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Uma análise detalhada sobre a importância da geração de energia solar no brasil, motivada pela necessidade de novas fontes alternativas de energia devido ao esgotamento de fontes convencionais e crescimento populacional. O texto aborda a importância da energia solar como fonte abundante, permanente, não poluente e renovável, e discute as formas direta e indireta de aproveitamento desta energia. Além disso, o documento discute o retorno de investimento de um sistema fotovoltaico conectado à rede (sfcr) e a importância da resolução normativa 482 da aneel que viabilizou a disseminação deste tipo de sistema no brasil.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Rio de Janeiro, Outubro de 2017.
Trabalho de Conclusão de Curso
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao programa de graduação em Administração da PUC-Rio como requisito parcial para a obtenção do título de graduação em Administração.
Orientador: ISAO NISHIOKA
Rio de Janeiro Outubro de 2017.
Ao meu orientador professor Isao Nishioka, pela parceria, ensinamentos e orientação durante o decorrer desta empreitada.
Ao meu pai Álvaro, minha mãe Carla e meu irmão Bruno, pelo carinho e pela formação recebida ao longo da vida, sempre presentes em todos os momentos. Obrigado para sempre.
Aos demais membros da Banca Examinadora, pela efetiva participação na Banca Examinadora.
A todos os professores da Graduação em Administração da PUC-Rio que se empenharam para que eu solidificasse meus conhecimentos na área de administração.
Lima, Thiago. Analise de Retorno de Investimento de Sistema Fotovoltaico On Grid. Rio de Janeiro, 2017. 42 p. Trabalho de Conclusão de Curso – Departamento de Administração. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
Este artigo técnico apresenta o retorno sobre investimento de um sistema fotovoltaico conectado à rede. É uma análise altamente importante devido a necessidade de utilizar novas fontes alternativas de energia, impulsionada pelo esgotamento das fontes convencionais em uso (agua, carvão, petróleo, etc.), crescimento da população brasileira, aumento da demanda de energia e diversas questões ambientais. Desse modo este trabalho apresenta o processo de cálculo para dimensionamento de um sistema de micro geração solar fotovoltaico conectado à rede elétrica, bem como a análise do retorno sobre investimento desta instalação. Tendo em vista um mercado em rápido crescimento e que contribui fortemente para a sustentabilidade ecológica do país, foi analisado o processo de cálculo para dimensionamento de um sistema fotovoltaico on grid residencial na Barra da Tijuca e analise de retorno sobre investimento deste projeto.
Palavras-chave Energia renovável, geração fotovoltaica, micro geração distribuída, Minigeração distribuída, geração on grid.
Nos últimos dois séculos, o consumo de energia tem crescido de forma expressiva. Entre 2010 e 2040, a agência americana “Energy Information Administration (EIA)” projeta um crescimento do consumo mundial de energia de 56 % ( U.S. Energy Information Administration , 2013). Considerando que os recursos para produzir energia são limitados e que impactam o meio ambiente, este crescimento acelerado impõe desafios na busca de energias alternativas e constitui preocupação permanente dos gestores públicos e ambientalistas. Como resultado dessa preocupação e de políticas públicas mais conscientes, especialistas e estudiosos da área estão cada vez mais convencidos da necessidade de explorar as alternativas energéticas renováveis para interromper a dependência, principalmente, dos recursos fósseis e nucleares como fontes de energia para as mais variadas aplicações.
O sol é uma fonte natural e poderosa de energia. Sem sua luz e calor, a vida em nosso planeta não seria possível. É uma fonte de energia abundante, permanente, não poluente e renovável, cujo aproveitamento nas formas de calor e luz oferece alternativas energéticas mais promissoras para enfrentar os desafios de um mundo dominado pelo consumo de energias poluentes.
A energia solar, portanto, é a principal fonte de energia da Terra sendo possível utiliza-la de maneira direta ou indireta. De certa forma qualquer tipo de energia é proveniente do sol direta ou indiretamente poderia ser chamada de energia solar. A energia hidrelétrica, eólica, da biomassa, dos combustíveis fósseis, por exemplo, são todos, formas indiretas de energia solar porque dependem de alguma forma do sol para existir.
Entretanto, costuma-se chamar de energia solar àquela proveniente da obtenção direta de energia do sol, seja por aproveitamento do calor gerado pela sua radiação (energia térmica) usada em aquecimentos de fluidos ou ambientes na geração de potência mecânica ou elétrica, ou ainda, convertendo-a diretamente em energia elétrica por meio de materiais chamados de termoelétricos e fotovoltaicos.
A população mundial e brasileira vem se preocupando a cada ano que passa, com o alto consumo dos recursos naturais para a produção de energia elétrica. Junto a isso, devido ao altíssimo valor da Tarifa energética (taxa de KW/h pago por unidade de energia elétrica), o consumidor individual tem buscado uma alternativa para melhorar todo esse sistema tornando-o mais sustentável e viável.
Por se localizar na região entre os trópicos, portanto próximo a linha do equador, o Brasil se beneficia de altos índices de radiação solar. Apesar do país possuir um enorme potencial de aproveitamento de energia solar, devido ao seu alto nível de insolação, apenas 0,4% das residências utilizam esta tecnologia. O seu uso no Brasil ainda se encontra pouco desenvolvido, quando comparado com outros países.
Sabendo da grande dificuldade de investimentos em infraestrutura que o Brasil vem passando, com o aumento de consumo energético girando em torno de 5% ao ano, e aumento da tarifa energética em média de 9% ao ano, pode-se perceber que em breve o sistema elétrico poderá entrar em colapso, pela a falta de energia para vários consumidores e com vários apagões acontecendo em todas as regiões. Essa “falta de energia” para grandes consumidores (indústrias), faz com que o pais entre num ciclo vicioso de perdas de investimentos e consequentemente queda do crescimento econômico tão buscado pelos líderes nacionais.
Neste estudo foi analisado o retorno de investimento de um SFCR (sistema fotovoltaico conectado à rede), um tipo de sistema fotovoltaico que não utiliza banco de baterias para armazenar energia, como são utilizados no sistema off grid. A energia excedente gerada pelo sistema On Grid é injetada na rede da distribuidora local, passando por um relógio bidirecional e assim gerando créditos energéticos que podem ser utilizados futuramente para abater o consumo. Este sistema de compensação de energia elétrica chamado de Net Metering, introduzido pela resolução normativa 482 da ANEEL em abril de 2012, herdado da Alemanha, viabilizou de forma extraordinária a disseminação deste
A da Curva da Difusão de Ideias, sugere que a adoção de novos produtos e serviços segue a curva da figura 1.
Figura 1 - Curva da Difusão de Ideias
Iniciamos com os chamados “Inovadores” e “Primeiros Adeptos”. A partir deste ponto o consumo é difundido para a grande maioria das pessoas, atingindo por último os consumidores chamados de Retardatários.
A curva demonstra que ao decorrer da vida de um produto ou serviço, o consumo se movimenta da esquerda para a direita, atingindo um número crescente de consumidores, até atingir quase todos os consumidores potenciais. O eixo X retrata os distintos grupos de consumidores que se conscientizam com uma ideia ao decorrer do tempo. O eixo Y retrata a quantidade de pessoas existentes em cada um desses grupos.
Analisando a curva, percebe-se que o sucesso de vendas de um produto ou serviço só é atingido depois que ele for aderido pelos consumidores preparados a tentar algo novo. Estes “Inovadores” ou “Primeiros Adeptos” estabelecem um ambiente favorável para que a grande massa se sinta segura ao testar a inovação. O grande sucesso em vendas só é alcançado depois que a primeira parte da curva for concluída. É desta forma que a informação é difundida.
O problema é que a maioria inicial normalmente ignora novos produtos ou serviços, até que eles sejam adotados pelos dois primeiros grupos. Ao contrário, a maioria inicial busca a opinião dos conhecidos e amigos sobre as suas experiências com produtos recém inseridos no mercado, ignorando a mídia dos fabricantes relacionadas às inovações.
Independente do setor, os produtos e serviços bem-sucedidos normalmente seguem essa curva ao serem introduzidos no mercado. Primeiramente eles são adquiridos pelos “Inovadores”, que são as pessoas que fazem questão de comprar os lançamentos à frente dos demais. Muitas vezes eles nem precisam realmente do produto, mas querem possui-lo. Em seguida dos “Inovadores” temos os “Primeiros Adeptos”. Estes são os consumidores que se beneficiam realmente do uso de um novo produto e que são capazes de demonstrar os seus benefícios ao resto da população. Depois dos primeiros adeptos temos a “Maioria Inicial”, que não necessariamente irá se beneficiar do novo produto. Para este grupo o importante é que existam amigos suficientes utilizando e comentando a inovação, para que eles se sintam interessados e mais seguros em aderir. Este enorme grupo ignora as inovações dos fabricantes, pois possuem outras prioridades e preocupações que não os lançamentos do mercado e eles dificilmente consideram os “Inovadores” que estão localizados no lado esquerdo da curva. Para a “Maioria Inicial” são necessárias razões e provas para aderir a uma inovação. Por último temos o grupo da curva chamados de “Retardatários”. Este grupo é formado por pessoas que, por exemplo, continuam comprando VHS quando quase todos já mudaram para DVD. Eles não adotam algo novo até que o antigo produto esteja quebrado, velho ou obsoleto.
Portanto, pode-se perceber que a maioria dos consumidores não está buscando algo novo. Eles estão felizes com o que já possuem. A única chance de qualquer produto ou serviço ser bem-sucedido é posicioná-lo para um pequeno grupo de pessoas que gostam de mudanças, de coisas novas, que está constantemente esperando por novidades. Desta forma a inovação poderá ser difundida e atingir o restante da população.
Ele capta a energia térmica solar em uma área relativamente grande e depois a concentra em uma região muito menor aumentando consideravelmente a temperatura nesta região. Pela necessidade de concentrar o calor em uma região pequena os concentradores têm o formato de uma antena parabólica feita de material refletor onde a parte a ser aquecida fica no centro. No entanto este sistema exige a operação conjunta de um sistema de orientação (para que a “antena” fique sempre virada para o sol) o que aumenta muito seu custo.
A energia solar fotovoltaica mostra-se uma alternativa promissora para complementar a geração do sistema de energia elétrica Brasileiro. Devido à contínua queda no preço dos painéis (David et al., 2012; IEA PVPS Programme, 2013), este tipo de aproveitamento da energia solar, antes atrativo apenas em regiões remotas ou em zonas rurais, tornou-se uma solução economicamente viável para a utilização em aplicações urbanas como, por exemplo, hotéis, supermercados, farmácias, residências, shoppings , condomínios, hospitais entre outros.
Figura 3 e 4 – Concentradores Solar
O processo de geração de energia solar fotovoltaica funciona da seguinte maneira:
Figura 5 – Sistema de Geração Fotovoltaica
A situação-problema é exemplificada usando-se uma metodologia de dimensionamento em um caso real, onde são dimensionados dois equipamentos. O primeiro se refere às placas fotovoltaicas, responsáveis por converter a energia luminosa em energia elétrica, bem como a quantidade necessária de placas fotovoltaicas necessárias. O segundo é o inversor, responsável por converter a corrente continua proveniente dos painéis em corrente alternada, tornando a energia adequada para uso em nos equipamentos e eletrodomésticos usados pelo imóvel: dimensiona-se a potência do inversor.
Antes de avançar para o primeiro passo deve-se considerar o conceito de energia. A Figura 6 mostra um exemplo de uma Conta de Energia.
Figura 6 – Conta de Luz
O cliente teve consumo de energia de 1000 kWh neste mês. A energia é uma unidade de potência multiplicada pelo tempo. Unidade de Potencia Tempo
A energia que um determinado aparelho consome é a potência do aparelho multiplicado pelo seu tempo de uso.
Figura 7 – Equação de Energia
A Figura 7 mostra a equação a ser empregada no cálculo de dimensionamento de um sistema de energia solar.
Energia é a energia de geração, ou seja, a energia que o sistema fotovoltaico vai gerar diariamente. A potência é a potência total dos painéis, ou seja, a potência da soma de todos os painéis. O tempo é o tempo de exposição, ou seja, o tempo em que os painéis ficam expostos ao sol diariamente.
Figura 8 – Equação de Energia aplicada ao sistema fotovoltaico
Assim podemos utilizar essa equação para descobrir a quantidade de painéis necessários. Para isso vamos isolar a potência total dos painéis.
Figura 9 – Potencial total isolada
A potência total dos painéis é igual a energia de geração dividida pelo tempo de exposição. Teoricamente esta equação estaria completa, porém, o sistema fotovoltaico não é livre de perdas de energia, havendo perdas
Tabela 1 – Histórico de Consumo
Nesse caso o consumo médio mensal foi de 1000 kWh mês. Em seguida deve-se procurar, na conta de luz, o tipo de ligação normalmente localizado sobre o campo classe.
Figura 12 – Classe e tipo de ligação
Coletam-se duas informações importantes neste campo: o tipo de propriedade (se ela é residencial, rural ou comercial) e o tipo de ligação (se ela é monofásica, bifásica ou trifásica). Nesse caso ela é trifásica. Isso é importante pois o tipo de ligação está atrelado ao custo de disponibilidade que o consumidor deve pagar na conta de energia. O custo de disponibilidade é o mínimo que o consumidor é obrigado a pagar para a distribuidora. Para uma ligação monofásica o consumidor tem que pagar no mínimo 30 kwh, para uma ligação bifásica paga 50 kwh e para uma ligação trifásica paga 100 kwh, o que mostra a Tabela 2.
Tabela 2 – Custo de Disponibilidade
Esse dado é importante, pois influencia no dimensionamento do sistema como se demonstra a seguir.
O consumo médio mensal foi de 1000 kWh conforme observado no histórico da conta e o tipo de ligação é trifásica: portanto o consumidor tem a obrigação de pagar pelo menos 100 kwh mensais para a distribuidora. Como o consumidor é obrigado a pagar por 100 kwh ele precisa gerar apenas 900 kWh/mês para complementar o custo de disponibilidade e somar 1000 kWh de consumo, conforme mostra o esquema da Figura 13.
Figura 13 – Dimensionamento da Geração
Portanto 900 kWh/mês é a variável “Energia de Geração” da equação base, porém como é necessário transformar a energia de geração de kWh/mês para kWh/dia, faz-se esta transformação, conforme mostra a Figura 14.
