procedimentos para a instalaÇÃo de um sistema …

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO DE OBRAS

DIOGO EHLKE SCHUEDA

PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA

FOTOVOLTAICO DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA

RESIDÊNCIA – ESTUDO DE CASO

MONOGRAFIA DE ESPECIALIZAÇÃO

CURITIBA

2018

DIOGO EHLKE SCHUEDA

PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA

FOTOVOLTAICO DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA

RESIDÊNCIA – ESTUDO DE CASO

Monografia apresentada para obtenção do título de

Especialista em Gerenciamento de Obras, do

Departamento Acadêmico de Construção Civil, da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. Adalberto Matoski

CURITIBA

2018

DIOGO EHLKE SCHUEDA

PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO

DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA RESIDÊNCIA – ESTUDO DE

CASO

Monografia aprovada como requisito parcial para obtenção do título de Especialista no Curso

de Pós-Graduação em Gerenciamento de Obras, Departamento Acadêmico de Construção

Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Campus Curitiba, pela

banca formada pelos professores:

Orientador:

_____________________________________

Prof. Dr. Adalberto Matoski,

Departamento Acadêmico de Construção Civil, UTFPR

Banca:

_____________________________________

Prof. M. Eng. Massayuki Mário Hara


_____________________________________

Prof. Dr. Cézar Augusto Romano


Curitiba, 22 de Junho de 2018.

RESUMO

SCHUEDA, Ehlke Diogo. Procedimentos para a instalação de um sistema fotovoltaico de

geração de energia distribuída em uma residência – estudo de caso. 2018. Monografia

(Especialização em Gerenciamento de Obras) – Departamento de Construção Civil -

Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2018.

Cada vez mais os consumidores buscam fontes alternativas de energia, visando a

sustentabilidade e a economia, e nesse sentido a demanda pela energia solar fotovoltaica

cresce pela redução dos custos dos sistemas devido aos avanços da tecnologia, ao aumento da

conta de energia, principalmente nos períodos mais secos em que a bandeira vermelha

predomina na fatura do consumidor. O objetivo desse trabalho é a demonstração das

dificuldades relacionadas durante a instalação de um sistema de geração fotovoltaica em uma

residência. O método utilizado para elaboração deste trabalho foi o estudo de caso dos

procedimentos para a instalação de um sistema de geração fotovoltaica em uma residência

existente, tendo como resultado a demonstração das dificuldades encontradas como a falta de

aterramento e espaço no quadro de distribuição da instalação, até o estado de conservação das

telhas e falta de ponto de ancoragem para a realização de trabalhos em altura para instalação

dos painéis fotovoltaicos no telhado. Também foi demonstrado como resultado a geração de

energia do sistema desde a instalação, chegando a um valor médio de 174kWh por mês, o que

representa um retorno de investimento em aproximadamente cinco anos.

Palavras-chave: Geração distribuída. On-grid. Microgeração distribuída. Sistemas

fotovoltaicos conectados à rede. Energia Solar Fotovoltaica.

ABSTRACT

SCHUEDA, Ehlke Diogo. Procedures for the installation of a photovoltaic system of

distributed energy generation in a residence - case study. 2018. Monography

(Specialization in Construction Management) - Department of Civil Construction - Federal

Technological University Of Paraná. Curitiba, 2018.

Increasingly, consumers are looking for alternative sources of energy, aiming for

sustainability and economy, in this sense the demand for photovoltaic solar energy grows by

the reduction of the costs of the systems due to the advances in the technology, the increase of

the energy bill, mainly in the periods the red flag prevails in the consumer invoice. The

objective of this work is to demonstrate the difficulties related to the installation of a

photovoltaic generation system in a residence. The method used to elaborate this work was

the case analyze the procedures for the installation of a photovoltaic generation system in an

existing residence, resulting in the demonstration of the difficulties encountered as the lack of

grounding and space in the distribution frame of the installation, up to the state of

conservation of the tiles and lack of anchorage point for the realization of works in height for

installation of the photovoltaic panels in the roof. It has also been demonstrated as a result the

system's power generation from the installation, reaching an average value of 174kWh per

month, representing a return on investment in approximately five years.

Keywords: Distributed generation. On-grid. Distributed microgeneration. Photovoltaic

systems connected to the grid. Photovoltaic Solar Energy

SUMÁRIO

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

1.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 9

1.2 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 9

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................11

2.1 RADIAÇÃO E IRRADIAÇÃO .............................................................................11

2.2 MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .........................................................................12

2.3 ESCOLHA DA FACE DO TELHADO E INCLINAÇÃO .....................................17

2.4 INVERSORES ...................................................................................................18

2.5 STRING BOX OU CAIXA DE CONEXÃO .........................................................19

2.6 NORMAS ...........................................................................................................19

2.7 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA.............21

2.8 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA ................................23

2.9 INCENTIVOS À GERAÇÃO FOTOVOLTAICA ..................................................24

2.10 TARIFA DE ENERGIA.....................................................................................24

3 METODOLOGIA ...................................................................................................26

3.1PAINÉIS FOTOVOLTAICOS ..............................................................................26

3.2INVERSOR E STRING BOX ..............................................................................30

3.3TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA .................................32

4 ANÁLISE DE RESULTADOS ..............................................................................34

5 CONCLUSÃO .......................................................................................................39

REFERÊNCIAS .......................................................................................................40

7

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, tem-se buscado outras fontes de energia renováveis e que sejam

ecologicamente corretas. Como a matriz energética brasileira é proveniente,

predominantemente de geração hidrelétrica, que depende diretamente do volume de chuvas

nas regiões, além da dificuldade da geração estar próxima aos grandes centros de carga, a

geração proveniente do sol, dita geração fotovoltaica surge como alternativa.

Diariamente, incide sobre a superfície da terra mais energia vinda do sol do que a

demanda total de todos os habitantes de nosso planeta em todo um ano. Dentre as diversas

aplicações da energia solar, a geração direta de eletricidade do efeito fotovoltaico se apresenta

como uma das mais elegantes formas de gerar potência elétrica (RÜTHER, 2004).

Sem produzir ruído ou qualquer tipo de poluição, utilizando energia limpa, e

inesgotável do Sol, as células fotovoltaicas vem constituindo painéis fotovoltaicos

interligados à rede elétrica pública a fim de contribuir com a economia na geração de energia

de formas convencionais, bem como diminuir os impactos ambientais com novas construções

(NASCIMENTO, 2004) .

A geração distribuída é uma das grandes vantagens da tecnologia fotovoltaica, isso

porque esta tecnologia pode ser instalada junto à própria edificação e junto ao ponto de

consumo, ao contrário da energia hidráulica que necessita de uma área muito grande para

geração, e que geralmente se localiza longe dos pontos de consumo. (RÜTHER, 2004).

A Figura 1 ilustra o funcionamento do sistema de geração de energia solar

fotovoltaico.

Figura 1 - Funcionamento da energia solar fotovoltaica.

Fonte: SMARTENERGY

8

Conforme Nota Técnica nº 0056/2017-SRD/ANEEL, estimou-se que, até maio de 2017,

haveria 10561 conexões e micro e minigeradores, conforme Figura 2.

Entretanto, conforme relatado pela ANEEL em 25/01/2018:

o número de conexões de micro e minigeração distribuída chegou a mais de 20 mil

instalações, com atendimento a 30 mil unidades consumidoras, o que representa uma

potência instalada de 247,30 MW – suficiente para atender 367 mil residências. A

classe de consumo residencial é responsável por 48,71% de conexões, seguida da

classe comercial com 35,25% das instalações (ANEEL, 2018, p 1).

Desde abril de 2012, quando entrou em vigor a Resolução Normativa ANEEL nº

482/2012, o consumidor brasileiro pode gerar sua própria energia elétrica a partir de fontes

renováveis ou cogeração qualificada. Segundo as regras da Resolução Normativa nº

687/2015, que passaram a valer a partir de março de 2016, pode-se utilizar qualquer fonte

renovável, além da cogeração qualificada, denominada microgeração distribuída a central

geradora com potência instalada de até 75kw. No presente estudo vamos desenvolver os

trabalhos para a geração fotovoltaica.

Num determinado mês, caso a energia gerada seja superior à energia consumida no

período, é gerado um crédito que pode ser utilizado nas faturas dos próximos meses, que

expira em 60 meses. Esses créditos podem ser utilizados também para abater o consumo de

unidades consumidoras do mesmo titular (mesmo CPF ou CNPJ), da mesma área de

atendimento da mesma distribuidora. Tal modalidade de utilização de créditos foi denominada

―autoconsumo remoto‖. Isso possibilita, por exemplo, um consumidor que possui uma

chácara e mora em um apartamento, instalar um sistema de geração distribuída na chácara

Figura 2 - Número de micro e minigeradores até 23/05/2017.

Fonte: Nota Técnica nº 0056/2017-SRD/ANEEL

9

para compensar o consumo do apartamento. Também permite a compensação de créditos

gerados entre diversas unidades consumidoras de um condomínio, de acordo com um

percentual predefinido entre elas.

Entretanto, uma parcela dos interessados em instalar um sistema de geração

distribuída têm dúvidas quanto à real geração de energia, e quanto à possibilidade de

instalação de um sistema desses em seu imóvel. Por estes motivos, essa pesquisa foi realizada,

afim de demonstrar os trâmites para a instalação de um sistema, bem como a produção de

energia e o retorno do investimento previsto.

.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo principal: Relacionamento das etapas para a instalação de um sistema de

geração distribuída fotovoltaico;

1.1.2 Objetivos específicos: apresentar as dificuldades no processo de instalação em uma

residência existente; apresentar os trâmites para aprovação de um projeto de geração

distribuída junto à concessionária Copel; apresentar a geração de energia sistema para o

período analisado e o custo do sistema pela potência gerada, bem como o retorno

estimado do investimento.

1.2 JUSTIFICATIVA

Com o aumento no número de instalações de sistemas de geração de energia

fotovoltaicos, também aumentam os acidentes envolvendo essas instalações. Com o

passar do tempo, essas instalações também deverão passar por manutenções preventivas e

corretivas que irão requerer cuidados, e não foi encontrado um grande número de

bibliografia disponível que descreva o processo de instalação, bem como detalhe as

dificuldades que podem ser encontradas.

Segundo estudo sobre principais falhas e suas causas do Projeto de

1.000 sistemas fotovoltaicos (SFCR) instalados na Almenanha, entre

1991 e 2005 – período em que esse tipo de sistema ainda era

inicipiente no país (similar ao período atual do Brasil) – constatou-se

que quase 40% das falhas ocorridas foram devidas a problema na

10

instalação e outros 30% por erros de projeto. Os sistemas

fotovoltaicos instalados no âmbito do Programa Luz para Todos,

principalmente os MIGDIs, também apresentaram muitos problemas

de instalação. Esses fatos ressaltam que para um bom resultado não

são suficientes um bom dimensionamento e especificação de

equipamentos de qualidade, mas sim, o bom gerenciamento da

qualidade do projeto e da instalação como um todo; por isso é

fundamental critérios e especificações bem definidos para todas as

etapas do projeto. (PINHO; GALDINO, 2014, p. 357)

Com a realização desse estudo, é possível demonstrar as etapas para instalação de um

kit padrão disponível no mercado, bem como é possível demonstrar algumas das dificuldades

encontradas durante o processo de instalação. Também é realizada a analise de geração de

energia para o período, estimando-se o retorno de investimento da instalação.

11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 RADIAÇÃO E IRRADIAÇÃO

Segundo NASCIMENTO (2004), A energia solar fotovoltaica tem como ―vocação‖ a

utilização em pequenas instalações (pequenas cargas) que a torna, econômica, eficiente e

segura. O Brasil dispõe de um dos maiores potenciais do mundo para o aproveitamento de

energias renováveis principalmente a energia solar, e além de ecologicamente correto, é uma

fonte inesgotável de energia.

Conforme SOUZA (2004) a radiação solar caria ao longo do dia e tem a intensidade

maior no chamado meio-dia-solar. Ela vai do mínimo, que é no momento em que o sol

aparece no horizonte até chegar ao máximo (que é o meio-dia-solar), decaindo até o valor

mínimo no final da tarde. Isso pode ser observado na Figura 3 sobre a variação de Irradiância

em um dia médio.

Esse valor é de extrema importância para o cálculo de sistemas fotovoltaicos, pois é

nessas horas que um painel fotovoltaico estará gerando o seu máximo durante o dia. As horas

de sol pico estão compreendidas entre duas a três horas antes e depois do meio-dia-solar. O

meio-dia-solar acontece quando os raios de sol estão se projetando na direção Norte-Sul, no

meridiano local. Como o meio dia solar varia ao longo do ano, na maioria das vezes será

diferente do meio dia no horário civil (SOUZA, 2004).

Figura 3 - Gráfico das horas de Sol Pico.

Fonte: SOUZA, 2004

12

2.2 MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

Conforme TONIN apud GHENSEV (2017), dentro da célula fotovoltaica, a energia

da luz que é absorvida pela célula é transferida a seus átomos e elétrons. Então, a partir dessa

energia adquirida, os elétrons desprendem-se dos átomos do material semicondutor, gerando

assim um fluxo elétrico ordenado, conhecido como corrente elétrica.

A Figura 4 abaixo ilustra o funcionamento de uma célula fotovoltaica.

As células podem ser compostas basicamente de três formas, conforme abaixo DIAS,

(2004):

Células moni-cristalinas – representam a primeira geração. Apresentando

rendimento elétrico relativamente elevado (aproximadamente 16%), mas as

técnicas de produção são complexas e caras;

Células poli-cristalinas – apresentam rendimento elétrico inferior (entre 11% e

13%) mas têm um custo de produção inferior, por necessitarem de menos

energia para fabricação;

Células de silício amorfo – apresentam custo menor, mas com rendimento entre

8% e 13%. São películas finas, o que permite a utilização como material de

construção.

Usualmente, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica utilizam painéis

fotovoltaicos equipados com células poli-cristalinas, por apresentarem a melhor relação custo-

benefício.

Atualmente, existem várias opções de módulos fotovoltaicos ou painéis solares no

mercado brasileiro, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Os módulos

Figura 4 - Esquemático da célula Fotovoltaica.

Fonte: TONIN, 2017 apud ENERGIATECSOLAR

13

comercializados no Brasil devem ser ensaiados de acordo com o RAC do Inmetro, e

possuírem a etiqueta de aprovação afixada neles, conforme figura 5.

Os módulos fotovoltaicos são vendidos com a potência em Wp (watt-pico) –

condições padrão de ensaio.

Os módulos fotovoltaicos vêm com cabo com isolamento adequado para exposição

às intempéries, bem como equipados com conectores do tipo MC4 do tipo engate rápido para

conexão entre módulos e entre módulo e inversor, conforme figura 6. Dependendo do tipo da

instalação, os módulos podem ser associados em série ou em paralelo.

Os módulos podem ser associados em série ou em paralelo, conforme o tipo de

inversor e de projeto a ser utilizado. A associação em série é feita conectando-se o terminal

Figura 5 - Etiqueta do Inmetro comprovando a eficiência energética.

Fonte: O AUTOR, 2018

Figura 6 - Conector tipo MC3 e MC4.

Fonte: SOUZA, 2004

14

positivo de um módulo ao terminal negativo de outro módulo fotovoltaico, até que se feche

um arranjo. Nesta associação as tensões dos módulos se somam e a corrente não é afetada. Os

módulos devem ser idênticos, pois se conectando um módulo diferente, com corrente menor,

todo sistema será limitado pelo módulo de menor corrente, diminuindo a eficiência do arranjo

fotovoltaico (PINHO e GALDINO, 2014). Já a associação em paralelo, quando aplicável, é

feita ligando os terminais positivos dos módulos entre si, bem como os terminais negativos

entre si. Nessa configuração, a corrente individual de cada módulo se soma.

Para a fixação dos painéis no telhado ou laje da edificação que irá receber a

instalação, existem kits disponíveis no mercado que se adequam a cada tipo de instalação.

Como o sistema é feito para ter uma vida útil superior a 25 anos, os materiais devem ser de

qualidade para que sejam duráveis. Abaixo, alguns exemplos de kits de fixação em aço

galvanizado para fixação do trilho de alumínio que fixará as placas fotovoltaicas. Existem

outras opções no mercado, os exibidos abaixo são do fabricante NHS Solar, fornecedora do

kit instalado na edificação estudada.

As figuras de 7 A 12 foram registradas durante treinamento realizado pelo Autor

sobre instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede na sede na empresa NHS

Sistemas Eletrônicos em Curitiba – PR.

A figura 7 demonstra a fixação do suporte no caibro do telhado, o perfil de aço

galvanizado e, finalmente, o trilho de alumínio afixado no suporte.

Figura 7 - Suporte para fixação em caibro de madeira e telhado em cerâmica.


15

Esse tipo de fixação garante a versatilidade da instalação, possibilitando sua

instalação com os mais variados tipos de telhas cerâmicas, bem como distâncias entre caibros.

Também garante que a água da chuva não escoe para parte inferior das telhas pelo suporte.

A figura 8 mostra a fixação no caibro do telhado.

Após a fixação dos suportes nos trilhos, o conjunto fica instalado conforme a figura

9, garantindo que não haja a entrada de água entre as telhas.

Figura 8 - Detalhe por baixo da fixação no caibro para telhado do tipo cerâmico.


Figura 9 - Suportes e trilhos montados em telhado cerâmico.


16

Após a fixação dos trilhos, respeitando a distância de aproximadamente 80cm entre

os trilhos (para uso com painéis de 270W que possuem 160cm de altura), o sistema fica

conforme a figura 10.

A fabricante NHS desenvolveu outras soluções de suportes para fixação dos trilhos

de sustentação dos painéis fotovoltaicos para outros tipos de telhados. Por exemplo, a figura

11 é um suporte para utilização em telhados de fibrocimento.

Figura 10 - Painéis fotovoltaicos afixados nos trilhos em telhado cerâmico.


Figura 11 – Suporte Fixação para telhado de fibrocimento.


17

Também foi desenvolvido o suporte para fixação do perfil de alumínio em telhados

de zinco, conforme figura 12.

2.3 ESCOLHA DA FACE DO TELHADO E INCLINAÇÃO

Conforme sugestão do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos pode-se

estimar a distância mínima que o gerador fotovoltaico deve ser colocado da doente de

sombreamento. Cabe salientar que o referido método fornece uma estimativa simples e

conservadora, pois considera que a sombra do obstáculo cobre por igual todo o gerador

fotovoltaico, o que comumente não acontece, devido aos contornos não homogêneos do

sombreamento. (PINHO; GALDINHO, 2010, p.364).

(1)

Figura 12 – Suporte para utilização em telhado de zinco. Fonte: O AUTOR

18

Também devem ser considerados outros aspectos para a instalação dos módulos

fotovoltaicos, como construção de edificações vizinhas, crescimento de vegetação, instalação

de objetos sombreadores ou mesmo vandalismo.

Conforme o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos sugere:

Para geração máxima de energia ao longo do ano, o ângulo de

inclinação do gerador fotovoltaico deve ser igual à latitude local

onde o sistema será instalado. No entanto, pequenas variações na

inclinação não resultam em grandes mudanças na energia gerada

anualmente e a inclinação do gerador fotovoltaico pode estar dentro

de 10º em torno da latitude local. . (PINHO; GALDINO, 2014, p.

367)

2.4 INVERSOR

É o equipamento responsável pela conversão da energia proveniente das placas

fotovoltaicas e, caso ela seja suficiente, ela liga o inversor para que ele passe a gerar corrente

alternada, de modo a atender as cargas ou que essa energia seja injetada na rede.

Conforme TONIN apud URBANETZ:

O inversor é um equipamento eletroeletrônico responsável pela conversão da energia

de corrente contínua (CC) dos módulos fotovoltaicos em energia de corrente

alternada (CA) a ser disponibilizado para as cargas a serem alimentadas. A tensão

Figura 13 - Fator de espaçamento versus latitude do local da instalação do

gerador fotovoltaico.

Fonte: PINHO; GALDINHO, 2010)

19

CA de saída deve ter amplitude, frequência e conteúdo harmônico adequado às

cargas a serem alimentadas e, a tensão de saída do inversor deve ser sincronizada

com a tensão da rede, no caso de sistemas conectados à rede elétrica. De acordo com

tipo do sistema fotovoltaico, conectado à rede elétrica ou isolado, escolhe-se o

inversor a ser usado, pois os inversores para SFVCR possuem características

específicas para atender às exigências das concessionárias de distribuição em termos

de segurança e qualidade de energia a ser injetada na rede.

No Brasil o inversor para conexão à rede deve atender à norma ABNT NBR

16149:2013 (ABNT, 2013b), que estabelece parâmetros como: faixas de variação de tensão e

frequência, THD, proteção contra ilhamento, fator de potência, etc. (PINHO, GALDINO,

2014, p. 239).

Para utilização em instalações conectadas à rede, os inversores devem possuir

homologação do INMETRO.

2.5 STRING BOX OU CAIXA DE CONEXÃO

É a proteção da parte de corrente contínua do sistema. Varia de acordo com cada

fabricante, deve possuir dispositivo de manobra e seccionamento e proteção contra

sobrecorrente, bem como protetor contra surtos de corrente (DPS).

2.6 NORMAS

Conforme Tiecher (2017) em seu artigo Aplicação da NR 35 no processo de

instalação de painéis fotovoltaicos em residências unifamiliares, é obrigatória a instalação de

cabo-guia ou cabo de segurança para fixação de mecanismo de ligação por talabarte acoplado

ao cinto de segurança tipo paraquedista do profissional habilitado, conforme dita a Norma

Regulamentadora 35 (NR35). O cabo de segurança deve ter sua extremidade fixada à

estrutura definitiva da edificação, por meio de espera de ancoragem, suporte ou grampo de

fixação de aço inoxidável ou outro material de resistência, qualidade e durabilidade

equivalentes. Mas, na prática, não é essa a realidade encontrada pelos instaladores. Muito

raramente são encontrados pontos seguros para ancoragens de linhas de vida para a realização

das instalações das placas fotovoltaicas.

Outro ponto que deve ser revisto é quanto à segurança das instalações elétricas dos

sistemas fotovoltaicos. Vinicius Ayrão (2017) desenvolveu um artigo sobre um acidente que

ocorreu em Uberaba em 2016 no qual houve um princípio de incêndio em um inversor

20

fotovoltaico, os bombeiros foram c Chamados e instruíram para que chamassem um

eletricista, já que a energia da residência não podia ser desligada. Por se tratar de corrente

contínua, conforme o arranjo de placas na ordem de 600Vcc, deveriam existir outras medidas

de proteção, por exemplo, no caso de um incêndio, já que os cabos entre as placas e o string

box estariam energizados se as placas expostas à irradiação solar.

Conforme sugestão do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos para a

instalação de um sistema de geração fotovoltaico:

Para facilitar e agilizar o processo de instalação, sugere-se dividi-lo

nas fases de pré-instalação e instalação. Durante a fase de pré-

instalação, a atenção do projetista deve estar voltada para o

dimensionamento e seleção de acessórios (suportes, cabeamento,

terminais, etc.), configuração (layout) do local, pré-montagem e

estimativas de tempo para instalação, faz obras civis necessárias e

das condições climáticas no momento do trabalho. A instalação

propriamente dita envolve a montagem e o comissionamento

(inspeções e testes) do SFV, que devem ser realizados no local

definitivo, de forma rápida, eficiente e segura. A instalação bem

planejada e executada proporciona a proteção devida às pessoas e

garante aos SFVs confiabilidade e bom desempenho, resultando na

satisfação do usuário. (PINHO; GALDINO, 2014, p. 357)

No início da norma NBR16274 – SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS

À REDE – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e

avaliação de desempenho, consta: ―Apenas pelo fornecimento de documentação adequada no

início da operação do sistema é possível assegurar o desempenho de longo prazo e a

segurança do sistema fotovoltaico e/ou obras e ele relacionadas”. Essa norma determina a

documentação a ser entregue ao cliente após a conexão da unidade consumidora à rede,

prevendo:

Identificação de referência do projeto (quando aplicável);

Nome do proprietário do sistema;

Localização do sistema (endereço ou coordenadas geográficas);

Potência nominal do sistema (kWp w kVA);

Módulos fotovoltaicos e inversores – fabricante, modelo e quantidade;

Período de instalação;

Período de ensaios de comissionamento;

21

Período de avaliação do desempenho (quando aplicável)

A norma também prevê as responsabilidades do projetista, sendo necessário descrever:

Nome da empresa

Responsável técnico

Endereço postal, número de telefone e endereço de correio eletrônico;

Atividade realizada na instalação (quando aplicável)

Também exige, no mínimo, um diagrama unifilar da instalação, bem como especificação dos

arranjos fotovoltaicos, especificação dos condutores e aterramento.

A norma ainda prevê o fornecimento de informações sobre a operação e manutenção do

sistema, contemplando, pelo menos:

a) Os procedimentos para verificar o funcionamento correto do sistema;

b) Uma lista do que fazer em caso de uma falha no sistema;

c) Os procedimentos de desligamento de emergência;

d) Recomendações de manutenção e limpeza;

e) Considerações para futuras construções relacionadas ao arranjo fotovoltaico (por

exemplo, obras no telhado);

f) Documentação da garantia dos módulos fotovoltaicos e inversores;

g) Documentação de quaisquer garantias referentes à obra e/ou resistência a intempéries.

A norma também prevê uma série de inspeções na parte CC e CA da instalação

2.7 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Conforme Rodriguéz (2002), os sistemas fotovoltaicos conectados à rede são uma

aplicação da tecnologia solar fotovoltaica, na qual o arranjo fotovoltaico atua como fonte

complementar ao sistema elétrico ao qual está conectado. Esse sistema gera a eletricidade de

forma descentralizada, no local de consumo.

Já, conforme Freitas e Hollanda (2015):

Não há uma definição convergente. A política energética de cada país aborda - e

incentiva - este tipo de geração de maneira diversa. Em uma definição mais geral, a

geração distribuída pode ser entendida como sistemas de potência de capacidade

reduzida e que ficam alocadas próximas ao centro de consumo, sem a necessidade de

extensas redes para sua transmissão2. Em alguns países é considerado, ainda, o tipo de

tecnologia de conversão e a utilização da fonte, se intermitente, de combustível fóssil,

ou renovável. Entretanto, a definição de qual seria a potência instalada para que algum

empreendimento de geração seja considerado distribuído é função, principalmente, da

22

política energética aplicada. Há diversas opções tecnológicas para a exploração da

geração distribuída. Dentre essas, uma das que mais vêm se destacando é o

aproveitamento energético através de sistemas fotovoltaicos, principalmente pela

facilidade na instalação e pela simplicidade de operação e manutenção3. A evolução

desta fonte tem sido bastante impulsionada pela constante redução de preços dos

módulos fotovoltaicos no mercado internacional, principal insumo para tais sistemas.

No entanto, ainda carecem de incentivos para a sua adoção em maior escala.

Os sistemas conectados à rede de distribuição podem alimentar parcialmente ou

completamente a carga de onde está conectado, logicamente, devem ser providos de sistemas

de segurança para manutenção dos níveis de tensão, corrente, distorção harmônica, etc., bem

como serem equipados com um sistema chamado anti-ilhamento, o qual desliga o inversor

impedindo o envio de energia para o sistema quando detecta falta de energia na rede,

prevenindo acidentes. Ou seja, precisa, necessariamente, estar conectado à rede de

distribuição de energia, e esta precisa estar energizada.

Por serem conectadas à rede elétrica pública, estas instalações dispensam os sistemas

acumuladores de energia, reduzindo assim consideravelmente o custo total da instalação (da

ordem de 30% do custo total do sistema para sistemas com acumulação e dispensando a

manutenção e reposição requeridas por um banco de baterias. Além disto, por poderem contar

com a rede elétrica pública como back up quando a demanda excede a geração, não há

necessidade de superdimensionamento do sistema para atendimento da demanda energética

sob períodos prolongados de baixa incidência solar, como é o caso em sistemas isolados ou

autônomos, onde o dimensionamento do sistema deve levar em consideração o pior caso de

oferta solar e a sazonalidade que ocorre na maioria das regiões do globo, do que decorre que

para alguns períodos do ano o sistema autônomo frequentemente estará superdimensionado, o

que eleva os custos da instalação (RÜTHER, 2004).

Outra opção ainda não homologada, mas que certamente irá se tornar disponível em

pouco tempo são os sistemas ditos híbridos que são os quais, quando desconectados da rede

convencional, são alimentados por outra fonte de geração de energia (pode ser proveniente de

placas fotovoltaicas, baterias, entre outras). Em outras palavras, são sistemas com capacidade

de manter as cargas críticas em falta de rede da concessionária.

Verifica-se no mercado atual que os fornecedores comercializam ―kit” de gerador

fotovoltaico ao invés de venderem os componentes isoladamente. Isso é feito para que se

diminua a carga tributária que incide sobre o kit. Dessa forma, o fica isento de ICMS.

Cada ―kit” desse pode ser composto por: módulos fotovoltaicos, suportes, trilhos e

ferragens, cabos e conectores e inversor.

23

Tabela 1 - Relação de componentes do kit do estudo de caso.

Descrição do Componente Unidade Quantidade

Módulo Fotovoltaico 270 Wp, Canadian Solar 60 cells POLI SI ud 6

Inversor On Grid NHS SOLAR-1K5-GSM1 ud 1

String Box 1E 1S 1000V ud 1

Perfil de Alumínio NHS - Univ. - Multifunc. - 3 guias – 3150mm ud 4

Kit Miscelânea – Cerâmico – 3 Painéis kit 2

Cabo Flexível 6 mm PROSOLAR 1kV - Vermelho m 20

Cabo Flexível 6 mm PROSOLAR 1kV - Preto m 20

Kit Conector/Terminal Tipo WM4 para Cabo Solar - Macho/Fêmea kit 1

Adaptador WiFi ud 1

Fonte: O AUTOR (2018)

2.8 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA

Após a finalização da instalação do sistema, o sistema não pode ser energizado, uma vez

que depende da vistoria da concessionária de energia para a substituição do medidor de

energia por um do tipo bidirecional, conforme dita a Norma Técnica Copel - NTC 905200:

Todo aquele que pretender utilizar a geração própria estará

condicionado à apresentação de projeto elétrico, não sendo

permitida, em hipótese alguma, a energização das

instalações sem a análise de conformidade e a devida

liberação do projeto pela Copel, bem como o cumprimento

de todas as condições contratuais (NTC 9052CC Copel, p.

30)

Para tanto, faz-se necessário o preenchimento de um formulário de solicitação de

acesso para microgeração distribuída com potência igual ou inferior a 10kW conforme

modelo ANEXO I.

Ou seja, é necessário preencher o formulário, e desenvolver, pelo menos:

a) ART do Responsável Técnico pelo projeto elétrico e instalação do sistema de

microgeração (ANEXO II);

24

b) Diagrama unifilar contemplando Geração/Proteção(inversor, se for o

caso)/Medição e memorial descritivo da instalação) (ANEXO III);

c) Certificação de conformidade do(s) inversor(es) ou número de registro da

concessão do Inmetro para a tensão nominal de conexão com a rede (ANEXO

IV);

d) Dados necessários para o registro da central geradora conforme disponível no

site da ANEEL: www.aneel.gov.br/scg; (ANEXO V)

e) Lista de unidades consumidoras participantes do sistema de compensação (se

houver) indicando a percentagem de rateio dos créditos;

f) Cópia do instrumento jurídico que comprove o compromisso de solidariedade

entre os integrantes (se houver);

Após análise, a Distribuidora/Concessionária de energia elétrica (no caso em estudo

a Copel) emitirá o Parecer de Acesso (ANEXO VI), que é o documento no qual constam as

condições, requisitos, etapas e prazos para atendimento à conexão do acessante. O

cliente/acessante solicita e a concessionária realiza a vistoria conforme ANEXO VII. Em caso

de necessidade de correções, é emitido um relatório com as pendências constatadas. Caso não

hajam pendências, é substituído o medidor do cliente para um do tipo bidirecional, e emitido

o termo de ADESÃO AO SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE ENERGIA (ANEXO VIII).

2.9 INCENTIVOS À GERAÇÃO FOTOVOLTAICA

Até agora, apenas nos estados do Paraná, Santa Catarina e Amazonas não havia

isenção do ICMS para a Energia Solar. Entretanto, isso está mudando. Conforme notícia da

ABSOLAR (2018):

O Paraná aderiu ao convênio nacional que prevê a isenção do Imposto sobre

Circulação de Mercadorias e Serviços (ICMS) incidente sobre fornecimento

de energia elétrica produzida por mini e microgeração. A adesão era uma demanda

do setor produtivo estadual e, segundo perspectivas do próprio setor, deve estimular

investimentos em projetos de energia solar, eólica, hídrica e de biomassa nos

próximos anos.

25

2.10 TARIFA DE ENERGIA

Conforme verificado no site da Copel e na figura 14, o valor Kwh incluindo

impostos, sendo a consulta realizada em 13/06/2018, é de R$0,69118.

Figura 14 - Tarifa subgrupo B1.

Fonte: COPEL (2018)

26

3 METODOLOGIA

A instalação analisada foi realizada em uma residência unifamiliar em Araucária –

PR, em Fevereiro de 2018. Trata-se de uma construção em alvenaria, com idade de

aproximadamente 40 anos, sem maiores interferências no entorno. O telhado é do tipo

cerâmico, com telhas do tipo capa-canal. Foi utilizado um Kit Gerador Fotovoltaico conforme

Tabela 1.

3.1 PAINÉIS FOTOVOLTAICOS

Para a instalação analisada, foram utilizados seis painéis da marca CANADIAN

SOLAR, instalados em arranjos em série. Os painéis têm especificação conforme abaixo, e

seu detalhamento técnico consta no ANEXO.

Tabela 2 - Especificação dos módulos fotovoltaicos utilizados

MODEL TYPE CS6K-270P

NOMINAL MAXIMUM POWER (Pmax) 270W

OPTIMUM OPERATING VOLTAGE (Vmp) 30.8V

OPTIMUM OPERATING CURRENT (Imp) 8.75A


Os painéis vêm com etiquetas com os dados técnicos, conforme figura 15.

Figura 15 - Especificação dos módulos fotovoltaicos utilizados.


27

Foi escolhido o telhado com a face de melhor irradiância entre as 9 e 15 horas,

conforme recomendações. Por este motivo, foi escolhido o telhado da parte frontal da

residência, conforme figura 16.

Por se tratar de uma construção antiga, não foi possível encontrar um ponto de

ancoragem para linha de vida para atendimento à Norma Regulamentadora NR 35. Foi

verificada a resistência da estrutura de madeira do telhado e, após, foram afixados os suportes

com parafusos de inox, o que pode ser visto na figura 17.

Figura 17 - Detalhe da fixação na residência do estudo de caso.


Figura 16 - Vista da face do telhado escolhida para instalação dos módulos

fotovoltaicos.


28

Para o telhado do nosso estudo de caso não foi necessário realizar nenhum cálculo de

sombreamento, pois inexistiam obstáculos no entorno.

Após a fixação dos suportes nos caibros, e dos trilhos nos suportes, foi feita a fixação

das placas fotovoltaicas nos trilhos. A fixação das placas no trilho se dá através de grampos,

sendo grampos terminais nas extremidades e grampos intermediários entre as placas. No caso

do kit utilizado, os parafusos são de aço inox do tipo ―T‖ M10X35 e porcas de aço inox com

flange. Isso possibilita a colocação no trilho de forma mais fácil, em qualquer posição (figura

18).

A vantagem de existir uma distância entre as telhas e a parte inferior dos módulos é a

dissipação de calor pela ação dos raios solares e das perdas pela conversão de energia. Os

grampos permitem o distanciamento entre os módulos, permitindo que estes trabalhem

conforme dilatação e contração térmica que venham a sofrer.

Após a fixação de todos os suportes nos caibros, e a fixação dos parafusos entre os

suportes e os trilhos através das porcas, os painéis foram instalados, sendo afixados pelos

grampos, conforme figuras 19 e 20.

Figura 18 - Ferragens e suportes de um kit (para três painéis fotovoltaicos)


29

Os módulos fotovoltaicos acompanharam a inclinação do telhado existente de

aproximadamente 20 graus, não sendo necessário adequar.

Após a instalação dos seis módulos fotovoltaicos nos trilhos, e conexão deles em

série, o sistema ficou conforme a figura 20:

Figura 20 - Instalação dos módulos fotovoltaicos nos trilhos de alumínio após fixação


Figura 19 – Grampos terminais na lateral direita e intermediários

na lateral esquerda do módulo fotovoltaico.


30

Entre os módulos fotovoltaicos e o inversor foram instalados cabos do fabricante

Conduspar modelo PROSOLAR FV diâmetro 6mm² 1 kV nas cores vermelho e preto para os

cabos positivo e negativo respectivamente.

Ao realizar a conexão dos módulos, sempre é importante que estes sejam cobertos

por algum material opaco, de forma a impedir que a radiação solar incida sobre eles. Desta

forma, eles deixam de gerar energia.

3.2 INVERSOR E STRING BOX

Por se tratar de uma instalação antiga, não existia um QDG (Quadro de Distribuição

Geral). Por este motivo, foi instalado no abrigo de automóveis, um QDG conforme diagrama

unifilar mostrado na figura 21.

Ao lado do QDG, foram instalados o inversor de 1,5kW do fabricante NHS Sistemas

Eletrônicos, juntamente com a string-box, equipada com chave seccionadora, fusíveis e DPS

de corrente contínua. Foi instalado um eletroduto aparente de PVC na cor branca para os

cabos de corrente contínua provenientes das placas fotovoltaicas conectadas em série. Por

esse motivo, desceram apenas dois cabos (um positivo vermelho e um negativo preto). Os

Figura 21 - Diagrama Unifilar do QDG.


31

cabos de aterramento foram instalados de maneira aparente até o QDG, através de spiraduto e

prensa-cabo. O cabo de corrente alternada de saída do inversor utilizado foi do tipo PP

3x4,00m² e foi instalado aparente, também com spiraduto e entrando no QDG através de

prensa-cabo, conforme figuras 22 e 23.

Figura 22 - Instalação da string box e inversor ao lado do quadro de distribuição.


Figura 23 - String box após conexão dos cabos provenientes dos módulos

fotovoltaicos.


32

3.3 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA

O processo do sistema do estudo de caso foi apresentado na Copel em 17/01/2018 e a

conclusão da análise da Copel se deu em 02/02/2018, como projeto reprovado, devido a um

erro no item d – planilha para cadastro da central geradora. Após, foi reapresentado e

aprovado em 07/02/2018. Foi enviado ao e-mail cadastrado do proprietário o PARECER DE

ACESSO DE MICROGERAÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DA COPEL e o

RELACIONAMENTO OPERACIONAL PARA A MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA.

Após solicitação de vistoria do sistema por e-mail, através do contato

[email protected], foi agendada a vistoria para o dia 22/02/2018.

Durante a realização da vistoria, os técnicos da Copel utilizam um Relatório de

Vistoria, no qual checaram os seguintes itens:

Características dos módulos fotovoltaicos;

Características dos inversores;

Dados do medidor instalado (Concessionária) – marca, modelo, medida,

número de lacre

Existência de Placa de Advertência conforme exigência da norma NTC 905200

e figura 23;

Condições de acesso à Copel à entrada de serviço;

A figura 24 demonstra a entrada de energia existente na residência que recebeu a

placa de advertência indicando a existência de ―geração distribuída‖, conforme exigência.

Figura 24 - Placa de Advertência (210 x 100mm) conforme

Norma Técnica Copel 905200


33

Além dos itens anteriormente mencionados, são analisados outros aspectos da

instalação, como por exemplo, a existência de DPS e dispositivo de seccionamento de

corrente contínua entre os painéis fotovoltaicos e o inversor. Após a verificação e atendimento

destes itens, foram realizados testes dos níveis de tensão entre fases com o inversor

desconectado e depois com o inversor conectado. Finalmente, é testado o anti-ilhamento, que

é a capacidade do inversor perceber a ausência de tensão da rede e desligar, garantindo a

inexistência de geração de energia, o que pode ser verificado realizando-se o teste de ausência

de tensão nos bornes do disjuntor conforme figura 25.

Após a verificação e atendimento às exigências, a instalação foi aprovada e o

medidor convencional da instalação foi substituído por um bidirecional, conforme figura 26.

Figura 25 - Teste dos níveis de tensão e anti-ilhamento após substituição

do medidor pela Copel.


Figura 26 - Medidor bidirecional instalado pela

concessionária na entrada de energia da residência.


34

4 ANÁLISE DE RESULTADOS

O sistema instalado possui memória e capacidade para armazenar os dados de tensão,

corrente, energia gerada, total de energia, dentre outros, que pode ser acessado através de

interface web através do site http://ongrid.nhs.com.br, após criação de usuário e senha e

vinculação com o número de série do medidor para comunicação.

Ao logar no sistema, é exibida a energia gerada ao longo do dia atual. A figura 27

demonstra a potência gerada ao longo do dia 24/05/2018, onde é possível verificar que a

potência máxima do sistema é obtida próxima ao meio dia.

Na figura 28 é mostrado um resumo da geração de energia em Kwh no mês de

Fevereiro de 2018, mês da instalação do sistema. Por este motivo, a geração iniciou em

23/02/2018.

Figura 27 - Potência gerada ao longo do dia 24/05/2018.


35

A figura 29 demonstra a geração de energia em Kwh no mês de Março de 2018.

A geração de energia em kWh no mês de Abril de 2018 pode ser verificada na figura

30.

Figura 28 - Energia gerada em Fevereiro / 2018


Figura 29 – Energia gerada em Março / 2018


36

A figura 31 exibe os valores de energia gerada durante o mês de Maio de 2018:

A figura 32 exibe os valores de kWh gerados em cada mês.

Figura 30 - Energia gerada em Abril / 2018


Figura 31 - Energia gerada em Maio / 2018


37

Somando a energia gerada em todos os meses, o sistema gerou 559,4 kWh em 96

dias de funcionamento, uma média de 5,827Kwh por dia de geração de energia. Multiplicando

por 30, temos a geração média mensal de 174,8kWh por mês.

Ao multiplicarmos o a quantidade de energia gerada média diária pelo valor do kWh

vigente na data do estudo, desprezando a diferença de impostos para o caso de injeção de

energia na rede, ou seja, considerando que toda a energia produzida esteja sendo consumida

na residência durante a sua geração, sem a compensação e possível perda que possa haver

pela diferença de cobrança de impostos, temos uma economia média de R$4,03 por dia,

conforme tabela 3.

Tabela 3 - Economia de energia média diária

Kwh gerado

Valor Kwh

Valor / dia

5,827 0,69118 R$ 4,03


O custo total de aquisição do sistema juntamente com a adaptação das instalações

elétricas da residência foi de R$7.590,00. Dividindo o valor total de aquisição pelo valor de

economia média diária, temos 1883 dias para retorno do investimento, o que equivale à

aproximadamente 5,15 anos. Como o sistema é projetado para uma vida útil superior a 25

anos, e a energia elétrica sofre uma tendência de aumento significativo ao longo dos anos,

pode-se concluir que é um investimento interessante.

Figura 32 - Resumo da energia gerada desde a instalação.


38

Durante o processo de instalação do sistema de geração de energia fotovoltaica na

residência, foram encontradas algumas dificuldades em virtude da idade da construção. A

primeira delas foi à ausência de espaço para circuito no quadro de distribuição geral, bem

como ausência de aterramento e protetores de surto. A segunda dificuldade foi o estado de

conservação das telhas. Durante a instalação dos suportes, trilhos e painéis fotovoltaicos sobre

o telhado foram quebradas 6 telhas. A terceira dificuldade foi relacionada à segurança do

trabalho, já que, dificilmente, em um telhado de uma residência existe um ponto de

ancoragem para a realização de trabalhos em altura com segurança e conforme a Norma

Regulamentadora NR 35.

39

5 CONCLUSÃO

As dificuldades relacionadas à instalação de um sistema de geração de energia

fotovoltaica em uma residência existente foram demonstradas, como a verificação do estado

de conservação das instalações elétricas da residência, disponibilidade de aterramento,

existência de dispositivo protetor contra surtos e espaço disponível no quadro de distribuição

da instalação. Também foram verificadas as dificuldades quanto ao trabalho em altura durante

a instalação dos painéis fotovoltaicos no telhado da residência, como a falta de ponto de

ancoragem e o estado de conservação das telhas. Finalmente, foi apresentada a geração média

de energia do sistema composto por seis painéis fotovoltaicos de (1,62kWp) no período

analisado foi de 174,8kWh/mês, sendo o retorno do investimento obtido em 5,15 anos.

Uma recomendação para trabalhos futuros é o estudo da instalação em uma

residência preparada para o recebimento do sistema, com um telhado com a inclinação e

posição ideais, dotado de gancho de fixação adequado, bem como instalação elétrica

preparada para a instalação do circuito do inversor. Outra recomendação seria o estudo do

tempo médio necessário para a instalação em edificações preparadas para o recebimento de

kits padronizados, em larga escala.

40

REFERÊNCIAS

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consumidores residenciais e comerciais com microgeração solar fotovoltaicos no

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23/03/2018

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ANEEL. RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 482. 17 Abril, 2012.

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10899:2013 : Energia solar

fotovoltaica — Terminologia. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. 11p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 16149:2013 : Sistemas

Fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de

distribuição. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. 12p.

http://www.aneel.gov.br/geracao-distribuida

http://www.aneel.gov.br/geracao-distribuida

41

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Fotovoltaicos Conectados à rede – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de

comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho. Rio de Janeiro: ABNT, 2014. 52p.

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44

ANEXO I

45

ANEXO II

46

ANEXO III

51

ANEXO IV

52

ANEXO V

55

ANEXO VI

62

ANEXO VII

64

ANEXO VIII

procedimentos para a instalaÇÃo de um sistema …

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