Download - Energia Solar Fotovoltaica On-Grid
CEDTEC – CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TÉCNICO
ANDRÊHAS RASSELE
CHARLES MARQUES DA SILVA
GABRIEL QUEIROZ
IVAN MENEGUEDE FELLER
LUCAS SOUZA SANTOS
PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO
SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL
SERRA 2015
ANDRÊHAS RASSELE CHARLES MARQUES DA SILVA
GABRIEL QUEIROZ IVAN MENEGUEDE FELLER
LUCAS SOUZA SANTOS PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO
SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao CEDTEC-Centro de Desenvolvimento Técnico, sob orientação da professora Natália Maechezi, (TCC , do curso técnico em Eletrotécnica) como requisito para a obtenção do título de técnico em eletrotécnica.
SERRA 2015
ANDRÊHAS RASSELE CHARLES MARQUES DA SILVA
GABRIEL QUEIROZ IVAN MENEGUEDE FELLER
LUCAS SOUZA SANTOS PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO
SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao CEDTEC-Centro de Desenvolvimento Técnico, sob orientação da professora Natália Maechezi, (TCC , do curso técnico em Eletrotécnica) como requisito para a obtenção do título de técnico em eletrotécnica.
BANCA EXAMINADORA ________________________________________________ PROFESSOR(A) ________________________________________________ PROFESSOR(A)
________________________________________________ PROFESSOR(A)
SERRA 2015
AGRADECIMENTOS
Agradecemos, a Deus, a professora especialista orientadora Natália Maechezi e a
todos aqueles que contribuíram para a realização deste trabalho de conclusão de
curso.
Dedicatória
Este trabalho dedicamos, a nossos
familiares, colegas de curso e aos
professores.
“O que é escrito sem esforço em geral é lido sem prazer”
Samuel Johnson
RESUMO Nesse trabalho de conclusão de curso será abordada a tecnologia de micro geração
de energia solar fotovoltaica residencial, pois, nos dias atuais há demanda crescente
da utilização de uma energia limpa e renovável.Essa tecnologia baseia-se na
conversão da luz do sol em energia elétrica através de painéis solares, módulo,
inversor, medidor bidirecional e sincronizador. Assim, além de beneficiar o meio
ambiente, por não causar qualquer tipo de poluição ou emitir gases do efeito estufa,
ainda há um retorno de investimento, valorização imobiliária, rápida instalação,
durabilidade, resistência, é adaptável, otimozação de espaço e tranquilidade, pois os
equipamentos são silenciosos. Com base em todas estas vantagens tanto
residências quanto pequenos e médios centros empresariais podem usufruir dos
benefícios econômicos que o mesmo proporciona.
8
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ..................................................................................... 12
1 PROBLEMA DE PESQUISA E HIPÓTESE .................................... 13
2 JUSTIFICATIVA ................................................................................ 14
3 OBJETIVOS ...................................................................................... 15
3.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................... 15
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................... 15
4 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................ 16
5 CRONOGRAMA ................................................................................ 24
6 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS E SUA TECNOLOGIA ..................... 25
6.1 COMPONENTES DO SISTEMA FV ON-GRID ............................... 28
7 PROJETO DO SISTEMA FV ............................................................. 33
7.1 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FV ........................................ 33
7.2 CÁLCULO DE MÓDULOS E INVERSOR ....................................... 38
7.3 VALOR TOTAL DO PROJETO ....................................................... 41
8 SISTEMA CONECTADO À REDE (ON- GRID) ................................ 42
8.1 SISTEMA DE COMPENSAÇÃO ..................................................... 43
8.2 MODELO DO SISTEMA DE COMPENSAÇÃO .............................. 45
9
9 INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FV E A DE SEGURANÇA ............... 47
9.1 - RECOMENDAÇÕES GERAIS SOBRE SEGURANÇA ................ 48
9.2 - SEGURANÇA E MANUSEIO EM INSTALAÇÕES FV ................ 50
9.2.1 - ORIENTAÇÃO E INCLINAÇÃO DO GERADOR FV................... 51
9.2.2 - MONTAGEM DO SUPORTE DOS MÓDULOS FV .................. 53
9.3 - INSTALAÇÃO DA PARTE DE POTÊNCIA ............................... 54
9.3.1 - INSTALAÇÃO DOS COMPONENTES DE PROTEÇÃO ......... 55
9.4 – ATERRAMENTO ........................................................................ 57
9.5 - INSTALAÇÃO DE CABOS, CONEXÕES E ACESSÓRIOS ....... 58
9.6 - COMISSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ......... 59 10 MANUTENÇÃO DE SISTEMAS FV ON-GRID .............................. 60
10.1 PROBLEMAS COMUNS NO SISTEMA FV .................................. 60
10.2 MANUTENÇÃO DE CENTRAIS FOTOVOLTAICAS .................... 63
10.2.1 MANUTENÇÃO DO SISTEMA FV ............................................. 63
10.3 VIGILÂNCIA .................................................................................. 64
10.4 AVALIAÇÃO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................ 64
10
LISTAS
EQUÇÃO 1 - POTÊNCIA DO MÓDULOS FV ....................................... 33
EQUÇÃO 2 - ENERGIA CONSUMIDA REAL ....................................... 34
EQUÇÃO 3 - POTÊNCIA DE SOL PLENO DE HORAS POR DIA ....... 37
EQUÇÃO 4 - POTÊNCIA MÉDIA GERADA POR DIA .......................... 38
EQUÇÃO 5 - QUANTIDIDE DE MÓDULOS ......................................... 38
FIGURA 1 - REPRESENTA O CRONOGRAMA DO TCC .................... 24
FIGURA 2 - ESTRUTURA BÁSICA DE UMA CÉLULA FV .................. 27
FIGURA 3 - INDICA AS CÉLULAS O MÓDULO E O PAINEL FV........ 28
FIGURA 4 - CAIXA DE CONEXÕES .................................................... 29
FIGURA 5 - LIGAÇÃO DOS DIODOS DE DESVIO .............................. 29
FIGURA 6 - FUSÍVEIS FOTOVOLTAICOS DE PROTEÇÃO ............... 30
FIGURA 7 - INVERSOR ........................................................................ 31
FIGURA 8 - MEDIDOR BIDIRECIONAL ............................................... 32
FIGURA 9 - RELAÇÃO ENTRE IRRADIAÇÃO E TEMPERATURA ..... 36
FIGURA 10 - CAPTAÇÃO DE IRRADIÂNCIA ...................................... 37
FIGURA 11 - ESCOLHA DO MÓDULO FOTOVOLTAICA ................... 38
FIGURA 12 - INVERSOR DENTRO DOS PARÂMETROS .................. 40
FIGURA 13 – ASSOCIAÇÃO E ÁREA DISPONIBILIZADA .................. 39
FIGURA 14 – ACESSO À REDE COM SISTEMA FV .......................... 43
FIGURA 15 – FUNCIONAMENTO DO SISTEMA FV ........................... 44
FIGURA 16 – CRÉDITOS COM A CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA.45
FIGURA 17 – CONSUMO E GERAÇÃO NO 1ª TRIMENSTRE ........... 46
FIGURA 18 - MÓDULOS FV DIRECIONADOS AO NORTE
VERDADEIRO ESTANDO LOCALIZADO NO HEMISFÉRIO SUL ...... 51
11
FIGURA 19 - APLICAÇÃO DA CORREÇÃO DO
REFERENCIALMAGNÉTICO EM UM LOCAL DE DECLINAÇÃO
MAGNÉTICA -20º ................................................................................. 52
FIGURA 20 - ÂNGULO DE INCLINAÇÃO DOS PAINÉIS FV............... 52
FIGURA 21 - ESTRUTURA DE SUSTENTAÇÃO DE MÓDULOS FV .. 53
FIGURA 22 - EXEMPLOS DE CONTROLADORES DE CARGA E
INVERSORES INSTALADOS NA PAREDE ......................................... 54
FIGURA 22 - EXEMPLOS DE CONTROLADORES DE CARGA E
INVERSORES INSTALADOS NA PAREDE ......................................... 54
FIGURA 23 - EXEMPLO DE CONTROLADORES DE CARGA E
INVERSOR INSTALADOS EM CAIXA ESPECÍFICA ........................... 55
FIGURA 24 - INVERSOR USADO NO PROJETO ............................... 61
FIGURA 25 – APARELHO DE MEDIÇÃO: TERMOMETRO
INFRAVERMELHO................................................................................ 62
TABELA 1 - RESOLUÇÃO 414/2011 DA ANEEL, ARTIGO 99 ............ 34
TABELA 2 - IRRADIÂNCIA E TEMPERATURA MENSAL DO SOL ..... 35
TABELA 3 - CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO MÓDULO FV ....... 39
TABELA 4 - CARACTERÍSTICAS DO INVEROR ON-GRID ................ 40
TABELA 5 - NORMAS NACIONAIS RECOMENDADAS ...................... 48
TABELA 6 - NORMAS INTERNACIONAIS RECOMENDADAS............ 49
TABELA 7 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DA INSTALAÇÃO
SOBRE A EDIFICAÇÃO ....................................................................... 53
TABELA 8 - COMPONENTES DE PROTEÇÃO ................................... 56
12
INTRODUÇÃO
Visando a grande importância que um técnico em elétrica têm com a promoção,
persenvação do meio ambiente e otimização de gastos, esta pesquisa vem cumprir
exigências legais referente a energia solar fotovoltaica residencial.
Apresentar uma proposta de modelo da resolução Nº 482 da ANEEL será o principal
objetivo deste trabalho.
Este assunto será amplamente abordado, buscando um maior envolvimento dos
conhecimentos técnicos diante da realidade vivida pelos técnicos de elétrica em seu
ambiente profissional.
Uma vez que o levantamento técnico e econômico estiver pronto terá por finalidade
atender as exigências prevista na norma da ANEEL e da concessionária de energia
elétrica (EDP Escelsa), sendo assim justificado o seu grau de responssabilidade
deste tema.
Portanto, buscaremos abordar o conhecimento com qualificação necessária ao
profissional para que o resultado final seja um documento imparcial, de
credibiladade, principalmente, contribuinte no controle e melhoria de energia limpa e
renovável.
13
1 PROBLEMA DE PESQUISA E HIPÓTESES
A energia solar fotovoltaica residencial, hoje em dia ainda é bem próximo do que era
logo após sua viabilização comercial em meados da década 1950, pois, apesar dos
avanços tecnológicos a problemática do auto custo de invenstimento nesse sistema
ainda persiste, mesmo o custo tendo caído bastante comparado com seu inicio lá
atrás. Além disso as informações técnicas são um tanto quanto difíceis de serem
entendidas por alguém que não seja profissional da área. Portanto, o que fazer?
Hipóteses
• Uma das hipóteses é se pensarmos conforme o capitalismo impõe, ou seja, a
conhecida lei da oferta e da procura mas sem sua horrível realidade de lucros
exorbitantes e mais socialmente e ambientalmente falando, como solução
para o desenfreado consumismo de energia elétrica não renovável que
degride ainda mais o nosso planeta, desenvolvendo ações, incentivos e
concientização da produção de micro geração e energia fotovoltaica.
Outra solução é melhorar e expandir a tecnologia educacional referente aos cursos
tanto a distância quanto presencial devido não se encontrar totalmente
desenvolvida.
14
2 JUSTIFICATIVA
Buscando um maior envolvimento dos conhecimentos técnicos que nos vem sendo
repassados neste curso, com realidade vivida pelos técnicos em elétrica no seu
ambiente profissional, optou-se por abordar o assunto “Energia Solar Fotovoltaica
Residencial”. Entende-se que o desenvolver deste estudo requer do profissional um
conhecimento abrangente de todas as questões relacionadas à eletricidade de nível
técnico.
A micro geração de energia fotovoltaica tem por finalidade atender às exigências
previstas nas normas da ANEEL e da concessionária de energia elétrica (EDP
Escelsa); fazendo parte de amplo conjunto de iniciativas que devem ser adotadas
pelos consumidores no campo da preservação do meio ambiente e da redução nos
custos.
A escolha do assunto adotado é justificada pelo fator de responsabilidade que o
tema exige, bem como a qualificação necessária ao profissional para que o
resultado final seja um documento imparcial, de credibilidade, principalmente,
contribuinte ao controle e melhoria das energias renováveis.
Sumariamente os consumidores que adotam este sistema de energia fotovoltaica,
além de regularizada perante a legislação vigente, proporcionam melhor qualidade
de vida aos seus usuários, gerando reflexos positivos a quem o adota, ao meio
ambiente e à sociedade.
15
3 OBJETIVOS
Solucionar e ou justificar o problema deste sistema ser tão oneroso para o bolso
dos consumidores, expandir e melhorar os estudos referentes a micro geração de
energia fotovoltica.
3.1 OBJETIVO GERAL
Apresentar uma tecnologia de micro geração de energia solar fotovoltaica
residencial.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Ampliar o conhecimento em relação ao assunto descrito acima;
- Promover a conscientização da sistemática de atuaçao da melhor forma de energia
renovável até o momento;
- Tornar este trabalho de conclusão de curso, um máterial prático que propõem uma
proposta de modelo de energia fotovoltaica pra micro geração.
16
4 REFERENCIAL TEÓRICO
O tema energia solar fotovoltaica residencial foi escolhido devido uma crescente
demanda da necessidade de buscar formas alternativas de geração de energia
elétrica pois o mundo esta agonizando com a forma de geração de energia elétrica
atual que consiste em utilização de combustível fossil esse modelo polui e muito o
meio ambiente além de ser finito.
Devido a esse problema o tema acima foi escolhido para além de mostrar uma
alternativa de uma fonte de energia renovável prôpor uma solução nos centros
urbanos principalmente, econômizando e otmizando o consumo de energia elétrica
de fontes tão destrutivas ao nosso meio de sobrevivência “Terra”.
Apartir de autores conceituados no mercado como também orgãos do governo e não
menos importantes as instituições de pesquisa e desenvolvimentos na área de
energia solar é que buscamos o conhecimento para tal desenvolvimento deste
trabalho.
Abordamos nos itens subsequentes do trabalho de conclusão de curso o princípio
desta tecnologia, a viabilização, a história e etc. segundo vários autores, empresas
entre outros da área tais como:
• BlueSol energia solar � Empresa fundada em 2008 e hoje é uma das
empresas de maior destaque do Brasil no setor de energia solar fotovoltaica
(FV), fonte a qual se didicam exclusivamente, desenvolvendo projetos de
engenharia, incorporando, integrando e instalando sistemas FV para geração
distribuída no pais.
Até o final de 2014 haviam instalado 55 sistemas FV conectados á rede e
autônomos. Além disso possuem programa de treinamento profissional
reconhecido nacionalmente com conteúdo exclusivo e focado em energia
solar FV e estão sempre atualizados. Observamos este teor de
responsabilidade em sua missão.
“ Temos como missão quebrar velhos paradigmas de geração, transmissão e
distribuição do setor elétrico, no qual contribuiremos decisivamente na
17
transição para um novo modelo de geração distribuída, tecnologicamente
avancado, eficiente energeticamente e sustentavel.” (BlueSol energia solar )
www.blue-sol.com.br .
• Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (Cepel) � Instituído por Escritura
Pública, publicada em 21/01/1974, e celebrada pela Eletrobras, Chesf,
Furnas, Eletronorte e Eletrosul, o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica -
Cepel se constitui numa avançada infraestrutura para pesquisa aplicada em
sistemas e equipamento elétricos, visando à concepção e ao fornecimento de
soluções tecnológicas especialmente voltadas à geração, transmissão,
distribuição e comercialização de energia elétrica no Brasil. Por sua sólida
contribuição para a autonomia tecnológica do país, o Cepel tornou-se
referência no Brasil e no exterior. Seu acervo de produtos e suas equipes
especializadas qualificam-no como o maior centro do gênero da América do
Sul.
O Cepel exerce a Secretaria Executiva de Pesquisa, Desenvolvimento e
Inovação (P&D+I) e Tecnologia da Comissão de Política Tecnológica das
empresas Eletrobras. É o executor central de suas linhas de pesquisa,
programas e projetos, e provê consultoria e assessoramento na avaliação de
resultados, na gestão do conhecimento tecnológico e sua aplicação.
Em cooperação com as empresas Eletrobras, com instituições públicas e
privadas de ensino e pesquisa, no Brasil e no exterior, empresas e indústrias,
o Centro desenvolve projetos de P&D+I, realiza serviços tecnológicos e
laboratoriais especializados, e presta suporte técnico ao Ministério de Minas
Energia (MME) e a entidades setoriais.
Nesta linha, também presta apoio técnico a importantes iniciativas de
Governo, como as voltadas à universalização do acesso à energia elétrica, à
eficiência energética e ao desenvolvimento sustentável do país, e participa de
fóruns internacionais, como a Plataforma Internacional de Tecnologias de
Baixo Carbono e o Mapa de Rotas Tecnológicas em Hidroeletricidade,
implementados pela Agência Internacional de Energia (AIE). Integra, ainda, a
Iniciativa de Desenvolvimento Sustentável de Hidroeletricidade, liderada pelo
Brasil no Fórum Ministerial de Energia Limpa, e a Iniciativa das Nações
Unidas em Energia Sustentável para Todos.
18
O Cepel conta com um quadro altamente qualificado, incluindo uma equipe
multidisciplinar de pesquisadores e técnicos. Possui 34 laboratórios
equipados com instalações para a realização de pesquisa experimental e
ensaios normatizados e especiais, sendo algumas delas únicas na América
Latina. A Unidade Fundão, localizada na Cidade Universitária do Rio de
Janeiro, abriga 24 desses laboratórios; os demais estão na Unidade de
Adrianópolis, a 40 quilômetros. Suas instalações abrangem, entre outras, as
seguintes áreas: alta tensão, alta corrente, alta potência, medição e
calibração, materiais, análise química, eficiência energética,
supercondutividade, células a combustível, de monitoramento e de
diagnóstico, de computação intensiva, de supervisão e controle.
• Livro: Edifícios Solares Fotovoltaico � Autor: Rüther, Ricardo. “Através do
efeito fotovoltaico, células solares convertem diretamente a energia do sol em
energia elétrica de forma estática, silenciosa, não-poluente e renovável. Este
livro descreve uma das mais recentes e promissoras aplicações da tecnologia
fotovoltaica: a integração de painéis solares ao entorno construído, de forma
descentralizada e com interligação da instalação geradora à rede elétrica. O
livro descreve os tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis,
os circuitos elétricos e os dispositivos de medição e proteção envolvidos em
tais instalações, além de apresentar exemplos de sistemas deste tipo no
Brasil e no mundo”.
• Programa de Pós-Gradução em Engenharia Civil da Universidade Federal de
Santa Catarina – UFSC � Tema: integração de painéis solares fotovoltaicos
em edificações residenciais e sua contribuição em um alimentador de energia
de zona urbana mista. “O desenvolvimento da humanidade há muito tempo
está ligado à disponibilidade energética. Atualmente a matriz energética
mundial está baseada nos combustíveis derivados de petróleo, que possui
alto coeficiente energético, mas que também gera grande degradação
ambiental em sua exploração e utilização. As fontes renováveis têm como
vantagem a geração de energia sem danos significativos ao meio ambiente.
Dentre essas, a energia solar fotovoltaica surge como um grande potencial de
geração limpa e descentralizada. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos
sobre a aplicabilidade de sistemas solares fotovoltaicos interligados à rede
elétrica urbana e integrados às edificações. O estudo deteve-se na integração
19
de painéis solares fotovoltaicos em edificações residenciais urbanas,
buscando quantificar sua contribuição na rede elétrica. Para isso foi proposta
uma tipologia de kits, de painéis fotovoltaicos, com área e potência pré-
definidas para serem instalados nas coberturas das edificações residenciais
unifamiliares de um bairro de uso misto da cidade de Florianópolis - SC. O
potencial de geração foi estimado a partir do número de kits a serem
instalados e da irradiação solar incidente na cidade. Já o percentual de
contribuição na rede elétrica foi definido a partir do consumo do alimentador
da rede que serve o bairro em questão. A partir da avaliação das residências
foi possível concluir que estas têm coberturas com elevado potencial de
aproveitamento da energia solar, podendo sempre integrar os kits e ainda na
porção mais ensolarada do telhado. Em comparação com a demanda do
bairro, os kits têm muito a contribuir, principalmente pelo pico de geração
energética ser concomitante com o pico de consumo das edificações de
serviço e comércio existentes no bairro. Os estudos mais detalhados também
mostraram que, na proporção em que se encontram as residências no bairro,
a geração dos kits nas residências seria suficiente para uma contribuição
significativa na demanda total, sem comprometer o fornecimento de energia
pela adição de uma fonte sazonal, como é a energia solar.”
• Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito (Cresesb) � O
Cresesb tem como missão: “Promover o desenvolvimento das energias solar
e eólica através da difusão de conhecimentos, da ampliação do diálogo entre
as entidades envolvidas e do estímulo à implementação de estudos e
projetos”.
Desde o Encontro para Definição das Diretrizes para o Desenvolvimento das
Energias Solar e Eólica no Brasil, realizado em abril de 1994, teve a
oportunidade de reunir uma quantidade representativa de entidades, de
diversos setores da sociedade, para propor estratégias e diretrizes. O
documento resultante desta reunião ( Declaração de Belo Horizonte ) é
amplo, e vem sendo divulgado, debatido e detalhado no sentido de resultar
em ações efetivas. A Declaração de Belo Horizonte identifica a necessidade
de um Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica no Brasil. A
estrutura de recursos necessários o início das atividades e para a
manutenção do Centro de Referência estão associados a: Recursos obtidos
20
dentro de convênio de cooperação firmado entre o Ministério de Minas e
Energia e o CEPEL (COF/SAG/MME 12/94 de 28/12/94) para instalação e
início das atividades; Composição de grupo de empresas associadas que
contribuam com um montante referente às despesas anuais previstas para o
Centro. Este quadro poderá ser composto de empresas nacionais e
estrangeiras, de setores governamentais, de organizações não
governamentais, de empresas concessionárias e de empresas privadas;
Busca de recursos financeiros adicionais para realização de atividades
específicas, tais como: seminários, cursos, elaboração de eventos de
divulgação e treinamento, estudos, etc; Venda de material produzido nas
atividades específicas desempenhadas, tais como: manuais, relatórios,
facilidades de acesso à rede de informação, etc; Dotações ou subvenções da
União, dos Estados ou Municípios. A contrapartida do CEPEL neste
orçamento é constituída pelos seguintes tens: Infra-estrutura de instalações
físicas, constituída de duas salas dedicadas às atividades do Centro; Nó de
rede Internet permitindo a interligação do centro com entidades nacionais e
internacionais; Infra-estrutura de apoio aos serviços administrativos do
Centro; Dedicação parcial da equipe técnica constituida pelos pesquisadores
do Programa de Sistemas de Geração e Armazenamento Complementar do
CEPEL.
“A atribuição do nome do Eng. Sérgio de Salvo Brito ao Centro de Referência das
Energias Solar e Eólica, instalado no CEPEL, homenageia, com muita justiça, o
brilhante profissional, o colega prestativo e o cidadão íntegro, cuja morte prematura
ainda hoje é lamentada por todos os que tiveram a oportunidade de com ele
conviver social ou profissionalmente. Para o Centro, a escolha deste patrono não
poderia ser mais adequada.
Engenheiro, com pós-graduação em energia nuclear, Sérgio Brito abraçou com tal
entusiasmo a causa das energias renováveis que logo se tornou um dos brasileiros
mais conhecidos e respeitados internacionalmente neste campo.
Como Secretário de Tecnologia do MME, no Governo Sarney, depois como
Coordenador Técnico dos trabalhos para o Reexame da Matriz Energética Nacional,
e, finalmente, como primeiro Diretor do Departamento Nacional de Desenvolvimento
Energético, do Ministério da Infra-estrutura (atual MME), Sérgio Brito dedicou muitos
21
esforços para a adequada consideração das energias solar, eólica e da biomassa
como um vetor energético importante para o desenvolvimento sócio-econômico-
ambiental do País.
Com firmeza ideológica, destemor e, sobretudo, com elegância e perseverança
incomuns, Sérgio Brito sempre iniciava sua pregação em favor das energias
renováveis reconhecendo a importância da organização dos sistemas convencionais
de energia para o desenvolvimento brasileiro, para em seguida reclamar para as
fontes renováveis um tratamento à altura do seu grande potencial de participação
competitiva na nossa matriz energética.
De volta da última viagem que fez a Europa, onde entre missões visitou a Diretoria
de Energia da Comunidade Européia, Sérgio Brito passou a defender a tese de que
as energias solar e eólica já seriam competitivas para aplicações pontuais no País,
especialmente em localidades não atendidas pelos sistemas convencionais, quer por
obstáculos geográficos quer por limitações de natureza econômica.
A partir dali, suas intervenções sobre o tema passaram a incorporar uma novidade
que era a idéia de criação de um núcleo para centralização e difusão das
informações sobre as tecnologias renováveis, para organizar a memória dos projetos
pilotos desenvolvidos, seus êxitos e as causas dos fracassos eventualmente
colhidos.
O prematuro desaparecimento de Sérgio Brito não sepultou o seu sonho e apenas
alguns meses após, o CEPEL iniciava o Convênio com o NREL, cujo
desenvolvimento sério e bem estruturado abriu novos caminhos, de efetiva
viabilidade, para o uso regular das energias renováveis no Brasil” ( Deraldo Marins
Cortez, Coordenador Geral de Sistemas Energéticos do DNDE).
• Agência Municipal de Energia de Almada (AGENEAL) � É uma associação
privada sem fins lucrativos, criada em Março de 1999, que tem por objetivo
contribuir para o aumento da eficiência energética e para a melhoria do
aproveitamento das energias renováveis no Concelho de Almada, podendo a
sua atividade estender-se a outras regiões. Nesse sentido, a AGENEAL
deverá promover a valorização dos recursos energéticos endógenos locais, a
divulgação e a aplicação de medidas de eficiência energética e ambiental, a
utilização de soluções e tecnologias adequadas à conservação de energia e
22
de menor impacto ambiental, fomentando a criação de novas actividades
económicas e de emprego, contribuindo assim para um desenvolvimento
sustentável da região. A AGENEAL conta actualmente com 6 colaboradores,
dos quais 4 possuem formação na área da engenharia, um formação em
arquitectura e um na área do secretariado.
A AGENEAL poderá ainda solicitar a colaboração de outras entidades para o
desenvolvimento de projectos específicos. A AGENEAL assegura a
representação de Almada em redes europeias congéneres como a rede
SAVE das Agência de Energia, a rede Energie-Cités, sendo também membro
do ECEEE ( European Council for an Energy Efficient Economy e da APVE –
Associação Portuguesa do Veículo Eléctrico).
E essa empresa tem como missão: “A utilização dos recursos energéticos, em
particular dos combustíveis fósseis primários (petróleo, gás natural e carvão),
tem custos económicos e ambientais significativos e continuamente
crescentes. Neste sentido, a sociedade actual terá que fazer um esforço de
racionalização no seu uso e igualmente promover o uso das fontes de energia
renováveis. Esta é uma tarefa em que todos (governo, autoridades locais,
empresas) desempenham um importante papel, enquanto entidades que
regulam ou desenvolvem actividades económicas e sociais. Em Almada, a
preocupação dos Órgãos de Gestão Municipais com a eficiência energética e
o desempenho ambiental do Concelho, levou a Câmara Municipal de Almada
a criar a AGENEAL. É uma entidade autónoma que conta com a participação
de um conjunto de entidades e organismos com um papel relevante na
procura e oferta de energia no Concelho de Almada, o que lhe garante uma
actuação transversal a nível municipal no domínio da energia. Pretendeu-se,
desta forma, motivar os agentes económicos locais a ter uma postura mais
activa na procura da eficiência energética e, assim, contribuir para o
desenvolvimento sustentável do Concelho de Almada e do País. A
importância da intervenção local na promoção da utilização racional da
energia e na defesa do ambiente foi declarada de forma inequívoca na
Cimeira do Rio de Janeiro, em 1992, que estabeleceu “pensar global, agir
local” como um dos paradigmas da sustentabilidade. A AGENEAL constitui
um bom veículo para concretizar este propósito. Desta forma a AGENEAL
23
tem como Missão: Promover a eficiência energética através da utilização
racional de energia em todos os sectores de actividade económica em
Almada; Promover a utilização dos recursos energéticos endógenos locais,
fomentando a criação de novas actividades económicas e emprego;
Promover a utilização das melhores tecnologias disponíveis, com vista à
redução de impactos ambientais; Contribuir para o desenvolvimento
sustentável da região e do país; Trabalhar com os seus associados no
sentido de contribuir activamente para os fins a que se propõe”.
• Empresa de Pesiquisa Energética (EPE) � "A EPE tem por finalidade prestar
serviços na área de estudos e pesquisas destinadas a subsidiar o
planejamento do setor energético, tais como energia elétrica, petróleo e gás
natural e seus derivados, carvão mineral, fontes energéticas renováveis e
eficiência energética, dentre outras." A lei nº 10.847 de 15 de Março de 2004.
Autoriza a criação da EPE e dá outras providências.
24
5 CRONOGRAMA
As fases deste cronograma representa o tempo em que foram desenvolvidos o
trabalho de conclusão de curso os momentos descritos são de certa forma
genéricos pois partes como: período de busca de referência sobre o tema
escolhido estão intrísecos na apresentação do tema, desta forma também a
elaboração da capa, folha de rosto, folha de aprovação, dedicatória, epígrafe,
agradecimentos, sumário, introdução, objetivo geral, específicos, problema de
pesquisa,hipóteses e justificativa estão na parte 1.
O desenvolvimento do TCC se deu pela coleta, análise e confecção dos
resultados obtidos pela pesquisa em material didático específico e em campo
através de experiências já existentes de terceiros.
Figura 1 – representa o cronograma do TCC. Fonte: Charles Marques
25
6 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS E SUA TECNOLOGIA
Antes de esplanarmos o que é e como funciona esses dispositivos conhecidos como
células solares ou fotovoltaica(FV) precisamos antes entender alguns outros
conceitos, tais como: os semicondutores, o que é dopagem entre outros.
Pois bem, materiais que possuem uma condutividade elétrica entre condutor e
isolante, ou seja intermediária, estão no estado sólido e teêm uma forma cristalina
ou ainda, também podemos dizer de uma maneira mais geral, que materiais
caracterizado por possuírem uma banda de valência completamente ocupada por
elétrons e uma outra de condução sem nenhum elétron e ainda assume todas a
carcterísticas de um material isolante à uma temperatura de -273,15ºC ou 0K(Zero
Kelvin) no SI (Sistema Internacional) é um material semicondutor.
Banda de valência e de condução é um estudo esplêndido da física quântica e é o
resultadado da análise do comportamento energético de um sólido cristalino
comprovado através da emissão de espectro das linhas da frequência de raio-x de
alguns materiais, conhecido como teoria das bandas dos sólidos. Basta, para o
entendimento apenas dizer que, banda é o espaço ocupado pelos elétrons em
relação ao núcleo de seu átomo e também a interação eletromagnética que o
mantém em sua órbita ou ainda chamados de níveis de energia, onde a banda de
valência designa o espaço mais interior e completo ocupado pelos elétron nos
átomos e a banda de condução os níveis mais afastados e parcialmente
preenchidos. Temos ainda a banda proibida ou lacunas que é aqule região onde não
se capta níveis de energia eletrônica, ou seja, quase igual a um comportamento
neutro.
Já a respeito da dopagem podemos dizer que segundo alguns dicionários “é o ato, o
efeito ou a realização de introduzir substância(s) estranha(s) num meio ou sistema,
não-vivo ou vivo acidental ou intencional, lícita ou ilicitamente, com propósitos
usualmente bem determinados” mas para o nosso contexto dopagem é a mistura de
uma material semicondutor com um outro afim de alterar suas características
elétricas de acordo com a necessidade do projeto ou circuito eletrônico e de alguns
elétricos também.
26
Materiais do tipo N é um material semicondutor dopado com um outro que o deixa
“sobrando elétrons”, ou seja, carregado negativamente, já o do tipo P é a dopagem
que o deixa carregado positivamente ou “faltando elétrons”
A célula solar ou fotovoltaica é considerada um dispositivo eletrônico que tem a
capacidade de converter a energia da luz em energia elétrica através do efeito
fotovoltaico tal efeito se dá pelo aumento da condutividade elétrica com a
temperatura(irradiância do sol) característica dos semicondutores intrínsecos porém
precisa ser manipulado para atender o esperado de uma célula FV que é a
possibilidade de fóton(partícula de luz), na faixa de visível a olho nú, com energia
superior ao gap ou banda proibida do material, excitarem elétrons da banda de
valência para à de condução. Várias são as tecnologias de fabricação destas células
tais como:
• Silício cristalino (c-Si) � Esta tecnologia é atualmente a mais difundida
comercialmente pois sua fabricação é dentre as outras a de menor custo e
seu rendimento está entre 15 e 21%.
• Silício amorfo hidrogenado (a-Si:H ou a-Si) � Esta é mais usada em relógios,
calculadoras brinquedos entre outros e seu rendimento esta em torno de 7%.
• Telureto de Cádmio (CdTe) � É a tecnologia de filmes finos e devido ao
cádmio ser tóxico não é muito difundido comercialmente. Ainda então em
aprimoramento.
• Compostos de disseleneto de cobre Gálio e índio(CIGS) � Também é de
filmes finos mas estão um pouco lento na produção pois sofrem com a
abtenção do índio que na maioria abastece as industrias de fabricação de
telas de LCDs e de Plasma, seu rendimento é de aproximadamente 13%.
• Arsenieto de Gálio (GaAs) � Esta é a tecnologia que atinge as maiores
eficiências, acima de 27% porém su custo é muito elevado então sendo
utilizados apenas em casos especiais como satélites e etc..
• Células de concentração FV se faz com o uso de sistemas ópticos de
concentração da radiação solar para obter autas eficiências em pequenas
áreas. Células orgânicas são sensibilizadas por corantes. Sua estrutura é
composta de um filme condutor tranparente, uma camanda composta por
dióxido de titânio poroso e embebido em um corante com rutênio, uma
27
solução condutora salina e um contato metálico traseiro de platina e vidro.
Ainda estão aprimorando e melhorando sua eficiência.
As células FV funcionam da seguintes maneira: A luz do sol incide sobre as células
FV na parte dopada do tipo N onde tem elétrons sobrando, excitando-os e também
fornecendo energia suficiente para romper a banda proibida ou barreira de potêncial
fazendo com que esse elétron se desprenda de seu lugar migrando da banda de
valência pra de condução formando um fluxo de elétrons passando pela carga e
retornado ao seu lugar, ou seja, eletro-lacuna, também ocorre por recombinação.
Tudo o que foi dito pode ser observado nesta figura:
Figura 2 - Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício destacando: (1) região tipo n;
(2) região tipo p, (3) zona de carga espacial, onde se formou a junção pn e o campo elétrico; (4)
geração de par elétron-lacuna; (5) filme antirreflexo; (6) contatos metálicos. Fonte: Adaptada
de (MOEHLECKE e ZANESCO, 2005).
28
6.1 COMPONENTES DO SISTEMA FV ON-GRID
Os sistemas FV são formados por: Uma parte geradora, uma outra de
condicionamento de potência e se for em sistemas FV isolados, também chamados
de off-grid uma parte de armazenamento. A parte de geração é composta de
módulos FV, cabeamento elétrico e estrutura de suporte. A parte de
condicionamento de potência trata-se de conversores cc-cc, inversores,
controladores de carga caso haja armazenamento, dispositivos de proteção,
supervisão e controle e no nosso caso on-grid um medidor bidirecional.
Módulos FV são compostos por células FV conectadas em arranjos para atender as
necessidades do projeto elétrico e a proteção do mesmo. Em sistemas on-grid os
níveis de tensão e correntes são variados por isso é comum encontrar módulos com
tensões nominais bem diversificadas. Podem ser rigidos ou flexivéis dependendo
das células de que foi construído. Eles são definidos pela potência de pico que é
feita nas condições padrão de ensaio, considerando irradiância solar de 1kW/m^2
sob uma distribuição espectral padrão da massa de ar de 1,5 e temperatura de
célula de 25ºC. As características elétricas dos módulos dependem das condições
de temperatura e de irradiância solar em que estão submetidos. O módulo como
também as células podem ser conectados em ligações ou arranjos série e/ou
paralelos, onde; em série as tensões são somadas e a corrente é igual; em paralelo
as correntes são somadas e as tensões são iguais.
Figura 3 – indica as células o módulo e o painel fotovoltaico. Fonte: (Google imagens)
29
Temos também a caixa de conexão que fica na parte trazeira e é onde são alocados
os diodos de desvio ou by-pass e as conexões e etc., também ficam os terminais
que devem ter isolamento para a máxima tensão do sistema e suportar as variações
climáticas.
Figura 4 – Caixa de conexões (esquerda) e diagrama de ligações (direita) de um módulo de 240 Wp, com 60 células em série (20 para cada diodo), onde VOC = 36,9 V.
Diodos de desvio são postos para evitar “pontos quentes” desviando a sobrecorrente
e diminuindo a dissipação de potência no conjunto sombreado, são dispostos em
anti paralelos com um conjunto de células em série.
Figura 5 – ligação dos diodos de desvio nos módulos fotovoltaicos.
30
Diodo de bloqueio é usados em conexões de arranjos de módulos para impedir a
corrente de um conjunto série com tensão maior pra um menor.
Fusíveis FV são colocados na saída de cada conjunto série de módulos nos dois
pólos, devem ser de cc, preferencialmente do tipo gPV(IEC-60269-6) pois este é
apropriado para sistemas FV.
Figura 6 – Diagrama com 4 séries fotovoltaicas que utilizam fusíveis fotovoltaicos de
proteção. Fonte: (Catálogo da Cooper-Bussmann: Photovoltaic System Protection Application Guide)
Inversor é um dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica cc para ca. A
tensão ca deve ter características elétricas como amplitude, frequência e harmônico
de acordo com a carga já nos sistemas conectados a rede devem ser sincronizados
com a rede. E são classificados em comutação natural e forçada. Seu
funcionamento se dá através de chaves eletrônicas postas nos circuitos de
chaveamento de acordo com a necessidade. Tais chaves são: SCR, TRIAC,
GTO(Tiristores) e BJT, MOSFET, IGBT(Transistores). Em sistemas on-grid usa-se
os inversores de comutação natural. No Brasil os inversores pra sistemas FV on-grid
devem atender os requisitos de proteção exigidos no intem 5 da seção 3.3 do
módulo 3 do Prodist, incluindo a proteção anti-ilhamento e a exigência de
transformador de acoplamento pra mini geração distribuida e várias outras. Em geral
além desta norma segue-se também à norma da ABNT NBR 16149 de 2013. Os
inversores vendidos no Brasil devem apresentar o registro do Inmetro e a etiqueta,
31
presa no próprio produto. Os ensaios devem obedecer as condições nominais, de
autoconsumo, de eficiência, de distorção harmônica, de regulação da tensão,
frequência e sobrecarga.
Figura 7 – Inversor de dois estágios (adaptado de FILHO, 2012).
Segundo a Aneel “o medidor bidirecional deve, no mínimo, diferenciar a energia
elétrica ativa consumida da energia elétrica ativa injetada na rede”. Com o avanco
das tecnologias para sistemas FV existem medidores também com varias
tecnologias como por exemplo no que se diz respeito das smart-grid ou redes
inteligentes, pois bem, são capazes de se comunicar sem fios, corte e religamento
remoto, medição de energia ativa/reativa e demanda além da monitoração de
corrente de neutro , podem possuir também identificador e alertas de fraude de
inversão de quadrante e por aí vai. Em fim este dispositivo lê a energia gerada e a
consumida e mostra a diferença, no qual propricia um melhor controle do sistema de
compensação de energia elétrica para as condições brasileiras, descrita na
resolução 482/2012 da Aneel.
32
Figura 8 – medidor bidirecional mede a energia elétrica ativa gerada e consumida. Fonte:
(Google imagens)
33
7 PROJETO DO SISTEMA FV
O objetivo do projeto é apresentar dimensionamentos e método de instalação do
sistema fotovoltaico conectado à rede, com auxílio de software – PVsyst, que
basicamente é um programa que simula e otimiza projetos fotovoltaicos - de uma
residência localizada no bairro de Laranjeiras na Serra-ES, que já possui instalação
da concessionária de energia local (EDP ESCELSA). A residência possui: 3 quartos,
2 banheiros, 1 sala de estar, 1 sala de jantar, 1 área de serviço, 1 garagem. Nosso
desafio será realizar um projeto com equipamentos de baixo custo num sistema
eficiente como um todo, que se adequem a localização local.
7.1 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FV ON-GRID
Em um projeto conectado à rede, no caso já com levantamento de cargas e
utilização mensal, a formula usada para dimensionamento da potência (Wp) das
placas se dá pela formula:
Pfv = � � ����
�� � �
Equação 1- potência do módulos FV
onde:
• (Pfv) Potencia Pico do painel fotovoltaico é igual a: Energia consumida
mensalmente pelas cargas (E) nada mais é do que o histórico de consumo de
energia elétrica, que pode ser solicitada a concessionária de energia local em
conta. Pede-se a medição dos últimos 12 meses para que se tenha uma
média mensal no último ano. No caso dar-se-ia por:
34
MESES Kw/h
Janeiro 250
Fevereiro 311
Março 211
Abril 242
Maio 181
Junho 140
Julho 180
Agosto 112
Setembro 190
Outubro 202
Novembro 210
Dezembro 171
Total 200
Tabela 1 - Resolução 414/2011 da ANEEL, Artigo 99
O custo de disponibilidade do sistema elétrico, aplicável ao faturamento
mensal de consumidor responsável por unidade consumidora do grupo B, é o
valor em moeda corrente equivalente a:
I - 30 kWh, se monofásico ou bifásico a 2 (dois) condutores;
II - 50 kWh, se bifásico a 3 (três) condutores;
III - 100 kWh, se trifásico.
Portanto a nossa concessionaria já nos transmite 30 kWh independente do
meu consumo portanto a formula passa a se dar por:
Energia Consumida Mensalmente – Taxa de Disponibilidade Mensal 200Kw/h – 30Kw/h = 170 Kw/h
Equação 2 – energia consumida real
35
(Psol) constante de Irradiancia de referência
• O valor de referência da irradiancia solar será sempre uma constante no valor
de 1kW/h.
(HSP) Potencia referente a horas de Sol pleno por dia no plano do painel
• Para efeito de pesquisa o HSP, seria o valor que nos daria mais trabalho a
ser encontrado, portanto a partir deste ponto passemos a utilizar o software
que nos auxiliará nesta etapa do processo e nas decorrentes. Vale lembrar
que esses valores são obtidos por meio de cálculo relativamente de fácil
execução, porém nossa intenção seria mostrar a praticidade e a garantia de
uma simulação por softwares, além de uma otimização de todo o processo
posterior. Sendo assim, em primeiro lugar buscaremos os valores da média
de irradiação diária e temperatura do local de instalação, no Atlas
Solarimétrico Brasileiro que é disponível no site: (http://maps.nrel.gov/swera),
que em nosso projeto dariam os valores:
MESES IRRADIANCIA (kW/m²) TEMPERATURA (°c)
Janeiro 6281 25.36
Fevereiro 5791 25.52
Março 4707 25.25
Abril 4688 24.46
Maio 3773 23.38
Junho 3524 22.53
Julho 4015 22.01
Agosto 4790 22.08
Setembro 4551 22.51
Outubro 5831 23.16
Novembro 5457 26.73
Dezembro 6337 24.51
Tabela 2 – irradiância e temperatura mensal do sol
36
Tendo os valores de irradiancia média diária por mês e a temperatura média
diária por mês em mãos, precisamos somente da Latitude, Altitude, Nível do
mar, e atraso em horas, para simularmos em PVsyst um novo plano de
irradiancia mundial como base, que em nosso projeto se deu em:
Latitude: 20.2 Sul.
Longitude: 40.25 Oeste.
Nível acima do mar: 27 metros.
Horas em relação a Greenwich: - 3 horas.
Figura 9 – relação entre irradiação e temperatura no software
A partir desses dados já inseridos no software PVsyst, agora apenas simulo o
ângulo perfeito de Zênite (0°) e de inclinação do painel (20.2° - que seria a
própria latitude do local). E como esperado em nossa expectativa o software,
nos disponibiliza a irradiancia referente, o índice de perdas na otimização da
simulação (± 0,0%), e Horas de Sol por Dia ao ano no plano do painel:
37
Figura 10 – posição para melhor captação de irradiancia no local.
1928kW/m²/ano
12�������� 160,66 !"
Equação 3 – potência de sol pleno de horas por dia
(PR) Performance ratio ou coeficiente de perdas do sistema
• Coeficiente de perdas, se obtém a partir da soma de todos os índices de
imperfeições naturais ou provocas no sistema e após subtrai-se esse valor de
uma utópica eficiência de 100% do sistema. Esses valores possuem uma
média de porcentagem de perdas no sistema:
� Temperatura: 0,95 – 0,85 (a-SI / c-SI)
� Desvio de potência nominal: 0,95 – 1,05
� Sujeira: 0,8 – 0,99
� Mismatching: 0,95 – 0,99
� Sombreamento: 1,0
� Inversor: 0,95 – 0,98
� Perdas ôhmicas (cabeamento): 0,95 – 0,99
Portanto sabendo que há uma média de perdas a cada item, logo se tem uma
média para a Performance Ratio a cada lugar que seria de 75 – 80%. Em
nosso projeto consideremos a PR=80% por ser uma média local.
38
100% (eficiência utópica) – 20% (soma dos índices de perda) = 80% PR.
7.2 CALCULO E SIMULAÇÃO DE PAINÉIS E INVERSOR
A partir do momento em que possuirmos todos os dados da fórmula, apliquemos
então:
Pfv = �#$$%&$��'
'($,(�$,) = 1,33 kWp
Equação 4 – Potência média gerada por dia.
Na teoria, sabendo que necessito em minha residência um sistema fotovoltaico que
irá gerar 1330Wp/h, me basta simplesmente escolher um painel de minha
preferência (marca, preço, etc.) e simplesmente dividir o quanto eu preciso produzir,
pela potência que o painel produziria por pico por hora, como por exemplo:
-Escolho um painel de 200 Wp, então:
'&&$
#$$ = 6,65 = 7 módulos
Equação 5 – quantidide de módulos
Porém, ainda assim precisaria saber como seria a associação perfeita dos painéis
para esse sistema (serie / paralelo), e ainda precisaria dimensionar a capacidade do
inversor (tensão de entrada, tensão de trabalho, janela de trabalho do inversor),
considerar as piores hipóteses climáticas da região do painel, e a maneira mais
segura e otimizada de se fazer esse dimensionamento exato seria em outra
simulação do software PVsyst.
Primeiro Determino meu painel Fotovoltaico:
Figura 11 – Escolha do módulo fotovoltaica pelo software
39
PARAMETROS ELETRICOS
TIPO DE MODULO YL240P-29B
POTENCIA SAIDA W 240Wp
TOLERANCIA W 0 – 5
EFICIENCIA MODULO % 14,8
TENSÃO EM PMÁX V 29,3
INTENSIDADE EM PMÁX A 8,18
TENSÃO EM CIRCUITO ABERTO
V 37,5
CORRENTE DE CURTO CIRCUITO
A 8,75
VALOR R$ 1399,00
Tabela 3 – características elétricas do módulo FV
Depois dimensionamos o inversor, lembrando que o inversor trabalha em uma janela
de operação entre a tensão mínima e máxima suportável, que é determinada pela
temperatura máxima e mínima do circuito, que vai variar de acordo com o local, com
o painel escolhido e com o próprio inversor, observe:
Figura 12 – inversor dentro dos parâmetros da janela de funcionamento pelo software
Ou seja, com esse tipo de painel e dados de temperatura local, e com o tipo e
modelo de inversor decido, simulando pelo software PVsyst, chegamos à conclusão
de que o inversor que suporta de 160 – 480 v em sua janela de operação está
dentro dos parâmetros que minha produção juntamente com condições climáticas
40
irão criar que seria de 182 V (na pior hipótese do verão para o local) e 323 V (na pior
hipótese do inverno para o local).
O software PVsyst ainda nos proporciona a simulação de uma melhor maneira de associação dos painéis, a área ocupada para a instalação e também a potência total média diária produzida.
Figura 13 – associação e área disponibilizada pela simulação do software
8 módulos em série – observando que o necessário para média que a conta zerasse era de 7 módulos, porém com as condições de uso do inversor e a produção de energia para compensação, passa a se associar 8 módulos-; 1 String (associação em paralelo), que produz uma média de 1.9 kWp – o necessário médio para que a conta zerasse era de 1.33 kWp -, e a área ocupada de 13m² de espaço no telhado da residência.
Tabela 4 – características do inveror On-Grid
41
7.3 VALOR TOTAL DO PROJETO
8 MÓDULOS – YINGLI SOLAR Si-Poli
YL2240P-29B, valor: R$ 11.192,00.
1 INVERSOR – SMA
Sunny boy 1.5 1VL-40, valor: R$ 7.399,00.
Cabos de painéis fotovoltaicos
100 m 6mm, valor: R$ 420,00.
Mão de obra e materiais adicionais
Valor será cobrado por taxa horária(tx/h)
Tx/h = R$ 80,00.
Tempo de término 30 dias sendo 8h de trabalho por dia, logo:
Valor de mão de obra = 80,00 x 30 x 8 = R$ 19.200,00.
Projeto da casa com 80 metros quadrados e do sistema FV.
Será cobrado por metro quadrado o valor de R$ 15,00, logo:
Valor do projeto = 15,00 x 80 = R$ 1.200,00
Então o custo total de instalação, projeto, inversor, módulos e o cabo ficou assim:
Valor total = 11.192,00 + 7.399,00 + 420,00 + 19.200,00 + 1.200,00 = R$ 39.411,00.
42
8 SISTEMA CONECTADO À REDE (ON-GRID)
Este tipo de sistema vêm se tornando cada vez mais popular em diversos países
europeus, como no Japão, Estados Unidos, e mais recentemente no Brasil. A
energia produzida pelo sistema fotovoltaico conectado a rede pode ser consumida
diretamente pela carga, ou injetada diretamente a rede elétrica convencional, para
ser consumida por qualquer outra unidade consumidora conectada ao sistema de
distribuição. Neste sistema o gerador fotovoltaico representa uma fonte
complementar ao sistema elétrico ao qual esta conectado.
As potências instaladas deste sistema vão desde poucos kWp em instalações
residenciais, até alguns MWp em grandes sistemas operados por empresas, o que
os subdivide, respectivamente, em microgeração distribuída potência instalada
menor ou igual a 100 kW, e minigeração distribuída com potência instalada superior
a 100 kW e menor ou igual a 1 MW para fontes com base em energia hidráulica,
solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentado pela
Resolução Normativa Aneel Nº 482/2012, e devem atender aos Procedimentos de
Distribuição (PRODIST), Módulo 3, e às normas de acesso das distribuidoras locais.
Para caracterizar a central geradora como micro ou minigeração distribuida, são
obrigatórias as etapas de solicitação e de parecer de acesso. A solicitação de
acesso é o requerimento formulado pelo consumidor, e que uma vez entregue à
distribuidora, implica em prioridade de atendimento, de acordo com a ordem
cronologica de protocolo. Nessa solicitação deve constar todo o projeto das
instalações, como memorial descritivo, localização, arranjo fisico e os diagramas,
além de outros documentos e informações eventualmente solicitados pela
distribuidora. O parecer de acesso é o documento formal apresentado pela
distribuidora , no qual é informado as condições de acesso , abrangendo a conexão
das instalações do consumidor e os respectivos prazos. O procedimento de acesso
é simples e expedito , assim como os requisitos de proteção necessarios para
garantir a segurança das pessoas e a qualidade da energia injetada a rede. Vale
destacar que compete à distribuidora a responsabilidade pela coleta das
informações das unidades geradoras junto aos micro e minigeradores distribuidos e
envio dos dados à ANEEL para fins de registro.
43
A figura abaixo ilustra as etapas e prazos deste procedimento de acesso que
deverao ser seguidos pelo consumidor e pela distribuidora:
Figura 14 – acesso à rede com sistema FV. Fonte: (Aneel)
8.1 SISTEMA DE COMPENSAÇÃO
O sistema de compensaçao de energia elétrica possibilita que a energia excedente
produzida pela unidade consumidora , tanto com a micro ou a minigeraçao, seja
injetada na rede da distribuidora local. Dessa forma, a energia sendo cedida à
distribuidora local, permit que a energia seja transmitida por outras unidades
consumidoras locais e cem por cento aproveitada, sem disperdicios.Por sua vez, a
distribuidora local gera creditos a unidade consumidora que serao compensados
posteriormente em sua fatura de energia mensal. Por tanto , se em um determinado
ciclo de faturamento a energia injetada for maior do que a consumida , o consumidor
recebera creditos equivalentes a diferenca de energia que por ele foi entregue a
rede. Caso contrario , o consumidor apenas pagara a diferenca entre a energia
consumida e a gerada. Essa foi uma importante inovaçao trazida pela Resoluçao
44
Normativa numero 482/2012, vale ressaltar que caso a energia gerada sempre seja
superior a energia consumida , o consumidor tera o prazo de 36 meses (3 anos)
para fazer uso desses creditos , não so pela unidade geradora como em qualquer
outra que esteja em sua titularidade (cpf ou cnpj ). O consumidor ainda deve pagar
impostos incidentes sobre a energia total absorvida pela rede , ICMS e PIS/COFINS,
alem do pagamento de uma parcela referente ao custo de disponibilidade para
consumidoras de baixa tensao (grupo B) – valor em reais equivalente a 30kWh
(monofasico), 50kWh (bifasico) ou 100kWh (trifasico) ou uma parcela
correspondente a demanda contratada para consumidoras de alta tensao (grupo A).
A figura abaixo ilustra o funcionamento deste sistema:
Figura 15 – funcionamento do sistema FV. Fonte: (Aneel)
Em suma , o consumo de energia faturado corresponde à diferença entre a energia
consumida e a injetada.
45
Para que haja desconto na fatura de outras unidades o proprietario deve cadastrar
as unidades que estao em sua titularidade para tal fim , indicando a ordem de
prioridade das suas unidades consumidoras para participaçao no sistema, com a
regra que a unidade que esta instalada o gerador seja a primeira a ter o consumo
compensado.
Figura 16 – créditos com a concessionária de energia. Fonte: (Aneel)
8.2 MODELO DO SISTEMA DE COMPENSACAO
Considerando uma unidade consumidora trifasica (custo de disponibilidade
equivalente a 100kWh) , que tenha instalado equipamentos de microgeraçao solar
com potencia de 2kWp , consumo medio mensal de 418kWh e para efeito de calculo
tarifa da cemig de 0,347 R$/kWh , desconsiderando incidencia de impostos federais
e estaduais (PIS/COFINS e ICMS) , o calculo de compensaçao ficaria da seguinte
forma, como ilustra a figura mais à frente :
46
Figura 17 – consumo e geração no 1ª trimenstre. Fonte: (Aneel)
No mês de janeiro, o consumo de energia (330kWh) é menor do que a injetada a
rede (353kWh) , resultando um credito de 23kWh para ser utilizado no faturamento
do mês seguinte. No entanto o faturamento sera apenas pelo custo de
disponibilidade que em reais equivalente a 100kWh , para tarifa de 0,347, resultando
em R$34,70 de custo.
No mês de fevereiro, o consumo e a energia injetada foram exatamente iguais
(360kWh) , assim o credito do mês anterior não sera aproveitado e novamente a
unidade consumidora foi faturada pelo custo de disponibilidade.
No mês de março , o consumo (460kWh) foi maior do que a energia injetada na rede
(335kWh) , o que propiciou a utilizaçao do crédito de 23kWh gerado no mês de
janeiro.
47
9 INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FV E A DE SEGURANÇA
Quando concluídas as intalações do projeto de 1.000 telhados na Alemanha, entre
1991 e 1995, ficou constatado que aproximadamente 40% das falhas foram
relacionadas a problemas na instalação e 30% por erros de projeto. No Brasil os
sistemas instalados através do Programa Luz para Todos, também apresentaram
diversos defeitos. Esses fatos demonstram que para se obter um bom
funcionamento não bastam um bom dimensionamento e o uso de equipamentos de
qualidade, mas também, um eficaz controle de qualidade desde a fase de projeto até
a instalação do sistema. Os profissionais que trabalham na instalação de Sistemas
Fotovoltaicos devem conhecer e praticar medidas de segurança aplicáveis á cada
projeto, de acordo com as normas vigentes e recomendações do fabricante.
Em projetos mais complexos, a instalação envolve profissionais de diversas áreas
como carpinteiro e pedreiro para construção de fundação e estrutura para os
equipamentos e eletricista para instalação do sistema propriamente dito. Estes
profissionais envolvidos devem ser acompanhados por um profissional com
habilidades comprovadas em Energia Solar Fotovoltaica adequadamente treinado, a
fim de garantir uma instalação correta e sem riscos.
Um profissional devidamente qualificado ofereçe soluções para problemas que
possam surgir durante a instalação. Recomenda-se dividir o processo de instalação
em duas etapas para facilitar sua execução, a primeira fase denominada de pré-
instalação constitui-se do dimensionamento e seleção de acessórios (suportes,
cabeamento, terminais etc.), configuração do local e pré-montagem das obras civis
necessárias e das condições climáticas no momento do trabalho, a segunda fase
que é a da instalação, envolve a montagem e o startup do Sistema Fotovoltaico, a
serem realizados no local definitivo. A adoção deste procedimento de divisão das
etapas evita a ocorrências de falhas de funcionamento do istema, além de evitar
acidentes com pessoas durante a sua execução.
A seguir constam alguns procedimentos relativos à instalação dos vários
componentes de um Sistema Fotovoltaico.
48
9.1 – RECOMENDAÇÕES GERAIS SOBRE SEGURANÇA
Recomenda-se seguir as normas e recomendações técnicas nacionais na instalação
dos Sistema Fotovoltaico, na ausência dessas normas deve-se consultar normas
internacionais. As Tabelas 10.1 e 10.2 apresentam as principais normas brasileiras e
internacionais recomendadas para consulta.
Tabela 5 – Normas nacionais recomendadas
49
Tabela 6 – Normas internacionais recomendadas
50
É importante seguir as recomendações técnicas de instalação dos equipamentos
informadas pelo fabricante através do manual. A seguir, são apresentadas algumas
sugestões gerais de segurança para auxiliar na instalação adequada dos Sistemas
Fotovoltaicos: Definir e fazer cumprir os procedimentos de segurança para os
instaladores e dos equipamentos, conforme as normas técnicas vigentes. Para os
Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, seguir as normas de conexão dos
sistemas à rede elétrica estabelecidas pela ESCELSA. O local onde os
equipamentos forem instalados deve estar devidamente sinalizado quanto ao risco
de choque elétrico, principalmente devido à geração própria.
Bloquear o acesso ao ambiente onde forem instalados os controles, inversores e
medidor bidirecional, a fim de controlar o acesso de pessoas não autorizadas além
de proteger os equipamentos de umidade, poeira e vandalismo.
Todos o equipamentos e estruturas metálicas devem ser aterrados eletricamente
além de contar com dispositivos de proteção elétrica adequados para
equipamentos e para o ser humano. Cobrir os painéis fotovoltaicos quando
possível a fim de obter o menor valor de tensão e corrente possível ao se trabalhar
no sistema, esta medida ajuda a reduzir os riscos de choque elétrico ou curto-
circuito durante a instalação. Mesmo que a desconexão da rede tenha sido feita, os
Sistemas Fotovoltaicos podem apresentar condições de tensão e corrente letais,
mesmo com uma baixa tensão nos módulos fotovoltaicos, a forma como estão
dispostos em série ou paralelo pode representar um grande perigo.
9.2 - SEGURANÇA E MANUSEIO EM INSTALAÇÕES FV
Ao realizar os trabalhos de instalação ou manutenção, o profissional deverá retirar
todos os objetos pessoais metálicos como aliança, relógio, cordões, etc. Vestir
roupas e usar equipamentos de proteção adequados ao trabalho e em bom estado
de conservação (camisa, calça, cinto de segurança, capacete, máscara, luvas,
calçado, entre outros). Sempre usar ferramentas apropriadas para trabalhos
elétricos. Estar acompanhado de pelo menos mais um profissional, que possa
auxiliar na atividade e garantir um trabalho seguro.
51
A localização é um dos fatores mais importantes na instalação do Sistema
Fotovoltaico, uma vez que a radiação solar recebida pelos módulos será
determinante para garantir o máximo de aproveitamento do sistema, a aproximação
de prédios, árvores, outdoors, dentre outros pode interferir neste aproveitamento,
principalmente nos horários de maior incidência da radiação solar.
9.2.1 – ORIENTAÇÃO E INCLINAÇÃO DO GERADOR FV
Para garantir o máximo de aproveitamento de radiação solar ao longo do ano, as
duas condições descritas a seguir devem ser observadas. Para garantir um
funcionamento eficiente, os módulos devem estar direcionados à linha do equador.
Nas instalações localizadas no hemisfério Sul, localização do Brasil, os módulos
fotovoltaicos devem ser direcionados ao Norte Verdadeiro, conforme a figura abaixo.
Figura 18 – Módulos fotovoltaicos direcionados ao norte verdadeiro estando localizado no hemisfério Sul. Fonte: (Crescesb)
52
Normalmente, a localização do Norte ou do Sul verdadeiro não coincide com a do
Norte ou Sul Magnético, sendo necessária uma correção do referencial magnético
através da Declinação Magnética do local onde será realizada a instalação do
Sistema Fotovoltaico. Para se chegar a esses valores o Observatório Nacional,
coloca à disposição um mapa da declinação magnética sobre o território brasileiro.
Figura 19 - Aplicação da correção do referencialmagnético em um local de declinação
magnética -20º. Fonte: (Crescesb)
Para garantir o máximo de aproveitamento ao longo do ano, o ângulo de inclinação
dos painéis deve ser igual ou aproximado à latitude do local onde o sistema será
instalado.
Figura 20 - Ângulo de inclinação dos painéis fotovoltaicos.
53
9.2.2 – MONTAGEM DO SUPORTE DOS MÓDULOS FV
A função da estrutura de suporte dos módulos é garantir estabilidade, além de
possibilitar uma boa ventilação, uma vez que as altas temperaduras podem
prejudicar a eficiência dos módulos. Os módulos devem ser montados sobre uma
estrutura rígida que possibilite a regulagem do ângulo de inclinação, a estrutura,
quando metálica, deve ser devidamente aterrada.
Figura 21 – Estrutura de sustentação de módulos fotovoltaicos. Fonte: (Google imagens).
Tabela 7 - Vantagens e desvantagens da instalação sobre a edificação
Em resisdências, de pequeno porte com resistência estrutural adequada, os
módulos fotovoltaicos são usualmente instalados sobre o telhado. Uma fixação
54
rígida dos módulos ao telhado tem a função de manter a inclinação adequada dos
módulos em relação ao sol e proporcionar resistência a ventos fortes.
9.3 - INSTALAÇÃO DA PARTE DE POTÊNCIA
As tabelas 10.1. e 10.2 apresentas as normas que devem ser consultadas antes da
instalação dos componentes de acondicionamento de potência. Os controladores de
carga, inversores e conversores podem ser instalados diretamente nas paredes. A
etapa de pré montagem em caixas específicas é recomendada antes da fxação dos
componentes.
Figura 22 - Exemplos de controladores de carga e inversores instalados na parede. Fonte: (Internet)
55
Figura 23 - Exemplo de controladores de carga e inversor instalados em caixa específica.
Fonte: (Internet)
Recomenda-se a instalação em local seco, ventilado e livre de intempéries a fim de
preservar a vida útil dos equipamentos eletrônicos, a instalação deve permitir o
acesso para fácil manutenção. Devido as altas temperaturas de um país tropical
como o Brasil, a ventilação é um item muito importante a se considerar no momento
da instalação dos compontes de controle. Deve-se optar por componentes que
suportem maiores temperaturas de trabalho e que possuam boa troca de calor com
o ambiente,seja através de dissipadores térmicos metálicos ou coolers.
9.3.1 – INSTALAÇÃO DOS COMPONENTES DE PROTEÇÃO
Os SFV necessitam de dispositivos de proteção para proteger pessoas e os
equipamento contra surtos, os dispositivos mais utilizados são os fusíveis,
disjuntores e diodos. O uso de disjuntores é mais comum por oferecer maior
comodidade em relação aos fusíveis pois não necessitam de substituição após a
ocorrência de um surto. Conforme determina a NBR 5410, os dispositivos de
56
proteção devm ser dimensionados e selecionados conforme os valores máximos de
corrente e tensão aos quais serão submetidos. No caso em que os módulos estejam
exposto a máxima radiação solar, a corrente será limitada pelo dispositivo de
proteção. No entanto, para evitar o desarmamento recorrente do disjuntor, entre o
módulo e o controlador de carga, utilizam-se disjuntores dimensionados por um fator
multiplicativo de segurança de 1,25. O dispositivo de segurança adotado deve ser
apropriado para operar de acordo com o tipo de tensão a qual será submetido (c.c.
ou c.a.) caso contrário poderá ter sua vida útil prejudicada.
Tabela 8 - Componentes de proteção
57
O sistema fotovoltáico também deve estar protegido em caso de descargas
atmosféricas, para isso utiliza-se um Sistema de Proteção contra Descargas
Atmosférias - SPDA. Como os Sistemas Fotovoltaicos estão constantemente
expostos a ambientes abertos, o risco de sofrer uma descarga atmosférica deve ser
considerado. A NBR 5419:2005 define os parâmetros para dimensionamento e
instalação do SPDA. Existem também os diodos de bloqueio e de by pass para
evitar danos causados por retorno de corrente ou sobrecarga nos paineis
fotovoltaicos.
9.4 - ATERRAMENTO
Além do sistema de para-raios, o Sistema Fotovoltaico também deve estar
equipado com um sistema de aterramento a fim de evitar riscos de choque elétricos
ou queima dos equipamentos em caso de fuga de corrente, curtos e energização
das estruturas de fixação e carcaças. O sistema de aterramento deve ser
concebido de acordo com a a norma ABNT NBR 5410:2004.
Ao projetar o sistema de aterramento é imprescindível levar em consideração as
características do solo em que será instalado, uma vez que as características
influenciam diretamente na eficiência do escoamento das correntes de fuga. A
resistividade do solo depende de diversas características como umidade,
composição, entre outros. Um solo que apresente alta resistividade pode passar
pro um processo de tratamento que reduzirá a níveis aceitáveis os valores de
ressistividade.
É recomendável isolar todas as partes metálicas do sistema, para evitar o contato
de pessoas com as partes que possam estar energizadas. Em Sistemas
Fotovoltáicos Conectados à Rede, faz-se necessário o aterramento de proteção
dos equipamentos e o aterramento funcional do sistema. O aterramento do lado
c.c. depende da tecnologia de módulo ou de inversor utilizada. As tecnologias de
silício cristalino, em geral, ficam em flutuação; os inversores sem transformadores
não são aterrados, deve-se consultar o manual do fabricante e adotar as
recomendações citadas para proteção.
58
O aterramento dos Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede difere dos sistemas
isolados pois é em algum momento, interligado ao aterramento das demais casas,
formando uma malha de aterramento mais eficiente.
9.5 - INSTALAÇÃO DE CABOS, CONEXÕES E ACESSÓRIOS.
Os medidores dos Sistemas Conectados à Rede, conhecidos como medidores
bidirecionais devem ser instalados em abrigos dentro de caixas apropriadas para
este fim de acordo com as recomendações da ESCELSA em suas normas técnicas
específicas para siatemas de geraçãoprópria ligados à rede de baixa tensão. Deve
haver um disjuntor geral ligado junto ao medidor, este dispositivo deve permanecer
disponível ser utilizado em caso de manutenção do sistema.
Todas as partes do sistema devem estar conectadas através de condutores elétricos
devidamente dimensionados de acordo a corrente elétricas que serão submetidos. O
comprimento deve ser considerado para cálculos de queda de tensão e consequente
dimensionamento de bitola. O tipo de cabo, classificação de isolamento deve estar
de acordo com o ambiente a qual estará exposto, consideranto temperatura,
umidade, etc. e tipo de instalação, seja ela aérea, ou subterrânea. Os cabos
utilizados devem ter bitola e qualidade recomendadas nos catálogos técnicos
fornecidos pelos fabricantes dos módulos e inversores, respeitando os padrões de
cor.
A fabricação dos condutores deve seguir todos os padrões nacionais de qualidade.
A secção do condutor deve ser escolhida para que a queda máxima de tensão não
seja maior que 5% da tensão nominal do sistema. Para a conexão dos painéis ao
inversor os condutores devem suportar no mínimo 125% da corrente nominal de
curto-circuito dos painéis.
Em toda a instalação, os condutores utilizados devem estar identificados quanto as
suas polaridades, positiva, negativa, assim como o cabo de aterramento, fase e
neutro. O método usual é o de identificação por cores, sendo vermelho para o
positivo, preto para o negativo e verde para o terra. Deve-se tomar os cuidados
59
necessários durante o processo de decapagem dos cabos bipolares para não
danificar o isolamento interno, evitando assim um possível curto-circuito.
Os cabos sujeitos a intempéries devem ser projetados para suportar as condições
extremas de calor, umidade e radiação ultravioleta evitando sua substituição. Os
demais componentes como fita isolane, bucha de fixação,prego, abraçadeira, borne,
etc. devem ser apropriados para este tipo de instalação a fim de evitar corrosão e
ressecamento. Todo tipo de adaptação deve ser evitado para evitar pontos de
corrosão, mau contato e aquecimento. A pré-instalação é de fundamental
importância para verificar se todos os itens foram previstos.
As técnicas utilizadas para fixação dos condutores são as utilizadas habitualmente
pela eletricidade predial, com o detalhe de se trabalhar com corrente contínua, com
elevados níveis de tensão na saída do conjunto dosmódulos fotovoltaicos e elevada
corrente no barramento de corrente contínua. Os conectores também devem ser
bem dimensionados e bem apertados para evitar maus contatos, sobreaquecimento
e até mesmo acidentes mais graves como curto-circuito e incêndios. É comum
utilizar-se de vaselina ou graxa para proteção das conexões. A fita isolante pode não
ser a melhor opção quando se trata de um clima quente e umido pois a cola adesiva
sofre degradação, portanto é recomendável a utilização de fitas de autofusão. Cada
terminal de conexção deve estar devidamente identificado quanto ao circuidos a que
correspondam.
9.6 - COMISSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
O comissionamento do sistema consiste em preparar o sistema para o pleno
funcionamento, após uma série de testes emedições. Se o sistema for considerado
apto e tiver sido instalado conforme projeto e as normas cabíveis o mesmo será
liberado para entrar em operação. Após a conclusão da etapa de comissionamento o
instalador transfere a responsabilidade pelo sistema ao proprietário da residência,
que por sua vez deverá mantê-lo em perfeito funcionamento e relizar todas as
inspeções e manutenções conforme programado. O proprietário poderá fiscalizar a
fase de comissionamento junto ao instalador, durante este processo o local deverá
ter aceso restrito apenas às pessoas autorizadas.
60
10 MANUTENÇÃO DE SISTEMAS FV ON-GRID
É importante ressaltar que antes de realizar manutenção em qualquer sistema de
geração conectado à rede, deve-se desconectar o sistema da rede por meio do
dispositivo de seccionamento ou de proteção. Este dispositivo de seccionamento
não pode ser visível, pois o acesso é restrito à distribuidora.
10.1 PROBLEMAS COMUNS NO SISTEMA FV
É muito raro uma falha completa de sistema fotovoltaico. Quando bem projetados e
instalados funcionam por muitos anos e eventuais falhas normalmente estão
associadas a reparos simples. O componente mais confiável de um sistema
fotovoltaico é o próprio gerador fotovoltaico. No caso de avarias, as principais
causas são os efeitos de descargas atmosféricas, as falhas dos diodos e as
deficiências nos módulos e no cabeamento c.c.
As falhas mais frequentes são os danos provocados pelo dimensionamento incorreto
do inversor, pelo efeito de descargas atmosféricas e por falha do circuito eletrônico.
Os fenômenos de corrosão provocados pela combinação de diferentes materiais
foram recorrentes, falhas relacionadas com os fusíveis e com distúrbios no
fornecimento de energia à rede tambem são comuns.
O inversor Sunnyboy 1.5kw SMA para Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Redes
possui funções de monitoração e aquisição de dados, que disponibilizam
informações operacionais e tornam fácil e rápida a deteção de problemas no
sistema. De qualquer forma, uma avaliação manual também pode ser efetuada.
Conforme figura da próxima página:
61
Figura 24 – inversor usado no projeto. Fonte: (Google imagens).
O painel fotovoltaico on-grid pode ser verificado, incluindo medidas de Isc e Voc com
o sistema desligado. Porém, adicionalmente, devem ser também avaliadas as
perdas no inversor e a eficiência de seu sincronizador.
Uma vez que os inversores para sistema on-grid efetuam varredura continuamente
na entrada c.c., com o inversor em operação, deve-se efetuar medidas de tensão e
corrente no painel, bem como simultaneamente de irradiância e temperatura, com o
objetivo de confirmar a operação do painel em seu ponto de potência máxima (PMP,
VMP, IMP) para as aquelas condições. O PMP medido deve ser comparado com o
informado pelo fabricante do módulo, corrigido para as condições da medida.
Também deve-se simultaneamente efetuar medidas de tensão e corrente na saída
c.a. do inversor, para verificar sua eficiência, que é a razão entre a potência c.c. e a
62
potencia c.a. medidas. O valor esperado pode ser visto na curva de eficiência
fornecida pelo fabricante do inversor.
Desvios superiores a mais ou menos 15%, seja no ponto de operação do painel (em
relação ao PMP nas condições da medida), seja na eficiência do inversor podem ser
indício de problemas e devem ser melhor investigados. Os valores medidos devem
ser também comparados com os informados pela aquisição de dados do inversor.
As medidas em Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Redes são bastante
trabalhosas, e que são necessárias pelo menos duas pessoas, ficando uma delas no
painel para medir irradiância e temperatura e a outra junto ao inversor para efetuar
as medidas c.c. e c.a. As medidas devem ser efetuadas de forma simultânea, o que
exige comunicação e coordenação entre elas, possivelmente utilizando rádios. O
trabalho deve preferencialmente ser efetuado em um dia claro (sem nuvens) para
uma maior precisão.
Figura 25 – aparelho de medição: termometro infravermelho
63
10.2 MANUTENÇÃO DE CENTRAIS FOTOVOLTAICAS
De uma forma geral, os equipamentos de proteção das centrais Fotovoltaica devem
atuar quando detectadas condições anormais na tensão ou frequência de operação
da rede elétrica, desconectando a central Fotovoltaica, para garantir a segurança
das equipes de manutenção da rede e das pessoas em geral, além de evitar danos
aos equipamentos conectados à rede.
A manutenção preventiva e corretiva de centrais Fotovoltaica é algo mais crítico e
que merece fundamental atenção. No caso do Brasil, até o presente, não há
regulamentação a esse respeito e, portanto, fica a criterio do proprietario com base
nas necessidades de cada sistema implantado por ele.
Dependendo da potência e da característica da instalação da central Fotovoltaico,
podem existir diversas configurações para definir como a manutenção preventiva
deve ser feita, com base em recomendações práticas obtidas com usinas em
operação. Responsável pela manutenção: pode ser o investidor, o instalador, ou
uma empresa de manutenção especializada. Presença de equipe de manutenção:
pode ser necessária presença contínua, intermitente ou apenas quando incidentes
ocorrerem. Sistema de monitoramento (controle e supervisão): pode ser um sistema
avançado, simples ou somente com as informações fornecidas pelo inversor.
10.2.1 MANUTENÇÃO DO SISTEMA FV
Recomenda-se que o responsável pelas atividades de operação e mantenção tenha
habilidades tanto em nível funcional quanto em relação à documentação, pois a
manutenção deve ser feita tão rápida e eficientemente quanto possível, caso o
operador não tenha esse requisito o treinamento do supervisor de manutenção e dos
demais encarregados é essencial.
É essencial tambem ter sempre uma lista atualizada de todas as peças de reposição
para a central, e assegurar que há quantidade suficiente de cada uma em estoque,
também é importante estar atento para o estoque de bens de consumo, como óleo,
64
tinta, etc. Uma má gestão no estoque de reposição pode significar dias de sistema
inativo ocasionando falhas na geração e economia de energia.
10.3 VIGILÂNCIA
É importante procurar evitar, tanto quanto possível incidentes que envolvem ladrões
e vandalismo. A reparação ou substituição de equipamentos e outros possíveis
problemas na pode significar um alto custo. Mesmo se a central Fotovoltaica contar
com seguro, há perdas de produção, custo do trabalho para as reintegrações etc.
Caso se verifique que esse tipo de serviço é um investimento necessário, pode-se
optar por contratar vigilância com pessoal e/ou equipamentos eletrônicos (câmeras,
sensores de presença etc.).
Um sistema de monitoramento bem implementado para a central pode significar
grandes economias na manutenção corretiva, já que possíveis defeitos podem ser
detectados a tempo de evitar falhas mais sérias. Um seguro que cubra todos os
efeitos decorrentes de eventos meteorológicos, roubo, ou possíveis danos devido a
vandalismo. Há seguros que cobrem inclusive perdas de produção de energia,
tambem é recomendavel.
10.4 AVALIAÇÃO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
A avaliação de desempenho de um Sistema Fotovoltaica pode ser feita adotando-se
procedimentos para a aquisição e registro de dados operacionais do sistema. O
ideal é que o procedimento de monitoração seja automático, associado à utilização
de um sistema de aquisição, armazenamento e transmissão de dados.
O inversor Sunnyboy 1.5 kw SMA possue um sistema de aquisição e
armazenamento de dados integrado, onde os parâmetros registrados podem ser
coletados localmente, por exemplo, via interfaces (USB, interfaces próprias) de
comunicação, ou podem ser transmitidos para um servidor ou computador remoto,
via rede Wireless ou rede celular, por exemplo. Assim, o usuário ou operador pode
65
acompanhar o desempenho operacional dos componentes do Sistema Fotovoltaico,
com base no histórico dos parâmetros monitorados, ou mesmo em tempo real.
Basicamente, os parâmetros monitorados na maior parte das aplicações estão
relacionados com a tensão, corrente, potência ativa e energia ativa, tanto no lado
c.c. quanto no lado c.a. Quanto às variáveis climáticas monitoradas, geralmente são
coletados, por meio de sensores apropriados, os valores de temperatura ambiente
e/ou da superfície posterior do módulo fotovoltaico; temperatura do banco de
baterias; irradiância no plano horizontal e/ou no plano inclinado do painel
fotovoltaico.
Com a avaliação dos dados coletados pode-se verificar o funcionamento adequado
do Sistema Fotovoltaico ou ainda detectar alguma anomalia no funcionamento do
sistema, podendo-se obter um indicativo de que está havendo, por exemplo, falha no
inversor, falha na ligação entre cabeamento e conectores, falha de isolamento,
defeito em fusíveis, chaves e disjuntores, falha no gerador fotovoltaico etc.
O acompanhamento do desempenho operacional do Sistema Fotovoltaico permite
avaliar a disponibilidade do gerador fotovoltaico durante um período específico do
ano. A avaliação do desempenho também pode ser feita pela comparação entre os
dados obtidos pela monitoração e os resultados de simulação da produção
energética do sistema, utilizando-se ferramentas computacionais desenvolvidas para
tal fim. Por exemplo, em um Sistema Fotovoltaico Conectado a Rede pode-se
comparar a energia injetada na rede elétrica pelo inversor em um dado período com
a produtividade simulada e esperada para o referido período em análise. Por meio
da produtividade, podem-se comparar Sistema Fotovoltaico Conectado a Rede de
diferentes capacidades e configurações de instalação para a dada localidade.
Para melhor aproximação do comportamento real do Sistema Fotovoltaico, nas
simulações de desempenho são considerados os equipamentos utilizados na
instalação fotovoltaica e os dados climáticos monitorados no local.
66
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O problemas gerado pelo sistema FV on-grid é que no segundário dos trafos das
substações os componentes elétricos foram dimensionados para uma conhecida
variação de tensão mas com a conecção de geradores FV no sistema esta variação
é um tanto quanto difícil de se calcular pois como sabemos este tipo de sistema
varia bastante em relação com o modo de geração da hidrelétricas ente outras, mas
isso não é suficientemente preocupante pois com o avanço da tecnologia maneiras,
sistemas, dispositivos e vários outros, meios de controle e supervisionamento a
distância já existem para auxiliar-nos com este probleminha. Estes sistemas para o
fim de T&D são conhecidos como SMART- GRIDs, ou seja, redes inteligentes .
As aulas, os experimentos e as didáticas aplicadas pelos professores e
proporcionada pelo Centro de Educação Técnica (CEDTEC), foram de suma
importâcia para o conhecimento adquirido para a elaboração deste TCC pois todos
os assuntos abordados aqui foram vistos nos estudos ao longo dos módulos
lecionados pelos professores que por sua vez são muito capazes no que fazem.
67
REFERÊNCIAS
ABINEE. Propostas para Inserção da Energia Solar Fotovoltaica na Matriz Elétrica Brasileira. Junho de 1012. Disponível em Http://www.abinee.org.br/informac/arquivos/profotov.pdf. DASOL. Cresce produção de coletores solares e reservatórios térmicos. SolBrasil, v. 16, maio de 2013, pp. 6-7. FERREIRA, M. J. G. Inserção da energia solar fotovoltaica no Brasil. São Paulo, Brasil: Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Energia, USP, 1993. GALDINO, M. A.; LIMA, J. H. PRODEEM - O Programa Nacional de Eletrificação Rural baseado em energia solar fotovoltaica. Rio de Janeiro, Brasil: Anais do IX CBE - Congresso Brasileiro de Energia. COPPE/UFRJ - PPE, v. IV, 2002. p. 1806-1814. INMETRO. PBE - Orientações Gerais para fabricantes e importadores sobre a Regulamentação de Equipamentos para geração de energia fotovoltaica. Disponível em http://www2.inmetro.gov.br/pbe/pdf/guia_de_orientacoes_PBE_fotovoltaico.pdf INMETRO. PBE - Tabela De Eficiência Energética - Sistema De Energia Fotovoltaica – Módulos. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp>. ZANESCO, I.; MOEHLECKE, A.; SOUZA, J. A.; ARAUJO, R. G.; BRAGA, J. F. P.; SELINKE, R. Desenvolvimento de planta piloto de produção de células fotovoltaicas e módulos fotovoltaicos com tecnologia nacional. Florianópolis, Brasil: XXI SNPTEE - Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, 2011. p. 1-9. MOEHLECKE, A.; ZANESCO, I. Mercado, física e processamento de células solares. Metalurgia e Materiais, v. 61, n. 557, 2005. p. 394-397.
ABNT NBR 10899.Energia solar fotovoltaica – Terminologia, segunda edição. Associação Brasileira de Normas Técnicas. 04 de novembro de 2013a. ABNT NBR 16149. Sistemas Fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição. Primeira edição. Associação Brasileira de Normas Técnicas. 1 de março de 2013b. ABNT NBR 14197. Acumulador chumbo-ácido estacionário ventilado – Especificações. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Outubro de 1998.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa No
427/2011.22 de fevereiro de 2011.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa No 493/2012.
5 de junho/2012a.
68
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa No 482/2012.
17 de abril de 2012b.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – Prodist; Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição. Revisão 5. 14 de dezembro de 2012c. COUTO, M. B. Ensaios de equipamentos de consumo típicos utilizados em sistemas fotovoltaicos. Porto Alegre, Brasil: Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2000. 96 p. ELETROBRAS: OLIVIERI, M. M. A.; LIMA, A.A.N.; BORGES, E.L.P.; CARVALHO, C.M. Comparação entre dois tipos de sistemas fotovoltaicos individuais adequados para a eletrificação rural. III Congresso Brasileiro de Energia Solar. Belém, setembro de 2010.
PRODIST (Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional) . http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=82.
II Simpósio de estudos e pesquisa em ciências ambientais na Amazônia. Wilson Pereira BARBOSA Filho1 ([email protected]) Abílio César Soares de AZEVEDO. EPE (A Empresa de Pesquisa Energética ). http://www.epe.gov.br.