Souza, Hiago Ribeiro Aguiar by Fainor

FACULDADE INDEPENDENTE DO NORDESTE ENGENHARIA ELÉTRICA HIAGO RIBEIRO AGUIAR SOUZA

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO EM UMA FAZENDA EM ITAPETINGA-BA

VITÓRIA DA CONQUISTA 2017

HIAGO RIBEIRO AGUIAR SOUZA

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA FOTOVOLTÁICO EM UMA FAZENDA EM ITAPETINGA-BA

Trabalho

conclusão

curso

apresentado ao Colegiado de Engenharia Elétrica da Faculdade Independente do Nordeste, como requisito para obtenção do título de bacharel em Engenharia Elétrica.

Orientador (a): MSc. Miguel Fábio Lobo e Silva.

VITÓRIA DA CONQUISTA 2017

S725d

Souza, Hiago Ribeiro Aguiar Dimensionamento de um sistema fotovoltaico em uma fazenda em Itapetinga - Ba. / Hiago Ribeiro Aguiar Souza-._ _ Vitória da Conquista, 2017. 66 f; il. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) Faculdade Independente do Nordeste - FAINOR Orientador (a): Prof. Miguel Fábio Lobo e Silva

1. Dimensionamento de Carga. 2. Sistema Fotovoltaico. 3. Software SunData. 4. Sistema Off-Grid. I. Título CDD: 621.31244

Catalogação na fonte: Biblioteca da FAINOR

HIAGO RIBEIRO AGUIAR SOUZA

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA FOTOVOLTÁICO EM UMA FAZENDA EM ITAPETINGA-BA

Monografia apresentada ao Colegiado de Engenharia

Elétrica

Faculdade

Independente do Nordeste, para obtenção do título de bacharel em Engenharia Elétrica.

Aprovado em:

/ /

Banca examinadora

Professor (a)

Vitória da Conquista 2017

AGRADECIMENTOS Enfim, é chegado o momento tão esperado de um curso de graduação: a formatura. Agradeço, primeiramente a Deus, por todas as maravilhas que me permitiu vivenciar nesse tempo de graduação, e por toda mistura de emoções sentidas no decorrer desse período, que por sinal, não caberiam aqui, se fossem citadas. Agradeço também à minha família e, principalmente, a minha avó Helena, pois essa jornada não seria possível se não houvesse o apoio dela: financeiro (mesmo sendo bolsista), sentimental e psicológico. Sinto-me honrado de poder compartilhar essa vitória, e de poder citá-la. Agradeço também ao meu orientador Miguel e aos demais colegas de curso que ficarão marcados para sempre em meu coração: André Almeida, Augusto Rafael, Cayo Oliveira e Fellipe Fernandes. E, por fim, concluo o meu agradecimento com um versículo inspirador, pois sei que é partir dessa colação de grau que começa o “verdadeiro Aprendizado”, e que a referida inspiração encontra-se em Filipenses 4:13:” Tudo posso Naquele que me fortalece”.

“Há um tempo certo por Deus determinado para todas as coisas.” (Ecl 3:1) “Seja parte da mudança que você deseja ver no mundo.” Mahatma Gandhi

RESUMO O presente trabalho apresenta uma análise do dimensionamento de um sistema fotovoltaico feito na Fazenda União São Lucas, em Itapetinga, localizada no Sudoeste do Estado da Bahia. Este trabalho foi feito em 2 etapas. A primeira realizada via software Sundata, que apresenta as variáveis que influenciam diretamente na conversão da radiação solar em energia elétrica, como as coordenadas geográficas latitude e longitude, assim como a própria taxa média de insolação do lugar objeto de estudo. A segunda etapa consiste no cálculo do sistema (o próprio dimensionamento do projeto). O sistema analisado é o Off Grid (sistema isolado) , onde foram dimensionados todos os componentes empregados tais como o controlador de carga, baterias, inversor e placas solares. Um estudo introdutório a respeito do dimensionamento foi apresentado, levando-se em consideração todos os componentes citados. Por fim, foram apresentados os resultados, e a partir dos mesmos, as respectivas conclusões. Palavras-chave: Dimensionamento de carga, Sistema Fotovoltaico, Software Sundata, Sistema Off-Grid.

ABSTRACT The present work presents an analysis of the design of a photovoltaic system made at Fazenda UniĂŁo SĂŁo Lucas, in Itapetinga, located in the Southwest of the State of Bahia. This work was done in 2 stages. The first one was carried out via Sundata software, which presents the variables that directly influence the conversion of solar radiation into electric energy, such as the latitude and longitude geographic coordinates, as well as the average sunshine rate of the study site. The second step consists of the calculation of the system (the design of the project itself). The system analyzed is the Off Grid (isolated system), where all the components used such as the load controller, batteries, inverter and solar panels were scaled. An introductory study on dimensioning was presented, taking into account all the mentioned components. Finally, the results were presented, and from them, the respective conclusions. Keywords: Load Sizing, Photovoltaic System, Sundata Software, Off-Grid System.

LISTA DE FIGURAS Figura 1: Princípio de funcionamento de uma célula fotovoltaica .............................22 Figura 2: Placa de silício monocristlino ......................................................................23 Figura 3: Placa de silício policristalino .......................................................................24 Figura 4: Placa de Silício Amorfo ...............................................................................25 Figura 5: Ligação em série de painéis fotovoltaicos ..................................................26 Figura 6: Ligação em paralelo de painéis solares......................................................26 Figura 7: Ligações de diodo bypass em módulos fotovoltaicos ................................27 Figura 8: Associação paralela de módulos fotovoltaicos com diodos de bloqueio....28 Figura 9: Curva característica de um painel solar .....................................................28 Figura 10: Curva característica de I-V versus irradiância ..........................................29 Figura 11: Curva característica de I-V versus temperaturas .....................................30 Figura 12: Sistema em rede Off-Grid .........................................................................31 Figura 13: Sistema em rede On-Grid .........................................................................32 Figura 14: Sistema Híbrido .........................................................................................33 Figura 15: Sistema Híbrido isolado ............................................................................34 Figura 16: Comparação entre a energia gerada entre um sistema fixo e outro com seguidor solar ..............................................................................................................35 Figura 17: Esquema básico do inversor .....................................................................36 Figura 18: Forma de onda na carga. ..........................................................................36 Figura 19: Inversor monofásico com carga resistiva e indutiva .................................37 Figura 20: Formas de onda do inversor monofásico .................................................38 Figura 21: Diferença entre tarifa e preço. ..................................................................40 Figura 22: Fazenda União São Lucas ........................................................................43 Figura 23: Sala ...........................................................................................................45 Figura 24: Varanda .....................................................................................................45 Figura 25: Quarto .......................................................................................................46 Figura 26: Área externa frontal...................................................................................46 Figura 27: Área Externa Lateral .................................................................................47 Figura 28: Cozinha .....................................................................................................47 Figura 29: Coordenadas geográficas de Itapetinga ...................................................48 Figura 30: Coordenadas geográficas inseridas no Sundata ......................................49

Figura 31: Irradiação Solar no plano horizontal para as localidades próximas .........50 Figura 32: Irradiação solar do plano inclinado de Vitória da Conquista, Bahia .........50 Figura 33: Irradiação Solar no Plano Inclinado- Almenara-MG .................................51 Figura 34: Irradiação Solar no Plano Inclinado- Pedra Azul-MG ...............................51 Figura 35: Distância entre Itapetinga-Ba e Pedra Azul-MG .......................................54 Figura 36: Preço de painel solar da marca Canadian Solar ......................................54 Figura 37: Controlador de carga modelo TRACER-4210-A de 40 A-12V/24V ..........55 Figura 38: Bateria estacionária modelo Moura Clean 12MF220 ...............................56

LISTA DE TABELAS Tabela 1: Levantamento de cargas ............................................................................44 Tabela 2:Distância de Itapetinga-Ba e as cidades citadas pelo SunData .................53 Tabela 3: Orçamento do Projeto.................................................................................57 Tabela 4: Histórico de Consumo da Fazenda União São Lucas ...............................58 Tabela 5: Fluxo de caixa do SFV................................................................................58 Tabela 6: Fluxo de caixa do SFV com a troca do banco de baterias.........................60

LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS A- Àmpere ANEEL- Agência Nacional de Energia Elétrica CA- Corrente Alternada CC- Corrente Contínua COFINS- Contribuição sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços CRESESB- Centro de Referência para Energia Solar e Eólica DDP- Diferença de Potencial FV- FotoVoltaica GW- GigaWatts ICMS- Imposto Sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços INEE- Instituto Nacional de Eficiência Energética KWH- Quilowatt-hora KWP- Quilowattpico MC-SI- Silício Multicristalino PIS- Programa de Integração Social P-SI- Polissilício SFV- Sistema Fotovoltaico TW- TeraWatts V- Volts Voc- Tensão de Circuito Aberto W- Watts

LISTA DE GRร FICOS Grรกfico 1: Fluxo de caixa do sistema fotovoltaico......................................................59

SUMÁRIO 1.

INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 16

1.1.

PROBLEMA DE PESQUISA ....................................................................................... 16

1.2.

QUESTÕES DE PESQUISA ........................................................................................ 17

1.2.1.

Questão central ...................................................................................................... 17

1.2.2.

Questões secundárias............................................................................................. 17

1.3.

HIPÓTESE ................................................................................................................ 17

1.4.

OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 18

1.5.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 18

1.6.

JUSTIFICATIVA ........................................................................................................ 18

1.7.

DIVISÃO DO TRABALHO .......................................................................................... 18

ESTADO DA ARTE ................................................................................................... 19

REFERENCIAL TEÓRICO .......................................................................................... 20

3.1.

O CENÁRIO ENERGÉTICO DO BRASIL ...................................................................... 20

3.2.

ENERGIA SOLAR ...................................................................................................... 21

3.3.

RADIAÇÃO SOLAR ................................................................................................... 21

3.4.

EFEITO FOTOVOLTAICO .......................................................................................... 22

3.5.

CÉLULA FOTOVOLTAICA.......................................................................................... 22

3.6.

TIPOS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICA ........................................................................ 23

3.6.1.

Células Monocristalinas ................................................................ 23_Toc485598192

3.6.2.

Células Policristalinas ............................................................................................. 24

3.6.3.

Células de Silício Amorfo ........................................................................................ 25

3.7.

CONEXÕES DAS CÉLULAS ........................................................................................ 25

3.7.1.

Associação em Série ............................................................................................... 25

3.7.2.

Associação em Paralelo .......................................................................................... 26

3.8.

SOLUÇÕES PARA REDUÇÃO DA INTERFERÊNCIA NOS PAINÉIS ............................... 27

3.8.1.

Diodo Bypass .......................................................................................................... 27

3.8.2.

Diodo de Bloqueio .................................................................................................. 27

3.9.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM PAINEL FOTOVOLTAICO: CORRENTE X TENSÃO E

POTÊNCIA X TENSÃO .................................................................................................................. 28 3.10.

EFEITOS DOS FATORES AMBIENTAIS SOBRE A CURVA CARACTERÍSTICA DE UM

PAINEL FOTOVOLTAICO.............................................................................................................. 29 3.10.1.

Efeito da Radiação Solar ......................................................................................... 29

3.10.2.

Efeito da Temperatura ........................................................................................... 29

3.11.

CLASSIFICAÇÕES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO ................................................ 30

3.11.1.

Sistema Isolado (Off-Grid) ...................................................................................... 30

3.11.2.

Sistema on-grid....................................................................................................... 31

3.11.3.

Sistema híbrido....................................................................................................... 33

3.12.

TRACKERS ............................................................................................................... 34

3.13.

INVERSORES DE FREQUÊNCIA CC- CA ..................................................................... 35

3.14.

TARIFAS .................................................................................................................. 38

3.14.1.

Tarifa Grupo B ........................................................................................................ 38

3.14.2.

Impostos ................................................................................................................. 39

3.14.3.

Preço Final .............................................................................................................. 39

3.15.

SOFTWARE SUNDATA ............................................................................................. 40

3.15.1.

Busca por Coordenadas .......................................................................................... 40

3.16.

CÁLCULO DO PAY-BACK .......................................................................................... 41

METODOLOGIA ...................................................................................................... 41

4.1.

TIPO DE PESQUISA QUANTO AOS OBJETIVOS......................................................... 41

4.2.

TIPO DE PESQUISA QUANTO A ABORDAGEM ......................................................... 42

4.3.

TIPO DE PESQUISA QUANTO AOS PROCEDIMENTOS TÉCNICOS ............................. 43

ESTUDO DE CASO ................................................................................................... 43

5.1.

DESCRIÇÃO DO LEVANTAMENTO DE CARGA .......................................................... 43

5.2.

MEDIÇÕES DA IRRADIAÇÃO EM ITAPETINGA-BA .................................................... 48

5.3.

DIMENSIONAMENTO DAS PLACAS ......................................................................... 52

5.4.

DIMENSIONAMENTO DO CONTROLADOR DE CARGA ............................................. 54

5.5.

DIMENSIONAMENTO DAS BATERIAS ...................................................................... 56

5.6.

ORÇAMENTO DO SISTEMA ..................................................................................... 57

RESULTADOS .......................................................................................................... 57

6.1.

CÁLCULO DE PAYBACK ............................................................................................ 57

6.2.

FLUXO DE CAIXA ..................................................................................................... 58

CONCLUSÃO ........................................................................................................... 61

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................. 62

1. INTRODUÇÃO Hoje em dia, questões relacionadas ao uso eficiente de energia vêm se tornando pauta tanto no meio acadêmico/científico, quanto no meio empresarial. A partir da grande demanda por parte do usuário comum, às empresas ligadas ao setor energético surgiu então um novo mercado: o das fontes alternativas de energia. O meio acadêmico, por sua vez, enxerga a problemática de um modo menos comercial, levando em consideração o rendimento e o impacto ambiental causado pela geração de energia elétrica convencional. O conceito de eficiência energética, segundo Jannuzzi (2000), está ligado à minimização de perdas na conversão de energia primária em energia útil. Indiferente, as perdas se equivalem para variados tipos de energia como: térmica, mecânica ou elétrica. Entre 1980 e 2002 a geração de eletricidade no Brasil aumentou a uma taxa média de 4,2%. Sempre a energia hidráulica foi dominante, tendo em vista as características geográficas do País, que é um dos mais ricos do mundo em recursos hídricos (Goldemberg et al, 2007). Porém a taxa de crescimento do uso de energias renováveis é notória. Por exemplo, há 10 anos, pouco se ouvia falar sobre o emprego de energia fotovoltaica. No entanto, hoje vêm se tornando uma das fontes de geração de energia elétrica mais utilizada por parte do consumidor final. O presente trabalho busca enfatizar o uso de energias renováveis de uma forma mais eficiente, empregando neste trabalho científico não apenas a análise técnica, mas também a viabilidade econômica para estudo de implantação de um sistema fotovoltaico capaz de substituir a fonte convencional. 1.1. PROBLEMA DE PESQUISA Os sistemas propostos para geração de energia elétrica por meios fotovoltaicos vêm sofrendo mudanças. Isto se deve ao fato da tecnologia estar sempre em constante evolução, fazendo com que as células fotovoltaicas sejam cada vez mais eficazes no que diz respeito ao aproveitamento de conversão de uma energia em outra.

Como exemplo de perdas nos sistemas fotovoltaicos, destacam-se a má instalação dos painéis por não considerarem importantes fatores, tais como: latitude, longitude do local, e o ângulo de incidência solar. Com a tecnologia atual, muito se pode fazer para tentar minimizar as perdas de geração de energia por meios alternativos. O maior problema é a escolha correta de tais tecnologias por parte do próprio projetista, na busca da retirada do máximo proveito da geração e, através das fontes renováveis, passarem a ter uma alternativa à forma tradicional de fornecimento de energia elétrica.

1.2. QUESTÕES DE PESQUISA 1.2.1. Questão central É possível implantar um sistema fotovoltaico para geração de energia, substituindo o fornecimento de energia elétrica na sua forma convencional por parte da Coelba, na Fazenda União São Lucas?

1.2.2. Questões secundárias Qual a quantidade de placas ideal para atender o sistema instalado? É viável a instalação do sistema de dimensionamento empregado? Qual o tipo de controlador de carga pode ser utilizado para atender a demanda da Fazenda União São Lucas?

1.3. HIPÓTESE O dimensionamento correto de um sistema de geração fotovoltaico permitirá a substituição do método convencional de fornecimento de energia à Fazenda União São Lucas, tornando-se autossuficiente neste critério e ainda gerando superávit energético para que isto possa ser creditado em outras faturas de energia sob sua responsabilidade.

1.4. OBJETIVO GERAL Realizar o estudo de viabilidade técnico/econômica para implantação de um sistema de geração fotovoltaico que seja capaz de suprir toda a demanda energética da Fazenda União São Lucas, localizada em Itapetinga-Ba.

1.5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estudar o funcionamento de células fotovoltaicas, levando em consideração seus aspectos construtivos. Estudar o atendimento a uma carga monofásica. Análise do dimensionamento do sistema de geração fotovoltaico.

1.6. JUSTIFICATIVA Observando a grande mudança de paradigmas socioambientais que vem ocorrendo na sociedade, percebe-se a necessidade recorrente do consumo eficiente dos recursos naturais, até então poucos explorados. Para mudança de composição da matriz energética no Brasil,a alternativa é a exploração do enorme potencial das fontes renováveis, como a energia eólica e a energia solar. No que diz respeito à implementação do uso de energia solar, o grande entrave para a disseminação desta tecnologia é o alto custo envolvido no processo. Tratando-se de um tema tão importante como a utilização eficaz dos recursos naturais, e que vem sendo difundido no dia-a-dia da população, tratálo de maneira adequada e que vise o máximo aproveitamento de seus recursos é de extrema importância. Com isso, justifica-se a utilização da energia fotovoltaica, em especial na região Nordeste, pois, segundo Lima (2016), é a região que apresenta os maiores índices de incidência de radiação solar no Brasil.

1.7. DIVISÃO DO TRABALHO O presente trabalho é dividido em capítulos, a saber. O capítulo inicial traz os aspectos introdutórios do trabalho, tais como: hipóteses, objetivos e justificativa.

-O segundo capítulo trata do estado da arte, onde são apresentados alguns trabalhos relacionados com o tema proposto. -No terceiro capítulo, o referencial teórico, é abordado, para que este aporte seja suficiente para o entendimento do desenvolvimento do trabalho. -No quarto capítulo é apresentada a Metodologia, sendo demonstrados os tipos de pesquisas empregados nos estudos dessa monografia. -No quinto capítulo é apresentado o estudo de caso para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico, tais como levantamento de cargas, o cálculo do melhor ângulo de instalação pelo software Sundata e o orçamento do sistema. -No sexto capítulo é tratado o resultado do estudo de caso apresentado, sendo demonstrados em tabelas, o cálculo de Payback e o valor de fluxo de caixa. -Por fim, no sétimo capítulo, há a conclusão, onde são demonstradas as considerações finais do projeto, verificando se o mesmo atendeu aos objetivos gerais e específicos propostos.

2. ESTADO DA ARTE Lima (2016), em seu trabalho propôs a utilização de um conversor Boost CC-CC para elevar a tensão de saída de painéis fotovoltaicos. Além disso, apresentou uma análise via software da conversão de energia solar em energia fotovoltaica em três regiões diferentes do Brasil e concluiu que com a utilização do conversor a tensão de saída do painel teve um aumento de 10 vezes ao seu valor nominal. Silva (2016) propôs a utilização de um sistema fotovoltáico conectado à rede elétrica no Instituto Federal da Bahia- Campus de Vitória da Conquista. Neste trabalho o autor fez uso da irradiância oferecida pelo software Radiasol 2, sugerindo uma inclinação de 22º para os painéis fotovoltaicos, de forma a obter um maior rendimento do sistema de geração ao longo dos meses do ano. E, por fim, concluiu que o sistema ideal conectado à rede elétrica do módulo do IFBA deveria ter 91 painéis com potência instalada de 22,750 kwp. Canette (2015) propôs um sistema de geração fotovoltaico em um apartamento na cidade de Vitória da Conquista, fazendo uma análise da

relação custo-benefício desse método. Concluiu dizendo que a utilização de energia solar em Vitória da Conquista é viável, e que o payback do projeto é de 10 anos. Caires (2014) propôs um estudo sobre o posicionamento de placas fotovoltaicas na cidade de Vitória da Conquista. Ao final, verificou que, em situações onde o fornecimento de energia é crítico, é viável utilizar o parâmetro do maior mínimo mensal para dimensionamento do sistema, afirmando que o melhor ângulo de instalação é com latitude igual a 15º. Mendes (2010) em seu artigo propôs um estudo sobre um sistema fotovoltaico interligado na rede elétrica com dois estágios de processamento de energia. O primeiro utilizando a tecnologia full-bridge com um conversor CC-CC e o segundo com um conversor CC-CA de topologia Chopper. Com isso pode concluir que a utilização de ambos os conversores demonstraram ser eficientes.

3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.1. O CENÁRIO ENERGÉTICO DO BRASIL O Brasil, além de ter um enorme potencial na produção de combustíveis fósseis, faz parte de um grupo de países onde a produção de eletricidade, em sua maior parte, advém de usinas hidroelétricas. Estas correspondem a um total de 75% da potência instalada no país. (Drummond, 2010) Em contrapartida, o Brasil através de suas características geográficas possui um enorme potencial de compor esse quadro de matriz energética através de fontes renováveis de energia, como a energia eólica e solar. Segundo estudo do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica – CRESESB/CEPEL, o Brasil possui um potencial de 143 GW, em relação a energia eólica, e parte desse potencial pode ser explorado comercialmente nos litorais do Nordeste, Sudeste e Sul do país. Tratando-se de energia solar, existe um grande potencial a ser aproveitado, porém, é necessário investimentos em tecnologia para reduzir os custos de implantação e geração. Por conta do esgotamento de fontes de energia provenientes do petróleo e do gás, o mundo passou a enxergar fontes paralelas na busca por

alternativas em energia renovável para compor a matriz energética de cada país. Segundo Renó (2013, p.22), o Brasil está em vantagem, pois cerca de 46% da matriz de energia primária é renovável, com sua base em energia hidráulica e energia de biomassa, como a lenha, o carvão vegetal e os produtos de cana-de-açúcar.

3.2. ENERGIA SOLAR Segundo Pinto et. all (2015), a energia solar provém da luz e do calor do Sol. É utilizada por diferentes meios de tecnologia que se encontram em constante evolução, tais como: aquecimento solar, a energia solar fotovoltaica, a fotossíntese artificial e a arquitetura solar. A energia solar é considerada inesgotável do ponto de vista humano, com um potencial excepcional em comparação com todas as outras fontes de energia. De acordo Francisco(2016), a energia solar torna-se uma boa opção na busca por alternativas menos agressivas ao meio ambiente, pois consiste numa fonte energética renovável e limpa.

3.3. RADIAÇÃO SOLAR A radiação solar é uma energia emitida pelo Sol em forma de ondas eletromagnéticas, da qual parte desta energia é interceptada pela própria atmosfera terrestre e convertida em outras formas de energia como, por exemplo, calor e energia cinética da circulação atmosférica. (Galvani, 2016). A densidade média anual do fluxo energético proveniente da radiação solar (irradiância solar), quando medida num plano perpendicular à direção de propagação dos raios solares no topo da atmosfera terrestre recebe o nome de “constante solar” e corresponde ao valor de 1.367 W/m². (CRESSESB, 2014, P. 76).

De acordo com Lopes (2016), se for considerado que o raio médio da Terra que é de 6.371 km, e o valor da irradiância que incide sobre a superfície da mesma, conclui-se que a potência total disponibilizada pelo Sol à Terra, no topo da atmosfera, é de aproximadamente 174 mil terawatts.

3.4. EFEITO FOTOVOLTAICO

De acordo Kobayashi (2011), o efeito fotovoltaico nada mais é do que a criação de uma grandeza elétrica como a tensão ou corrente elétrica correspondente num determinado material, após sua exposição à luz. A conversão de energia solar em energia elétrica é realizada através do efeito fotovoltaico, que foi observado pela primeira vez por Edmond Bequerel, em 1839. O que foi observado naquela época é que nas extremidades de um material semicondutor, quando exposto a uma luz, aparecia uma diferença de potencial. Foi essa teoria que deu início à construção das primeiras células fotovoltaicas, impulsionadas pelas novas descobertas da microeletrônica. (Faria, 2008)

3.5. CÉLULA FOTOVOLTAICA Os painéis solares são arranjos de células dispostas em série em uma superfície. Estas células são fabricadas de um material semicondutor conhecido, o silício. Por si só, este não é um bom condutor, pois precisa passar por um processo de dopagem, tanto para se obter um material positivamente carregado, quanto para se obter um material negativamente carregado. (Lopes, 2016) A disposição destes materiais: positiva e negativamente carregado, produz a junção PN de painéis solares. Quando é recebida a radiação solar, os elétrons da camada negativa recebem energia por meio de fótons suficiente para ultrapassar a junção, e produzirem uma circulação de corrente elétrica. (Nascimento, 2004).

Figura 1: Princípio de funcionamento de uma célula fotovoltaica

Fonte: Nascimento, 2004.

Ao incidir luz sobre a célula fotovoltaica, os fótons que a integram chocam-se com os elétrons da estrutura de silício fornecendo-lhes energia e transformando-os em condutores. Por meio de um condutor externo conecta-se a camada negativa e positiva, gerando-se assim um fluxo de elétrons (corrente elétrica) na conexão conforme ilustrado na figura 1 acima.( Nascimento, 2004)

3.6. TIPOS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICA Segundo Nascimento (2004), existem três tipos de células fotovoltaicas, conforme o método de fabricação: a de silício monocristalino, a de silício policristalino e aquela formada por silício amorfo.

3.6.1. Células Monocristalinas A célula monocristalina é constituída por uma técnica mais antiga e uma das mais caras empregadas na geração de energia fotovoltaica, representando a primeira geração. O seu rendimento, em se tratando de transformação de radiação solar em eletricidade, é relativamente alto: cerca de 20%, podendo subir para cerca de 23%, em laboratório. (Cabral, 2012). A figura 2 a seguir apresenta a estrutura da placa de silício monoscristalino. Figura 2: Placa de silício monocristlino

Fonte: Portal Solar, 2017.

O processo de fabricação da célula de silício começa com a extração do cristal de dióxido de silício. Este material passa por um processo de desoxidação em elevadas temperaturas, sendo então purificado, e por fim solidificado. Este processo faz o material atingir um grau de pureza de até 99%,

o que o torna razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energético e também financeiro. Para funcionar como células fotovoltaicas, necessita de dopagem com outros materiais semicondutores e de um grau de pureza maior que deve chegar na faixa de 99,999% (Cabral, 2012). Segundo o Portal Solar, as células monocristalinas apresentam como vantagem um menor espaço para instalação, devido principalmente à sua boa eficiência citada acima, e um uma vida útil superior a trinta anos, tendo garantia de, ao menos, vinte e cinco anos. 3.6.2. Células Policristalinas As células de silício policristalino, por exigirem um processo de preparação menos rigoroso, são consideradas mais baratas que as células monocristalinas. No entanto, a sua eficiência é menor em comparação com à célula anteriormente citada. O processo de pureza do silício utilizada na produção das células policristalinas se assemelha com o processo de fabricação das células monocristalinas, porém com menores rigores de controle. Por exemplo, elas podem ser preparadas pelo corte de um lingote, de fitas ou depositando um filme num substrato, tanto por transporte de vapor como por imersão. Considerando estes dois últimos casos só o silício policristalino pode ser obtido. Ao longo dos anos, o processo de fabricação tem alcançado eficiência máxima de 12,5% em escalas industriais. (Cabral, 2011).

Figura 3: Placa de silício policristalino

Fonte: Portal Solar, 2017.

A figura 3 mostra a estrutura da placa de silício policristalino. Os painéis solares a base desse material são conhecidos como polissilício (p-si) e silício multi-cristalino (mc-si), sendo introduzidos em 1981 ao mercado.

3.6.3. Células de Silício Amorfo A célula de silício amorfo difere das demais estruturas cristalinas apresentadas, isto ocorre por apresentar alto grau de desordem na estrutura dos átomos. Porém, através de testes, os fabricantes concluíram que a utilização do silício amorfo tem mostrado grandes vantagens, tanto nas propriedades elétricas, quanto no processo de fabricação. (Cabral, 2011) Algumas desvantagens podem ser consideradas no uso de silício amorfo, como baixa eficiência na conversão comparada com os monocristalinos e policristalinos de silício. Outra desvantagem é que as células são facilmente afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da vida útil. (Cabral, 2011)

Figura 4: Placa de Silício Amorfo

Fonte: Portal Solar, 2017.

A figura 4 demonstra o modelo de uma placa de silício amorfo. 3.7. CONEXÕES DAS CÉLULAS A conexão dos módulos fotovoltaicos pode ser feita de dois modos: associação em série e associação em paralelo. Isso ocorre pela baixa tensão e pela corrente de saída que as células fotovoltaicas apresentam. (Cresesb, 2006) 3.7.1. Associação em Série

A associação em série é a técnica mais utilizada no arranjo de células fotovoltaicas, e surge ao ligar o lado positivo de uma célula ao lado negativo da outra. Neste arranjo, se agrupa o maior número de células em série, somando

as tensões de cada uma até o valor final de 12V, o que possibilita a carga das baterias que também funcionam na mesma faixa. (Cresesb, 2006)

Figura 5: Ligação em série de painéis fotovoltaicos

Fonte: MPPT SOLAR, 2017.

A figura 5 acima demonstra como se deve ligar um painel solar em série. 3.7.2. Associação em Paralelo

A associação em paralelo ocorre ligando o lado positivo de uma célula ao lado positivo da outra, e o lado negativo ao lado negativo da outra respectivamente. Após a ligação, ocorre a soma das correntes de cada módulo, e a tensão se mantém exatamente igual à tensão da célula. É uma técnica que tem utilidade em alguns casos especiais devido a algumas características apresentadas pelo módulo fotovoltaico como corrente máxima em torno de 3A e uma tensão muito baixa. (CRESESB, 2006) Figura 6: Ligação em paralelo de painéis solares

Fonte: MPPT SOLAR, 2017.

3.8. SOLUÇÕES PARA REDUÇÃO DA INTERFERÊNCIA NOS PAINÉIS 3.8.1. Diodo Bypass

O diodo de Bypass é utilizado no sistema fotovoltaico para liberar a célula fotovoltaica encoberta. Essa interferência causa drasticamente a queda da potência, que por estar ligada, acaba comprometendo todo o sistema. Este diodo série atua como um caminho alternativo para a corrente, limitando assim a dissipação de calor na célula defeituosa. O seu uso é feito em grupamentos de células, diminuindo o custo em relação a instalar um diodo em cada célula. (Cresesb, 2006)

Figura 7: Ligações de diodo bypass em módulos fotovoltaicos

Fonte: Adaptado de Hecktheuber e Krenzinger

3.8.2. Diodo de Bloqueio

O diodo de bloqueio é utilizado em um sistema fotovoltaico por vários ramos em paralelo, sendo cada qual constituído por N módulos associados em série. Ele tem a função de proteger contra correntes reversas, ou seja, quando surge uma corrente negativa fluindo pelas células, ao invés de gerar corrente, o módulo passa a receber muitos mais do que produz. Com isso, pode surgir no sistema uma queda na eficiência das células.

Figura 8: AssociaĂ§ĂŁo paralela de mĂłdulos fotovoltaicos com diodos de bloqueio

Fonte: Adaptado de HECKTHEUER e KRENZINGER

3.9. CURVAS CARACTERĂ?STICAS DE UM PAINEL FOTOVOLTAICO: CORRENTE X TENSĂ&#x192;O E POTĂ&#x160;NCIA X TENSĂ&#x192;O A Curva caracterĂstica de I-V, pode ser vista na figura 9. Note que a partir dos dados de corrente e tensĂŁo, pode ser determinada a curva de potĂŞncia em funĂ§ĂŁo da tensĂŁo, denominada curva P-V, que se encontra em vermelho onde se destaca o ponto de mĂĄxima potĂŞncia (đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x192; ). AlĂŠm disso, nesta figura pode ser visto que o PMP foi atingido com um valor de tensĂŁo de 0.5 v, ou seja, caso este valor de tensĂŁo ultrapasse os 0,5v, o mĂłdulo nĂŁo produzirĂĄ um valor maior de potĂŞncia, gerando um decrescimento linear acima desse valor, atĂŠ atingir o Voc de 0,6 v, onde a potĂŞncia zera, no eixo das abscissas, dada como tensĂŁo elĂŠtrica.

Figura 9: Curva caracterĂstica de um painel solar

Fonte: Cresesb, 2014.

3.10. EFEITOS

DOS

FATORES

AMBIENTAIS

SOBRE

CURVA

CARACTERĂ?STICA DE UM PAINEL FOTOVOLTAICO 3.10.1.

Efeito da RadiaĂ§ĂŁo Solar

Na figura 10, pode ser visto a influĂŞncia da irradiĂ˘ncia sobre a curva IV de uma cĂŠlula fotovoltaica de silĂcio, mantida em temperatura ambiente (25Âş Celsius). Nesta figura sĂŁo abordados cinco valores de irradiĂ˘ncia (w/m2): 1000, 800, 600, 400 e 200, respectivamente.

Figura 10: Curva caracterĂstica de I-V versus irradiĂ˘ncia

Fonte: Cresesb, 2014.

A corrente elĂŠtrica gerada por uma cĂŠlula fotovoltaica aumenta linearmente com o aumento da irradiĂ˘ncia solar incidente, enquanto que a tensĂŁo de circuito aberto (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201A;đ??ś ) aumenta de forma logarĂtmica 3.10.2. Efeito da Temperatura A figura 11 mostra as curvas de V-I para diversas temperaturas da cĂŠlula fotovoltaica.

Figura 11: Curva característica de I-V versus temperaturas

Fonte: Cresesb, 2014

Com o aumento da irradiância incidente e/ou a temperatura ambiente, acaba aumentando a temperatura da célula e, consequentemente, tende a reduzir a sua eficiência. Isto se deve ao fato da tensão em cada célula diminuir de forma significativa com o aumento da temperatura, enquanto que sua corrente sofre uma elevação quase que desprezível. (CRESESB, 2014) 3.11. CLASSIFICAÇÕES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO O sistema fotovoltaico pode ser classificado por três modelos. São eles: o Sistema isolado, mais conhecido com sistema em rede Off-Grid, Sistema conectado a rede, mais conhecido com sistema em rede On-Grid e o sistema hibrido que é a junção das duas últimas redes citadas.

3.11.1. Sistema Isolado (Off-Grid)

Segundo Cresesb (2006), um sistema isolado é definido como um dispositivo que utiliza alguma forma de armazenamento, podendo ser tanto por baterias quanto na forma de energia gravitacional. Esta última é usada quando se bombeia água para tanques em sistema de abastecimento. Se for por bateria, o uso se aplica à utilização de aparelhos elétricos. Este sistema é demonstrado na figura 12, onde é visto a forma de geração em Off-Grid.

Figura 12: Sistema em rede Off-Grid

Fonte: Fabulart, 2016.

Quando o usuário definir que o armazenamento será por baterias, é necessário que o sistema disponha de um conjunto de equipamentos como, controladores de carga, inversores e um banco de baterias. De acordo Cresesb (2006), o controlador de carga tem a função de não deixar que a bateria sofra danos tanto por sobrecarga quanto por descarga profunda, desde que o sistema seja de baixa tensão e corrente contínua (CC). O inversor é usado quando se pretende alimentar equipamentos de corrente alternada (CA), incorporando um seguidor de máxima potência necessário para otimizá-lo até a potência final produzida, tornando-se ideal na utilização de eletrodomésticos convencionais.

3.11.2. Sistema on-grid

A rede On-Grid é um sistema em que há a conexão direta com rede elétrica da distribuidora de energia local. Tem como objetivo reduzir a dependência e consumo da energia elétrica da concessionária, substituindo-a por uma fonte de energia limpa e inesgotável. Além disso, esta energia gerada representa uma fonte complementar à energia de distribuidora ao qual o usuário está conectado. O inversor solar, instalado entre o sistema gerador

fotovoltaico e o ponto de fornecimento da rede, tem como intuito receber a energia gerada pelo módulos fotovoltaicos em corrente contínua(CC) e converter em energia alternada, sincronizando-a e injetando-a na rede elétrica (Solar Brasil, 2017). “Segundo a Normativa da ANEEL 482/12, referente ao sistema de compensação de energia elétrica, a energia ativa injetada no sistema de distribuição pela unidade consumidora, será cedida a título de empréstimo gratuito para a distribuidora, passando a unidade consumidora a ter crédito em quantidade de energia ativa. O consumo de energia elétrica a ser faturado é a diferença entre a energia consumida e a injetada, por posto tarifário, devendo a distribuição utilizar o excedente que não tenha sido compensado no ciclo de faturamento corrente para abater o consumo medido em meses subsequentes por ate 36 meses.”

Figura 13: Sistema em rede On-Grid

Fonte: Fabulart, 2016.

Segundo ainda o Solar Brasil, a energia solar fotovoltaica, não é destinada ao uso de carga especifica, abastecendo toda residência juntamente com a rede elétrica da concessionária. Quando a geração for superior à demanda, o sistema devolve a energia para a rede; no sentido oposto, ou seja, quando a energia for inferior à demanda, a diferença de energia é suprida automaticamente pela distribuidora. Esse sistema pode ser visto na figura 13 acima.

3.11.3. Sistema híbrido

Um sistema híbrido é formado por duas ou mais fontes de energia renováveis. Em geral, são empregados em sistemas de médio a grande porte destinados a atender um número maior de usuários. Por trabalhar com carga e corrente alternada, o sistema também necessita de um inversor. Além deste, de acordo o Portal Solar, necessita que seja incluída uma combinação entre outros equipamentos como os módulos fotovoltaicos, uma turbina eólica pequena, baterias e uma tecnologia de controle elétrico como o inversor se o sistema utilizar apenas a combinação de duas fontes de energias verdes: solar e eólica. “De acordo Cresesb (2006), os sistemas híbridos são aqueles que, desconectados da rede convencional, apresentam várias fontes de energia, como: turbinas eólicas, geração diesel e módulos fotovoltaicos. A utilização de várias formas de geração de energia elétrica aumenta a complexidade do sistema, exigindo a otimização do uso de cada uma das fontes. Nesse casos, é necessário realizar um controle de todas as fontes para que haja máxima eficiência na entrega da energia para o usuário.”

Figura 14: Sistema Híbrido

Fonte: PORTAL SOLAR, 2017.

Na figura 14 ilustrada acima, há a representação de um sistema híbrido formado pelas duas principais fontes de energia alternativa: solar e eólica.

Figura 15: Sistema Híbrido isolado

Fonte: Portal Solar,2017.

Na figura 15 é demonstrado um sistema composto pelas duas principais formar de energia renováveis: a solar e a eólica.

3.12. TRACKERS Um tracker é um seguidor solar. Segundo o Portal Solar, ele é um dispositivo que altera várias vezes a posição dos painéis fotovoltaicos durante o dia, seguindo o caminho do sol para aumentar a produção de energia solar do sistema fotovoltaico. E com o uso de qualquer tecnologia, apresenta tanto vantagens quanto desvantagens. Pode-se citar como desvantagens uma maior preparação do local da instalação, os cuidados com a mobilidade e com a instalação do cabeamento necessário. Por outro lado, pode-se citar como vantagem, o que acaba justificando a sua aplicabilidade, uma maior geração de eletricidade com aproximadamente a mesma quantidade de espaço necessário para um sistema de inclinação fixa, otimizando assim o uso da área disponível. Segundo valldoreix greenpower, e de acordo o gráfico da figura 16 a seguir, o uso de um sistema solar acoplado a um seguidor, gera uma energia 30% maior do que um sistema fixo.

Figura 16: Comparação entre a energia gerada entre um sistema fixo e outro com seguidor solar

Fonte: Adaptado de Valldoreix Greenpower

Na figura 16 pode ser visto um gráfico que faz uma comparação entre um sistema fixo e outro com o uso de seguidor solar. 3.13. INVERSORES DE FREQUÊNCIA CC- CA Os inversores são circuitos estáticos (isto é, não têm partes móveis) que convertem potência CC em potência CA com a frequência e tensão ou corrente de saída desejada. A tensão na saída tem uma forma de onda periódica que, embora não-senoidal, pode chegar a ser considerada como tal com uma boa aproximação. (Silva, 2014) Dentre vários tipos de inversores destacam-se os de fonte de tensão (VSI-Voltage Source inverts) que são utilizados nas fontes de tensão de funcionamento contínuo (UPS - Uninterruptible power supplies). O circuito básico para converter um sinal CC em CA, monofásico, é mostrado na figura 17, e seu funcionamento se baseia na abertura e fechamento das chaves S1 e S2, onde a tensão da fonte CC é convertida em uma série de pulsos alternados, mandando para carga uma forma de onda quadrada, conforme a figura 18 a seguir.

Figura 17: Esquema bĂĄsico do inversor

Fonte: Silva, 2014.

Figura 18: Forma de onda na carga.

Fonte: Silva, 2014.

Segundo Silva (2014), o funcionamento de inversores monofĂĄsicos pode ser descrito da seguinte maneira: a tensĂŁo de saĂda ĂŠ uma forma de onda retangular, com um ciclo de trabalho de 50%. A forma de onda da corrente na saĂda tem forma exponencial. Quando a tensĂŁo de saĂda for positiva, a corrente crescerĂĄ exponencialmente. Durante o ciclo seguinte, quando a tensĂŁo de saĂda for negativa, a corrente cairĂĄ exponencialmente. Durante o ciclo seguinte, quando a tensĂŁo de saĂda for negativa, a corrente cairĂĄ exponencialmente. A funĂ§ĂŁo dos diodos de retorno ĂŠ fornecer um caminho de volta para a corrente de carga, quando as chaves estiverem desligadas, apresentado na figura 19. Logo apĂłs SCR2 e SCR3 passarem para o estado desligado em t=0, por exemplo, os diodos D1 e D4 irĂŁo ligar. A corrente de carga comeĂ§arĂĄ em um valor negativo e crescerĂĄ exponencialmente a uma taxa dada pela đ??ż

constante de tempo da carga (= ). A fonte de corrente DC, nesse perĂodo, ĂŠ đ?&#x2018;&#x2026;

invertida e flui de fato para fonte DC. Quando a corrente de saĂda chega a zero, D1 e D4 passam para o estado desligado e SCR1 e SCR4 para o estado ligado. A corrente continua crescer e alcanĂ§a o valor mĂĄximo em (đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2021;/2), quando SCR1 e SCR4 passam para o estado desligado. A tensĂŁo de saĂda se inverte, mas a corrente na saĂda continua a fluir na mesma direĂ§ĂŁo. A corrente na saĂda sĂł poderĂĄ fluir atravĂŠs dos diodos D2 e D3, que ligam a fonte DC na carga, o que gera tensĂŁo inversa. A energia armazenada no indutor retorna Ă fonte DC e a corrente na saĂda agora cai de seu valor mĂĄximo chegando a zero. Logo que a corrente na carga parar, SCR2 e SCR3 podem conduzir para fornecer potĂŞncia Ă carga. A corrente irĂĄ alcanĂ§ar seu valor mĂĄximo negativo em (đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2021;) e o ciclo se repete. (Silva, 2014)

Figura 19: Inversor monofĂĄsico com carga resistiva e indutiva

Fonte: Silva, 2014. A figura 20 a seguir, demonstra as formas de onda da tensĂŁo e da corrente. TambĂŠm na mesma figura, ĂŠ apresentado as formas de onda dos dispositivos que conduzem durante os vĂĄrios intervalos. Observa-se que na forma de onda da fonte de corrente (indutor), fica positiva quando as chaves conduzem, e quando hĂĄ potĂŞncia entregue pela fonte, mas se torna negativa quando os diodos conduzem, e quando hĂĄ potĂŞncia absorvida pela fonte.

Figura 20: Formas de onda do inversor monofásico

Fonte: Silva, 2014.

3.14. TARIFAS No Brasil, as unidades consumidoras são classificadas em dois grupos tarifários: Grupo A, que tem a tarifa binômia e grupo B, que tem tarifa monômia. O agrupamento é definido, principalmente, em função do nível de tensão em que são atendidos e, como consequência, em função da demanda (kw). (PROCELL-EPP, 2011)

3.14.1. Tarifa Grupo B

As unidades consumidoras atendidas em tensão abaixo de 2300 volts são classificadas no grupo B, ou seja, no grupo de baixa tensão. Em geral, estão nessa classe as residências, lojas, agências bancárias, pequenas

oficinas, edifĂcios residenciais, grande parte dos edifĂcios comerciais e a maioria dos prĂŠdios pĂşblicos federais, uma vez que na sua grande maioria sĂŁo atendidos nas tensĂľes de 127 ou 220 volts. ( PROCELL-EPP,2011) Segundo PROCELL-EPP (2011), o grupo B ĂŠ dividido em Subgrupos, de acordo com a atividade do consumidor, conforme apresentando a seguir: ď&#x201A;ˇ

Subgrupo B1- residencial e residencial baixa renda;

ď&#x201A;ˇ

Subgrupo B2- rural e cooperativa de eletrificaĂ§ĂŁo rural;

ď&#x201A;ˇ

Subgrupo B3- demais classes;

ď&#x201A;ˇ

Subgrupo B4- iluminaĂ§ĂŁo pĂşblica;

3.14.2. Impostos Segundo PROCELL-EPP (2011), a tarifa ĂŠ o valor a ser cobrado pela prestaĂ§ĂŁo de determinados serviĂ§os. No entanto, ĂŠ cobrado tambĂŠm alguns impostos no seu valor final. Esses impostos sĂŁo federais, estaduais e municipais. O primeiro refere-se ao PIS (Programa de IntegraĂ§ĂŁo Social) e ao COFINS (ContribuiĂ§ĂŁo para financiamento da Seguridade Social). O segundo refere-se ao ICMS (Imposto sobre a circulaĂ§ĂŁo de Mercadorias e ServiĂ§os. â&#x20AC;&#x153;O reajuste tarifĂĄrio da Coelba foi homologado pela ResoluĂ§ĂŁo nÂş 2.066 de 19/04/2016 , da AgĂŞncia Nacional de Energia ElĂŠtrica â&#x20AC;&#x201C; ANEEL, publicado no DiĂĄrio Oficial da UniĂŁo de 22/04/2016 . De acordo com o Artigo 13Âş desta ResoluĂ§ĂŁo a Coelba estĂĄ autorizada a incluir, no valor total a ser pago pelo consumidor, a exemplo do ICMS, as despesas do PIS/PASEP e da COFINS efetivamente incorridas pela concessionĂĄria, no exercĂcio da atividade de distribuiĂ§ĂŁo de energia elĂŠtricaâ&#x20AC;?

3.14.3. PreĂ§o Final đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ??¸đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D; 1 â&#x2C6;&#x2019; (đ??źđ??śđ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2020;% + đ?&#x2018;&#x192;đ??źđ?&#x2018;&#x2020;% + đ??śđ?&#x2018;&#x201A;đ??šđ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2020;%)

Segundo a COELBA, a tarifa ĂŠ o valor a ser cobrado pela prestaĂ§ĂŁo de determinados serviĂ§os. JĂĄ o preĂ§o ĂŠ a composiĂ§ĂŁo da tarifa com os impostosICMS e PIS/COFINS, como pode ser visto na equaĂ§ĂŁo acima.

Atualmente, o valor cobrado para os clientes classificados como B2 rural é de R$ 0.2364/ kwh, de acordo a resolução 2.214 de 28 de Março de 2017. Figura 21: Diferença entre tarifa e preço.

Fonte: Coelba, 2017.

3.15. SOFTWARE SUNDATA O software Sundata é uma ferramenta importante no processo de dimensionamento do sistema de geração fotovoltaica e destina-se ao cálculo da irradiação solar diária média, em qualquer ponto do território nacional. É um programa disponibilizado pelo Cresesb e pode ser utilizado diretamente na página do seu fabricante. Sua escolha justifica-se pela fácil localização através da busca por coordenadas, que ao se inserir a longitude e latitude do local, informa os dados de irradiância do lugar objeto de estudo.

3.15.1. Busca por Coordenadas

Segundo Cresesb (2014), o sistema de busca de localidades próximas é feito por meio das coordenadas geográficas latitude e longitude do local de interesse. Quando a localidade não é listada, o programa verifica em seu banco de dados, e seleciona a mais próxima sugerida pela busca ou o local com características mais semelhantes ao do interesse. As coordenadas geográficas

podem ser inseridas tanto em graus decimais (00.00°), quanto em graus, minutos e segundos (00° 00’ 00”), conforme a opção selecionada no formulário. Cresesb (2014), ainda demonstra que o programa fornece os dados de irradiação solar para no mínimo três localidades disponíveis do ponto de interesse, correspondentes as diárias médias mensais para os 12 meses do ano, e que os valores válidos de latitude e longitude devem estar na faixa de 12° Norte e 40° Sul e de longitude na faixa de 30° Oeste e 80° Leste.

3.16. CÁLCULO DO PAY-BACK Segundo Cavalcante (pg.4), o cálculo de pay-back é o tempo em que o investidor espera até que os fluxos de caixa acumulados igualem ou superem seu investimento inicial. Para executá-lo, é preciso que o investidor escolha previamente um período ou tempo limite para recuperação do investimento inicial. Por ser uma técnica de análise de investimentos, apresenta tanto desvantagens quanto vantagens. Referente à primeira pode-se citar como limitação, o fato de não levar em consideração qualquer taxa de desconto. Ou seja, o valor do dinheiro no tempo é totalmente ignorado. Além disso, não considera as diferenças de risco no projeto. Quanto às vantagens, podem ser citados a facilidade de entendimento que essa técnica oferece e uma quantidade enorme de novos investidores viáveis que são analisados pelo cálculo de pay-back.

4. METODOLOGIA 4.1. TIPO DE PESQUISA QUANTO AOS OBJETIVOS Segundo Gil (2007) a pesquisa pode ser classificada em três grupos quanto aos objetivos. Pesquisa

exploratória:

tem

como

objetivo

proporcionar

maior

familiaridade com o problema proposto, visando torna-lo mais explícito ou a construir hipóteses. Para isso utiliza-se de levantamentos bibliográficos, entrevistas com pessoas que tiveram experiências práticas com o problema estudado e a análise de exemplos que estimulem a compreensão.

Pesquisa descritiva: exige do investigador uma série de informações sobre o que deseja pesquisar. Este tipo de estudo pretende descrever os fatos e fenômenos de determinada realidade. Como exemplos destes tipos de pesquisas têm o estudo de caso, a análise documental e a pesquisa ex-postfacto. Os estudos descritivos podem ser criticados porque pode existir uma descrição exata dos fenômenos e dos fatos. Estes fogem da possibilidade de verificação através da observação. Ainda para o autor, às vezes não existe por parte do investigador um exame crítico das informações, e os resultados podem ser equivocados; e as técnicas de coleta de dados, como questionários, escalas e entrevistas, podem ser subjetivas, apenas quantificáveis, gerando imprecisão. (Triviños, p. 112).

Pesquisa explicativa: preocupa-se em identificar os fatores que determinam ou que contribuem para a ocorrência do fenômeno estudado. Ou seja, este tipo de pesquisa tenta explicar o porquê das coisas com base nos resultados colhidos. O presente trabalho trata-se de uma pesquisa descritiva, pois a mesma apresenta um estudo de caso sobre determinado problema.

4.2. TIPO DE PESQUISA QUANTO A ABORDAGEM Quanto a abordagem de pesquisa existem duas vertentes distintas a serem seguidas segundo Lakatos et. al (2003). Qualitativa:

tipo

representatividade

numérica,

pesquisa mas,

que

sim,

não

com

preocupa

aprofundamento

com da

compreensão de um grupo social, de uma organização, de um meio como exemplo citados. Na pesquisa qualitativa, o cientista é ao mesmo tempo o sujeito e o objeto de suas pesquisas. O desenvolvimento da pesquisa é imprevisível. O conhecimento do pesquisador é parcial e limitado. O objetivo da amostra é de produzir informações aprofundadas e ilustrativas: seja ela pequena ou grande, o que importa é que ela seja capaz de produzir novas informações (FLICK, 2004, p. 58).

Pesquisa

quantitativa:

resultados

podem

ser

quantificados,

diferentemente da pesquisa qualitativa. A pesquisa quantitativa se centra na objetividade. Influenciada pelo positivismo, considera que a realidade só pode ser compreendida com base na análise de dados brutos, recolhidos com o

auxilio de instrumentos padronizados e neutros. A pesquisa quantitativa recorre a dados estatísticos para descrever as causas de um fenômeno. (Fonseca, 2002)

4.3. TIPO DE PESQUISA QUANTO AOS PROCEDIMENTOS TÉCNICOS Segundo Thiollent (1986), a pesquisa bibliográfica é feita a partir do levantamento de referências teóricas já analisadas e publicadas nos meios científicos ou em meios eletrônicos como páginas de web sites. Qualquer trabalho científico inicia-se com uma pesquisa bibliográfica, que permite ao pesquisador uma visão do que já se foi estudado sobre o assunto.

5. ESTUDO DE CASO O presente trabalho trata-se de uma pesquisa descritiva, no que se refere aos objetivos. Em relação à abordagem, o presente trabalho é de natureza descritiva. Todavia, para que este estudo de caso fosse realizado, foi necessária a realização de um levantamento de carga de todos os equipamentos existentes na Fazenda União São Lucas, localizada em Itapetinga-Ba.

5.1. DESCRIÇÃO DO LEVANTAMENTO DE CARGA Figura 22: Fazenda União São Lucas

Fonte: Própria

O projeto de estudo de implantação de um sistema fotovoltaico isolado da rede, está previsto para a fazenda União São Lucas, localizado na área rural da cidade de Itapetinga, no sudoeste baiano, como pode ser visto na figura 22. O projeto foi dividido em etapas. No primeiro passo foi necessária a realização de um levantamento de carga dos equipamentos elétricos existentes na fazenda, onde envolveu todos os cômodos da residência, sala, varanda, banheiro, cozinha e área externa. As cargas levantadas são apresentadas na tabela 1, mostrada a seguir.

Tabela 1: Levantamento de cargas Cálculo do consumo diário de cada Aparelho Local

Sala

Equipamento Quant.

160

960

DVD

180

Lampadas Receptor Parabolica Computador

240

100

600

1200

100

200

Lampadas

120

100

200

DVD

Lampadas

240

Ventilador

100

800

Lampadas

120

720

Geladeira

120

1440

Geladeira

150

1800

120

Radio

200

Carregador

Varanda TV

Quarto

Área Externa

Potência Utilização Potência Consumo (W) dia(h) total(W) (Wh/dia)

Cozinha Lampadas

Consumo total (Wh/dia) Fonte: Própria

10902

Para o cálculo do consumo mensal levou-se em consideração as estimativas de uso diário de cada equipamento e, com base nesses cálculos fez-se o estudo para dimensionamento da quantidade de placas. Na figura 23, pode ser visto a sala da fazenda. Neste ambiente há os seguintes equipamentos: uma TV led de 42 polegadas e um DVD Player, um receptor de parabólicas e 2 lâmpadas fluorescente.

Figura 23: Sala

Fonte: Própria

Na figura 24, pode ser vista a varanda da fazenda. Neste ambiente há os seguintes equipamentos: uma TV de 29 polegadas de tubo, um computador e uma lâmpada fluorescente.

Figura 24: Varanda

Fonte: Própria

Na figura 25, pode ser visto o quarto, contendo os seguintes equipamentos: uma TV de 29 polegadas, um DVD Player, uma lâmpada fluorescente e um ventilador.

Figura 25: Quarto

Fonte: Própria

Nas figuras 26 e 27 pode ser visto a área externa da fazenda, tanto frontalmente, quanto lateralmente.

Figura 26: Área externa frontal

47 Fonte: Própria

Neste ambiente da figura 27, há seis lâmpadas fluorescentes. Figura 27: Área Externa Lateral

Fonte: Própria

Na figura 28, pode ser visto a cozinha da fazenda. Neste ambiente há os seguintes equipamentos: uma geladeira de 253, uma geladeira de 310 L, um rádio, uma lâmpada fluorescente e um micro-ondas, sendo que este último não entrou no cálculo na tabela 1 referente ao levantamento de cargas, pois em um sistema isolado, é inapropriado o seu uso.

Figura 28: Cozinha

Fonte: Própria.

5.2. MEDIÇÕES DA IRRADIAÇÃO EM ITAPETINGA-BA Para o cálculo da irradiação, utilizou-se um software disponível na página do Centro de Referencia em Energia Solar e Eólica Sergio Brito ( CRESESB),

conhecido

como

SunData.

Neste

programa,

inserem-se

características geográficas como latitude e longitude da cidade a ser verificada, fornecendo o ângulo de melhor aproveitamento para o sistema fotovoltaico a ser instalado de acordo o seu norte geográfico. Abaixo serão apresentados gráficos e tabelas referente à cidade de Itapetinga. O programa traça uma área que abrange as três cidades mais próximas, quando não é possível a sua exata localização pelo banco de dados do programa. Ou seja, como nesse banco não constava informações sobre Itapetinga, foram informados dados sobre as três cidades mais próximas. As cidades foram Vitória da Conquista na Bahia, Almenara e Pedra Azul, ambas em Minas Gerais.

Figura 29: Coordenadas geográficas de Itapetinga

Fonte: Google Maps

Na figura 29, pode ser visto informações sobre o município de Itapetinga, localizado no estado da Bahia, referente às suas coordenadas geográficas. Ela possui uma latitude de -15,25º S e uma longitude de -40,45º O. Com essas informações, é possível conhecer o melhor ângulo de instalação das placas fotovoltaicas.

Figura 30: Coordenadas geogrĂĄficas inseridas no Sundata

Fonte: PrĂłpria

Na figura 30, ĂŠ visto a pĂĄgina de inserĂ§ĂŁo de informaĂ§Ăľes das coordenadas geogrĂĄficas da cidade objeto de estudo, do software SunData. Foram inseridas a latitude e longitude em graus decimais com os valores de 15.250308Â°, Sul e 40.251725Â°, Oeste respectivamente. Com a busca, foi disponibilizada informaĂ§Ăľes de trĂŞs localidades prĂłximas Ă Itapetinga: VitĂłria da Conquista-Ba, Almenara-MG e Pedra Azul-MG. O grĂĄfico fornecido traz informaĂ§Ăľes sobre a irradiaĂ§ĂŁo solar mĂŠdia (kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia) com os valores mensais, mĂŠdia anual e a variaĂ§ĂŁo, que ĂŠ a diferenĂ§a entre a mĂĄxima e a mĂnima mensal.

Figura 31: IrradiaĂ§ĂŁo Solar no plano horizontal para as localidades prĂłximas

Fonte: PrĂłpria

Na cidade de VitĂłria da Conquista, a menor taxa de irradiaĂ§ĂŁo foi verificada no mĂŞs de Novembro com um valor de 4.23 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, considerando o Ă˘ngulo de maior mĂnimo mensal, o que pode ser visto na figura 32 a seguir, em tom de vermelho, como forma de destaque. Quanto ao maior, este foi verificado em Agosto com 5,5 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, sendo destacado em azul.

Figura 32: IrradiaĂ§ĂŁo solar do plano inclinado de VitĂłria da Conquista, Bahia

Fonte: PrĂłpria

Figura 33: IrradiaĂ§ĂŁo Solar no Plano Inclinado- Almenara-MG

Fonte: PrĂłpria

Em Almenara, conforme a figura 33 acima, a maior ocorreu em Fevereiro com um valor de 5,49 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, e a menor em Julho com 4,70 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia. E por fim, em Pedra Azul, a maior ocorreu no mĂŞs de Agosto com uma taxa de 5,65 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, e o mĂnimo no mĂŞs de Junho com 4,21 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, conforme a figura 34 a seguir.

Figura 34: IrradiaĂ§ĂŁo Solar no Plano Inclinado- Pedra Azul-MG

Fonte: PrĂłpria

Nas figuras: 32, 33 e 34, sĂŁo demonstrados os grĂĄficos dos quatro parĂ˘metros de inclinaĂ§ĂŁo: o plano horizontal, o Ă˘ngulo igual Ă latitude, maior media anual e maior mĂnimo mensal das trĂŞs localidades mais prĂłxima do municĂpio de Itapetinga.

5.3. DIMENSIONAMENTO DAS PLACAS O dimensionamento da quantidade de placas fotovoltaicas utilizadas no sistema fotovoltaico se dĂĄ atravĂŠs de duas informaĂ§Ăľes bĂĄsicas. A primeira refere-se ao consumo diĂĄrio fornecido na tabela 1, cujo valor calculado de energia consumida foi de 10.902 wh, resultando mensalmente num valor de 327,06 kwh. A segunda, refere-se Ă taxa de insolaĂ§ĂŁo anual da cidade objeto de estudo: Itapetinga-Ba. Com as informaĂ§Ăľes de latitude e longitude inseridas no software SunData, fornecido pelo Cresesb, pode-se calcular os melhores Ă˘ngulos de instalaĂ§ĂŁo das placas: plano horizontal, Ă˘ngulo igual a latitude, maior mĂŠdia anual e maior mĂnimo mensal. Como o sistema tratado ĂŠ o isolado da rede, o melhor a ser usado para o cĂĄlculo do Ă˘ngulo de instalaĂ§ĂŁo ĂŠ o â&#x20AC;&#x153;maior mĂnimo mensalâ&#x20AC;?. Com os grĂĄficos fornecidos, pode-se fazer uma comparaĂ§ĂŁo das trĂŞs cidades mais prĂłximas da cidade objeto de estudo: VitĂłria da Conquista na Bahia (77 km em rota aĂŠrea), Almenara (100,3 km em rota aĂŠrea) e Pedra Azul (258,9 km em rota aĂŠrea) em Minas Gerais. Como a cidade de Itapetinga possui uma distĂ˘ncia menor em relaĂ§ĂŁo a VitĂłria da conquista do que Ă s outras cidades fornecidas, como pode ser visto na tabela 2 a seguir, utilizou-se os dados da figura 32 referente Ă sua taxa de insolaĂ§ĂŁo anual, que ĂŠ de 4.63 (kWh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia) para os cĂĄlculos das placas. O primeiro passo, para a realizaĂ§ĂŁo do dimensionamento, ĂŠ calcular a demanda diĂĄria, isto ĂŠ, dividir o consumo mensal pela quantidade de dias no mĂŞs: 30 dias, se caso nĂŁo fosse informado na tabela. 327,06(kWh)/30 dias= 10.902 wh/dia ApĂłs o cĂĄlculo da demanda diĂĄria, ĂŠ preciso definir o valor da potĂŞncia das placas a ser utilizada. ApĂłs uma pesquisa, devido ao baixo custo, excelente coeficiente de temperatura e boa eficiĂŞncia do mĂłdulo, optou-se pelas placas de 265 Wp, modelo CS6K-265P, vendida pela Canadian Solar, com um custo de 644 reais por unidade, como por ser visto na figura 36. A taxa

de eficiência da placa escolhida equivale a 16,19 %, segundo o manual do fabricante, e apresenta em condições ideais, uma corrente de 8,66 A e uma tensão de 30,6 V. Com isso é possível calcular a real potência gerada por cada placa. Com o valor do consumo diário informado pela tabela 1, divide-se pelo valor da média de irradiação solar referente ao maior mínimo mensal da figura 32. 10902(wh/dia) */4.63 (Irradiação)= 2.354,64 wp O último passo ocorre com a divisão do item anterior pela potência da placa escolhida: 2354,64 (potência em Wp) / 265 (potencia da placa)= 8,89 placas

Tabela 2:Distância de Itapetinga-Ba e as cidades citadas pelo SunData Cidades

Distância (km) em Rota aérea

Itapetinga (Ba) - Vitória da Conquista (Ba)

99,7

Itapetinga (Ba) - Almerara (MG)

150,3

Itapetinga (Ba) - Pedra Azul (MG)

258,9

Fonte: GoogleMaps, 2017.

Na tabela 2, há a demonstração da distância, em rota aérea, entre a cidade objeto de estudo e as cidades mais próximas, que foram localizadas pelo banco de dados do software Sundata. Entre Itapetinga e Vitória da Conquista, ambas na Bahia, a distância equivale a 99,7 km. Comparando com Almenara, em Minas Gerais, essa distância aumenta para 150,3 km. E por fim, ao se comparar com Pedra Azul, também em Minas Gerais, atinge uma distância de 258,9 km.

Figura 35: Distância entre Itapetinga-Ba e Pedra Azul-MG

Fonte: Google Maps, 2017.

Figura 36: Preço de painel solar da marca Canadian Solar

Fonte: MercadoPago, 2017.

5.4. DIMENSIONAMENTO DO CONTROLADOR DE CARGA O dimensionamento do controlador de carga envolve dois parâmetros. O primeiro refere-se ao consumo diário fornecido pela tabela 1 em (Wh). O

segundo refere-se a media anual de irradiaĂ§ĂŁo, que ĂŠ de 4.63 kwh/đ?&#x2018;&#x161;2 .dia, podendo ser visto na figura 32 em relaĂ§ĂŁo ao maior mĂnimo mensal. De acordo com a tabela 1, o levantamento de cargas totaliza um consumo de 10902 wh diariamente, o que equivale mensalmente a 327,06 kwh. ApĂłs definido todos os parĂ˘metros, divide-se o consumo diĂĄrio pela taxa de irradiaĂ§ĂŁo. 10.902 4.63

=2354,64 wh (1)

ApĂłs o item (1), divida o valor encontrado do controlador de carga, que ĂŠ de 24 V. 2354,6436wh /24V= 98,11 A (2) Definido a corrente do sistema, e como hĂĄ controladores de carga de 5 A, 10 A, 20 A, 40 A e 60 A, foi escolhido o uso de 3 controladores de 40 A, o que totaliza 120 A, ultrapassando o valor necessĂĄrio do sistema, permitindo assim uma maior seguranĂ§a. O modelo escolhido foi o da TRACER-4210-A de 40 A 12-24V com um custo de R$ 806,00 por unidade. Essa escolha se deu, devido ao controlador de carga de 20 A possuir um preĂ§o semelhante ao de 40 A, gerando uma diferenĂ§a menor que R$ 100,00, sendo que o de 40A apresenta o dobro de capacidade em relaĂ§ĂŁo ao mesmo.

Figura 37: Controlador de carga modelo TRACER-4210-A de 40 A12V/24V

Fonte: PrĂłpria.

5.5. DIMENSIONAMENTO DAS BATERIAS O primeiro passo para o dimensionamento das baterias ĂŠ dividir a potĂŞncia total do sistema pela tensĂŁo trabalhada de 12 Vcc: 10902(wh) 12(V)

=908,5 đ??´â&#x201E;&#x17D; (1)

ApĂłs o cĂĄlculo do item (1), o valor encontrado ĂŠ multiplicado, de acordo o Manual de Engenharia Fotovoltaico (2014) por 2, para encontrar assim, a corrente consumida, equivalente

a 50% da bateria, evitando assim a sua

descarga. 908,5( Ah) x 2.0(Fator de 50%)= 1827 Ah (2) Em seguida o valor encontrado deve ser multiplicado pela quantidade de dias que o sistema deva funcionar, caso nĂŁo haja sol. No exemplo, foi definido dois dias como autonomia do sistema, isto ĂŠ, para que o sistema nesse intervalo de tempo exerĂ§a sua funĂ§ĂŁo relacionada ao consumo de energia, sem a geraĂ§ĂŁo de fonte primaria: 1827 x 2 = 3.634 Ah (3) Por fim, o valor encontrado deve ser dividido pela corrente da bateria escolhida que ĂŠ de 220 Ah: 3634 đ??´â&#x201E;&#x17D; 220 đ??´â&#x201E;&#x17D;

= 16,52 baterias

A Figura 38 aponta o modelo da bateria escolhida para armazenamento de energia. Tal escolha se deu porque o custo benefĂcio de uma bateria de 220 Ah para outra de 260 Ah equivale a mais de R$ 1.000,00 de diferenĂ§a, sendo a primeira R$ 1.089,00 e a segunda de R$ 3.293,00, respectivamente.

Figura 38: Bateria estacionĂĄria modelo Moura Clean 12MF220

Fonte: PrĂłpria.

5.6. ORÇAMENTO DO SISTEMA O orçamento do sistema para implantação do sistema de geração fotovoltaica é mostrada na tabela. Neste orçamento é adicionado o valor do custo do projeto e mão de obra. Tabela 3: Orçamento do Projeto

Preço Unitário (RS) 644,00

Preço total (RS) 5.796,00

806,00

2.337,00

1.089,00

18.513,00

3.079,00

1348,00

3.000,00

1.000,00

1.000,00 31.994,00

Equipamentos

Modelo

Quantidade

Placa Solar Controlador de Carga Bateria Estacionária

CS6K-265P TRACER-4210-A 40A-12V/24V 12MF220 220Ah/240Ah 806-1220PROWATT SW 2000 12/110

Inversor de Tensão Projeto e consultoria Mão de obra Total

Fonte: Própria.

6. RESULTADOS 6.1. CÁLCULO DE PAYBACK O PayBack consiste no cálculo do período

de retorno do capital

investido, até o momento em que o ganho acumulado se iguala aos custos, e é utilizado com o intuito de descobrir se o projeto fotovoltaico a ser instalado na Fazenda União São Lucas é economicamente viável. Para isto, é necessário o conhecimento de duas variáveis imprescindíveis para o cálculo. A primeira refere-se ao valor do investimento total, que é informado na tabela 3. O segundo fator, refere-se ao gasto anual de energia, que é calculado a partir do histórico de consumo da Fazenda União São Lucas, mostrado na tabela 4, cuja conta contrato é 10546702. Assim, os valores observados são resumidos na tabela 4, apresentada a seguir.

Tabela 4: Histórico de Consumo da Fazenda União São Lucas

Período

Data Inicial

Data Final

Faturado (kwh)

Data Vcto

Valor

Mai/17

04/04/2017

03/05/2017

363,80

17/05/2017

140.64

Abr/17

03/03/2017

03/04/2017

383,35

18/04/2017

158.12

Mar/17

03/02/2017

02/03/2017

428,45

16/03/2017

172.10

Fev/17

05/01/2017

02/02/2017

314,68

16/02/2017

124.54

Jan/17

06/12/2016

04/01/2017

391,55

18/01/2017

154.11

Dez/16

04/11/2016

05/12/2016

307,50

20/12/2016

126.06

Nov/16

05/10/2016

03/11/2016

305,45

18/11/2016

120.69

Out/16

03/09/2016

04/10/2016

349,53

19/10/2016

139.00

Set/16

04/08/2016

02/09/2016

336,20

19/09/2016

132.96

Ago/16

05/07/2016

03/08/2016

457,15

17/08/2016

178.57

Jul/16

03/06/2016

04/07/2016

246,00

14/07/2016

98.08

Jun/16 Total

04/05/2016

02/06/2016

188,60 4.072,26

14/06/2016

75.87 1.620,74

Fonte: Coelba, 2017.

Após definidas as duas variáveis, é possível saber o valor de payback do sistema fotovoltaico da Fazenda União São Lucas. PB= Investimento total/ Ganho Anual PB= 31.994,00/1.620,74 PB=19,74 anos

6.2. FLUXO DE CAIXA A tabela abaixo mostra um fluxo de caixa acumulado anualmente de 1.620,74 reais até o retorno do investimento levando em consideração apenas o seu custo inicial de R$ 31.994,00.

Tabela 5: Fluxo de caixa do SFV 1º ano R$ 1.620,74 6ºano R$ 9.724,44 11 ºano R$ 17.828,14 16ºano

2º ano R$ 3.241,48 7ºano R$ 11.345,18 12 ºano R$ 19.448,88 17ºano

3º ano R$ 4.862,22 8ºano R$ 12.965,92 13 ºano R$ 21.069,62 18ºano

4º ano R$ 6.482,96 9 ºano R$ 14.586,66 14 ºano R$ 22.690,36 19ºano

5 ºano R$ 8.103,70 10 ºano R$ 16.207,40 15 ºano R$ 24.311,10 20ºano

R$ 25.931,84 21ºano R$ 34.035,54

R$ 27.552,58 22ºano R$ 35.656,28

R$ 29.173,32 23ºano R$ 37.277,02

R$ 30.794,06 24ºano R$ 38.897,76

R$ 32.414,80 25ºano R$ 40.518,50

Fonte: Própria

Como pode ser verificado na tabela 5, o retorno do investimento ocorre a partir de 20ª ano em uma margem de 25 anos, podendo ser visto na também no gráfico 1, onde é traçado um crescimento linear num intervalo de 1 a 25 anos.

Gráfico 1: Fluxo de caixa do sistema fotovoltaico

Fonte: Própria

No entanto, levando-se em consideração que num sistema isolado deve haver a cada 5 anos ao menos uma troca do banco de bateria, o sistema muda, e torna-se inviável economicamente. Isto é constatado na tabela 6ª seguir. Nela, verifica-se que o custo inicial de implantação do sistema foi de R$ 31.994,00, com um retorno anual de R$ 1.620,74 referentes ao gasto de energia entre Maio de 2016 a 2017. Atentando-se à troca do banco de baterias, soma-se ao sistema um valor de manutenção de R$ 18.513,00 por cada quinquênio. No intervalo de 25 anos, o valor gasto com o banco de baterias atinge um custo de R$ 74.052,00. Como o retorno nesse período dos 25 anos é de R$ 40.518,50, verifica-se que no final desse tempo, o sistema terá um custo total de R$ 106.046,00, gerando assim um déficit de R$ 84.040,50, pois, a cada quinquênio, o valor do investimento aumenta R$ 10.409,30.

Tabela 6: Fluxo de caixa do SFV com a troca do banco de baterias Investimento Inicial Gasto a cada 5 Anos Retorno a cada 5 anos Retorno anual

R$ 31.994,00 R$ 18.513,00 R$ 8.103,70 R$ 1620,74

Investimento Inicial Em 5 anos, retorno de: Em 5 anos, gasto de: Saldo em 5 anos:

R$ 31.994,00 R$ 8.103,70 R$ 18.513,00 R$ 42.403,30

Investimento no 6º Ano No 10º Ano, economizou: No 10º Ano, Gastou: Saldo em 10 Anos:

R$ 42.403,30

Investimento no 11º Ano No 15º Ano, economizou: No 15º Ano, Gastou: Saldo em 15 Anos: Investimento no 16º Ano No 20º Ano, economizou: No 20º Ano, Gastou: Saldo em 20 Anos: Investimento no 21º Ano No 25º Ano, economizou: No 25º Ano, gastou: Saldo em 25 Anos:

R$ 8.103,70 R$ 18.513,00 R$ 54.624,60

R$ 52.812,60 R$ 8.103,70 R$ 18.513,00 R$ 63.221,90

R$ 63.221,90 R$ 8.103,70 R$ 18.513,00 R$ 73.631,20

R$ 73.631,20 R$ 8.103,70 R$ 18.513,00 R$ 84.040,50

Fonte: Própria.

7. CONCLUSÃO O desenvolvimento do presente estudo apontou que a implantação de um sistema fotovoltaico para suprir a demanda energética da Fazenda União São Lucas não é viável economicamente. Isto se dá porque o tempo de retorno do investimento aproxima-se de 20 anos, quando se leva em consideração apenas o custo inicial de implantação. É preciso que nesta análise seja considerada a troca a cada quinquênio, do banco de baterias. Desta forma, o projeto torna-se ainda mais inviável, pois a cada 5 anos, o valor gasto com a manutenção das baterias adiciona um valor de R$ 10.410,00 ao gasto inicial da instalação. Ainda que o cálculo tenha se mostrado desfavorável, também é possível concluir que os objetivos foram alcançados, já que foi realizado o estudo de viabilidade técnico/econômica do sistema para suprir a demanda energética da Fazenda. Todavia, ficou constatado que, mesmo com a possibilidade de implantação do sistema autossuficiente, não é viável a sua instalação em ambientes que já possuam um fornecimento de energia por alguma concessionária, tornando-se evidente que o sistema isolado é indicado para suprir lugares remotos e de difícil acesso, quanto à carência do fornecimento de energia através da rede elétrica convencional. Nesse sentido, como sugestão de trabalho futuro, pode ser feita a análise de viabilidade econômica utilizando o sistema On-grid, onde ao final desta, seja possível desenvolver a curva de carga elétrica de ambos os sistemas, já que não foi possível criá-la, levando-se em consideração desde as dificuldades encontradas até os aspectos construtivos alçados.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CABRAL, Claudia Valéria et all. Modelagem e simulação de gerador fotovoltaico. 2012. 8p. Universidade Federal de Viçosa. (UFV). CAIRES, Suzane Machado Pires. Estudo sobre posicionamento de placas fotovoltaicas. 2014. 67p. Monografia (apresentada ao final do curso de graduação em Engenharia Elétrica) – Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR), Vitória da Conquista -Ba. CANETTE, Isabelle Marrie Guimarães Santos. Implantação de energia solar em um apartamento: uma análise da relação custo-benefício desse método. 2015. 69p. Monografia (apresentada ao final do curso de graduação em Engenharia Elétrica) – Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR), Vitória da Conquista- Ba. CAVALCANTE, Francisco & ZEPPELINE, Paulo. Payback- Calculando o tempo necessário para recuperar o investimento. Disponível em: < https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved =0ahUKEwiJhvzCwsjUAhUJE5AKHXKJBDIQFgg0MAM&url=http%3A%2F%2F www.fapanpr.edu.br%2Fsite%2Fdocente%2Farquivos%2FPAYBACK%2520SI MPLES%2520E%2520DESCONTADO.pdf&usg=AFQjCNF41Fy0I7-kPLvdWfRaihgT6LyBg&sig2=BS-j0jw_BspVdFTQoJT9WQ&cad=rja> . Acesso em 18 de Junho de 2017 as 21:01:02. COELBA Grupo Neoenergia. Tarifas Grupo B. Disponível em: < http://servicos.coelba.com.br/residencialrural/Pages/Baixa%20Tens%C3%A3o/tarifas-grupo-b.aspx>. Acesso em 24 de Maio de 2017 as 14:20:54. CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Grupo de Trabalho de Energia Solar – GTES. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Rio de Janeiro, CRESESB, 2000. CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Grupo de Trabalho de Energia Solar – GTES. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Rio de Janeiro, CRESESB, 2004. CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Energia Solar Princípios e Aplicações.CEPEL, 2006. Disponível em < http://www.creserb.cepel.br/download/tutorial/tutorialsolar2006.pdf>. Acesso em 7 de Junho de 2017 as 02:33:43. CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito. Potencial solar SunData.CEPEL, 2014. Disponível em http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=sundata&>. Acesso em 8 de Junho de 2017 as 13:40:22. FABULART. Tudo Sobre Energia Solar: tipos de sistemas (On Grid e Off Grid). Disponível em: < http://www.enelsolucoes.com.br/blog/2016/06/tudo-

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