FACULDADE FINOM DE PATOS DE MINAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
ANDRÉ VINÍCIUS DE ALMEIDA
DIMENSIONAMENTO E PROJETO DE SISTEMA FOTOVOLTÁICO CONECTADO
A REDE E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONOMICA
PATOS DE MINAS – MG
2019
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DIMENSIONAMENTO E PROJETO DE SISTEMA FOTOVOLTÁICO CONECTADO A REDE E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONOMICA, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Elétrica
Atualmente, um tema de grande destaque em relação à sustentabilidade, economia e viabilidade financeira é o sistema fotovoltaico conectado à rede. Para o desenvolvimento desse trabalho de conclusão de curso, além do aprofundamento teórico no tema citado, foi demonstrado a forma de realizar o dimensionamento e sua viabilidade econômica. Como citado anteriormente, para o aprofundamento teórico foi utilizado o trabalho de autores que desenvolveram sobre esse assunto.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2021
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FACULDADE FINOM DE PATOS DE MINAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
ANDRÉ VINÍCIUS DE ALMEIDA
DIMENSIONAMENTO E PROJETO DE SISTEMA FOTOVOLTÁICO CONECTADO
A REDE E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONOMICA
PATOS DE MINAS – MG
ANDRÉ VINÍCIUS DE ALMEIDA
DIMENSIONAMENTO E PROJETO DE SISTEMA FOTOVOLTÁICO CONECTADO
A REDE E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONOMICA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Faculdade FINOM de Patos de Minas, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Esp. Fabrício Caixeta de Mello. PATOS DE MINAS – MG 2019
Meu obrigado a todos aqueles que caminharam ao meu lado durante essa etapa da minha vida.
AGRADECIMENTOS
Após um longo tempo, enfim chegou o momento tão aguardado. Hoje, após essa jornada de tantos quilômetros percorridos, tantas horas de estudo, de viagens, gostaria de deixar meu agradecimento às pessoas que foram um alicerce nessa fase da minha vida Primeiramente agradeço a Deus, por permitir que eu viva essa ocasião, e durante todo o andamento da faculdade me deu forças para perseverar, prosseguindo sempre sem desanimar. Gostaria de deixar meu agradecimento à minha família, meus pais, amigos e à minha namorada, que me deram o apoio que precisei para findar mais essa etapa da minha vida. Deixo meu agradecimento aos professores da Faculdade FINOM pelo apoio ao longo desses 5 anos e especialmente ao meu orientador, o Prof. Esp. Fabrício Caixeta de Mello, que dedicou seu tempo para que meu trabalho fosse o melhor possível.
RESUMO
Atualmente, um tema de grande destaque em relação à sustentabilidade, economia e viabilidade financeira é o sistema fotovoltaico conectado à rede. Para o desenvolvimento desse trabalho de conclusão de curso, além do aprofundamento teórico no tema citado, foi demonstrado a forma de realizar o dimensionamento e sua viabilidade econômica. Como citado anteriormente, para o aprofundamento teórico foi utilizado o trabalho de autores que desenvolveram sobre esse assunto. O trabalho baseou-se em um sistema ONGRID desenvolvido na cidade de três marias. Além disso, contou com dados fornecidos pela empresa de energia de Minas Gerais, a CEMIG, onde a mesma forneceu o histórico de consumo da residência. Ligando esse fato ao consumo e valor gasto para execução do sistema, foi possível observar a viabilidade econômica. Uma das principais vantagens desse sistema é que além de gerar a energia que será consumida, o restante não utilizado é injetado na rede e gerará créditos com a distribuidora de energia. Esse sistema tem crescido sua utilização, ganhando destaque na matriz energética no Brasil, principalmente por aqueles que pensam no futuro do planeta e ao mesmo tempo em economia. Palavras-chave: Energia solar. Módulos fotovoltaicos. Sistema ONGRID. .
ABSTRACT
Currently, a major theme regarding sustainability, economy and financial viability is the grid-connected photovoltaic system. For the development of this course conclusion work, besides the theoretical deepening in the aforementioned theme, it was demonstrated how to perform the sizing and its economic viability. As previously mentioned, for the theoretical deepening was used the work of authors who developed on this subject. The work was based on an ONGRID system developed in the city of three Marias. In addition, it had data provided by the energy company of Minas Gerais, CEMIG, where it provided the history of consumption of the residence. Linking this fact to the consumption and value spent to execute the system, it was possible to observe the economic viability. One of the main advantages of this system is that in addition to generating the energy that will be consumed, the unused remainder is injected into the grid and will generate credits with the power distributor. This system has increased its use, gaining prominence in the energy matrix in Brazil, especially by those who think about the future of the planet and at the same time in economy. Key words: Solar energy. Photovoltaic modules. ONGRID System.
EQUAÇÕES
Equação 1 - Determinação de n° de painéis ................................................................... 32 Equação 2 - N° de painéis .................................................................................................. 33 Equação 3 - Viabilidade financeira.............................................................................4 3
SUMÁRIO
- Figura 1 - Painéis fotovoltaicos
- Figura 2 - Esfera celeste
- Figura 3 - Célula fotovoltaica..............................................................................................
- Figura 4 - Inclinação solar
- Figura 5 - Inversor de tensão
- Figura 6 - Sistema ligado à rede........................................................................................
- Figura 7 - Sistemas isolados
- Figura 8 - Local de instalação do sistema........................................................................
- Figura 9 - Histórico de consumo
- Figura 10 - Disjuntor utilizado
- Figura 11 - Disjuntor
- Figura 12 - Canadian solar
- Figura 13 - Nível médio de radiação solar
- Figura 14 - Características do inversor
- Figura 15 - Características do inversor
- Figura 16 - Diagrama unifilar
- Figura 17 - Certificado de registro de concessão, parte
- Figura 18 - Certificado de registro de concessão, parte
- Figura 19 – Unidades consumidoras beneficiadas.........................................................
- Figura 20 - Formulário
- Figura 21 - Custo total da implantação do sistema
- Figura 22 - Consumo de energia
- Figura 23 - Inversor..............................................................................................................
- Figura 24 - Imagem aérea da instalação..........................................................................
- Figura 25 - Local de instalação
- Figura 26 - Módulos instalados
- Figura 27 - Vista lateral dos módulos instalados
- Figura 28 - Energia solar
- INTRODUÇÃO...........................................................................................................
- FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA
- 2.1 Energia Solar Fotovoltaica
- 2.1.1 Efeito Fotovoltaico.....................................................................................................
- 2.1.2 Irradiação solar
- 2.1.3 Células fotovoltaicas
- 2.1.4 Módulos Fotovoltaicos
- 2.1.5 Inversores de tensão
- 2.2 Resolução Normativa (REN) Nº 482 de 17/04/2012 e PRODIST
- 2.3 Sistemas Fotovoltaicos
- 2 .3.1 Sistemas ON GRID (conectados à rede)
- 2.3.1.1Usinas de geração fotovoltaica
- 2.3.1.2Minigeração fotovoltaica
- 2.3.1.3Microgeração fotovoltaica........................................................................................
- 2.3.2 Sistemas isolados (não conectados à rede)
- 2.3.3 Sistemas Híbridos
- 2.4 Sistema de tarifação...............................................................................................
- 2.4.1 Tarifação Net metering
- 2.4.2 Tarifação Feed in
- METODOLOGIA
- RESULTADOS E DISCUSSÕES
- 4.1 Dimensionamento do sistema
- 4.2 Inversor
- 4.3 Local de instalação.................................................................................................
- 4.4 Viabilidade financeira
- CONCLUSÕES
- REFERÊNCIAS
12
1. INTRODUÇÃO Após a revolução industrial, pôde-se notar um aumento considerável da demanda e consumo de energia em todo o planeta, sobretudo nos países mais desenvolvidos. Tal fenômeno pode ser explicado, devido ao fato de que a competitividade econômica de um país ou região está diretamente ligada à sua disponibilidade de energia, assim como a qualidade de vida de sua população. Apesar de grandes investimentos nas últimas décadas em busca de avanços na exploração e utilização de fontes renováveis de energia, a matriz energética mundial ainda continua sendo formada, em sua maior parte de fontes não-renováveis de energia. Recentemente, devido aos avanços tecnológicos, tem crescido a disponibilidade e a utilização de fontes alternativas e fontes renováveis de energias no mundo, tendo o Brasil uma posição de destaque, já que possui grande disponibilidade hídrica para geração de eletricidade. Do total de energia elétrica consumida no País, segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2019), 60,39% é proveniente de usinas hidrelétricas, porém, esse tipo de geração de energia fica refém das chuvas, e em épocas de forte estiagem, os reservatórios das hidrelétricas podem atingir níveis não adequados para a geração de energia demandada. Tal fator tem gerado preocupações cada vez maiores e trazido à tona uma discussão em relação à diversificação de métodos utilizados para gerar energia. Nesse sentido, a energia solar fotovoltaica, vem se tornando uma interessante opção de fonte de energia renovável e em muitos países desenvolvidos, o seu uso já ocupa um lugar de destaque. Esse trabalho aprofundou nos estudos a respeito do sistema ONGRID, que são os sistemas fotovoltaicos que geram energia conectados à rede elétrica. Esse sistema pode ser definido como aquele que, juntamente com um conjunto de inversores, convertem corrente contínua em corrente alternada nele e a energia produzida pelo sistema fotovoltaico e que não é totalmente utilizada pelo usuário é transferida para a rede elétrica, gerando descontos na conta de energia elétrica. No Brasil, essa fonte permaneceu praticamente subutilizada até pouco tempo, porém nos últimos anos, mais precisamente após a resolução Normativa 482/2012, houve grande incentivo ao seu uso. Essa resolução estabeleceu condições gerais
13 para o acesso de microgeração e minigeração, gerando aumento considerável das instalações dos sistemas de energia solar fotovoltaica, que passou a ocupar um espaço maior na matriz energética brasileira. O objetivo geral desse projeto de pesquisa foi descrever sobre o método de geração de energia solar fotovoltaico conectado à rede, levando também em consideração a sua viabilidade econômica. Perante a preocupação que a escassez de chuva tem gerado, vindo a refletir diretamente na geração hidrelétrica de energia, foi de suma importância analisar alternativas para ajudar a minimizar esse problema. Diante disso, a energia fotovoltaica é uma das principais técnicas que podem auxiliar nessa questão. Em relação às fontes energéticas, é necessário se pensar nos aspectos sociais, ambientais e econômicos. A utilização do sistema fotovoltaico além de gerar economia, utiliza-se de meios renováveis para o abastecimento elétrico, produzindo energia suficiente de maneira que é possível gerar créditos junto à concessionária elétrica responsável. A energia mundial em sua maioria provém de fontes não renováveis, abrindo então espaço para a utilização de ideias alternativas, onde a energia solar ganha destaque, principalmente os sistemas fotovoltaicos ligados à rede. Portanto, é bastante oportuno trazer à tona o sistema fotovoltaico, apresentando-o com detalhes, analisando sua viabilidade econômica e mostrando que este pode contribuir para a geração de energia mais limpa e de forma econômica.
15 Figura 1 - Painéis fotovoltaicos Fonte: Autor (2019). 2.1.1 Efeito Fotovoltaico Segundo Bastos (2018), o efeito fotovoltaico é a capacidade de alguns materiais gerarem tensões ou correntes elétricas quando expostos à luz do sol. Bastos (2018) ainda afirma que diariamente os raios solares incidem sobre a superfície terrestre muito mais que o necessário para todos os habitantes, portanto, surgiu a ideia de poder aproveitar essa fonte de energia renovável. A incidência de luz solar é aproveitada de diversas maneiras, e o efeito fotovoltaico é uma das melhores formas de se obter energia elétrica. Segundo Câmara (2011), o efeito fotovoltaico dá-se em semicondutores caracterizados por bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (banda de valência) e outra banda de condução (totalmente vazia).
16 2.1.2 Irradiação solar O sol é a base de toda a vida na terra, uma vez que ele fornece energia na forma de radiação eletromagnética ao nosso planeta. Esta energia é liberada devido às reações termonucleares que ocorre no núcleo do Sol. O Sol está distante da Terra aproximadamente 149.600.000km, essa distância faz com que apenas uma mínima parte da radiação solar emitida pelo sol atinja a superfície da Terra (aproximadamente duas partes por milhão). Esta radiação corresponde a uma quantidade de energia de 1x10^18 kWh/ano (GREENPRO, 2004). A quantidade de energia solar que atinge a superfície da Terra corresponde, aproximadamente, 10 mil vezes à procura global de energia. Esses números mostram a importância e o potencial do Sol como fonte energética, tanto para produção de energia térmica quanto para produção de energia elétrica. A terra movimenta-se ao redor do Sol (movimento de translação) em uma órbita elíptica inclinada, que pode ser aproximada a uma circunferência, como o sol em um dos seus focos. A posição relativa entre o Sol e a Terra pode ser representada por meio da esfera celestial ao redor da terra conforme a Figura 2. Figura 2 - Esfera celeste Fonte: (PINHO et.al.,2008). 2.1.3 Células fotovoltaicas Atualmente existem várias tecnologias que conseguem converter a radiação solar em eletricidade de forma direta e de acordo com LORENZO (1994), “A célula
18 de verão a inclinação é igual a - 23,45° e corresponde ao dia mais longo do ano (Figura 4). Essa perspectiva é referente ao hemisfério Sul. Figura 4 - Inclinação solar Fonte: EIA, (2014). 2.1.4 Módulos Fotovoltaicos O Módulo fotovoltaico proporciona os níveis de tensão e corrente adequados para cada aplicação, protege células frente às agressões ocasionadas pelas intempéries a isolando eletricamente do exterior, e por último e não menos importante, da rigidez mecânica ao conjunto. Os módulos fotovoltaicos são utilizados para a produção de células solares fotovoltaicas, podendo se destacar os semicondutores mais utilizados, por ordem decrescente de maturidade:
- Silício cristalino (c-Si);
- Silício amorfo hidrogenado (a-Si);
- Telureto de cádmio (CdTe). Dentre os semicondutores destacados, o mais utilizado é o c-Si, segundo Câmara (2011), sendo o único a fazer o uso de lâminas cristalinas. Os demais semicondutores citados utilizam materiais baseados em películas delgadas de material ativo semicondutor.
19 2.1.5 Inversores de tensão Ao se realizar um sistema de geração de energia solar conectado à rede elétrica, ele é sempre conectado em inversores, que fazem a interface com a rede elétrica, ou seja, segundo Besso (2017), eles possuem a capacidade de converter a corrente contínua (CC) em corrente alternada, conforme Figura 5. O papel do inversor é satisfazer as exigências quanto à segurança e qualidade, de modo que a rede não seja afetada. Os inversores, juntamente com o transformador fornecem uma grande central fotovoltaica instantaneamente à rede elétrica. Besso (2017) descreve ainda sobre os inversores de tensão: Os inversores são construídos com auxílio de dispositivos semicondutores de potência, que compõem chaves eletrônicas controláveis. Uma chave ideal possui as seguintes características: bloqueia elevadas tensões; conduz elevadas correntes, com mínima queda de tensão (baixa resistência); muda instantaneamente do estado de condução para bloqueio ou vice-versa; e requer baixa potência para o sinal de controle. (Besso, 2017, p. 22). Como dito anteriormente, os inversores possuem a função de garantir segurança, preservando todos os componentes envolvidos. Figura 5 - Inversor de tensão Fonte: Autor (201 9 ).