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Fatec Garça
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
EVERTON DE MOUTRA FERNANDESTHIAGO SANTANA DE SOUZA
SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO À NOVA TARIFAÇÃO DA
ANEEL DE 2014
GARÇA 2013
Fatec Garça
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
EVERTON DE MOURA FERNANDESTHIAGO SANTANA DE SOUZA
SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO Á NOVA TARIFAÇÃO DA
ANEEL DE 2014
Artigo Científico apresentado à Faculdade
de Tecnologia de Garça – FATEC, como
requisito para a conclusão do Curso de
Tecnologia em Mecatrônica Industrial,
examinado pela seguinte comissão de
professores:
_________________________________Prof.Ms José A. Poletto Filho
FATEC Garça
_________________________________Prof.
FATEC Garça
_________________________________Prof.
FATEC Garça
Data da Aprovação: ____/____/____
GARÇA 2013
SISTEMA FOTOVOLTAICO APLICADO À NOVA TARIFAÇÃO DA ANEEL DE
2014
Everton de Moura Fernandes
everton_mecatronico@globomail.comThiago Santana de Souza
thi_san_souza@hotmail.comProf. Ms. José Antônio Poletto Filho
Tecnologia em Mecatrônica Industrial
Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC
RESUMO: O Brasil ocupa o segundo lugar no mundo quando se trata da energia
solar incidente. A partir desse dado, e de posse dessa riqueza natural, o
desenvolvimento desse projeto de pesquisa voltou-se para um estudo mais
detalhado enquanto um sistema fotovoltaico, que sob a incidência do sol, gera
energia elétrica sem causar impacto ambiental e social causados pelas fontes de
energia tradicionais. Especificamente, a pesquisa procurou desenvolver um
sistema fotovoltaico isolado para que o consumidor pague menos nos chamados
horários de tarifa com custo maior. Através da pesquisa bibliográfica pode-se
constatar que os sistemas fotovoltaicos apresentam alto custo, impedindo a sua
aplicabilidade nas chamadas camadas populares que poderiam ser beneficiadas
pelo baixo custo que uma energia renovável poderia oferecer. Não é um trabalho
conclusivo, espera-se que a partir do mesmo, outros pesquisadores possam
contribuir para o enriquecimento do tema abordado.
Palavras- chave: Sistema fotovoltaico, Nova tarifação, energia solar incidente.
ABSTRACT: Brazil ranks second around the world when it comes to the incident
solar energy. Considering this fact and the great amount of natural resources, of
this research resented detailed study about a photovoltaic system under solar
incidence, which generates electricity without causing environmental and social
impact which are caused by traditional energy sources. Especially, the study
intended to develop a photovoltaic system isolated so that consumers may pay
less in specific time when the fare is higher. Through literature review it can be
seen that the photovoltaic systems are considered too expensive, preventing their
applicability in the popular layers that could be benefited by the low cost of
renewable energy. It’s not a conclusive work, it is expected that from this work,
other researchers can contribute to the improvement of the subject
Keyword: Photovoltaic system, Tariff new, incident solar energy.
1-INTRODUÇÃO
A energia é um bem essencial para a sociedade moderna, os avanços
tecnológicos tem se mostrado de grande importância, sem ela não teríamos
televisores, computadores, ares condicionados todos dependentes de energia
elétrica (CAVALCANTE, 2013), porém com o consumo desenfreado e a criação
de novas usinas hidrelétricas, tem colocado em risco os rios, a fauna e a flora.
Para minimizar os problemas que estão afetando os elementos da natureza
com a construção no Brasil de 34 novas usinas hidrelétricas até 2021, sendo 15
delas na Amazônia Legal (DAEMON, 2013), mais o consumo crescente e o
impacto ambiental e social causados pelas fontes de energias tradicionais
levaram o governo e a sociedade a pensarem em novas alternativas para
geração de energia elétrica. (BERMANN, 2008)
Segundo Sakate e Daltro (2013),77,6 % da matriz elétrica tem fonte hídrica,
1,7% de nuclear, 1,7% de eólica, 13,9% de usinas térmicas, sendo o restante no
valor 5,1%de outras fontes.
Visando minimizar os problemas relacionados aos apagões, o governo na
Audiência Pública nº. 120/2010diz:
A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aprovou, nesta terça-feira (22/11), durante reunião pública da diretoria, a alteração da estrutura tarifária aplicada ao setor de distribuição de energia. O novo regulamento prevê a aplicação de tarifas diferenciadas por horário de consumo, oferecendo tarifas mais baratas nos períodos em que o sistema é menos utilizado pelos consumidores.
Segundo Benvenuti (2013), a tarifa branca e a bandeira tarifária será uma
nova forma de cobrança que entrará em vigor a partir de 1º de janeiro de 2014. A
ANEEL agência reguladora implantarão sistema de bandeiras tarifárias que virão
impressas na conta do usuário. As bandeiras indicaram o custo de geração de
energia para o consumidor, a saber: a bandeira verde representa para o
consumidor custos baixos na geração de energia elétrica, a bandeira amarela
sinaliza um aumento dos custos de geração, isto é, sofre acréscimo de R$ 1,50
para cada 100 quilowatt-hora (KWh). A bandeira vermelha informa que a oferta de
energia para atender aos consumidores ocorre com maiores custos de geração,
R$ 3,00 para cada 100 quilowatt-hora”
Ainda de acordo com o mesmo autor a “tarifa branca” valerá para
consumidores de baixa tensão (residenciais e comerciais) no inicio de 2014. A
energia terá três valores distintos. O horário mais caro, “de ponta”, será de
segunda à sexta-feira, das 18h às 21h. Uma hora antes e depois deste período
(das 17h às 18h e das 22h às 23h) será o “horário intermediário”, com tarifa mais
barata. Em ambos os intervalos, o preço das tarifas de energia será maior do que
o valor pago atualmente em nossas faturas. Nos demais horários, a tarifa será
menor do que o empregado hoje em dia, garante a ANEEL. Sendo os finais de
semana e feriados nacionais prevalecerão à tarifa mais baixa, ao longo do dia,
não sofrerá alteração.
Segundo Capelli (2010), infelizmente, no Brasil, a principal causa da crise
energética, isto é, produção menor que o consumo, se dá pela falta de
investimento no setor elétrico.
2- OBJETIVO
Desenvolver um sistema fotovoltaico isolado, através da energia renováveis
gerada na própria residência, visando proporcionar ao consumidor custos menor
nos horários de tarifas maiores.
.
3-JUSTIFICATIVA
O alto custo do consumo elétrico, repassado ao consumidor, despertou o
desejo de desenvolver um projeto que estude alternativas para que a população
pague menos nos horários de tarifas com custos maiores. Para tanto, a energia
fotovoltaica, uma energia renovável que não agride o meio ambiente com queima
de combustível, enriquecimento de uranio e outros, seria a meu ver a grande
solução para o consumidor e meio ambiente.
4-REVISAO BIBLIOGRÁFICA
4.1- Cobranças de Energia Elétrica
Segundo Secretaria de Energia do Estado de São Paulo (2013), o sistema
elétrico do país é composto pelo Sistema Interligado Nacional (SIN), que é uma
grande rede de transmissão que permite o trânsito de energia entre as regiões do
Brasil. Ele é composto pelas geradoras que produzem energia elétrica, a
transmissora responsável pelo transporte da energia até os centros
consumidores e as distribuidoras leva a energia até a casa dos consumidores.
A ANEEL é o órgão do Governo que regulamenta o setor, vinculada ao
Ministério de Minas e Energia, também estabelece as tarifas que asseguram ao
consumidor o pagamento justo de energia elétrica, como também garante o
equilíbrio econômico-financeiro das concessionarias de distribuição para que
possam oferecer energia elétrica com qualidade, confiabilidade e continuidade
necessárias. .
As tarifas são definidas pela área de concessão que cada empresa
distribuidora atua, se a distribuidora fornece para a mesma unidade federativa,
terá a mesma tarifa em todo seu território. Caso contrário, tarifas diferentes
podem coexistir dentro de um mesmo estado, tarifado pela ANEEL.
A CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz) que é a distribuidora da
região de Marilia cobra R$ 0,37021739 pelo KWh.
As faturas de energia elétrica incluem três custos distintos conforme Figura 1:
Figura 1: Descrição de tarifa
Fonte: Secretaria de Energia do Estado de São Paulo. Estes custos acabam encarecendo ainda mais as contas dos
consumidores, quanto mais se gasta de energia mais se paga de tributos. Os
valores da geração da energia comprada pelas distribuidoras para revender aos
seus consumidores é determinado em leilões públicos definidos pela ANEEL
fazendo que haja um preço justo e uma transparência na compra de energia a fim
de melhores preços aos seus consumidores
Dentre os tributos federais, estaduais e municipais pagos pelos
consumidores se destacam:
• Tributos federais: Programa de Integração Social (PIS) / Contribuição para
o Financiamento da Seguridade Social (COFINS). A soma dessas alíquotas é de
cerca de 9%;
• Tributos estaduais: Imposto sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços
(ICMS). Os valores do ICMS cobrado na energia elétrica (residencial de baixa
tensão) no estado de São Paulo são: consumo de 0 a 90 kWh – isento; consumo
de 91 a 200 kWh – 12%; consumo de acima de 201 – 25%;
• Tributos Municipais: CIP ou COSIP (Contribuição para Custeio do Serviço
de Iluminação Pública);
• Encargos setoriais – a soma dos encargos é de cerca de 9%
4.2 BANDEIRAS TARIFÁRIAS E TARIFA BRANCA
4.2.1 Bandeiras tarifárias
Segundo ANEEL a partir de 1° de janeiro de 2014, entrará em vigor a
“Bandeira Tarifária”. As bandeiras verdes, amarelas e vermelhas, nas mesmas
cores de um semáforo indicarão se a energia custará mais, ou menos, em função
das condições de geração de eletricidade. Estas bandeiras estarão divulgadas na
conta de energia a cada mês e indicam o seguinte:
• Bandeira verde: condições favoráveis de geração de energia. A tarifa não
sofre nenhum acréscimo;
• Bandeira amarela: condições de geração menos favoráveis. A tarifa sofre
acréscimo de R$ 1,50 para cada 100 quilowatt-hora (kWh) consumidos;
• Bandeira vermelha: condições mais custosas de geração. A tarifa sobre
acréscimo de R$ 3,00 para cada 100 kWh consumidos.
Segundo Jungles (2013), o novo modelo de precificação da energia elétrica
pode aumentar de 3% a 14% os custos do setor industrial no Brasil. A ANELL
(2013) explica o porquê da bandeira tarifaria, segundo ela, a energia elétrica do
Brasil é gerada por usinas hidrelétricas, para funcionar dependem das chuvas e
nível dos reservatórios. Tendo pouca água armazenada, usinas termelétricas são
ligadas com a finalidade de poupar água nos reservatórios das usinas
hidrelétricas. Comas termelétricas em funcionamento a geração de energia tem
seu custo aumentado, pois são movidas a gás natural, carvão, óleo combustível e
diesel. Por outro lado, se houver água armazenada, não há necessidade de uso
das térmicas, sendo assim, o custo de geração menor, desta forma, o custo da
energia elétrica vai depender do regime pluviométrico do ano.
4.2.2 Tarifa Branca
A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL 2013) prevê a aplicação de
tarifas diferenciadas por horário de consumo, oferecendo tarifas mais baratas nos
períodos que o sistema elétrico é menos utilizado pelos consumidores. Os
consumidores de baixa tensão sejam os residenciais, comerciais, industriais e de
áreas rurais, a principal mudança é a criação da modalidade chamada de
tarifação branca, que será uma alternativa à convencional hoje em vigor e
oferecerá três diferentes patamares para a tarifa de energia, de acordo com os
horários de consumo. De segunda a sexta-feira, uma tarifa mais barata será
empregada na maioria das horas do dia; outra mais cara, no horário em que o
consumo de energia atinge o pico máximo, no início da noite; e a terceira,
intermediária, será entre esses dois horários. Nos finais de semana e feriados, a
tarifa mais barata será empregada para todas as horas do dia. Elas também
serão regidas pelas cores do semáforo conforme Tabela1:
Tabela 1: Cores da nova tarifação de energia
Fonte: ANEEL, 2013
Para aderir a Tarifa Branca, os consumidores terão que trocar os relógios
eletromecânicos para os eletrônicos que fazem esta leitura de consumo conforme
o horário, quem não aderir a este tipo de tarifa continuará a seremtarifados pelo
sistema convencional em vigor, para isso os consumidores precisam formalizar
sua opção junto à distribuidora. (ANEEL, 2013).
4.3 - FONTES RENOVÁVEIS
4.3.1 Eólica
Existem atualmente diversas fontes de energia renovável, uma delas é a
eólica. Conforme Faria (2013) é a energia do movimento (cinética) causada por
correntes de ar que circulam na atmosfera através dos ventos e da conversão de
energia cinética de translação pela energia cinética de rotação, através do
emprego de turbinas eólicas. A energia eólica é totalmente renovável e limpa, não
produz qualquer tipo de poluente. Os únicos pontos fracos das turbinas que
geram energia através dos ventos são a poluição sonora e a poluição visual. A
geração de energia elétrica através desta fonte é de extrema importância para o
Brasil, pois se trata de uma fonte renovável e limpa. Com a energia eólica, nosso
país está dando um grande passo na direção do desenvolvimento sustentável.
4.3.2 Energia de Biomassa
Segundo Villalva e Gazoli(2012), a energia de biomassa é obtida com a
queima de compostos orgânicos de origem vegetal ou animal. A biomassa
renovável é constituída de compostos orgânicos, sobretudo vegetais, que podem
ser repostos pelo plantio e não se esgotam. O Brasil é o maior produtor de cana-
de-açúcar do mundo, sendo assim, seu bagaço se torna um combustível
adequado para produzir calor e eletricidade. Os combustíveis produzidos a partir
da biomassa, como o etanol e o biodiesel, podem ser usados como fonte de
energia para o transporte, nos motores a combustão, ou para a produção de
eletricidade nas usinas termelétricas. Deixando de lado os aspectos negativos
como a necessidade de grandes áreas de plantio e a exaustão do solo, a
biomassa é considerada uma fonte limpa de energia, pois o carbono emitido pela
queima é capturado da atmosfera pelas plantas na realização da fotossíntese
dentre um ciclo fechado.
4.3.3-Energia Solar Fotovoltaica
Segundo Villalva e Gazoli (2012), um sistema solar fotovoltaico, usa a
energia do Sol para produzir eletricidade através do efeito fotovoltaico, que é a
conversão direta dos raios solares em energia elétrica. A energia solar
fotovoltaica é uma energia crescente em todo o mundo, podendo ser instalada
nos telhados e fachadas de residências e edifícios para suprir as necessidades
locais de eletricidade. Quanto aos sistemas solares fotovoltaicos, existem dois
grandes grupos: sistemas isolados (off-grid) e os sistemas conectados à rede
(grid-tie). Os sistemas conectados a rede operam em paralelo a rede de
eletricidade, tendo o objetivo de gerar o consumo para o local, podendo reduzir
ou eliminar o consumo da rede publica ou mesmo gerar excedente de energia. Já
os não conectados a rede ou chamados de isolados, são aqueles que não se
integram a rede pública e, geralmente, são usados em locais remotos ou onde o
custo de acesso à rede é maior que o custo do próprio sistema.
4.3.4-Sistemas fotovoltaicos isolados
Os sistemas fotovoltaicos isolados são compostos pelas seguintes elementos:
• Painel Solar Fotovoltaico
• Controlador de carga
• Banco de bateria
• Inversor (CA-CC)
4.3.4 Painel solar fotovoltaico
Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por diversas células solares,
que convertem a energia da luz do Sol em energia elétrica. Tais células são
chamadas de células fotovoltaicas, ou seja, criam uma diferença de potencial
elétrico por ação de luz. As células fotovoltaicas são fabricadas com material
semicondutor, sendo o mais comum o silício, pois é um material muito abundante
e barato. O silício tem características intermediarias entre um condutor e um
isolante. As células fotovoltaicas possuem uma camada de material tipo P
justaposta a uma camada de material tipo N, que juntas formam um campo
elétrico. Quando recebe a luz do sol, a energia dos fótons da luz do sol faz com
que os elétrons da camada P consigam passar a camada N, criando uma
diferença de potencial nas extremidades do semicondutor. Ligados fios as
extremidades conforme Figura 2 e ligado a uma carga, haverá um fluxo de
corrente elétrica, fazendo os elétrons retornarem para a camada P, reiniciando o
processo. Resumidamente, a luz do sol fornece a energia para impulsionar os
elétrons em um único sentido, assim estabelecendo, a corrente elétrica.
(ELETROSUL, 2005)
Figura 2: Representação esquemática do painel solar fotovoltaico
Fonte: ELETROSUL, 2013
As células fotovoltaicas possuem tensões e correntes muito baixas por volta
de 0,7 volts e 3 amperes, respectivamente, várias células são conectadas em
série e/ou paralelo, conforme os níveis de tensão e corrente desejados. Estas
células são montadas em uma estrutura apropriada e formam um painel solar
fotovoltaico conforme Figura 3. (ELETROSUL, 2005).
Figura 3: Painel de captação solar
Fonte: Bosch Solar Energy AG, 2008
Afirmam Villalva e Gazoli (2012) que o posicionamento da célula fotovoltaica
deve ter sua face voltada para o Norte geográfico. Acha-se o norte geográfico
com a ajuda de uma bússola e o ângulo de correção. A inclinação do painel
fotovoltaico é calculada pela Tabela 2 para que não haja acúmulo de sujeira
sobre a placa fotovoltaica.
Tabela 2: Orientação para captação de energia solar
Latitude geográfica do
local
Ângulo de inclinação
recomendado0° a 10° α = 10°11° a 20° α = latitude21° a 30° α = latitude + 5°31° a 40° α = latitude + 10°
41 ou mais Α= latitude + 15°
Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.
Essa orientação possibilita a captação de energia do nascer ao pôr do sol,
buscando seu melhor aproveitamento. A figura 4 mostra a irradiação do sol desde
ao longo do dia.
Figura 4 Irradiação solar ao longo do dia
Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.
Conforme os mesmos autores, o numero total de módulos necessários no
sistema fotovoltaico são calculados pela seguinte Equação 1:
N=Ec / Ep (EQ1)
onde;
N = Numero de módulos fotovoltaicos
Ec = Energia diária consumida no sistema
Ep = Energia Produzida por cada módulo
4.3.5 Controlador de carga
Afirmam Villalva e Gazoli (2012), que todos os sistemas fotovoltaicos
isolados com baterias devem obrigatoriamente usar o controlador de carga. O
controlador de carga é o dispositivo que faz a correta interligação do painel
fotovoltaico e a bateria, evitando que a bateria seja sobre carregada ou
descarregada excessivamente. Este dispositivo tende a aumentar a vida útil da
bateria e maximizar a utilização conforme figura 5:
Figura 5: Controlador de carga
Fonte: Energia Solar Fotovoltaico, 2012.
4.3.6 Banco de bateria
A bateria tem função de proporcionar fornecimento constante de energia
para o sistema de consumo e para evitar desperdício de energia gerada quando
o consumo e baixo, armazenando a energia elétrica gerada para um uso
posterior, nos momentos que houver pouca ou nenhuma radiação nos painéis
fotovoltaicos, e nos períodos da noite e dia nublados e chuvosos (VILLALVA E
GAZOLI, 2012).
As baterias podem ser agrupadas em série ou em paralelo para formar um
banco de bateria. A associação em série permite obter tensões maiores, já as
associações em paralelo permitem acumular mais energia ou fornecer mais
corrente elétrica com a mesma tensão.
As baterias mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos são do tipo chumbo-
ácido. Deve ser do tipo “descarga profunda” ou estacionária, ou seja, podem
descarregar entre 20% e 80% de sua capacidade máxima, carregadas e
recarregadas novamente todos os dias. A capacidade da bateria ou do banco de
baterias determina sua autonomia. Um bom banco de bateria deve suprir entre
dois e quatro dias sem isolação para uso residencial. Baterias existentes no
mercado:
• Baterias Estacionárias comuns: Estas baterias utilizam placas mais
grossas que as convencionais, o que permite a elas passar por descargas
profundas. São as mais econômicas e uma boa opção para sistemas pequenos.
Também são usadas em veículos recreacionais, como carrinhos de golfe. Vida
útil: 4 a 5 anos
• Baterias OPzS: São muito utilizadas para sistemas de energia alternativa e
tem preços razoáveis para a sua vida útil. Estas baterias são ventiladas, ou seja,
liberam gás e devem ter reposição de água de tempos em tempos. Os gases são
explosivos e, portanto deve permanecer em locais apropriados. Vida útil: > 10
anos
• Baterias de Gel: São baterias seladas de gel, que não liberam gás e que,
portanto, podem ficar em locais fechados. Também são adequadas para
embarcações, pois o gel não se movimenta dentro da bateria. Vida útil: > 10 anos
• Baterias AGM: Nestas baterias uma capa de vidro é utilizada para conter o
eletrólito. São baterias seladas, que não liberam gás, e com excelente
desempenho. São mais caras, mas geralmente pagam o investimento. Vida útil:
>10 anos
Os preços das baterias variam de acordo com sua capacidade de carga,
quanto mais cargas acumulam mais cara custam.
4.3.7 Inversor de Frequência
Segundo Villalva e Gazoli (2012), o inversor é um equipamento eletrônico
que converte a tensão e corrente contínua (CC) em tensão e corrente alternada
(CA). O inversor é utilizado nos sistemas fotovoltaicos para alimentar
consumidores em corrente alternada a partir de corrente contínua produzida pelo
painel fotovoltaico ou armazenadas nas baterias. Os eletrodomésticos de uma
residência trabalham com rede elétrica de tensão alternada (127 v ou 220 v), e
como no sistema fotovoltaico, o armazenador e CC da bateria precisa da
presença deste inversor CC-CA.
Há vários inversores eletrônicos disponíveis no mercado com uma vasta
gama de potência e tensões de entrada, tipicamente 12v, 24V, ou 48V. O inversor
adequado tem que ser escolhido para cada sistema solar fotovoltaico em função
dos outros componentes.(VILLALVA E GAZOLI, 2012).
4.3.8 Interruptores horários
Os interruptores horários são dispositivos versáteis e de fácil programação.
Possui saída a relé que através da programação liga/desliga o equipamento. O
Projetado para o sistema é o Coel RTST-20 de uso industrial. Tem bateria de
duração de 100 horas na falta de energia, para que não haja perda da programação,
e botão manual que ajuda no projeto caso acabe energia da concessionária tem-se
a opção manual, fazendo que o sistema possa comutarem qualquer momento
conforme Figura 7. (COEL.2013)
Figura 6: Exemplo de interruptor horário
Fonte: COEL, 2013
4.3.9 Contatores
Segundo Marques (2013), contator é um dispositivo eletromagnético que liga e
desliga circuitos de alta potência. E composto por uma bobina que quando
alimentada cria um campo magnético no núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo
móvel fechando seus contatos. Retirando a alimentação desaparece o campo
magnético, provocando o retorno do núcleo através da mola conforme Figura 8.
Figura 7: Diagrama de um contator
Fonte: Marques 2013No contator existem os contatos principais e auxiliares. O contator é
especificado pela quantidade de carga que se quer acionar, quanto maior a carga
acionada maior será a carga nos contatos.
5-MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia utilizada para a construção do Projeto de Pesquisa foi iniciado
com a análise da incidência solar do Estado de são Paulo conforme Figura 9.
Figura 8: Incidência solar do estado de São Paulo
Fonte: Secretaria de Energia do Estado de São Paulo
A informação fornecida pela Secretaria de Energia do Estado de São Paulo
confirma a viabilidade da instalação do painel solar fotovoltaico em nossa região.
Para fazer o cálculo do sistema, foi necessário saber quantas horas por dia
o aparelho é utilizado. A Tabela 3 se refere aos possíveis aparelhos que serão
alimentados pelo sistema durante o horário com maior valor de tarifa. Levanto em
consideração horário das17hs às 22hs.
Tabela 3: Aparelhos com maior consumo e valor de tarifa
Quantidade Potencia Potência Total
Horas Consumo Watt- Horas
“Televisão 20” 1 70 70 5 350
Lâmpada de lied 6 Oito 48 5 240
Refrigerador 1 300 300 5 1500
Radio 1 16 16 5 80
DVD 1 10 10 5 50
Receptor de TV 1 20 20 5 100
Tomadas de uso geral 2 100 200 5 1000
TOTAL 3320
Com o calculo verificado que a potência de 3320 Wh será base para os
cálculos do sistema fotovoltaico.
Este projeto não levou em consideração o chuveiro elétrico, pois já há no
mercado diversas tecnologias alternativas. O cálculo aqui apresentado são
cálculos reais para aplicação de um sistema solar fotovoltaico a uma residência
com até 4 familiares.
5.1-Dimensionamento do painel fotovoltaico
A cidade de Marília no interior do estado de São Paulo é bem localizada
para instalação do sistema fotovoltaico com uma média de 5,6 kWh/m² dia, uma
boa irradiação durante todo o ano conforme Figura10. Com a irradiação definida
optou-se po escolher o painel fotovoltaico, que servirá de transformação de
energia solar em energia elétrica.
Figura 09: Incidência solar na cidade de Marília
Fonte: Secretaria de energia do Estado de São Paulo
Marília está localizada na latitude22º12'50”S. De posse desta informação e
da Tabela 2 do item 4.3 4 determina-se a inclinação do painel fotovoltaico em
27°.Para calcular o número de painéis fotovoltaicos, utiliza-se da EQ1do item
4.3.4:
Assim tem-se:
N = 3320Wh / 410Wh
N = 8,097Neste caso utiliza-se 8 módulos fotovoltaicos que fornecem 410Wh de
energia diariamente num local com cinco horas diárias de insolação,encontrados
no mercado, a um custo de R$ 719,00 cada.
5.1.1 Dimensionamento do banco de baterias
Para o dimensionamento do banco de bateria deve-se considerar:
• Energia a ser consumida
• Números de dias chuvosos ou nublados.
Se as baterias forem dimensionadas para serem descarregadas diariamente
com uma profundidade elevada, sua vida útil será reduzida. Se projetadas para
serem descarregadas em pequenas profundidades, sua vida útil ser elevada,
porém o custo do banco de bateria será mais alto. A profundidade de descarga
deste projeto será de 25% diário e 50% nos casos de falta de Sol por 2 dias
contínuos .Segundo os cálculos de Villalva e Gazoli (2012) neste caso tem-se:
Ec=3320 Wh
( energia consumida nos horário mais caros)
Ec = 3320 X 2 dias = 6640 W ou 6,6KWhO banco de bateria terá a tensão de 24 v com2 módulos em série e os outros 6
em paralelo Já a capacidade de carga do banco de bateria será:
CBANCO = 6640 / 24/ 0,5 = 553 Ah
Com uma bateria do mercado de 240Ah determina-se o número de conjunto de
baterias a serem utilizadas:
NBP = 553 Ah / 240Ah = 2,3055 Visando à baixa de custo arredondou-se para 2 conjuntos de baterias utilizados
no sistema por economia, ou seja, 4 baterias.
5.1.2 Dimensionamento do controlador de cargas
O controlador de carga é o dispositivo que faz a correta interligação do
painel fotovoltaico e a bateria. Este dispositivo tende a aumentar a vida útil da
bateria e maximizar a utilização, tem as seguintes funções:
• Proteção de sobrecarga
• Proteção de descarga excessiva
• Gerenciamento da carga da bateria
Para dimensionar o controlador de carga, utiliza-se a corrente de curto-
circuito do modulo fotovoltaico, especificada pelo fabricante de 8,41 A, sabendo
que se tem 2 conjuntos de módulos fotovoltaicos em série e 4 conjuntos em
paralelo, o que se resulta em uma corrente elétrica de curto-circuito de 4 x 8,41A
= 33, 64A .Será utilizado para o fator de segurança 30%, assim tem-se:33,64A X
1,3 = 43,73A, desta forma o controlador de carga será de 24 v com uma corrente
de 45 A.
.
5.1.3 Dimensionamento do inversor
Segundo Villalva e Gazoli (2012), o inversor é escolhido de acordo com a
tensão de entrada e a saída especificada para o sistema e deve suportar a
potência total dos aparelhos que serão alimentados. Nesse caso usa-se um de
1000 W.
5.1.4 Viabilidade do projeto
O custo real do projeto segue a Tabela 4:
Tabela 4: Custo do projeto
EQUIPAMENTOS QUANTIDADE PREÇO UNITARIO
TOTAL
Painel Fotovoltaico 140Wp
8 719,00 5752,00
Baterias 240 Ah 4 899,00 3596,00Controlador de Carga 1 869,00 869,00Inversor1200W 1 499,00 499,00
Total R$ 10716,00
Fonte: Minha casa Solar, 2013.
Os componentes do projeto foram encontrados pela internet através de um
representante de alto nível, não levando em consideração o custo de mão de
obra. Trazendo à nossa realidade, o valor pago pelo kWh na cidade de Marília é
de R$ 0,37021739 calculando este valor sobre o que se quer economizar, que é
de 3,320KWh tem-se a seguinte equação:
Custo do kWh X kWh a economizar = total da economia.
0,37021739 ×3,320 =1,2490O projeto economizará R$ 1,24 por dia, ou sendo assim contanto por dias
úteis ficaria:22 X 1,24 = 27,48 reais, ou 327,36 reais ao ano pelo sistema
convencional. Já pelo sistema tarifário onde a somente utiliza o sistema por 5
horas, o custo vai ser de 13 % a mais. A viabilidade vai depender do uso do
consumidor caso realmente use a energia no horário de tarifa maior, caso
contrario, não será viável, pois dividindo o preço do investimento pela economia
da tarifa em vigor, demoraria 32 anos para o retorno do investimento.
5.1.5 Descrição e funcionamento do protótipo
A simulação do protótipo pode ser feita por duas maneiras com ou sem a luz
do sol, devido que para acender a lâmpada precisa-se da carga da bateria que é
carregada pela energia solar. O funcionamento consiste da captação dos raios
solares pela placa fotovoltaica que transforma esta energia solar em energia
elétrica. A energia do painel vai para o controlador de carga que carrega as
baterias e fornece a energia para o inversor de frequência quando necessário. O
controlador de carga também é responsável pela vida útil da bateria, deixando
que não se esgote totalmente e não se carrega além de seu limite. Saindo do
controlador, a energia vai para o inversor de frequência que converte energia que
é de 24V contínua para 110V alternada. Como nosso protótipo já esta
programado para ter o contador de rede ligado para a residência, na hora dos
horários mais caros, este para de atracar e atraca o contador do sistema
fotovoltaico, assim, sucessivamente após o horário de pico.
Quando há muito sol, as baterias são carregadas rapidamente, com pouco
sol o carregamento se dá de forma mais lenta. Determinando o horário de
atuação das baterias espera-se que estejam carregadas ao longo do dia.
A bateria utilizada é a estacionária, ela será, ao longo do dia, carregada e
descarregada no horário de tarifas maiores, e não terá sua vida útil
comprometida.
Figura10: Protótipo funcional completo
Figura 11: Parte traseira do protótipo
2
7
4
6
1
5
3
.
Tabela 5 Descrição dos componentes no protótipo:
1. Painel Fotovoltaico2. Lâmpada simulará uma carga3. Controlador de Carga4. Timer5. Inversor de Frequência6. Contador rede7. Contador Fotovoltaico8. Transformador9. Bateria 9v 7A
5.1.6- Lista de materiais
Os materiais necessários para a montagem do protótipo do sistema solar
fotovoltaico são:
- Placa Solar Fotovoltaica;
- Controlador de Carga;
- Contatores;
- Bateria 12 V, 7 A;
- Timer;
- Transformador;
- Inversor;
- Madeira, cola, parafusos e fios.
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Estes materiais tiveram um custo para o projeto de R$: 441,00.
6-CONSIDERAÇÕES FINAIS
A energia fotovoltaica no Brasil é a energia do futuro, vivemos em um país
tropical com abundância de sol, sendo assim esta energia é considerado um
complemento ao sistema já implantado.
Este artigo abordou uma forma de utilização de sistemas fotovoltaicos
diferente dos usados atualmente, pois trabalha somente em um determinado
horário, através de um dimensionamento de sistema fotovoltaico isolado. Os
sistemas fotovoltaicos atuais apresentam um alto custo para instalação hoje,
acredita se que num futuro próximo com mais incentivo do Governo e
disponibilidade de obtenção dos componentes com maior facilidade, estes valores
tenderão a cair.
De acordo com o tema abordado neste trabalho, hoje é inviável a aplicação
do sistema fotovoltaico isolado, isto é funcionando apenas nos horários de tarifa
maior, pois a durabilidade das placas fotovoltaicas é de 25 anos e uma pesquisa
demonstrou que todo investimento aplicado teria um retorno após 32 anos de
economia diária. Com base neste artigo, podemos verificar a importância de se
estudar novas fontes de energia renováveis – energia limpa.
Concluindo, vemos a necessidade de novas pesquisas que poderão gerar
maior economia ao país e ao consumidor de fontes naturais que não agridem o
meio ambiente e este projeto fica aberto a melhorias constantes e sugestões para
a escolha de novos caminhos para o seu aprimoramento.
REFERÊNCIAS ANEEL. Tarifa Branca Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=781&idPerfil=4>. Acesso em: 04 sets 2012.BENVENUTI, Patrícia -Tarifa branca: “negócio da China” para as distribuidoras- Brasil de fato. Disponível em: < http://www.brasildefato.com.br/node/25849>. Acesso em: 8 set 2013
BERMANN,Célio-Crise Ambiental e as Energias Renováveis-Disponível em: <http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?pid=S0009-67252008000300010&script=sci_arttext> Acesso em: 1 nov. 2013BOSCH SOLAR ENERGY AG. Bosch solar Module c-Si M EU30117 I EU3012 (235-250 Wp). Disponível em:<http://www.bosch-solarenergy.de/en/bosch_se_online/gewerbliche_kunden_1/produkte_2/kristalline_solarmodule_2.html>. Acesso em: 10 nov. 2013.CAPELLI, Alexandre: Energia elétrica para sistemas automáticos da produção. 2°Edição. São Paulo. Érica, 2010. CAVALCANTE, Kleber –Energia elétrica – Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/energia-eletrica.htm>Acesso em 20 ago. 2013.COEL-Interruptores Horários -Disponível em <http://www.coel.com.br/produto/rtst20-rtstl20/> Acesso em: 10 nov. 2013DAEMON, Carol – Hidrelétricas brasileiras - Disponível em< http://caroldaemon.blogspot.com.br/2013/08/hidreletricas-brasileiras.html> Acesso em:1 nov. 2013.ELETROSUL -Energia Solar Fotovoltaica- Disponível em <http://www.eletrosul.gov.br/home/conteudo.php?cd=1151> Acesso em: 10 nov. 2013FARIA Caroline – Energia Eólica- Disponível em <http://www.infoescola.com/tecnologia/energia-eolica/>Acesso em: 08 nov. 2013JUNGLES, Cíntia - Bandeiras tarifárias vão impactar custo da indústria - <http://www.gazetadopovo.com.br/economia/conteudo.phtml?id=1416588&tit=Bandeiras-tarifarias-vao-impactar-custo-da-industria.> Acesso em: 24 out 2013MARQUES, Cintia- Contatores -Disponível em <http://www.cefetsp.br/edu/jaan/com_ele.html> Acesso em: 10 nov. 2013.MINHA CASA SOLAR – Loja Virtual – Disponível em <http://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/> Acesso em: 12 nov. 2013MPPT SOLAR – Como conectar varia baterias em serie em paralelo- Disponível
em <http://www.mpptsolar.com/pt/baterias-serie-paralelo.html> Acesso em: 02 nov.
2013.
SAKATE, Marcelo; DALTRO, Ana Luiza. As Térmicas a todo vapor, Revista Veja, Edição 2305, p.58-61, jan. 2013.SECRETARIA DE ENERGIA DO ESTADO DE SÃO PAULO - Levantamento do Potencial de Energia Solar Paulista – Disponível em: <http://www.energia.sp.gov.br/portal.php/atlas-solar> Acesso 07 set. 2013VILLALVA, Marcelo Gradella; GAZOLI, Jonas Rafael. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações. São Paulo: Érica, 2012.