anÁlise de custos de sistemas fotovoltaicos...

ANÁLISE DE CUSTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

CONECTADOS À REDE E ISOLADOS

Guilherme Nippes de Oliveira

Projeto de Graduação apresentado ao

Curso de Engenharia Elétrica da Escola

Politécnica da Universidade Federal do

Rio de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento

RIO DE JANEIRO

Agosto de 2019

ANÁLISE DE CUSTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE E

ISOLADOS


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHAIRO ELETRICISTA.

Examinado por:

_____________________________________

Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr.Eng.

_____________________________________

Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.

_____________________________________

Rafael de Oliveira Rodrigues, M. Sc.

RIO DE JANEIRO

Agosto de 2019

iii

Guilherme Nippes de Oliveira.

ANÁLISE DE CUSTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

CONECTADOS À REDE E ISOLADOS. /Guilherme Nippes de Oliveira

- Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2019.

XIV, 77p.; il.: 29,7cm.

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento

Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/Curso de

Engenharia Elétrica, 2019.

Referências Bibliográficas: p. 61-65

1. Geração Solar Fotovoltaica. 2. Estudo de custos de sistemas de

geração solar. 3. Economia de Energia. I. Luiz do Nascimento, Jorge. II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de

Engenharia Elétrica. III. Cenários comparativos entre custos de

implantação de sistemas de geração solar fotovoltaica.

iv

"Never give up on something that you can’t go a day

without thinking about." Winston Churchill

v

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por ter guiado meu caminho e por ter iluminado meus passos até

aqui.

Agradeço também aos meus pais Wagner e Claudia, por serem parte essencial em

tudo o que tenho conquistado e por serem fonte de inspiração diária. A trajetória seria

impossível se eu não tivesse vocês em minha vida. Obrigado por me ajudarem em tudo,

essa conquista também é de vocês.

Ao meu irmão Fellipe e à minha irmã Patricia pelo amor incondicional e por toda

a ajuda em tudo o que fiz.

À toda a minha família e amigos que sempre estiveram ao meu lado e que fizeram

parte desta caminhada.

Ao corpo docente da UFRJ, UFES e UNSW e a todos que fizeram desses anos os

mais proveitosos da minha vida.

vi

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

ANÁLISE DE CUSTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À

REDE E ISOLADOS


Agosto 2019

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.

Curso: Engenharia Elétrica

O presente trabalho apresenta um comparativo entre os custos dos principais

sistemas de geração solar fotovoltaica. Em primeiro momento, o tema é introduzido

mostrando o funcionamento do sistema, bem como os principais dispositivos utilizados

na geração solar. A partir disso, apresentam-se os principais objetivos e motivações do

estudo, bem como mostra o crescimento do mercado no Brasil nos últimos anos. Em

seguida, mostra-se o panorama atual do setor de geração solar fotovoltaica no Brasil e no

mundo e algumas projeções para os próximos anos. Dessa forma, identifica-se dois

sistemas potenciais: a geração solar conectada à rede e a geração solar isolada. Com esses

sistemas devidamente caracterizados, busca-se comparar qual deles são é o mais viável

economicamente, utilizando-se dados obtidos em pesquisa no mercado de equipamentos

elétricos utilizados em sistemas de geração de energia solar. Por fim, são avaliados quais

projetos possuem o menor custo e são os mais adequados para os sistemas analisados.

Palavras-chave: Geração Solar Fotovoltaica, Projeto de Sistemas Fotovoltaicos, Análise

de Viabilidade Econômica.

vii

Abstract of the Undergraduate Project, presented to POLI/UFRJ as a partial

fulfillment of the necessary requirements to obtain the degree of Electrical Engineer.

COST ANALYSIS OF GRID CONNECTED AND OFF GRID PHOTOVOLTAIC

SYSTEM


August 2019

Tutor: Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.

Course: Electrical Engineering

The present work presents a comparison between the costs of the main

photovoltaic solar generation systems. At first, the theme is introduced showing the

functioning of the system as well as the main devices used in solar generation. From this,

it presents the main objectives and motivations of the study, as well as shows the growth

of the market in Brazil in recent years. Next, it shows the current panorama of the

photovoltaic solar generation sector in Brazil and in the World and some projections for

the next years. From this, two potential systems are identified: solar generation connected

to the grid and isolated solar generation. With these properly characterized systems, we

seek to compare which one is the most economically viable, using data obtained in

research in the market of electrical equipment used in solar energy generation systems.

Finally, we evaluate which projects have the lowest cost and are the most suitable for the

analyzed systems.

Keywords: Photovoltaic Solar Generation, Photovoltaic Systems Project, Economic

Viability Analysis.

viii

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ............................................................................................................................. v

SUMÁRIO ......................................................................................................................................... viii

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................... x

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................................. xi

LISTA DE SIGLAS ................................................................................................................................ xii

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 1

1.1. OBJETIVO ................................................................................................................................... 7

1.2. JUSTIFICATIVAS .......................................................................................................................... 7

1.3. METODOLOGIA .......................................................................................................................... 9

1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO ....................................................................................................... 9

CAPÍTULO 2. PANORAMA ATUAL DO SETOR DE GERAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA ....................... 10

2.1.1. Brasil ................................................................................................................................... 14

CAPÍTULO 3. ASPECTOS ECONÔMICOS .......................................................................................... 18

3.1. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ........................................................................................................... 18

3.1.1. Sistema de Compensação de Energia (Net metering) ........................................................ 20

3.2. VARIÁVEIS FINANCEIRAS DO ESTUDO ...................................................................................... 22

3.2.1. Valor Presente Líquido (VPL) .............................................................................................. 22

3.2.2. Taxa Interna de Retorno (TIR) ............................................................................................ 23

3.2.3. Payback descontado ........................................................................................................... 24

3.2.4. Fluxo de Caixa Descontado ................................................................................................. 24

CAPÍTULO 4. ASPECTOS TECNOLÓGICOS ....................................................................................... 25

4.1. CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ....................................................................................................... 26

4.2. DADOS SOLARIMÉTRICOS E INCLINAÇÃO DO PAINEL .............................................................. 27

4.3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ..................................................................................................... 29

4.3.1. Sistemas isolados ................................................................................................................ 30

4.3.2. Sistemas conectados à rede ............................................................................................... 31

4.3.3. Sistemas híbridos ................................................................................................................ 32

4.3.4. Componentes dos sistemas fotovoltaicos .......................................................................... 33

CAPÍTULO 5. CARACTERÍSTICAS DO LOCAL E DOS EQUIPAMENTOS ............................................... 35

5.1. CARACTERÍSTICAS DO LOCAL ................................................................................................... 36

5.2. LEVANTAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA .......................................................... 37

5.3. CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA NO ESPÍRITO SANTO ................................................................ 42

CAPÍTULO 6. CARACTERISTICAS DA GERACAO E CUSTO DOS EQUIPAMENTOS .............................. 44

ix

6.1. PREMISSAS ADOTADAS............................................................................................................ 44

6.2. PESQUISA DE MERCADO DOS EQUIPAMENTOS ....................................................................... 47

CAPÍTULO 7. CARACTERIZAÇÃO DAS CARGAS DO ESTUDO ............................................................ 52

7.1. DIMENSIONAMENTO DOS PAINÉIS SOLARES ........................................................................................ 52

7.2. DIMENSIONAMENTO DOS INVERSORES .............................................................................................. 53

7.3. DIMENSIONAMENTO DAS BATERIAS .................................................................................................. 54

7.4. DIMENSIONAMENTO DOS CONTROLADORES DE CARGA ......................................................................... 55

CAPÍTULO 8. RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................. 56

8.1. SISTEMA 1: 336 KWH/MÊS ........................................................................................................... 56

8.2. SISTEMA 2: 481 KWH/MÊS ........................................................................................................... 57

8.3. SISTEMA 3: 842 KWH/MÊS ........................................................................................................... 57

8.4. SISTEMA 4: 3.370 KWH/MÊS ........................................................................................................ 58

CAPÍTULO 9. CONCLUSÃO ............................................................................................................. 60

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

x

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1 – EXPECTATIVA DE CRESCIMENTO DA POPULAÇÃO BRASILEIRA E DO NÚMERO DE DOMICÍLIOS ATÉ 2026. FONTE:

EPE (2017) [2] ..................................................................................................................................... 1

FIGURA 1.2 – CRESCIMENTO DO PIB E DO COMÉRCIO MUNDIAL ATÉ 2026. FONTE: EPE (2017) [2]................................ 2

FIGURA 1.3 – MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA POR FONTE. FONTE: EPE, 2016. [4] ..................................................... 3

FIGURA 1.4 – PROJEÇÃO DE CRESCIMENTO DAS FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA EM BILHÕES KILOWATT-HORA. FONTE: EIA,

2017. [7] .............................................................................................................................................. 4

FIGURA 1.5 – CRESCIMENTO MUNDIAL DA GERAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA POR REGIÃO. FONTE: SOLARPOWER EUROPE,

2016. [9] .............................................................................................................................................. 5

FIGURA 1.6 – CUSTO MÉDIO DE ENERGIA NA AMÉRICA DO NORTE. FONTE: REVISTA BUSINESS INSIDER, 2018. [10] ........... 5

FIGURA 2.1 - EVOLUÇÃO ANUAL DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA POR REGIÃO MUNDIAL. FONTE: IEA, 2018. [31] ........ 11

FIGURA 2.2 – CONTRIBUIÇÃO DA GERAÇÃO SOLAR NA MATRIZ ENERGÉTICA POR PAÍS. FONTE: IEA, 2018. [31] ................ 13

FIGURA 2.3 – EVOLUÇÃO DA CONTRIBUIÇÃO DE FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA NA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA. FONTE:

ABSOLAR, 2018. [33] ......................................................................................................................... 14

FIGURA 2.4 – PERCENTUAL DE MINI E MICROGERAÇÃO DE ENERGIA POR ESTADO. FONTE: ABSOLAR, 2018. [32] ............ 15

FIGURA 2.5 – GERAÇÃO DE EMPREGOS POR FONTE DE ENERGIA. FONTE: ABSOLAR, 2018. [32] .................................. 16

FIGURA 3.1 – PROCEDIMENTOS DE ACESSO AO SISTEMA DE MICROGERAÇÃO. FONTE: ANEEL, 2016. [26] ...................... 18

FIGURA 3.2 – EXEMPLO DE SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE ENERGIA. ........................................................................ 20

FIGURA 4.1 – EVOLUÇÃO DE PREÇOS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS EM DÓLARES POR WATT. FONTE: PORTAL SOLAR [20] .... 27

FIGURA 4.2 – DIAGRAMA DE SISTEMA FOTOVOLTAICO ISOLADO EM FUNÇÃO DA CARGA. FONTE: CRESESB, 2008. [25] .... 30

FIGURA 4.3 – DIAGRAMA DE SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE. FONTE: CRESESB, 2008. [25] .................... 31

FIGURA 4.4 – DIAGRAMA DE SISTEMA FOTOVOLTAICO HÍBRIDO. FONTE: CRESESB, 2008. [25] ................................... 32

FIGURA 5.1 – INCIDÊNCIA SOLAR DO LOCAL DE INSTALAÇÃO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO. FONTE: ADAPTADO DE [35] ....... 36

FIGURA 6.1 – GERAÇÃO MÉDIA HORÁRIA – BOLETIM MENSAL DE GERAÇÃO SOLAR DEZ/18. FONTE: ONS [38] ............... 44

FIGURA 6.2 – EVOLUÇÃO E PROJEÇÃO DE CRESCIMENTO DA TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA EM R$/MWH. FONTE: EMPRESA

ESPECIALIZADA. [FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA] ........................................................................................ 46

FIGURA 8.1 – COMPARAÇÃO ENTRE CUSTOS DOS SISTEMAS DE GERAÇÃO SOLAR. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. .............. 59

xi

LISTA DE TABELAS

TABELA 1.1 – COMPARATIVO DE CRESCIMENTO DE PARÂMETROS ATÉ 2026. FONTE: EPE (2017) [2]. ............................. 2

TABELA 2.1 – RANKING DOS 10 MAIORES MERCADOS DE ENERGIA SOLAR DE 2017. FONTE: IEA, 2018. [31] .................. 12

TABELA 2.2 DADOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA PARA O DIA 13 DE DEZEMBRO DE 2018. FONTE: BIG, 2018. [32] .............. 15

TABELA 4.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS QUANTO À INTERLIGAÇÃO COM O SISTEMA PÚBLICO DE

ENERGIA. FONTE: ABNT, 2008. [24] ....................................................................................................... 29

TABELA 5.1 – PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE SISTEMAS SOLARES. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA................................... 35

TABELA 5.2 – COORDENADAS GEOGRÁFICAS DA RESIDÊNCIA. FONTE: ADAPTADO DE [34]. ............................................ 36

TABELA 5.3 – POTÊNCIA DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS. FONTE: CEMIG [36] ........................................................... 37

TABELA 5.4 – SISTEMA 1. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ...................................................................................... 39

TABELA 5.5 - SISTEMA 2. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ....................................................................................... 40



TABELA 5.8- POTÊNCIA ELÉTRICA POR SISTEMA. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ......................................................... 41

TABELA 5.9 – TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA EM BAIXA TENSÃO. FONTE: EDP, 2018 [36] ............................................. 42

TABELA 5.10 – HISTÓRICO DE REAJUSTE DE TARIFA DE ENERGIA ELÉTRICA ANUAL (5 ANOS). FONTE: EDP, 2018 [36] ........ 42

TABELA 6.1 - MODELOS DE INVERSOR. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ..................................................................... 48

TABELA 6.2 - MODELOS DE PAINÉIS SOLARES. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ............................................................ 49

TABELA 6.3 - MODELOS DE STRINGBOX. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ................................................................... 49

TABELA 6.4 - MODELOS DE KITS SOLARES. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ................................................................. 50

TABELA 6.5 - MODELOS DE BATERIAS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ...................................................................... 50

TABELA 6.6 - MODELOS DE CONTROLADORES DE CARGA. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ............................................. 51

TABELA 7.1 – PARÂMETROS DE CARGA. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. .................................................................... 52

TABELA 7.2 – NÚMERO DE PLACAS POR CARGA PARA SISTEMAS CONECTADOS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ................. 53

TABELA 7.3 - NÚMERO DE PLACAS POR CARGA PARA SISTEMAS DESCONECTADOS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ............. 53

TABELA 7.4 – INVERSORES PARA SISTEMAS CONECTADOS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ............................................ 53

TABELA 7.5 - – INVERSORES PARA SISTEMAS DESCONECTADOS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ..................................... 54

TABELA 7.6 – DIMENSIONAMENTO DAS BATERIAS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ...................................................... 54

TABELA 7.7 – NÚMERO DE BATERIAS DOS SISTEMAS. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ................................................... 55

TABELA 7.8 – NÚMERO DE CONTROLADORES DE CARGA POR SISTEMA. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ........................... 55

TABELA 8.1 – PROJETO PARA SISTEMA 1 CONECTADO À REDE. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA........................................ 56

TABELA 8.2 - PROJETO PARA SISTEMA 1 DESCONECTADO À REDE. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. .................................. 56

TABELA 8.3 - PROJETO PARA SISTEMA 2 CONECTADO À REDE. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ....................................... 57

TABELA 8.4 - PROJETO PARA SISTEMA 2 DESCONECTADO DA REDE. FONTE: ELABORAÇÃO PRÓPRIA. ................................ 57





xii

LISTA DE SIGLAS

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

BEN Balanço Energético Nacional - documento com o relatório síntese

apresentando os dados acerca da contabilização da oferta,

transformação e consumo final de produtos energéticos no Brasil.

BEU Balanço de Energia Útil - o documento é um modelo para análise

do consumo energético de um país considerando os usos

específicos da Energia Final e os rendimentos típicos de cada uma

dessas utilizações.

COP Coeficiente de Performance

CEPEL Centro de Pesquisa de Energia Elétrica

COFINS Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social - Tributo

federal

Eletrobrás Centrais Elétricas Brasileiras S.A.

EPE Empresa de Pesquisa Energética

FCD Fluxo de Caixa Descontado - fluxos de caixa a serem agregados no

futuro e descontados por uma taxa de atratividade que reflete o

custo de oportunidade dos provedores de capital.

ICMS Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços

IEA International Energy Agency, AIE - Agência Internacional de

Energia, em português. Uma organização internacional que atua

como a orientadora política de assuntos energéticos para seus 29

países membros.

IGP-M Índice Geral de Preços do Mercado - registra a inflação de preços

de produtos, bens e serviços. O valor é variável, medido

mensalmente pela FGV (Fundação Getúlio Vargas) e divulgado ao

final de cada mês de referência.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Caixa

https://pt.wikipedia.org/wiki/Custo_de_oportunidade

https://pt.wikipedia.org/wiki/Capital_(economia)

xiii

JOULE Unidade de energia mecânica (trabalho) e energia térmica (calor).

No Sistema Internacional de Unidades (SI), todo trabalho ou

energia são medidos em joules.

kWh Quilowatt-hora - unidade de energia elétrica.

MDIC Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços

MMA Ministério do Meio Ambiente

MME Ministério de Minas e Energia

MWh Megawatt-hora - unidade de energia elétrica.

PDE Plano Decenal de Expansão de Energia

PEE Programa de Eficiência Energética

Petrobras Petróleo Brasileiro S.A.

PIB Produto Interno Bruto

PIS Programa de Integração Social

PNE Plano Nacional de Energia

PNEf Plano Nacional de Eficiência Energética

PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica

SELIC Sistema Especial de Liquidação e Custódia

SIN Sistema Interligado Nacional

TIR Taxa Interna de Retorno

VP Valor Presente

VPL Valor Presente Líquido

1

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

No cenário de crescimento da população junto ao desenvolvimento econômico

vivenciado por diversos países ocorre também o crescimento da demanda por energia

elétrica. Este crescimento está atrelado à utilização de equipamentos mais avançados do

ponto de vista tecnológico, sendo eles eletrônicos, eletrodomésticos e até mesmo a

utilização de máquinas que substituem o trabalho do homem. Com a introdução do

conceito de matriz energética sustentável, tem-se buscado ampliar a matriz energética,

que atualmente possui fontes de energia convencionais obtidas principalmente a partir de

combustíveis fósseis, com fontes de energia menos agressivas ao meio ambiente e mais

eficientes do ponto de vista energético [1].

De acordo com o Plano Decenal de Expansão de Energia 2026 [2], a expectativa

de crescimento para a população do Brasil é em torno de 0,6% a.a. Com isso, o país

passaria a ter 220 milhões de habitantes, o que representa um número total de 78 milhões

de domicílios, frente à 207 milhões de pessoas e 69 milhões de domicílios em 2015,

conforme ilustrado na Figura 1.1.

Comparado ao crescimento da população, têm-se também dados relacionados ao

crescimento do PIB mundial, que está intimamente relacionado às incertezas das relações

comerciais entre os países que mais movimentam a economia, dentre eles os Estados

Unidos, China e os países da União Europeia. A expectativa, conforme demonstrado na

Figura 1.2 é que o crescimento econômico mundial cresça em torno de 3,8% ao ano em

média na próxima década, e o comércio mundial cresça em média 4% ao ano [2].

Figura 1.1 – Expectativa de crescimento da população brasileira e do número de

domicílios até 2026. Fonte: EPE (2017) [2]

2

Figura 1.2 – Crescimento do PIB e do comércio mundial até 2026. Fonte: EPE

(2017) [2].

Ambos os fatores acarretam em crescimento de demanda por energia elétrica.

Conforme dito anteriormente, este crescimento está relacionado ao aumento do número

de residências e também ao incremento do consumo médio residencial. Segundo o Plano

Decenal de Expansão de Energia para 2026 [2], espera-se para o ano de 2026 o consumo

médio residencial de 182kWh ao final do decênio, o que representa um crescimento

médio de 1,4% ao ano. A Tabela 1.1 apresenta o crescimento da população junto ao

crescimento no consumo de energia elétrica.

Tabela 1.1 – Comparativo de crescimento de parâmetros até 2026. Fonte: EPE

(2017) [2].

3

O consumo de energia elétrica no Brasil e em diversos lugares do mundo vêm

sofrendo mudanças causadas por uma série de tendências do setor elétrico. Dentre as

tendências podemos citar: a descentralização dos sistemas de potência, amplificado pelo

crescimento da geração distribuída de energia; o aumento da utilização de tecnologias de

comunicação inteligente, focadas no consumo eficiente de energia; o aumento no número

de tipos de sistemas renováveis de geração de energia; a descarbonização dos processos

de geração a fim de reduzir a emissão de gases poluentes para a atmosfera; além do

incremento na dependência dos setores de comunicação e de transporte por energia

elétrica, o que demonstra a importância do setor na economia moderna [3].

Atualmente, a matriz elétrica brasileira é predominantemente composta

por fontes de energia renovável, tendo a hidráulica o maior destaque, representando

68,1%, seguido de 9,1% de gás natural e 8,2% de biomassa, conforme ilustrado na Figura

1.3 [4]. Para uma matriz hidráulica, como a do Brasil, nos períodos de seca ocorre a

diminuição da capacidade de geração, o que se faz necessária utilização de outras fontes

energéticas, no qual a mais utilizada é a geração termelétrica. Isto acarreta num aumento

nas tarifas de energia para o consumidor final, além do aumento na poluição causada por

esta fonte de energia [5].

Figura 1.3 – Matriz energética brasileira por fonte. Fonte: EPE, 2016. [4]

4

Além disso, para a expansão da geração hidráulica de energia necessita-se da

construção de grandes barragens, que envolve o alagamento de grandes áreas próximas à

rios, acarretando na alteração do meio ambiente local, e em casos extremos, o

deslocamento da população da região [6]. Diante desses aspectos, a diversificação da

matriz energética torna-se solução viável a ser implementada.

Dentre as alternativas, a geração de energia solar ganha bastante espaço no cenário

nacional e internacional, principalmente por ser uma fonte incessante e inesgotável. De

acordo com dados da U.S. Energy Information Administration [7], a expectativa para a

geração de energia solar para o ano de 2040 é de 400 bilhões de kWh, ultrapassando as

hidrelétricas e ficando atrás apenas da geração eólica, conforme ilustrado na Figura 1.4.

No Brasil, estima-se que a participação solar na matriz energética passará de

0,02% em 2015 para mais de 10% em 2030 [8]. No restante do mundo este crescimento

também é uma realidade, visto que a capacidade instalada de energia solar fotovoltaica é

a que apresenta maior crescimento, sendo este de 4.300% ao ano, conforme ilustrado na

Figura 1.5, que mostra o crescimento mundial de energia solar por região [9].

Figura 1.4 – Projeção de crescimento das fontes renováveis de energia em

bilhões kilowatt-hora. Fonte: EIA, 2017. [7]

5

O aumento crescente na utilização dos sistemas de energia solar tem sido

impulsionado pela redução nos preços de energia solar e pelo aumento nas tarifas de

energia elétrica. Segundo dados da revista americana Business Insider [10], o custo médio

de energia solar no mercado norte-americano caiu 96% de 2009 para 2017, conforme

apresentado na Figura 1.6. O custo comparado toma como base a análise do custo

nivelado de energia (LCOE, do inglês levelized cost of energy), que calcula o custo total

de se construir e operar uma planta de energia solar.

Figura 1.5 – Crescimento mundial da geração solar fotovoltaica por região.

Fonte: SolarPower Europe, 2016. [9]

Figura 1.6 – Custo médio de energia na América do Norte. Fonte:

Revista Business Insider, 2018. [10]

6

Do ponto de vista regulatório, o Brasil tem evoluído consideravelmente, e segundo

dados da ANEEL [11], apresenta um dos ambientes mais favoráveis à geração distribuída

no mundo, por apresentar o modelo de compensação de energia, isenção de ICMS sobre

energia gerada, desconto do excedente gerado na fatura de energia e também oferta de

subsídios a investimentos iniciais.

Por outro lado, do ponto de vista do sistema de transmissão e distribuição de

energia, a presença de geradores próximos à carga melhora a eficiência do sistema. Isto

se deve ao fato de que num cenário com os consumidores próximos aos sistemas de

geração reduz as perdas nos sistemas de transmissão, permite postergação de

investimentos em expansão nos sistemas de distribuição e transmissão e melhora o nível

de tensão da rede, principalmente no período de carga pesada [11]. Vale também destacar

o valor agregado à economia trazido por este meio, aumentando a geração de empregos

e o recolhimento de impostos, dentre outros benefícios [12].

Mesmo diante de todos os benefícios dos sistemas de geração solar, muitas ainda

são as barreiras para que este sistema seja difundido. Segundo Viana [13], pode-se citar

a falta de conhecimento dos consumidores para pesquisar, avaliar processos, tecnologias

e oportunidades de investimentos, além de possuírem aversão ao risco a este tipo de

sistema, que ainda é pouco representativo na matriz energética atual.

No entanto, conforme visto em todas as projeções apresentadas, o mercado de

energia solar fotovoltaica ganhará bastante espaço no cenário energético global. Desta

forma, o presente trabalho tem o intuito de comparar os custos relacionados aos dois

sistemas potenciais de geração solar fotovoltaica, sendo o sistema conectado e o

desconectado, bem como identificar o perfil dos consumidores para cada um dos tipos.

7

1.1. OBJETIVO

O objetivo do trabalho é de analisar o mercado de energia solar fotovoltaica para

sistemas conectados à rede (on grid) e sistemas desconectados da rede (off grid) a fim de

avaliar qual sistema possui menor custo considerando-se diferentes cenários de carga.

Para a análise, foram estabelecidos parâmetros de carga e foram feitas análises de custo

dos principais componentes para cada um dos cenários estabelecidos.

1.2. JUSTIFICATIVAS

As principais motivações de se estudar os sistemas de geração solar fotovoltaica

estão relacionadas principalmente à rápida evolução do segmento nos últimos anos. Além

dos benefícios já citados anteriormente e das projeções para os próximos anos no setor,

existem aspectos intangíveis que devem ser levados em consideração, sendo eles:

- A sinergia com a carga;

- Baixos impactos ambientais;

- Confiabilidade;

- Geração de empregos;

- Alternativa de suporte à rede.

No aspecto de sinergia com a carga, pode-se citar a utilização de energia solar

fotovoltaica em períodos quentes, minimizando a carga gerada por ar condicionados, por

exemplo. No Rio de Janeiro, a carga máxima da Light ocorre por volta de 14h nos meses

de verão, devido principalmente à maior utilização de ar condicionado. O período de

carga máxima pode ser reduzido ao se utilizar sistema de geração solar fotovoltaica na

rede.

Com relação aos baixos impactos ambientais, o processo de geração solar não

produz nenhum material poluente. A emissão de poluentes no processo de fabricação de

8

células fotovoltaicas é bastante reduzida e controlada, principalmente devido à

preservação da imagem das empresas que fabricam as células. Além disso, têm-se

desenvolvido tecnologia de reutilização das células de silício, dentre elas se destacam a

reutilização de materiais perdidos no processo produtivo ou até mesmo na utilização do

material após o fim da vida útil.

A tecnologia também está num patamar de desenvolvimento bastante maduro, e

por isso confiável. Os fabricantes das células fotovoltaicas garantem a capacidade de

produção mínima das placas, com uma perda de 10% a cada 10 anos de utilização. Com

relação ao suprimento de energia, a geração solar vem como alternativa à falta de energia

suprida pela rede, garantindo também o aumento de confiabilidade no suprimento.

A geração de empregos provenientes do processo de produção de células

fotovoltaicas, bem como a relacionado ao processo de instalação também são bastante

atrativos. Dados da National Solar Job Census 2017 [14] mostram que no ano de 2017 a

indústria solar gerou mais de 250 mil empregos diretos nos Estados Unidos,

principalmente relacionado ao processo de fabricação das células. Trazendo a análise para

o território nacional, outro ponto de destaque mostra que as regiões brasileiras com maior

potencial de geração solar são regiões com baixo nível de desenvolvimento e elevada

carência de empregos. Isto torna a indústria ainda mais atrativa do ponto de vista do

desenvolvimento dessas regiões.

Por fim, a geração solar também é uma alternativa eficiente no suporte à rede. As

novas instalações provêm serviços e facilidades, sendo eles: controle da produção pelo

operador da rede, controle da potência ativa no caso de elevação de frequência, provisão

de potência reativa para controle da tensão na rede, dentre outras características.

9

1.3. METODOLOGIA

Inicia-se o estudo a partir de uma revisão bibliográfica e teórica a fim de

identificar as cargas a serem estudadas, mostrando as principais características técnicas.

Em seguida, introduz-se as principais variáveis financeiras que serão utilizadas na análise

de viabilidade econômica dos sistemas. Posteriormente, é apresentado um panorama do

setor de geração fotovoltaica no Brasil e no mundo, bem como as projeções para o

crescimento do setor nos próximos anos.

1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho está segmentado em 9 Capítulos, além do capítulo 1 visto

acima. O Capítulo 2 trata-se das características técnicas dos sistemas de geração solar e

traz uma revisão teórica dos princípios de funcionamento das células fotovoltaicas. Além

disso, mostra-se os principais tipos de sistemas de geração solar, bem como demonstra-

se o sistema de compensação de energia elétrica presente na geração distribuída.

O Capítulo 3 elenca as principais variáveis financeiras que serão utilizadas na

análise. Para isso introduz-se os conceitos de valor presente líquido, taxa interna de

retorno e tempo de payback.

O Capítulo 4 contém o panorama atual do setor de energia elétrica no Brasil e no

Mundo. Neste capítulo, inclui-se projeções de crescimento do setor, bem como as

principais tendências para os próximos anos no mercado de geração solar.

No Capítulo 5 caracteriza-se o sistema fotovoltaico de estudo, mostrando dados

históricos de consumo de energia, bem como características físicas da residência no qual

pretende-se instalar o sistema.

No Capítulo 6 avalia-se as premissas adotadas para a análise financeira.

No Capítulo 7 mostra-se os comparativos dos sistemas solares avaliados.

No Capítulo 8 procura-se avaliar qual sistema solar é o mais adequado para o

estudo, comparando-se as devidas variáveis financeiras.

Conclui-se o trabalho no Capítulo 9, no qual avalia-se a importância das análises

realizadas no estudo, bem como a relevância do projeto de geração solar para a matriz

energética brasileira.

10

CAPÍTULO 2. PANORAMA ATUAL DO SETOR DE GERAÇÃO

SOLAR FOTOVOLTAICA

O mercado mundial de energia solar fotovoltaica vem crescendo de forma

acelerada nos últimos anos. Após um crescimento global limitado em 2014 e um

crescimento reduzido de 25% em 2015, nos anos de 2016 e 2017 o mercado voltou a

crescer de forma mais rápida. A principal razão foi o crescimento do setor fotovoltaico

no mercado da China, que em 2017 representava 54% da capacidade instalada total

mundial [31].

Após um período de estabilização em 2014, o mercado chinês cresceu de 15,2 GW

em 2015 para 34,4 GW em 2016 e 53 GW em 2017. Além disso, o mercado norte-

americano desacelerou em 2017, instalando em torno de 10,6 GW. A terceira posição no

mercado de energia solar fotovoltaica ficou com a Índia, que instalou 9,1 GW, seguidos

de Japão e da União Europeia.

Além da China, Índia e Japão, o mercado asiático tem confirmado sua maturidade

no setor fotovoltaico, tendo a Austrália (1,25 GW), Coréia (1,2 GW), Paquistão (800

MW), dentre outros países, tornado este tipo de geração componente fundamental no setor

elétrico [31].

Para o mercado da América, apesar do declínio no mercado norte-americano, o

mercado brasileiro apresentou crescimento de 910 MW em 2017. O mercado do Chile

também cresceu 668 MW e o Canadá permaneceu estável comparado à 2016. O México

também possui progresso no setor e o mercado de energia solar tem se tornado promissor

[31].

Na Europa, a Alemanha permaneceu como líder no segmento no continente e

foram instalados 1,8 GW de geração solar no ano de 2017. O Reino Unido permanece em

segunda posição, com 950 MW, seguido da França, com 875 MW e Holanda, com 853

MW. Os demais mercados apresentaram crescimento pouco significativo quando

comparado aos quatro países europeus citados acima [31].

No continente africano, a África do Sul tornou-se o primeiro país africano a

instalar 1 GW de geração solar fotovoltaica em 1 ano, em 2014. Nos anos seguintes até o

ano de 2017, o crescimento desacelerou com apenas 13 MW de energia solar instalados

em 2017 [31].

11

Para o mercado global, segundo dados da IEA (2018), em 2017 a capacidade total

instalada de geração solar fotovoltaica foi de 98 GW no mundo. Esse número representa

um crescimento de 29% ao ano. A Figura 2.1 mostra a evolução anual de painéis

fotovoltaicos instalados em MW por região, de acordo com a IEA.

Além dos dados disponibilizados na Figura 2.1, a Tabela 2.1 mostra a lista dos 10

maiores mercados de energia solar de 2017. A tabela do lado esquerdo representa na

energia total instalada no ano de 2017, enquanto a tabela da direita mostra a capacidade

total de energia instalada no final de 2017. O que se percebe é que apesar do Brasil ainda

não estar no ranking dos 10 maiores países com capacidade instalada em 2017, estamos

crescendo a um ritmo acelerado, comparável aos maiores países com capacidade instalada

do mundo.

Figura 2.1 - Evolução anual da energia solar fotovoltaica por região

mundial. Fonte: IEA, 2018. [31]

12

Ainda no ano de 2017, muitos países passaram a ter contribuição da geração

fotovoltaica superior a 1% na matriz energética. Honduras aparece em primeiro lugar,

com 13,26%, seguido da Alemanha com 7,47% e Grécia com 7,34%. A China, que

atualmente é o maior produtor de energia elétrica a partir de fontes solares alcançou 3%

no último ano. A Figura 2.2 mostra os países e seus respectivos percentuais de geração

solar na matriz energética [31].

Tabela 2.1 – Ranking dos 10 maiores mercados de energia solar de 2017

por potência gerada e capacidade instalada. Fonte: IEA, 2018. [31]

13

Figura 2.2 – Contribuição da geração solar na matriz energética por

país. Fonte: IEA, 2018. [31]

14

2.1.1. Brasil

O mercado de geração solar fotovoltaica no Brasil tem crescido de forma bastante

acelerada e, conforme mostrado anteriormente, o país entrou para o ranking dos 10

maiores países com energia solar fotovoltaica instalada no ano de 2017 [31]. Segundo

dados da Associação Brasileira da Energia Solar Fotovoltaica [32] no segmento de

microgeração e minigeração distribuída, o mercado de energia solar possui maior

crescimento dentre as fontes renováveis. Conforme apresentado na Figura 2.3, 77% da

potência instalada até maio de 2018 foram de fontes solares.

Além disso, dados da ANEEL para o dia 13 de dezembro de 2018 indicam que

1,07% do total da capacidade instalada no Brasil é proveniente de usinas fotovoltaicas,

representando 1,74 GW de potência fiscalizada, ou seja, a energia considerada a partir da

operação comercial da primeira unidade geradora. Os dados da Tabela 2.2 foram retirados

do BIG – Banco de Informações de Geração existente no site da ANEEL e ilustram o que

foi descrito.

Figura 2.3 – Evolução da contribuição de fontes renováveis de energia na

matriz elétrica brasileira. Fonte: ABSOLAR, 2018. [33]

15

Segundo o BIG, existem 17 usinas fotovoltaicas em construção e 53 com

construção não iniciada, totalizando cerca de 1,9 GW de energia, o que representa uma

quantidade superior ao que já está em operação.

Os principais estados com geração distribuída de energia são Minas Gerais

com 62,3 MW de potência instalada, seguido de Rio Grande do Sul, com 41 MW e São

Paulo com 36,8 MW, segundo dados da ABSOLAR [32]. O que se percebe é que a fração

de microgeração e minigeração distribuída ainda representa uma parcela mínima quando

comparada à demanda total de energia elétrica. A Figura 2.4 mostra a potência instalada

em cada estado brasileiro, com seus respectivos percentuais totais em minigeração e

microgeração.

Figura 2.4 – Percentual de mini e microgeração de energia por estado. Fonte:

ABSOLAR, 2018. [32]

Tabela 2.2 Dados de geração de energia para o dia 13 de dezembro de 2018.

Fonte: BIG, 2018. [32]

16

Além do crescimento no setor de geração, pode-se avaliar o desenvolvimento do

mercado fotovoltaico no Brasil em três aspectos, são eles a esfera técnica,

socioeconômica e ambiental. Na sequência, têm-se a avaliação de cada um dos aspectos,

bem como a evolução em cada um dos segmentos nos últimos anos.

Na esfera técnica, vale citar a redução na demanda de energia elétrica de fontes

convencionais, redução nos custos de transmissão e adição de geração de energia próximo

à carga, atendimento aos picos de demanda nos horários de ponta, aumento na segurança

energética, aumento das reservas operacionais, dentre outros fatores [32].

Na esfera socioeconômica pode-se citar que a geração solar fotovoltaica é a maior

geradora de empregos diretos e indiretos dentre todas as outras fontes de energia elétrica

[32]. Em média, 25 a 30 empregos diretos são demandados para cada megawatt de energia

instalado por ano nos seguintes setores: instalação, fabricação, vendas e distribuição,

desenvolvimentos de projetos, dentre outros. O gráfico da Figura 2.5 ABSOLAR [32]

compara o número de empregos gerados por fonte de energia.

Figura 2.5 – Geração de empregos por fonte de energia. Fonte:

ABSOLAR, 2018. [32]

17

Na esfera ambiental, o compromisso brasileiro para o Acordo de Paris foi de

atingir meta de pelo menos 23% da geração de energia através de fontes renováveis além

da hidráulica até 2030, sendo elas energia solar, eólica e biomassa [32]. O principal

objetivo do acordo é manter o aumento de temperatura média global em menos de 2ºC.

Além disso, o Brasil assumiu o compromisso de reduzir as emissões de gases de efeito

estufa em 37% até 2025 e 43% até 2030. Em adição, a energia solar fotovoltaica também

tem sido eficiente na redução da utilização do solo e dos recursos hídricos na geração de

energia elétrica, na redução de emissões de material particulado e poluentes atmosféricos

e no consumo de combustíveis fósseis [32].

18

CAPÍTULO 3. ASPECTOS ECONÔMICOS

3.1. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica, a geração distribuída é dividida

em duas categorias, sendo elas: microgeração e minigeração distribuída. Ambas são

unidades geradoras de energia elétrica a partir de fontes renováveis ou por cogeração

qualificada, conectadas à rede de distribuição. A microgeração distribuída engloba

pequenas centrais geradoras com potência instalada menor ou igual a 75kW. Por outro

lado, a minigeração distribuída engloba as centrais geradoras com potência instalada

superior a 75kW e menor ou igual a 3MW para a fonte hídrica ou 5MW para as demais

fontes [26].

Para o acesso à micro ou minigeração distribuída conectados à rede de

distribuição, exige-se o cumprimento de algumas normas denominados no Módulo 3 do

PRODIST. Essas normas visam esclarecer os procedimentos do interessado em participar

do sistema de microgeração, desde a etapa da solicitação de acesso até a aprovação do

ponto, troca do sistema de medição e início do sistema de compensação. Todas os

procedimentos e etapas de acesso estão descritos na Figura 3.1 [26].

Figura 3.1 – Procedimentos de acesso ao sistema de

microgeração. Fonte: ANEEL, 2016. [26]

19

Além das etapas acima, exige-se também a instalação do sistema de medição

bidirecional, a fim de aferir a energia elétrica consumida e gerada no gerador fotovoltaico.

Cabe à distribuidora adquirir e instalar o sistema de medição, a custo zero, na localidade

da microgeração distribuída. Para o caso de minigeração, caso necessite adequação do

sistema de medição, o acessante é responsável por ressarcir a distribuidora [26].

Por fim, cabe à Receita Federal e às Secretarias da Fazenda Estaduais tratar da

cobrança de impostos e tributos, sendo mais comum a incidência do ICMS (Imposto sobre

Circulação de Mercadorias e Serviços) e o PIS/COFINS (Programa de Integração Social

e da Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social).

No caso do ICMS, segundo reportagem de maio de 2018 da Associação Brasileira

de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR) [27], todos os estados da federação estão

autorizados a isentarem o imposto para microgeração e minigeração distribuída. Com

isso, para os estados que não aderiram ao Convênio ICMS 6, de 5 de abril de 2013, o

imposto toma como base de cálculo toda energia que chega à unidade consumidora

proveniente da distribuidora, sem considerar a compensação de energia. Para os estados

que aderiram, o ICMS incide somente sobre a diferença entre a energia consumida e a

injetada na rede no mês [26].

De acordo com a publicação da lei nº13.169/2015, de 06 de outubro de 2015, o

PIS/COFINS passou a ser cobrado sobre a diferença entra a energia consumida e a energia

injetada na rede. Como este imposto é federal, a regra vale igualmente para todos os

estados do país [26].

20

3.1.1. Sistema de Compensação de Energia (Net metering)

O sistema de compensação de energia permite que a energia excedente gerada pela

unidade consumidora possa ser injetada na rede de distribuição e ser compensada em até

60 dias (limite de tempo de utilização dos créditos de energia). Isto significa que quando

a energia gerada for maior que consumida, o consumidor receberá um crédito em energia

que pode ser utilizado para abater o consumo em outro posto tarifário (no caso de

consumidores com tarifa horária) ou na fatura dos meses seguintes. A Figura 3.2 mostra

o sistema de compensação de energia para grupos de alta tensão (grupo A) e grupos de

baixa tensão (grupo B) [26].

Além do consumidor ter o direito de utilizar os créditos gerados na própria

unidade geradora, este também pode utilizar os créditos em outras unidades dentro da

mesma área de concessão e caracterizadas como autoconsumo remoto, geração

compartilhada ou integrante de empreendimentos de múltiplas unidades consumidoras

[26].

Caracteriza-se por geração compartilhada a reunião de consumidores numa

mesma área de concessão ou permissão pertencentes à um consórcio ou cooperativa. Por

outro lado, o autoconsumo remoto identifica unidades consumidoras de mesma

titularidade, seja pessoa física ou jurídica, em locais diferentes da unidade geradora. Já os

Figura 3.2 – Exemplo de sistema de compensação de energia.

21

empreendimentos com múltiplas unidades consumidoras são caracterizados por

utilizarem a energia de forma independente, no qual cada parcela de uso individualizado

constitua uma unidade consumidora e as instalações comuns constitua uma unidade

consumidora distinta [26].

22

3.2. VARIÁVEIS FINANCEIRAS DO ESTUDO

Como o presente estudo têm o intuito de avaliar a viabilidade econômica de

sistemas solares fotovoltaicos residenciais, foram selecionados algumas das principais

variáveis financeiras para a análise. Os três principais indicadores financeiros utilizados

são:

Valor Presente Líquido (VPL);

Taxa Interna de Retorno (TIR);

Prazo de payback.

Além disso, para a execução das análises procura-se modelar o problema a partir

do método de fluxo de caixa, o que permite, por fim, avaliar economicamente o projeto.

Nas seções seguintes são mostrados como é feito o cálculo de cada uma das

variáveis descritas acima, bem como mostra-se como foi feita a avaliação financeira.

3.2.1. Valor Presente Líquido (VPL)

O método VPL (em inglês NPV – Net Present Value), conforme apresentado por

Assaf Neto (1994) [28], é utilizado para avaliar se um investimento é viável ou não.

Este método utiliza todas as entradas e saídas de caixa num horizonte de tempo

futuro. Quando o valor presente de todas as entradas de caixa é subtraído de todas as

entradas de caixa e obtêm-se valor maior que zero, considera-se que o investimento será

rentável. No entanto, caso o VPL tenha valor zero, é indiferente investir no projeto, dado

que em valor presente nas saídas são igualadas às entradas de caixa. Por fim, caso o VPL

tenha valor negativo, entende-se que o investimento é inviável do ponto de vista

econômico [29].

Para o cálculo do valor presente das entradas e saídas de caixa é utilizada uma

taxa de desconto, representada por i na Equação 1 abaixo, que representa a perda de valor

do dinheiro ao longo do tempo e o risco do investimento. Esse valor usualmente é igual

a uma Taxa Mínima de Atratividade atribuída para que o investimento seja atrativo ao

investidor.

23

𝑉𝑃𝐿 = ∑𝐹𝑘

(1 + 𝑖)𝑘

𝑛

0

= 𝐹0 +𝐹1

(1 + 𝑖)1+

𝐹2(1 + 𝑖)2

+. . . +𝐹𝑛

(1 + 𝑖)𝑛

Equação 1: Cálculo do VPL.

𝐹0 – Representa o investimento inicial do projeto. Possui valor negativo dado que

representa saída de caixa.

i – Taxa de desconto.

𝐹𝑘- Representa o fluxo de caixa calculado trazido a valor presente.

3.2.2. Taxa Interna de Retorno (TIR)

A Taxa Interna de Retorno (TIR) representa a taxa de desconto que zera o valor

presente líquido do negócio, podendo ser interpretada como a remuneração do capital do

investidor, caso investido no projeto em questão [29]. Seu cálculo é feito a partir da

Equação 2:

0 =∑𝐹𝑘

(1 + 𝑖)𝑘

𝑛

0

= 𝐹0 +𝐹1

(1 + 𝑖)1+

𝐹2(1 + 𝑖)2

+. . . +𝐹𝑛

(1 + 𝑖)𝑛

Equação 2: Cálculo da TIR.

Essa taxa faz com que o VPL seja zero.

A TIR pode ser utilizada para avaliar a rentabilidade, sendo que quanto maior ela

for, mais rentável é o projeto.

24

3.2.3. Payback descontado

O payback, por sua vez, indica o tempo necessário para que o empreendimento

gere um resultado acumulado que se iguale ao investimento inicial. Seu valor pode ser

calculado utilizando-se a Equação 3 abaixo:

𝐼0 =∑𝐹𝑘

𝑛

0

Equação 3: Cálculo do payback.

O payback descontado é o período de tempo necessário para recuperar o

investimento, avaliando-se os fluxos de caixa descontados, ou seja, considerando-se o

valor do dinheiro trazido a valor presente [29].

3.2.4. Fluxo de Caixa Descontado

O Fluxo de Caixa Descontado - FCD é uma ferramenta financeira utilizada no

cálculo do valor de uma empresa, de um projeto específico ou de um ativo no presente,

considerando as entradas e saídas de caixa durante o período de estudo.

Por meio deste método, e utilizando-se uma taxa de desconto, é possível avaliar o

valor do investimento no presente através dos fluxos de caixa futuros. A taxa de desconto

utilizada é composta por dois principais componentes, dentre eles o custo do capital

utilizado no investimento e os riscos relacionados.

Em resumo, o FCD contempla a avaliação do investimento, utilizando-se o risco

que está associado à taxa de retorno, trazendo-se então a valor presente o preço do ativo

ou investimento apropriado a remunerar os proprietários do capital [30].

25

CAPÍTULO 4. ASPECTOS TECNOLÓGICOS

A fim de entender o processo de obtenção de energia solar, é necessário estudar

como este recurso está disponível para a utilização e posteriormente entender as

características técnicas dos dispositivos que compõem o projeto de geração solar.

Atualmente existem dois principais tipos de geração de energia através do sol,

sendo eles a geração solar fotovoltaica e a geração solar térmica. O processo de geração

solar fotovoltaica é baseado no efeito solar fotovoltaico, no qual a radiação solar é

convertida em energia elétrica a partir da excitação de elétrons dos materiais

semicondutores das células fotovoltaicas. Por outro lado, a geração solar térmica, também

conhecida por geração termossolar é realizada através de painéis solares térmicos no qual

a radiação solar é utilizada no aquecimento.

O presente estudo tem o principal foco de estudar a geração solar fotovoltaica e

para isso a seção seguinte tem o intuito de descrever as principais características técnicas

deste processo.

26

4.1. CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

Atualmente o material mais utilizado nas células fotovoltaicas é o silício, segundo

elemento mais abundante do planeta, correspondendo a 27,7% da superfície terrestre.

Células que possuem este material em sua estrutura são mais eficientes do ponto de vista

energético quanto maior for o grau de pureza do silício [18]. Além disso, segundo o

Ministério de Minas e Energia [19], o silício é um derivado do quartzo, material no qual

o Brasil possui a maior reserva do mundo, o que representa excelente oportunidade para

a fabricação de células fotovoltaicas no país.

Conforme dito anteriormente, as células fotovoltaicas constituídas por silício são

as mais utilizadas mundialmente, representando mais de 85% do mercado. As células de

silício mais encontradas no mercado são as de cristais monocristalinos, policristalinos e

silício amorfo. Os materiais cristalinos são os mais utilizados devido à disponibilidade e

preço [20].

As células fotovoltaicas são dispostas em conjuntos, conhecidos por módulos

fotovoltaicos, garantindo maior geração de energia para suprir a demanda de

equipamentos elétricos.

Além disso, o preço das células fotovoltaicas tem reduzido consideravelmente

durante os anos, principalmente pelos incentivos governamentais ao desenvolvimento da

indústria solar e devido ao aumento da demanda. O Gráfico 4.1 compara a evolução do

preço das células nos últimos anos.

27

Figura 4.1 – Evolução de preços de células fotovoltaicas em dólares por watt.

Fonte: Portal Solar [20]

4.2. DADOS SOLARIMÉTRICOS E INCLINAÇÃO DO PAINEL

Os dados solarimétricos e meteorológicos da região de instalação dos módulos são

importantes na realização de projetos fotovoltaicos. Dado que não se pode ajustar a

temperatura e a irradiação incidentes no painel e esses são fatores que afetam o

rendimento do painel, deve-se instalar os sistemas de geração fotovoltaica a partir de 3

principais fatores:

- Locais sem sombreamento: o gerador fotovoltaico deve ser colocado distante de

objetos que possam reduzir a irradiação solar incidente para que este atue no seu maior

rendimento;

- Orientação: no hemisfério sul, os painéis devem estar orientados ao norte

geográfico, em direção à linha do equador. Isto ocorre pois nesta localização ocorre a

maior incidência de irradiação solar. Por outro lado, no hemisfério norte os painéis devem

ser orientados para o sul geográfico, pelo mesmo motivo exposto acima.

28

- Inclinação: a fim de gerar o máximo de energia, o ângulo de inclinação do

gerador fotovoltaico deve ser igual à latitude do local onde o sistema será instalado. Isto

ocorre pois nesta inclinação, a radiação solar possui maior componente direta na maior

parte do ano, sendo aproveitado de forma máxima.

29

4.3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Segundo a NBR 11704:2008 [24] os sistemas solares fotovoltaicos podem ser

classificados quanto à interligação com o sistema público de energia elétrica e quanto à

configuração, conforme Tabela 4.1.

Além disso, segundo a CRESESB [15], existem três categorias de geração solar

fotovoltaica, sendo elas: sistemas isolados, sistemas conectados à rede e sistemas

híbridos. Os três tipos de categorias se diferenciam nos principais componentes, porém

apresentam em comum uma unidade de controle. A escolha por uma das categorias

depende da aplicação e da disponibilidade dos recursos energéticos. A próxima seção é

destinada a caracterizar cada categoria.

Tabela 4.1 – Classificação dos sistemas fotovoltaicos quanto à interligação

com o sistema público de energia. Fonte: ABNT, 2008. [24]

30

4.3.1. Sistemas isolados

Os sistemas isolados (off grid), em geral, possuem sistema de armazenamento de

energia e são bastante utilizados em locais remotos. O dispositivo eletrônico mais

utilizado no armazenamento de energia são as baterias. A essas baterias são acoplados

dispositivos para controle de carga e descarga de energia, conhecido também por

controlador de carga, principalmente para cargas em corrente contínua. Esses

controladores de carga evitam também cargas e descargas excessivas das baterias no

acumulador, prolongando assim a vida útil da própria bateria. Além disso, para cargas em

corrente alternada, utiliza-se também inversores, no qual convertem a tensão gerada pelos

painéis em corrente contínua para tensão alternada. A Figura 4.2 demonstra de forma

simplificada um diagrama de sistemas fotovoltaicos em função da carga utilizada [15]

[20].

Figura 4.2 – Diagrama de sistema fotovoltaico isolado em função

da carga. Fonte: CRESESB, 2008. [25]

31

4.3.2. Sistemas conectados à rede

Os sistemas conectados à rede são aqueles em que a potência gerada pelos

geradores fotovoltaicos pode ser consumida diretamente pela carga ou injetada

diretamente na rede elétrica convencional. Desse modo, é indispensável que se utilize um

inversor que satisfaça às exigências de segurança e qualidade, para que não afete a

qualidade da energia disponibilizada no sistema de transmissão. A Figura 4.3 representa

um esquema com vários sistemas de geração fotovoltaica conectados à rede através do

inversor [20].

Figura 4.3 – Diagrama de sistema fotovoltaico conectado à

rede. Fonte: CRESESB, 2008. [25]

32

4.3.3. Sistemas híbridos

Os sistemas híbridos são aqueles que utilizam mais de uma forma de geração de

energia, por exemplo, grupo gerador a diesel, aerogeradores e geradores fotovoltaicos.

Este tipo de geração é mais complexo e necessita de controle capaz de otimizar a geração,

além de integrar os vários geradores. Existem vários tipos possíveis de sistemas híbridos

e a Figura 2.13 ilustra uma dessas possibilidades [20].

Figura 4.4 – Diagrama de sistema fotovoltaico

híbrido. Fonte: CRESESB, 2008. [25]

33

4.3.4. Componentes dos sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos descritos acima utilizam alguns componentes

eletrônicos auxiliares, dentre eles:

• Controlador de carga: também chamado de regulador de carga, normalmente

presente em sistemas isolados, que, portanto, necessitam da presença de baterias para o

armazenamento de energia. Tem a função de proteger as baterias de sobrecargas do

sistema e prevenir que se descarreguem completamente. Além disso, se regulados de

forma correta, asseguram que o sistema opere em sua máxima eficiência [20].

• Banco de baterias: mais utilizadas em sistemas isolados, são responsáveis por

armazenar a energia elétrica gerada pelos módulos, com a finalidade de suprir a demanda

elétrica na ausência da radiação solar, sendo, portanto, de extrema importância, para a

estabilidade do sistema [20].

• Inversor de frequência: dispositivos eletrônicos que fornecem energia elétrica em

corrente alternada (condição de trabalho da maioria dos equipamentos) a partir de uma

fonte de energia elétrica em corrente contínua (gerada pelo sistema fotovoltaico), de modo

a viabilizar a aplicação direta dos sistemas fotovoltaicos. Além disso, o inversor ajusta a

frequência e nível de tensão gerada, para que o sistema possa ser conectado à rede,

respeitando as normas vigentes estabelecidas pela Aneel [20].

Cabeamento: são utilizados cabos que seguem as normas técnicas UL2556 e

IEC60332-1. Esses cabos possuem revestimento diferenciado para suportar a incidência

solar e ao calor devido a esse tipo de exposição. Devem também suportar a tensão e a

corrente gerada pelo sistema de geração solar. Além disso, o sistema requer cabeamento

para corrente contínua e corrente alternada, visto que a corrente de saída das placas é em

corrente contínua e a dos equipamentos elétricos da casa podem ser em corrente alternada

[20].

• Relógio bidirecional: para o sistema solar on grid. Como parte da energia gerada

pode ser cedida à rede de distribuição de eletricidade, é preciso saber o quanto gerou de

excedente na geração, que no caso representa a energia injetada na rede e o quanto de

energia foi consumida na rede de distribuição. Para isso, faz-se o uso de relógios

bidirecionais de medição de energia elétrica consumida e injetada na rede [20].

34

• Estrutura de suporte: são as estruturas necessárias para suportar os módulos

fotovoltaicos [20].

35

CAPÍTULO 5. CARACTERÍSTICAS DO LOCAL E DOS

EQUIPAMENTOS

Para se analisar o custo de sistemas fotovoltaicos, é interessante se definir qual

cenário de estudo e quais tipos de sistema serão avaliados. Para isso, precisa-se avaliar

qual será a carga a ser atendida e qual carga deseja-se adquirir dos painéis fotovoltaicos.

O presente estudo tem o intuito de avaliar dois tipos de sistemas: sistemas de minigeração

conectados à rede (on grid ou grid-tie) e sistemas de minigeração isolados, com

armazenamento (off grid). O que diferencia os dois sistemas é que para os conectados à

rede, quando a produção é maior que o consumo, o saldo de energia é injetado na rede de

distribuição. Por outro lado, os sistemas isolados utilizam baterias para armazenar o

excesso de energia, o que torna a instalação menos burocrática quando comparada à de

modelos conectados à rede.

Conforme dito anteriormente, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede e os

sistemas desconectados da rede se diferenciam em seus componentes. A Tabela 5.1

mostra os principais equipamentos de cada um desses sistemas.

Tabela 5.1 – Principais equipamentos de sistemas solares. Fonte: Elaboração

própria.

On grid Off grid

Painel Solar X X

Estrutura de suporte X X

Inversor X X

Controlador de Carga X

Bateria X

Relógio Bidirecional X

As próximas seções deste capítulo são destinadas a caracterizar as cargas que

serão estudadas bem como a característica do local onde foi realizado o estudo, mostrando

os dados de consumo para diferentes parâmetros de carga, o tipo de sistema a ser avaliado,

seja conectado ou desconectado da rede, e os projetos para cada um dos sistemas.

36

5.1. CARACTERÍSTICAS DO LOCAL

Os sistemas estudados serão avaliados para uma região tropical, instalados em

Jacaraípe, no município de Serra, no estado do Espirito Santo e atendidos em baixa tensão.

As coordenadas geográficas da residência são mostradas na Tabela 5.2. Vale lembrar que

esta localização será importante para avaliar o potencial de geração solar do sistema, bem

como para servir como referência para os cálculos.

Tabela 5.2 – Coordenadas geográficas da residência. Fonte: Adaptado de [34].

Coordenadas

Latitude 20º 07' 43" S

Longitude 40º 18' 28" W

A partir das coordenadas e utilizando-se o software SunData¹, é possível fazer o

cálculo do potencial energético solar da região. Os valores de irradiação solar diária média

mensal em kWh/m².dia pode ser vistos na Figura 5.1.

Figura 5.1 – Incidência solar do local de instalação do sistema fotovoltaico.

Fonte: Adaptado de [35]

A partir dos dados acima, têm-se a média diária de irradiação de 5,21 kWh/m².

5,77

6,37

5,68

5,15

4,76

4,514,59

5,14 5,25,04

4,85

5,51

0 2 4 6 8 10 12

Irradiação Solar [kWh/m².dia]

37

5.2. LEVANTAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA

Para a avaliação do consumo de energia elétrica das cargas definidas para o

estudo, foi utilizada a Tabela 5.3, que mostra o consumo médio de equipamentos

encontrados em residências, disponibilizado pela CEMIG.

Tabela 5.3 – Potência de equipamentos elétricos. Fonte: CEMIG [36]

39

A partir dessas informações, foram selecionados os seguintes parâmetros de carga

para o estudo:

- Sistema 1: consumo médio mensal de 336 kWh.

Tabela 5.4 – Sistema 1. Fonte: Elaboração própria.

EQUIPAMENTO Pot (W) QTD Total Horas/mês kWh

LÂMPADA FLUOR. 23W 23 10 230 150 35

CHUVEIRO 3500 2 7000 20 140

TELEVISÃO 150 2 300 150 45

GELADEIRA 110 1 110 450 50

FERRO DE PASSAR ROUPA 1000 1 1000 3 3

LAVADORA DE ROUPA 500 1 500 12 6

VENTILADOR 100 2 200 240 48

AR CONDICIONADO 12000BTU 760 1 760 8 6

FOGAO 60 1 60 8 0

COMPUTADOR 100 1 100 30 3

TOTAL 336

40

- Sistema 2: consumo médio mensal de 481 kWh:

Tabela 5.5 - Sistema 2. Fonte: Elaboração própria.


LÂMPADA FLUOR. 23W 23 15 345 150 52

CHUVEIRO 3500 2 7000 20 140

TELEVISÃO 150 3 450 150 68

GELADEIRA 110 1 110 450 50



VENTILADOR 100 3 300 240 72


FOGAO 60 1 60 8 0

COMPUTADOR 100 2 200 30 6

ASPIRADOR DE PO 100 1 100 10 1

ROTEADOR 100 1 100 240 24

GRIL 900 1 900 5 5

OUTRAS TOMADAS 4000 1 4000 10 40

TOTAL 481

- Sistema 3: consumo médio mensal de 822 kWh:



LÂMPADA FLUOR. 23W 60 20 1200 150 180

CHUVEIRO 3500 3 10500 20 210

TELEVISÃO 150 3 450 150 68

GELADEIRA 110 2 220 450 99



LIQUIDIFICADOR 300 1 300 240 72

SECADOR DE CABELOS 1400 3 4200 8 34

VENTILADOR 100 2 200 8 2


LAVADOURA DE LOUÇA 1500 1 1500 10 15

CAFETEIRA 600 1 600 30 18

FREEZER 130 2 260 5 1

MICROONDAS 1200 2 2400 10 24

FOGÃO DE INDUÇÃO 2000 1 2000 20 40

TOTAL 842

41

- Sistema 4: consumo médio mensal de 3.370 kWh:



LÂMPADA FLUOR. 23W 23 30 690 150 104

CHUVEIRO 3500 5 17500 20 350

TELEVISÃO 150 3 450 150 68

GELADEIRA 110 3 330 450 149



LIQUIDIFICADOR 300 5 1500 240 360

SECADOR DE CABELOS 1400 3 4200 8 34

VENTILADOR 100 2 200 8 2


LAVADOURA DE LOUÇA 1500 2 3000 10 30

CAFETEIRA 600 3 1800 30 54

FREEZER 130 2 260 5 1

MICROONDAS 1200 4 4800 10 48

FOGÃO DE INDUÇÃO 2000 2 4000 10 40

OUTRAS 10000 1 10000 200 2000

TOTAL 3370

Desse modo, para avaliar a potência consumida em cada um dos sistemas, decide-

se considerar o consumo pleno de energia de 6 horas, a fim de simplificar os cálculos.

Desse modo, têm-se:

𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎(𝑘𝑊ℎ)

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑑𝑒𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑝𝑙𝑒𝑛𝑜

Assim, obtém-se a Tabela 5.8:

Tabela 5.8- Potência elétrica por sistema. Fonte: Elaboração própria.

Sistema Energia (kWh) Pot (kW)

1 336 56.00

2 481 80.17

3 842 140.33

4 3370 561.67

Após a caracterização dos sistemas, vale entender o custo da energia elétrica no

estado do Espirito Santo e a segregação entre classes de tarifas para os diferentes níveis

42

de consumo de energia. Vale lembrar também que os cenários apresentados acima são

hipotéticos e serão utilizados como parâmetro de comparação dos sistemas de geração.

5.3. CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA NO ESPÍRITO SANTO

A tarifa de energia elétrica para o estado do Espírito Santo para consumidores em

baixa tensão (menor do que 2,3kV) e inseridos no grupo B é segmentada em Tarifa do

Uso do Sistema de Distribuição (TUSD) e Tarifa de Energia (TE), conforme explicado

anteriormente. A Tabela 5.9 mostra os grupos de consumo e os valores das respectivas

tarifas.

Tabela 5.9 – Tarifa de energia elétrica em baixa tensão. Fonte: EDP, 2018 [36]

Além disso, para os cálculos de viabilidade econômica do projeto de geração solar,

é necessário conhecer o histórico de reajuste de tarifa elétrica para determinada região.

Este valor está disponível no site da distribuidora de energia, que para este caso foi a

EDP. Os dados de reajuste tarifário dos últimos 5 anos estão disponíveis na Tabela 5.10.

Tabela 5.10 – Histórico de reajuste de tarifa de energia elétrica anual (5 anos).

Fonte: EDP, 2018 [36]

44

CAPÍTULO 6. CARACTERISTICAS DA GERACAO E CUSTO

DOS EQUIPAMENTOS

6.1. PREMISSAS ADOTADAS

Para o cálculo de viabilidade econômica do projeto, foram estabelecidas algumas

premissas a fim de mostrar a atratividade do negócio. As premissas foram definidas

utilizando-se a Nota Técnica 0062/2018 da ANEEL para recebimento de contribuições

visando o aprimoramento das regras aplicáveis à micro e minigeração distribuídas [37].

Desse modo, as premissas abaixo foram adotadas no estudo.

1. Horizonte do projeto de 25 anos, levando-se em consideração a garantia dos

módulos fotovoltaicos de acordo com o que é garantido pelos fabricantes. Neste

período os fabricantes atestam que os painéis funcionarão de forma eficiente, com

potencial de produção de pelo menos 90% da potência até o décimo segundo ano

e 80% em 25 anos [37];

2. De acordo com o Boletim Mensal de Geração Solar Fotovoltaica fornecido pelo

ONS e mostrado na Figura 6.1, quase toda a potência dos painéis solares é gerada

entre 6h e 17h.

Figura 6.1 – Geração média horária – Boletim Mensal de Geração Solar

Dez/18. Fonte: ONS [38]

45

3. Custos de um sistema solar fotovoltaico típico de pequeno porte: como esses

sistemas não requerem praticamente nenhum tipo de manutenção, considera-se

apenas a troca do inversor e das baterias durante o período de vida útil dos painéis

(25 anos). Esta troca é realizada no décimo terceiro ano e equivale a

aproximadamente 20% do custo total do projeto [37];

4. Taxa de crescimento anual do mercado potencial: sugere-se a utilização dos dados

constantes no Plano Decenal de Expansão – PDE 2026, que indicam crescimento

no consumo de energia elétrica de 3,7% a.a. [37];

5. Redução da capacidade de geração do sistema por ano: utiliza-se taxa de

depreciação do painel de 0,89% ao ano como base para os cálculos considerando

o pior cenário em que em 25 anos têm-se redução de 20% da capacidade de

geração do painel solar [37];

6. O conceito de valor do dinheiro no tempo exige um ajuste por meio de taxa de

juros para as receitas no futuro. Desse modo, utiliza-se a taxa SELIC por ser uma

taxa utilizada como referência para outras taxas de juros. Essa taxa será utilizada

como correção monetária dos valores no fluxo de caixa. O valor da taxa para o

mês de Janeiro/2019 é de 6,50% ao ano [39];

7. Para fins de cálculo da tarifa a longo prazo, foi considerada a projeção da tarifa

de energia e tarifa de distribuição, utilizando-se como base dados obtidos de

empresa especializada em projeções da tarifa de energia [40]. Este valor considera

o incremento na TE e na TUSD. A Figura 6.2 abaixo mostra a evolução desses

valores e a projeção até o ano de 2024 em R$/MWh. Como a análise considera 25

anos, foi utilizada a média das tarifas entre novembro de 2012 e março de 2024

para os anos que sucedem o ano de 2024;

46

Figura 6.2 – Evolução e projeção de crescimento da tarifa de energia elétrica

em R$/MWh. Fonte: Empresa Especializada. [Fonte: Elaboração Própria]

8. Os percentuais para os impostos ICMS e PIS/COFINS estão apresentados na

conta de energia da residência e representam, respectivamente, 25% e 1,59%.

9. A contribuição para iluminação pública está apresentada na conta de energia da

residência e é de R$33,52.

346

283309

375

455

543

479526 527

575

635590 598 612 623 627

nov-12 nov-13 nov-14 nov-15 nov-16 nov-17 nov-18 nov-19 nov-20 nov-21 nov-22 nov-23

47

6.2. PESQUISA DE MERCADO DOS EQUIPAMENTOS

A partir das informações disponibilizadas acima e das premissas adotadas, pode-

se avaliar os principais equipamentos para os sistemas de geração solar on grid e off grid

para cada carga adotada. As tabelas em sequência mostram os dados coletados na

pesquisa de mercado feita com fornecedores de equipamentos de geração solar, dentre

elas as empresas Neosolar e Minha Casa Solar, líderes no segmento no mercado

brasileiro. A Tabela 6.1 apresenta os modelos de inversores encontrados no mercado.

48

Tabela 6.1 - Modelos de Inversor. Fonte: Elaboração própria.

Modelos de Inversor Pmax Preço (R$) Preço/Kwh Tipo

Inversor Grid-tie 1,0KW sem Wi-fi ECOSOLYS - ECOS1000 1000 1.837,63 1,84 Grid tie

Inversor Grid-tie 1,5KW com Wi-fi SOLARVIEW - 1500 S-220V 1500 3.669,00 2,45 Grid tie

Inversor Grid-tie 2,0KW com Wi-fi ECOSOLYS - ECOS2000 Plus 2000 2.865,00 1,43 Grid tie

Inversor Grid-tie Fronius Primo 3.0-1 (3.000W) 3000 8.690,00 2,90 Grid tie

Inversor Fronius Primo 4.0-1 (4.000W) 4000 9.590,00 2,40 Grid tie



Inversor Fronius Symo 12.5-3-M (12.500W) 12500 20.690,00 1,66 Grid tie



Inversor Senoidal Epever IPower IP350-11 - 350W / 12Vcc / 120Vca 350 599,00 1,71 Off grid




Inversor Xantrex PROwatt SW 600 (600W / 120Vac / 60Hz) 600 1.499,00 2,50 Off grid

Inversor de Tensão - Epsolar SHI 600VA / 220V 600 1.369,00 2,28 Off grid

Inversor Unitron iVolt - 700W / 12Vcc / 220Vac / 60Hz 700 839,00 1,20 Off grid

Inversor 800W 12V/220V Hayonik Hay800W 800 491,00 0,61 Off grid


Inversor Senoidal Epsolar SHI1000-22 - 1000VA / 24Vcc / 220Vca 1000 1.749,00 1,75 Off grid

Inversor Senoidal Epsolar STI1000-24-220 - 1000VA / 24Vcc / 220Vca 1000 2.619,00 2,62 Off grid

Inversor Xantrex Xpower1000 (1000W / 120Vac / 60Hz) 1000 1.099,00 1,10 Off grid

Inversor Unitron iVolt - 1000W / 12Vcc / 115Vac / 60Hz 1000 1.199,00 1,20 Off grid

Inversor 1000W 12V/220V Hayonik Hay1000W 1000 1.145,00 1,15 Off grid


Inversor Senoidal Epever IPower IP1500-11 - 1500W / 12Vcc / 120Vca 1500 1.599,00 1,07 Off grid









Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W / 120Vac / 60Hz / 12Vdc) 3000 3.599,00 1,20 Off grid

49

A partir da Tabela 6.2 percebe-se que o preço por kWh de energia para sistemas

off grid são ligeiramente mais baratos do que os de sistemas conectados à rede (grid tie).

A Tabela 6.2 mostra os modelos de painéis solares pesquisados, bem como seus

respectivos valores no mercado.

Tabela 6.2 - Modelos de painéis solares. Fonte: Elaboração própria.

Modelos de paineis solares Pmax Preço (R$) Preço/Kwh

Policristalino Globo Brasil - GBR-260P 260 799,00 3,07

Risen Solar - RSM60-6-275P 275 579,00 2,11

Canadian Solar - C 26K-275P 275 599,00 2,18

Sinosola SA275-60P 275 499,00 1,81

Yingli YL280P-29b 280 624,00 2,23

Monocristalino Canadian Solar - C26K-305M 305 689,00 2,26

GCL-P6/72 330 679,00 2,06

Sinosola SA330-72P 330 599,00 1,82

Monocristalino Risen Solar - RSM72-6-345M 345 739,00 2,14

Outro equipamento importante são as stringbox, equipamento bastante utilizado

em sistemas fotovoltaicos a fim de evitar acidentes elétricos, como o curto circuito e os

surtos elétricos. A Tabela 6.3 mostra os valores das stringbox disponíveis no mercado.

Tabela 6.3 - Modelos de stringbox. Fonte: Elaboração própria.

Modelos de Stringbox Preço (R$)

Stringbox Neosolar PRO 2x1 1000V 25A IP65 929,00

Stringbox Neosolar PRO 2x2 1000V 25A IP65 1.699,00

Stringbox Neosolar PRO 3x1 1000V 25A / 800V 32A IP65 c/ fusível 1.139,00

Stringbox Neosolar PRO 4x2 1000V 25A IP65 1.699,00

Stringbox Neosolar 2x1 800V 32A IP40 929,00

Stringbox Neosolar 2x2 1000V 50A IP65 2.049,00

Stringbox Neosolar 4x2 800V 15A IP65 c/ disjuntor 2.649,00

Stringbox Neosolar 6x2 1000V 15A IP65 c/ fusível 3.590,00

Stringbox 1 ou 2 strings, 01 saída/01 ou 02 entrada ECOSOLYS - ECOSTRING 752,00

Os equipamentos elétricos para sistemas fotovoltaicos também são

comercializados em kits, que contém desde os painéis fotovoltaicos até as stringbox.

Porém esses equipamentos são mais encontrados para sistemas conectados a rede. Os

preços dos kits solares são apresentados na Tabela 6.4.

50

Tabela 6.4 - Modelos de kits solares. Fonte: Elaboração própria.

Modelo Pmax Preço Preço/Kwh Tipo

Kit Solar Grid-Tie 134 4.153,63 1,03 Grid-tie




Kit Solar Grid-Tie INGETEAM 396 12.095,38 1,02 Grid-tie

Kit Solar Grid-Tie ECOSOLYS 252 5.261,00 0,70 Grid-tie









Para a geração off grid, o sistema de baterias é de extrema importância pois

garante o armazenamento do excedente de energia para a utilização em períodos noturnos,

ou para picos de demanda de energia. A Tabela 6.5 ilustra o preço dos dispositivos

descritos acima.

Tabela 6.5 - Modelos de baterias. Fonte: Elaboração própria.

Modelo Preço

Bateria Estacionária Heliar Freedom DF1500 (93Ah / 80Ah) 609,00





Bateria Estacionária Moura Clean 12MF105 (105Ah) 719,00

Bateria Estacionária Heliar Freedom DF4100 (240Ah / 220Ah) 1.499,00




Bateria Estacionária Moura Clean 12MF220 (220Ah) 1.449,00

Bateria Estacionária Moura Clean 12MF150 (150Ah) 1.049,00

Bateria Estacionária Moura Clean 12MF150 (150Ah) 629,00

51

Para sistemas desconectados da rede, tem-se também os controladores de carga,

que estão apresentados na Tabela 6.6.

Tabela 6.6 - Modelos de controladores de carga. Fonte: Elaboração própria.

Modelos de controladores de carga Preço (R$)

Controlador de Carga Epever Landstar LS1024B 10A 12/24V 149.90



Controlador de Carga MPPT Epever TRIRON 4210N 40A 12/24V 769.90

Controlador de Carga Schneider XW-MPPT60/150 (12-60V / 60A) 4,290.00

A próxima etapa após a pesquisa de mercado foi dimensionar os sistemas de

geração solar conectados à rede e os sistemas de geração solar desconectados da rede, que

estão apresentados nas próximas sessões.

https://www.neosolar.com.br/loja/controlador-de-carga-epever-landstar-ls1024b-10a-12-24v-c-sensor.html



https://www.neosolar.com.br/loja/controlador-de-carga-mppt-epever-triron-4210n.html

https://www.neosolar.com.br/loja/controlador-de-carga-schneider-xw-mppt60-150-12-60v-60a.html

52

CAPÍTULO 7. CARACTERIZAÇÃO DAS CARGAS DO ESTUDO

Após a pesquisa de mercado, a próxima etapa foi definir para cada nível de carga

o potencial de geração do sistema, para então quantificar as diferenças entre os modelos.

A Tabela 7.1 mostra os sistemas que serão avaliados.

Tabela 7.1 – Parâmetros de carga. Fonte: Elaboração própria.

Para o cálculo da geração para as diferentes cargas, considera-se os painéis

voltados para o norte geográfico e ângulo de inclinação em torno de 21 graus para a região

de Serra, no Espírito Santo.

7.1. Dimensionamento dos painéis solares

Para o projeto, foi escolhido o modelo de painel solar Canadian Solar - C 26K-

275P por ser encontrado facilmente em lojas e por possuir boa relação preço por kWh.

Para o cálculo do potencial de geração solar desconectado da rede, será

considerado um fator de rendimento que engloba a perda de potência nos cabos, no

regulador de tensão, nas baterias e no inversor. Este fator será utilizado pois o sistema

será altamente dependente da potência gerada nos painéis, já que não possui nenhum tipo

de ligação à rede, sendo necessário o abastecimento de energia feito através da geração

de energia das placas. A equação para o rendimento dos sistemas desconectados da rede

está apresentada abaixo.

𝜂𝑜𝑓𝑓𝑔𝑟𝑖𝑑 = 𝜂𝑐𝑎𝑏𝑜𝑠 ∗ 𝜂𝑟𝑒𝑔 ∗ 𝜂𝑏𝑎𝑡 ∗ 𝜂𝑖𝑛𝑣

𝜂𝑜𝑓𝑓𝑔𝑟𝑖𝑑 = 0.99 ∗ 0.98 ∗ 0.9 ∗ 0.96 = 84%

Assim, para cada um dos 4 sistemas de geração solar fotovoltaica, têm-se o

seguinte número de módulos, separados entre geração solar conectada à rede (on grid) e

geração solar desconectada da rede (off grid):

Parâmetros de carga

Carga 1: 336 kWh/mês




53

- Geração Solar Conectada à Rede:

Tabela 7.2 – Número de placas por carga para sistemas conectados. Fonte:

Elaboração própria.

Sistema Energia (kWh) Pot (kW) N de placas

1 336 2.24 8.15

2 481 3.21 11.66

3 842 5.61 20.41

4 3370 22.47 81.70

- Geração Solar Desconectada da Rede:

Tabela 7.3 - Número de placas por carga para sistemas desconectados. Fonte:


Sistema Energia (kWh) Pot (kW) η N de placas

1 336 2.24 84% 9.70

2 481 3.21 84% 13.88

3 842 5.61 84% 24.30

4 3370 22.47 84% 97.26

7.2. Dimensionamento dos inversores

Como a tensão de saída dos painéis solares são em corrente contínua, os inversores

são os equipamentos necessários para transformar esta corrente em alternada, de forma

que seja possível ser utilizada por alguns equipamentos elétricos. Esses equipamentos

podem ser visualizados nas Tabela 7.4 e Tabela 7.5.

- Geração Solar Conectada à Rede:

Para os sistemas conectados à rede, têm-se os seguintes inversores:

Tabela 7.4 – Inversores para sistemas conectados. Fonte: Elaboração própria.

Sistema Pot (kW) Inversor

1 2.24 Inversor Grid-tie Fronius Primo 3.0-1 (3.000W)

2 3.21 Inversor Fronius Primo 4.0-1 (4.000W)

3 5.61 Inversor Fronius Primo 8.2-1 (8.200W)

4 22.47 Inversor Fronius Symo 17.5-3-M (17.500W) + Inversor Fronius Primo 5.0-1 (5.000W)

54

- Geração Solar Desconectada da Rede:

Para os sistemas desconectados da rede, têm-se os seguintes inversores:

Tabela 7.5 - – Inversores para sistemas desconectados. Fonte: Elaboração

própria.

Sistema Pot (kW) Inversor

1 2.24 Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W)

2 3.21 Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W)

3 5.61 2 x Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W)

4 22.47 7 x Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W)

7.3. Dimensionamento das baterias

Para os sistemas isolados também deve-se considerar a capacidade de

armazenamento das baterias. Como as baterias a serem dimensionadas serão de ciclo

profundo, será considerada uma descarga diária de 90%. Além disso, serão utilizadas

baterias de 24V, por serem facilmente encontradas no mercado. Desse modo, a energia

suficiente para suprir a demanda de energia nos sistemas isolados para os períodos diurnos

e noturnos pode ser dada por:

Tabela 7.6 – Dimensionamento das baterias. Fonte: Elaboração própria.

Sistema Energia (kWh) Pot (kW) Fator Descarga Baterias (kWh/dia) Capacidade (A.h)

1 336 2.24 90% 12.44 518.52

2 481 3.21 90% 17.81 742.28

3 842 5.61 90% 31.19 1299.38

4 3370 22.47 90% 124.81 5200.62

Aproximando-se a descarga diária (90%) da bateria em 210 horas, a partir de uma

regra de três simples temos que a taxa de descarga completa será de aproximadamente

233 horas. Assim, serão necessárias baterias do tipo 𝐶20 com 240 A.h de capacidade, que

serão do modelo Heliar DF4100, encontradas facilmente no mercado. Desse modo, têm-

se o seguinte número de baterias por sistema:

55

Tabela 7.7 – Número de baterias dos sistemas. Fonte: Elaboração própria.

Sistema Capacidade

(A.h) N de

baterias

1 518.52 2.16

2 742.28 3.09

3 1299.38 5.41

4 5200.62 21.67

7.4. Dimensionamento dos controladores de carga

A capacidade do controlador de carga deve ser suficiente para suportar a corrente

dos painéis e as de consumo. Desse modo, para um sistema em 24V, escolhendo-se um

controlador de 60 A modelo Schneider XW-MPPT60/150 (12-60V / 60A), têm-se a

seguinte potência para os controladores de carga:

Tabela 7.8 – Número de controladores de carga por sistema. Fonte: Elaboração

própria.

Sistema Energia (kWh) Pot (kW) Controlador (A) N de controladores

1 336 2.24 93.33 1.56

2 481 3.21 133.61 2.23

3 842 5.61 233.89 3.90

4 3370 22.47 936.11 15.60

56

CAPÍTULO 8. RESULTADOS OBTIDOS

Conforme descrito anteriormente, o trabalho foi desenvolvido a partir da busca de

preço de mercado dos dispositivos eletrônicos de projetos de geração solar fotovoltaico

para diferentes cenários de carga. Os resultados obtidos para cada parâmetro de carga

estão apresentados abaixo.

8.1. Sistema 1: 336 kWh/mês

Para o sistema 1, obteve-se as seguintes especificações:

Tabela 8.1 – Projeto para sistema 1 conectado à rede. Fonte: Elaboração

própria.

Tabela 8.2 - Projeto para sistema 1 desconectado à rede. Fonte: Elaboração

própria.

Comparando-se as duas tabelas, percebe-se que o custo dos sistemas

desconectados da rede é 1.57 vezes maior do que o custo dos sistemas conectados à rede.

A principal diferença se dá pelo alto custo das baterias e dos controladores de carga

presentes nos sistemas desconectados, o que torna o sistema bastante custoso. Porém,

percebe-se uma redução considerável no preço dos inversores, que para os sistemas

desconectados possui preço 2.41 vezes menor do que os inversores de sistemas

conectados.

Modelo Qtd Preco Total

Placas Canadian Solar - C 26K-275P 8 599.00 4,792.00

Inversores Inversor Grid-tie Fronius Primo 3.0-1 (3.000W) 1 8,690.00 8,690.00

TOTAL 13,482.00

Sistema conectado à rede



Inversores Inversor Xantrex Xpower3000 (3000W) 1 3,599.00 3,599.00

Baterias Heliar DF4100 2 1,499.00 2,998.00

Controlador XW-MPPT60/150 2 4,290.00 8,580.00

TOTAL 21,167.00

Sistema desconectado da rede

57


Tabela 8.3 - Projeto para sistema 2 conectado à rede. Fonte: Elaboração

própria.

Tabela 8.4 - Projeto para sistema 2 desconectado da rede. Fonte: Elaboração

própria.

Para o segundo sistema, percebe-se uma redução no custo dos sistemas

desconectados quando comparados aos sistemas conectados. Para este caso, o sistema

desconectado representa 149% o valor do sistema conectado. Percebe-se também a

grande diferença entre o custo do inversor, que para este caso se torna ainda maior,

representando 266% o valor do inversor para sistema desconectado da rede.



própria.


própria.



Inversores Inversor Fronius Primo 4.0-1 (4.000W) 1 9,590.00 9,590.00

TOTAL 16,778.00







TOTAL 25,062.00




Inversores Inversor Fronius Primo 8.2-1 (8.200W) 1 9,590.00 9,590.00

TOTAL 21,570.00


58

Para o terceiro sistema, percebe-se um aumento no custo dos sistemas


desconectado representa 214% do valor do sistema conectado. Percebe-se agora redução

significativa no custo do inversor, tornando a diferença entre os preços de 75% do valor

do inversor para sistema desconectado da rede.

8.4. Sistema 4: 3.370 kWh/mês


própria.


própria.

Para o quarto sistema, percebe-se uma nova redução no custo dos sistemas


desconectado representa 162% do valor do sistema conectado. Percebe-se agora uma

redução no custo do inversor, tornando a diferença entre os preços de 141% do valor do

inversor para sistema desconectado da rede.

Desse modo, com todos os sistemas dimensionados, obtém-se as seguintes curvas

comparativas entre os valores totais do sistema e entre os valores dos inversores.






TOTAL 46,229.00




Inversores Inversor Fronius Symo 17.5-3-M (17.500W) + Inversor Fronius Primo 5.0-1 (5.000W)1 35,580.00 35,580.00

TOTAL 84,698.00







TOTAL 136,897.00


59

Figura 8.1 – Comparação entre custos dos sistemas de geração solar. Fonte:


Percebe-se que o Sistema 2 possui menor relação entre o custo total de sistemas

fotovoltaicos e a menor relação entre os preços dos inversores. Isso indica que os

orçamentos de projetos de sistemas conectados à rede e desconectados da rede possuem

valores próximos, mostrando potencial alternativa de aplicação de sistemas

desconectados.

1.57 1.49

2.14

1.62

2,41

0,75

2,66

1,41

Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4

Custo total Custo do inversor

60

CAPÍTULO 9. CONCLUSÃO

O principal objetivo do presente trabalho foi a elaboração de um comparativo

entre os orçamentos de projetos de sistema solar conectados à rede e desconectados da

rede. Para isso, foi necessário entender o panorama atual do mercado de energia solar

fotovoltaica tanto no Brasil quanto no mundo, interpretando-o do ponto de vista de

oportunidades e formas de atuação.

A partir dos dados apresentados no desenvolvimento do trabalho, percebe-se um

grande potencial no setor de energia elétrica para o Brasil por dois fatores, o primeiro é a

busca por processos de geração de energia sustentáveis, e o segundo devido à mudança

de paradigma do setor fotovoltaico no qual os consumidores serão também produtores de

energia. Consequentemente, os incentivos ao uso de energia solar e a redução no custo

dos dispositivos eletrônicos que compõem o sistema fazem com que o mercado fique

ainda mais interessante.

Ainda sobre a redução nos custos dos sistemas de geração fotovoltaica, a evolução

tecnológica tem tornado o investimento atrativo e viável economicamente quando

comparado à outros tipos de geração de energia, como a térmica. Projeções dos órgãos

competentes no setor, como o plano decenal de energia elétrica, apontam um crescimento

íngreme no mercado para os próximos anos. Com a redução nos custos dos sistemas, esse

crescimento deve ganhar ainda mais força.

Desse modo, é esperado um crescimento no número de sistemas instalados, o que

torna o mercado favorável à exploração da energia solar fotovoltaica, tornando a matriz

de geração de energia elétrica descentralizada, no qual a geração não dependerá apenas

de fontes convencionais de energia e os consumidores passarão a ser também geradores

de energia elétrica. Isso também modifica a estrutura organizacional dos órgãos

envolvidos no processo de geração, distribuição e transmissão, que devem se adequar à

nova matriz que se forma.

Além disso, a redução nos custos dos sistemas de geração solar fotovoltaica

aliados à incentivos fiscais são combustíveis essenciais no crescimento do mercado no

Brasil. Como as projeções indicam que ambos serão impulsionados nos próximos anos,

61

o mercado brasileiro espera um crescimento relevante, tornando nossa matriz energética

ainda mais limpa e segura.

Além do descrito acima, recomenda-se antes da execução do projeto de instalação

solar fotovoltaica a realização de uma pesquisa de campo, através de coleta de dados

primários, como o consumo mensal e a localização exata do empreendimento. Desse

modo, pode-se avaliar de forma mais precisa a redução no custo de energia elétrica e qual

o tipo de sistema mais adequado para o cliente final.

Com relação aos projetos estudados, verifica-se a diferenciação de preços dos

equipamentos eletrônicos para sistemas conectados à rede e desconectados da rede. Para

os sistemas conectados à rede, vale notar a diferenciação dos serviços oferecidos no

mercado, ressaltando os serviços de garantia de furto, planos de manutenção preventiva

e corretiva e sistemas de monitoramento de geração de energia. Somado a isso, novos

serviços atrelados aos projetos de geração solar estão sendo testados, como por exemplo,

a criação de uma central global de monitoramento de geração solar, utilizando-se os dados

obtidos nos aplicativos de monitoramento de geração; central de monitoramento de longa

distância no qual as empresas de projeto conseguem monitorar de forma preventiva danos

no sistema de geração solar dos seus clientes, dentre outros tipos de serviços.

Além do benefício econômico, há também o benefício ambiental caracterizado

pela redução na emissão de gás carbônico e a redução de poluentes provenientes das

fontes de energia convencionais. O benefício social também deve ser citado, dado que a

geração solar é uma das fontes de energia que gera mais empregos de forma direta ou

indireta.

Por fim, o presente trabalho propõe estudos futuros sobre a possibilidade de

comercialização do excedente de energia no mercado livre de energia para o mercado de

varejo com a finalidade de redução ainda maior no tempo de retorno no investimento.

Para o proposto, é necessária uma adequação tecnológica ampla, bem como o esforço

conjunto dos órgãos competentes associados à contratação de energia no mercado livre.

Vale ainda propor um estudo técnico, no sentido de entender como os órgãos competentes

e o sistema de distribuição de energia pode se adequar ao novo cenário potencial proposto.

62

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