaica, para

que fosse apresentada propostas de solução, devidamente fundamentadas em conhecimentos

técnicos e científicos, para a redução dos gastos com energia elétrica nas unidades

consumidoras em estudo. Com base nisso, foram selecionadas metodologias de

dimensionamento para um sistema fotovoltaico conectado à rede, uma pesquisa comercial para

fazer o orçamento da implantação da usina e a forma que seria conduzida a análise de

viabilidade econômica.

A segunda fase é fazer a comparação da média mensal dos gastos de janeiro de 2017 até

janeiro de 2018, de toda

Revisão bibliográfica

Aquisição das contas de energia das residências

Dimensionamento

Análise da área disponível

Análise do sombreamento

Estudo de viabilidade econômica

Elaboração do relatório

18

s as residências do titular, com os custos para a implantação das placas, para suportar

100% do consumo de energia das 4 unidades consumidoras. O Quadro 1 a seguir mostra as

unidades residenciais que receberão os benefícios da implantação do sistema fotovoltaico a ser

instalado, bem como a sua descrição, localização e consumo médio de kWh.

Quadro 1- Unidades residenciais em nome do mesmo titular.

Descrição Cidade Consumo Médio

Unidade residencial 1 Condomínio Park Brejuí. Currais Novos 250 (kWh)

Unidade residencial 2 Casa Currais Novos 150 (kWh)

Unidade residencial 3 Lacqua condominium club Natal 150 (kWh)

Unidade residencial 4 Condomínio Dorian Gray Natal 400 (kWh)

TOTAL 950 (kWh)

A terceiro passo constitui-se na visita em campo para analisar a área de implantação dos

painéis fotovoltaicos e a análise do sombreamento no local. A instalação dos painéis

fotovoltaicos será realizada na unidade residencial 1 localizada no condomínio Park Brejuí em

Currais Novos, uma vez que apresenta uma ampla área, com um potencial favorável para a

geração de muita energia solar, sem apresentar obstáculos que possam fazer sombreamento nos

módulos. A Figura 7 mostra a vista aérea do condomínio onde será instalado o sistema.

Figura 7: Vista aérea da unidade residencial 1 (sinalizada).

Fonte: Google maps [2018?]

19

A unidade 2 localizada no centro da cidade de Currais Novos, conforme a Figura 8, tem

um consumo médio de 150 kWh por mês.

Figura 8: Vista aérea da unidade residencial 2 (sinalizada).


A unidade residencial 3 é um apartamento do Lacqua condominium club, mostrado na

Figura 9, localizado na cidade de Natal com um consumo médio de energia elétrica é de 150

kWh por mês.

Figura 9: Vista aérea da unidade residencial 3.


20

A unidade residencial 4 é um apartamento do condomínio Dorian Gray, conforme

mostra a vista aérea na Figura 10, na cidade de Natal com consumo médio mensal de 400 kWh.

Figura 10: Vista aérea da unidade residencial 4.


De acordo com Lisita Junior (2005 Apud ALMONACID 2004), uma das formas de

definir o dimensionamento da potência nominal (em kWp) de um sistema fotovoltaico é buscar

a equivalência do sistema fotovoltaico com o consumo da instalação, buscando dessa forma a

autossuficiência liquida.

Assim, para iniciar um dimensionamento do sistema fotovoltaico é preciso saber o

quanto será consumido. O consumo médio mensal de energia elétrica nas unidades

consumidoras foi determinado a partir do somatório das quatro contas de energia das unidades

habitacionais do período de janeiro de 2017 até dezembro de 2017.

Para que a energia gerada pelo painel fotovoltaico possa ser calculada é necessário

realizar uma estimativa do potencial energético solar incidente sobre ele, com o auxílio do

número de horas de Sol Pleno (HSP) é possível representar o valor acumulado de energia solar

ao longo de um dia.

A latitude e a longitude aproximada do local são obtidas no programa Google Earth e

com isso procura-se valores próximos dos obtidos no sistema de dados SunData

(www.cresesb.cepel.br) e encontra-se as radiações solares diárias médias no local onde haverá

a implantação dos módulos fotovoltaicos.

21

Para Almeida (2012), um sistema fotovoltaico com ótimo desempenho oferece uma

Taxa de Desempenho (TD) de 75%, sendo 25% a perda total de energia. Assim, afim de ter

uma boa aproximação de dados em concordância com a literatura, adotou-se o valor de 75%

para a TD. Foi utilizado a Equação 1 a seguir para calcular a potência nominal total da instalação

fotovoltaica (P), onde o consumo diário médio de todas as unidades consumidoras é

representado por CD e o HSP é o número de horas de Sol Pleno.

P =𝐶𝐷

TD HSP (1)

Dessa forma, escolhendo-se os painéis fotovoltaicos (Pp) e de posse da potência nominal

do sistema é possível calcular o número de módulos (N) necessários para atender a demanda

solicitada através da equação 2.

𝑁 =𝑃

𝑃𝑝 (2)

Com o intuito de maximizar captação de radiação solar pelos módulos fotovoltaicos, é

preciso averiguar a orientação dos mesmos. Segundo Villalva (2015), a melhor maneira para

instalar um módulo fotovoltaico é orienta-lo com a face voltada para o norte. Outra observação

importante é a inclinação dos módulos fotovoltaicos, conforme o CRESESB (2014), para obter

a geração máxima de energia durante o ano, o ângulo de inclinação deve ser igual à latitude do

local onde o sistema será instalado.

A área para instalação de painéis fotovoltaicos depende do tamanho e características do

sistema, bem como da forma como eles deverão ser montados nos arranjos. Um sistema de 1

kWp ocupa uma área de aproximadamente 7 m² de painéis. No entanto, se estiverem inclinados

sobre uma superfície plana como uma laje, um painel pode fazer sombra sobre o outro e eles

deverão ficar afastados, exigindo uma área até duas vezes maior do que previsto (NORTHSOL,

2018).

A escolha do inversor deve ser realizada em conformidade com as especificações do

sistema fotovoltaico ao qual estará conectado. De acordo Da Costa (2010), ele deve ser

dimensionado para trabalhar na faixa de potência de 0,75 a 1,2 da potência nominal do gerador

fotovoltaico. Neste projeto, optou-se por usar o inversor trifásico FRONIUS SYMO 7.0-3-M,

com Monitoramento Wi-Fi, possuindo um rendimento elevado e com potência nominal de 7

kW, suficiente para suprir a demanda.

O painel solar fotovoltaico Canadian Solar, modelo CSI CS6U-330P, possui estrutura

reforçada feita em alumínio anodizado com barra estabilizadora adicional. Pesa 22,2Kg e tem

dimensões de 1660 x 992 x 40 (mm). Este módulo fotovoltaico apresenta eficiência de 16,97%.

22

As células fotovoltaicas de silício policristalino são protegidas por uma resistente camada de

vidro temperado de alta transmissibilidade, a moldura em alumínio já vem com as furações para

fixação. Em condição padrão de teste STC/CPT: Irradiação de 1.000 W/m², Espectro de Massa

de Ar 1.5 e Temperatura de Célula de 25°C, este módulo solar fotovoltaico produz 330W, 8,88A

e 37,2V em corrente contínua.

Com o intuito de comparar o que foi calculado e o que foi pesquisado, foi realizado um

orçamento pelo site Portal Solar, com base na média de consumo elétrico mensal das unidades,

o simulador Portal Solar também mostra valores simulados para preço médio de um gerador

fotovoltaico deste porte, quantidade de placas fotovoltaicas de acordo com a potência do

módulo, produção anual de energia, área mínima ocupada pelo sistema, peso médio por metro

quadrado e geração mensal de energia.

A quarta etapa constitui-se do estudo da viabilidade econômica, utilizando uma análise

de projetos simples, para que seja definido o tempo de retorno do investimento realizado. A

análise de viabilidade econômica do projeto é determinada através do somatório de todos os

custos relativos à implantação do sistema fotovoltaico sugerido. Dessa forma, é preciso realizar

uma pesquisa para a obtenção de valores atuais de painéis fotovoltaicos e inversores, bem como

o valor dos equipamentos de proteção, do projeto elétrico, da interligação com a rede elétrica

da concessionaria, do custo da instalação e o custo da Anotação de Responsabilidade Técnica

(ART) do CREA.

Para a análise econômica, um indicador econômico simples é o payback. Ele é usado

para averiguar a atratividade de um investimento, já que este determina o prazo de recuperação

do investimento. Na equação 3, tem-se que o valor do investimento inicial (Vi), dividido pelo

produto entre a tarifa média (T) (já com os tributos, PIS/COFINS inclusos) e a energia gerada

anualmente (Eg), resulta no tempo do retorno financeiro em anos.

𝑃𝑎𝑦𝑏𝑎𝑐𝑘 =Vi

T Eg (3)

Por fim, deve-se redigir um relatório para que seja apresentado ao titular das residências

para uma possível aceitação de serviço.

23

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com a análise dos gastos referentes ao suprimento de energia elétrica nas unidades

residenciais em um ano, observa-se que o titular das unidades habitacionais consome em média

950 kWh por mês, o Quadro 2 mostra os custos mensais das residências do titular. Assim,

estima-se que o consumo médio está em torno de 950 kWh/mês, o que é equivalente à 18,33

kWh/dia.

Quadro 2- Custos mensais das residências que receberá benesses.

Consumo (kWh) Tarifa (R$) Despesas (R$)

Unidade residencial 1 250 0,62337611 155,84




TOTAL 678,17

Dessa forma, o suprimento de energia elétrica nessas unidades gera uma dívida com a

concessionária em torno de 678,17 R$ por mês. Com a implantação do sistema fotovoltaico,

essa despesa poderá ser reduzida ao custo de disponibilidade de quatro unidades consumidoras

trifásicas, apresentando taxa mínima de 276,34 R$ por mês, conforme mostra o Quadro 3.

Quadro 3- Taxa mínima a ser paga referente ao Custo de disponibilidade de energia das residências.

Consumo (kWh) Tarifa (R$) Despesas (R$)





TOTAL 276,341

4.1 DIMENSIONAMENTO

O consumo médio mensal de energia elétrica nas unidades consumidoras foi

determinado a partir do somatório das quatro contas de energia das unidades habitacionais do

período de janeiro de 2017 até dezembro de 2017. Assim, estima-se que o consumo médio está

em torno de 950 kWh/mês, o que é equivalente à 18,33 kWh/dia.

24

Para o local escolhido, Currais Novos, foi encontrada uma latitude de 6,301° Sul e a

longitude de 36,549° Oeste obtendo 5,7 kWh/m².dia de radiações solares diárias médias.

Atendendo ao consumo diário médio (CD) de todas as unidades consumidoras de 31,67

kWh/dia, a Eq. (1) apresenta que a potência nominal total da instalação fotovoltaica (P) será de

7,4 kWp.

P =𝐶𝐷

TD HSP=

31,67

0,75 5,7= 7,4 𝑘𝑊𝑝 (1)

Assim, ao dividir o consumo nominal total da instalação fotovoltaica de 31,67 kWh/dia

pela média da Irradiação solar diária média mensal de 5,7 kWh/m2.dia e considerando o

desempenho de 75% do modulo fotovoltaico, tem-se 7,4 kWh/pico.

Dessa forma, escolhendo-se os painéis (Pp) de 330 Wp e de posse da potência nominal

do sistema fotovoltaico é possível calcular o número de módulos (N) necessários para atender

a demanda solicitada através da equação 2.

𝑁 =𝑃

𝑃𝑝=

7400

330= 22,4 (2)

Assim, serão necessários 23 módulos fotovoltaicos.

Quanto a inclinação dos módulos fotovoltaicos para obter a geração máxima de energia

durante o ano, o ângulo de inclinação deve ser igual à latitude do local onde o sistema será

instalado, aproximadamente 6°.

4.2 CALCULO DA ÁREA UTILIZADA PELOS MÓDULOS

Com base nos cálculos da área, foram realizadas medições a fim de saber a área

disponível na cobertura da unidade habitacional escolhida, totalizando 80 m² de área potencial

para a implantação de painéis fotovoltaicos. Como a literatura diz que um sistema de 1 kWp

ocupa uma área de aproximadamente 7 m² de painéis, e temos 7,4 kWp, necessitamos de 52 m²,

assim a área disponível atende a área solicitada.

4.3 SIMULAÇÃO FEITA PELO PORTAL SOLAR

Afim de comparar o que foi calculado e o orçamento realizado pelo site Portal Solar,

com base na média de consumo elétrico mensal das unidades, a Figura 11 mostra a simulação

da potência necessária para suprir tal demanda energética.

25

Figura 11: Simulação do projeto fotovoltaico

Fonte: Portal Solar [2018?]

Por fim, é possível averiguar que há similaridade no que foi calculado nesse trabalho,

conforme a literatura, e o que foi orçado pela empresa Portal Solar.

4.4 PERCENTUAL DE ENERGIA A SER DISTRIBUÍDA ENTRE AS UNIDADES

Afim de cumprir um dos pré-requisitos para a implantação de um sistema de

autoconsumo remoto, o titular da unidade consumidora com micro ou minigeração distribuída

deve informar à distribuidora o percentual da energia excedente a ser alocada entre as demais

26

unidades consumidoras. Assim, o Quadro 4 apresenta o percentil para cada unidade

consumidora.

Quadro 4- Percentual de energia gerada que serão destinadas as residências.

Consumo Médio (kWh) Percentual de energia

Unidade residencial 1 250 26%




FONTE: Autores.

Com isso, observa-se que a unidade residencial 4, Dorian Gray, é a unidade que detém

o maior consumo de energia elétrica e assim, receberá uma maior porcentagem da energia

gerada, seguido da unidade residencial 1, Condomínio Park Brejuí, com 26%.

4.5 ANALISE DE PROJETOS

Segundo uma pesquisa comercial realizada, os custos referentes a implantação do

sistema fotovoltaico são apresentados no Quadro 5.

Quadro 5- Orçamento conforme pesquisa comercial realizada no mercado solar.

EQUIPAMENTOS E SERVIÇOS Quantidade CUSTOS (R$)

INVERSOR (FRONIUS SYMO 7.0-3-M) 1 9900

MÓDULOS (CANADIAN 330Wp) 23 16000

PROJETO ELÉTRICO, ENCARGOS DA

EMPRESA DE INTALAÇÃO E

INSTALAÇÃO DOS PAINEIS

- 4100

EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO,

CABOS E CONECTORES - 2000

VALOR INICIAL DO INVESTIMENTO - 32.000

* VALOR DO PAINEL UTILIZADO: 699 REAIS

O valor do painel utilizado nos cálculos foi de 699 reais e o valor do inversor foi de

9900 reais. Os painéis solares, descritos acima, serão instalados na cobertura da edificação,

onde já existe uma laje. Verifica-se que o investimento (Vi) em equipamentos e serviços para

27

instalação do sistema e geração de energia através de painéis fotovoltaicos, conforme pode ser

visualizado no Quadro 5, é de R$ 32000.

Portanto, conforme apresentado no Quadro 2, é possível analisar as tarifas de cada

residência e com isso calcular a tarifa média. Assim, a tarifa média (T) é de R$/kWh

0,691696478. Com isso e a energia gerada anualmente, tem-se, conforme a equação 3, um

payback de aproximadamente 4 anos.

𝑃𝑎𝑦𝑏𝑎𝑐𝑘 =Vi

T Eg=

32000

0,691696478 (31,67x365)= 4 𝑎𝑛𝑜𝑠. (3)

Isso significa dizer que em 4 anos ocorrerá o retorno do investimento inicial

(considerando que não haverá aumento da tarifa de energia elétrica nesses 4 anos). A partir de

então a energia que continuará sendo gerada, em pelo menos mais 20 anos, será o lucro do

investimento.

28

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

5.1 CONCLUSÕES

Ultimamente existem diversas marcas e modelos de painéis solares cada vez mais

potentes disponíveis no mercado, proporcionando versatilidade na sua instalação em variadas

formas. Não obstante, o aspecto construtivo da edificação detém ainda grande influência no

projeto do sistema fotovoltaico.

Salienta-se que a área útil para a implantação dos módulos fotovoltaicos deve ser

minuciosamente analisada, uma vez que é importante evadir a aplicação dos painéis em regiões

sombreadas, visto que isto reduz o potencial de aproveitamento de energia solar, reduzindo a

eficiência do sistema de geração.

A eficiência do painel fotovoltaico é um importante fator de escolha, no entanto, outros

aspectos também devem ser analisados, tais como, a integração com a edificação, a resistência

a altas temperaturas, custo dos painéis, desgaste e outras implicações técnicas.

O estudo mostrou a viabilidade técnica e econômica da implantação de uma usina solar

fotovoltaica como alternativa para redução de custos com o suprimento de energia elétrica em

residências, de mesmo titular, em lugares distintos do local de geração caracterizado como o

autoconsumo remoto.

Os resultados da análise do payback apontaram que o projeto em questão é viável e que

o prazo de recuperação do investimento é de 4 anos. Por fim, ratifica-se que além de diminuir

custos com o fornecimento de energia elétrica nas quatro unidades consumidoras, a energia

fotovoltaica é a forma de produzir energia elétrica com menor impacto ambiental.

Além disso, ao produzir sua própria energia não haverá interferências com os reajustes

tarifários e das bandeiras utilizadas para a formação da tarifa, com a autoprodução elétrica evita-

se investimentos em novas usinas hidrelétricas e reduz o uso de termelétricas, que são mais

caras e poluem o planeta.

5.2 SUGESTÕES

Fazer um estudo financeiro da aplicação de uma micro geração eólica e/ou micro

geração solar para um mesmo empreendimento para poder compara-las.

29

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALMEIDA, M. P - Qualificação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede - Tese de

Doutorado, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.

ANEEL – Agencia Nacional de energia elétrica - Disponível em: <

http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=8955&id_area

=90 > Acesso em 10 de Mar 2018.

CRESESB - CENTRO DE REFERÊNCIA PARA ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO

DE SALVO BRITO. Disponível em <

http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Atlas_Solarimetrico_do_Brasil_2000.pdf>

Acesso em: 21 Abr 2018.

DE CARLI, Roberto Luiz - Análise de viabilidade econômica para a implantação de um

sistema fotovoltaico em uma célula urbana rural – cascavel UNIOESTE 2016.

EPE – Empresa de pesquisa energética - Inserção da Geração Fotovoltaica Distribuída no Brasil

– Condicionantes e Impactos – 2014.

EPE – Empresa de pesquisa energética - – Anuário Estatístico de Energia Elétrica - 2017.

GEPEA, Grupo de Energia Escola Politécnica Universidade de São Paulo. Energia Solar

Fotovoltaica. Fundamentos, Conversão e Viabilidade técnico-econômica. Disponível em <

https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/56337/mod_resource/content/2/Apostila_solar.pdf >

Acesso em 10 de Abr 2018.

LIMA, Danilo de Brito. - Cooperativas de energia: guia de constituição de cooperativas de

geração distribuída fotovoltaica - Brasília, DF, 2018.

LISITA JÚNIOR, Orlando - Sistemas fotovoltaicos conectados à rede: Estudo de caso de 3

kWp instalados no estacionamento do IEE – USP, São Paulo, 2005.

http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=8955&id_area=90

http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm?Identidade=8955&id_area=90

http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Atlas_Solarimetrico_do_Brasil_2000.pdf

https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/56337/mod_resource/content/2/Apostila_solar.pdf

30

MARINOSKI, Daivis Luis - Pré-dimensionamento de sistema solar fotovoltaico: estudo de

caso do edifício sede do CREA-SC - i conferência latino-americana de construção sustentável

x encontro nacional de tecnologia do ambiente construído -2004

NATIVAS - Disponível em < http://navitas.eng.br/blog/2017/01/26/energia-solar-fotovoltaica-

introducao/> Acesso em 25 de Abr 2018.

NEOSOLAR - ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA - - Disponível em

https://www.neosolar.com.br/> Acesso em 18 Mai 2018.

NORTHSOL - Disponível em < http://northsol.com.br/site/perguntas-frequentes/> Acesso em

17 de Mai de 2018.

PORTAL SOLAR ENERGIA SOLAR RESIDENCIAL. - Disponível em:

<https://www.portalsolar.com.br/fornecedores/empresas-de-energia-solar>. Acesso em 01 mai

2018.

RUTHER, Ricardo - Edifícios Solares Fotovoltaicos: Potencial da Geração Solar

Fotovoltaica Interligadas a Rede Elétrica do Brasil. Florianópolis: LABSOLAR, 2004.

SÁLES, Isolda Cíntia Ferreira de. Analysis of replacement of the shower electric for solar

heating : a contribution to the energy industry in the conservation of energy -.Dissertação

(Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2008.

SANTOS, F. M. e MELO, F. D. S. de - Introdução Aos Conceitos E Estudo De Viabilidade

Técnico-Econômica Para Implantação De Uma Central De Geração De Energia, Eólico-

Solar, A Ser Introduzida Na Rede Básica – PUC RJ, 2015.

TISST – Energia solar térmica - Disponível em <https://www.tisst.net/documentos/sistemas-

solares-termicos/> Acesso em 1 Jun 2018.

VILLALVA, M. G., 2015. Energia Solar Fotovoltaica Conceitos e Aplicações. 2 ed. São

Paulo: Saraiva.

http://navitas.eng.br/blog/2017/01/26/energia-solar-fotovoltaica-introducao/

http://navitas.eng.br/blog/2017/01/26/energia-solar-fotovoltaica-introducao/

https://www.neosolar.com.br/

https://www.tisst.net/documentos/sistemas-solares-termicos/

https://www.tisst.net/documentos/sistemas-solares-termicos/

anÁlise tÉcnica e econÔmica da instalaÇÃo de uma … · mesmo que de forma tímida, espaço na...

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