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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN
GILSON LUIS EGGERT
PROJETO ELTRICO DE UM EDIFCIO DE USO COLETIVO COMGERAO DISTRIBUDA
CURITIBA2013
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GILSON LUIS EGGERT
PROJETO ELTRICO DE UM EDIFCIO DE USO COLETIVO COMGERAO DISTRIBUDA
Trabalho de concluso de curso
apresentado como requisito parcial
obteno do grau de Engenheiro Eletricista,
ao Departamento de Engenharia Eltrica,
Setor de Tecnologia da Universidade
Federal do Paran.
Orientador: Prof. Eng. Joaquim Antonio
Dalledone Neto
CURITIBA
2013
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Dedico este trabalho aos meus pais Artur e Helena, por toda a
educao e apoio que me deram, pois sem eles, no teria
consegui chegar ao fim.
minha irm Joanice,
Por todo o amor, carinho e fora que me trouxeram at aqui.
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AGRADECIMENTOS
Ao meu Senhor, pela beno da vida e pela proteo.
Ao professor Joaquim Antonio Dalledone Neto, por todo o apoio, confiana e
disponibilidade a mim a prestados, fundamentais para a realizao e concluso
deste trabalho.
Ao professor Joo Amrico Vilela Junior, por todo o apoio e incentivo para a
concluso deste trabalho.
Ao meu amigo Bruno, pela pacincia e colaborao na realizao destetrabalho.
Aos meus amigos Joo e Franciele pela amizade, apoio, companheirismo,
compreenso e pela colaborao na finalizao deste trabalho.
Aos colegas de graduao Paulo, Eugnio, Dalzotto, Daniel, Andr Frana,
Ermerson, Ivanderson, Marcel, Andr Langner, Heitor, Fernando, Willian, pela
amizade e momentos de descontrao durante o curso. E a todos os demais
colegas que de alguma forma contriburam para que eu chegasse aqui hoje.
A amiga Ana Cludia pela colaborao na obtenso dos dados para realizao
deste trabalho. Ao meu chefe Sidnei, pela compreenso e ajuda prestada. E
aos demais colegas do escritrio que me apoiaram nestes ltimos dias de
finalizao do trabalho.
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Quando acendemos uma lmpada, ligamos o
televisor ou usamos o chuveiro eltrico,
estamos destruindo um pouco o nosso
planeta e gastando recursos que se esgotam
com o uso.
(VILLALVA & GAZOLI, 2012)
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RESUMO
A energia eltrica tem fundamental importncia na forma de vida atual dohomem. Tudo que ele faz est direta ou indiretamente ligado eletricidade, deforma que impensvel no atual momento da evoluo humana a falta dela.Porm, esta necessidade tem consequncias ambientais graves, que devemser levadas em considerao no desenvolvimento de cada novo projeto de umausina eltrica. Com o objetivo de reduzir os impactos ambientes causados pelagerao de energia, fontes limpas como a elica e a solar vm sendoestudadas e desenvolvidas. Neste trabalho ser apresentado o estado atual dedesenvolvimento destas tecnologias e uma das formas de aplicao destas, ossistemas de gerao distribuda de pequeno porte. A concluso dos estudosdeste trabalho resultar no projeto de um edifcio utilizando este conceito, onde
gerada energia eltrica atravs de painis solares e aerogeradores e feita aconexo com a rede da concessionria, sendo que este sistema pode operarfornecendo energia apenas para o edifcio onde se encontra instalado ouinjetando parte da energia gerada na rede da concessionria.
Palavras-chave: Energia Solar, Energia Elica, Gerao Distribuda, GeraoLocalizada.
ABSTRACT
The electric power is crucial to the current way of the manslife. Everything hedoes is directly or indirectly connected to the electricity, so it is unthinkable inthe current moment of human evolution its lack. However, this need forelectricity has serious environmental consequences that should be taken intoconsideration in the development of each new design of a power plant. Aimingto reduce the impacts caused by ambiental energy generation, clean energysource, such as wind and solar, are being studied and developed. In this paperwill be presented the current state of development of these technologies, aswell as one of the ways they can be used for power generation, small systemsof distributed generation. The conclusion of this research will result in a buildingprojected using this concept, where electricity is generated through solar panelsand wind turbines and made the connection to the utility grid, and the systemcan operate only supplying power to the building where is installed or injectingpart of the energy generated in the utility grid.
Keywords: Solar Energy, Wind Energy, Distributed Generation, Generationlocated.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Sistema isolado de energia. Fonte: (FC Solar) ................................. 21Figura 2: Sistema hbrido. Fonte: (DONAUER) ................................................ 23
Figura 3: Sistema conectado Fonte: (FC Solar) ............................................... 24Figura 4: Evoluo da potncia total instalada de SFCRT no Japo. Fonte:(BERTOI, 2012) ................................................................................................ 28Figura 5: Fachada sul do Edifcio Solar XXI ..................................................... 30Figura 6: Grfico da produo x consumo no Edifcio Solar XXI. Fonte:(JOYCE, 2007) ................................................................................................. 31Figura 7: Diagrama esquemtico do sistema solar fotovoltaico de 2kWpintegrado ao prdio do Departamento de Engenharia Mecnica da UFSC.Fonte: (RUTHER, 2004) ................................................................................... 35Figura 8: Potencial elico brasileiro. Fonte: (ANEEL, Atlas de Energia Eltricado Brasil 3 edio, 2008) ................................................................................ 39
Figura 9: Edifcio da OCESC. Fonte: (Pura) ..................................................... 41Figura 10: ngulo azimutal. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) ................... 49Figura 11: ngulo de declinao solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .. 50Figura 12: ngulo da altura solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .......... 51Figura 13: ngulo de inclinao do mdulo e ngulo de incidncia dos raiossolares. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012) .................................................. 52Figura 14: Exemplo de turbinas de sustentao. Fonte: Catlogo defornecedores. ................................................................................................... 56Figura 15: Proposta de micro rede CC. Fonte: (LIU, et al.) .............................. 66Figura 16: Elevao lateral do edifcio. Fonte: Projeto Arquitetnico. .............. 68Figura 17: Diviso das 5 regies. Fonte: Autor. ............................................... 70
Figura 18: Dependncia da irradiao. Fonte (SANYO) .................................. 74Figura 19: Dependncia da temperatura. Fonte (SANYO) ............................... 74Figura 20: Dependncia da irradiao. Fonte (KYOCERA) ............................. 75Figura 21: Dependncia da temperatura. Fonte (KYOCERA) .......................... 75Figura 22: Curva de Potncia do Aerogerador X. Fonte: Catlogo do fornecedor ......................................................................................................................... 78Figura 23: Curva de Potncia do Aerogerador Y. Fonte: Catlogo dofornecedor. ....................................................................................................... 79Figura 24: Dimenses da regio 1.2 ................................................................ 89
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LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE
ELTRICA NO BRASIL .................................................................................... 33TABELA 2: POTNCIA INSTALADA ENTRE 1997 E 2007 ............................. 37TABELA 3: RANKING DOS PASES QUE MAIS GERAM ENERGIA ELICA 38TABELA 4: COMPARAO DA EFICINCIA DAS DIVERSAS TECNOLOGIASDE CLULAS FOTOVOLTAICAS .................................................................... 48TABELA 5: NGULO DE INSTALAO DE MDULOS SOLARES ............... 53TABELA 6 - CARACTERSTICA TCNICA DOS MDULOSFOTOVOLTAICOS ........................................................................................... 73TABELA 7 - CARACTERSTICAS TCNICAS DE DOIS AEROGERADORES. ......................................................................................................................... 78TABELA 8 - DISTIRO HARMNICA TOTAL INJETADA NA REDE. .......... 82
TABELA 9 - CARACTERSTICAS TCNICAS DOS INVERSORES PARA OSISTELA SOLAR ............................................................................................. 83TABELA 10 - CARACTERSTICAS TCNICAS DO INVERSOR PARA OSISTELA ELICO ............................................................................................ 85TABELA 11 - POTNCIA INSTALADA ............................................................ 96TABELA 12 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.1 ........... 99TABELA 13 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.2 ........... 99TABELA 14 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 1.3 ......... 100TABELA 15 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 2.1 ......... 100TABELA 16 - CLCULO DA ENERGIA PRODUZIDA NA REGIO 3.1 ......... 100TABELA 17 - POTNCIA INSTALADA DO CONDOMNIO ........................... 102
TABELA 18 - CONSUMO MENSAL DO CONDOMNIO ................................ 104TABEL 19 - FATORES DE DEMANDA PARA ILUMINAO E TOMADAS DEUSO GERAL .................................................................................................. 105TABELA 20 - FATORES DE DEMANDA PARA TOMADAS DE USOESPECFICO .................................................................................................. 105TABELA 21 - CUSTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ................................. 115TABELA 22: VALORES CONSIDERADOS PARA ANLISE FINANCEIRA .. 116TABELA 23: ANLISE FINACEIRA CONSIDERANDO APENAS CONDOMNIO ....................................................................................................................... 116TABELA 24: ANLISE FINACEIRA CONSIDERANDO GERAO TOTAL .. 116TABELA 25: NVEIS DE TENSO CONSIDERADOS PARA CONEXO DEMICRO E MINICENTRAIS GERADORAS...................................................... 125TABELA 26: REQUISITOS MNIMOS EM FUNO DA POTNCIAINSTALADA ................................................................................................... 126
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SUMRIO
1. INTRODUO ........................................................................................... 101.1 OBJETIVOS ........................................................................................ 12
1.2 METODOLOGIA ................................................................................. 131.3 MOTIVAO ....................................................................................... 132. REGULAMENTAO E GERAO DISTRIBUIDA................................ 14
2.1 RESOLUO NORMATIVA N 482/2012 ........................................... 162.1.1 Do acesso aos sistemas de distribuio ....................................... 162.1.2 Da medio de energia eltrica .................................................... 172.1.3 Das responsabilidades por danos ao sistema eltrico .................. 17
2.2 GERAO DISTRIBUDA ................................................................... 172.2.1 Tipos de Sistemas de Gerao..................................................... 192.2.1.1 Sistemas Isolados ..................................................................... 202.2.1.2 Sistemas Hbridos ..................................................................... 21
2.2.1.3 Sistemas Conectados................................................................ 233. ESTADO ATUAL DA ARTE...................................................................... 253.1 ENEGIA SOLAR ................................................................................. 25
3.1.1 Experincia Internacional ............................................................. 263.1.1.1 Alemanha .................................................................................. 273.1.1.2 Japo ......................................................................................... 283.1.1.3 Portugal ..................................................................................... 293.1.2 Experincia Brasileira ................................................................... 313.1.2.1 CHESF ...................................................................................... 333.1.2.2 LabSolar .................................................................................... 34
3.2 ENERGIA ELICA .............................................................................. 36
3.2.1 Experincia Internacional ............................................................. 373.2.2 Experincia Brasileira ................................................................... 383.2.2.1 Fernando de Noronha-PE ......................................................... 393.2.2.2 Cmara Municipal de So JosSC ........................................ 403.2.2.3 Organizao das Cooperativas do Estado de Santa Catarina .. 40
4. FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA................................................ 424.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA .................................................. 42
4.1.1 Clulas e mdulos fotovoltaicos ................................................... 424.1.1.1 Tecnologias fotovoltaicas .......................................................... 434.1.1.1.1 Silcio (c-Si) ............................................................................... 434.1.1.1.2 Filmes finos ............................................................................... 444.1.2 Caractersticas de Instalao dos Mdulos Fotovoltaicos ............ 484.1.2.1 Orientao dos mdulos ............................................................ 484.1.2.2 ngulo azimutal ......................................................................... 494.1.2.3 Declinao solar ........................................................................ 504.1.2.4 Altura solar ................................................................................ 514.1.2.5 ngulo de incidncia dos raios solares ..................................... 514.1.2.6 Escolha do ngulo de inclinao dos mdulos solar ................. 524.1.3 Caractersticas de Ligao dos Sistemas Fotovoltaicos ............... 53
4.2 ENERGIA ELICA .............................................................................. 544.2.1 Tecnologias .................................................................................. 55
4.2.1.1 Turbina Elica ........................................................................... 554.2.1.1.1 Turbinas de Arraste ................................................................... 55
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4.2.1.1.2 Turbinas de Sustentao ........................................................... 564.2.1.1.3 Turbina de Eixo Vertical ............................................................ 564.2.1.1.4 Turbina de Eixo Horizontal ........................................................ 574.2.2 Aerogerador .................................................................................. 584.2.3 Fator de Capacidade de um Aerogerador .................................... 60
4.2.4 Caractersticas de Instalao dos Aerogeradores ........................ 615. SISTEMAS DE MEDIO E DISTRIBUIO.......................................... 625.1 MEDIO ........................................................................................... 62
5.1.1 Sistema de Tarifao .................................................................... 625.1.1.1 Tarifao feed in ........................................................................ 625.1.1.2 Tarifao net metering............................................................... 63
5.2 MICRO REDE CC ............................................................................... 656. PROJETO ELTRICO............................................................................... 67
6.1 MEMORIRAL TCNICO DESCRITIVO E MEMORIAL DE CLCULO 676.1.1 Apresentao do Empreendimento .............................................. 676.1.2 Formas de concepo .................................................................. 69
6.1.3 Especificao dos Sistemas de Gerao e Distribuio ............... 706.1.3.1 Gerao Fotovoltaica ................................................................ 706.1.3.1.1 Especificao dos Mdulos Solares .......................................... 716.1.3.2 Gerao Elica .......................................................................... 766.1.3.2.1 Especificao dos Aerogeradores ............................................. 766.1.3.3 Especificao dos Inversores para o Sistema Fotovoltaico ....... 796.1.3.4 Especificao dos Inversores para o Sistema Elico ................ 836.1.4 Dimensionamento dos Sistemas de Gerao ............................... 856.1.4.1 Regio 1.1 ................................................................................. 866.1.4.2 Regio 1.2 ................................................................................. 896.1.4.3 Regio 1.3 ................................................................................. 916.1.4.4 Regio 2.1 ................................................................................. 936.1.4.5 Regio 3.1 ................................................................................. 946.1.4.6 Potncia Total Instalada ............................................................ 956.1.5 Clculo da Energia Produzida ...................................................... 966.1.6 Clculo da Demanda .................................................................. 1016.1.6.1 Demanda do Condomnio ........................................................ 1016.1.6.2 Demanda dos Apartamentos ................................................... 1046.1.6.3 Demanda do Edifcio ............................................................... 1066.1.7 Distribuio de Energia ............................................................... 1076.1.7.1 Entrada de Energia ................................................................. 108
6.1.7.2 Centro de Medio .................................................................. 1096.1.7.3 Quadros de Distribuio Local (QDL) ...................................... 1106.1.7.4 Prumada .................................................................................. 1106.1.7.4.1 Clculo dos Condutores .......................................................... 1106.1.7.5 Quadro de Interligao (QI) ..................................................... 1126.1.7.6 Quadro de Proteo CA (QPCA) ............................................. 1126.1.7.7 Desenhos ................................................................................ 113
7. RESULTADOS ENCONTRADOS........................................................... 1147.1 ANLISE TCNICA .............................................................................. 1147.2 ANLISE FINANCEIRA ........................................................................ 115CONCLUSO ................................................................................................ 118
REFERNCIAS.............................................................................................. 120APNDICE ..................................................................................................... 122
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I. INTERLIGAO COM A REDE ........................................................... 122II. NORMA TCNICA DA CONCESSIONRIA ........................................ 127
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1. INTRODUO
Apesar do longo tempo de existncia da raa humana, grande parte da
tecnologia hoje utilizada foi desenvolvida no sculo XX, impulsionada pela
descoberta e domnio da energia eltrica, sem a qual, a forma que os homens
vivem atualmente no seria possvel.
A gerao de energia eltrica possibilitou ao homem o desenvolvimento
de suas tecnologias e com elas obteve conforto, segurana, diminuiu as
distncias entre povos promovendo o intercmbio cultural. Todavia, para toda
ao existe uma reao, que neste caso, veio em forma de problemasambientais. Considerando que grande parte das fontes utilizadas para gerao
de energia eltrica provida de combustveis fsseis, a poluio gerada na
produo de energia tem sido um ponto preocupante nos ltimos anos, sendo
motivo de vrias discusses, congressos, seminrios, fruns entre outros
envolvendo os profissionais da rea.
A discusso entorno do assunto apontou um dilema, para a continuidade
da forma de viver do homem com contnuo desenvolvimento e crescimento,
de fundamental importncia o aumento da produo de energia, porm esse
aumento pode acarretar consequncias desastrosas para o meio ambiente. Em
busca da soluo deste dilema a sociedade cientfica trabalha no
desenvolvimento de tecnologias para gerao de energia com baixo ou
nenhum impacto ambiental, usando para tal, fontes limpas e alternativas como
a energia solar e a elica.
O Brasil, com alguns anos de atraso em relao aos pases da Europa e
Estados Unidos, vendo buscando ampliar as fontes de sua matriz energtica,
sendo um importante passo dado nesta direo, a Resoluo Normativa N 482
publicada pela ANEEL em 17 de Abril de 2012, que estabelece as condies
gerais para o acesso de microgerao e minigerao distribuda aos sistemas
de distribuio de energia eltrica.
No incio do sculo XX, com o comeo da gerao de energia em grandeescala, os sistemas de gerao eram em sua grande maioria concebidos de
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forma distribuda, ou seja, a gerao era dividida em sistemas com porte mdio
e localizadas prximos aos centros de consumo. Com o aumento da demanda
e o desenvolvimento das tecnologias de gerao de energia, os sistemas
distribudos deixaram de ser usados e em seu lugar adotaram-se os sistemas
centralizados, onde se tem uma fonte de gerao com grande capacidade
localizada em regies afastadas dos centros de consumo. Estes sistemas
apresentam considerveis perdas de energia nas linhas de transmisso. Com a
aplicao da micro e minigerao localizadas, os geradores so instalados nos
pontos de consumo, minimizando desta forma as perdas com transmisso.
As tecnologias mais evoludas e que tem sido amplamente utilizadas em
pases desenvolvidos so a solar e a elica. A solar faz a transformao diretada luz do sol em energia eltrica utilizando painis solares, os mais utilizados
so de silcio monocristalino e policristalino alm de filmes finos. J a elica
transforma a energia cintica do vento em energia mecnica atravs de uma
turbina e em seguida transforma-a em energia eltrica utilizando geradores
eltricos que podem ser sncronos ou assncronos, em corrente alternada ou
contnua, onde cada qual apresenta vantagens e desvantagens, sendo
necessria uma minuciosa pesquisa para decidir qual a melhor tecnologia parauma dada aplicao.
1.1 OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho de concluso de curso desenvolver o projeto
eltrico de um edifcio de uso coletivo dotado de gerao localizada por fontes
alternativas de energia solar e elica. Pretende-se estudar as tecnologias na
rea de gerao localizada, fontes alternativas de energia aplicveis a edifcios
e medio eletrnica,aplicando-as ao projeto.
O objetivo final do trabalho ter um projeto eltrico que faa a
integrao da gerao de energia atravs dos painis solares e geradores
elicos a medio de energia e os equipamentos de consumo localizados nosapartamentos e reas comuns do edifcio.
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1.2 METODOLOGIA
O trabalho foi divido em 2 etapas: estudos/pesquisas e desenvolvimento
do projeto. Na primeira etapa ser realizado um estudo do estado atual da arte,
onde ser possvel conhecer o que j existe na rea de estudo em questo.
Sero tambm realizados estudos das regras e normativas da Agncia
Nacional de Energia Eltrica - ANEEL para gerao localizada e
comercializao de energia por consumidores e forma de medio da energia
gerada e consumida, alm do estudo sobre as tecnologias existentes de
painis solares e geradores elicos.
Na segunda etapa sero estudadas as formas de conexo com a rede e
os equipamentos para esta conexo, conversores e equipamentos de proteo.
Nesta etapa ser desenvolvido o projeto eltrico, as especificaes tcnicas, os
memoriais descritivos e memorial de clculo.
1.3 MOTIVAO
A grande dependncia que o homem tem da energia eltrica e a relao
que a gerao desta tem com o meio ambiente, motivam a busca por fontes de
energia menos poluentes, porm no Brasil os sistemas que utilizam estas
fontes integradas s construes ainda tem pequeno percentual na gerao
total de energia. Desta forma uma das principais motivaes deste trabalho a
difuso dos sistemas de gerao distribuda de pequeno porte.
Sendo ainda que por se tratar de um campo relativamente novo no pas,
o seu conhecimento e domnio podem abrir oportunidades para o autor do
projeto.
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2. REGULAMENTAO E GERAO DISTRIBUIDA
A gerao de energia eltrica no Brasil teve seu incio no final do sculo
XIX, quando era composta por pequenas empresas privadas nacionais e
empresas de governos municipais. A produo de energia eltrica comeou a
aumentar consideravelmente no incio do sculo XX com a chegada de
empresas de capital estrangeiro. Desta forma o governo comeou a criar as
regulamentaes que nesta poca visavam os interesses privados do capital
estrangeiro. Os primeiros passos dados pelo governo para a regulao do setor
foram atravs da criao da Lei n 1.145, de 31 de dezembro de 1903, e do
Decreto 5.704, que tinham como intuito a regulamentao da concesso dos
servios de eletricidade (GASTALDO, 2009).
Mesmo com a criao da Lei e do Decreto supracitados o governo no
tinha controle sobre a gerao, transmisso e distribuio - GTD da energia
eltrica no pas. Em 10 de Julho de 1934 foi promulgado o Cdigo das guas,
via Decreto 24.643 que regulamentava a utilizao e propriedade das guas.
Desta forma o estado passou a legislar e conceder concesses de servios na
rea de GTD.
Em 18 de Maio de 1939, atravs do Decreto-lei n 1.285 foi criado o
Conselho Nacional de guas e Energia Eltrica CNAEE, que teve como
funo a reviso dos contratos e concesses existentes. Nesta poca o pas
passava por um perodo de crescimento de demando eltrica, porm o governo
no tinha condies financeiras e tecnolgicas de investir no setor, sendo este
dominando por empresas estrangeiras privadas. O grande problemaencontrava-se na regio centro-oeste, nos estados de So Paulo e Rio de
Janeiro, onde as oscilaes, quedas de tenso e interrupes no fornecimento
eram constantes. Visando superar os obstculos de demanda nesta regio, em
1957 o governo cria a empresa federal Central Eltrica de Furnas, que tem
incio de operao em 1963 justamente em um perodo de estiagem.
Com o passar dos anos e a ampliao do setor eltrico a estrutura
organizacional de planejamento do setor sofreu algumas alteraes, abaixo
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citadas, que possibilitaram ao governo constituir-se o principal financiador e
executor do setor.
Em 1962 constituiu-se a Eletrobrs, vinculada esta ao Ministrio de
Minas e Energia MME. Tinha a funo de planejar e coordenar o setoreltrico, alm de exercer a funo de administradora financeira, antes exercida
pelo Banco Nacional do Desenvolvimento EconmicoBNDES.
Em 1965 a Diviso de guas e Energia passou a ser o Departamento de
guas e Energia DNAE. Tornando-se o Departamento de guas e Energia
Eltrica em 1967
A partir da dcada de 70 o cenrio econmico mundial comeou a sofrerrecesso com os choques do petrleo em 1973 e 1979, contribuindo com a
elevao das taxas de juros no mercado mundial. Em meio a recesso o
governo brasileiro j no dispunha de recursos para continuar a financiar o
crescimento do setor, uma vez que a dvida externa entrara em crise e o fluxo
de financiamento externo diminuiu. Desta forma a soluo encontrada foi a
reduo do controle do estado, para tal ao a primeira medida a ser tomada
era a separao das atividades do setor transformando-as em reas de
negcios independentes, conforme segue:
Gerao;
Transmisso;
Distribuio.
Em 1995, atravs das Leis 8.987 e 9.074, introduziram-se modificaes no
mercado de energia impondo-se a necessidade de licitaes, opo de
grandes consumidores escolherem seus fornecedores de energia,
determinao do acesso livre aos sistemas de transmisso e distribuio e a
criao do produtor independente de energia eltrica.
Em 26 de Dezembro do ano seguinte, atravs da Lei n 9.427, foi criada
a Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL, que disciplina o regime das
concesses de servios pblicos de energia eltrica e da outras providncias
(Informaes Tcnicas - Legislao). Desde sua criao a ANEEL tem tomadomedidas que visam o aperfeioamento do setor eltrico brasileiro.
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Recentemente com o advento da gerao de energia eltrica atravs de formas
alternativas de gerao, a ANEEL tem demonstrado grande esforo no que diz
respeito regulamentao da gerao distribuda localizada por pequenos
produtores independentes. Neste sentido, em 17 de Abril de 2012, foi publicada
a Resoluo Normativa n 482/2012 que, segundo (BRASIL & ANEEL,
RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 1),
Estabelece as condies gerais para o acesso de microgerao e minigerao
distribuda aos sistemas de distribuio de energia eltrica, o sistema de
compensao de energia eltrica, e d outras providncias..
2.1 RESOLUO NORMATIVA N 482/2012
A resoluo normativa n 482/2012 de fundamental importncia para a
realizao deste trabalho, j que estabelece as condies para o acesso de
microgerao ao sistema de distribuio das concessionrias de energia.
Conforme Art. 2 da citada resoluo define-se:
I - microgerao distribuda: central geradora de energia eltrica, compotncia instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base emenergia hidrulica, solar, elica, biomassa ou cogerao qualificada, conformeregulamentao da ANEEL, conectada na rede de distribuio por meio deinstalaes de unidades consumidoras; (BRASIL & ANEEL, RESOLUONORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 1).
2.1.1 Do acesso aos sistemas de distribuio
Conforme Art. 3:
As distribuidoras devero adequar seus sistemas comerciais e elaborar ourevisar normas tcnicas para tratar do acesso de microgerao e minigeraodistribuda, utilizando como referncia os Procedimentos de Distribuio deEnergia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST, as normas tcnicasbrasileiras e, de forma complementar, as normas internacionais. (BRASIL &ANEEL, RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012,p. 2)
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2.1.2 Da medio de energia eltrica
Conforme Art. 8: Os custos referentes adequao do sistema de
medio, necessrio para implantar o sistema de compensao de energia
eltrica, so de responsabilidade do interessado. (BRASIL & ANEEL,
RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012) e Art. 9:
Aps a adequao do sistema de medio, a distribuidora ser responsvel
pela sua operao e manuteno, incluindo os custos de eventual substituio
ou adequao.
2.1.3 Das responsabilidades por danos ao sistema eltrico
Art. 11:
Aplica-se o estabelecido no caput e no inciso II do art. 164 da ResoluoNormativa n 414 de 9 de setembro de 2010, no caso de dano ao sistemaeltrico de distribuio comprovadamente ocasionado por microgerao ouminigerao distribuda incentivada. (BRASIL & ANEEL, RESOLUONORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012, 2012, p. 3)
Art. 12: Aplica-se o estabelecido no art. 170 da Resoluo Normativa n
414, de 2010, no caso de o consumidor gerar energia eltrica na sua unidade
consumidora sem observar as normas e padres da distribuidora local.
(BRASIL & ANEEL, RESOLUO NORMATIVA N 482, DE 17 DE ABRIL DE
2012, 2012).
2.2 GERAO DISTRIBUDA
Como o presente trabalho visa o projeto de uma instalao com gerao
de energia prpria, faz-se necessria a definio do conceito de gerao
distribudaGD.
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A gerao e consumo da energia eltrica teve seu incio no final do
sculo XIX, onde duas vertentes de pensamento foram inicialmente colocadas
em prtica: o sistema alemo com gerao em Corrente Alternada CA e o
sistema americano com gerao em Corrente Contnua CC. Este ltimo
desenvolvido por Thomas A. Edison em 1882 na cidade de Nova York,
baseado na ideia da gerao prxima ao centro de consumo com pequena
distncia percorrida entre o gerador e a carga. Este sistema fornecia energia
para as lmpadas incandescentes de cerca de 59 clientes, distribudos em
aproximadamente 1km. Pode-se dizer que este o conceito bsico da GD, ou
seja, a gerao localizada prxima ao centro de consumo.
No incio do sculo XX, era comum verificar no centro de algumascidades americanas (principalmente Nova York), a fumaa gerada pelas
centrais trmicas de gerao de energia, dado que toda a gerao de energia
eltrica era feita de forma distribuda e prxima a carga. Praticamente todo
quarteiro possua uma fonte de gerao. Com o desenvolvimento e
aperfeioamento do transformador eltrico, a utilizao da CC foi perdendo
espao j que a gerao em grande escala centralizada e transmisso ao
ponto de consumo em CA apresentavam perdas consideravelmente menores.Desta forma o sistema CC deixou de ser utilizado e o sistema CA passou a
figurar em toda a gerao mundial de energia.
No Brasil o sistema eltrico baseado na gerao hidrulica, que
apresenta vantagens como o alto fator de rendimento e pouca gerao de
poluentes, todavia existem desvantagens e uma delas a necessidade de
grandes reas de alagamento para construo dos reservatrios. At os anos
80 o sistema brasileiro era basicamente formado por centrais hidrulicascentralizadas, localizadas distantes dos centros de consumo, quando ento
comeou a ser inserida a ideia de GD com pequenas centrais geradoras.
Existe grande divergncia entre os autores sobre a definio do conceito
de GD, principalmente no que diz respeito a potncia gerada. Uma das
definies aceita diz que GD uma fonte de gerao conectada diretamente ao
consumidor ou a rede de distribuio, no sendo necessria a estipulao da
potncia instalada. Para outros autores GD a gerao de modo centralizado
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no planejado, sem despacho centralizado, no havendo desta forma um rgo
que controle as aes. possvel destacar alguns autores:
GD uma planta de 20 MW ou menos, situada no centro de carga ouprxima a ele, ou situada ao lado do consumidor, e que produz energiaeltrica. So quatro as tecnologias apropriadas para a GD: turbina decombusto, motores recprocos, clulas combustveis e mdulosfotovoltaicos (TURKSON & WOHLGEMUTH, 2001)
GD indica um sistema isolado ou um sistema integrado de gerao deenergia eltrica em plantas modulares pequenas na faixa de poucos kWat os 100 MW seja de concessionrias, consumidores ou terceiros(PRESTON & RASTLER, 1996 apud ACKERMAN et AL., 1999).
Gerao Distribuda (GD) uma expresso usada para designar a geraoeltrica realizada junto ou prxima do(s) consumidor(es) independente dapotncia, tecnologia e fonte de energia. As tecnologias de GD tm evoludopara incluir potncias cada vez menores (O que 'Gerao Distribuida'?).
No caso brasileiro a GD foi definida e regulamentada atravs do Decreto
n 5.163, de 30 de Julho de 2004:
Art. 14. Para os fins deste Decreto, considera-se gerao distribuda aproduo de energia eltrica proveniente de empreendimentos de agentesconcessionrios, permissionrios ou autorizados, incluindo aqueles tratadospelo art. 8 da Lei n 9.074, de 1995, conectados diretamente no sistemaeltrico de distribuio do comprador, exceto aquela proveniente deempreendimento:
I - hidreltrico com capacidade instalada superior a 30 MW; eII - termeltrico, inclusive de cogerao, com eficincia energtica inferior asetenta e cinco por cento, conforme regulao da ANEEL, a ser estabelecidaat dezembro de 2004 (BRASIL, DECRETO N 5.163, DE 30 DE JULHO DE2004, 2004, p. 6).
2.2.1 Tipos de sistemas de gerao
Com a descoberta e o desenvolvimento de novas fontes de gerao de
energia e com a crescente necessidade da insero de fontes renovveis,
abriu-se mercado para uma nova forma de gerao, comercializao e
consumo de energia. No Brasil h um grande potencial de gerao atravs de
energia solar, elica e biomassa, ainda pouco explorados, mas com
considervel crescimento nos ltimos anos.
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A gerao de energia atravs destas fontes pode ser dividida
basicamente em trs sistemas: sistemas isolados, sistemas hbridos e sistemas
conectados. A seguir so apresentados os trs sistemas.
2.2.1.1 Sistemas isolados
Consideram-se sistemas isolados aqueles que no possuem conexo
com a rede eltrica de uma concessionria, sendo que toda a energia
produzida por uma nica forma de gerao e consumida no mesmo local.
Assumindo que a gerao se dar atravs da energia solar ou dos ventos,
estes sistemas necessitam de elementos armazenadores de energia, j que
no se pode garantir a gerao 24 horas por dia devido ao fato de a mesma ser
dependente das condies climticas momentneas.
Os sistemas podem ser dimensionados para atender demandas que vo
desde a simples iluminao residencial at sistemas que permitam a utilizao
de equipamentos eletrnicos e eletrodomsticos entre outros. Alm de
domiclios, estes sistemas podem eletrificar torres de telecomunicaes, faris,
boias nuticas, estaes meteorolgicas, empresas, hospitais, etc.
Os sistemas isolados no necessariamente devem atender a apenas um
consumidor, pode-se conectar vrios consumidores formando uma pequena
rede desconecta da rede da concessionria. Os sistemas isolados tm grande
utilidade em reas distantes dos centros urbanos ou ilhas, por exemplo, onde
as concessionrias no disponibilizam rede de distribuio devido ao elevadocusto de implementao das mesmas.
No Brasil, os sistemas isolados respondem pelo fornecimento de energia
a algumas regies dos Estados do Acre, Amazonas, Par, Rondnia, Roraima,
Amap e Mato Grosso, bem como ilha de Fernando de Noronha. Depois da
interligao de Manaus e Macap ao Sistema Interligado Nacional, a
participao destes sistemas na carga do pas ficou restrita a menos de 1%. A
gerao nestes sistemas predominantemente trmica a base de leo.
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AFigura 1 mostra um exemplo de sistema isolado, onde a gerao de
energia atravs de painis solares e o consumo todo local.
Figura 1: Sistema isolado de energia. Fonte: (FC Solar)
2.2.1.2 Sistemas hbridos
Historicamente a gerao e consumo de energia eltrica se d atravs
da gerao em grandes usinas afastadas dos centros de carga ou centros
consumidores. Este sistema amplamente utilizado em todo o mundo e
apresenta grandes vantagens tcnicas e econmicas para grandes potncias.
Todavia, existem localidades remotas isoladas com baixo consumo de energia,
onde o fornecimento por uma rede convencional de distribuio conectada comos demais pontos de consumo no existe, devido s dificuldades de acesso e o
elevado custo para a implantao de subestaes, circuitos de transmisso e
distribuio. Para atender a este tipo de consumidor a alternativa mais usual
at o presente momento a utilizao de sistemas hbridos.
Diferentemente dos sistemas isolados, os sistemas hbridos utilizam
mais de uma fonte primria para a gerao de energia eltrica, isto por que
estes sistemas alimentam vrios consumidores conectados, fazendo com que a
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demanda seja relativamente alta. Com a utilizao de vrias fontes de energia,
consegue-se uma confiabilidade razovel para o sistema. Comumente estes
sistemas utilizam geradores a diesel e fontes renovveis como: mdulos
fotovoltaicos, geradores elicos, gs natural e biomassa.
Os sistemas hbridos so constitudos normalmente pelos seguintes
equipamentos:
Mdulos fotovoltaicos, aerogeradores e pequenas turbinas hidrulicas;
Grupo gerador a diesel ou gs natural;
Sistemas para armazenamento de energia, normalmente formado por
bancos de baterias;
Inversores de tenso, retificadores e reguladores de carga;
O Brasil apresenta alguns sistemas isolados instalados principalmente na
regio amaznica, os quais alimentam geralmente de 10 a 100 unidades
consumidoras. Estes sistemas so em sua maioria formados por geradores a
diesel e apresentam condies precrias de funcionamento, com pouca
durao de fornecimento dirio que vo de 4 a 12 horas por dia, interrupes
frequentes alm de alto custo inerente ao sistema diesel-eltrico. Estessistemas apresentam problemas com a logstica de transporte e
armazenamento do diesel, alm de necessitarem de frequente manuteno das
mquinas mecnicas.
Uma das opes para aumentar a qualidade do fornecimento nestas
regies isoladas, o sistema hbrido, que por utilizarem vrias fontes de
energia tem menos dependncia do fornecimento de diesel, apresentando
desta forma maior confiabilidade. Estes sistemas apresentam maior
confiabilidade de operao, e maior qualidade de fornecimento, haja vista que
quando h a impossibilidade de gerao por uma fonte, as demais continuam
operando, desta forma o sistema conta com poucas interrupes.
A Figura 2 mostra um exemplo de sistema hbrido com gerao elica,
solar, diesel e hidrulica.
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Figura 2: Sistema hbrido. Fonte: (DONAUER)
2.2.1.3 Sistemas conectados
Sistemas conectados so aqueles que apresentam gerao de energia
no local do consumo e operam em paralelismo com a rede da concessionria.
Diferentemente dos sistemas hbridos, o sistema conectado utilizado em
locais j atendidos por energia eltrica.
O objetivo destes sistemas gerar energia para o consumo local,podendo desta forma, reduzir ou eliminar o consumo da rede pblica ou at
mesmo fornecer o excedente para a rede.
Estes sistemas apresentam grandes benefcios tcnicos e econmicos,
j que por estarem conectados rede no necessitam de elementos
armazenadores de energia, sendo que quando a gerao maior que o
consumo este excesso de energia injetado na rede, do contrrio, quando o
consumo maior que a gerao, este dficit retirado da rede. Desta forma,
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estes sistemas apresentam alta confiabilidade de operao e qualidade de
funcionamento.
O presente trabalho pretende utilizar esta topologia de sistema para o
desenvolvimento do projeto eltrico de um edifcio com gerao atravs dasfontes de energia solar e elica. A Figura 3 apresenta o esquema de um
sistema conectado.
Figura 3: Sistema conectado Fonte: (FC Solar)
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3. ESTADO ATUAL DA ARTE
Desde o seu surgimento o homem evoluiu atravs de suas habilidades e
conhecimentos. Percorreu-se um longo caminho desde a descoberta do fogo
at a inteligncia artificial, fato que o homem desenvolveu suas tecnologias
nos ltimos 150 anos, de uma forma que no havia feito at ento em seus
estimados 2 milhes anos de existncia. Um dos principais fatores para esta
evoluo foi sem dvida a descoberta e domnio da energia eltrica, que a
forma de energia conhecia mais flexvel.
Nos ltimos anos a demanda de energia eltrica tem aumentado deforma acentuada, segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012) em 1980, o mundo
consumia cerca de 7.000 TWh (...) de eletricidade. Segundo previses da
Agncia Internacional de Energia (IEA), esse nmero vai subir para quase
30.000 TWh em 2030.Este aumento da demanda preocupa tendo em vista
que, para gerar esta quantidade de energia, seriam necessrias 230 usinas
hidreltricas iguais a de Itaipu ou 1.000 usinas nucleares iguais a de
Fukushima , no Japo. As consequncias causadas por estas formas de
gerao, a indisponibilidade de rios suficientes para a construo de tantas
usinas hidreltricas deste porte e as demais formas de gerao usadas em
grande escala at o momento aumentam tal preocupao. Sendo que para um
crescimento sustentvel, a gerao atravs de fontes alternativas e limpas
como a solar e elica tem importncia fundamental para a composio da base
de gerao de energia.
3.1 ENEGIA SOLAR
Uma das formas de gerao de energia solar atravs da converso
direta da luz do sol em energia eltrica pelo efeito fotovoltaico. Estes sistemas
utilizam painis solares que captam a luz do sol e a transformam em corrente
eltrica, que coletada e processada por dispositivos eletrnicos, podendo ser
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armazenada ou utilizada diretamente em sistemas isolados ou conectados
rede. A seguir sero apresentados alguns exemplos de sistemas j
implantados e em operao que utilizam a energia solar para gerao de
eletricidade.
3.1.1 Experincia internacional
No mundo existem diversos sistemas fotovoltaicos conectados rede e
distribudos nos mais diversos pases que investem nesta tecnologia. As
primeiras experincias com gerao fotovoltaica seguiam o conceito de
grandes centrais geradoras, capazes de produzir e despachar grandes pacotes
de energia. Esta forma de se pensar os sistemas fotovoltaicos era uma
decorrncia da maneira tradicional de se planejar a expanso do setor eltrico.
Buscava-se, desta forma, fontes de energia com grandes ganhos de escala
(OLIVEIRA, 2002). Seguindo esta concepo de projeto foram concebidos os
primeiros sistemas conectados a rede:
HispriaUSA; 1982 com 1,1MWp;
SaijoJapo; 1985 com 1,2MWp;
CarrisaUSA; 1985 com 5,2MWp;
SecoUSA; 1984/86 com 2MWp;
VastoItlia; 1993 com 1MWp
SerreItlia; 1994 com 3,3MWp;
ToledoEspanha; com 1MWp;
Com estes sistemas em funcionamento, constatou-se que no h ganho de
escala significativo em instalaes de grandes centrais fotovoltaicas. Chegou-
se concluso que para a diminuio do custo do kWh, gerado por painis
solares, no necessria a instalao de grandes centrais, mas sim
desenvolver a tecnologia de fabricao das placas e aumentar o mercado,
sendo que para isto basta instalar um grande nmero de pequenos sistemas,
gerando eletricidade com um sistema de GD outrora aqui apresentado.
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3.1.1.1 Alemanha
A Alemanha hoje um dos pases que mais incentiva a gerao atravs
de fontes renovveis, foi um dos precursores em gerao fotovoltaica ao lanar
o programa 1000 telhados fotovoltaicos e possui hoje o maior mercado de
sistemas fotovoltaicos conectados redeSFCR, com 24,7 MW instalados at
2011 (BERTOI, 2012).
O primeiro programa alemo foi o j citado 1000 telhados fotovoltaicos
que teve incio no ano de 1990 e instalou mais de 2200 SFCR, cada instalao
com potncia entre 1kWp e 5kWp integrados ao telhado de edificaesresidenciais e comerciais. O principal objetivo deste programa era mostrar a
viabilidade tcnica da GD e desenvolver o mercado fotovoltaico. O governo
subsidiava at 70% do investimento de instalao com a meta de atingir
capacidade de gerao instalada de 4MWp. Mesmo com o fim do programa em
1994, o setor continuou a crescer de 4 a 12MW anualmente.
No ano de 2000, foi aprovado o cdigo das fontes renovveis de energia
Erneuerbare Energien GesetzEEG, que garante que toda a energia eltrica
gerada por fontes renovveis, seja comprada pelas concessionrias por um
perodo de 20 anos aps a instalao.
Em 1999 foi lanado o programa 100 mil telhados fotovoltaicos, que
previa a instalao de sistemas de at 1kWp financiados pelo banco estatal
alemo KfW. O financiamento cobria 35% do valor da instalao e podia ser
pago em 10 parcelas anuais, sem a incidncia de juros e sem resduos no final.
Com o aumento do nmero de sistemas instalados e a potncia
instalada, o governo comeou a modificar os programas de bonificao e
emprstimos para financiamento das instalaes gradativamente, de janeiro de
2009 a janeiro de 2012 o valor da tarifa prmio sofreu corte de
aproximadamente 50%. Em maio de 2012 o parlamento encaminhou ao
governo uma proposta para acabar com a tarifa prmio aos SFCR, o governo
rejeitou a proposta, mas indicou a possibilidade de reduzir a compra de 100%para 80% da energia gerada por SFCR.
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3.1.1.2 Japo
O Japo tem importncia fundamental no desenvolvimento dos SFCR,
com uma gerao de energia baseada em usinas nucleares, a participao dos
SFCR teve expressivo crescimento nos ltimos anos com o acrscimo de
1.296MWp atingiu a marca de 4700MWp de capacidade instalada e figura entre
os trs principais mercados mundiais de sistemas fotovoltaicos.
No Japo o crescimento da indstria de sistemas fotovoltaicos ocorreu
devido ao macio uso dos sistemas em residncias, onde se encontra 85,4%
da potncia total instalada, ou seja, aproximadamente 974.250 kW.
A Figura 4 mostra a evoluo dos SFCR no Japo entre os anos de
1992 a 2011.
Figura 4: Evoluo da potncia total instalada de SFCRT no Japo. Fonte: (BERTOI, 2012)
O governo japons lanou em 2008 uma proposta para a reduo da
emisso de carbono e estipulou entre outras medidas, uma meta para a
instalao de 28GW de potncia em SFCR at o ano de 2020. Os principais
incentivos desta proposta so o subsdio ao investimento inicial e a
remunerao a energia injetada na rede.
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Desde 2009 as concessionrias de energia so obrigadas a comprar a
energia gerada por unidades com potncia at 500kW por um perodo de 10
anos.
3.1.1.3 Portugal
Portugal um dos pases com as polticas de incentivo a microgerao e
regulamento de conexo ao sistema eltrico mais bem definido. Em 2010 o
governo aprovou o ENE2020 Estratgia Nacional para Energia 2020 que
entre outros objetivos, estipula reduzir em 25% a importao de energia com a
gerao atravs de fontes renovveis e destaca ainda a importncia de
incentivar a gerao descentralizada em baixa tenso.
Alm de Portugal ter uma das polticas mais bem desenvolvidas em se
tratando de gerao de energia atravs de fontes renovveis, tambm l, que
est situado um dos projetos que melhor representam este conceito: o Edifcio
Solar XXI, construdo entre 2004 e 2005 e inaugurado em 2006.
O Edifcio Solar XXI tem uma rea construda total de 1.500m divididos
em trs pavimentos, um dos quais semienterrado. um edifcio com funes
de servios (salas e gabinetes) e laboratrios. O objetivo principal do projeto
que o edifico apresente boas condies trmicas s solicitaes climticas de
Lisboa, diminuindo assim as cargas trmicas. Para tal o projeto contempla a
aplicao de sistemas solares passivos (aquecimento e arrefecimento) e ativos
(fotovoltaicos e trmicos), que garantem o conforto trmico, mesmo sem autilizao de sistemas de ar condicionado, minimizando desta forma o consumo
de energia.
O projeto do Edifcio Solar XXI foi concebido com quatro pontos
principais:
Otimizao trmica, reduzindo o consumo energtico para aquecimento,
arrefecimento e iluminao;
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Integrao de painis fotovoltaicos nas fachadas para gerao de
energia eltrica;
Integrao de coletores trmicos solares para aquecimento do edifcio;
Sistema de arrefecimento do ar pelo solo, com utilidade no vero.
A Figura 5 mostra a fachada sul do Edifcio Solar XXI onde se podem
visualizar os coletores trmicos instalados sobre o teto e os painis solares
instalados na parede.
Figura 5: Fachada sul do Edifcio Solar XXI
O projeto conta com dois conjuntos de painis solares instaladosindependentemente, um dos conjuntos instalado na fachada sul do edifcio e o
outro instalado no parque de estacionamento.
O primeiro conjunto formado por 76 mdulos fotovoltaicos de silcio
multicristalino, que ocupam uma rea de 96m e totalizam uma potncia de
12kWp. O segundo conjunto composto por 100 mdulos fotovoltaicos de
silcio amorfo, que ocupam uma rea de 95m e totalizam 6kWp de potncia
instalada. Segundo (JOYCE, 2007) entre Fevereiro de 2006 e Maro de 2007 a
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mdia anual do consumo dirio do edifcio foi de 70,8kWh/dia, sendo que a
produo mdia diria atravs dos PVpainis fotovoltaicos foram:
Fachada sul: 29,7kWh/dia;
Parque de estacionamento: 22,4kWh/dia.
Totalizando 52,1kWh/dia, ou seja, aproximadamente 74% da energia
consumida no edifcio. A gerao de energia atravs de PV permitiram evitar
que cerca de 13,3ton. de sejam lanados na atmosfera. Na Figura 6 possvel ver um grfico comparativo entre a produo de energia atravs dos
PV e o consumo do edifcio.
Figura 6: Grfico da produo x consumo no Edifcio Solar XXI. Fonte: (JOYCE, 2007)
3.1.2 Experincia brasileira
Semelhante a maioria dos pases, o incio da utilizao de tecnologias
fotovoltaicos no Brasil se deu atravs do uso para energizao rural. Porm os
pases da Europa, evoluram e hoje possuem diversos sistemas instalados nas
reas urbanas, enquanto no Brasil a energia solar ainda empregada
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principalmente no meio rural em pequenos sistemas isolados ou autnomos,
em localidades no atendidas por rede eltrica devido a distncia e elevado
custo da instalao de sistemas de distribuio.
Em 2003 com o programa Luz para todos, criado pelo governo federal,muitas residncias brasileiras, antes no atendidas por eletricidade, passaram
a ser atendias por sistemas fotovoltaicos autnomos.
Estes sistemas so uma importante forma de gerao de energia para
locais isolados, mas o grande potencial do uso da energia solar para
sistemas conectados na rede eltrica de baixa e mdia tenso. No Brasil ainda
no so significativos em comparao a potncia total gerada pelas demais
fontes, mas este cenrio tende a mudar gradativamente, principalmente depois
da publicao da resoluo normativa 482 de 17 de Abril de 2012 pela ANEEL.
Outra importante passo para a gerao atravs da energia solar foi o projeto da
ANEEL em parceria com concessionrias de todo o Brasil, Arranjos Tcnicos e
Comerciais para a Insero da Gerao Solar Fotovoltaica na Matriz
Energtica Brasileira lanado em 2011. Segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012)
com este projeto pretende-se criar usinas de energia fotovoltaicas
experimentais com uma potncia instalada de 25MW.
A TABELA 1 a seguir apresenta alguns dos SFCR no Brasil, em seguida
tem-se uma breve explicao com as principais caractersticas de cada
sistema.
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TABELA 1 - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE ELTRICA NO BRASIL
SISTEMA LOCAL DA INSTALAOANO DA
INSTALAOPOTNCIA
1 CHESF Recife - PE 1995 11kWp
2 LabSolar Florianpolis - SC 1997 2kWp3 LSFIEE/USP So Paulo - SP 1998 0,75KWp4 LabSolar Florianpolis - SC 2000 1,1kWp5 LSFIEE/USP So Paulo - SP 2001 6,3kWp6 CELESC Florianpolis - SC 2003 1,4kWp7 CELESC Lajes - SC 2003 1,4kWp8 CELESC Tubaro - SC 2003 1,4kWp9 Grupo FAE-UFPR Restaurante Lampio - PE 2007 1,5kWp10 Tractebel Florianpolis - SC 2009 2kWp
FONTE: O autor (2012)
3.1.2.1 CHESF
O sistema hoje instalado na CHESF Companhia Hidroeltrica do So
Francisco em Recife PE, inicialmente foi instalado em Natal RN em 1986
onde permaneceu at 1991. Em 1995 o sistema foi reinstalado na sede da
CHESF onde permanece at hoje.
Este sistema com potncia nominal de 11kWp, formado por 12
arranjos fotovoltaicos dos quais 11 tem uma potncia total de 10kWp. Eles
esto ligados em paralelo e conectados rede tendo sua conexo feita atravs
de um inversor com comutao pela rede da marca AEG. Possui 48 mdulos
policristalinos ligados em srie que compem cada arranjo fornecendo desta
forma uma tenso de sada de 380Vca. O ltimo arranjo tem uma potncia de
1kWp, formado por mdulos de silcio monocristalino, e est conectado
diretamente na rede por um inversor da marca Varitec.
Este sistema faz parte do projeto Fernando de Noronha que, atravs de
uma parceria entre Brasil e Alemanha, tinha o objetivo de estudar a
implantao de um sistema hbrido formado por Elico Solar Diesel e
baterias.
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3.1.2.2 LabSolar
O LabSolar, localizado no bloco A do Departamento de Engenharia
Mecnica da Universidade Federal de Santa CatarinaUFSC, no ano de 1997,
com o apoio financeiro da fundao Alexander Von Humboldt, instalou o
primeiro SFRC integrado a uma edificao urbana no Brasil.
Segundo (RUTHER, 2004) este sistema foi projetado com capacidade
de produo para atender, em regime anual, demanda de uma famlia de
quatro pessoas em uma residncia tpica brasileira. O sistema, que gera por
ano em mdia 2,6MWh de energia eltrica, tem uma potncia instalada de2078Wp que so divididos em 68 mdulos solares de vidro em moldura de
60x100cm cada um. Dos 68 mdulos, 54 so opacos e 14 semitransparentes,
juntos ocupam uma rea total de 40,8m. O projeto tem ainda um sistema de
aquisio de dados dedicado, com sensores de irradiao solar e temperatura
(ambiente e dos mdulos), alm do sistema inversor CC/CA para conexo na
rede.
O sistema foi divido em quatro subsistemas, com potncia aproximada
de 500Wp cada, todos os mdulos esto ligados em paralelo a inversores de
alto rendimento com eficincia aproximada de 93%, estes inversores so
comutados pela rede e tem potncia nominal de 650W. Os inversores operam
em PWM (pulse width modulation) com processamento atravs de
microprocessadores e rastreamento do ponto de mximo potncia PMP dos
mdulos solares, este sistema de rastreamento desconecta os mdulos
automaticamente noite para evitar perdas em stand by. A diviso do sistemaem quatro subsistemas teve como objetivo a reduo da possibilidade de falha
total do sistema devido falha no inversor, que tipicamente o componente
mais suscetvel a falha do SFCR.
A conexo do sistema feita em uma das fases do barramento trifsico
que alimenta o prdio. O sistema de tarifao net meteringest autorizado pela
concessionria eltrica que atende o estado (CELESC Centrais Eltricas de
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Santa Catarina). A Figura 7 mostra uma representao esquemtica das
instalaes do sistema fotovoltaico de 2kWp do LabSolar.
Figura 7: Diagrama esquemtico do sistema solar fotovoltaico de 2kWp integrado ao prdio do
Departamento de Engenharia Mecnica da UFSC. Fonte: (RUTHER, 2004)
O sistema fotovoltaico do LabSolar foi ampliado no ano de 2000, quandofoi instalado no mesmo campus no prdio do Centro de Convivncia um
sistema com potncia de 1,15kWp, dividida em 18 mdulos de silcio amorfo.
Este sistema est subdivido em dois conjuntos um com 10 e outro com 8
mdulos.
J em 2003 o LabSolar instalou mais um SFCR integrado parte da
cobertura do edifcio do Centro de Eventos, este sistema tem uma potncia de
10kWp e o sistema com a maior potncia instalada no campus da UFSC em
Florianpolis.
O LabSolar tem ainda um sistema instalado em parceria com a
CELESC, no formato do programa P&D ANEEL/CELESC, este sistema
composto por mdulos fotovoltaicos flexveis sobre superfcie curva. O ltimo
sistema do LabSolar proveniente de um acordo de cooperao tcnica com o
Centro de Pesquisas da Petrobrs (CENPES), envolvendo projetos na rea deenergia solar fotovoltaica, e visa o estudo da aplicao das tecnologias
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fotovoltaicas de filmes finos na cobertura do Prdio Frontal do CENPES, no Rio
de Janeiro, tendo tem uma potncia de 44,4kWp.
3.2 ENERGIA ELICA
Assim como a energia solar, a energia elica tem fundamental papel no
crescimento da produo de energia limpa e renovvel. Inicialmente pode-se
achar que esta uma forma de energia recente, porm, se dermos uma breve
olhada para o passado, veremos que a energia elica ha bastante tempo
conhecida e utilizada. As fontes mais confiveis dizem que os primeiros
moinhos de vento surgiram na Prsia por volta de 200 a.C., utilizados para
bombeamento de gua e moagem de gros. No se sabe ao certo a data de
incio, o certo que h sculos os chineses utilizam moinhos de vento na
drenagem dos campos de arroz.
O desenvolvimento das modernas turbinas elicas se deu na Dinamarca
em 1891 com o professor Poul La Cour, que construiu o prottipo de uma
turbina elica para realizar seus experimentos. O prottipo era composto por
um gerador CC acoplado a uma turbina elica. Em 1908, reas rurais da
Dinamarca j eram alimentas com energia eltrica atravs de turbinas elicas.
Esta tecnologia foi amplamente utilizada em regies rurais dos Estados Unidos
e da Rssia, at o momento em que a eletrificao rural atravs dos sistemas
de transmisso e distribuio passou a ter menor custo do que os
aerogeradores.
Cerca de 30 anos depois de carem em desuso os aerogeradores ou
geradores elicos, voltam a figurar entre as formas de gerao de energia
eltrica, desta vez impulsionados pela necessidade de gerao de energia
atravs de fontes limpas e renovveis. Sendo em grandes parques elicos ou
atravs de pequenos geradores distribudos, a energia elica tem grande
importncia no futuro do fornecimento de energia eltrica.
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A seguir sero apresentados alguns projetos de unidades de gerao de
energia eltrica atravs da energia elica.
3.2.1 Experincia internacional
Alguns pases da Europa possuem legislaes favorveis utilizao de
fontes de energia renovveis alm de incentivar atravs de subsdios e compra
da energia produzidas por estas fontes, o que tem levado estes pases a um
grande desenvolvimento dessas tecnologias. Os Estados Unidos apesar de
no ter tantos incentivos como Alemanha, Itlia e Portugal, tambm figuram
entre os pases com grande desenvolvimento nesta rea.
Segundo (ANEEL, Atlas de energia eltrica do Brasil, 2005) a primeira
turbina elica comercial conectada rede eltrica pblica foi instalada na
Dinamarca em 1976. Atualmente estima-se que existam mais de 30 mil
turbinas elicas instaladas no mundo. A Associao Europia de Energia
Elica estabeleceu como meta em 1991 a instalao de 4GW de energia elica
at o ano de 2000 e 11,5 GW at 2005, porm estas metas foram cumpridas
bem antes do esperado, sendo aumentada para 40GW at o ano de 2010. A
TABELA 2 mostra o crescimento da potncia instalada no mundo entre os anos
de 1997 e 2007.
TABELA 2 - POTNCIA INSTALADA ENTRE 1997 E 2007
ANOPOTNCIA INSTALADA
[MW]CRESCIMENTO [%]
1997 7.475 -1998 9.663 29,31999 13.696 41,72000 18.039 31,72001 24.320 34,82002 31.164 28,12003 39.290 26,12004 47.693 21,42005 59.033 23,82006 74.153 25,62007 93.849 26,6
Crescimento total 86.374 1255,505
FONTE: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008)
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Durante muitos anos os Estados Unidos foram os maiores produtores de
energia eltrica atravs da fora dos ventos, atualmente, este cenrio tem
mudado e segundo o Relatrio de 2011 da Global Wind Energy, a China jultrapassou a produo dos Estados Unidos com grande vantagem. ATABELA
3 mostra o ranking dos pases que mais geram energia eltrica com fontes
elicas.
TABELA 3 - RANKING DOS PASES QUE MAIS GERAM ENERGIA ELICA
POSIO PAS CAPACIDADE DE GERAO (GW)
1 China 62,7
2 Estados Unidos 46,93 Alemanha 29
4 Espanha 21,6
5 ndia 16
6 Frana 6,8
7 Itlia 6,7
8 Reino Unido 6,5
FONTE: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008)
3.2.2 Experincia Brasileira
O Brasil tem grande potencial para ampliao de sua capacidade de
gerao de energia eltrica atravs da fora dos ventos, haja vista que um
pas favorecido em termos de ventos. A presena de ventos no Brasil duas
vezes superior mdia mundial, com volatilidade (que a oscilao davelocidade do vento) de 5%, o que garante uma maior previsibilidade ao
volume de energia a ser produzido. Outra vantagem brasileira na utilizao da
energia elica, que como a base da matriz energtica brasileira hdrica e a
velocidade dos ventos costuma ser maior em perodos de estiagem, as usinas
elicas podem ser utilizadas de forma a complementar a gerao das usinas
hidrulicas, preservando desta forma a gua dos reservatrios em perodos de
estiagem (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3 edio, 2008). A
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Figura 8 mostra o mapa do potencial elico brasileiro, pode-se verificar que o
maior potencial encontra-se na regio Nordeste principalmente no litoral.
Figura 8: Potencial elico brasileiro. Fonte: (ANEEL, Atlas de Energia Eltrica do Brasil 3
edio, 2008)
A exemplo do que ocorre no restante do mundo, a maior parte dos
projetos de gerao elica brasileiros est concentrado em parques de mdio a
grande porte, normalmente instalados em regies distantes dos centros
consumidores, gerando perdas e gastos com sistema de transmisso. Como j
mencionado, este projeto tem por objetivo a instalao das fontes geradoras no
local de consumo. Porm, devido ao fato, de se encontrar poucos sistemas
com estas caractersticas, faz-se necessrio estudar sistemas maiores comfuncionamento semelhante.
3.2.2.1 Fernando de Noronha-PE
A primeira turbina elica de grande porte do Brasil foi instalada noArquiplago de Fernando de Noronha, no estado de Pernambuco, em junho de
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1992. O projeto foi realizado pelo Grupo de Energia Elica da Universidade
Federal de Pernambuco atravs de um financiamento do instituto de pesquisas
dinamarqus Folkecenter em parceria com a Companhia Energtica de
PernambucoCELPE. Este sistema era composto por um gerador sncrono de
75 kW, o rotor tem 17m de dimetro e a torre 23 m de altura. Inicialmente o
sistema supria 10% da demanda de energia na ilha, o que proporcionava uma
economia anual de 70.000 litros de leo diesel.
No ano de 2000 foi instalada a segunda turbina, que entrou em operao
em 2001, juntas as turbinas suprem cerca de 25% da energia consumida na
ilha. Com a instalao da segunda turbina este passou a ser o maior sistema
hbrido elico-diesel brasileiro.
3.2.2.2 Cmara Municipal de So JosSC
A Cmara Municipal de So Jos, municpio localizado na grande
Florianpolis, um dos primeiros rgos pblicos a utilizar um sistema de
gerao localizada atravs de um gerador elico.
O sistema composto por um aerogerador de modelo Skystrea, com
capacidade instalada de 2,5kW. O aerogerador est instalado em uma torre de
12m e o rotor tem aproximadamente 4m de dimetro.
3.2.2.3 Organizao das Cooperativas do Estado de Santa
Catarina
Outro empreendimento que utiliza a gerao elica, tambm localizado
em Santa Catarina, a sede da Organizao das Cooperativas do Estado de
Santa Catarina. O edifcio comercial est situado na capital do estado,
Florianpolis.
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Este sistema opera em sincronismo com a rede local da concessionria,
o sistema composto por um aerogerador com potncia de 2,4kW e est
instalado na cobertura do edifcio, conforme mostraFigura 9.
Figura 9: Edifcio da OCESC. Fonte: (Pura)
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4. FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
O crescente aumento da demanda de energia eltrica no mundo,
juntamente com a necessidade de reduzir a utilizao de combustveis fsseis,
tem feito aumentar a utilizao de fontes alternativas de energia que no
poluem ou tem a poluio minimizada como, por exemplo, a biomossa, onde o
prprio plantio da vegetao absorve o lanado na atmosfera. Mas, semdvida, dentre estas tecnologias duas vem se destacando no mercado mundial,
a energia solar e elica. Nos captulos seguintes sero apresentadas estas
duas fontes de energia e as tecnologias disponveis at o momento.
4.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A energia solar utilizada pelo homem basicamente de duas formas,
atravs dos sistemas solares trmicos que so utilizados para gerar calor ou
produzir energia eltrica a partir da energia trmica, e os sistemas solares
fotovoltaicos que so utilizados para gerar energia eltrica diretamente atravs
da converso da luz solar em energia eltrica pelo efeito fotovoltaico. Os
sistemas fotovoltaicos tem a capacidade de transformar a luz do sol em
corrente eltrica, que coletada e processada por dispositivos eletrnicos, e
pode ser utilizada ligada diretamente na rede ou armazenada em baterias.
4.1.1 Clulas e mdulos fotovoltaicos
As clulas fotovoltaicas funcionam atravs do fenmeno fsico de
mesmo nome, que faz a converso direta da luz do sol em eletricidade.
Segundo (VILLALVA & GAZOLI, 2012) este fenmeno ocorre em uma clula
composta de materiais semicondutores com propriedades especficas quandoincidida por luz ou radiao eletromagntica do sol.
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4.1.1.1 Tecnologias fotovoltaicas
As tecnologias fotovoltaicas evoluram consideravelmente desde sua
primeira observao em 1839 por Edmond Becquerel, o qual verificou que
placas metlicas de prata ou platina, mergulhadas em um eletrlito, produziam
tenso quando expostas a luz. Hoje existem inmeras tecnologias disponveis
para a fabricao de painis solares. Considerando as aplicaes terrestres,
diversos semicondutores so utilizados para a produo destas clulas e,
dentre eles segundo (RUTHER, 2004) destacam-se o silcio cristalino (c-Si); o
silcio amorfo hidrogenado (a-Si:H ou a-Si); o telureto de cdmio (CdTe) e os
compostos relacionados ao disseleneto de cobre (glio) e o ndio (ouCIS e ou GICS). Dentre estas tecnologias algumas utilizamelementos considerados altamente txicos como o Cd, Se e Te, e outras
utilizam elementos muito raros como o Te, Se, Ga, Ln e Cd, sendo que isso se
mostrou um obstculo ao uso intenso dessas tecnologias. Em contra partida o
silcio, utilizado em grande parte das tecnologias, o segundo elemento mais
abundante na superfcie da terra, correspondendo segundo (RUTHER, 2004) a
mais de 25% da crosta terrestre, e sendo 100 vezes menos txico do que os
demais elementos apresentados acima.
4.1.1.1.1 Silcio (c-Si)
A tecnologia mais utilizada na fabricao de painis solares a dosilcio, fazendo uso de lminas cristalinas com espessura entre 300 e 400m
consideradas relativamente espessas. Este um dos limitantes quanto a
reduo do custo de produo desta tecnologia. A fabricao de mdulos com
silcio esta dividida em duas tecnologias:
I) Monocristalino
O silcio monocristalino produzido aquecendo em altas
temperaturas blocos de silcio ultrapuro, no chamado processo de
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formao de cristal, pelo mtodo de Czochralski. Este processo
produz um lingote de silcio monocristalino constitudo de uma
estrutura nica cristalina com organizao molecular homognea.
Estes lingotes so cortados em fatias e submetidos ao processo
qumico no qual recebem as impurezas, conhecido como
dopagem do silcio, estas impurezas formam as camadas P e N.
Finalmente estas fatias j dopadas, recebem pelcula metlica em
uma das faces e na outra, que vai receber a luz, uma camada de
material antirreflexvel.
As tecnologias mais tradicionais utilizam esta tcnica,
representando em 2002 cerca de 80% da produo, j que
alcanaram eficincia entre 15 a 18%. A grande desvantagem
desta tecnologia est no custo de produo, sendo que as
possibilidades de reduo j esto praticamente esgotadas.
II) Policristalino ou multicristalino
A tcnica utilizada para a produo do silcio policristalino
semelhante a produo do monocristalino, porm, neste, o lingote
formado por um aglomerado de pequenos cristais, de diferentes
tamanhos e orientao no homognea, da mesma forma este
lingote serrado e posteriormente dopado para se transformar
em uma clula fotovoltaica. Este processo mais barato do que o
da produo do silcio monocristalino, porm a eficincia menor
e situa-se entre 13 e 15%.
4.1.1.1.2 Filmes finos
A tecnologia dos filmes finos bem mais recente do que a do silcio
cristalino. Esta tecnologia trabalha com temperaturas de produo entre 200 e
500 C, bem inferior a tecnologia do silcio que trabalha com uma temperatura
aproximada de 1500C. Diferentemente da tecnologia do silcio, os filmes finos
no so produzidos atravs de fatias de lingotes, estes dispositivos so
produzidos atravs da deposio de finas camadas de matrias sobre a base.
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A deposio do material pode ser feita atravs de vaporizao, ou outro
mtodo, permitindo que seja feita em pequena quantidade sobre a base. Esta
tecnologia evita ainda o desperdcio de material com o corte do lingote.
Considerando-se que esta tecnologia utiliza menos material, no temdesperdcio com corte e trabalha com temperaturas inferiores a tecnologia de
filmes finos a que apresenta um dos menores custos de fabricao, alm de
permitir uma maior automatizao do processo de fabricao, j que tem uma
complexidade reduzida.
Os dispositivos de filmes finos apresentam inmeras vantagens em
relao aos dispositivos de silcio cristalino:
Podem ser fabricados em qualquer dimenso, no havendo
necessidade de conexo de clulas para formao de mdulos,
uma vez que a clula pode ser fabricada do tamanho do mdulo;
Menos sensveis ao efeito de sombreamento, j que os mdulos
so formados por uma nica clula, o sombreamento de parte
desta clula afeta pouco a produo de energia;
Melhor aproveitamento da luz solar em baixos nveis de radiaoe com radiao difusa;
Coeficiente de temperatura mais favorvel, ou seja, se comparado
a outras tecnologias, a diminuio da produo de energia com o
aumento da temperatura menor;
Apesar de apresentar grandes vantagens a tecnologia de filmes finos
tambm tem algumas desvantagens quando comparadas a outras tecnologias:
Apresentam baixa eficincia, necessitando de reas maiores para
produzir a mesma quantidade de energia que outras tecnologias;
Sofrem degradao de maneira mais acelerada, principalmente
quando os mdulos no so apropriadamente aterrados.
A tecnologia de filmes finos utiliza vrias outras tecnologias atualmente
disponveis, so elas: silcio amorfo (aSi), silcio microcristalino (Si), tulereto
de cdmio (CdTe) e os CIGS (cobre-ndio-glio-selnio). Apesar de o CdTe e oCIGS serem as tecnologias mais eficientes, dentre os filmes finos, ainda esto
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em fase de desenvolvimento e tem pequena presena no mercado. A seguir
ser explicada melhor cada tecnologia.
III) Silcio amorfo (a-Si)
O a-Si foi a primeira tecnologia em filmes finos a serinventada, por volta da dcada de 70, e era vista como a nica
tecnologia de filmes finos comercialmente vivel nos anos 80.
Apresenta como vantagem o processo de fabricao a
plasma, que possibilita a deposio do material em substratos de
baixo custo como, por exemplo, vidro, ao inox e at mesmo
alguns plsticos. Graas a esta tecnologia hoje existem no
mercado clulas solares quase inquebrveis, leves,semitransparentes ou com superfcies curvas. Devido a sua
maleabilidade e aparncia esttica agradvel o a-Si vem sendo
aplicado em projetos arquitetnicos em substituio de matrias
de cobertura de telhados e fachadas em instalaes integradas
ao ambiente construdo. Alm disso, as perdas de rendimento
com o aumento da temperatura de operao tambm reduzido
em comparao ao silcio cristalino.A principal desvantagem a baixa eficincia, que reduz
nos primeiros 6 a 12 meses de utilizao, devido a degradao
induzida pela luz, estabilizando entre 8 a 12%.
IV) Silcio microcristalino
A tecnologia do silcio microcristalino ainda esta em fase de
aperfeioamento, mas tem se mostrado uma tecnologia
promissora pra o futuro, j que rene as vantagens do silcio
cristalino e dos filmes finos, isto graas ao processo de fabricao
que separado em duas partes. Uma das etapas ocorre com
temperaturas elevadas, entre 900 e 1000C, constituindo na
deposio de filmes de silcio de elevada qualidade em um
substrato barato, criando desta forma estruturas microcristalinas
semelhantes ao silcio policristalino. A segunda parte consiste na
produo de pelculas de silcio com estruturas microcristalinas de
gros muito finos, este processo acontece a baixas temperaturas,
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entre 200 e 500C o que possibilita a utilizao de materiais mais
baratos como vidro, metal ou plstico.
Esta tecnologia tem uma eficincia estvel de at 8,5% e
pode ser produzida em escala, com elevado nvel de automao e
pouco desperdcio de material, alm de utilizar menos energia em
sua fabricao.
V) Clulas hbridas
As clulas hbridas so produzidas atravs da combinao de
clula cristalina convencional com clula de filme fino, e
posteriormente acrescida de uma camada fina de silcio sem
impurezas.
Consome pouca energia para sua fabricao, alm de usar pouco
material. notvel pela maior produo de energia em elevadas
temperaturas e no apresentar degradao de eficincia pela
exposio a luz solar.
VI) CdTe
Juntamente com as clulas CIGs, o CdTe so as clulas mais
eficientes dos filmes finos. Porm as clulas de CdTe ainda no
so produzidas em larga escala. A principal dificuldade esta na
toxidade do cdmio (Cd) e o telrio ser um material raro.
As empresas que trabalham com o desenvolvimento destas
clulas tem buscado entrar no mercado com aplicaes
arquitetnicas, devido ao seu aspecto atraente. Assim como o a-
Si, estas clulas tm baixos custos de produo, alm disso,
apresenta uma maior eficincia de converso de energia quando
comparado ao a-si.VII) CIGS e CIS
Assim como as clulas de CdTe as clulas com base no
disseleneto de cobre e ndio (CIS) e as com base no disseleneto
de cobre, glio e ndio (CIGS), tem um aspecto arquitetnico
atraente, entretanto tambm apresentam problemas com a
toxidade de alguns materiais.
Dentro da famlia dos filmes finos as clulas de CIGS apresentamo melhor rendimento fotovoltaico segundo (RUTHER, 2004).
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A TABELA 4 a seguir apresenta um comparativo da eficincia das
diversas tecnologias fotovoltaicas.
TABELA 4 - COMPARAO DA EFICINCIA DAS DIVERSAS TECNOLOGIAS DE CLULASFOTOVOLTAICAS
Material daclula fotovoltaica
Eficincia da clulaem laboratrio
Eficincia da clulaem comercial
Eficincia dosmdulos comerciais
Silcio monocristalino 24,7% 18% 14%Silcio policristalino 19,8% 15% 13%
Silcio cristalino e filme fino 19,2% 9,5% 7,9%Silcio amorfo 13% 10,5% 7,5%
Silcio micromorfo 12% 10,7% 9,1%Clula hbrida 20,1% 17,3% 15,2%
CIS, CIGS 18,8% 14% 10%Tulereto de cdmio 16,4% 10% 9%
Fonte:(VILLALVA & GAZOLI, 2012)
4.1.2 Caractersticas de Instalao dos Mdulos Fotovoltaicos
Os mdulos fotovoltaicos so equipamentos que tem seu desempenho
fortemente ligado irradiao solar, sendo que para se obter um melhor
desempenho necessrio tomar alguns cuidados e seguir algunsprocedimentos quando da instalao dos mesmos. A seguir sero
apresentadas as condies de instalao e clculos para se maximizar a
gerao de energia com mdulos fotovoltaicos.
4.1.2.1 Orientao dos mdulos
Os raios solares so ondas eletromagnticas que, antes de atingirem a
atmosfera terrestre, so paralelas entre si. Quando atingem a atmosfera parte
das ondas so desviadas em todas as direes pelo efeito da difuso, e esta
parte da radiao solar de difcil captao pelos mdulos solares. A outra
parte dos raios solares atinge diretamente a superfcie da terra e esta a
parcela considerada na gerao de energia. Porm a inclinao de incidncia
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varia conforme a posio da Terra e do Sol no espao e ao longo dos dias e
meses do ano.
4.1.2.2 ngulo azimutal
A incidncia dos raios solares na terra forma um ngulo que quando
comparado com o norte geogrfico chamado de azimutal, mudando com o
passar do dia em funo da trajetria do sol, ou seja, um observador localizado
no hemisfrio sul olhando para o Norte, observar o Sol com ngulos variveis
ao longo do dia. Sendo que ao meio dia solar o ngulo azimutal ser nulo ou
zero estando o Sol exatamente em sua frente. Para observadores no
hemisfrio norte, o ngulo azimutal tomado em relao ao sul geogrfico. A
Figura 10 mostra a relao entre o Norte geogrfico e o ngulo azimutal.
Figura 10: ngulo azimutal. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)
Para a correta instalao do mdulo fotovoltaico deve-se levar em
considerao o movimento do sol. Se um mdulo for instalado com sua face
voltada para o Leste, receber raios solares apenas no perodo da manha, de
maneira anloga se instalado com sua face voltada para o Oeste, receber os
raios solares apenas no perodo da tarde, gerando desta forma energia em
apenas uma parte do dia. Assim conclui-se que a melhor forma instalar o
mdulo com sua face captora voltada para o norte geogrfico, resultando em
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um melhor aproveitamento da luz solar, pois h raios incidindo nos mdulos
durante todo o dia.
Para encontrar o norte geogrfico pode-se utilizar uma bssola, pois a
agulha da mesma sempre fica alinhada no sentido das linhas de campomagntico da Terra, porm para descobrir a direo do norte geogrfico deve-
se utilizar um mapa ou uma tabela com os ngulos de correo, estes ngulos
variam com a localizao geogrfica.
4.1.2.3 Declinao solar
Devido a inclinao do eixo de rotao da Terra os raios solares que
incidem diretamente na superfcie formo um ngulo com relao ao plano
do Equador, conhecido como declinao solar. Este ngulo varia durante o ano
conforme a posio do Sol.
Nos solstcios este ngulo de declinao mximo, j nos equincios
este ngulo zero, ou seja, os raios solares incidem paralelamente ao plano doequador. AFigura 11 mostra o ngulo de declinao solar, onde se observa
que o ngulo mximo nos solstcios (incio do Inverno e Vero) e zero nos
equincios (incio do Outono e da Primavera).
Figura 11: ngulo de declinao solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)
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4.1.2.4 Altura solar
A trajetria do Sol varia ao longo do ano, sendo que o Sol nasce e se
pe em diferentes pontos do cu, isso ocorre devido ao ngulo de declinao
solar. Essa variao da trajetria do Sol faz com que o mesmo tenha diferentes
alturas no cu, sendo que no vero a altura do Sol maior, o que significa que
os raios incidem na terra com um ngulo azimutal menor e percorrem uma
massa de ar reduzida. J no inverno ocorre o oposto.
O ngulo que a trajetria do Sol faz com o plano horizontal chamado
de ngulo da altura solar . Este ngulo depende tambm da posiogeogrfica, sendo que quanto mais prximo a linha do equador maior a altura
solar, o oposto ocorre quando aproxima-se dos plos. A Figura 12 mostra o
ngulo de altura solar, bem como o ngulo azimutal e o ngulo zenital.
Figura 12: ngulo da altura solar. Fonte: (VILLALVA & GAZOLI, 2012)
4.1.2.5 ngulo de incidncia dos raios solares
Como visto anteriormente, a forma como os raios solares incidem na
superfcie do mdulo varia com vrios fatores. O ngulo de incidncia dos
raios solares sobre a superfcie definido em relao reta perpendicular
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superfcie do mdulo. Este ngulo varia com a variao do ngulo . Tem-se omelhor aproveitamento quando o ngulo zero, ou seja, a incidncia dos
raios perpendicular ao mdulo. AFigura 13 mostra os ngulos de inclinao
do mdulo e incidncia dos raios solares no mdulo.
Figura 13: ngulo de inclinao do mdulo e ngulo de incidncia dos raios solares. Fonte:
(VILLALVA & GAZOLI, 2012)
4.1.2.6 Escolha do ngulo de inclinao dos mdulos solar