projeto eletrico de um edificio

7/24/2019 Projeto eletrico de um edificio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

GILSON LUIS EGGERT

PROJETO ELTRICO DE UM EDIFCIO DE USO COLETIVO COMGERAO DISTRIBUDA

CURITIBA2013


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GILSON LUIS EGGERT

PROJETO ELTRICO DE UM EDIFCIO DE USO COLETIVO COMGERAO DISTRIBUDA

Trabalho de concluso de curso

apresentado como requisito parcial

obteno do grau de Engenheiro Eletricista,

ao Departamento de Engenharia Eltrica,

Setor de Tecnologia da Universidade

Federal do Paran.

Orientador: Prof. Eng. Joaquim Antonio

Dalledone Neto

CURITIBA

2013


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Dedico este trabalho aos meus pais Artur e Helena, por toda a

educao e apoio que me deram, pois sem eles, no teria

consegui chegar ao fim.

minha irm Joanice,

Por todo o amor, carinho e fora que me trouxeram at aqui.


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AGRADECIMENTOS

Ao meu Senhor, pela beno da vida e pela proteo.

Ao professor Joaquim Antonio Dalledone Neto, por todo o apoio, confiana e

disponibilidade a mim a prestados, fundamentais para a realizao e concluso

deste trabalho.

Ao professor Joo Amrico Vilela Junior, por todo o apoio e incentivo para a

concluso deste trabalho.

Ao meu amigo Bruno, pela pacincia e colaborao na realizao destetrabalho.

Aos meus amigos Joo e Franciele pela amizade, apoio, companheirismo,

compreenso e pela colaborao na finalizao deste trabalho.

Aos colegas de graduao Paulo, Eugnio, Dalzotto, Daniel, Andr Frana,

Ermerson, Ivanderson, Marcel, Andr Langner, Heitor, Fernando, Willian, pela

amizade e momentos de descontrao durante o curso. E a todos os demais

colegas que de alguma forma contriburam para que eu chegasse aqui hoje.

A amiga Ana Cludia pela colaborao na obtenso dos dados para realizao

deste trabalho. Ao meu chefe Sidnei, pela compreenso e ajuda prestada. E

aos demais colegas do escritrio que me apoiaram nestes ltimos dias de

finalizao do trabalho.


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Quando acendemos uma lmpada, ligamos o

televisor ou usamos o chuveiro eltrico,

estamos destruindo um pouco o nosso

planeta e gastando recursos que se esgotam

com o uso.

(VILLALVA & GAZOLI, 2012)


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RESUMO

A energia eltrica tem fundamental importncia na forma de vida atual dohomem. Tudo que ele faz est direta ou indiretamente ligado eletricidade, deforma que impensvel no atual momento da evoluo humana a falta dela.Porm, esta necessidade tem consequncias ambientais graves, que devemser levadas em considerao no desenvolvimento de cada novo projeto de umausina eltrica. Com o objetivo de reduzir os impactos ambientes causados pelagerao de energia, fontes limpas como a elica e a solar vm sendoestudadas e desenvolvidas. Neste trabalho ser apresentado o estado atual dedesenvolvimento destas tecnologias e uma das formas de aplicao destas, ossistemas de gerao distribuda de pequeno porte. A concluso dos estudosdeste trabalho resultar no projeto de um edifcio utilizando este conceito, onde

gerada energia eltrica atravs de painis solares e aerogeradores e feita aconexo com a rede da concessionria, sendo que este sistema pode operarfornecendo energia apenas para o edifcio onde se encontra instalado ouinjetando parte da energia gerada na rede da concessionria.

Palavras-chave: Energia Solar, Energia Elica, Gerao Distribuda, GeraoLocalizada.

ABSTRACT

The electric power is crucial to the current way of the manslife. Everything hedoes is directly or indirectly connected to the electricity, so it is unthinkable inthe current moment of human evolution its lack. However, this need forelectricity has serious environmental consequences that should be taken intoconsideration in the development of each new design of a power plant. Aimingto reduce the impacts caused by ambiental energy generation, clean energysource, such as wind and solar, are being studied and developed. In this paperwill be presented the current state of development of these technologies, aswell as one of the ways they can be used for power generation, small systemsof distributed generation. The conclusion of this research will result in a buildingprojected using this concept, where electricity is generated through solar panelsand wind turbines and made the connection to the utility grid, and the systemcan operate only supplying power to the building where is installed or injectingpart of the energy generated in the utility grid.

Keywords: Solar Energy, Wind Energy, Distributed Generation, Generationlocated.


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Sistema isolado de energia. Fonte: (FC Solar) ................................. 21Figura 2: Sistema hbrido. Fonte: (DONAUER) ................................................ 23

Figura 3: Sistema conectado Fonte: (FC Solar) ............................................... 24Figura 4: Evoluo da potncia total instalada de SFCRT no Japo. Fonte:(BERTOI, 2012) ................................................................................................ 28Figura 5: Fachada sul do Edifcio Solar XXI ..................................................... 30Figura 6: Grfico da produo x consumo no Edifcio Solar XXI. Fonte:(JOYCE, 2007) ................................................................................................. 31Figura 7: Diagrama esquemtico do sistema solar fotovoltaico de 2kWpintegrado ao prdio do Departamento de Engenharia Mecnica da UFSC.Fonte: (RUTHER, 2004) ................................................................................... 35Figura 8: Potencial elico brasileiro. Fonte: (ANEEL, Atlas de Energia Eltricado Brasil 3 edio, 2008) ................................................................................ 39

Figura 9: Edifcio da OCESC. Fonte: (Pura) ..................................................... 41Figura 10: ngulo azimutal. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) ................... 49Figura 11: ngulo de declinao solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .. 50Figura 12: ngulo da altura solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .......... 51Figura 13: ngulo de inclinao do mdulo e ngulo de incidncia dos raiossolares. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .................................................. 52Figura 14: Exemplo de turbinas de sustentao. Fonte: Catlogo defornecedores. ................................................................................................... 56Figura 15: Proposta de micro rede CC. Fonte: (LIU, et al.) .............................. 66Figura 16: Elevao lateral do edifcio. Fonte: Projeto Arquitetnico. .............. 68Figura 17: Diviso das 5 regies. Fonte: Autor. ............................................... 70

Figura 18: Dependncia da irradiao. Fonte (SANYO) .................................. 74Figura 19: Dependncia da temperatura. Fonte (SANYO) ............................... 74Figura 20: Dependncia da irradiao. Fonte (KYOCERA) ............................. 75Figura 21: Dependncia da temperatura. Fonte (KYOCERA) .......................... 75Figura 22: Curva de Potncia do Aerogerador X. Fonte: Catlogo do fornecedor ......................................................................................................................... 78Figura 23: Curva de Potncia do Aerogerador Y. Fonte: Catlogo dofornecedor. ....................................................................................................... 79Figura 24: Dimenses da regio 1.2 ................................................................ 89


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LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE

ELTRICA NO BRASIL .................................................................................... 33TABELA 2: POTNCIA INSTALADA ENTRE 1997 E 2007 ............................. 37TABELA 3: RANKING DOS PASES QUE MAIS GERAM ENERGIA ELICA 38TABELA 4: COMPARAO DA EFICINCIA DAS DIVERSAS TECNOLOGIASDE CLULAS FOTOVOLTAICAS .................................................................... 48TABELA 5: NGULO DE INSTALAO DE MDULOS SOLARES ............... 53TABELA 6 - CARACTERSTICA TCNICA DOS MDULOSFOTOVOLTAICOS ........................................................................................... 73TABELA 7 - CARACTERSTICAS TCNICAS DE DOIS AEROGERADORES. ......................................................................................................................... 78TABELA 8 - DISTIRO HARMNICA TOTAL INJETADA NA REDE. .......... 82

TABELA 9 - CARACTERSTICAS TCNICAS DOS INVERSORES PARA OSISTELA SOLAR ............................................................................................. 83TABELA 10 - CARACTERSTICAS TCNICAS DO INVERSOR PARA OSISTELA ELICO ............................................................................................ 85TABELA 11 - POTNCIA INSTALADA ............................................................ 96TABELA 12 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.1 ........... 99TABELA 13 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.2 ........... 99TABELA 14 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.3 ......... 100TABELA 15 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 2.1 ......... 100TABELA 16 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 3.1 ......... 100TABELA 17 - POTNCIA INSTALADA DO CONDOMNIO ........................... 102

TABELA 18 - CONSUMO MENSAL DO CONDOMNIO ................................ 104TABEL 19 - FATORES DE DEMANDA PARA ILUMINAO E TOMADAS DEUSO GERAL .................................................................................................. 105TABELA 20 - FATORES DE DEMANDA PARA TOMADAS DE USOESPECFICO .................................................................................................. 105TABELA 21 - CUSTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ................................. 115TABELA 22: VALORES CONSIDERADOS PARA ANLISE FINANCEIRA .. 116TABELA 23: ANLISE FINACEIRA CONSIDERANDO APENAS CONDOMNIO ....................................................................................................................... 116TABELA 24: ANLISE FINACEIRA CONSIDERANDO GERAO TOTAL .. 116TABELA 25: NVEIS DE TENSO CONSIDERADOS PARA CONEXO DEMICRO E MINICENTRAIS GERADORAS...................................................... 125TABELA 26: REQUISITOS MNIMOS EM FUNO DA POTNCIAINSTALADA ................................................................................................... 126


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SUMRIO

1. INTRODUO ........................................................................................... 101.1 OBJETIVOS ........................................................................................ 12

1.2 METODOLOGIA ................................................................................. 131.3 MOTIVAO ....................................................................................... 132. REGULAMENTAO E GERAO DISTRIBUIDA................................ 14

2.1 RESOLUO NORMATIVA N 482/2012 ........................................... 162.1.1 Do acesso aos sistemas de distribuio ....................................... 162.1.2 Da medio de energia eltrica .................................................... 172.1.3 Das responsabilidades por danos ao sistema eltrico .................. 17

2.2 GERAO DISTRIBUDA ................................................................... 172.2.1 Tipos de Sistemas de Gerao..................................................... 192.2.1.1 Sistemas Isolados ..................................................................... 202.2.1.2 Sistemas Hbridos ..................................................................... 21

2.2.1.3 Sistemas Conectados................................................................ 233. ESTADO ATUAL DA ARTE...................................................................... 253.1 ENEGIA SOLAR ................................................................................. 25

3.1.1 Experincia Internacional ............................................................. 263.1.1.1 Alemanha .................................................................................. 273.1.1.2 Japo ......................................................................................... 283.1.1.3 Portugal ..................................................................................... 293.1.2 Experincia Brasileira ................................................................... 313.1.2.1 CHESF ...................................................................................... 333.1.2.2 LabSolar .................................................................................... 34

3.2 ENERGIA ELICA .............................................................................. 36

3.2.1 Experincia Internacional ............................................................. 373.2.2 Experincia Brasileira ................................................................... 383.2.2.1 Fernando de Noronha-PE ......................................................... 393.2.2.2 Cmara Municipal de So JosSC ........................................ 403.2.2.3 Organizao das Cooperativas do Estado de Santa Catarina .. 40

4. FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA................................................ 424.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA .................................................. 42

4.1.1 Clulas e mdulos fotovoltaicos ................................................... 424.1.1.1 Tecnologias fotovoltaicas .......................................................... 434.1.1.1.1 Silcio (c-Si) ............................................................................... 434.1.1.1.2 Filmes finos ............................................................................... 444.1.2 Caractersticas de Instalao dos Mdulos Fotovoltaicos ............ 484.1.2.1 Orientao dos mdulos ............................................................ 484.1.2.2 ngulo azimutal ......................................................................... 494.1.2.3 Declinao solar ........................................................................ 504.1.2.4 Altura solar ................................................................................ 514.1.2.5 ngulo de incidncia dos raios solares ..................................... 514.1.2.6 Escolha do ngulo de inclinao dos mdulos solar ................. 524.1.3 Caractersticas de Ligao dos Sistemas Fotovoltaicos ............... 53

4.2 ENERGIA ELICA .............................................................................. 544.2.1 Tecnologias .................................................................................. 55

4.2.1.1 Turbina Elica ........................................................................... 554.2.1.1.1 Turbinas de Arraste ................................................................... 55


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4.2.1.1.2 Turbinas de Sustentao ........................................................... 564.2.1.1.3 Turbina de Eixo Vertical ............................................................ 564.2.1.1.4 Turbina de Eixo Horizontal ........................................................ 574.2.2 Aerogerador .................................................................................. 584.2.3 Fator de Capacidade de um Aerogerador .................................... 60

4.2.4 Caractersticas de Instalao dos Aerogeradores ........................ 615. SISTEMAS DE MEDIO E DISTRIBUIO.......................................... 625.1 MEDIO ........................................................................................... 62

5.1.1 Sistema de Tarifao .................................................................... 625.1.1.1 Tarifao feed in ........................................................................ 625.1.1.2 Tarifao net metering............................................................... 63

5.2 MICRO REDE CC ............................................................................... 656. PROJETO ELTRICO............................................................................... 67

6.1 MEMORIRAL TCNICO DESCRITIVO E MEMORIAL DE CLCULO 676.1.1 Apresentao do Empreendimento .............................................. 676.1.2 Formas de concepo .................................................................. 69

6.1.3 Especificao dos Sistemas de Gerao e Distribuio ............... 706.1.3.1 Gerao Fotovoltaica ................................................................ 706.1.3.1.1 Especificao dos Mdulos Solares .......................................... 716.1.3.2 Gerao Elica .......................................................................... 766.1.3.2.1 Especificao dos Aerogeradores ............................................. 766.1.3.3 Especificao dos Inversores para o Sistema Fotovoltaico ....... 796.1.3.4 Especificao dos Inversores para o Sistema Elico ................ 836.1.4 Dimensionamento dos Sistemas de Gerao ............................... 856.1.4.1 Regio 1.1 ................................................................................. 866.1.4.2 Regio 1.2 ................................................................................. 896.1.4.3 Regio 1.3 ................................................................................. 916.1.4.4 Regio 2.1 ................................................................................. 936.1.4.5 Regio 3.1 ................................................................................. 946.1.4.6 Potncia Total Instalada ............................................................ 956.1.5 Clculo da Energia Produzida ...................................................... 966.1.6 Clculo da Demanda .................................................................. 1016.1.6.1 Demanda do Condomnio ........................................................ 1016.1.6.2 Demanda dos Apartamentos ................................................... 1046.1.6.3 Demanda do Edifcio ............................................................... 1066.1.7 Distribuio de Energia ............................................................... 1076.1.7.1 Entrada de Energia ................................................................. 108

6.1.7.2 Centro de Medio .................................................................. 1096.1.7.3 Quadros de Distribuio Local (QDL) ...................................... 1106.1.7.4 Prumada .................................................................................. 1106.1.7.4.1 Clculo dos Condutores .......................................................... 1106.1.7.5 Quadro de Interligao (QI) ..................................................... 1126.1.7.6 Quadro de Proteo CA (QPCA) ............................................. 1126.1.7.7 Desenhos ................................................................................ 113

7. RESULTADOS ENCONTRADOS........................................................... 1147.1 ANLISE TCNICA .............................................................................. 1147.2 ANLISE FINANCEIRA ........................................................................ 115CONCLUSO ................................................................................................ 118

REFERNCIAS.............................................................................................. 120APNDICE ..................................................................................................... 122


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I. INTERLIGAO COM A REDE ........................................................... 122II. NORMA TCNICA DA CONCESSIONRIA ........................................ 127


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1. INTRODUO

Apesar do longo tempo de existncia da raa humana, grande parte da

tecnologia hoje utilizada foi desenvolvida no sculo XX, impulsionada pela

descoberta e domnio da energia eltrica, sem a qual, a forma que os homens

vivem atualmente no seria possvel.

A gerao de energia eltrica possibilitou ao homem o desenvolvimento

de suas tecnologias e com elas obteve conforto, segurana, diminuiu as

distncias entre povos promovendo o intercmbio cultural. Todavia, para toda

ao existe uma reao, que neste caso, veio em forma de problemasambientais. Considerando que grande parte das fontes utilizadas para gerao

de energia eltrica provida de combustveis fsseis, a poluio gerada na

produo de energia tem sido um ponto preocupante nos ltimos anos, sendo

motivo de vrias discusses, congressos, seminrios, fruns entre outros

envolvendo os profissionais da rea.

A discusso entorno do assunto apontou um dilema, para a continuidade

da forma de viver do homem com contnuo desenvolvimento e crescimento,

de fundamental importncia o aumento da produo de energia, porm esse

aumento pode acarretar consequncias desastrosas para o meio ambiente. Em

busca da soluo deste dilema a sociedade cientfica trabalha no

desenvolvimento de tecnologias para gerao de energia com baixo ou

nenhum impacto ambiental, usando para tal, fontes limpas e alternativas como

a energia solar e a elica.

O Brasil, com alguns anos de atraso em relao aos pases da Europa e

Estados Unidos, vendo buscando ampliar as fontes de sua matriz energtica,

sendo um importante passo dado nesta direo, a Resoluo Normativa N 482

publicada pela ANEEL em 17 de Abril de 2012, que estabelece as condies

gerais para o acesso de microgerao e minigerao distribuda aos sistemas

de distribuio de energia eltrica.

No incio do sculo XX, com o comeo da gerao de energia em grandeescala, os sistemas de gerao eram em sua grande maioria concebidos de


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forma distribuda, ou seja, a gerao era dividida em sistemas com porte mdio

e localizadas prximos aos centros de consumo. Com o aumento da demanda

e o desenvolvimento das tecnologias de gerao de energia, os sistemas

distribudos deixaram de ser usados e em seu lugar adotaram-se os sistemas

centralizados, onde se tem uma fonte de gerao com grande capacidade

localizada em regies afastadas dos centros de consumo. Estes sistemas

apresentam considerveis perdas de energia nas linhas de transmisso. Com a

aplicao da micro e minigerao localizadas, os geradores so instalados nos

pontos de consumo, minimizando desta forma as perdas com transmisso.

As tecnologias mais evoludas e que tem sido amplamente utilizadas em

pases desenvolvidos so a solar e a elica. A solar faz a transformao diretada luz do sol em energia eltrica utilizando painis solares, os mais utilizados

so de silcio monocristalino e policristalino alm de filmes finos. J a elica

transforma a energia cintica do vento em energia mecnica atravs de uma

turbina e em seguida transforma-a em energia eltrica utilizando geradores

eltricos que podem ser sncronos ou assncronos, em corrente alternada ou

contnua, onde cada qual apresenta vantagens e desvantagens, sendo

necessria uma minuciosa pesquisa para decidir qual a melhor tecnologia parauma dada aplicao.

1.1 OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho de concluso de curso desenvolver o projeto

eltrico de um edifcio de uso coletivo dotado de gerao localizada por fontes

alternativas de energia solar e elica. Pretende-se estudar as tecnologias na

rea de gerao localizada, fontes alternativas de energia aplicveis a edifcios

e medio eletrnica,aplicando-as ao projeto.

O objetivo final do trabalho ter um projeto eltrico que faa a

integrao da gerao de energia atravs dos painis solares e geradores

elicos a medio de energia e os equipamentos de consumo localizados nosapartamentos e reas comuns do edifcio.


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1.2 METODOLOGIA

O trabalho foi divido em 2 etapas: estudos/pesquisas e desenvolvimento

do projeto. Na primeira etapa ser realizado um estudo do estado atual da arte,

onde ser possvel conhecer o que j existe na rea de estudo em questo.

Sero tambm realizados estudos das regras e normativas da Agncia

Nacional de Energia Eltrica - ANEEL para gerao localizada e

comercializao de energia por consumidores e forma de medio da energia

gerada e consumida, alm do estudo sobre as tecnologias existentes de

painis solares e geradores elicos.

Na segunda etapa sero estudadas as formas de conexo com a rede e

os equipamentos para esta conexo, conversores e equipamentos de proteo.

Nesta etapa ser desenvolvido o projeto eltrico, as especificaes tcnicas, os

memoriais descritivos e memorial de clculo.

1.3 MOTIVAO

A grande dependncia que o homem tem da energia eltrica e a relao

que a gerao desta tem com o meio ambiente, motivam a busca por fontes de

energia menos poluentes, porm no Brasil os sistemas que utilizam estas

fontes integradas s construes ainda tem pequeno percentual na gerao

total de energia. Desta forma uma das principais motivaes deste trabalho a

difuso dos sistemas de gerao distribuda de pequeno porte.

Sendo ainda que por se tratar de um campo relativamente novo no pas,

o seu conhecimento e domnio podem abrir oportunidades para o autor do

projeto.


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2. REGULAMENTAO E GERAO DISTRIBUIDA

A gerao de energia eltrica no Brasil teve seu incio no final do sculo

XIX, quando era composta por pequenas empresas privadas nacionais e

empresas de governos municipais. A produo de energia eltrica comeou a

aumentar consideravelmente no incio do sculo XX com a chegada de

empresas de capital estrangeiro. Desta forma o governo comeou a criar as

regulamentaes que nesta poca visavam os interesses privados do capital

estrangeiro. Os primeiros passos dados pelo governo para a regulao do setor

foram atravs da criao da Lei n 1.145, de 31 de dezembro de 1903, e do

Decreto 5.704, que tinham como intuito a regulamentao da concesso dos

servios de eletricidade (GASTALDO, 2009).

Mesmo com a criao da Lei e do Decreto supracitados o governo no

tinha controle sobre a gerao, transmisso e distribuio - GTD da energia

eltrica no pas. Em 10 de Julho de 1934 foi promulgado o Cdigo das guas,

via Decreto 24.643 que regulamentava a utilizao e propriedade das guas.

Desta forma o estado passou a legislar e conceder concesses de servios na

rea de GTD.

Em 18 de Maio de 1939, atravs do Decreto-lei n 1.285 foi criado o

Conselho Nacional de guas e Energia Eltrica CNAEE, que teve como

funo a reviso dos contratos e concesses existentes. Nesta poca o pas

passava por um perodo de crescimento de demando eltrica, porm o governo

no tinha condies financeiras e tecnolgicas de investir no setor, sendo este

dominando por empresas estrangeiras privadas. O grande problemaencontrava-se na regio centro-oeste, nos estados de So Paulo e Rio de

Janeiro, onde as oscilaes, quedas de tenso e interrupes no fornecimento

eram constantes. Visando superar os obstculos de demanda nesta regio, em

1957 o governo cria a empresa federal Central Eltrica de Furnas, que tem

incio de operao em 1963 justamente em um perodo de estiagem.

Com o passar dos anos e a ampliao do setor eltrico a estrutura

organizacional de planejamento do setor sofreu algumas alteraes, abaixo


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citadas, que possibilitaram ao governo constituir-se o principal financiador e

executor do setor.

Em 1962 constituiu-se a Eletrobrs, vinculada esta ao Ministrio de

Minas e Energia MME. Tinha a funo de planejar e coordenar o setoreltrico, alm de exercer a funo de administradora financeira, antes exercida

pelo Banco Nacional do Desenvolvimento EconmicoBNDES.

Em 1965 a Diviso de guas e Energia passou a ser o Departamento de

guas e Energia DNAE. Tornando-se o Departamento de guas e Energia

Eltrica em 1967

A partir da dcada de 70 o cenrio econmico mundial comeou a sofrerrecesso com os choques do petrleo em 1973 e 1979, contribuindo com a

elevao das taxas de juros no mercado mundial. Em meio a recesso o

governo brasileiro j no dispunha de recursos para continuar a financiar o

crescimento do setor, uma vez que a dvida externa entrara em crise e o fluxo

de financiamento externo diminuiu. Desta forma a soluo encontrada foi a

reduo do controle do estado, para tal ao a primeira medida a ser tomada

era a separao das atividades do setor transformando-as em reas de

negcios independentes, conforme segue:

Gerao;

Transmisso;

Distribuio.

Em 1995, atravs das Leis 8.987 e 9.074, introduziram-se modificaes no

mercado de energia impondo-se a necessidade de licitaes, opo de

grandes consumidores escolherem seus fornecedores de energia,

determinao do acesso livre aos sistemas de transmisso e distribuio e a

criao do produtor independente de energia eltrica.

Em 26 de Dezembro do ano seguinte, atravs da Lei n 9.427, foi criada

a Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL, que disciplina o regime das

concesses de servios pblicos de energia eltrica e da outras providncias

(Informaes Tcnicas - Legislao). Desde sua criao a ANEEL tem tomadomedidas que visam o aperfeioamento do setor eltrico brasileiro.


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Recentemente com o advento da gerao de energia eltrica atravs de formas

alternativas de gerao, a ANEEL tem demonstrado grande esforo no que diz

respeito regulamentao da gerao distribuda localizada por pequenos

produtores independentes. Neste sentido, em 17 de Abril de 2012, foi publicada

a Resoluo Normativa n 482/2012 que, segundo (BRASIL & ANEEL,

RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 1),

Estabelece as condies gerais para o acesso de microgerao e minigerao

distribuda aos sistemas de distribuio de energia eltrica, o sistema de

compensao de energia eltrica, e d outras providncias..

2.1 RESOLUO NORMATIVA N 482/2012

A resoluo normativa n 482/2012 de fundamental importncia para a

realizao deste trabalho, j que estabelece as condies para o acesso de

microgerao ao sistema de distribuio das concessionrias de energia.

Conforme Art. 2 da citada resoluo define-se:

I - microgerao distribuda: central geradora de energia eltrica, compotncia instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base emenergia hidrulica, solar, elica, biomassa ou cogerao qualificada, conformeregulamentao da ANEEL, conectada na rede de distribuio por meio deinstalaes de unidades consumidoras; (BRASIL & ANEEL, RESOLUONORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 1).

2.1.1 Do acesso aos sistemas de distribuio

Conforme Art. 3:

As distribuidoras devero adequar seus sistemas comerciais e elaborar ourevisar normas tcnicas para tratar do acesso de microgerao e minigeraodistribuda, utilizando como referncia os Procedimentos de Distribuio deEnergia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST, as normas tcnicasbrasileiras e, de forma complementar, as normas internacionais. (BRASIL &ANEEL, RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012,p. 2)


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2.1.2 Da medio de energia eltrica

Conforme Art. 8: Os custos referentes adequao do sistema de

medio, necessrio para implantar o sistema de compensao de energia

eltrica, so de responsabilidade do interessado. (BRASIL & ANEEL,

RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012) e Art. 9:

Aps a adequao do sistema de medio, a distribuidora ser responsvel

pela sua operao e manuteno, incluindo os custos de eventual substituio

ou adequao.

2.1.3 Das responsabilidades por danos ao sistema eltrico

Art. 11:

Aplica-se o estabelecido no caput e no inciso II do art. 164 da ResoluoNormativa n 414 de 9 de setembro de 2010, no caso de dano ao sistemaeltrico de distribuio comprovadamente ocasionado por microgerao ouminigerao distribuda incentivada. (BRASIL & ANEEL, RESOLUONORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 3)

Art. 12: Aplica-se o estabelecido no art. 170 da Resoluo Normativa n

414, de 2010, no caso de o consumidor gerar energia eltrica na sua unidade

consumidora sem observar as normas e padres da distribuidora local.

(BRASIL & ANEEL, RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE

2012, 2012).

2.2 GERAO DISTRIBUDA

Como o presente trabalho visa o projeto de uma instalao com gerao

de energia prpria, faz-se necessria a definio do conceito de gerao

distribudaGD.


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A gerao e consumo da energia eltrica teve seu incio no final do

sculo XIX, onde duas vertentes de pensamento foram inicialmente colocadas

em prtica: o sistema alemo com gerao em Corrente Alternada CA e o

sistema americano com gerao em Corrente Contnua CC. Este ltimo

desenvolvido por Thomas A. Edison em 1882 na cidade de Nova York,

baseado na ideia da gerao prxima ao centro de consumo com pequena

distncia percorrida entre o gerador e a carga. Este sistema fornecia energia

para as lmpadas incandescentes de cerca de 59 clientes, distribudos em

aproximadamente 1km. Pode-se dizer que este o conceito bsico da GD, ou

seja, a gerao localizada prxima ao centro de consumo.

No incio do sculo XX, era comum verificar no centro de algumascidades americanas (principalmente Nova York), a fumaa gerada pelas

centrais trmicas de gerao de energia, dado que toda a gerao de energia

eltrica era feita de forma distribuda e prxima a carga. Praticamente todo

quarteiro possua uma fonte de gerao. Com o desenvolvimento e

aperfeioamento do transformador eltrico, a utilizao da CC foi perdendo

espao j que a gerao em grande escala centralizada e transmisso ao

ponto de consumo em CA apresentavam perdas consideravelmente menores.Desta forma o sistema CC deixou de ser utilizado e o sistema CA passou a

figurar em toda a gerao mundial de energia.

No Brasil o sistema eltrico baseado na gerao hidrulica, que

apresenta vantagens como o alto fator de rendimento e pouca gerao de

poluentes, todavia existem desvantagens e uma delas a necessidade de

grandes reas de alagamento para construo dos reservatrios. At os anos

80 o sistema brasileiro era basicamente formado por centrais hidrulicascentralizadas, localizadas distantes dos centros de consumo, quando ento

comeou a ser inserida a ideia de GD com pequenas centrais geradoras.

Existe grande divergncia entre os autores sobre a definio do conceito

de GD, principalmente no que diz respeito a potncia gerada. Uma das

definies aceita diz que GD uma fonte de gerao conectada diretamente ao

consumidor ou a rede de distribuio, no sendo necessria a estipulao da

potncia instalada. Para outros autores GD a gerao de modo centralizado


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no planejado, sem despacho centralizado, no havendo desta forma um rgo

que controle as aes. possvel destacar alguns autores:

GD uma planta de 20 MW ou menos, situada no centro de carga ouprxima a ele, ou situada ao lado do consumidor, e que produz energiaeltrica. So quatro as tecnologias apropriadas para a GD: turbina decombusto, motores recprocos, clulas combustveis e mdulosfotovoltaicos (TURKSON & WOHLGEMUTH, 2001)

GD indica um sistema isolado ou um sistema integrado de gerao deenergia eltrica em plantas modulares pequenas na faixa de poucos kWat os 100 MW seja de concessionrias, consumidores ou terceiros(PRESTON & RASTLER, 1996 apud ACKERMAN et AL., 1999).

Gerao Distribuda (GD) uma expresso usada para designar a geraoeltrica realizada junto ou prxima do(s) consumidor(es) independente dapotncia, tecnologia e fonte de energia. As tecnologias de GD tm evoludopara incluir potncias cada vez menores (O que 'Gerao Distribuida'?).

No caso brasileiro a GD foi definida e regulamentada atravs do Decreto

n 5.163, de 30 de Julho de 2004:

Art. 14. Para os fins deste Decreto, considera-se gerao distribuda aproduo de energia eltrica proveniente de empreendimentos de agentesconcessionrios, permissionrios ou autorizados, incluindo aqueles tratadospelo art. 8 da Lei n 9.074, de 1995, conectados diretamente no sistemaeltrico de distribuio do comprador, exceto aquela proveniente deempreendimento:

I - hidreltrico com capacidade instalada superior a 30 MW; eII - termeltrico, inclusive de cogerao, com eficincia energtica inferior asetenta e cinco por cento, conforme regulao da ANEEL, a ser estabelecidaat dezembro de 2004 (BRASIL, DECRETO N 5.163, DE 30 DE JULHO DE2004, 2004, p. 6).

2.2.1 Tipos de sistemas de gerao

Com a descoberta e o desenvolvimento de novas fontes de gerao de

energia e com a crescente necessidade da insero de fontes renovveis,

abriu-se mercado para uma nova forma de gerao, comercializao e

consumo de energia. No Brasil h um grande potencial de gerao atravs de

energia solar, elica e biomassa, ainda pouco explorados, mas com

considervel crescimento nos ltimos anos.


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A gerao de energia atravs destas fontes pode ser dividida

basicamente em trs sistemas: sistemas isolados, sistemas hbridos e sistemas

conectados. A seguir so apresentados os trs sistemas.

2.2.1.1 Sistemas isolados

Consideram-se sistemas isolados aqueles que no possuem conexo

com a rede eltrica de uma concessionria, sendo que toda a energia

produzida por uma nica forma de gerao e consumida no mesmo local.

Assumindo que a gerao se dar atravs da energia solar ou dos ventos,

estes sistemas necessitam de elementos armazenadores de energia, j que

no se pode garantir a gerao 24 horas por dia devido ao fato de a mesma ser

dependente das condies climticas momentneas.

Os sistemas podem ser dimensionados para atender demandas que vo

desde a simples iluminao residencial at sistemas que permitam a utilizao

de equipamentos eletrnicos e eletrodomsticos entre outros. Alm de

domiclios, estes sistemas podem eletrificar torres de telecomunicaes, faris,

boias nuticas, estaes meteorolgicas, empresas, hospitais, etc.

Os sistemas isolados no necessariamente devem atender a apenas um

consumidor, pode-se conectar vrios consumidores formando uma pequena

rede desconecta da rede da concessionria. Os sistemas isolados tm grande

utilidade em reas distantes dos centros urbanos ou ilhas, por exemplo, onde

as concessionrias no disponibilizam rede de distribuio devido ao elevadocusto de implementao das mesmas.

No Brasil, os sistemas isolados respondem pelo fornecimento de energia

a algumas regies dos Estados do Acre, Amazonas, Par, Rondnia, Roraima,

Amap e Mato Grosso, bem como ilha de Fernando de Noronha. Depois da

interligao de Manaus e Macap ao Sistema Interligado Nacional, a

participao destes sistemas na carga do pas ficou restrita a menos de 1%. A

gerao nestes sistemas predominantemente trmica a base de leo.


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AFigura 1 mostra um exemplo de sistema isolado, onde a gerao de

energia atravs de painis solares e o consumo todo local.

Figura 1: Sistema isolado de energia. Fonte: (FC Solar)

2.2.1.2 Sistemas hbridos

Historicamente a gerao e consumo de energia eltrica se d atravs

da gerao em grandes usinas afastadas dos centros de carga ou centros

consumidores. Este sistema amplamente utilizado em todo o mundo e

apresenta grandes vantagens tcnicas e econmicas para grandes potncias.

Todavia, existem localidades remotas isoladas com baixo consumo de energia,

onde o fornecimento por uma rede convencional de distribuio conectada comos demais pontos de consumo no existe, devido s dificuldades de acesso e o

elevado custo para a implantao de subestaes, circuitos de transmisso e

distribuio. Para atender a este tipo de consumidor a alternativa mais usual

at o presente momento a utilizao de sistemas hbridos.

Diferentemente dos sistemas isolados, os sistemas hbridos utilizam

mais de uma fonte primria para a gerao de energia eltrica, isto por que

estes sistemas alimentam vrios consumidores conectados, fazendo com que a


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demanda seja relativamente alta. Com a utilizao de vrias fontes de energia,

consegue-se uma confiabilidade razovel para o sistema. Comumente estes

sistemas utilizam geradores a diesel e fontes renovveis como: mdulos

fotovoltaicos, geradores elicos, gs natural e biomassa.

Os sistemas hbridos so constitudos normalmente pelos seguintes

equipamentos:

Mdulos fotovoltaicos, aerogeradores e pequenas turbinas hidrulicas;

Grupo gerador a diesel ou gs natural;

Sistemas para armazenamento de energia, normalmente formado por

bancos de baterias;

Inversores de tenso, retificadores e reguladores de carga;

O Brasil apresenta alguns sistemas isolados instalados principalmente na

regio amaznica, os quais alimentam geralmente de 10 a 100 unidades

consumidoras. Estes sistemas so em sua maioria formados por geradores a

diesel e apresentam condies precrias de funcionamento, com pouca

durao de fornecimento dirio que vo de 4 a 12 horas por dia, interrupes

frequentes alm de alto custo inerente ao sistema diesel-eltrico. Estessistemas apresentam problemas com a logstica de transporte e

armazenamento do diesel, alm de necessitarem de frequente manuteno das

mquinas mecnicas.

Uma das opes para aumentar a qualidade do fornecimento nestas

regies isoladas, o sistema hbrido, que por utilizarem vrias fontes de

energia tem menos dependncia do fornecimento de diesel, apresentando

desta forma maior confiabilidade. Estes sistemas apresentam maior

confiabilidade de operao, e maior qualidade de fornecimento, haja vista que

quando h a impossibilidade de gerao por uma fonte, as demais continuam

operando, desta forma o sistema conta com poucas interrupes.

A Figura 2 mostra um exemplo de sistema hbrido com gerao elica,

solar, diesel e hidrulica.


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Figura 2: Sistema hbrido. Fonte: (DONAUER)

2.2.1.3 Sistemas conectados

Sistemas conectados so aqueles que apresentam gerao de energia

no local do consumo e operam em paralelismo com a rede da concessionria.

Diferentemente dos sistemas hbridos, o sistema conectado utilizado em

locais j atendidos por energia eltrica.

O objetivo destes sistemas gerar energia para o consumo local,podendo desta forma, reduzir ou eliminar o consumo da rede pblica ou at

mesmo fornecer o excedente para a rede.

Estes sistemas apresentam grandes benefcios tcnicos e econmicos,

j que por estarem conectados rede no necessitam de elementos

armazenadores de energia, sendo que quando a gerao maior que o

consumo este excesso de energia injetado na rede, do contrrio, quando o

consumo maior que a gerao, este dficit retirado da rede. Desta forma,


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estes sistemas apresentam alta confiabilidade de operao e qualidade de

funcionamento.

O presente trabalho pretende utilizar esta topologia de sistema para o

desenvolvimento do projeto eltrico de um edifcio com gerao atravs dasfontes de energia solar e elica. A Figura 3 apresenta o esquema de um

sistema conectado.

Figura 3: Sistema conectado Fonte: (FC Solar)


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3. ESTADO ATUAL DA ARTE

Desde o seu surgimento o homem evoluiu atravs de suas habilidades e

conhecimentos. Percorreu-se um longo caminho desde a descoberta do fogo

at a inteligncia artificial, fato que o homem desenvolveu suas tecnologias

nos ltimos 150 anos, de uma forma que no havia feito at ento em seus

estimados 2 milhes anos de existncia. Um dos principais fatores para esta

evoluo foi sem dvida a descoberta e domnio da energia eltrica, que a

forma de energia conhecia mais flexvel.

Nos ltimos anos a demanda de energia eltrica tem aumentado deforma acentuada, segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012) em 1980, o mundo

consumia cerca de 7.000 TWh (...) de eletricidade. Segundo previses da

Agncia Internacional de Energia (IEA), esse nmero vai subir para quase

30.000 TWh em 2030.Este aumento da demanda preocupa tendo em vista

que, para gerar esta quantidade de energia, seriam necessrias 230 usinas

hidreltricas iguais a de Itaipu ou 1.000 usinas nucleares iguais a de

Fukushima , no Japo. As consequncias causadas por estas formas de

gerao, a indisponibilidade de rios suficientes para a construo de tantas

usinas hidreltricas deste porte e as demais formas de gerao usadas em

grande escala at o momento aumentam tal preocupao. Sendo que para um

crescimento sustentvel, a gerao atravs de fontes alternativas e limpas

como a solar e elica tem importncia fundamental para a composio da base

de gerao de energia.

3.1 ENEGIA SOLAR

Uma das formas de gerao de energia solar atravs da converso

direta da luz do sol em energia eltrica pelo efeito fotovoltaico. Estes sistemas

utilizam painis solares que captam a luz do sol e a transformam em corrente

eltrica, que coletada e processada por dispositivos eletrnicos, podendo ser


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armazenada ou utilizada diretamente em sistemas isolados ou conectados

rede. A seguir sero apresentados alguns exemplos de sistemas j

implantados e em operao que utilizam a energia solar para gerao de

eletricidade.

3.1.1 Experincia internacional

No mundo existem diversos sistemas fotovoltaicos conectados rede e

distribudos nos mais diversos pases que investem nesta tecnologia. As

primeiras experincias com gerao fotovoltaica seguiam o conceito de

grandes centrais geradoras, capazes de produzir e despachar grandes pacotes

de energia. Esta forma de se pensar os sistemas fotovoltaicos era uma

decorrncia da maneira tradicional de se planejar a expanso do setor eltrico.

Buscava-se, desta forma, fontes de energia com grandes ganhos de escala

(OLIVEIRA, 2002). Seguindo esta concepo de projeto foram concebidos os

primeiros sistemas conectados a rede:

HispriaUSA; 1982 com 1,1MWp;

SaijoJapo; 1985 com 1,2MWp;

CarrisaUSA; 1985 com 5,2MWp;

SecoUSA; 1984/86 com 2MWp;

VastoItlia; 1993 com 1MWp

SerreItlia; 1994 com 3,3MWp;

ToledoEspanha; com 1MWp;

Com estes sistemas em funcionamento, constatou-se que no h ganho de

escala significativo em instalaes de grandes centrais fotovoltaicas. Chegou-

se concluso que para a diminuio do custo do kWh, gerado por painis

solares, no necessria a instalao de grandes centrais, mas sim

desenvolver a tecnologia de fabricao das placas e aumentar o mercado,

sendo que para isto basta instalar um grande nmero de pequenos sistemas,

gerando eletricidade com um sistema de GD outrora aqui apresentado.


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3.1.1.1 Alemanha

A Alemanha hoje um dos pases que mais incentiva a gerao atravs

de fontes renovveis, foi um dos precursores em gerao fotovoltaica ao lanar

o programa 1000 telhados fotovoltaicos e possui hoje o maior mercado de

sistemas fotovoltaicos conectados redeSFCR, com 24,7 MW instalados at

2011 (BERTOI, 2012).

O primeiro programa alemo foi o j citado 1000 telhados fotovoltaicos

que teve incio no ano de 1990 e instalou mais de 2200 SFCR, cada instalao

com potncia entre 1kWp e 5kWp integrados ao telhado de edificaesresidenciais e comerciais. O principal objetivo deste programa era mostrar a

viabilidade tcnica da GD e desenvolver o mercado fotovoltaico. O governo

subsidiava at 70% do investimento de instalao com a meta de atingir

capacidade de gerao instalada de 4MWp. Mesmo com o fim do programa em

1994, o setor continuou a crescer de 4 a 12MW anualmente.

No ano de 2000, foi aprovado o cdigo das fontes renovveis de energia

Erneuerbare Energien GesetzEEG, que garante que toda a energia eltrica

gerada por fontes renovveis, seja comprada pelas concessionrias por um

perodo de 20 anos aps a instalao.

Em 1999 foi lanado o programa 100 mil telhados fotovoltaicos, que

previa a instalao de sistemas de at 1kWp financiados pelo banco estatal

alemo KfW. O financiamento cobria 35% do valor da instalao e podia ser

pago em 10 parcelas anuais, sem a incidncia de juros e sem resduos no final.

Com o aumento do nmero de sistemas instalados e a potncia

instalada, o governo comeou a modificar os programas de bonificao e

emprstimos para financiamento das instalaes gradativamente, de janeiro de

2009 a janeiro de 2012 o valor da tarifa prmio sofreu corte de

aproximadamente 50%. Em maio de 2012 o parlamento encaminhou ao

governo uma proposta para acabar com a tarifa prmio aos SFCR, o governo

rejeitou a proposta, mas indicou a possibilidade de reduzir a compra de 100%para 80% da energia gerada por SFCR.


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3.1.1.2 Japo

O Japo tem importncia fundamental no desenvolvimento dos SFCR,

com uma gerao de energia baseada em usinas nucleares, a participao dos

SFCR teve expressivo crescimento nos ltimos anos com o acrscimo de

1.296MWp atingiu a marca de 4700MWp de capacidade instalada e figura entre

os trs principais mercados mundiais de sistemas fotovoltaicos.

No Japo o crescimento da indstria de sistemas fotovoltaicos ocorreu

devido ao macio uso dos sistemas em residncias, onde se encontra 85,4%

da potncia total instalada, ou seja, aproximadamente 974.250 kW.

A Figura 4 mostra a evoluo dos SFCR no Japo entre os anos de

1992 a 2011.

Figura 4: Evoluo da potncia total instalada de SFCRT no Japo. Fonte: (BERTOI, 2012)

O governo japons lanou em 2008 uma proposta para a reduo da

emisso de carbono e estipulou entre outras medidas, uma meta para a

instalao de 28GW de potncia em SFCR at o ano de 2020. Os principais

incentivos desta proposta so o subsdio ao investimento inicial e a

remunerao a energia injetada na rede.


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Desde 2009 as concessionrias de energia so obrigadas a comprar a

energia gerada por unidades com potncia at 500kW por um perodo de 10

anos.

3.1.1.3 Portugal

Portugal um dos pases com as polticas de incentivo a microgerao e

regulamento de conexo ao sistema eltrico mais bem definido. Em 2010 o

governo aprovou o ENE2020 Estratgia Nacional para Energia 2020 que

entre outros objetivos, estipula reduzir em 25% a importao de energia com a

gerao atravs de fontes renovveis e destaca ainda a importncia de

incentivar a gerao descentralizada em baixa tenso.

Alm de Portugal ter uma das polticas mais bem desenvolvidas em se

tratando de gerao de energia atravs de fontes renovveis, tambm l, que

est situado um dos projetos que melhor representam este conceito: o Edifcio

Solar XXI, construdo entre 2004 e 2005 e inaugurado em 2006.

O Edifcio Solar XXI tem uma rea construda total de 1.500m divididos

em trs pavimentos, um dos quais semienterrado. um edifcio com funes

de servios (salas e gabinetes) e laboratrios. O objetivo principal do projeto

que o edifico apresente boas condies trmicas s solicitaes climticas de

Lisboa, diminuindo assim as cargas trmicas. Para tal o projeto contempla a

aplicao de sistemas solares passivos (aquecimento e arrefecimento) e ativos

(fotovoltaicos e trmicos), que garantem o conforto trmico, mesmo sem autilizao de sistemas de ar condicionado, minimizando desta forma o consumo

de energia.

O projeto do Edifcio Solar XXI foi concebido com quatro pontos

principais:

Otimizao trmica, reduzindo o consumo energtico para aquecimento,

arrefecimento e iluminao;


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Integrao de painis fotovoltaicos nas fachadas para gerao de

energia eltrica;

Integrao de coletores trmicos solares para aquecimento do edifcio;

Sistema de arrefecimento do ar pelo solo, com utilidade no vero.

A Figura 5 mostra a fachada sul do Edifcio Solar XXI onde se podem

visualizar os coletores trmicos instalados sobre o teto e os painis solares

instalados na parede.

Figura 5: Fachada sul do Edifcio Solar XXI

O projeto conta com dois conjuntos de painis solares instaladosindependentemente, um dos conjuntos instalado na fachada sul do edifcio e o

outro instalado no parque de estacionamento.

O primeiro conjunto formado por 76 mdulos fotovoltaicos de silcio

multicristalino, que ocupam uma rea de 96m e totalizam uma potncia de

12kWp. O segundo conjunto composto por 100 mdulos fotovoltaicos de

silcio amorfo, que ocupam uma rea de 95m e totalizam 6kWp de potncia

instalada. Segundo (JOYCE, 2007) entre Fevereiro de 2006 e Maro de 2007 a


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mdia anual do consumo dirio do edifcio foi de 70,8kWh/dia, sendo que a

produo mdia diria atravs dos PVpainis fotovoltaicos foram:

Fachada sul: 29,7kWh/dia;

Parque de estacionamento: 22,4kWh/dia.

Totalizando 52,1kWh/dia, ou seja, aproximadamente 74% da energia

consumida no edifcio. A gerao de energia atravs de PV permitiram evitar

que cerca de 13,3ton. de sejam lanados na atmosfera. Na Figura 6 possvel ver um grfico comparativo entre a produo de energia atravs dos

PV e o consumo do edifcio.

Figura 6: Grfico da produo x consumo no Edifcio Solar XXI. Fonte: (JOYCE, 2007)

3.1.2 Experincia brasileira

Semelhante a maioria dos pases, o incio da utilizao de tecnologias

fotovoltaicos no Brasil se deu atravs do uso para energizao rural. Porm os

pases da Europa, evoluram e hoje possuem diversos sistemas instalados nas

reas urbanas, enquanto no Brasil a energia solar ainda empregada


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principalmente no meio rural em pequenos sistemas isolados ou autnomos,

em localidades no atendidas por rede eltrica devido a distncia e elevado

custo da instalao de sistemas de distribuio.

Em 2003 com o programa Luz para todos, criado pelo governo federal,muitas residncias brasileiras, antes no atendidas por eletricidade, passaram

a ser atendias por sistemas fotovoltaicos autnomos.

Estes sistemas so uma importante forma de gerao de energia para

locais isolados, mas o grande potencial do uso da energia solar para

sistemas conectados na rede eltrica de baixa e mdia tenso. No Brasil ainda

no so significativos em comparao a potncia total gerada pelas demais

fontes, mas este cenrio tende a mudar gradativamente, principalmente depois

da publicao da resoluo normativa 482 de 17 de Abril de 2012 pela ANEEL.

Outra importante passo para a gerao atravs da energia solar foi o projeto da

ANEEL em parceria com concessionrias de todo o Brasil, Arranjos Tcnicos e

Comerciais para a Insero da Gerao Solar Fotovoltaica na Matriz

Energtica Brasileira lanado em 2011. Segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012)

com este projeto pretende-se criar usinas de energia fotovoltaicas

experimentais com uma potncia instalada de 25MW.

A TABELA 1 a seguir apresenta alguns dos SFCR no Brasil, em seguida

tem-se uma breve explicao com as principais caractersticas de cada

sistema.


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TABELA 1 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE ELTRICA NO BRASIL

SISTEMA LOCAL DA INSTALAOANO DA

INSTALAOPOTNCIA

1 CHESF Recife - PE 1995 11kWp

2 LabSolar Florianpolis - SC 1997 2kWp3 LSFIEE/USP So Paulo - SP 1998 0,75KWp4 LabSolar Florianpolis - SC 2000 1,1kWp5 LSFIEE/USP So Paulo - SP 2001 6,3kWp6 CELESC Florianpolis - SC 2003 1,4kWp7 CELESC Lajes - SC 2003 1,4kWp8 CELESC Tubaro - SC 2003 1,4kWp9 Grupo FAE-UFPR Restaurante Lampio - PE 2007 1,5kWp10 Tractebel Florianpolis - SC 2009 2kWp

FONTE: O autor (2012)

3.1.2.1 CHESF

O sistema hoje instalado na CHESF Companhia Hidroeltrica do So

Francisco em Recife PE, inicialmente foi instalado em Natal RN em 1986

onde permaneceu at 1991. Em 1995 o sistema foi reinstalado na sede da

CHESF onde permanece at hoje.

Este sistema com potncia nominal de 11kWp, formado por 12

arranjos fotovoltaicos dos quais 11 tem uma potncia total de 10kWp. Eles

esto ligados em paralelo e conectados rede tendo sua conexo feita atravs

de um inversor com comutao pela rede da marca AEG. Possui 48 mdulos

policristalinos ligados em srie que compem cada arranjo fornecendo desta

forma uma tenso de sada de 380Vca. O ltimo arranjo tem uma potncia de

1kWp, formado por mdulos de silcio monocristalino, e est conectado

diretamente na rede por um inversor da marca Varitec.

Este sistema faz parte do projeto Fernando de Noronha que, atravs de

uma parceria entre Brasil e Alemanha, tinha o objetivo de estudar a

implantao de um sistema hbrido formado por Elico Solar Diesel e

baterias.


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3.1.2.2 LabSolar

O LabSolar, localizado no bloco A do Departamento de Engenharia

Mecnica da Universidade Federal de Santa CatarinaUFSC, no ano de 1997,

com o apoio financeiro da fundao Alexander Von Humboldt, instalou o

primeiro SFRC integrado a uma edificao urbana no Brasil.

Segundo (RUTHER, 2004) este sistema foi projetado com capacidade

de produo para atender, em regime anual, demanda de uma famlia de

quatro pessoas em uma residncia tpica brasileira. O sistema, que gera por

ano em mdia 2,6MWh de energia eltrica, tem uma potncia instalada de2078Wp que so divididos em 68 mdulos solares de vidro em moldura de

60x100cm cada um. Dos 68 mdulos, 54 so opacos e 14 semitransparentes,

juntos ocupam uma rea total de 40,8m. O projeto tem ainda um sistema de

aquisio de dados dedicado, com sensores de irradiao solar e temperatura

(ambiente e dos mdulos), alm do sistema inversor CC/CA para conexo na

rede.

O sistema foi divido em quatro subsistemas, com potncia aproximada

de 500Wp cada, todos os mdulos esto ligados em paralelo a inversores de

alto rendimento com eficincia aproximada de 93%, estes inversores so

comutados pela rede e tem potncia nominal de 650W. Os inversores operam

em PWM (pulse width modulation) com processamento atravs de

microprocessadores e rastreamento do ponto de mximo potncia PMP dos

mdulos solares, este sistema de rastreamento desconecta os mdulos

automaticamente noite para evitar perdas em stand by. A diviso do sistemaem quatro subsistemas teve como objetivo a reduo da possibilidade de falha

total do sistema devido falha no inversor, que tipicamente o componente

mais suscetvel a falha do SFCR.

A conexo do sistema feita em uma das fases do barramento trifsico

que alimenta o prdio. O sistema de tarifao net meteringest autorizado pela

concessionria eltrica que atende o estado (CELESC Centrais Eltricas de


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Santa Catarina). A Figura 7 mostra uma representao esquemtica das

instalaes do sistema fotovoltaico de 2kWp do LabSolar.

Figura 7: Diagrama esquemtico do sistema solar fotovoltaico de 2kWp integrado ao prdio do

Departamento de Engenharia Mecnica da UFSC. Fonte: (RUTHER, 2004)

O sistema fotovoltaico do LabSolar foi ampliado no ano de 2000, quandofoi instalado no mesmo campus no prdio do Centro de Convivncia um

sistema com potncia de 1,15kWp, dividida em 18 mdulos de silcio amorfo.

Este sistema est subdivido em dois conjuntos um com 10 e outro com 8

mdulos.

J em 2003 o LabSolar instalou mais um SFCR integrado parte da

cobertura do edifcio do Centro de Eventos, este sistema tem uma potncia de

10kWp e o sistema com a maior potncia instalada no campus da UFSC em

Florianpolis.

O LabSolar tem ainda um sistema instalado em parceria com a

CELESC, no formato do programa P&D ANEEL/CELESC, este sistema

composto por mdulos fotovoltaicos flexveis sobre superfcie curva. O ltimo

sistema do LabSolar proveniente de um acordo de cooperao tcnica com o

Centro de Pesquisas da Petrobrs (CENPES), envolvendo projetos na rea deenergia solar fotovoltaica, e visa o estudo da aplicao das tecnologias


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fotovoltaicas de filmes finos na cobertura do Prdio Frontal do CENPES, no Rio

de Janeiro, tendo tem uma potncia de 44,4kWp.

3.2 ENERGIA ELICA

Assim como a energia solar, a energia elica tem fundamental papel no

crescimento da produo de energia limpa e renovvel. Inicialmente pode-se

achar que esta uma forma de energia recente, porm, se dermos uma breve

olhada para o passado, veremos que a energia elica ha bastante tempo

conhecida e utilizada. As fontes mais confiveis dizem que os primeiros

moinhos de vento surgiram na Prsia por volta de 200 a.C., utilizados para

bombeamento de gua e moagem de gros. No se sabe ao certo a data de

incio, o certo que h sculos os chineses utilizam moinhos de vento na

drenagem dos campos de arroz.

O desenvolvimento das modernas turbinas elicas se deu na Dinamarca

em 1891 com o professor Poul La Cour, que construiu o prottipo de uma

turbina elica para realizar seus experimentos. O prottipo era composto por

um gerador CC acoplado a uma turbina elica. Em 1908, reas rurais da

Dinamarca j eram alimentas com energia eltrica atravs de turbinas elicas.

Esta tecnologia foi amplamente utilizada em regies rurais dos Estados Unidos

e da Rssia, at o momento em que a eletrificao rural atravs dos sistemas

de transmisso e distribuio passou a ter menor custo do que os

aerogeradores.

Cerca de 30 anos depois de carem em desuso os aerogeradores ou

geradores elicos, voltam a figurar entre as formas de gerao de energia

eltrica, desta vez impulsionados pela necessidade de gerao de energia

atravs de fontes limpas e renovveis. Sendo em grandes parques elicos ou

atravs de pequenos geradores distribudos, a energia elica tem grande

importncia no futuro do fornecimento de energia eltrica.


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A seguir sero apresentados alguns projetos de unidades de gerao de

energia eltrica atravs da energia elica.

3.2.1 Experincia internacional

Alguns pases da Europa possuem legislaes favorveis utilizao de

fontes de energia renovveis alm de incentivar atravs de subsdios e compra

da energia produzidas por estas fontes, o que tem levado estes pases a um

grande desenvolvimento dessas tecnologias. Os Estados Unidos apesar de

no ter tantos incentivos como Alemanha, Itlia e Portugal, tambm figuram

entre os pases com grande desenvolvimento nesta rea.

Segundo (ANEEL, Atlas de energia eltrica do Brasil, 2005) a primeira

turbina elica comercial conectada rede eltrica pblica foi instalada na

Dinamarca em 1976. Atualmente estima-se que existam mais de 30 mil

turbinas elicas instaladas no mundo. A Associao Europia de Energia

Elica estabeleceu como meta em 1991 a instalao de 4GW de energia elica

at o ano de 2000 e 11,5 GW at 2005, porm estas metas foram cumpridas

bem antes do esperado, sendo aumentada para 40GW at o ano de 2010. A

TABELA 2 mostra o crescimento da potncia instalada no mundo entre os anos

de 1997 e 2007.

TABELA 2 - POTNCIA INSTALADA ENTRE 1997 E 2007

ANOPOTNCIA INSTALADA

[MW]CRESCIMENTO [%]

1997 7.475 -1998 9.663 29,31999 13.696 41,72000 18.039 31,72001 24.320 34,82002 31.164 28,12003 39.290 26,12004 47.693 21,42005 59.033 23,82006 74.153 25,62007 93.849 26,6

Crescimento total 86.374 1255,505

FONTE: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008)


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Durante muitos anos os Estados Unidos foram os maiores produtores de

energia eltrica atravs da fora dos ventos, atualmente, este cenrio tem

mudado e segundo o Relatrio de 2011 da Global Wind Energy, a China jultrapassou a produo dos Estados Unidos com grande vantagem. ATABELA

3 mostra o ranking dos pases que mais geram energia eltrica com fontes

elicas.

TABELA 3 - RANKING DOS PASES QUE MAIS GERAM ENERGIA ELICA

POSIO PAS CAPACIDADE DE GERAO (GW)

1 China 62,7

2 Estados Unidos 46,93 Alemanha 29

4 Espanha 21,6

5 ndia 16

6 Frana 6,8

7 Itlia 6,7

8 Reino Unido 6,5

FONTE: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008)

3.2.2 Experincia Brasileira

O Brasil tem grande potencial para ampliao de sua capacidade de

gerao de energia eltrica atravs da fora dos ventos, haja vista que um

pas favorecido em termos de ventos. A presena de ventos no Brasil duas

vezes superior mdia mundial, com volatilidade (que a oscilao davelocidade do vento) de 5%, o que garante uma maior previsibilidade ao

volume de energia a ser produzido. Outra vantagem brasileira na utilizao da

energia elica, que como a base da matriz energtica brasileira hdrica e a

velocidade dos ventos costuma ser maior em perodos de estiagem, as usinas

elicas podem ser utilizadas de forma a complementar a gerao das usinas

hidrulicas, preservando desta forma a gua dos reservatrios em perodos de

estiagem (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008). A


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Figura 8 mostra o mapa do potencial elico brasileiro, pode-se verificar que o

maior potencial encontra-se na regio Nordeste principalmente no litoral.

Figura 8: Potencial elico brasileiro. Fonte: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3

edio, 2008)

A exemplo do que ocorre no restante do mundo, a maior parte dos

projetos de gerao elica brasileiros est concentrado em parques de mdio a

grande porte, normalmente instalados em regies distantes dos centros

consumidores, gerando perdas e gastos com sistema de transmisso. Como j

mencionado, este projeto tem por objetivo a instalao das fontes geradoras no

local de consumo. Porm, devido ao fato, de se encontrar poucos sistemas

com estas caractersticas, faz-se necessrio estudar sistemas maiores comfuncionamento semelhante.

3.2.2.1 Fernando de Noronha-PE

A primeira turbina elica de grande porte do Brasil foi instalada noArquiplago de Fernando de Noronha, no estado de Pernambuco, em junho de


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1992. O projeto foi realizado pelo Grupo de Energia Elica da Universidade

Federal de Pernambuco atravs de um financiamento do instituto de pesquisas

dinamarqus Folkecenter em parceria com a Companhia Energtica de

PernambucoCELPE. Este sistema era composto por um gerador sncrono de

75 kW, o rotor tem 17m de dimetro e a torre 23 m de altura. Inicialmente o

sistema supria 10% da demanda de energia na ilha, o que proporcionava uma

economia anual de 70.000 litros de leo diesel.

No ano de 2000 foi instalada a segunda turbina, que entrou em operao

em 2001, juntas as turbinas suprem cerca de 25% da energia consumida na

ilha. Com a instalao da segunda turbina este passou a ser o maior sistema

hbrido elico-diesel brasileiro.

3.2.2.2 Cmara Municipal de So JosSC

A Cmara Municipal de So Jos, municpio localizado na grande

Florianpolis, um dos primeiros rgos pblicos a utilizar um sistema de

gerao localizada atravs de um gerador elico.

O sistema composto por um aerogerador de modelo Skystrea, com

capacidade instalada de 2,5kW. O aerogerador est instalado em uma torre de

12m e o rotor tem aproximadamente 4m de dimetro.

3.2.2.3 Organizao das Cooperativas do Estado de Santa

Catarina

Outro empreendimento que utiliza a gerao elica, tambm localizado

em Santa Catarina, a sede da Organizao das Cooperativas do Estado de

Santa Catarina. O edifcio comercial est situado na capital do estado,

Florianpolis.


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Este sistema opera em sincronismo com a rede local da concessionria,

o sistema composto por um aerogerador com potncia de 2,4kW e est

instalado na cobertura do edifcio, conforme mostraFigura 9.

Figura 9: Edifcio da OCESC. Fonte: (Pura)


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4. FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

O crescente aumento da demanda de energia eltrica no mundo,

juntamente com a necessidade de reduzir a utilizao de combustveis fsseis,

tem feito aumentar a utilizao de fontes alternativas de energia que no

poluem ou tem a poluio minimizada como, por exemplo, a biomossa, onde o

prprio plantio da vegetao absorve o lanado na atmosfera. Mas, semdvida, dentre estas tecnologias duas vem se destacando no mercado mundial,

a energia solar e elica. Nos captulos seguintes sero apresentadas estas

duas fontes de energia e as tecnologias disponveis at o momento.

4.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A energia solar utilizada pelo homem basicamente de duas formas,

atravs dos sistemas solares trmicos que so utilizados para gerar calor ou

produzir energia eltrica a partir da energia trmica, e os sistemas solares

fotovoltaicos que so utilizados para gerar energia eltrica diretamente atravs

da converso da luz solar em energia eltrica pelo efeito fotovoltaico. Os

sistemas fotovoltaicos tem a capacidade de transformar a luz do sol em

corrente eltrica, que coletada e processada por dispositivos eletrnicos, e

pode ser utilizada ligada diretamente na rede ou armazenada em baterias.

4.1.1 Clulas e mdulos fotovoltaicos

As clulas fotovoltaicas funcionam atravs do fenmeno fsico de

mesmo nome, que faz a converso direta da luz do sol em eletricidade.

Segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012) este fenmeno ocorre em uma clula

composta de materiais semicondutores com propriedades especficas quandoincidida por luz ou radiao eletromagntica do sol.


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4.1.1.1 Tecnologias fotovoltaicas

As tecnologias fotovoltaicas evoluram consideravelmente desde sua

primeira observao em 1839 por Edmond Becquerel, o qual verificou que

placas metlicas de prata ou platina, mergulhadas em um eletrlito, produziam

tenso quando expostas a luz. Hoje existem inmeras tecnologias disponveis

para a fabricao de painis solares. Considerando as aplicaes terrestres,

diversos semicondutores so utilizados para a produo destas clulas e,

dentre eles segundo (RUTHER, 2004) destacam-se o silcio cristalino (c-Si); o

silcio amorfo hidrogenado (a-Si:H ou a-Si); o telureto de cdmio (CdTe) e os

compostos relacionados ao disseleneto de cobre (glio) e o ndio (ouCIS e ou GICS). Dentre estas tecnologias algumas utilizamelementos considerados altamente txicos como o Cd, Se e Te, e outras

utilizam elementos muito raros como o Te, Se, Ga, Ln e Cd, sendo que isso se

mostrou um obstculo ao uso intenso dessas tecnologias. Em contra partida o

silcio, utilizado em grande parte das tecnologias, o segundo elemento mais

abundante na superfcie da terra, correspondendo segundo (RUTHER, 2004) a

mais de 25% da crosta terrestre, e sendo 100 vezes menos txico do que os

demais elementos apresentados acima.

4.1.1.1.1 Silcio (c-Si)

A tecnologia mais utilizada na fabricao de painis solares a dosilcio, fazendo uso de lminas cristalinas com espessura entre 300 e 400m

consideradas relativamente espessas. Este um dos limitantes quanto a

reduo do custo de produo desta tecnologia. A fabricao de mdulos com

silcio esta dividida em duas tecnologias:

I) Monocristalino

O silcio monocristalino produzido aquecendo em altas

temperaturas blocos de silcio ultrapuro, no chamado processo de


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formao de cristal, pelo mtodo de Czochralski. Este processo

produz um lingote de silcio monocristalino constitudo de uma

estrutura nica cristalina com organizao molecular homognea.

Estes lingotes so cortados em fatias e submetidos ao processo

qumico no qual recebem as impurezas, conhecido como

dopagem do silcio, estas impurezas formam as camadas P e N.

Finalmente estas fatias j dopadas, recebem pelcula metlica em

uma das faces e na outra, que vai receber a luz, uma camada de

material antirreflexvel.

As tecnologias mais tradicionais utilizam esta tcnica,

representando em 2002 cerca de 80% da produo, j que

alcanaram eficincia entre 15 a 18%. A grande desvantagem

desta tecnologia est no custo de produo, sendo que as

possibilidades de reduo j esto praticamente esgotadas.

II) Policristalino ou multicristalino

A tcnica utilizada para a produo do silcio policristalino

semelhante a produo do monocristalino, porm, neste, o lingote

formado por um aglomerado de pequenos cristais, de diferentes

tamanhos e orientao no homognea, da mesma forma este

lingote serrado e posteriormente dopado para se transformar

em uma clula fotovoltaica. Este processo mais barato do que o

da produo do silcio monocristalino, porm a eficincia menor

e situa-se entre 13 e 15%.

4.1.1.1.2 Filmes finos

A tecnologia dos filmes finos bem mais recente do que a do silcio

cristalino. Esta tecnologia trabalha com temperaturas de produo entre 200 e

500 C, bem inferior a tecnologia do silcio que trabalha com uma temperatura

aproximada de 1500C. Diferentemente da tecnologia do silcio, os filmes finos

no so produzidos atravs de fatias de lingotes, estes dispositivos so

produzidos atravs da deposio de finas camadas de matrias sobre a base.


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A deposio do material pode ser feita atravs de vaporizao, ou outro

mtodo, permitindo que seja feita em pequena quantidade sobre a base. Esta

tecnologia evita ainda o desperdcio de material com o corte do lingote.

Considerando-se que esta tecnologia utiliza menos material, no temdesperdcio com corte e trabalha com temperaturas inferiores a tecnologia de

filmes finos a que apresenta um dos menores custos de fabricao, alm de

permitir uma maior automatizao do processo de fabricao, j que tem uma

complexidade reduzida.

Os dispositivos de filmes finos apresentam inmeras vantagens em

relao aos dispositivos de silcio cristalino:

Podem ser fabricados em qualquer dimenso, no havendo

necessidade de conexo de clulas para formao de mdulos,

uma vez que a clula pode ser fabricada do tamanho do mdulo;

Menos sensveis ao efeito de sombreamento, j que os mdulos

so formados por uma nica clula, o sombreamento de parte

desta clula afeta pouco a produo de energia;

Melhor aproveitamento da luz solar em baixos nveis de radiaoe com radiao difusa;

Coeficiente de temperatura mais favorvel, ou seja, se comparado

a outras tecnologias, a diminuio da produo de energia com o

aumento da temperatura menor;

Apesar de apresentar grandes vantagens a tecnologia de filmes finos

tambm tem algumas desvantagens quando comparadas a outras tecnologias:

Apresentam baixa eficincia, necessitando de reas maiores para

produzir a mesma quantidade de energia que outras tecnologias;

Sofrem degradao de maneira mais acelerada, principalmente

quando os mdulos no so apropriadamente aterrados.

A tecnologia de filmes finos utiliza vrias outras tecnologias atualmente

disponveis, so elas: silcio amorfo (aSi), silcio microcristalino (Si), tulereto

de cdmio (CdTe) e os CIGS (cobre-ndio-glio-selnio). Apesar de o CdTe e oCIGS serem as tecnologias mais eficientes, dentre os filmes finos, ainda esto


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em fase de desenvolvimento e tem pequena presena no mercado. A seguir

ser explicada melhor cada tecnologia.

III) Silcio amorfo (a-Si)

O a-Si foi a primeira tecnologia em filmes finos a serinventada, por volta da dcada de 70, e era vista como a nica

tecnologia de filmes finos comercialmente vivel nos anos 80.

Apresenta como vantagem o processo de fabricao a

plasma, que possibilita a deposio do material em substratos de

baixo custo como, por exemplo, vidro, ao inox e at mesmo

alguns plsticos. Graas a esta tecnologia hoje existem no

mercado clulas solares quase inquebrveis, leves,semitransparentes ou com superfcies curvas. Devido a sua

maleabilidade e aparncia esttica agradvel o a-Si vem sendo

aplicado em projetos arquitetnicos em substituio de matrias

de cobertura de telhados e fachadas em instalaes integradas

ao ambiente construdo. Alm disso, as perdas de rendimento

com o aumento da temperatura de operao tambm reduzido

em comparao ao silcio cristalino.A principal desvantagem a baixa eficincia, que reduz

nos primeiros 6 a 12 meses de utilizao, devido a degradao

induzida pela luz, estabilizando entre 8 a 12%.

IV) Silcio microcristalino

A tecnologia do silcio microcristalino ainda esta em fase de

aperfeioamento, mas tem se mostrado uma tecnologia

promissora pra o futuro, j que rene as vantagens do silcio

cristalino e dos filmes finos, isto graas ao processo de fabricao

que separado em duas partes. Uma das etapas ocorre com

temperaturas elevadas, entre 900 e 1000C, constituindo na

deposio de filmes de silcio de elevada qualidade em um

substrato barato, criando desta forma estruturas microcristalinas

semelhantes ao silcio policristalino. A segunda parte consiste na

produo de pelculas de silcio com estruturas microcristalinas de

gros muito finos, este processo acontece a baixas temperaturas,


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entre 200 e 500C o que possibilita a utilizao de materiais mais

baratos como vidro, metal ou plstico.

Esta tecnologia tem uma eficincia estvel de at 8,5% e

pode ser produzida em escala, com elevado nvel de automao e

pouco desperdcio de material, alm de utilizar menos energia em

sua fabricao.

V) Clulas hbridas

As clulas hbridas so produzidas atravs da combinao de

clula cristalina convencional com clula de filme fino, e

posteriormente acrescida de uma camada fina de silcio sem

impurezas.

Consome pouca energia para sua fabricao, alm de usar pouco

material. notvel pela maior produo de energia em elevadas

temperaturas e no apresentar degradao de eficincia pela

exposio a luz solar.

VI) CdTe

Juntamente com as clulas CIGs, o CdTe so as clulas mais

eficientes dos filmes finos. Porm as clulas de CdTe ainda no

so produzidas em larga escala. A principal dificuldade esta na

toxidade do cdmio (Cd) e o telrio ser um material raro.

As empresas que trabalham com o desenvolvimento destas

clulas tem buscado entrar no mercado com aplicaes

arquitetnicas, devido ao seu aspecto atraente. Assim como o a-

Si, estas clulas tm baixos custos de produo, alm disso,

apresenta uma maior eficincia de converso de energia quando

comparado ao a-si.VII) CIGS e CIS

Assim como as clulas de CdTe as clulas com base no

disseleneto de cobre e ndio (CIS) e as com base no disseleneto

de cobre, glio e ndio (CIGS), tem um aspecto arquitetnico

atraente, entretanto tambm apresentam problemas com a

toxidade de alguns materiais.

Dentro da famlia dos filmes finos as clulas de CIGS apresentamo melhor rendimento fotovoltaico segundo (RUTHER, 2004).


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A TABELA 4 a seguir apresenta um comparativo da eficincia das

diversas tecnologias fotovoltaicas.

TABELA 4 - COMPARAO DA EFICINCIA DAS DIVERSAS TECNOLOGIAS DE CLULASFOTOVOLTAICAS

Material daclula fotovoltaica

Eficincia da clulaem laboratrio

Eficincia da clulaem comercial

Eficincia dosmdulos comerciais

Silcio monocristalino 24,7% 18% 14%Silcio policristalino 19,8% 15% 13%

Silcio cristalino e filme fino 19,2% 9,5% 7,9%Silcio amorfo 13% 10,5% 7,5%

Silcio micromorfo 12% 10,7% 9,1%Clula hbrida 20,1% 17,3% 15,2%

CIS, CIGS 18,8% 14% 10%Tulereto de cdmio 16,4% 10% 9%

Fonte:(VILLALVA & GAZOLI, 2012)

4.1.2 Caractersticas de Instalao dos Mdulos Fotovoltaicos

Os mdulos fotovoltaicos so equipamentos que tem seu desempenho

fortemente ligado irradiao solar, sendo que para se obter um melhor

desempenho necessrio tomar alguns cuidados e seguir algunsprocedimentos quando da instalao dos mesmos. A seguir sero

apresentadas as condies de instalao e clculos para se maximizar a

gerao de energia com mdulos fotovoltaicos.

4.1.2.1 Orientao dos mdulos

Os raios solares so ondas eletromagnticas que, antes de atingirem a

atmosfera terrestre, so paralelas entre si. Quando atingem a atmosfera parte

das ondas so desviadas em todas as direes pelo efeito da difuso, e esta

parte da radiao solar de difcil captao pelos mdulos solares. A outra

parte dos raios solares atinge diretamente a superfcie da terra e esta a

parcela considerada na gerao de energia. Porm a inclinao de incidncia


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varia conforme a posio da Terra e do Sol no espao e ao longo dos dias e

meses do ano.

4.1.2.2 ngulo azimutal

A incidncia dos raios solares na terra forma um ngulo que quando

comparado com o norte geogrfico chamado de azimutal, mudando com o

passar do dia em funo da trajetria do sol, ou seja, um observador localizado

no hemisfrio sul olhando para o Norte, observar o Sol com ngulos variveis

ao longo do dia. Sendo que ao meio dia solar o ngulo azimutal ser nulo ou

zero estando o Sol exatamente em sua frente. Para observadores no

hemisfrio norte, o ngulo azimutal tomado em relao ao sul geogrfico. A

Figura 10 mostra a relao entre o Norte geogrfico e o ngulo azimutal.

Figura 10: ngulo azimutal. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)

Para a correta instalao do mdulo fotovoltaico deve-se levar em

considerao o movimento do sol. Se um mdulo for instalado com sua face

voltada para o Leste, receber raios solares apenas no perodo da manha, de

maneira anloga se instalado com sua face voltada para o Oeste, receber os

raios solares apenas no perodo da tarde, gerando desta forma energia em

apenas uma parte do dia. Assim conclui-se que a melhor forma instalar o

mdulo com sua face captora voltada para o norte geogrfico, resultando em


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um melhor aproveitamento da luz solar, pois h raios incidindo nos mdulos

durante todo o dia.

Para encontrar o norte geogrfico pode-se utilizar uma bssola, pois a

agulha da mesma sempre fica alinhada no sentido das linhas de campomagntico da Terra, porm para descobrir a direo do norte geogrfico deve-

se utilizar um mapa ou uma tabela com os ngulos de correo, estes ngulos

variam com a localizao geogrfica.

4.1.2.3 Declinao solar

Devido a inclinao do eixo de rotao da Terra os raios solares que

incidem diretamente na superfcie formo um ngulo com relao ao plano

do Equador, conhecido como declinao solar. Este ngulo varia durante o ano

conforme a posio do Sol.

Nos solstcios este ngulo de declinao mximo, j nos equincios

este ngulo zero, ou seja, os raios solares incidem paralelamente ao plano doequador. AFigura 11 mostra o ngulo de declinao solar, onde se observa

que o ngulo mximo nos solstcios (incio do Inverno e Vero) e zero nos

equincios (incio do Outono e da Primavera).

Figura 11: ngulo de declinao solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)


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4.1.2.4 Altura solar

A trajetria do Sol varia ao longo do ano, sendo que o Sol nasce e se

pe em diferentes pontos do cu, isso ocorre devido ao ngulo de declinao

solar. Essa variao da trajetria do Sol faz com que o mesmo tenha diferentes

alturas no cu, sendo que no vero a altura do Sol maior, o que significa que

os raios incidem na terra com um ngulo azimutal menor e percorrem uma

massa de ar reduzida. J no inverno ocorre o oposto.

O ngulo que a trajetria do Sol faz com o plano horizontal chamado

de ngulo da altura solar . Este ngulo depende tambm da posiogeogrfica, sendo que quanto mais prximo a linha do equador maior a altura

solar, o oposto ocorre quando aproxima-se dos plos. A Figura 12 mostra o

ngulo de altura solar, bem como o ngulo azimutal e o ngulo zenital.

Figura 12: ngulo da altura solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)

4.1.2.5 ngulo de incidncia dos raios solares

Como visto anteriormente, a forma como os raios solares incidem na

superfcie do mdulo varia com vrios fatores. O ngulo de incidncia dos

raios solares sobre a superfcie definido em relao reta perpendicular


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superfcie do mdulo. Este ngulo varia com a variao do ngulo . Tem-se omelhor aproveitamento quando o ngulo zero, ou seja, a incidncia dos

raios perpendicular ao mdulo. AFigura 13 mostra os ngulos de inclinao

do mdulo e incidncia dos raios solares no mdulo.

Figura 13: ngulo de inclinao do mdulo e ngulo de incidncia dos raios solares. Fonte:

(VILLALVA & GAZOLI, 2012)

4.1.2.6 Escolha do ngulo de inclinao dos mdulos solar

projeto eletrico de um edificio

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