projetodesistemasfotovoltaicos conectadosàredeelétrica · agradecimentos agradeço primeiramente...

Universidade Estadual de LondrinaCentro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Lucas Tamanini Camargo

Projeto de Sistemas Fotovoltaicosconectados à Rede Elétrica

Londrina2017

Universidade Estadual de Londrina

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica


Projeto de Sistemas Fotovoltaicos conectados à RedeElétrica

Trabalho de Conclusão de Curso orientado pelo Prof. Dra. SilviaGalvão de Souza Cervantes intitulado “Projeto de Sistemas Foto-voltaicos conectados à Rede Elétrica” e apresentado à UniversidadeEstadual de Londrina, como parte dos requisitos necessários paraa obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dra. Silvia Galvão de Souza Cervantes

Londrina2017

Ficha Catalográfica

Lucas Tamanini CamargoProjeto de Sistemas Fotovoltaicos conectados à Rede Elétrica - Londrina, 2017- 101 p., 30 cm.Orientador: Prof. Dra. Silvia Galvão de Souza Cervantes1. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. 2. Painéis fotovoltaicos.3. Energia solar.I. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II.Projeto de Sistemas Fotovoltaicos conectados à Rede Elétrica.


Projeto de Sistemas Fotovoltaicosconectados à Rede Elétrica

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso deEngenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina,como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharelem Engenharia Elétrica.

Comissão Examinadora

Prof. Dra. Silvia Galvão de SouzaCervantes

Universidade Estadual de LondrinaOrientador

Prof. Msc. Osni VicenteUniversidade Estadual de Londrina

Prof. Dr. Fernando CernaUniversidade Estadual de Londrina

Londrina, 9 de fevereiro de 2018

Dedico este trabalho a todos que, de alguma forma,incentivaram e auxiliaram para a concretização

desta etapa, família e amigos.

Agradecimentos

Agradeço primeiramente à minha família que me deu todas as condições necessáriaspara que esse sonho fosse possível.

A meu pai, Sivoney Gonçalves Camargo e minha mãe, Célia Regina Tamanini, aosquais posso chamar de amigos, e que apesar de todos os problemas sempre estiveramao meu lado com palavras de incentivo, afeto e conselhos, apoiando minhas decisões esempre deixando claro que acreditavam em mim e em meu potencial. Sem eles, nadaseria possível. Em especial, a meus avós, Antônia Brugnaro e Manoel Tamanini, queapesar de toda simplicidade, sempre estiveram comigo, me apoiando e incentivando.

Aos meus amigos, os quais carrego desde os tempos de infância, e que apesar dasdiferenças e da correria do dia a dia sempre estão juntos, mostrando que a vida não precisaser levado tão a sério. E aos amigos que fiz durante o curso, que sempre estiveram presentesnessa caminhada, compartilhando todos os momentos, aos quais sou imensamente gratopor ter conhecido, e tenho o prazer de chamar de família. Sem eles nada teria sentido.

A minha orientadora, professora Silvia Galvão de Souza Cervantes, por toda sua de-dicação em me auxiliar na concretização deste projeto, aos professores que se dispuserama participar da banca examinadora e também aos professores do departamento de enge-nharia elétrica desta instituição.

Por fim, agradeço a todos que de alguma forma me ajudaram a estar cursando enge-nharia elétrica na Universidade Estadual de Londrina, a todos os meus amigos, a todosos professores com quem tive contato, aos familiares, enfim, a todos que compartilharamesse sonho comigo e o ajudaram a tornar realidade,

"Felicidade só é real quando compartilhada"(Christopher McCandless)

Lucas Tamanini Camargo. Projeto de Sistemas Fotovoltaicos conectados à RedeElétrica. 2017. 101 p. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Elétrica -Universidade Estadual de Londrina, Londrina.

ResumoTendo em vista o grande crescimento de estudos na área de eficiência energética e quali-dade de energia, o trabalho em questão tem como objetivo principal analisar a viabilidadedo desenvolvimento de um projeto de sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica a serimplementado no estacionamento da Agência de Inovação Tecnológica da UniversidadeEstadual de Londrina. Foi feita uma análise do local na qual serão coletados dados paraa confecção do projeto, tais como a área utilizável, e possíveis locais de sombreamento.Foram ainda elencados eventuais custos com conexões elétricas e materiais para constru-ção da cobertura do local que servirá como base para as células fotovoltaicas. Por fim,será mostrado o tempo de payback do investimento.

Palavras-Chave: 1. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. 2. Painéis foto-voltaicos. 3. Energia solar.

Lucas Tamanini Camargo. . 2017. 101 p. Monograph in Electrical Engineering - LondrinaState University, Londrina.

AbstractConsidering the great growth of essays in energy efficiency and energy quality area, themain objective of this work is to analyze the development feasibility of a photovoltaicsystem project connected to the distribution network implemented in the parking lot ofthe Technological Innovation Agency of State University of Londrina. An analysis willbe made of the location in which data will be collected for the project design, such asthe usable area, and possible places of shading. Also will be listed possible costs withelectrical connections and materials to build the coverage site that will serve as the basisfor photovoltaic cells. Finally, the payback time of the investment will be shown..

Key-words: 1. Photovoltaic Systems Connected to the Network. 2. Photovoltaic panels.3. Solar Energy.

Lista de ilustrações

Figura 1 – Participação das fontes renováveis de energia na matriz energética mun-dial em 2015. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figura 2 – Matriz de capacidade instalada de geração de energia elétrica do Brasilsem importação contratada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Figura 3 – Matriz de produção de energia elétrica no SIN. . . . . . . . . . . . . . 29Figura 4 – Número de instalações fotovoltaicas já realizadas por estado . . . . . . 30Figura 5 – Radiação solar média diária no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 6 – Representação de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica . . 33Figura 7 – Sistema fotovoltaico integrado ao Departamento de Engenharia Mecâ-

nica da Universidade Federal de Santa Catarina em Florianópolis. . . . 35Figura 8 – Estacionamento com cobertura de painéis fotovoltaicos montado no

estacionamento na Universidade Federal do Rio de Janeiro . . . . . . . 36Figura 9 – Movimento aparente do Sol observado a partir do hemisfério norte (es-

querda) e sul (direita) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 10 – Demonstração do ângulo ótimo para inclinação de painéis solares . . . 38Figura 11 – Relação entre a disponibilidade de energia em uma superfície com ori-

entação qualquer e em uma superfície com 23, 5o de inclinação para acidade de São Paulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Figura 12 – Estrutura de camadas solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 13 – Fluxo global de potência (em W/m2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 14 – Componentes da radiação solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Figura 15 – Órbita da Terra ao redor do Sol indicando as estações do ano . . . . . 46Figura 16 – Posição do Sol em relação ao plano horizontal . . . . . . . . . . . . . . 46Figura 17 – Posição do Sol em relação ao plano horizontal . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 18 – Estrutura das bandas de energia em (a) condutores, (b) semicondutores

e (c) isolantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Figura 19 – Representação do efeito fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 20 – Módulos fotovoltaicos utilizando c-Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 21 – Módulos fotovoltaicos utilizando a-Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Figura 22 – Módulos fotovoltaicos utilizando CdTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 23 – Curvas I-V e P-V de uma célula fotovoltaica de silício cristalino . . . . 54Figura 24 – Curvas I-V de duas células fotovoltaicas de silício cristalino quando

conectadas (a) em série e (b) em paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 25 – Influência da radiância solar na curva I-V de uma célula fotovoltaica

de silício cristalino na temperatura de 25oC . . . . . . . . . . . . . . . 57

Figura 26 – Influência da temperatura na curva I-V de uma célula fotovoltaica desilício cristalino para irradiância de 1000W/m2 . . . . . . . . . . . . . . 57

Figura 27 – Caixa de junção de um módulo fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . 58Figura 28 – Conectores MC4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Figura 29 – Comparativo de entrega de potência de painéis fotovoltaicos utilizando

técnicas de rastreamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Figura 30 – Inversores da marca SMA em funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . 60Figura 31 – String box com dispositivos de proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 32 – Estacionamento Aintec UEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Figura 33 – Irradiação Solar no plano inclinado - Londrina, PR . . . . . . . . . . . 64Figura 34 – Gráfico da Irradiação Solar no plano inclinado - Londrina, PR . . . . . 65Figura 35 – Mapa de ângulos de correção para encontrar o norte geográfico . . . . . 66Figura 36 – Especificações elétricas do módulo CSI CS6K-270P . . . . . . . . . . . 67Figura 37 – Especificações elétricas do inversor ABB RIO-27.6-TL . . . . . . . . . 69Figura 38 – Estrutura de fixação de painéis fotovoltaicos em para coberturas de

estacionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Figura 39 – Estrutura de fixação de painéis fotovoltaicos em para coberturas de

estacionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Figura 40 – Diagrama unifilar representando o lado CC do sistema fotovoltaico . . 85Figura 41 – Diagrama unifilar representando o lado CA do sistema fotovoltaico . . 87

Lista de tabelas

Tabela 1 – Instalações fotovoltaicas conectadas à rede realizadas no Brasil de 1997a 2003 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Tabela 2 – Instalações fotovoltaicas conectadas à rede realizadas no Brasil de 2004a 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Tabela 3 – Eficiência média de componentes de um sistema fotovoltaico . . . . . . 39Tabela 4 – Perdas típicas em um sistema conectado à rede . . . . . . . . . . . . . 39Tabela 5 – Comparação de eficiência das tecnologias de células fotovoltaicas . . . . 54Tabela 6 – Escolha do ângulo de inclinação do módulo . . . . . . . . . . . . . . . 65Tabela 7 – Informações básicas do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Tabela 8 – Perdas consideradas no sistema fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . 72Tabela 9 – Eficiência do Sistema Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Tabela 10 – Custos Totais do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Tabela 11 – Dados necessários para cálculo do payback . . . . . . . . . . . . . . . . 76Tabela 12 – Desempenho do sistema fotovoltaico no período de 25 anos . . . . . . . 77Tabela 13 – Desempenho de aplicações financeiras em 2017 . . . . . . . . . . . . . 78Tabela 14 – Levantamento de Cargas e Consumo Aintec . . . . . . . . . . . . . . . 95Tabela 15 – Orçamento Kit Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Tabela 16 – Orçamento Dispositivos de Proteção e Cabos . . . . . . . . . . . . . . 101

Lista de Siglas e Abreviaturas

3E-UEL Empresa de Engenharia Elétrica Júnior da UELa-Si Silício Amorfo HidrogenadoAintec Agência de Inovação TecnológicaANEEL Agência Nacional de Energia Elétricac-Si Silício CristalinoCA Corrente AlternadaCC Corrente ContínuaCdTe Telureto de CádmioCEPEL Centro de Pesquisa de Energia ElétricaCIGS Disseleneto de Cobre, Índio e GálioCIS Disseleneto de Cobre e ÍndioCONFAZ Conselho Nacional de Política FazendáriaCOPEL Companhia Paranaense de EnergiaCRESEB Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo BritoDPS Dispositivo de Proteção contra SurtosCOPEL Companhia Paranaense de EnergiaICMS Imposto sobre Circulação de Mercadorias e ServiçosIGBT Insulated Gate Bipolar TransistorMME Ministério de Minas e EnergiaMPPT Maximum Power Point TrackingMOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorNBR Norma Brasileira RegulamentarSIN Sistema Interligado NacionalSTC Standard Test ConditionsTRIAC Triode for Alternating CurrentUEL Universidade Estadual de LondrinaWp Watt-pico

Sumário

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.1.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.1.2 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.1 Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica . . . . . . . 33

2.2 Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede elétrica no Brasil . . 34

2.3 Inclinação e orientação dos módulos solares . . . . . . . . . . . 37

2.4 Cenário de Perdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1 Recurso Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1.1 Geometria Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.2 Efeito Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.3 Módulo Solar Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.3.1 Silício Cristalino (c-Si) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.3.2 Tecnologia de filmes finos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3.3 Silício Amorfo Hidrogenado (a-Si) . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3.4 Telureto de Cádmio (CdTe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.3.5 Disseleneto de Cobre, Índio e Gálio (CIS e CIGS) . . . . . . . 53

3.3.6 Curvas Características dos Módulos Fotovoltaicos . . . . . . . 54

3.3.7 Conexões Elétricas dos Módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3.8 Rastreadores Solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.4 Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.0.1 Caixas de Junção e Dispositivos de Proteção . . . . . . . . . . . . 61

4 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1 Descrição do Projeto Realizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . 64

4.2.1 Inclinação e Orientação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.2.2 Escolha do Módulo Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2.3 Equações utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.2.4 Escolha do Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.2.5 Condutores CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.2.6 Dispositivos de Proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.3 Perdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.4 Levantamento de Cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.5 Orçamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.1 Payback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

A DIAGRAMA UNIFILAR LADO CC . . . . . . . . . . . . . . . 85

B DIAGRAMA UNIFILAR LADO CA . . . . . . . . . . . . . . . 87

A – MANUAL CANADIAN CS6P-270P . . . . . . . . . . . . . 89

ANEXO B – MANUAL INVERSOR ABB TRIO-27.6-TL . . 91

ANEXO C – LEVANTAMENTODE CARGAS E CONSUMO

AINTEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

ANEXO D – ORÇAMENTO COBERTURA ESTACIONA-

MENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

ANEXO E – ORÇAMENTO KIT FOTOVOLTAICO . . . . . 99

ANEXO F – ORÇAMENTO DISPOSITIVOS DE PROTE-

ÇÃO E CABOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

27

1 Introdução

1.1 Introdução

O crescimento econômico de um país está vinculado ao potencial de energia disponível.A energia é a força essencial para todo o funcionamento de uma economia e o desenvol-vimento de uma sociedade. Com a crise do petróleo na década de 70, grande parte domundo, inclusive o Brasil passou por dificuldades econômicas e energéticas, uma vez queem sua matriz energética havia a predominância de derivados desse composto.

Nesse cenário, as fontes de energia renováveis tornaram-se uma ótima alternativa,adquirindo destaque nas políticas públicas no setor energético, visando à diminuição dadependência dos derivados de petróleo. Apesar disso, ao final de 2015, como pode serobservado na figura 1, as fontes não renováveis, como o petróleo, ainda ocupavam grandedestaque na matriz energética mundial, sendo responsáveis por 76, 3% da energia mundialproduzida. Entretanto, há de se ressaltar que esse número vem caindo ao longo dos anos.

Figura 1 – Participação das fontes renováveis de energia na matriz energética mundial em2015.

Fonte:(REN21, 2016)

O Brasil possui uma vasta gama de recursos naturais que podem ser utilizados paraa geração de energia elétrica. A água, utilizada nas hidrelétricas, é o principal. Essaalternativa, entretanto, vem sendo cada vez mais questionada com o passar dos anos,muito em virtude de seu alto custo de implantação acompanhado pelo seu elevado impactoambiental. A longa estiagem sofrida pelo Brasil recentemente, mostrou que a dependências

28 Capítulo 1. Introdução

desse tipo de geração pode ser perigosa, uma vez usinas hidrelétricas nem sempre sãocapazes de suprir a demanda energética brasileira, fazendo com que se recorra às usinastermoelétricas. Essas, fazem uso do carvão mineral, um combustível fóssil e uma fontenão renovável e não limpa, que causa um grande impacto ambiental, além de encarecer ocusto da energia, e afetar até mesmo setores como economia e emprego.

Esse contexto permitiu o desenvolvimento e expansão da geração de energia por meiode fontes alternativas, entre elas, a energia solar, gerada através de placas fotovoltaicas.

A tecnologia fotovoltaica usa materiais semicondutores como o silício para converterraios solares em eletricidade. O constante avanço desta tecnologia está proporcionando oaumento da capacidade de fornecimento de energia elétrica no mundo todo, permitindoque a energia solar fotovoltaica seja uma opção limpa, renovável, viável e com manutençãomínima. A energia solar fotovoltaica é agora, depois de hidráulica e eólica, a terceira maisimportante fonte de energia renovável em termos de capacidade instalada no mundo. Maisde 100 países a utilizam. No Brasil, entretanto, a energia solar representa menos de 1%da energia total produzida no país, como pode ser visto na figura 2 (ANEEL, 2017).

Figura 2 – Matriz de capacidade instalada de geração de energia elétrica do Brasil semimportação contratada.

Fonte:(MME, 2017)

Os sistemas de geração de energia fotovoltaicos são divididos em duas categorias:os sistemas conectados à rede (ON-Grid) e os sistemas isolados da rede, ou autônomos(OFF-Grid). O foco desse projeto será em sistemas conectados à rede.

Apesar da baixa representatividade da energia solar na matriz energética brasileira,sistemas conectados à rede estão em crescente expansão muito em virtude da aprovaçãoda normativa 482/2012 da ANEEL em 17 de Abril de 2012, e modificada pelas ResoluçõesNormativas ANEEL no 687/2015 e no 786/2017, que permite aos consumidores instalar

1.1. Introdução 29

geradores de pequeno porte em suas unidades consumidoras e utilizar o sistema elétricoda Copel para injetar o excedente de energia, que será convertido em crédito de energiaválido por 60 meses. Créditos, estes, que serão consumidos em situações em que o sistemanão produz energia suficiente para atender a demanda do estabelecimento, como à noite,ou em dias nebulosos (ANEEL, 2014).

A tabela da figura 3 mostra exatamente essa expansão ao comparar a energia geradaatravés de placas solares nos períodos de Agosto/2015 a Julho/2016 com Agosto/2016 aJulho/2017, no qual pode-se observar um notável avanço de 224, 4% na energia produzida.

Figura 3 – Matriz de produção de energia elétrica no SIN.

Fonte:(MME, 2017)

Como poder ser visto no mapa da figura 5, a região nordeste do Brasil possui um maiorpotencial de geração fotovoltaica quando comparada com o restante do país. Entretanto,a maior parte das instalações comerciais e residenciais desse tipo se encontram nos estadosda região sul e sudeste do Brasil, como mostra a figura 4. Esse fato, muito se deve aopoder de compra da população, maior nesses estados.

Em abril de 2015, o Convênio ICMS 16 do Conselho Nacional de Política Fazendária(CONFAZ) abriu a possibilidade dos estados isentarem a tributação do ICMS na eletri-cidade gerada pelo sistema fotovoltaico e injetada na rede de distribuição. Essa medidapermitiu diminuir o valor da conta de luz nas residências com placas solares. A participa-ção de cada estado é voluntária e deve ser manifestada de forma independente. O estadodo Paraná não aderiu a tal medida (COLAFERRO, 2017).

30 Capítulo 1. Introdução

Figura 4 – Número de instalações fotovoltaicas já realizadas por estado

Fonte:(COLAFERRO, 2017)

Figura 5 – Radiação solar média diária no Brasil

Fonte:(CEPEL, 2017.)

1.1.1 Motivação

A crescente demanda de energia e o crescente aumento de seu custo de geração cul-minou com o aumento pela procura de formas alternativas e mais baratas de geração deenergia. Entre elas, está a geração fotovoltaica, realizada através projetos de instalaçõesfotovoltaicas acopladas à edificações e conectadas à rede elétrica. A popularização de

1.1. Introdução 31

projetos desse cunho, muito ajudado pela resolução normativa no 482/2012 da ANEEL,serviu como principal motivação para a realização desse trabalho.

1.1.2 Justificativa

A principal razão ao se optar pelo uso de sistemas fotovoltaicos para geração de energiaé a redução do custo da produção de energia, associado ao fato de ser uma fonte limpa erenovável.

A energia mundial provém, ainda, majoritariamente de fontes não renováveis, e tem nopetróleo e carvão mineral suas principais matrizes. Por serem energias não limpas, váriasdiscussões tem sido levantadas, e o fato de serem finitas, coloca em cheque o futuro damatriz energética mundial. Porém, ao mesmo tempo, abre espaço para ideias alternativaspara geração energia, entre elas, a solar.

1.1.3 Objetivos

Levando em conta as situações mostradas acima, o projeto tem como objetivo principalconciliar fontes renováveis de energia com desenvolvimento tecnológico. Para isso, serárealizado o projeto de uma cobertura de estacionamento com placas fotovoltaicas em suasuperfície, o que irá proporcionar conforto às pessoas que utilizam o local através dasombra gerada, além de utilizar uma fonte sustentável para gerar energia, o que podepropiciar uma eventual auto-suficiência do prédio e uma provável economia de gastos comenergia.

33

2 Revisão BibliográficaSistemas fotovoltaicos são sistemas de geração de energia que utilizam o sol como

fonte primária de energia. É um sistema de geração descentralizada pelo fato de quediferentemente das grandes usinas geradoras onde se geram enormes quantidades de ener-gia numa região normalmente distante dos grandes centros consumidores, esses sistemasnormalmente tem suas unidades de consumo próximas à sua área.

2.1 Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elé-

trica

Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, também chamados de sistemas ON-GRID, ou GRID-TIE operam em paralelismo com a rede de eletricidade. Diferentementedos sistemas autônomos, os sistemas conectados são empregados em locais já atendidospor energia elétrica. Por não possuírem dispositivos de armazenamento de energia, todoo excedente de energia produzida pelo sistema é injetado na rede elétrica, ou no caso deusinas fotovoltaicas, toda a energia produzida.

Esse sistema é basicamente constituído por um conjunto de módulos fotovoltaicos,que irão gerar a energia, um grupo de inversores, que irão fazer a conversão CC-CA paraconexão à rede elétrica, além das caixas de junção e dispositivos de proteção e de mediçãoda energia produzida.

A figura 6 ilustra esse tipo de sistema.

Figura 6 – Representação de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica

Fonte: (SOLAR, s.n.)

A radiação proveniente do Sol incide nos módulos solares, onde terá início o efeitofotovoltaico e ocorrerá a geração da energia. Em seguida, a tensão, produzida em corrente

34 Capítulo 2. Revisão Bibliográfica

contínua, chegará ao inversor, que fará a conversão DC-AC e enviará a energia paracircuito residencial/comercial ou à rede elétrica.

O inversor, além de realizar a conversão CC-CA, tem como função também, controlara corrente a ser injetada na rede, de modo que tenha o formato senoidal e esteja sincroni-zada com a frequência da rede, além de atender os requisitos de operação impostos pelaconcessionária de energia.

Caso o prédio em questão utilize toda a energia produzida pelo sistema gerador, nãohaverá excedente para ser injetado na rede. Caso contrário, a energia passará por umrelógio bidimensional, localizado no padrão de entrada, que irá realizar a medição e obalanço da quantidade de energia que está sendo enviada para a rede.

Os dispositivos de proteção, como o próprio nome já diz, são utilizados para prote-ger e evitar qualquer tipo de dano no sistema gerador e no sistema elétrico do prédio.Geralmente são compostos de disjuntores e dispositivos contra surto (DPS).

2.2 Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede elétrica

no Brasil

Vários projetos desse cunho tem sido realizados no Brasil e se popularizado ao longodos últimos anos, o que serviu de motivação para a realização desse trabalho.

Em setembro de 1997 foi realizada a primeira instalação solar fotovoltaica integradaa uma edificação urbana e conectada à rede elétrica pública no Brasil. A construção emquestão se no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de SantaCatarina (UFSC), em Florianópolis, onde o LABSOLAR também opera uma estaçãosolarimétrica. O sistema gera, ao longo do ano, em média, aproximadamente 2,6MWh deenergia, o suficiente para suprir o consumo de uma família de quatro pessoas no mesmoperíodo. A instalação possui uma potência instalada de 2078 Wp, e é composta por 68módulos fotovoltaicos divididos em quatro subsistemas de aproximadamente 500 Wp cada(RÜTHER, 2004).

2.2. Sistemas Fotovoltaicos conectados à rede elétrica no Brasil 35

Figura 7 – Sistema fotovoltaico integrado ao Departamento de Engenharia Mecânica daUniversidade Federal de Santa Catarina em Florianópolis.

Fonte: (RÜTHER, 2004)

A Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) realizou um instalação semelhantee inaugurou, em agosto de 2015, um estacionamento com painéis solares, o maior do paísem geração de energia. O estacionamento está localizado no campus da Ilha do Fundão,com capacidade para 65 carros, ocupando 651,64 metros quadrados. No total são 414painéis solares fotovoltaicos, capazes de gerar 140 mil kWh por ano. O investimento doprojeto foi de R$ 1,6 milhões.

Segundo o Fundo Verde da UFRJ, essa energia é suficiente para abastecer até 70residências com consumo mensal médio de 167 KWh e com isso cerca de 70 toneladas dedióxido de carbono deixam de ser emitidas por ano na atmosfera, ajudando na reduçãodo aquecimento global.

A energia gerada pelos painéis instalados no estacionamento alimenta a rede da Light,que a distribui por todo o campus.


Figura 8 – Estacionamento com cobertura de painéis fotovoltaicos montado no estaciona-mento na Universidade Federal do Rio de Janeiro

Fonte:http://solarenergy.com.br

As tabelas 1 e 2 a seguir, retiradas de (CÂMARA, 2011), mostram as instalaçõesfotovoltaicas acopladas a edificações e conectadas à rede elétrica em operação no Brasilaté o ano de 2010.

Tabela 1 – Instalações fotovoltaicas conectadas à rede realizadas no Brasil de 1997 a 2003

Descrição do sistema Potência(kWp)

Ano deinstalação

1 LABSOLAR-UFSC (Prédio da Engenharia) 11,00 19972 LSF-IEE-USP (Lab. de Sistemas Fotovoltaicos) 0,75 19983 LABSOLAR-UFSC (Centro de Convivência) 1,10 20004 LSF-IEE-USP (Prédio Administração IEE) 6,30 20015 LABSOLAR-UFSC (Centro de Eventos) 10,24 20026 CEPEL (Bloco J) 16,32 20027 Intercâmbio Eletro Mecânico 3,30 20028 Grupo FAE-UFPE (Fernando de Noronha) 2,40 2002

9 CELESC (Florianópolis, Tubarão e Lages) (3 x 1,4)4,2 2003

10 LSF-IEE-USP (Lab. de Sistemas Fotovoltaicos) 6,00 2003Potência Total 61,61

Fonte: (CÂMARA, 2011)

2.3. Inclinação e orientação dos módulos solares 37

Tabela 2 – Instalações fotovoltaicas conectadas à rede realizadas no Brasil de 2004 a 2010

Descrição do sistema Potência(kWp)

Ano deinstalação

11 UFRGS (Prédio da Engenharia Mecânica) 4,8 200412 CEMIG (Laboratório de Sementes) 3,00 200413 LSF-IEE-USP (Estacionamento) 3,00 200414 Grupo FAE-UFPE (Recife-PE) 1,28 200515 Clínica Harmonia (SP) 0,90 200516 UFJF (Faculdade de Engenharia) 31,70 200617 CEMIG (CPEI - CEFET-MG) 3,24 200618 CEMIG (GREEN - PUC-MG) 2,05 200619 CEMIG (EFAP - Sete Lagoas-MG) 3,00 200620 Casa Eficiente - Eletrosul 2,30 200621 GREENPEACE (Sede São Paulo-SP) 2,80 200722 Grupo FAE-UFPE (Restaurante Lampião-PE) 1,50 200723 Residência particular (Recife-PE) 1,00 200724 GEDAE-UFPA 1,60 200725 LH2 - Unicamp 7,50 200726 Residência particular (São Paulo-SP) 2,90 200827 Solaris (Leme-SP) 1,04 200828 Zeppini (Motor Z) 2,40 200829 Zeppini (Fundação Estrela) 14,70 200830 Eletrosul (Estacionamento da Sede-SC) 12,00 200931 Tractebel (Hospital Universitário da UFSC) 2,00 200932 Tractebel (Colégio de Aplicação da UFSC) 2,00 200933 Tractebel (Aeroporto Hercílio Luz-SC) 2,00 200934 Eficiência Máxima Consultoria (Brumadinho-MG) 3,57 2010

Potência Total 112,28Fonte: (CÂMARA, 2011)

2.3 Inclinação e orientação dos módulos solares

Segundo (VILLALVA; GAZOLI, 2012), há duas orientações básicas que devem serseguidas para a correta instalação de um módulo solar:

1. Sempre que possível, orientar o módulo com sua face voltada para o norte geográfico,o que maximiza a produção média diária de energia;

2. Ajustar o ângulo de inclinação correto do módulo com relação ao solo para otimizara produção de energia ao longo do ano. Para isso, deve-se levar em conta a latitudegeográfica da localidade onde o sistema é instalado.

Explanando as orientações anteriormente ditas, a trajetória do Sol na abóboda celesteocorre sobre a linha do equador terrestre, com variações conforme as estações do ano.


Para quem encontra-se no hemisfério sul, essa trajetória é visualizada sempre ao norte.Por esse motivo, é imprescindível a orientação do módulo solar a essa direção. A figura 9ilustra esse fato.

Figura 9 – Movimento aparente do Sol observado a partir do hemisfério norte (esquerda)e sul (direita)

Fonte: (FOSTER; GHASSEMI; COTA, 2009)

Com relação à orientação número 2, o planeta Terra possui uma leve inclinação emseu eixo de 23,5oC, e somado ao fato de que a superfície do planeta é curva, temoscomo resultado a incidência não uniforme dos raios solares ao longo de sua superfície.Para compensar esse fato, é necessário encontrar um ângulo de inclinação de tal forma acaptação dos raios solares seja otimizada. Um ângulo com inclinação não ideal implicariano não total aproveitamento do recurso solar, conforme é mostrado na figura 10. O ânguloem questão depende da latitude em que se encontra o local de instalação do sistemafotovoltaico. Latitudes maiores implicam em ângulos de inclinação maiores.

Figura 10 – Demonstração do ângulo ótimo para inclinação de painéis solares

Fonte: (VILLALVA; GAZOLI, 2012)

2.4. Cenário de Perdas 39

2.4 Cenário de Perdas

As perdas em sistemas fotovoltaicos influenciam seu desempenho e são causadas porinúmeros fatores. Os principais são sombreamento, temperatura no módulo e desvio norendimento nominal do módulo devido à radiação, que não se mantém uniforme duranteo dia. Porém, outros fatores ainda devem ser levados em consideração, como por exemploperdas nos condutores, eficiência do inversor, mismatch no MPPT, diodos e conexões,degradação dos módulos e também sujeira nos mesmos.

(FOSTER; GHASSEMI; COTA, 2009) mostra a eficiência média de um sistema foto-voltaico através da tabela 3.

Tabela 3 – Eficiência média de componentes de um sistema fotovoltaico

Componente Eficiênciastring fotovoltaica 80 − 85%

Inversor 80 − 90%Cabeamento 97 − 98%

Desconexões e fusíveis 98 − 99%Eficiência total do sistema 60 − 75%

Fonte: (FOSTER; GHASSEMI; COTA, 2009)

(MIRANDA, 2014), no entanto, analisa as perdas de maneira diferente e mais espe-cífica, porém levando em conta os pontos principais apontados na tabela anterior. Oresultado é mostrado na tabela 4.

Tabela 4 – Perdas típicas em um sistema conectado à rede

Perda Valor Considerado Variações da perdaDesvio no rendimento nominal do móduloe da radiação de 1000W/m2 2,5% -5% a 10%Temperatura no módulo 3,5% -3% a 6%Perdas nos condutores do lado CC 2% 1% a 3%Perdas nos condutores do lado CA 1% 0,7% a 2%Eficiência do Inversor na conversão 1,5% 1% a 15%{Mismatch} no MPPT 2% 1,5% a 3%Sombreamento 0% 0% a 100%Diodos e Conexões 0,5% 0,3% a 1%Transformadores (como os de isolamento noinversor, por exemplo) 2% 2% a 4%Sistema {Solar-Tracking} 0% 0% a 2%Degradação na incidência solar inicial 1% 1% a 10%Indisponibilidade do sistema 0% 0% a 0,5%Sujeira nos módulos 2% 2% a 25%Total de perdas 18%

Fonte: (MIRANDA, 2014)


Deve-se ainda considerar as perdas de degradação dos paineis. Segundo (JORDAN;KURTZ, 2013), estima-se um decaimento médio anual de 0,8% na eficiência de células desilício cristalino

Outro ponto muito importante há de ser levado em consideração quando se trata dacorreta inclinação e orientação dos painéis fotovoltaicos, a questão arquitetônica. Nagrande maioria dos casos, os painéis são instalados de acordo com a fachada dos estabe-lecimentos, o que nem sempre obedece as orientações listadas anteriormente, resultandono não total aproveitamento do recurso solar. A figura 11 mostra a disponibilidade deenergia em uma superfície com inclinação e orientação variada, tendo como base a cidadede São Paulo.

Figura 11 – Relação entre a disponibilidade de energia em uma superfície com orientaçãoqualquer e em uma superfície com 23, 5o de inclinação para a cidade de SãoPaulo

Fonte: (ALMEIDA, 2012)

Como São Paulo possui latitude de valor aproximadamente 23oS, é possível observarque o maior aproveitamento da energia solar se dá com o módulo inclinado entre 15o e30o e com sua face orientada para o norte. Já com o módulo orientado para o sul, pode-seconstatar que seu aproveitamento cai drasticamente.

2.4. Cenário de Perdas 41

Assim, pode-se afirmar que apesar de todos os dados colhidos e obtidos referentes àsperdas, para uma melhor análise, é necessário sempre levar em consideração a realidadedo local onde será instalado o sistema.

43

3 Fundamentação Teórica

3.1 Recurso Solar

O Sol é a principal fonte de energia para o planeta Terra. Além de ser imprescindívelpara a vida, possui um grande potencial energético, através de sua radiação, que pode sercaptada e convertida em outras formas de energia.

O Sol, tal como outras estrelas, consiste uma esfera de plasma e gás que se encontra emequilíbrio hidrostático entre as duas forças principais que agem em seu interior, a pressãotermodinâmica e a força gravitacional. Suas camadas são mostradas na figura 12.

Figura 12 – Estrutura de camadas solar

Fonte:(SARAIVA; FILHO, 2011)

O núcleo é onde ocorrem as reações termonucleares, gerando energia através da fusãonuclear, convertendo hidrogênio em hélio sob uma temperatura de cerca de 15 milhõesde Kelvin. Logo acima, localiza-se a zona radioativa, onde a energia produzida no núcleoé transferida para as regiões superiores através da radiação. A zona convectiva é ondeocorrem os processos de convecção responsáveis pelo transporte de energia das regiões maisinternas do Sol para sua superfície. A fotosfera, com 330 km de espessura e temperaturade aproximadamente 5800 K, é a camada visível do Sol e fonte da maior parte da radiaçãoemitida pelo mesmo. A cromosfera normalmente não é visível, devido à sua intensidade

44 Capítulo 3. Fundamentação Teórica

de irradiação, que é muito mais baixa se comparada com a da fotosfera. Sua altura éde aproximadamente 2500 Km e sua temperatura varia de 4300 K a 40000 K (PINHO;GALDINO, 2014). O entendimento dos termos radiação, irradiância e insolação é essencialpara relacionar o recurso solar com a geração de energia fotovoltaica, e por isso, serãoexplanados a seguir. Radiação solar é entendida como a energia radiante emitida pelosol sob a forma de radiação eletromagnética em várias frequências de onda. Irradiânciaé a grandeza relacionada à quantidade de radiação solar incidente em 1m2, tendo seuápice no meio dia solar. A insolação, por fim, é a irradiância solar que atinge a áreade 1m2 no período de 1 hora. Nem toda luz solar que chega à superfície terrestre éabsorvida, uma parte é refletida. A intensidade da radiação que incide sobre a superfíciedepende dos meios que ela atravessa, como por exemplo as massas de ar, e da distânciapercorrida. Distância essa, que depende do ângulo de incidência do sol em relação àsuperfície, portanto, varia de acordo com o horário e as estações do ano.

Por meio de observações, foi possível a elaboração do diagrama de fluxo de potênciaglobal, mostrado na figura 13, que mostra o valor da irradiância solar média incidenteno topo da atmosfera ao longo de 24 horas. Segundo esse diagrama, cerca de 54% dairradiância solar incide na atmosfera, sendo 7% refletida e 47% absorvida. Os outros 46%são absorvidos ou refletidos diretamente na atmosfera (PINHO; GALDINO, 2014).

Figura 13 – Fluxo global de potência (em W/m2)

Fonte: (PINHO; GALDINO, 2014)

A irradiância média anual que incide no topo da atmosfera terrestre recebe o nomede "constante solar"e vale 1.367 W/m2. Considerando que o raio médio da Terra é 6.371Km, e utilizando a constante solar, conclui-se que a potência total disponibilizada pelo

3.1. Recurso Solar 45

Sol à Terra, no topo da atmosfera, é de aproximadamente 174 mil terawatts (PINHO;GALDINO, 2014).

A radiação solar que chega à superfície da Terra é constituída de 2 tipos: a radiaçãodifusa e a direta, mostrada na figura 14. A primeira é proveniente de todas as direçõese dispersada pelas moléculas persentes na atmosfera. Já a segunda é aquela provenientediretamente do Sol (PINHO; GALDINO, 2014).

Figura 14 – Componentes da radiação solar

Fonte:(PINHO; GALDINO, 2014)

3.1.1 Geometria Solar

A terra realiza um movimento anual ao redor do Sol, chamado de translação, e tambémao redor do seu próprio eixo, chamado de rotação.

O movimento de translação dura 365,25 dias. Pinho e Galdino (2014) o descrevemcomo uma trajetória elíptica com uma pequena excentricidade (ε ≈ 0, 017), e com umainclinação de seu eixo de aproximadamente 23,45o. Essa inclinação, juntamente com seumovimento de translação, dá origem às estações do ano, como mostra a figura 15.


Figura 15 – Órbita da Terra ao redor do Sol indicando as estações do ano


Devido à existência do ângulo de inclinação solar, o Sol descreve uma trajetória cominclinação diferente em cada dia do ano. A posição do Sol é definida pelos ângulosazimutal, zenital e da altura solar, como é mostrado na figura 16.

Figura 16 – Posição do Sol em relação ao plano horizontal


O ângulo zenital ou zênite (θz) é o ângulo formado entre os raios de do Sol e a verticallocal (PINHO; GALDINO, 2014).

A altura solar (α) é o ângulo compreendido entre os raios de Sol e a projeção dosmesmos sobre o plano horizontal (PINHO; GALDINO, 2014).

Uma análise rápida, comprova que os ângulos mencionados acima são complementares(θz + α = 90o) (PINHO; GALDINO, 2014).

3.2. Efeito Fotovoltaico 47

O ângulo azimutal do Sol ou azimute solar (γs) é o ângulo entre a projeção dos raiossolares no plano horizontal e a direção Norte-Sul no plano horizontal (PINHO; GALDINO,2014).

Quando se trata de superfícies inclinadas em relação ao plano horizontal, alguns ân-gulos a mais são levados em consideração para um melhor estudo da posição solar, comoé mostrado na figura 17.

Figura 17 – Posição do Sol em relação ao plano horizontal


O ângulo azimutal da superfície (γ) é o ângulo entre a projeção normal à superfícieno plano horizontal e a direção Norte-Sul, sendo nulo quando o sol se encontra acima dalinha horizontal, situação chamada de meio-dia solar. (PINHO; GALDINO, 2014).

A inclinação de superfície de captação (β) é o ângulo entre o plano da superfície emquestão e o plano horizontal (PINHO; GALDINO, 2014).

Por fim, o ângulo de incidência (θ) é o ângulo formado entre os raios de Sol e a normalà superfície de captação (PINHO; GALDINO, 2014).

3.2 Efeito Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico é o fenômeno físico que permite a conversão direta da luz emeletricidade. Esse fenômeno ocorre quando a luz, ou a radiação eletromagnética do Sol,incide sobre uma célula composta de materiais semicondutores, que se caracterizam pelapresença de bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (banda de valência)e de outra totalmente vazia (banda de condução).

A separação entre as duas bandas de energia permitidas dos materiais semicondutoresé denominada banda proibida (bandgap, ou gap) e pode atingir até 3 eV, diferenciando


estes materiais dos materiais considerados isolantes, onde a banda proibida supera estevalor, como é mostrado na figura 18 (PINHO; GALDINO, 2014).

Figura 18 – Estrutura das bandas de energia em (a) condutores, (b) semicondutores e (c)isolantes.


Segundo Câmara (2011), o semicondutor mais usado é o silício. Seus átomos se ca-racterizam por possuírem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma redecristalina. Se o material for dopado com elementos como o fósforo, que possui 5 elétronsde ligação, haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficaráligado fracamente a seu átomo de origem. Isto faz com que, com pouca energia térmica,este elétron se livre, indo para a banda de condução. Diz-se assim, que o fósforo é umdopante doador de elétrons e denomina-se dopante tipo n.

Porém, caso o material seja dopado com elementos que possuem apenas três elétronsde ligação, como o boro, haverá falta de um elétron para satisfazer as ligações com osátomos de silício da rede. Esta falta de elétron é denominada lacuna. Com pouca energiatérmica, um elétron de uma região vizinha pode passar a ocupar esta posição, fazendo comque a lacuna se desloque. Diz-se portanto, que o boro é um dopante tipo p (CÂMARA,2011).

Se, partindo de um silício puro, forem introduzidos átomos de boro em uma metade e defósforo na outra, será formado o que se chama junção pn. O que ocorre nesta junção é queelétrons livres do lado n passam ao lado p onde encontram os buracos que os capturam.Isto faz com que haja um acúmulo de elétrons no lado p, tornando-o negativamentecarregado e uma redução de elétrons do lado n, que o torna eletricamente positivo. Estascargas aprisionadas dão origem a um campo elétrico que dificulta a passagem de maiselétrons do lado n para o lado p. Este processo alcança um equilíbrio quando o campoelétrico forma uma barreira capaz de barrar os elétrons livres remanescentes no lado n(CÂMARA, 2011).

Se uma junção pn for exposta a fótons com energia maior que o gap, ocorrerá a geraçãode pares elétron-lacuna. Quando isso ocorre na região onde o campo elétrico é diferente de

3.3. Módulo Solar Fotovoltaico 49

zero, as cargas se deslocam, gerando assim, uma diferença de potencial nas extremidadesdo semicondutor. Se estas extremidades forem conectadas entre si, haverá circulação deelétrons, caracterizando uma corrente elétrica. Esta é a base do funcionamento das célulasfotovoltaicas, que é mostrado na figura 19 (CÂMARA, 2011).

Figura 19 – Representação do efeito fotovoltaico

Fonte:(CÂMARA, 2011)

3.3 Módulo Solar Fotovoltaico

Em qualquer instalação solar fotovoltaica o módulo é a célula básica do sistema gera-dor. A quantidade de módulos conectados em série irá determinar a tensão de operaçãodo sistema em CC. A corrente do gerador solar é definida pela conexão em paralelo depainéis individuais ou de strings (conjunto de módulos conectados em série). A potênciainstalada, normalmente especificada em CC, é dada pela soma da potência nominal dosmódulos individuais.

Sua unidade característica é o Watt-pico, que é a potência gerada pelo painel quandosubmetido as condições padronizadas de teste STC (Standard Test Conditions). A STCconsidera temperatura da célula de 25oC, espectro de massa de ar 1, 5, irradiação solarpadronizada de 1000W/2 (que pode ser considerada a irradiação ao meio-dia de um diaclaro e quente) (VILLALVA; GAZOLI, 2012).

Retomando o que foi dito anteriormente, a utilização de materiais semicondutores é defundamental importância para a realização do efeito fotovoltaico e a consequente geraçãode energia.


Dentre os diversos semicondutores utilizados para a produção de células fotovoltaicas,os mais requisitados são o silício cristalino (c-Si), o silício amorfo hidrogenado (a-Si); otelureto de cádmio (CdTe) e os compostos relacionados ao disseleneto de cobre e índio(CuInSe2 ou CIS e Cu(InGa)Se2 ou CIGS).

3.3.1 Silício Cristalino (c-Si)

Por ser um material robusto, confiável e eficiente, o silício cristalino é a tecnologiafotovoltaica mais tradicional e mais produzida comercialmente. No entanto, o custo deprodução destes módulos solares é bastante elevado e as possibilidades de reduzi-los jáforam praticamente esgotadas. Razão pela qual, essa tecnologia é considerada inviávelquando comparada com outras formas de geração de energia em larga escala.

O silício utilizado na produção das células podem ser de dois tipos, monocristalino(m-Si) ou policristalino (p-Si) e são mostrados na figura 20 a seguir.

Figura 20 – Módulos fotovoltaicos utilizando c-Si


O silício monocristalino é obtido a partir de um banho de silício fundido de altapureza (na ordem de 99,99%) em reatores sob atmosfera controlada e com velocidadesde crescimento do cristal extremamente lentas e temperaturas na ordem de 1400oC. Oconsumo de energia neste processo é extremamente intenso e o chamado energy pay-backtime (tempo necessário para que o módulo gere energia equivalente à utilizada em suafabricação) é superior a dois anos, dependendo dos níveis de radiação solar do local ondeos módulos forem instalados (RÜTHER, 2004).

O silício policristalino, por sua vez, apresenta menor eficiência de conversão, porémcom um custo mais baixo de produção, já que a pureza é menor se comparado m-Si e


o processamento mais simples. O material de partida é o mesmo que para o m-Si, queé fundido e posteriormente solidificado direcionalmente, o que resulta em um bloco comgrande quantidade de grãos ou cristais, no contorno dos quais se concentram os defeitosque tornam este material menos eficiente (RÜTHER, 2004).

Mesmo com um eficiência menor, a tecnologia p-Si tem visto sua participação crescerno mercado fotovoltaico e cada vez mais inovações são criadas para facilitar e diversificarseu uso, como por exemplo as fitas ou tiras fotovoltaicas, produzidas com tecnologia p-Sia partir de um banho líquido de silício sem a necessidade de seu fatiamento em lâminas(RÜTHER, 2004).

3.3.2 Tecnologia de filmes finos

Segundo (PINHO; GALDINO, 2014), no ano de 2014, aproximadamente 12% da pro-dução mundial correspondem a dispositivos fotovoltaicos de filmes finos. A alta absorçãoóptica destes materiais, se comparados com com o c-Si permite fabricar células fotovol-taicas bastante finas, nas quais camadas de poucos micrômetros de diferentes materiaissemicondutores são depositadas sucessivamente sobre superfícies rígidas ou flexíveis. As-sim, o consumo de energia e de materiais semicondutores é reduzido, resultando em custosmenores. Além disso, as células de filmes finos não ficam restritos aos formatos das célulasde c-Si (quadriláteros) e surge a possibilidade de serem usadas em superfícies amplas eaté flexíveis, o que amplia o espectro de aplicações em arquitetura ou em equipamentosportáteis, como calculadoras e relógios. Ao contrário das células de silício cristalino, ondeprimeiro se produz a lâmina de silício, depois a célula e finalmente o módulo, nos disposi-tivos de filmes finos todo o processo está integrado. Dentre os materiais mais usados estãoo silício amorfo hidrogenado (a-Si), o disseleneto de cobre e índio (CIS) ou disseleneto decobre, índio e gálio (CIGS) e o telureto de cádmio (CdTe).

Os módulos de filmes finos são denominados por alguns autores de módulos fotovol-taicos de segunda geração, enquanto os de c-Si são ditos de primeira geração (PINHO;GALDINO, 2014).

3.3.3 Silício Amorfo Hidrogenado (a-Si)

No início dos anos 80 o a-Si era visto como a única tecnologia fotovoltaica em filmesfinos comercialmente viável e despontou como tecnologia ideal para aplicação em calcula-doras, relógios e outros produtos onde o consumo elétrico é baixo. Além disso, tais célulasse mostraram extremamente eficientes sob iluminação artificial, com eficiência nestes casossuperior à do c-Si (RÜTHER, 2004).


Os processos de produção de a-Si ocorrem a temperaturas relativamente baixas (<300oC), em processos a plasma, que gera um produto mais flexível, inquebrável, leve ecom superfícies curvas, tornando sua utilização mais versátil possibilitando que sejamdepositados sobre substratos de baixo custo, como vidro, aço inox e plástico (RÜTHER,2004).

Por ser mais flexível, conforme mostra a figura 21, o a-Si tem sido bastante utilizadoem aplicações arquitetônicas, podendo cobrir telhados e fachadas. Além disso, por seraplicável a substratos mais baratos, como o vidro e o inox, o processo de produção do émais barato comparado ao c-Si, podendo haver um retorno de sua produção com um anode geração da célula (RÜTHER, 2004).

Outro aspecto importante desta tecnologia é que o aumento da temperatura ambientenão gera perdas na performance dos módulos fotovoltaicos, uma vantagem para países declima mais quente como o Brasil (RÜTHER, 2004).

Figura 21 – Módulos fotovoltaicos utilizando a-Si


3.3.4 Telureto de Cádmio (CdTe)

Outra tecnologia alternativa recente de filmes finos é o Telureto de Cádmio (CdTe).Por apresentar um grande apelo estético (um tom mais escuro se comparado ao c-si),vem sendo bastante utilizado em aplicações arquitetônicas, como mostra a figura 22(RÜTHER, 2004).


Figura 22 – Módulos fotovoltaicos utilizando CdTe


O CdTe ainda possui uma eficiência de geração de energia maior que o a-Si e custosde produção menores se comparados ao c-Si. Porém, a relativamente baixa abundânciados elementos envolvidos e sua maior toxicidade são fatores que impedem a popularizaçãodesse tipo de tecnologia (RÜTHER, 2004).

3.3.5 Disseleneto de Cobre, Índio e Gálio (CIS e CIGS)

Apesar de possuírem eficiências relativamente elevadas e potencial para aplicaçõesarquitetônicas, os painéis de CIS e CIGS enfrentam os mesmos problemas do CdTe, apouca abundância dos elementos envolvidos e a toxicidade dos mesmos.

Dentre os filmes finos disponíveis comercialmente, os módulos de CIGS são os queapresentam o melhor rendimento, razão pela qual várias empresas vêm investindo nestatecnologia (RÜTHER, 2004).

A tabela 5 a seguir compara a eficiência de diversas tecnologias de células fotovoltaicas.


Tabela 5 – Comparação de eficiência das tecnologias de células fotovoltaicas

Material EficiênciaMáximaTeórica Em laboratório Produção

em sérieSilício Mono 24,7% 18% 14%Silício Poli 19,8% 15% 13%Silício Amorfo 15% 10,5% 7,5%CIGS 18,8% 14% 10%CdTe 16,4% 10% 9%

Fonte: (SOUZA, 2017)

3.3.6 Curvas Características dos Módulos Fotovoltaicos

Módulos fotovoltaicos não se comportam como uma fonte elétrica convencional, poisnão apresentam uma tensão de saída constante em seus terminais. A tensão elétricadepende de sua corrente e vice-versa.

O ponto de operação de um módulo fotovoltaico depende do que está conectado aosseus terminais. Se conectarmos um aparelho que demanda muita corrente, a tensão desaída do módulo tenderá a cair. Por outro lado, se conectarmos uma carga que demandapouca corrente, a tensão do módulo será mais elevada, tendendo à tensão de circuitoaberto (tensão máxima do módulo).

A figura 23 a seguir mostra a relação entra a tensão e a corrente de saída de ummódulo (curva I-V ), bem como a variação da potência em função da tensão do módulo(curva P-V ) em um módulo de silício cristalino.

Figura 23 – Curvas I-V e P-V de uma célula fotovoltaica de silício cristalino



Cinco pontos de destacam na figura anterior:

• ISC : a corrente de curto circuito;

• VOC : a tensão de circuito aberto, que é aquela medida quando não existe nadaconectada ao módulo. É a máxima tensão que o módulo pode fornecer;

• PMP : ponto de máxima potência. É o valor na qual o módulo fornece a potênciamáxima e onde o módulo deve operar;

• IMP : valor da corrente quando o módulo está operando em seu ponto de máximapotência;

• VOC : tensão de operação quando o módulo se encontra em seu ponto de máximapotência.

Dispositivos fotovoltaicos podem ser associados em série e/ou paralelo, de forma aobter corrente e tensão desejados. Na conexão em série, o terminal positivo de um dis-positivo é conectado ao terminal negativo do outro dispositivo, e assim, por diante. Paradispositivos idênticos e submetidos à mesma irradiância, quando a ligação é em série,as tensões são somadas e a corrente elétrica não é afetada. Na associação em paralelo,os terminais positivos são interligados entre si, assim como os terminais negativos. Ascorrentes elétricas são somadas, e a tensão permanece inalterada.

A figura 24 a seguir mostra o comportamento das curvas I-V de duas células fotovol-taicas de silício cristalino para essas conexões.


Figura 24 – Curvas I-V de duas células fotovoltaicas de silício cristalino quando conecta-das (a) em série e (b) em paralelo


Quando os módulos são conectados em série e depois em paralelo, tem-se a soma, tantoda tensão de saída quanto da corrente fornecida, resultando em uma maior potência.

Fatores naturais também interferem no funcionamento dos módulos, como a radiaçãosolar e a temperatura.

Segundo (VILLALVA; GAZOLI, 2012), a corrente elétrica que o módulo fotovoltaicopode fornecer depende diretamente da intensidade da radiação solar que incide sobre suascélulas. Com uma irradiância solar de 1000W/m2, o módulo é capaz de fornecer a correntemáxima especificada em seu catálogo (na temperatura de 25oC).

Essa corrente aumenta linearmente com o aumento da irradiância solar incidente,enquanto a tensão de circuito aberto aumenta de forma logarítmica. Com pouca luz,a corrente fornecida pelo módulo é muito pequena e sua capacidade de gerar energia é


severamente reduzida, conforme ilustra a figura 25.

Figura 25 – Influência da radiância solar na curva I-V de uma célula fotovoltaica de silíciocristalino na temperatura de 25oC


Segundo (PINHO; GALDINO, 2014), o aumento da irradiância incidente e/ou da tem-peratura ambiente produz um aumento da temperatura da célula, que como consequência,reduz sua eficiência. Isso se deve ao fato de que a tensão da célula diminui significati-vamente com o aumento da temperatura, enquanto que sua corrente sofre uma elevaçãomuito pequena, quase desprezível, que não compensa a perda causada pela diminuição datensão. A figura 26 a seguir ilustra esse efeito.

Figura 26 – Influência da temperatura na curva I-V de uma célula fotovoltaica de silíciocristalino para irradiância de 1000W/m2



3.3.7 Conexões Elétricas dos Módulos

Os módulos fotovoltaicos comerciais apresentam uma caixa de conexões, geralmentedenominada caixa de junção, em sua parte traseira, conforme ilustra a figura 27.

A caixa de junção recebe os terminais das conexões elétricas das células fotovoltaicase aloja os diodos bypass, que têm como função evitar a queda na eficiência do módulo emcaso de um possível sombreamento.

Figura 27 – Caixa de junção de um módulo fotovoltaico

Fonte: NBJH

Os conectores utilizados para interligar um módulo ao outro são conhecidos como MC4e foram desenvolvidos e patenteados pela empresa alemã Multi-Contact para utilizaçãoem sistemas fotovoltaicos. A figura 28 representa este tipo de conector.

Figura 28 – Conectores MC4

Fonte: Sol Energy


3.3.8 Rastreadores Solares

Rastreadores Solares são dispositivos que seguem o curso do Sol de leste para oestedurante o dia e sempre buscam manter os painéis fotovoltaicos orientados diretamentepara os raios solares, regulando o ângulo entre o raio de incidência e o painel em 90o, deforma a maximizar a energia solar incidente, e consequentemente, aumentar a eficiênciado mesmo, bem como a energia elétrica gerada na saída. Segundo (VIEIRA et al., 2014),esse tipo de dispositivo pode aumentar de 30 a 40% a produção de eletricidade.

Podem ser classificados em quatro tipos, quanto ao número de eixos rotativos, à es-tratégia de rastreamento, ao tipo de estrutura utilizada, e quanto ao tipo de controle(VIEIRA et al., 2014).

Por ainda ser uma tecnologia cara e trabalhosa, ela não é viável e não será utilizadaneste trabalho. Por isso, nos atentaremos somente ao primeiro tipo de classificação.

De forma resumida, quanto ao número de eixos rotativos, os dispositivos seguidoresdo sol podem ser de eixo simples ou duplo. Nos eixos simples, os painéis se movimen-tam apenas na direção leste-oeste. Já os rastreadores de eixo duplo apresentam doiseixos de movimentação, que além de acompanhar o curso do sol no sentido leste-oeste,acompanham também sua altura no céu (VIEIRA et al., 2014).

(TREVELIN et al., 2014) mostra um estudo realizado com o intuito de comprovara verdadeira eficiência dos rastreadores solares se comparado ao painéis solares fixos. Odesempenho de cada sistema foi comparado sobrepondo os gráficos da potência entreguepelo painel em cada caso. O resultado é mostrado na figura 29.

Figura 29 – Comparativo de entrega de potência de painéis fotovoltaicos utilizando téc-nicas de rastreamento

(TREVELIN et al., 2014)


3.4 Inversor

Como já é sabido, módulos solares fotovoltaicos geram energia em corrente contínua.Por esse motivo é necessário o uso de um equipamento eletrônico conhecido como inversor,para que se obtenha tensão em corrente alternada com as características (frequência,conteúdo de harmônicos, forma de onda) necessárias para satisfazer as condições impostaspela rede elétrica pública e possibilitar assim, a interconexão à rede.

Inversores são basicamente compostos por dispositivos eletrônicos de chaveamento, taiscomo TRIACs, MOSFETs e IGBTs que tem como função quebrar a corrente contínua empulsos, gerando uma corrente alternada. A figura 30 mostra como exemplo, três inversoresda marca SMA em operação em um sistema fotovoltaico.

Figura 30 – Inversores da marca SMA em funcionamento

Fonte: (JÚNIOR, 2004)

Dependendo do princípio de operação, os inversores podem ser divididos em dois gran-des grupos: comutados pela rede (comutação natural) e autocomutados (comutação for-çada).

Rüther (2004) e (COSTA, 2010) explicam a diferença entre os dois tipos, dizendo queno primeiro, o sinal da rede é utilizado para sincronizar o inversor com a mesma, e nosegundo, um circuito eletrônico no inversor controla e sincroniza o sinal do inversor aosinal da rede. Os comutados pela rede possuem um alto teor de harmônicos devido àpresença de tiristores, levando a um alto consumo de potência reativa ao sistema. Já,os autocomutados são mais modernos e mais complexos, pois utilizam modulações porlargura de pulso (PWM) através dos MOSFETs e IGBTs.

3.4. Inversor 61

Dois pontos importantes a serem considerados quando se trata de inversores são aeficiência e a qualidade da energia gerada pelo mesmo. Com relação à eficiência, Rüther(2004) diz que um diferencial de 1% na eficiência do inversor pode resultar 10% a maisem energia gerada ao longo de um ano, e que a eficiência máxima não coincide coma potência máxima, sugerindo a utilização de um conjunto de módulos com potênciatotal inferior à potência máxima do inversor para um melhor aproveitamento. Sobre aqualidade de energia, o inversor deve controlar o conteúdo de harmônicos, que deve serbaixo o suficiente para proteger tanto as cargas quanto os equipamentos da rede elétrica,de modo que a forma da onda e o fator de potência devem estar dentro dos níveis aceitáveispela concessionária elétrica.

Dentre os vários recursos e funções dos inversores, dois merecem destaque, as entradasMPPT e a detecção de ilhamento. Todos os inversores para conexão à rede possuem entra-das MPPT (Maximum Power Point Tracking, em inglês) que fazem com que maximizema potência fornecida pelos módulos fotovoltaicos, fazendo-os operar constantemente emseu ponto de máxima potência, independentemente das condições de operação, proporci-onando o maior rendimento possível do sistema.

A detecção de ilhamento, ou anti-ilhamento (anti-islanding), é uma função necessáriae obrigatória em inversores utilizados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica,que impede a saída de energia por parte do sistema de geração quando a rede está sendosubmetida a manutenção, evitando eventuais acidentes aos operadores.

3.4.0.1 Caixas de Junção e Dispositivos de Proteção

Caixas de junção, ou string boxes, são quadros elétricos com função de armazenar eproteger as conexões dos módulos fotovoltaicos e os dispositivos de proteção usados noscircuitos. A figura 31 ilustra esse equipamento.


Figura 31 – String box com dispositivos de proteção

Fonte: Energybio (s.n.)

Os dispositivos de proteção comumente utilizados nesse tipo de instalação são os dis-positivos de proteção contra surto (DPS) e disjuntores, tanto para a parte CA quantopara a parte CC do circuito.

63

4 Desenvolvimento

4.1 Descrição do Projeto Realizado

A princípio, foram elencados vários possíveis locais no campus da Universidade Es-tadual de Londrina onde poderia ser implementado o projeto. Foram analisadas carac-terísticas desses locais, como área e possíveis pontos de sombreamento. Assim, o localescolhido foi o estacionamento da Agência de Inovação Tecnológica (Aintec), mostradona figura 32, por apresentar uma área não muito grande (uma área muito extensa trariadificuldades desnecessárias), além, claro, de não possuir cobertura no estacionamento eárvores ao redor do mesmo (um dos poucos estacionamentos da Universidade que não opossui). Ainda foi considerado o fato positivo que traria para a Universidade possuir umaagência de tecnologia gerando energia através de painéis fotovoltaicos. Serão observadosdados cruciais como insolação e sombreamento para o projeto das placas e o melhor posi-cionamento das mesmas, sempre tendo em vista a utilização de materiais que possuem omelhor custo-benefício. Será ainda levantado o custo dos materiais de construção utiliza-dos para a cobertura do estacionamento. Todo o projeto estará de acordo com as normasde segurança. Por fim, será a feita a documentação do mesmo e a conclusão da viabilidadede sua execução e instalação.

Figura 32 – Estacionamento Aintec UEL

Fonte: Próprio autor

64 Capítulo 4. Desenvolvimento

4.2 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico

O foco desta pesquisa é o estudo da implantação do sistema de um sistema de geraçãofotovoltaica conectado à rede elétrica, sendo que como resultado obteve-se como o dimen-sionamento do sistema de acordo com as normas da NBR 16274 e NBR 16150 (que dizemrespeito a esse tipo de sistema) além da avaliação dos custos dos materiais.

4.2.1 Inclinação e Orientação

Conforme visto, no capítulo 2, o correto dimensionamento de um projeto fotovoltaico énecessário levar em consideração o potencial solar do local de instalação, além de inclinare orientar o módulo solar na posição correta.

Pelo GOOGLE MAPS, observa-se que as coordenadas geográficas da Aintec são de-terminadas pela latitude 23o19′24.1”S e 51o12′27.3”W. Porém, como a Agência se localizano município de Londrina, serão utilizados os dados solares referente à cidade.

O índice de insolação da cidade pode ser obtido de forma gratuita e confiável atravésda base dados do software SunData, disponibilizada pelo site do CRESEB (Centro deReferência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito). A partir destes dados, obtém-seo valor de irradiação solar diária média mensal é de 5, 07kWh/m2 · dia com um painelinclinado em 23oN.

Lembrando que essa inclinação é em relação ao plano horizontal.

O quadro mostrado na figura 33 contém os dados de insolação solar média ao longodos meses obtidos pelo site, e a figura 34 ilustra graficamente esses dados.

Figura 33 – Irradiação Solar no plano inclinado - Londrina, PR

Fonte: (CRESESB, 2017.)

4.2. Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico 65

Figura 34 – Gráfico da Irradiação Solar no plano inclinado - Londrina, PR

Fonte: (CRESESB, 2017.)

A Tabela 6, retirada de (VILLALVA; GAZOLI, 2012), mostra o ângulo de instalaçãorecomendado para painéis fotovoltaicos de acordo com a latitude da localização.

Tabela 6 – Escolha do ângulo de inclinação do módulo

Latitude geográfica do local Ângulo de inclinação recomendado0o a 10o α = 10o

11o a 20o α = latitude21o a 30o α = latitude + 5o

31o a 40o α = latitude + 10o

41o ou mais α = latitude + 15o

Fonte: (VILLALVA; GAZOLI, 2012)

De acordo com a tabela 6, para latitudes entre 21o e 30o, que é o caso de Londrina, oângulo de inclinação recomendado é:

α = latitude+ 5o, (4.1)

onde α é o ângulo de inclinação recomendado.Portanto, o ângulo de inclinação recomendado é de 28o (23o + 5o).Com relação à orientação do módulo, como a cidade de Londrina está localizada no

hemisfério Sul, a melhor maneira de instalá-lo é orientá-lo com sua face voltada para onorte geográfico. Essa orientação melhora o aproveitamento da luz solar ao longo do dia,pois há a incidência de raios solares sobre o módulo durante todo o dia, com valor máximoao meio-dia solar (VILLALVA; GAZOLI, 2012).

O norte geográfico pode ser encontrado com a ajuda de uma simples bússola. Esteinstrumento porém, aponta para o norte magnético, que raramente condiz com o nortegeográfico do planeta. Para contornar esse problema, é necessário somar um ângulo decorreção ao ângulo encontrado na leitura da bússola.


Este ângulo varia com a localização geográfica e com o tempo. O mapa da figura 35 aseguir mostra os ângulos médios de correção a serem utilizados para os estados brasileiros.

Figura 35 – Mapa de ângulos de correção para encontrar o norte geográfico

Fonte:(ROSA; SANTOS, 2016)

Como é possível observar, o ângulo de correção para o estado do Paraná é de 16o. Ouseja, é deve-se somar 16o ao ângulo apontado pela bússola para que se possa encontraro norte geográfico. É interessante mencionar que os valores mostrados no mapa sãovalores médios. Para aquisição de valores mais acurados, se faz necessário um estudomais aprofundado, levando em conta o local da instalação.

4.2.2 Escolha do Módulo Fotovoltaico

Para o dimensionamento do sistema é necessário a escolha de um módulo solar.Decidiu-se, então, utilizar um módulo solar de 270Wp.

O módulo solar é do modelo Canadian CSI CS6K-270P, fabricado pela CanadianSolar, cujas especificações são mostradas na figura 36. Foi escolhido por ser de silíciopoli-cristalino, o que o faz ter um bom rendimento (16, 79%), equivalente ao de silíciomonocristalino, porém a um preço mais acessível, além claro, de os produtos da empresafabricante serem de excelente qualidade.


Figura 36 – Especificações elétricas do módulo CSI CS6K-270P

Fonte: Canadian Solar (2016)

Primeiramente, foi calculada a área de um módulo. De acordo com as especificações,as dimensões do módulo são 1638 × 982 × 40mm. Portanto, a área ocupada por ummódulo será:

1, 640 × 0, 992 = 1, 6085m2

A área do local de instalação é de aproximadamente 155m2.Dividindo a área do local de instalação pela área de um módulo, obtém-se:

1551, 6085 = 96, 36

Portanto, serão necessários 96 módulos para suprir a área em questão.

4.2.3 Equações utilizadas

Após a obtenção dos dados referentes à insolação, inclinação e orientação das placas eespecificações do módulo fotovoltaico, é necessário a utilização de equações matemáticaspara o dimensionamento do sistema. As equações abaixo utilizadas foram retiradas de(ROSA; SANTOS, 2016).

Para determinar a energia elétrica produzida diariamente por um módulo utiliza-se asduas equações a seguir, sendo uma equivalente à outra:

EM = A · η · ES, (4.2)


onde: EM é a energia produzida diariamente por um módulo; A é a área do módulosolar utilizado; η é a eficiência do módulo; ES é a insolação do local.

EM = Es × PM

1000 , (4.3)

onde: EM é a energia produzida diariamente por um módulo; PM é a potência dmódulo; ES é a insolação do local.

Como resultado, é obtido o valor de

EM ≈ 1, 37kWh/dia.

Após a escolha do módulo, também se pode calcular a potência total instalada nosistema:

Pinst = NM · PM , (4.4)

onde: Pinst é a potência total a ser instalada; NM é o número de módulos utilizados;PM é a potência de um módulo.

Com a equação 4.4, encontra-se

Pinst = 25, 920kW.

Os valores obtidos estão compilados na tabela 7 a seguir.

Tabela 7 – Informações básicas do sistema

Modelo do módulo fotovoltaico Canadian CSI CS6K-270PÁrea disponível 155m2

Total de módulos necessários 96Energia produzida diariamente por um módulo EM ≈ 1, 37kWh/dia

Potência total instalada 25, 92kWFonte: Próprio autor

4.2.4 Escolha do Inversor

Com o valor do potência total do sistema pode-se escolher o inversor a ser utilizado.Anteriormente, por conveniência, e para uma mais prática manutenção, optou-se pordividir o sistema total em 5 subsistemas, cada um com 19 módulos, 5,12kW de potência eum inversor de 6000W para a conversão DC-AC. Porém, com o tempo, foi percebido queessa opção era inviável economicamente, em virtude de que mais equipamentos teriam deser comprados, os quais necessitariam de uma manutenção maior, não tornando o sistematão prático.


Em decorrência disso, optou-se por não dividir o sistema e usar apenas um inversorque consiga suportar a potência dos painéis. O inversor escolhido foi o modelo TRIO-27.6-TL fabricado pela empresa ABB, de potência 27,6kW e com duas entradas MPPT.Suas especificações são mostradas na figura 37 a seguir.

Figura 37 – Especificações elétricas do inversor ABB RIO-27.6-TL

Fonte: ABB (2014)

Após a escolha do mesmo, algumas equações, retiradas de (ROSA; SANTOS, 2016)são levadas em contas para a melhor configuração do sistema.

NMmax = Pinv

PM

, (4.5)

onde: NMmax é o número máximo de módulos para o inversor escolhido; Pinv é apotência do inversor escolhido; PM é potência do módulo solar.

VinvMIN

VM

≤ NMMP P T≤ VinvMAX

VM

, (4.6)

onde: NMMP P Té o número de módulos por entrada MPPT para o inversor escolhido;

VM é a tensão do módulo solar; VinvMINVM é a tensão mínima de operação do inversor;

VinvMINVM é a tensão máxima de operação do inversor.

NL = IinvMAX

IM

, (4.7)

onde: NL é o número máximo de linhas em paralelo para a operação do inversorescolhido; IinvMAX

é a corrente de operação do módulo solar.Como apenas um inversor será utilizado, é necessário que a forma com que os painéis

fotovoltaicos estarão dispostos, também chamada de string, forneça a maior potênciapossível sem ultrapassar os limites de funcionamento do inversor.

A equação 4.5, mostra queNMmax = 102


(número máximo de módulos para o inversor escolhido), o que prova que a quantidade demódulos dimensionada está de acordo com a capacidade de funcionamento do inversor.

A partir da equação 4.6, é possível encontrar que

16, 23 ≤ NMMP P T≤ 25, 97.

Ou seja, o número de módulos em série por entrada MPPT do inversor deve estar entre16 e 25.

A partir da equação 4.7, obtém-se um valor de

NL = 7

(número máximo de strings de módulos em paralelo por entrada do inversor). Apesarde segundo a equação, 7 linhas serem permitidas, o manual do inversor informa que sãopermitidas até 5 linhas por MPPT, totalizando 10 linhas.

Baseando-se nessas informações foi possível elaborar um design de strings que aten-desse às especificações. Os 96 módulos serão divididos igualmente entre as entradasMPPT, resultando em 48 módulos conectados em cada entrada. Cada entrada MPPTfoi arranjada com duas séries em paralelo de 24 módulos cada antes da conexão com oinversor. O diagrama unifilar da associação encontra-se nos Apêndice A1 e B1.

Uma análise se faz necessária para justificar o design de strings utilizado. Como vistona figura 36, o módulo possui tensão média de operação VMP = 30, 8V e corrente deoperação IMP = 8, 75A. Caso um arranjo de 48 módulos conectados em série por entradaMPPT, a tensão de operação do sistema seria de 1478, 4V (48×30, 8V), o que ultrapassariaa máxima tensão de entrada suportada pelo inversor (1000V), conforme mostrado nasespecificações da figura 37. Por sua vez, caso os 48 módulos fossem divididos em umarranjo de três séries em paralelo de 18 módulos cada, a tensão de operação seria de492, 8V (16 × 30, 8V), o que não estaria de acordo com a faixa de operação do MPPT(500 a 800V), e prejudicaria o rendimento final. Já, com o arranjo escolhido, a tensãode operação do sistema é de 739,2V, estando abaixo da máxima tensão suportada peloinversor, e dentro da faixa de operação do MPPT.

4.2.5 Condutores CC

De acordo com (ROSA; SANTOS, 2016), a corrente suportada pelo cabeamento CCdeve ser maior ou igual à corrente de curto-circuito dos módulos multiplicada pelo fator1,25. Além disso, a equação 4.8 mostra matematicamente como deveria ser calculada aseção mínima do condutor CC.

S = L · Pρ · e · U2 (4.8)

4.3. Perdas 71

Sendo: S a área dos cabos [mm2]; L o comprimento do cabo [m]; P a potência dosistema [W ];ρ a condutividade elétrica do cobre (56m/ω.mm2); e a queda de tensão (3%);U a tensão de trabalho [V ].

Porém, em sistemas de microgeração e minigeração, para uma mais fácil utilização, osfabricantes de módulos padronizaram a seção dos condutores. Assim, pode-se utilizar aseção de cabeamento determinada pelo fabricante, no caso do módulo utilizado essa seçãoé de 4mm2.Além disso, os cabos a serem utilizados terão isolação HEPR 90oC, própriopara este tipo de aplicação.

4.2.6 Dispositivos de Proteção

Para o lado CC do circuito, os dispositivos de proteção são dimensionados baseadosna máxima tensão do inversor, por isso, serão utilizados 1 disjuntor bipolar DC 1000V e25A e 2 DPS de 1000V .

4.3 Perdas

As especificações do módulo utilizado informam que a temperatura de operação nomi-nal das células fotovoltaicas é de 45±2oC, 20oC acima das condições de teste padrão (STC- Standart Test Conditions), que é de 25oC. Também de acordo com o manual, há umaperda na eficiência do módulo de 0, 41% para cada grau de temperatura aumentado. Ouseja, o módulo possui uma queda de eficiência de 8, 2% devido à temperatura de operação.

Com relação ao inversor, sua eficiência é de 98% de acordo com as especificações.

Conforme visto no capítulo 2, a figura 11, mostra a disponibilidade de energia paramódulos fotovoltaicos com inclinação e orientação variadas para a cidade de São Paulo,que possui latitude de 23oS. Em concordância com que foi dito anteriormente, Londrinaestá localizada a uma latitude de 23o19′S, o que permite a utilização dos dados da figura emquestão para a análise de caso. O estacionamento da Aintec não se alinha perfeitamentecom o norte geográfico, possui uma leve defasagem de aproximadamente 30o. Pela figura,pode-se constatar que ocorre uma queda de eficiência em torno de 5%.

As demais perdas serão as mesmas consideradas por (MIRANDA, 2014) e mostradasna tabela 4. As perdas totais do sistema estão mostradas na tabela 8 a seguir.


Tabela 8 – Perdas consideradas no sistema fotovoltaico

Perda Valor ConsideradoDesvio no rendimento nominal do móduloe da radiação de 1000W/m2 2,5%Temperatura no módulo 8,2%Perdas nos condutores do lado CA 1%Eficiência do Inversor na conversão 2%{Mismatch} no MPPT 2%Sombreamento 0%Diodos e Conexões 0,5%Sujeira nos módulos 2%Desvio da orientação correta do módulo 5%Total de perdas 23,2%

Fonte: Próprio Autor

Como já foi dito, as perdas influenciam no desempenho final de um sistema fotovol-taico. Baseando-se na tabela 8 é possível encontrar o rendimento final do sistema emquestão:

Tabela 9 – Eficiência do Sistema Fotovoltaico

Sem perdas Com perdasEnergia gerada por um módulo 1, 37kWh/dia 1, 052kWh/dia

Potência total do sistema 25, 92kWh 19, 90kWhFonte: Próprio autor

4.4 Levantamento de Cargas

Para que se possa ter noção da economia e da rentabilidade do sistema fotovoltaicoé necessário que se conheça a demanda do estabelecimento e o consumo energético domesmo.

Como se trata de apenas um dentre vários prédios presentes na Universidade Estadualde Londrina, não é possível obter seu consumo energético de maneira isolada, uma vezque a energia utilizada é debitada diretamente na conta da universidade.

Entretanto, a Empresa de Engenharia Elétrica júnior da UEL estava realizando umtrabalho semelhante e para isso teve de realizar o levantamento de cargas na Aintec eestimou de maneira confiável seu consumo energético. A tabela com o levantamento decargas e consumo energético da Aintec pode ser encontrada no Anexo D.

4.5. Orçamento 73

4.5 Orçamento

Primeiramente, foi verificado que a legislação brasileira não faz a taxação de impostossobre a compra de kits de geração. Se a compra for realizada por equipamentos separa-dos, há cobrança de ICMS com relação aos produtos. Além disso, devido ao fato de amaioria dos distribuidores não serem brasileiros, quanto maior a quantidade de produtosimportados, o custo dos equipamentos é menor. Por outro lado, este orçamento oscilaconforme o valor do dólar, portanto, um valor orçado neste momento poderá ser diferenteem datas posteriores.

Como o estacionamento para onde o sistema fotovoltaico foi projetado não possuicobertura, foi necessário a realização de um orçamento para a construção da mesma.

A empresa Sonnen Energia realiza tal construção, chamada de carport, cuja exemplode estrutura é mostrado na figura 38.

Figura 38 – Estrutura de fixação de painéis fotovoltaicos em para coberturas de estacio-namento

Fonte: Sonnen Energia

A estrutura Possibilita um vão de até 6 metros entre os pilares do estacionamento,é feita em alumínio, possui as estruturas de fixação para os painéis e possibilidade devedação do telhado para painéis dual glass. Além disso, suporta ventos de até 140Km/h.

O orçamento do Kit Fotovoltaico (painéis, inversor e cabos) foi feito na empresa BönoFotovoltaico, localizada na cidade de Londrina.

Os orçamentos completos podem ser encontrados nos Anexos E, F e G.

75

5 Resultados

5.1 Payback

Payback é entendido como o tempo necessário para que se tenha o retorno sobre oinvestimento em um projeto, ou seja, representa o tempo necessário para que o custo deinstalação se pague e, a partir de então, comece a dar lucro para o proprietário

No caso da geração fotovoltaica, considera-se como fatores de cálculo o custo do kWh(R$) sem impostos que será vendido para a concessionária de energia, o custo do kWh (R$)com impostos que será comprado da concessionária de energia, a geração média mensaldo sistema (kWh), o valor do investimento e o perfil da unidade consumidora (monofásica,bifásica ou trifásica).

Quando a unidade consumidora é monofásica, há uma cobrança mínima de 30 kWhmensal, mesmo que não haja consumo. No caso da unidade consumidora ser bifásica, acobrança mínima é de 50 kWh. E para a unidade trifásica, o valor corresponderá a 100kWh.

A equação básica que determina o tempo de payback, retirada de (SOLAR, 2016) é aseguinte:

Payback(meses) = Investimento(R$)EnergiaGerada(kWh/mes) × V alorDaTarifa

(5.1)

Outra forma de se compreender o benefício obtido pela aquisição de um sistema deenergia fotovoltaica á através do cálculo da taxa de retorno sobre o investimento, a cha-mada rentabilidade. Para calcular qual a taxa de retorno anual ao se investir em umsistema de energia fotovoltaica, basta verificar qual é a proporção entre a economia ob-tida anualmente através do sistema e o investimento realizado.

A equação 5.2, também retirada de (SOLAR, 2016) mostra como fazer esse cálculo.

Rentabilidade = Economia(R$/ano)Investimento

(5.2)

Primeiramente é necessário somar todos os custos para que se possa conhecer o custototal do sistema. Foi considerado a despesa com mão de obra, equivalente a 10% do preçototal do projeto. O valor final é mostrado ma tabela 10.

76 Capítulo 5. Resultados

Tabela 10 – Custos Totais do Projeto

Componentes Custo [R$]Estrutura de Cobertura do Estacionamento 27.476,23Kit Fotovoltaico 68.153,51Dispositivos de Proteção e Cabos 2.459,60Mão de Obra 9.808,93TOTAL 107.898,27


Portanto, o custo total foi de R$107.898, 27.

Para calcular o tempo de payback se faz necessário o levantamento de dados impor-tantes, como por exemplo a inflação das tarifas de energia e a depreciação do painelfotovoltaico.

Com relação ao reajuste das tarifas de energia, em (PIERRY, 2017) é dito que oMinistério de Minas e Energia estima que o reajuste, no pior cenário, seja de 7% em 2018.Esse valor será usado como base para inflação da tarifa energética no projeto. Quanto àdepreciação do painel fotovoltaico, o fabricante informa que garante ma eficiência de 80%em até 25 anos, o que dá uma depreciação de 1,25%/ano.

De acordo com o site da Copel, a tarifa de energia para prédio públicos é de R$0, 44056(sem impostos) para cada Kwh consumido. Com a adição dos impostos, esse valor é deR$0, 69118 a cada Kwh.

Os dados obtidos e compilados são mostrados na tabela 11 a seguir.

Tabela 11 – Dados necessários para cálculo do payback

Investimento inicial R$107.898, 27Inflação energética 0,07/anoDepreciação dos módulos 0,0125/anoGeração anual (kWh) 36867,68Preço inical (kWh) R$ 0,44Preço inversor R$19.062,05


O preço do inversor foi elencado nos custos, pois segundo o fabricante, é necessáriasua troca a cada 15 anos.

Com a obtenção dos dados anteriores é possível analisar o rendimento do sistema aolongo dos anos, como é mostrado na tabela 12 a seguir.

5.1. Payback 77

Tabela 12 – Desempenho do sistema fotovoltaico no período de 25 anos

Geração (kWh) Projeção preço kWh Economia Fluxo de caixa1o ano 36867 R$ 0,44 R$ 16.221,48 -R$ 91.676,792o ano 36406,16 R$ 0,47 R$ 17.140,02 -R$ 74.536,773o ano 35951,09 R$ 0,50 R$ 18.110,58 -R$ 56.426,194o ano 35501,7 R$ 0,54 R$ 19.136,09 -R$ 37.290,115o ano 35057,93 R$ 0,58 R$ 20.219,67 -R$ 17.070,446o ano 34619,7 R$ 0,62 R$ 21.364,61 R$ 4.294,177o ano 34186,96 R$ 0,66 R$ 22.574,38 R$ 26.868,548o ano 33759,62 R$ 0,71 R$ 23.852,65 R$ 50.721,199o ano 33337,62 R$ 0,76 R$ 25.203,31 R$ 75.924,5010o ano 32920,9 R$ 0,81 R$ 26.630,44 R$ 102.554,9411o ano 32509,39 R$ 0,87 R$ 28.138,39 R$ 130.693,3412o ano 32103,02 R$ 0,93 R$ 29.731,73 R$ 160.425,0713o ano 31701,74 R$ 0,99 R$ 31.415,29 R$ 191.840,3614o ano 31305,46 R$ 1,06 R$ 33.194,18 R$ 225.034,5415o ano* 30914,15 R$ 1,13 R$ 35.073,80 R$ 241.046,2916o ano 30527,72 R$ 1,21 R$ 37.059,85 R$ 278.106,1417o ano 30146,12 R$ 1,30 R$ 39.158,37 R$ 317.264,5118o ano 29769,3 R$ 1,39 R$ 41.375,71 R$ 358.640,2219o ano 29397,18 R$ 1,49 R$ 43.718,61 R$ 402.358,8320o ano 29029,72 R$ 1,59 R$ 46.194,18 R$ 448.553,0121o ano 28666,84 R$ 1,70 R$ 48.809,92 R$ 497.362,9322o ano 28308,51 R$ 1,82 R$ 51.573,78 R$ 548.936,7123o ano 27954,65 R$ 1,95 R$ 54.494,15 R$ 603.430,8624o ano 27605,22 R$ 2,09 R$ 57.579,88 R$ 661.010,7425o ano 27260,15 R$ 2,23 R$ 60.840,34 R$ 721.851,09

*: Substituição do inversorFonte: Próprio Autor

A figura 39 ilustra graficamente o desempenho do sistema fotovoltaico ao longo dosanos com base no fluxo de caixa ao final de cada período.

Tanto pelo gráfico quanto pela tabela é possível ver que a partir do 6o ano, o sistemafotovoltaica começa a ser rentável. Ou seja, em algum momento entre o 5o e o 6o ano osistema se paga através da energia gerada e economia produzida. Uma análise superficialmostra que esse valor é de 5,79 anos, ou 5 anos e 9 meses. Portanto o tempo de paybackdo sistema é de 5,79 anos.

78 Capítulo 5. Resultados

Figura 39 – Estrutura de fixação de painéis fotovoltaicos em para coberturas de estacio-namento


Para calcular a rentabilidade do sistema, foi tomado como base apenas o primeiro anode geração, onde há uma economia de R$16221, 48. Assim, a rentabilidade do sistema édada por:

Rentabilidade = 16.221, 48107.898, 27

Rentabilidade = 0, 1503

Rentabilidade = 15, 03%

Para efeitos de comparação, a tabela 13 a seguir mostra o desempenho de aplicaçõesfinanceiras em 2017, comparadas com a rentabilidade do sistema fotovoltaico em questão.

Tabela 13 – Desempenho de aplicações financeiras em 2017

Investimento Rentabilidade em 2017Ibovespa 26,86%Euro 16,25%Sistema Fotovoltaico 15,03%Ouro 13,89%Fundos de renda fixa* 10,39%CDB* 9,38%Poupança (líquido) 6,61%*: No caso dos fundos e CDB, o rendimento é uma média

Fonte: (ALVARENGA; MELO, 2017)

5.1. Payback 79

Ou seja, neste caso, com um sistema fotovoltaico, é possível ter uma rentabilidade de15, 03% com um investimento de baixo risco, visto que as projeções de geração do sistemadependem apenas de condições climáticas condições climáticas e são baseadas em médiashistóricas.

81

6 Discussões e Conclusões

Conforme apresentado, um sistema de geração fotovoltaica utilizado para cobrir oestacionamento tem capacidade de geração de 3.156, 48kWh/mês, com um custo de apro-ximadamente R$107.898, 27. Este kit de geração já conta com a construção da coberturacom os suportes de fixação, dispositivos de proteção necessários, cabos utilizados na parteCC e CA da instalação, os 96 módulos fotovoltaicos de 270 Wp dimensionados para estademanda e o inversor de 27,6 kW.

Como em um primeiro cálculo para realização do dimensionamento do sistema nãoforam consideradas perdas, pode-se afirmar que o sistema está superdimensionado. Destemodo, há a possibilidade de aumentar o potencial de geração, instalando módulos a mais,desde que sejam compatíveis com o modelo em questão, e não ultrapassem as especificaçõesde funcionamento do inversor.

O tempo de payback para este tipo de instalação ainda é alto no Brasil, visto que amaioria dos produtos utilizados são importados, o que encarece a aquisição. Lembrandoque como alguns dos produtos listados são importados. Seus preços dependem da cotaçãodo dólar, por isso, podem variar de um dia para outro. Além disso, no Paraná ainda nãoocorre o método de crédito pela concessionária de energia com compensação de ICMS ePIS/COFINS, ou seja, toda energia produzida é vendida para a Copel livre de impostose creditada na conta da unidade consumidora com cobrança de impostos. Caso isto nãoocorresse, o tempo de payback para estabelecimentos comerciais e residenciais seria bemmenor.

Como visto, seriam necessários 5,79 anos para que a geração fotovoltaica pagasse suaprópria instalação. Este levantamento foi obtido considerando que o estabelecimentoconsumiria toda a energia gerada pelo sistema, não havendo a necessidade de crédito deenergia pela concessionária de energia. Este valor só leva em consideração a instalação dosistema gerador para um caso ideal, em que a rede da Copel está próxima da instalação,evitando qualquer tipo de perda por queda de tensão que ocorreria em longas linhas detransmissão até a rede. Outro fatore que não foi considerado é o sistema de bandeirastarifárias. A bandeira verde, onde não há acréscimo de imposto para a energia consumida,foi tomada como base para os cálculos.

Por fim, como as projeções de geração do sistema dependem apenas de condiçõesclimáticas e são baseadas em médias históricas, é possível obter uma boa rentabilidade comum sistema fotovoltaico, inclusive maiores que algumas aplicações financeiras, mostrandoser um investimento sustentável e de baixo risco.

83

Referências

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ALVARENGA, D.; MELO, L. Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede. G1, 2017.Disponível em: <http://https://g1.globo.com/economia/educacao-financeira/noticia/ibovespa-foi-melhor-investimento-em-2017-veja-ranking-de-aplicacoes.ghtml>. 78

ANEEL, C. T. Micro e minigeração distribuída. Sistema de Compensação de EnergiaElétrica. Brasília, DF, Brasil: Centro de Documentação–Cedoc, 2014. 29

CÂMARA, C. F. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Universidade Federalde Lavras, UFLA, MG, 2011. 36, 37, 49

CEPEL. Mapas Solarimétricos. CEPEL, 2017. Disponível em: <https://plenosol.com/2010/09/20/290/#jp-carousel-297>. 30

COLAFERRO, L. Energia Solar no Brasil. Blue Sol, 2017. Disponível em:<http://blog.bluesol.com.br/energia-solar-no-brasil-panorama/>. 29, 30

COSTA, H. J. S. da. Avaliação do fator de dimensionamento do inversor em sistemasfotovoltaicos conectados à rede. Fortaleza: UFCE, 2010. 60

CRESESB. Potencial Solar - SunData. Cresesb, 2017. Disponível em: <https://plenosol.com/2010/09/20/290/#jp-carousel-297>. 64, 65

FOSTER, R.; GHASSEMI, M.; COTA, A. Solar energy: renewable energy and theenvironment. [S.l.]: CRC Press, 2009. 38, 39

JORDAN, D. C.; KURTZ, S. R. Photovoltaic degradation rates—an analytical review.Progress in photovoltaics: Research and Applications, Wiley Online Library, v. 21, n. 1,p. 12–29, 2013. 40

JÚNIOR, O. L. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede: Estudo de caso–3kWpinstalados no estacionamento do IEE-USP. 2005. Tese (Doutorado) — Dissertação demestrado, Universidade de São Paulo, 2004. 60

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84 Referências

PINHO, J. T.; GALDINO, M. A. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Riode Janeiro: CEPEL, 2014. 44, 45, 46, 47, 48, 51, 54, 56, 57

REN21. Energias Renováveis 2016 - Relatório da situação mundial. REN21, 2016.Disponível em: <http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/11/REN21_GSR2016_KeyFindings_port_02.pdf>. 27

ROSA, P.; SANTOS, E. Apostila de Instalação de Sistemas Fotovoltaicos: Módulo 1.[S.l.]: ECODOT, 2016. 66, 67, 69, 70

RÜTHER, R. Edifícios solares fotovoltaicos. Florianópolis: Editora UFSC/LABSOLAR,2004. 34, 35, 50, 52, 53

SARAIVA, M. d. F. O.; FILHO, K. d. S. O. O sol–a nossa estrela. Astronomia eAstrofísica Cap, v. 16, p. 11, 2011. 43

SOLAR, U. Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede. Universo Solar, s.n. Disponívelem: <http://universosolar.com/sistemas-fotovoltaicos-conectados-a-rede/>. 33

SOLAR, W. Tempo de retorno do investimento em energia so-lar. WA Solar, 2016. Disponível em: <http://www.wasolar.com.br/tempo-de-retorno-do-investimento-em-energia-solar>. 75

SOUZA, R. di. Célula Fotovoltaica – O Guia Técnico Absolutamente Completo. Blue Sol,2017. Disponível em: <http://blog.bluesol.com.br/celula-fotovoltaica-guia-completo/>.54

TREVELIN, F. C. et al. Estudo comparativo entre métodos de rastreamento solaraplicados a sistemas fotovoltaicos. São Carlos School of Engineering, 2014. 59

VIEIRA, R. G. et al. Análise comparativa do desempenho entre um painel solarestático e com rastreamento no município de mossoró-rn. Universidade Federal Rural doSemi-Árido, 2014. 59

VILLALVA, M. G.; GAZOLI, J. R. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações.São Paulo: Érica, 2012. 37, 38, 49, 56, 65

http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/11/REN21_GSR2016_KeyFindings_port_02.pdf

http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/11/REN21_GSR2016_KeyFindings_port_02.pdf

http://universosolar.com/sistemas-fotovoltaicos-conectados-a-rede/

http://www.wasolar.com.br/tempo-de-retorno-do-investimento-em-energia-solar

http://www.wasolar.com.br/tempo-de-retorno-do-investimento-em-energia-solar

http://blog.bluesol.com.br/celula-fotovoltaica-guia-completo/

85

A Diagrama unifilar lado CC

Figura 40 – Diagrama unifilar representando o lado CC do sistema fotovoltaico


87

B Diagrama Unifilar lado CA

Figura 41 – Diagrama unifilar representando o lado CA do sistema fotovoltaico


89

ANEXO A – Manual Canadian

CS6P-270P

*Black frame product can be provided upon request.

KEY FEATURES

Excellent module efficiency of up to 16.79 %

Outstanding low irradiance performance: 96.5 %

High PTC rating of up to 92.0 %

IP67 junction box for long-term weather endurance

CAnAdiAn SolAR inC.545 Speedvale Avenue West, Guelph, Ontario N1K 1E6, Canada, www.canadiansolar.com, [email protected]

CS6P-260| 265| 270P

MAnAgEMEnT SYSTEM CERTiFiCATES*

PRodUCT CERTiFiCATES*

CAnAdiAn SolAR inC. is committed to providing high quality solar products, solar system solutions and services to customers around the world. As a leading PV project developer and manufacturer of solar modules with over 15 GW deployed around the world since 2001, Canadian Solar Inc. (NASDAQ: CSIQ) is one of the most bankable solar companies worldwide.

Heavy snow load up to 5400 Pa,wind load up to 2400 Pa

* As there are different certification requirements in different markets, please contact your local Canadian Solar sales representative for the specific certificates applicable to the products in the region in which the products are to be used.

The high quality and reliability of Canadian Solar’smodules is ensured by 15 years of experience inmodule manufacturing, well-engineered moduledesign, stringent BOM quality testing, an automated manufacturing process and 100% EL testing.

ISO 9001:2008 / Quality management system

ISO/TS 16949:2009 / The automotive industry quality management system

ISO 14001:2004 / Standards for environmental management system

OHSAS 18001:2007 / International standards for occupational health & safety

IEC 61215 / IEC 61730: VDE / CE / MCS / JET / SII / CEC AU / INMETRO / CQC

UL 1703 / IEC 61215 performance: CEC listed (US) / FSEC (US Florida)

UL 1703: CSA / IEC 61701 ED2: VDE / IEC 62716: VDE / IEC 60068-2-68: SGS

Take-e-way / UNI 9177 Reaction to Fire: Class 1

linear power output warranty

product warranty on materials and workmanship

90 ANEXO A. Manual Canadian CS6P-270P

91

ANEXO B – Manual Inversor

ABB TRIO-27.6-TL

92 ANEXO B. Manual Inversor ABB TRIO-27.6-TL

94 ANEXO B. Manual Inversor ABB TRIO-27.6-TL

95

ANEXO C – Levantamento de

Cargas e Consumo Aintec

Tabela 14 – Levantamento de Cargas e Consumo Aintec

Local Equipamento QuantidadePotênciaNominal[VA]

PotênciaTotal[kVA]

Tempo[h] (dia)

EnergiaConsumida(dia) [kWh]

EnergiaConsumida(mês) [kWh]

EnergiaConsumida[R$]

Recepção Computador 1 150 150,0 1 0,2 3,5 R$ 1,58Corredor Lampada 32W 26 32 832,0 10 8,3 191,4 R$ 87,40Sala 3 Lâmpada 40W 1 40 40,0 10 0,4 9,2 R$ 4,20Sala 3 Lâmpada 32W 3 32 96,0 10 1,0 22,1 R$ 10,08Sala 3 Ar Condicionado 1 2200 2200,0 10 22,0 506,0 R$ 231,11Sala 3 Computador 1 150 150,0 10 1,5 34,5 R$ 15,76Sala 3 Computador 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 3 Monitor 1 150 150,0 10 1,5 34,5 R$ 15,76Sala 3 Monitor 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Computador 1 150 150,0 10 1,5 34,5 R$ 15,76Sala 4 Computador 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Computador 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Computador 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Monitor 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Monitor 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Monitor 1 150 150,0 4 0,6 13,8 R$ 6,30Sala 4 Monitor 1 150 150,0 10 1,5 34,5 R$ 15,76Sala 4 Ar Condicionado 1 2200 2200,0 10 22,0 506,0 R$ 231,11Sala 4 Lâmpada 32W 8 32 256,0 8 2,0 47,1 R$ 21,51Sala 4 Impressora 1 2000 2000,0 0,75 1,5 34,5 R$ 15,76Sala 9 Computador 7 150 1050,0 10 10,5 241,5 R$ 110,30Sala 9 Impressora 1 1079,5 1079,5 0,25 0,3 6,2 R$ 2,84Sala 9 Lampada 32W 11 32 352,0 10 3,5 81,0 R$ 36,98Sala 9 Ar Condicionado 1 2930 2930,0 10 29,3 673,9 R$ 307,80Sala 9 Ar Condicionado 1 8792 8792,0 10 87,9 2022,2 R$ 923,60Sala 9 No-Break 1 3000 3000,0 24 72,0 1656,0 R$ 756,36Sala 9 Cafeteira 1 800 800,0 0,25 0,2 4,6 R$ 2,10Sala 16 Ar Condicionado 1 2198 2198,0 10 22,0 505,5 R$ 230,90Sala 16 Lampadas 40W 4 40 160,0 10 1,6 36,8 R$ 16,81Sala 13 Computador 5 330,2 1651,0 10 16,5 379,7 R$ 173,44Sala 13 Lampada 32W 8 32 256,0 10 2,6 58,9 R$ 26,89Sala 13 Ar Condicionado 1 3516 3516,0 24 84,4 1940,8 R$ 886,45Sala central No-break 1 1000 1000,0 24 24,0 552,0 R$ 252,12Sala central Lampadas 32W 48 32 1536,0 10 15,4 353,3 R$ 161,36Sala central Notebook 4 150 600,0 10 6,0 138,0 R$ 63,03Sala central Ar Condicionado 1 8791 8791,0 10 87,9 2021,9 R$ 923,49Sala central PC+Monitor 2 300 600,0 10 6,0 138,0 R$ 63,03Cozinha Geladeira 1 165,1 165,1 24 4,0 91,1 R$ 41,63Cozinha Microondas 1 1140 1140,0 0,25 0,3 6,6 R$ 2,99Cozinha Lampadas 32W 4 32 128,0 10 1,3 29,4 R$ 13,45Cozinha Filtro 1 139,7 139,7 24 3,4 77,1 R$ 35,22Sala 20 Lampadas 8 32 256,0 4 1,0 23,6 R$ 10,76Sala de Reuniao Lampadas 8 32 256,0 4 1,0 23,6 R$ 10,76Sala SIG PC 1 4750 4750,0 10 47,5 1092,5 R$ 498,99Sala SIG Notebook 2 150 300,0 10 3,0 69,0 R$ 31,51Sala SIG Lampada 32W 4 32 128,0 10 1,3 29,4 R$ 13,45Sala SIG Ar Condicionado 1 4096 4096,0 4 16,4 376,8 R$ 172,11Sala SIG PC 1 300 300,0 4 1,2 27,6 R$ 12,61Total 59544,3 618,5 14225,1 R$ 6.497,17

TOTAL DA CONTA 6.497,17Fonte: 3E-UEL

97

ANEXO D – Orçamento

Cobertura Estacionamento

Sonnen Energia LTDA CNPJ: 17.318.905/0001-07

I.E: 109/0374353 Telefone: (55) 3223-4858

E-mail: [email protected] Av. Prefeito Evandro Behr, 4811, Camobi – Santa Maria/RS – CEP 97110-800

www.sonnen.com.br

Orçamento: 2189

Data de Emissão: 20/12/2017 | Revisão n°: 0

DADOS DO CADASTRAIS: Cliente: LUCAS TAMANINI CAMARGO

Razão Social: LUCAS TAMANINI CAMARGO

CNPJ/CPF: 05359605901 IE:

Endereço: Rua Goiás, 877, Centro. CEP 86010465, Londrina - PR, Brasil.

E-mail Geral: [email protected] Telefone:

E-mail Responsável: [email protected] Responsável::

PRODUTOS / SERVIÇOS:

CÓDIGO DESCRIÇÃO QTD VLR UNITÁRIO (R$) VLR TOTAL (R$)

CARPORT11V CARPORT11V - CARPORT11 - SolarFix CarPort 11 vagas, 96 módulos 1 R$24.926,63 R$24.926,63

TOTALIZAÇÃO

TOTAL PRODUTOS (R$) R$24.926,63

DESPESAS GERAIS (R$) R$2.549,60

TOTAL DESCONTOS (R$) / (%) R$0,00 / (0,00 %)

TOTAL GERAL (PRODUTOS+SERVIÇOS) (R$) R$27.476,23

CONDIÇÕES COMERCIAIS: Forma de Pagamento: À vista ou 50% de entrada e 50% faturamento

Validade do Orçamento: 30/12/2017

Previsão de Entrega: A combinar (a partir da confirmação do pedido)

INFORMAÇÕES PARA CONTATO: Vendedor: Elisangela Amado Toneto

E-mail para Confirmação: [email protected]

Telefone de Contato: (55) 3223-4858

OBSERVAÇÕES: * Frete incluso em despesas gerais Estrutura carport 11 vagas 96 módulos

99

ANEXO E – Orçamento Kit

Fotovoltaico

Tabela 15 – Orçamento Kit Fotovoltaico

Material Custo unitário[R$] Quantidade Custo Total

[R$]Canadian Solar 60Cells 270Wp Poly-Si 486,61 96 46.714,56Conectores Femea/Macho MC4 4 12,55 50,20Cabo Solar 6mm, 1000V Preto 3,22 120 386,40Cabo Solar 6mm, 1000V Vermelho 3,22 120 386,40Inversor ABB TRIO-27.6TL-OUTD-S2X-400/JP 19.062,05 1 19.062,05String Box SICES ONESTO4 cordas E 2 saídas 1.553,90 1 1.553,90

TOTAL 68.153,51Fonte: Böno Fotovoltaico

101

ANEXO F – Orçamento

Dispositivos de Proteção e Cabos

Tabela 16 – Orçamento Dispositivos de Proteção e Cabos

Material Preço Unitário[R$] Quantidade Preço Total

[R$] Fonte

Disjuntor Schneider1000DC 25A Fotovoltaico 319,00 1 319,00 NeoSolarDisjuntor Tripolar DinCurva C 63A Steck 47,90 1 47,90 Leroy MerlinProtetor de Surto DPS40KA 275V Steck 120,90 1 120,90 Leroy MerlinDPS Schneider PRD-DC40r1000PV Fotovoltaico 569,00 2 1.138,00 Neo SolarCabo Flexível 10mm100 metros 750V SIL 416,90 2 833,80 Leroy Merlin

Total 2.459,60

projetodesistemasfotovoltaicos conectadosàredeelétrica · agradecimentos agradeço primeiramente...

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