ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DE...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

ENGENHARIA QUÍMICA

ALESSANDRA ZARPELLON TEIXEIRA

TATIANE BARBOSA BRETAS

ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DE GERAÇÃO

DE ENERGIA A PARTIR DE MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS

REFRIGERADOS

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

PONTA GROSSA

2016

ALESSANDRA ZARPELLON TEIXEIRA

TATIANE BARBOSA BRETAS

ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DE GERAÇÃO

DE ENERGIA A PARTIR DE MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS

REFRIGERADOS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel, em Engenharia Química, do Departamento de Engenharia Química, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. Márcio Mendes Casaro

PONTA GROSSA

2016

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Câmpus Ponta Grossa Coordenação de Engenharia Química

TERMO DE APROVAÇÃO

Análise da Viabilidade Técnica e Financeira de Geração de Energia a Partir de Módulos Solares Fotovoltaicos Refrigerados

por

Alessandra Zarpellon Teixeira e Tatiane Barbosa Bretas

Monografia apresentada no dia 11 de novembro de 2016 ao Curso de Engenharia Química da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Ponta Grossa. Os candidatos foram arguidos pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.

____________________________________

Prof. Antonio Vanderley Herrero Sola

(UTFPR)

____________________________________

Prof. Dr. Luciano Fernandes

(UTFPR)

____________________________________

Profa. Dr. Marcio Mendes Casaro

(UTFPR)

Orientador

_________________________________

Profa. Dra. Priscilla dos Santos Gashi Leite

Responsável pelo TCC do Curso de Engenharia Química

- A Folha de Aprovação assinada encontra-se arquivada na Secretaria Acadêmica -

À Deus por sua infinita misericórdia e à nossa família por tanta paciência nos

momentos em que precisamos, dispondo do seu tempo, estimulando e acreditando na concretização de mais esta conquista,

dedicamos

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus, por nos ter dado saúde e força para

superarmos todos os obstáculos enfrentados até aqui. Nada seríamos sem a Tua

força Senhor.

Agradecemos à nossa família pela incansável fé e dedicação a nós. Pelo

grande incentivo e palavras de ânimo quando muitas vezes pensamos em desistir.

Esta conquista também é de vocês.

Aos amigos que nos acompanharam durante os anos de estudos e fizeram da

universidade um mundo de sorrisos. Àqueles que entenderam nossa ausência em

momentos difíceis e foram suporte para alcançarmos mais este sonho.

Aos professores que foram luz e mais do que conhecimento, puderam nos

ensinar valores de respeito e humildade que nos acompanharão por toda a vida. E em

especial agradecemos ao nosso orientador Prof. Doutor Marcio Mendes Casaro, pela

bondade e sabedoria com que nos guiou nesta trajetória.

Enfim, a todos os que por algum motivo contribuíram e foram-nos importantes

para a realização desta pesquisa.

“Pregúntate si lo que estás haciendo hoy te acerca al lugar en el quieres estar

mañana.”

Walt Disney

RESUMO

TEIXEIRA, Alessandra Zarpellon. BRETAS, Tatiane Barbosa. Análise da Viabilidade Técnica e Financeira da Geração de Energia a Partir de Módulos Solares Fotovoltaicos Refrigerados. 2016. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Bacharelado em Engenharia Química- Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, 2016.

No atual cenário energético brasileiro, a geração por meio de usinas hidrelétricas mostra-se predominante na composição da matriz energética nacional. A crescente busca por formas alternativas de geração de energia dá-se principalmente pela possibilidade de geração sem emissões e operando de maneira sustentável. A radiação solar é uma das chamadas energias renováveis, e sua conversão em eletricidade ocorre por meio de células fotovoltaicas. O custo de implementação ainda é alto, no entanto vem sendo reduzido nos últimos anos, tornando mais viável o investimento nessa tecnologia. As altas temperaturas na superfície dos módulos solares fotovoltaicos podem causar-lhes degradações. A eficiência real dos módulos varia consideravelmente quando os mesmos são expostos ao sol, e os resultados experimentais obtidos comprovam o decréscimo da potência gerada em virtude do aumento da sua temperatura superficial. Com o propósito de minimizar a queda no rendimento da conversão de energia solar em elétrica resfriou-se os módulos por meio de convecção forçada utilizando-se água como fluido refrigerante. Registrou-se valores de tensão superiores aos obtidos nos módulos aquecidos. Dessa maneira, possibilitou-se a obtenção de maior potência nos módulos e maiores valores de conversão da energia solar em elétrica.

Palavras-chave: Módulos Fotovoltaicos. Energia Solar. Rendimento. Aquecimento.

ABSTRACT

TEIXEIRA, Alessandra Zarpellon. BRETAS, Tatiane Barbosa. Análise da Viabilidade Técnica e Financeira da Geração de Energia a Partir de Módulos Solares Fotovoltaicos Refrigerados. 2016. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Bacharelado em Engenharia Química- Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, 2016.

The current brazilian energy scenario shows hydroelectric plants being predominant in the national energy matrix. The growing interest for alternative forms of power generation is due to the fact mainly by the possibility to generate power by using emission-free and sustainably ways. Solar radiation is one of the called renewable energy and its conversion into electricity occurs through photovoltaic cells. Its implementation cost is still high, but has been reduced in recent years, making the investment in this technology more viable. The high temperatures on the surface of photovoltaic solar modules can cause them degradations. The efficiency of modules varies considerably when they are exposed to the sun, and the experimental results show the decrease of the power generated due to the increase of its surface temperature. In order to minimize the decay in yield of the conversion of the solar energy into electric, modules are cooled by forced convection using water as coolant. The results recorded voltage values higher than those obtained in the heated modules. Thereby it was possible to achieve greater power in the modules and higher conversion values of solar energy into electricity.

Keywords: Photovoltaic Modules. Solar Energy. Yield. Heating.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Insolação global média anual. ................................................................... 20

Figura 2 - Mapa comparativo de irradiação solar no Brasil e na Europa ................... 24

Figura 3 - Ilustração da estrutura solar recebendo radiação solar ............................ 26

Figura 4 - Módulo solar fotovoltaico composto por 36 células. .................................. 27

Figura 5 - Circuito equivalente a uma célula solar. .................................................... 31

Figura 6 - Termômetro digital infravermelho. ............................................................. 40

Figura 7 - Esquema do recipiente de plástico utilizado na prática de refrigeração dos módulos solares fotovoltaicos imersos em água corrente. ........................................ 41

Figura 8 - Características do módulo china solar ltd modelo kaxidy ks-p20w. .......... 43

Figura 9 - Características do sistema utilizado na prática de refrigeração do módulo solar por meio de convecção forçada utilizando água. .............................................. 44

Figura 10 - Dados de projeto de geração de eletricidade por meio de módulos solares. ...................................................................................................................... 53

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Capacidade instalada de geração fotovoltaica até 2013, e adicionada em 2014. ......................................................................................................................... 22

Gráfico 2 - Capacidade total mundial de geração fotovoltaica. ................................. 23

Gráfico 3 - Efeito causado pela variação de irradiância solar sobre a curva característica Corrente versus Tensão, para um módulo fotovoltaico de 36 células de silício cristalino a 25°C. ............................................................................................. 30

Gráfico 4 - Efeito causado pela variação de temperatura das células sobre a curva característica Corrente versus Tensão para um módulo fotovoltaico. ....................... 31

Gráfico 5 - Gráfico do comportamento da potência parametrizada devido ao aumento de temperatura nos painéis solares .......................................................................... 46

Gráfico 6 - Linha de tendência e equação da reta da Potência parametrizada versus Temperatura. ............................................................................................................. 47

Gráfico 7 - Tensão no módulo fotovoltaico em relação a temperatura. ..................... 48

Gráfico 8 - Irradiação no plano horizontal e inclinado para a cidade de Ponta Grossa - PR ........................................................................................................................... 49

Gráfico 9 - Tensão versus temperatura para o experimento de refrigeração. ........... 51

Gráfico 10 - Potência calculada versus temperatura nos módulos refrigerados. ...... 52

LISTA DE FOTOS

Foto 1 - Módulo solar fotovoltaico Solarex-MSX70 de 70 Watt pico (Wp), composto de células fotovoltaicas constituídas por silício policristalino..................................... 38

Foto 2 - Reostato 6,0Ω .............................................................................................. 39

Foto 3 - Osciloscópio Tektronix DPO 3014 ............................................................... 39

Foto 4 - Medidor de irradiação solar da ICEL modelo SP-2000.. .............................. 40

Foto 5 - Esquema montado para realização da prática de refrigeração dos módulos solares fotovoltaicos imersos em água corrente.. ..................................................... 42

Foto 6 - Sistema de refrigeração do módulo fotovoltaico.. ....................................... 44

Foto 7 - Sistema de sustentação do módulo a um ângulo aproximado de 45°.. ....... 45

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................13

1.1 TEMA DA PESQUISA .......................................................................................14

1.1.1 Delimitação do Tema ......................................................................................14

1.2 MOTIVAÇÃO ....................................................................................................15

1.3 HIPÓTESE ........................................................................................................15

1.4 OBJETIVO GERAL ...........................................................................................15

1.4.1 Objetivos Específicos ......................................................................................16

1.5 MÉTODO DA PESQUISA .................................................................................16

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO .........................................................................16

2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................18

2.1 A ENERGIA E A HISTÓRIA ..............................................................................18

2.2 ENERGIA SOLAR .............................................................................................19

2.3 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ................................................................20

2.3.1 Utilização da Energia Solar Fotovoltaica no Mundo ........................................21

2.3.2 Utilização da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil..........................................23

2.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA .....................................................................................................25

2.5 CÉLULA FOTOVOLTAICA ...............................................................................25

2.6 MÓDULO FOTOVOLTAICO .............................................................................27

2.7 RENDIMENTO DOS MÓDULOS PV ................................................................28

2.8 EFEITO DA TEMPERATURA NOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS ………………………………………………………………………………………….29

2.9 RESFRIAMENTO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ..................................32

2.9.1 Fluídos Refrigerantes ......................................................................................33

2.9.2 Convecção ......................................................................................................33

2.9.2.1 Convecção natural ......................................................................................34

2.9.2.2 Convecção forçada .....................................................................................34

2.10 ANALISE FINANCEIRA ..................................................................................35

2.10.1 Método do Valor Presente Líquido ...............................................................35

2.10.2 Método da Taxa Interna de Retorno ............................................................36

2.10.3 Método Payback ..........................................................................................37

3 MÉTODOS ............................................................................................................38

3.1 REFRIGERAÇÃO DOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS IMERSOS EM ÁGUA CORRENTE ...........................................................................................41

3.2 REFRIGERAÇÃO DO MÓDULO SOLAR POR MEIO DE CONVECÇÃO FORÇADA UTILIZANDO ÁGUA .............................................................................42

4 RESULTADOS .....................................................................................................46

4.1 REFRIGERAÇÃO DOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS IMERSOS EM ÁGUA CORRENTE ...........................................................................................49

4.2 REFRIGERAÇÃO DO MÓDULO SOLAR FOTOVOLTAICO POR MEIO DE CONVECÇÃO FORÇADA UTILIZANDO ÁGUA COMO FLUIDO REFRIGERANTE ………………………………………………………………………………………….50

4.3 ANÁLISE FINANCEIRA ....................................................................................52

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................55

5.1 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS………….....……….……………..55

REFERÊNCIAS .......................................................................................................57

APÊNDICE A - Código Matlab ..............................................................................62

APÊNDICE B - Tabelas Análise Financeira .........................................................64

ANEXO A - Datasheet módulo Canadian Solar ..................................................67

ANEXO B - Datasheet módulo China Solar LTD modelo KAXIDY KS-P20 .......70

ANEXO C - Gerador de energia solar fotovoltaica GRID TIE 3,12 kWp ............72

13

1 INTRODUÇÃO

A conversão direta de energia solar em energia elétrica ocorre nas células

solares por meio do efeito fotovoltaico, a partir da geração de uma diferença de

potencial elétrico por intermédio da radiação solar. O efeito fotovoltaico ocorre quando

a energia provinda do sol (fótons) incide sobre átomos de silício, no caso das placas

solares, promovendo a emissão de elétrons, gerando corrente elétrica (GUERRINI,

2001). Essa forma de energia é uma das tecnologias mais importantes para o

desenvolvimento sustentável e hoje é responsável por grande parte da energia

renovável disponível na Terra.

No Brasil ainda existe um atraso nesta área quando comparado a outros

países mesmo apresentando vasta área geográfica e localizações potencialmente

favoráveis para o desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos (LANDIN et al, 2010).

Pesquisas revelam que até 2012 os geradores eram relativamente caros, e a

utilização era de módulos de pequeno porte, em sistemas autônomos em locais

distantes da rede elétrica. A fabricação nacional era praticamente nula. Apesar de

incentivos governamentais e desenvolvimento tecnológico, no início de 2015 o Brasil

ainda apresentava um nível de fabricação e instalação de geradores fotovoltaicos

muito baixo, não condizente com o tamanho da população do país e com suas

potencialidades e necessidades, representando apenas 0,01% da capacidade de

geração global do país (SOLENERG, 2015). De acordo com o Ministério de Minas e

Energia, a irradiação média anual brasileira varia entre 1.200 e 2.400kWh/m²/ano.

O custo dos sistemas geradores é considerado alto principalmente em função

dos custos dos módulos fotovoltaicos. Assim, as propriedades que levam a geração

devem ser aproveitadas ao máximo. Os controladores MPPT (Maximum Power Point

Tracking) são utilizados como forma de otimização do funcionamento dos painéis por

meio de controle de nível de tensão e corrente adequados. Outra alternativa para

maximização é o rastreamento do sol com estruturas móveis, como por exemplo na

utilização de um circuito eletrônico microcontrolado para orientação do painel em

função da radiação solar incidente. No entanto, o ponto de operação da tensão e da

corrente do painel e a sua direção não são as únicas variáveis que afetam o

rendimento da conversão de energia. O aquecimento das células fotovoltaicas

também é apontado como causa da redução deste rendimento.

14

Durante o processo de conversão da energia solar em eletricidade, nas placas

solares, aproximadamente 80% a 90% da energia incidente é convertida em calor.

Quando não dissipado, esse calor resulta no aumento da temperatura de operação

das células. Isto provoca um decréscimo na conversão da energia solar em

eletricidade. São aproximadamente 0,45% de queda do rendimento para cada grau

Celsius (°C) acrescido a partir das condições padrões de teste (25°C, 1kW/m2 e 1,5

de massa de ar). Esse decréscimo pode variar dependendo da tecnologia usada na

fabricação dos módulos (RUTHER, 2004).

Os módulos solares fotovoltaicos, além de serem caracterizados como uma

geração distribuída, não produzem poluentes evitando impactos ambientais e sociais.

São, portanto, um investimento na geração de energia provinda de fontes renováveis

e que possibilita um desenvolvimento sustentável (CASARO, 2010). Destaca-se,

dessa forma, a importância de estudos voltados ao rendimento de módulos solares

fotovoltaicos, visto que a conversão de energia solar em elétrica é consideravelmente

reduzida quando os mesmos são aquecidos.

1.1 TEMA DA PESQUISA

Estudo sobre o ganho energético obtido na conversão da energia solar em

eletricidade quando aplicadas técnicas de refrigeração ao sistema de módulos

fotovoltaicos.

1.1.1 Delimitação do Tema

A pesquisa será desenvolvida através do estudo de dois sistemas de

refrigeração de módulos solares fotovoltaicos a fim de reduzir o decaimento do

rendimento decorrente do aquecimento dos mesmos.

15

1.2 MOTIVAÇÃO

Na década de 50, apenas 4,5% da energia solar incidente em uma célula

fotovoltaica era convertida em eletricidade. Atualmente a eficiência média triplicou

para 15% a um custo 1.370 vezes mais barato. Segundo a Spheralsolar, em 2015 se

iniciou a oferta de painéis solares com eficiência de conversão de 23,5% (BRASIL,

2015).

Observa-se que há décadas o desenvolvimento e o interesse em inovações

para a produção energética já são preocupações da grande parte de profissionais

demandados para um desenvolvimento ao mesmo tempo que tecnológico e

sustentável. A formação em âmbito acadêmico, particularmente, já vem de encontro

com as premissas de que é possível produzir e construir de maneira a não afetar

futuras gerações, principalmente no que diz respeito à impactos ambientais provindos

de engenharia e tecnologia. Posto isso, este trabalho motiva-se a analisar técnica e

financeiramente o resfriamento de módulos solares fotovoltaicos com o uso de fluidos

refrigerantes. Esses módulos foram fornecidos pelo Departamento Acadêmico de

Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Campus Ponta Grossa.

1.3 HIPÓTESE

Estuda-se a possibilidade de manter o melhor rendimento na conversão de

energia solar em energia elétrica por meio de módulos solares fotovoltaicos

submetidos à um sistema de refrigeração. Esse método para a redução na queda de

rendimento de módulos aquecidos será então considerado na análise de viabilidade

para sua aplicação.

1.4 OBJETIVO GERAL

Analisar a viabilidade técnica e financeira da geração de energia a partir de

módulos solares fotovoltaicos refrigerados.

16

1.4.1 Objetivos Específicos

• Estudar as vantagens da energia solar sobre as demais maneiras de gerar

energia alternativa;

• Avaliar o comportamento do rendimento de placas fotovoltaicas em relação

ao aquecimento das células fotovoltaicas;

• Avaliar a viabilidade técnica e financeira do método utilizado na refrigeração

dos módulos solares fotovoltaicos.

1.5 MÉTODO DA PESQUISA

O trabalho desenvolveu-se através de um levantamento bibliográfico,

destinado a conhecer o sistema de conversão de energia solar em energia elétrica por

meio de módulos solares fotovoltaicos, bem como o rendimento alcançado em tais

sistemas, englobando seus aspectos sócio-ambientais, econômicos e operacionais.

Posterior à revisão bibliográfica, prosseguiu-se com a fase experimental para

comprovar de maneira prática a influência que a temperatura exerce sob os sistemas

fotovoltaicos, direcionando o estudo para sistemas de resfriamento, seguido de uma

análise para comparação da variação de rendimento dos módulos solares à diferentes

temperaturas. A etapa final é composta pela análise e avaliação dos resultados

obtidos com a aplicação do método empregado

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho é estruturado em cinco capítulos. O capítulo 1 é um

introdutório, o qual explicita os assuntos que serão abordados e os objetivos do

trabalho. O capítulo 2 apresenta a fundamentação teórica para o estudo desenvolvido.

A metodologia aplicada é explanada no capítulo 3, seguida pelo capítulo 4 onde são

17

relatados os resultados obtidos no decorrer do trabalho. Por fim, no capítulo 5 constam

as conclusões referentes à avaliação técnica e financeira aplicada à pesquisa

desenvolvida.

18

2 REVISÃO DA LITERATURA

Este item tratará da fundamentação teórica através da revisão bibliográfica de

alguns autores, estudiosos de temas referentes à geração de energia elétrica através

da energia solar, especificando os sistemas de conversão fotovoltaica.

2.1 A ENERGIA E A HISTÓRIA

A disponibilidade de energia elétrica e térmica é essencial para qualquer país.

Historicamente, os combustíveis fósseis, como petróleo, carvão e gás natural têm

dominado o mercado de energia com aproximadamente 34% da produção de energia,

seguido da produção hidroelétrica com 16,5%, das plantas nucleares com 10,6% e

biocombustíveis com 2,0%. A energia geotérmica, solar, eólica e outras fontes suprem

os restantes 3,3% da demanda global de energia. No entanto, a parte da última

categoria está aumentando rapidamente nos últimos anos (IEA,2016).

Sabe-se, entretanto, que o uso dos combustíveis fósseis apresenta uma série

de complicações. Por um lado, a reprodução de combustíveis fósseis não ocorre a

uma taxa significativa e, por conseguinte, pode ser considerado como recursos finitos,

com o impacto que implica no preço e o possível risco de esgotamento das reservas.

Além disso, devido ao impacto ambiental da utilização de combustíveis fósseis, tanto

local como globalmente, torna-se impossível não o considerar como um fator

importante em um contexto de sustentabilidade (MIKATIA et al, 2012).

Fatores como estes é que estão contribuindo para o rápido crescimento das

energias renováveis nas últimas décadas (IEA, 2016). Elas aparecem como uma

solução importante para o futuro. A energia renovável oferece a possibilidade de

geração de eletricidade e calor praticamente sem emissões, a preços baixos e

operando de maneira sustentável. Junto com isso, cada país tem um interesse lógico

em usar recursos renováveis locais.

19

2.2 ENERGIA SOLAR

A energia solar é descrita como a energia obtida do sol que chega a superfície

em forma de ondas eletromagnéticas. A fusão atômica é responsável pela liberação

dessa energia convertendo aproximadamente 650 milhões de toneladas de hidrogênio

em gás hélio a cada segundo (BROWN, 1988).

A radiação solar é uma das chamadas energias renováveis, particularmente

do grupo não-poluente, conhecida como energia limpa ou energia verde e tem sido

aproveitada desde os tempos antigos, utilizando diferentes tecnologias que evoluíram

ao longo do tempo. Atualmente, a radiação solar pode ser explorada por meio de

sensores, tais como células fotovoltaicas, heliostatos ou coletores térmicos que

podem transformá-la em energia elétrica ou térmica (CABRAL, 2012). A intensidade

da radiação solar no nível da atmosfera, também conhecida como constante solar, é

de cerca de1.367 kW/m2. O estado da atmosfera é o responsável pela forma em que

tal radiação atingirá a Terra. Parte da radiação é refletida; outra é absorvida pela

atmosfera. Existe ainda uma terceira que primeiramente atinge a superfície terrestre

e então é parcialmente absorvida e parcialmente refletida novamente para a região

atmosférica. As características que determinam como a radiação alcançará a

superfície estão todas relacionadas com a distância que os raios solares percorrem

atravessando a atmosfera, a umidade do ar e a nebulosidade. A média mundial

irradiada é de cerca de 165 W/m2, considerando as 24 horas do dia. Este valor pode

ser contabilizado como 5 mil vezes maior que a necessidade energética da

humanidade (DESERTEC, 2016).

A figura 1 ilustra a energia que chega em um plano horizontal na superfície do

planeta, concentrando-se principalmente nas áreas equatoriais.

20

Figura 1: Insolação Global média anual.

Fonte: NASA, 2016.

Em 2014 a energia solar foi responsável por aproximadamente 30% da nova

capacidade energética de fontes renováveis mundial (IEA, 2015). De acordo com

Ren21, o seu custo de implantação ainda é alto, mas vem sendo reduzido nos últimos

anos, tornando mais viável o investimento nessa fonte. Mais de 60% de toda a

capacidade fotovoltaica do mundo foi instalada nos últimos três anos, atingindo 177

GW de capacidade total.

2.3 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

A conversão direta de energia solar em energia elétrica é realizada nas células

solares através do efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel em 1839, e

consiste na geração de uma diferença de potencial elétrico através da radiação. O

efeito fotovoltaico ocorre quando fótons (energia que a luz do sol carrega) incidem

sobre átomos de um material semicondutor, provocando a liberação de elétrons,

gerando dessa maneira a corrente elétrica. Este processo não depende da quantidade

de calor, pelo contrário, o rendimento da célula solar cai quando sua temperatura

aumenta (GUERRINI, 2001).

21

A célula fotovoltaica, fabricada de material semicondutor, é a unidade

fundamental do processo de conversão. Um módulo solar fotovoltaico é composto por

unidades de células dependendo das características de tensão elétrica desejada

(PINHO; GALDINO, 2014). São considerados um investimento na geração de energia

provinda de fontes renováveis e que possibilita um desenvolvimento sustentável. Um

sistema fotovoltaico não produz resíduos prejudiciais e não está envolvido em nenhum

impacto ambiental ou social como é o caso das hidrelétricas (CASARO, 2010).

2.3.1 Utilização da Energia Solar Fotovoltaica no Mundo

Os Estados Unidos foram os pioneiros na produção de células fotovoltaicas

no mundo. Inspirados pela corrida espacial, na década de 1950, encontrou-se nas

células fotovoltaicas o meio mais adequado para a instalação de sistemas de

telecomunicações em lugares remotos (PINHO; GALDINO, 2014). O aumento do

interesse em aplicações terrestres para a energia solar fotovoltaica deu-se em 1973

quando o mundo se deparava com a crise no setor petrolífero. A construção de células

a baixo custo foi necessária para tornar a conversão de energia economicamente

viável, e os constantes investimentos em pesquisas sobre novos métodos e matérias

possibilitaram a sua crescente utilização com consequente redução do valor atribuído

(PINHO; GALDINO, 2014; VALLÊRA; BRITO, 2006).

Durante a maior parte da década de 1990, os Estados Unidos lideravam a

produção mundial de células. Motivados, dentre outros fatores, pela redução de gás

carbônico (CO2), a tecnologia passou a ser desenvolvida também na Alemanha e no

Japão. No continente Asiático são muitas as indústrias fotovoltaicas instaladas, no

entanto, grande parte delas, são desenvolvidas no Estados Unidos e em países

Europeus. Os mesmos deslocaram suas fábricas para a Ásia buscando redução de

custos de produção e mão de obra barata e qualificada. Em terras asiáticas é a China

quem se destaca como produtora dos módulos fotovoltaicos (PINHO; GALDINO,

2014).

O Relatório Mundial da Situação das Energias Renováveis de 2015

(Renewables 2015 Global Status Report) desenvolvido pela REN 21 (Renewable

Energy Policy Network for the 21st Century) apresenta o importante papel que os

22

módulos solares fotovoltaicos têm desempenhado na geração de eletricidade em

determinados países. Os mesmos vêm tornando-se competitivos com o

desenvolvimento de tecnologias com custos reduzidos frente a outras formas de

geração de energia elétrica.

O gráfico 1 mostra os dez países com as maiores capacidades de geração de

eletricidade por painéis solares até 2013, e as capacidades adicionadas em 2014.

Gráfico 1 - Capacidade instalada de geração fotovoltaica até 2013, e adicionada em 2014.

Fonte: Pinto, 2015.

A China, o Japão e os Estados Unidos têm sido os países com maior aumento

em capacidade no ano de 2014, no entanto a América Latina e países Africanos

também apresentaram um crescimento de suas instalações. Como líder mundial em

capacidade de geração encontra-se ainda a Alemanha, sendo responsável por grande

parte do fornecimento de eletricidade a partir da energia solar fotovoltaica (REN21,

2015).

Como pode-se verificar no Gráfico 2, a capacidade mundial instalada

apresenta um considerável crescimento a cada ano. Em 2014, a capacidade total

mundial de energia fotovoltaica já instalada era de 177 GW, 40GW a mais que o ano

anterior.

23

Gráfico 2 - Capacidade total mundial de geração fotovoltaica.

Fonte: Pinto, 2015.

2.3.2 Utilização da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil

Com uma imensa área territorial e privilegiada posição geográfica, o Brasil

possui grande potencial para o aproveitamento da energia solar. No entanto, apesar

do potencial, o país ainda apresenta pequena participação da energia solar na matriz

energética quando comparado a países cuja radiação é muitas vezes inferior

(CARVALHO, 2011). Estima-se que o mercado fotovoltaico brasileiro terá seu

crescimento de maneira lenta devido, principalmente, a falta de políticas públicas de

incentivo (PINHO; GALDINO, 2014).

No contexto histórico, o Brasil equiparava-se aos países de destaque no setor

da energia solar fotovoltaica. O país iniciou o desenvolvimento dos módulos na

década de 1950 e logo em 1970 já haviam estudos a respeito da utilização de filmes

finos para conversão de energia solar em eletricidade (PINHO; GALDINO, 2014).

Entre a década de 80 e 90 iniciaram-se estudos laboratoriais e pilotos em

universidades e centros de pesquisas públicos, bem como em empresas privadas. As

pesquisas eram agora voltadas à purificação de silício para uso em células

fotovoltaicas. Apesar dos novos investimentos, a tecnologia começou a ficar defasada

em relação à situação de países estruturados energeticamente e que tinham incentivo

voltados ao desenvolvimento tecnológico e industrial (PINHO; GALDINO, 2014).

24

O cenário brasileiro só passou a ter mudanças em 2004 quando foi criado em

Porto Alegre, no Rio Grande do Sul, o Centro Brasileiro para Desenvolvimento da

Energia Solar Fotovoltaica (CB-Solar) em conjunto com entidades do Governo

Federal, Estadual e Municipal. As principais premissas do órgão eram relacionadas

ao desenvolvimento de pesquisas em escala piloto para o desenvolvimento de células

e módulos fotovoltaicos de silício, bem como a análise da viabilidade técnica e

econômica em escalas industriais (PINHO; GALDINO, 2014).

Até 2013 a capacidade de sistemas fotovoltaicos instalados no Brasil é

da ordem de 40 MW (BANCO NACIONAL DO DESENVOLVIMENTO, 2014). Apesar

da alta incidência de radiação, o Brasil ainda se encontra atrás de países com menor

potencial solar. Na Figura 2 é possível verificar uma comparação dos valores de

irradiação solar no Brasil e na Europa, que possuí aproximadamente 88GW de

sistemas fotovoltaicos já instalados (PORTAL SOLAR, 2016).

Figura 2 - Mapa comparativo de irradiação solar no Brasil e na Europa.

Fonte: Labsol, 2016.

25

2.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

As vantagens da utilização da energia solar fotovoltaica vão muito além da

diversificação da matriz energética de um país. Segundo América do Sol (2015) e

Salamoni (2009), a energia solar fotovoltaica é uma ótima alternativa para levar

eletricidade a localidades de difícil acesso, não supridas pela rede convencional.

Destaca-se também a utilização dos módulos solares em edifícios de maneira

integrada, não necessitando espaço físico dedicado, além de serem considerados de

material arquitetônico, reduzindo custos e dando à edificação uma aparência

inovadora. Juntamente com todas as vantagens associadas, a sustentabilidade

destaca-se na utilização de energia solar fotovoltaica. Um sistema fotovoltaico não

emite poluentes, e é considerado um sistema de geração de energia limpa.

Quanto às desvantagens destacam-se principalmente o custo elevado da

tecnologia e o baixo rendimento dos painéis fotovoltaicos. Junto a isso, a radiação

solar e consequente quantidade de energia elétrica produzida dependentes do

período do dia e das estações do ano.

2.5 CÉLULA FOTOVOLTAICA

A célula fotovoltaica é composta por duas camadas de material semicondutor.

As camadas, uma do tipo N com excesso de elétrons e outra do tipo P com déficit de

elétrons, são dopadas e unidas formando uma junção PN e uma consequente barreira

de potencial entre elas com a migração dos elétrons da camada N para a camada P.

Quando há a incidência de fótons provenientes da luz solar, os elétrons adquirem

energia, e dá-se então, com a presença de um condutor externo, a migração dos

elétrons gerando uma corrente elétrica. Se a célula não sofrer incidência solar, os

elétrons e as lacunas permanecem presos atrás dessa barreira (VILLALVA; GAZOLI,

2012).

26

Figura 3 - Ilustração da estrutura solar recebendo radiação solar

Fonte: CRESESB, 2016.

Atualmente as células fotovoltaicas predominantes no mercado mundial são as

fabricadas de silício cristalino (c-Si), podendo serem utilizadas em sua forma

monocristalina (m-Si), policristalina (p-Si) ou silício amorfo hidrogenado (a-Si:H).

Também fabricadas, porém menos utilizadas, estão as tecnologias baseadas em

telureto de cádmio (CdTe), arseneto de gálio (GaAs), disseleneto de cobre e índio

(CIS), disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) (ALMEIDA, 2012; PINHO; GALDINO,

2014).

Embora sendo as mais utilizadas, as células de silício cristalino ainda possuem

seu custo elevado (SILVA, 2003). No silício policristalino, o material é solidificado em

forma de um bloco composto de pequenos cristais. As lâminas obtidas a partir do corte

de um bloco de silício policristalino ou lingotes de silício monocristalinos são utilizados

para então fabricar as células fotovoltaicas. Quanto aos custos, tem-se nas células de

silício monocristalino um valor mais elevado. As células de silício policristalino, embora

com custo inferior, têm sua eficiência reduzida devido a presença de interfaces entre

os vários cristais constituites. Comparando-se a eficiência média das células

comerciais tem-se 16,5% para as compostas de silício monocristalino e 14,5% para

as células das estruturas policristalinas (PINHO; GALDINO, 2014).

27

2.6 MÓDULO FOTOVOLTAICO

Unidade básica do subsistema de geração de eletricidade, o módulo

fotovoltaico consiste de um quadro de alumínio composto por células fotovoltaicas

conectadas eletricamente em paralelo e em série, encapsuladas na área exposta ao

sol, com estruturas transparentes de vidro, plástico ou resina de silicone, e por fim

uma camada de EVA com a finalidade de protegê-las contra condições climáticas e

eventuais impactos (SOLERNERG, 2016).

A tensão e a corrente desejada que definem o número de células fotovoltaicas

em módulo, bem como a forma como elas estão conectadas (em série e/ou paralelo)

(PINHO; GALDINO, 2014). Os módulos fotovoltaicos típicos utilizados para carregar

uma bateria 12 V são compostos por 36 células em série, enquanto os módulos

utilizados para conexão em rede elétrica são constituídos por 48 ou 60 células

fotovoltaicas (SOLENERG, 2016).

A escolha das células para obtenção de um módulo são de extrema

importância, já que a compatibilidade das características elétricas é que define a

qualidade do módulo (PINHO; GALDINO, 2014).

Figura 4 - Módulo solar fotovoltaico composto por 36 células.

Fonte: Canadian Solar, 2016.

28

2.7 RENDIMENTO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

Quando se trata de módulos fotovoltaicos destaca-se a importância do estudo

do seu rendimento. Da energia solar incidente, cerca de 80 a 90% destina-se ao

aquecimento das placas fotovoltaicas, enquanto que apenas 10 a 20% podem ser

convertidos em eletricidade. A máxima quantidade de eletricidade que pode ser então

extraída de um módulo fotovoltaico dita a eficiência de conversão do mesmo

(RAUSCHENBACH, 1980).

Pode-se expressar o equilíbrio entre a energia incidente na célula fotovoltaica

(radiação solar) e a energia liberada pela célula (saída de eletricidade e fluxo de calor)

através do balanço de energia deste processo. A temperatura específica atingida é

conhecida como temperatura de operação ou temperatura de equilíbrio

(RAUSCHENBACH, 1980).

Segundo Rodrigues et al (2015), um procedimento utilizado para calcular a

temperatura da célula via balanço energético é a determinação da Temperatura

Nominal de Operação da célula, ou NOCT, definida como a temperatura da célula sob

irradiância solar de 800W/m², temperatura ambiente de 20°C, velocidade do vento de

1 m/s, painel sem carga elétrica (circuito aberto) e montado em estrutura aberta, com

posição normal em relação ao Sol do meio dia. De acordo com a Canadian Solar

(2016), um dos principais fabricantes de módulos fotovoltaicos no mundo, a

Temperatura Nominal de Operação da Célula (TNOC/NOCT) é de aproximadamente

45±2°C.

Considerando o balanço energético, nota-se um aumento na temperatura dos

módulos fotovoltaicos quando a radiação incidente não é convertida em energia

elétrica, acarretando menor eficiência dos módulos fotovoltaicos (LAU, 2012). Dá-se

então a importância de avaliação do comportamento dos painéis fotovoltaicos em altas

temperaturas, sendo considerado um aspecto relevante na escolha das tecnologias e

avaliação do seu desempenho (RODRIGUES et al, 2015).

Fabricantes disponibilizam em datasheet o rendimento dos módulos

fotovoltaicos de acordo a temperatura incidente. Segundo Makriedes (2009, 2010),

essa característica pode ser avaliada através do coeficiente de temperatura de

potência máxima dos painéis, expresso em %/ºC. Tal coeficiente representa a perda

da eficiência de conversão (em %) para cada ºCelsius acima das condições padrões

29

de teste, e varia de acordo com cada tecnologia. Dessa forma, a eficiência real dos

painéis pode variar consideravelmente quando consideradas as temperaturas dos

painéis expostos ao Sol. Segundo dados da Canadian Solar, apresentados na Tabela

1, para um módulo PV de potência nominal máxima de 260W tem-se um decréscimo

de 0,43% na potência máxima do modulo PV a cada 1ºC elevado.

Tabela 1 - Características da temperatura em um módulo fotovoltaico.

Specification Data

Temperature Coefficient (Pmax) -0.43% / °C

Temperature Coefficient (Voc) -0.34% / °C

Temperature Coefficient (Isc) 0.065% / °C

Nominal Operating Cell Temperature 45 ± 2°C

Fonte: Canadian Solar, 2015.

O módulo apresenta rendimento de 16,16%, como pode ser verificado no anexo

A.

2.8 EFEITO DA TEMPERATURA NOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS

A temperatura de operação das células fotovoltaicas, que constituem os

módulos solares fotovoltaicos, é afetada pela incidência de radiação e variação de

temperatura ambiente, ocasionando uma redução em sua eficiência (PINHO,

GALDINO, 2014).

O aumento da radiância solar gera um aumento na corrente elétrica gerada

pelo módulo solar fotovoltaico. Estabelece-se uma relação proporcionalmente linear

entre a corrente de curto-circuito e a radiação solar dentro de uma ampla faixa de

valores. A intensidade de radiação é proporcional a tensão de circuito aberto.

Conforme a radiação aumenta a tensão apresenta um crescimento logarítmico,

inexpressível se comparado ao aumento da corrente em relação a radiação, como

pode-se observar no gráfico 3 (CASARO, MARTINS, 2008).

30

Gráfico 3 - Efeito causado pela variação de irradiância solar sobre a curva característica Corrente versus Tensão, para um módulo fotovoltaico de 36 células de silício cristalino a 25°C.

Fonte: PINHO,GALDINO,2014

A tensão da célula fotovoltaica sofre uma redução significativa com o aumento

da temperatura ao mesmo tempo que sua corrente sofre uma pequena elevação,

quase desprezível, que não compensa a perda ocasionada pela diminuição da tensão.

Isto ocorre devido a diminuição da banda proibida ocasionada pelo aumento de

temperatura. No gráfico 4, é possível observar, nas curvas de corrente versus tensão,

que existe uma significativa queda de tensão com o aumento da temperatura da célula

fotovoltaica (CASARO, MARTINS, 2008; PINHO, GALDINO, 2014).

Observa-se uma redução significativa na tensão verificada nos terminais de

uma célula fotovoltaica. Esses resultados são obtidos em testes realizados em campo

onde a irradiação solar (Psun) permanece constante, e a massa de ar (posição do sol)

não apresenta variações durante as medições de tensão e corrente.

31

Gráfico 4 - Efeito causado pela variação de temperatura das células sobre a curva característica Corrente versus Tensão para um módulo fotovoltaico

Fonte: PINHO,GALDINO,2014

Pode-se tentar explicar a variação da tensão em relação à temperatura por

meio do comportamento eletrônico de uma célula fotovoltaica utilizando um modelo

eletricamente equivalente, sendo o mais simples deles um circuito de uma fonte de

corrente em paralelo com um diodo, como mostrado na Figura 5 (CASARO,

MARTINS, 2008).

Figura 5 - Circuito equivalente a uma célula solar.

Fonte: CASARO, MARTINS, 2008.

32

Segundo Casaro e Martins (2008) o circuito da figura 5 é representado pela

Equação 1:

𝐼 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑟 . [𝑒𝑞.

𝑉+𝐼.𝑅𝑠Ƞ.𝑘.𝑇

−1] −

𝑉+𝐼.𝑅𝑆

𝑅𝑝 (1)

Onde:

V – Tensão nos terminais de saída de uma célula solar.

I – Corrente nos terminais de saída de uma célula solar.

Iph – Fotocorrente;

Ir – Corrente de saturação reversa da célula.

Rs - Resistência em série da célula.

Rp – Resistência em paralelo da célula.

q – Carga do elétron, 1,6x10-19 C.

η – Fator de qualidade da junção p-n.

k – Constante de Boltzmann, 1,38x10-23 J/K.

T – Temperatura da superfície da placa [K].

2.9 RESFRIAMENTO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

Como alternativa para evitar a perda de rendimento dos módulos

fotovoltaicos, tem-se a redução da temperatura do equipamento em funcionamento

por meio de sistemas de refrigeração.

De acordo com Rodrigues et al (2015), ao considerarem-se estratégias

passivas, pode-se pensar em maneiras de aumentar a transferência de calor nos

painéis. Uma solução interessante é a troca de calor dos módulos com fluidos de boas

características térmicas, o que reduziria a temperatura de operação e,

consequentemente, aumentaria a eficiência dos painéis. O resfriamento através da

troca de calor entre o módulo e os fluídos refrigerantes pode ainda permitir a geração

de calor e de eletricidade em um mesmo equipamento.

.

33

2.9.1 Fluídos Refrigerantes

No ciclo de refrigeração, o transporte de energia é realizado por substâncias

químicas chamadas refrigerantes, onde o calor é absorvido em um ponto e rejeitado

em outro. Existem algumas características físicas, termodinâmicas e propriedades

químicas desejáveis aos refrigerantes tais como pressão de vaporização não muito

baixa, pressão de condensação não muito alta, elevado calor latente de vaporização,

responsáveis por tornar o seu uso seguro e econômico (FERREIRA, 2012).

Porém, não existe refrigerante ideal. Devido as diferenças entre as condições

de operação e características necessárias para a aplicação do refrigerante, ele

aproxima-se da idealidade somente quando suas características atendem as

condições e exigências que a aplicação necessita (SILVA, 2013).

A classificação dos refrigerantes é feita em primários ou secundários. Os

refrigerantes primários são normalmente utilizados em sistemas de compressão a

vapor. Enquanto que os refrigerantes secundários são líquidos utilizados para

transportar energia térmica à baixa temperatura de um ponto para outro (FERREIRA,

2012).

A água, fluido R-718, possui diversas características almejadas de um

refrigerante. Possui baixo custo, não possui toxicidade e não é inflamável, possui alto

calor latente de vaporização, sendo totalmente segura. Porém possui limitação de

temperatura, abaixo de 0°C ela solidifica-se. Para torna-la fria o suficiente para o uso

em alguns processos, é necessário pressões extremamente baixas ou vácuo (SILVA,

2013).

2.9.2 Convecção

Quando ocorrer gradiente de temperatura dentro de um sistema, existirá

transferência de energia, o processo de transporte de energia é conhecido como

transferência de calor (SALLUM et al., 2006).

34

A transferência de calor pode ocorrer de três maneiras distintas: condução,

convecção e radiação. Neste trabalho daremos foco na convecção, pois foi o método

utilizado para o resfriamento dos módulos solares fotovoltaicos (SALLUM et al., 2006).

A convecção é um processo de transporte de energia, ou seja, a transferência

de calor, entre uma superfície e um fluido em movimento quando eles se encontram

em temperaturas diferentes. Isto ocorre devido à combinação de três fatores:

condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura. A convecção

é classificada em natural ou forçada conforme a natureza do escoamento (OLIVEIRA,

2014).

2.9.2.1 Convecção natural

A transferência de calor por convecção natural ocorre quando um corpo é

colocado em contato com um fluido a uma temperatura diferente e o escoamento é

induzido por forças de empuxo. Devido a diferença de temperatura, o calor flui entre

o corpo e o fluido acarretando em variação de densidade nas camadas fluidas

localizadas nas vizinhanças da superfície, essa diferença de densidade induz um

escoamento descendente do fluido mais pesado e ascendente do fluido mais leve

(SALLUM et al., 2006).

2.9.2.2 Convecção forçada

A convecção forçada ocorre quando o escoamento do fluido é causado por

meio externos. O fluxo de calor, q”, entre a superfície e o fluido, em diferentes

temperaturas é determinado por meio da lei do resfriamento de Newton, expressa na

Equação 2 (OLIVEIRA, 2014).

𝑞" = ℎ. (𝑇𝑠 − 𝑇∞) (2)

35

Onde:

q” – Fluxo de calor por convecção [w/m2];

h – Coeficiente de transferência de calor por convecção [W/m2.K];

Ts – Temperatura da superfície [K];

T∞ - Temperatura do fluido [K]

Ambos os processos de convecção, natural e forçada, podem ocorrer de

maneira isoladas, combinadas e/ou simultâneas em um mesmo sistema (SALLUM et

al., 2006).

2.10 ANALISE FINANCEIRA

A análise da viabilidade financeira compõe as atividades desenvolvidas pela

engenharia econômica, tendo como objetivo identificar os benefícios resultantes de

um determinado investimento. A análise pode ser realizada por meio de comparação

entre investimentos e custos associados ao projeto, a fim de constatar a sua

viabilidade de implementação (ZAGO; WEISE; HORNBURG, 2009).

O estudo da análise de investimentos abrange o investimento a ser realizado,

a indicação das alternativas viáveis, a análise de cada alternativa e por fim a escolha

da melhor alternativa. Dentre os diversos métodos utilizados para análise de

viabilidade de projetos temos o Método do Valor Presente Líquido (VPL), o Método da

Taxa Interna de Retorno (TIR) e o Método Payback (FRANCISCO, 1988).

2.10.1 Método do Valor Presente Líquido

O método do valor presente líquido (VPL) tem por objetivo determinar um valor

em determinado tempo considerado, iniciando-se de um fluxo de caixa. Para

determinação do VPL é realizado o somatório algébrico de todos os valores envolvidos

durante o tempo considerado, reduzidos ao instante considerado final, considerando

a taxa de juros comparativos (WAJDOWICZ; ARRUDA, 2011).

36

O VPL é considerado um método que encaixa no conceito de equivalência,

possuindo a característica de trazer para o tempo presente, ou seja, leva em

consideração o valor temporal dos recursos financeiros. O projeto analisado pelo VPL

apresenta viabilidade econômica pela diferença positiva entre receitas e custos,

atualizados a determinada taxa de juros (ZAGO; WEISE; HORNBURG, 2009).

Deste modo, o VPL é o somatório dos diversos valores compreendidos em

um fluxo de caixa. Apresenta como vantagens a aplicação em fluxos de caixa que

contenham mais de uma variação de sinal, de entrada quanto de saída, leva em

consideração o valor do dinheiro no tempo e possui dependência apenas dos fluxos

de caixa previsionais do projeto e do custo de oportunidade do capital. O VPL não é

afetado pelas preferências da empresa, pelos métodos de contabilização usados e

rentabilidade de outros projetos autônomos. Porém o VPL também apresenta

desvantagens, tais como a determinação da taxa mínima de atratividade, ou seja, a

flexibilidade de escolha da taxa de juros e a impossibilidade da reaplicação dos

benefícios oriundos de projetos bem sucedidos (BRUNI & FAMÁ, 2003).

2.10.2 Método da Taxa Interna de Retorno

Segundo Veras (2001), a Taxa Interna de Retorno (TIR) consiste em calcular

a taxa que anula o valor presente líquido do fluxo de caixa do investimento analisado.

Como consequência, pode ser caracterizada como a taxa de desconto que iguala o

valor presente das entradas de caixa ao investimento inicial referente a um projeto.

A TIR resultante de um projeto, obtida por meio da análise projetiva de um

fluxo de caixa, é a taxa de juros que torna nulo a diferença entre as receitas e as

despesas. Assim, a tomada de decisão de investimentos com base na TIR é analisada

na aceitação de um projeto de investimento se o mesmo apresentar a taxa superior

ao custo de oportunidade do capital obtido no projeto (ZAGO; WEISE; HORNBURG,

2009).

As vantagens demonstradas pela TIR englobam a facilidade de visualização

percentual após obtenção dos resultados, levando em consideração o valor temporal

do dinheiro (ZAGO; WEISE; HORNBURG, 2009).

37

2.10.3 Método Payback

Payback trata-se do período de tempo necessário para recuperar o capital

investido. Neste ângulo considera-se o como prazo de retono o período de tempo

necessário para que os benefícios resultantes de um investimento possam compensar

os custos a uma taxa mínima de atratividade (TMA) adequada. Dois tipo de payback

são mais utilizados nas análises de investimentos, o simples e o descontado (Gitman,

2003).

O payback simples baseia-se na identificação no tempo de retorno do

investimento, descontando o capital inicial por meio de um somatório dos resultados

obtidos nos períodos de fluxo de caixa até a liquidação de seu valor. O Payback

simples é considerado um método simples e direto, pois não utiliza taxa de desconto

para analisar o tempo necessário para a recuperação do investimento (GIACOMIN,

2008).

O payback descontado tem por objetivo calcular o período de tempo

necessário para a recuperação do investimento inicial, com a aplicação de uma TMA

almejada como desconto para atualizar o fluxo de caixa resultante do projeto. A

aprovação do projeto pelos investidores está, se o tempo resultante do payback

descontado é considerado aceitável (GIACOMIN, 2008).

38

3 MÉTODOS

Por meio da literatura realizou-se um estudo a respeito de módulos solares

fotovoltaicos e o consequente aumento da temperatura quando expostos à radiação

solar. Posteriormente, para efeito de comparação, coletou-se dados práticos do

decaimento da potência em relação a temperatura. Realizou-se o experimento na

UTFPR–Ponta Grossa em um dia com grande incidência de luz solar por um período

de uma hora (11h30 ás 12h30). Utilizou-se módulos solares fotovoltaicos Solarex-

MSX70 de 70 Watt pico (Wp), composto de células fotovoltaicas constituídas por silício

policristalino, registrado na Foto 1, reostato 6,0Ω (Foto 2) para realizar a variação do

valor da resistência no circuito a fim de obter a maior potência em determinada

temperatura, e osciloscópio Tektronix DPO 3014 (Foto 3) para visualização e análise

dos valores de tensão, corrente e potência. Todos os equipamentos foram fornecidos

pelo Departamento Acadêmico de Eletrônica da universidade.

Foto 1 - Módulo solar fotovoltaico Solarex-MSX70 de 70 Watt pico (Wp), composto de células fotovoltaicas constituídas por silício policristalino.

Fonte: Autoria própria

39

Foto 2 - Reostato 6,0Ω


Foto 3 - Osciloscópio Tektronix DPO 3014


Coletou-se onze dados de tensão e corrente em diferentes temperaturas,

variando de 32°C a 75°C, possibilitando, então, o cálculo da potência gerada. A

medição da temperatura deu-se por meio de termômetro digital infravermelho FLUKE

modelo 566 (Figura 6):

40

Figura 6 – Termômetro digital infravermelho.

Fonte: Dutra máquinas, 2016.

À luz das informações expostas na revisão bibliográfica e no experimento do

decaimento da potência, escolheu-se então duas estratégias de resfriamento para

serem submetidas à análise prática: refrigeração dos módulos solares fotovoltaicos

por meio de submersão em água corrente e refrigeração através de convecção

forçada de água em sua superfície posterior. Os experimentos com sistemas de

refrigeração deram-se em um dia com incidência de irradiação solar aproximada de

759 W/m2 conforme medidor de irradiação solar da ICEL modelo SP-2000 (Foto 4) e

temperatura ambiente de 25°C.

Foto 4 – Medidor de irradiação solar da ICEL modelo SP-2000.

Fonte: Autoria própria.

41

3.1 REFRIGERAÇÃO DOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS IMERSOS EM ÁGUA CORRENTE

A técnica de imersão das placas solares fotovoltaicas em água de

arrefecimento tem por objetivo manter a temperatura da superfície da placa

proporcionando melhor eficiência a altas temperaturas (EARTHLINKED

TECHNOLOGIES, 2013). O experimento para a refrigeração dos módulos solares

fotovoltaicos imersos em água corrente deu-se por meio do monitoramento da

temperatura da superfície da placa submersa sob condições climáticas normais. Nesta

etapa do experimento utilizou-se módulo solar CHINA SOLAR LTD modelo KAXIDY

KS-P10W de células policristalinas, submerso em um recipiente plástico de 0,0095

m3 perfurado em quatro diferentes pontos com 4 mm de diâmetro permitindo ao

sistema a circulação de água (Figura 7). O fluxo de água deu-se através de uma

mangueira adaptada à parte superior do recipiente.

Realizou-se a submersão do módulo solar fotovoltaico a 5 mm, 45 mm e 80

mm da superfície da água e procedeu-se com as medições da temperatura. Mediu-se

a temperatura na superfície do módulo por meio de um termômetro digital

infravermelho.

Figura 7 – Esquema do recipiente de plástico utilizado na prática de refrigeração dos módulos solares fotovoltaicos imersos em água corrente.


42

Realizou-se a medição de tensão e corrente, utilizando-se um multímetro

conectado ao módulo solar fotovoltaico conforme Foto 5.

Foto 5 – Esquema montado para realização da prática de refrigeração dos módulos solares fotovoltaicos imersos em água corrente.


3.2 REFRIGERAÇÃO DO MÓDULO SOLAR POR MEIO DE CONVECÇÃO FORÇADA UTILIZANDO ÁGUA

Realizou-se o experimento com módulo China Solar LTD modelo KAXIDY KS-

P20W acoplada a um sistema de circulação de água constituído por arranjo de

tubulação de PVC. A placa possui 530mm de altura, 350mm de largura e 25mm de

espessura, conforme mostra a Figura 8.

43

Figura 8 – Características do módulo China Solar LTD modelo KAXIDY KS-P20W

Fonte: Datasheet China Solar LTD

A tubulação de 20mm de diâmetro foi conectada na superfície posterior do

módulo, acima da caixa de junção, conforme a Figura 9, possibilitando a passagem

de água em forma de cascata através de perfurações feitas no tubo de PVC, escoando

por toda superfície posterior do módulo, a qual foi vedada com um painel de polietileno

com um orifício na base para a liberação da água do sistema, mostrado na Foto 6.

44

Figura 9 – Características do sistema utilizado na prática de refrigeração do módulo solar por meio de convecção forçada utilizando água.

Fonte: Adaptada de Datasheet China Solar LTD.

Foto 6 - Sistema de refrigeração do módulo fotovoltaico.


45

O sistema de PVC de circulação de água permitiu a sustentação da placa em

um ângulo aproximado de 45°, como mostrada na Foto 7.

Foto 7 – Sistema de sustentação do módulo a um ângulo aproximado de 45°.


Realizou-se medições de tensão e corrente, utilizando-se um multímetro

conectado ao módulo, a cada dois minutos durante 18 minutos com acompanhamento

da temperatura por meio de um termômetro digital infravermelho.

46

4 RESULTADOS

Para início do estudo, com os dados obtidos a respeito das temperaturas e

potências correlatas, plotou-se o Gráfico 5 apresentando potência parametrizada

(Potência/Potência pico) versus temperatura.

Gráfico 5 – Gráfico do comportamento da potência parametrizada devido ao aumento de temperatura nos painéis solares


Por meio do Gráfico 5 pode-se comprovar o decréscimo da potência

ocasionado pelo aumento da temperatura no módulo fotovoltaico. A perda registrada

deu-se em um valor de 18,54% do rendimento da conversão da energia solar em

energia elétrica. A partir desse gráfico foi possível traçar uma linha de tendência,

apresentada no Gráfico 6, e uma equação da reta, as quais nos fornecem a potência

em um dado ponto em relação à temperatura fornecida.

47

Gráfico 6 - Linha de tendência e equação da reta da Potência parametrizada versus Temperatura.


A fim de demostrar melhor a relação do decréscimo da potência com o

aumento da temperatura utiliza-se da Equação (1). Por meio de modelo matemático

iguala-se a corrente à zero obtendo valores de tensão iguais a tensão de circuito

aberto por célula, resultando na Equação 3.

𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑟 . [𝑒𝑞.𝑉

𝜂.𝑘.𝑇 − 1] −𝑉

𝑅𝑝= 0 (3)

Utilizando-se da Equação (3), elaborou-se um código no programa Matlab

(Apêndice A), o qual representa o comportamento da tensão de circuito aberto em

relação ao aumento da temperatura, em um módulo China Solar LTD modelo KAXIDY

KS-P20W. Os valores utilizados na simulação estão disponíveis no datasheet do

48

fabricante (Anexo B). A partir da modelagem matemática pôde-se plotar o Gráfico 7

de tensão no módulo fotovoltaico versus temperatura.

Gráfico 7 - Tensão no módulo fotovoltaico em relação a temperatura.


A queda de tensão nos terminais da célula explica a queda de potência que a

célula, e consequentemente o módulo fotovoltaico, sofre, pois sabe-se que a potência

é obtida por meio da equação 4:

𝑃 = 𝑉. 𝐼 (4)

Onde:

P – Potência;

V – Tensão;

I – Corrente.

Enquanto a corrente fica praticamente constante e a potência cai

significativamente com o aumento da temperatura, como pode ser observado no

gráfico 4, apresentado na seção 2.8, essa queda da potência resulta no decréscimo

49

do rendimento da placa, o que justifica o resfriamento dos módulos solares

fotovoltaicos para a obtenção de energia.

4.1 REFRIGERAÇÃO DOS MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS IMERSOS EM ÁGUA CORRENTE

Optou-se por utilizar o módulo solar fotovoltaico no plano horizontal porque

não há grande perda de incidência da irradiação solar se comparado aos planos

inclinados, como mostra o Gráfico 8. Pelo gráfico é possível fazer uma análise

comparativa da irradiação do plano horizontal com o ângulo igual a latitude, o ângulo

que fornece o maior valor médio diário anual de irradiação solar e o maior valor mínimo

diário anual de irradiação solar (CRESESB).

Gráfico 8 - Irradiação no plano horizontal e inclinado para a cidade de Ponta Grossa - PR

Fonte: CRESESB, 2016.

Registrou-se primeiramente a temperatura do módulo solar exposto à

radiação solar fora do sistema de refrigeração. Para a temperatura de 103,4 ºC,

valores de 19,6V e 0,56A foram coletados para tensão e corrente, respectivamente.

Procedeu-se então com as medições para o módulo submerso. Durante a

prática a corrente de água na entrada do sistema encontrava-se a 15°C. A integração

da água com o módulo solar fotovoltaico submerso no recipiente plástico permitiu

rápida troca de calor entre o sistema que logo apresentou-se em equilíbrio térmico. A

50

água, fluído com boas características térmicas, foi capaz de reduzir a temperatura de

operação das células solares de maneira rápida e eficiente. Consequente à redução

da temperatura dos módulos solares, propiciou-se ao sistema melhores condições de

operação, reduzindo a perda de rendimento decorrente do seu aquecimento.

Registrou-se primeiramente os dados de tensão e corrente correspondentes ao

módulo submerso à fina camada de água sob sua superfície (5 mm submerso). Os

valores medidos foram de 22V e 0,51A, respectivamente. Após imersão do módulo à

profundidade de 45 mm e 80 mm pôde-se observar que os valores medidos não

sofreram variação, e registrou-se da mesma forma os valores de 22V para tensão e

0,51A para corrente em ambas etapas do experimento.

Vale ressaltar que, como valores idênticos foram obtidos para medições de

tensão e corrente e que não houve variação de irradiação de luz solar e temperatura

no módulo, uma lâmina de até 80mm de água acima da superfície frontal do mesmo

não causa influência significativa em seu rendimento.

4.2 REFRIGERAÇÃO DO MÓDULO SOLAR FOTOVOLTAICO POR MEIO DE CONVECÇÃO FORÇADA UTILIZANDO ÁGUA COMO FLUIDO REFRIGERANTE

O gráfico 9 apresenta os resultados obtidos das medições de tensão e

temperatura para o experimento de refrigeração do módulo solar por meio de

convecção forçada utilizando a água como fluido refrigerante.

51

Gráfico 9 – Tensão versus temperatura para o experimento de refrigeração


Observa-se que conforme ocorre o resfriamento do módulo a tensão sofreu

um aumento de forma linear, acarretando uma menor perda do rendimento em relação

a redução da temperatura. O valor da tensão nos terminais do módulo subiu 9,7%

após sua refrigeração.

As medidas de corrente obtidas apresentaram-se inconstantes, o que deve-

se à oscilação da irradiação resultante das nuvens presentes. A irradiação

apresentou-se abaixo do nível necessário para a obtenção de bons resultados, já que

possui grande influência nos valores de corrente.

Com os valores de tensão e corrente obtidos dos módulos solares

fotovoltaicos refrigerados, calculou-se a potência e plotou-se o gráfico 10 em função

da temperatura.

52

Gráfico 10 – Potência calculada versus temperatura nos módulos refrigerados.


A partir dos dados coletados obteve-se um aumento de 0,3% de rendimento

para cada °C resfriado no módulo solar fotovoltaico, comprovando a eficiência do

sistema de refrigeração do módulo solar fotovoltaico.

Durante as medições verificou-se um gradiente de temperatura na superfície

do módulo variando de 65 a 15°C. A grande variação deu-se em função do sistema

de escoamento de água acoplado à parte superior do módulo. Constatou-se na área

superior que a temperatura permaneceu em torno de 65°C devido ao fato de não haver

contato direto da água com o módulo. Na área central do módulo, a temperatura

apresentou-se em torno de 20°C pois havia escoamento de água em contato com o

módulo. A base do módulo registrou temperaturas aproximadas a 15°C, o que se deve

ao acúmulo de água na borda de sustentação do mesmo.

4.3 ANÁLISE FINANCEIRA

Para estabelecimento de dados de projeto de geração de eletricidade por

meio de módulos solares utilizou-se o simulador online SOLAR como apoio. Os dados

obtidos são mostrados na Figura 10.

53

Figura 10 – Dados de projeto de geração de eletricidade por meio de módulos solares.

Fonte: SOLAR, 2016.

Utilizou-se para base de cálculos o gerador de energia solar fotovoltaica GRID

TIE 3,12 kWp (ANEXO C). O sistema é composto por 12 módulos solares capazes de

produzir até 440 kWh ao mês. Considerando um consumo aproximado de 365 kWh

ao mês à um custo unitário de R$0,639748, como é o caso da energia fornecida no

estado do Paraná pela concessionária COPEL, calculou-se o tempo de retorno para

a geração de energia por meio de módulos solares fotovoltaicos refrigerados. As

tabelas com os cálculos são mostradas no apêndice B. O valor calculado registrou

uma economia anual de R$3.377,86 na geração de energia elétrica. O cálculo de

payback descontado considera uma taxa mínima de atratividade (TMA) de 10% ao

ano, assim, são necessários 11 anos para recuperar o investimento inicial proposto

de R$35.509,00. Nota-se ainda, que o valor presente líquido (VPL) ao final do

trigésimo ano será de R$23.184,73, e a taxa interna de retorno de 14%. O valor de

VPL positivo indica que a aplicação do investimento no projeto é viável de forma a

gerar lucro maior se comparado ao dinheiro aplicado em poupança à mesma taxa de

TMA.

54

O valor calculado para TIR vem corroborar com o resultado obtido para o

cálculo de VPL.

Observando os valores para a economia acumulada em um período de 10

anos é possível identificar um valor total de R$36.916,07, ou seja, já é R$1.407,07

superior ao custo total da instalação do sistema de geração solar refrigerado. Portanto,

a partir de, aproximadamente, 9 anos e 8 meses o sistema já estará totalmente pago

e gerando uma economia anual de R$3.377,86.

Considerando que o sistema de geração de energia solar fotovoltaica possui

um tempo de vida útil de aproximadamente 30 anos, ao final deste tempo, o

investimento renderá o valor de R$269.797,60.

Assim, é possível concluir que, para uma TMA de 10% ao ano, o projeto de

obtenção de energia solar fotovoltaica por módulos refrigerados para redução de

custos e de diversificação energética é viável para o período analisado, considerando

os dados projetados.

55

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os estudos desenvolvidos comprovam que ocorre uma perda do rendimento

de 18,54% dos módulos solares fotovoltaicos com o aumento da temperatura. Essa

queda do rendimento pode ser minimizada com a adição de um sistema de

refrigeração acoplado ao gerador de energia solar.

Ambos experimentos realizados cumpriram seus objetivos de obter uma

refrigeração eficiente dos módulos solares fotovoltaicos aumentando assim seu

rendimento. Alguns resultados obtidos não foram satisfatórios, o que se deve as más

condições climáticas que não estavam de acordo com as de padrões de teste no dia

da realização do experimento.

O custo do sistema de refrigeração é em torno de 10% do custo do gerador

de energia solar fotovoltaica. Esse valor adicionado ao custo do gerador e da mão de

obra para instalação do mesmo, apresentam um tempo de recuperação de

investimento estimado em 10 anos e 5 meses.

Considerando que o sistema de geração de energia solar fotovoltaica possui

um tempo de vida útil de 30 anos, o investimento no sistema refrigerado de geração

de energia solar é viável técnica e financeiramente, considerando retorno e lucro do

investimento, além de gerar benefícios ao meio ambiente.

5.1 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS

Com os resultados obtidos na realização deste trabalho, assim como o

conhecimento adquirido no desenvolvimento do estudo, pode-se sugerir os seguintes

trabalhos a serem desenvolvidos:

- Realizar estudo utilizando-se de fluídos refrigerantes não avaliados neste estudo

através de simulações e modelamento matemático para posterior análise

experimental a fim de corroborar resultados alcançados;

56

- Realizar estudo de um sistema de resfriamento de módulos solares fotovoltaicos

com possível reaproveitamento do fluído aquecido visando otimização dos recursos

utilizados no sistema;

- Estudar a possibilidade de refrigeração de sistemas fotovoltaicos por meio de

ventilação forçada e a aplicação de aletas para melhorar a troca de calor.

57

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.

62

APÊNDICE A - Código Matlab

63

% Equacionamento de um circuito equivalente a uma células fotovoltaica % Caracteristica I-V de uma célula fotovoltaica; % I=Iph-Ir*(e^((q*(V+1*Rs)/n*k*T))-1)-((V+1*Rs)/Rp) % Onde: % I= Corrente nos terminais de saida; % Iph= Fotocorrente; % Ir= Corrente de saturação reversa da célula; % q= carga do elétron; % V= Tensão nos terminais de saida; % Rs= Resistencia em série da célula; % n= Fator de qualidade da junção p-n; % k= Constante de Boltzmann; % T= Temperatura na superficie da célula; % Rp= Resistencia em paralelo da célula; % Isc=Corrente de curto circuito por célula; % Coeficiente de temperatura de ISc; % Tr= Temperatura de referencia; % Psun= Intensidade de radiação solar; % Irr= Corrente de saturação reversa de referência; % EG= Energia da banda proibida; % VL = Tensão baixa; % VH = Tensão alta;

Rs = 0.7; Rp = 320; Ms = 1; Mp = 1; Ns = 36; Voc = 21.6/Ns; Isc = 1.29; a = 0.0006; n = 1.2; k = 1.38e-23; q = 1.60e-19; EG = 1.1; Tr = 273 + 25; Psun = 759; for T1 = 20:78; T = 273 + T1; Vt = n*k*T/q; Iph = (Isc+a*(T-Tr))*Psun/1000; Irr = (Isc-Voc/Rp)/(exp(q*Voc/n/k/Tr)-1); Ir = Irr*(T/Tr)^3*exp(q*EG/n/k*(1/Tr-1/T)); VL = 0; VH = 50; V = 10; f = Iph-Ir*(exp(V/Vt)-1)-V/Rp; while abs(f) > 0.01; V = (VH + VL)/2; f = Iph-Ir*(exp(V/Vt)-1)-V/Rp; if f < 0; VH = V; else VL = V; end Vtot=V*Ns; end plot (T1, Vtot,'*');xlabel('\bf Temperatura [°C]');ylabel('\bf Tensão

no módulo fotovoltaico') hold on end

64

APÊNDICE B - Tabelas Análise Financeira

65

RETORNO FINANCEIRO NO INVESTIMENTO DE GERAÇÃO DE ENERGIA COM MÓDULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS

ANO TARIFA KWh CONSUMO TARIFA MENSAL

CUSTO DISPONIBILIDADE (50

kWh/mês)

COMPENSAÇÃO ENERGÉTICA MENSAL (tarifa mensal - custo de disponibilidade)

COMPENSAÇÃO ENERGÉTICA ANUAL

Tempo de retorno

2017 0,639748 365 233,50802 31,9874 201,52062 2418,24744 Primeiro ano

2018 0,697965068 365 254,7572498 34,8982534 219,8589964 2638,307957 Segundo ano

2019 0,761479889 365 277,9401596 38,07399446 239,8661651 2878,393981 Terceiro ano

2020 0,830774559 365 303,2327141 41,53872796 261,6939861 3140,327833 Quarto ano

2021 0,906375044 365 330,8268911 45,3187522 285,5081389 3426,097666 Quinto ano

2022 0,988855173 365 360,9321381 49,44275865 311,4893795 3737,872554 Sexto ano

2023 1,078840994 365 393,7769627 53,94204969 339,834913 4078,018956 Sétimo ano

2024 1,177015524 365 429,6106663 58,85077621 370,7598901 4449,118681 Oitavo ano

2025 1,284123937 365 468,705237 64,20619684 404,4990401 4853,988481 Nono ano

2026 1,400979215 365 511,3574135 70,04896076 441,3084528 5295,701433 Décimo ano

2027 1,528468324 365 557,8909381 76,42341618 481,467522 5777,610264 11º ano

2028 1,667558941 365 608,6590135 83,37794706 525,2810665 6303,372797 12º ano

2029 1,819306805 365 664,0469837 90,96534024 573,0816435 6876,979722 13º ano

2030 1,984863724 365 724,4752593 99,2431862 625,2320731 7502,784877 14º ano

2031 2,165486323 365 790,4025079 108,2743161 682,1281917 8185,538301 15º ano

2032 2,362545578 365 862,3291361 118,1272789 744,2018572 8930,422286 16º ano

2033 2,577537226 365 940,8010875 128,8768613 811,9242262 9743,090714 17º ano

2034 2,812093113 365 1026,413986 140,6046557 885,8093307 10629,71197 18º ano

2035 3,067993587 365 1119,817659 153,3996793 966,4179798 11597,01576 19º ano

2036 3,347181003 365 1221,721066 167,3590502 1054,362016 12652,34419 20º ano

2037 3,651774474 365 1332,897683 182,5887237 1150,308959 13803,70751 21º ano

2038 3,984085952 365 1454,191372 199,2042976 1254,987075 15059,8449 22º ano

2039 4,346637773 365 1586,522787 217,3318887 1369,190899 16430,29078 23º ano

2040 4,742181811 365 1730,896361 237,1090905 1493,78727 17925,44724 24º ano

2041 5,173720355 365 1888,40793 258,6860178 1629,721912 19556,66294 25º ano

2042 5,644528908 365 2060,253051 282,2264454 1778,026606 21336,31927 26º ano

2043 6,158181038 365 2247,736079 307,9090519 1939,827027 23277,92432 27º ano

2044 6,718575513 365 2452,280062 335,9287756 2116,351287 25396,21544 28º ano

2045 7,329965884 365 2675,437548 366,4982942 2308,939254 27707,27104 29º ano

2046 7,99699278 365 2918,902365 399,849639 2519,052726 30228,63271 30º ano

2047 8,724719123 365 3184,52248 436,2359561 2748,286524 32979,43828 31º ano

66

Ano 15 16 17 18 19 20 21 22 Fluxo de caixa

final 8185,5383 8930,42229 9743,09071 10629,712 11597,0158 12652,34419 13803,70751 15059,8449

Fluxo de caixa acumulado R$ 36.053,36 R$ 44.983,78 R$ 54.726,87 R$ 65.356,59 R$ 76.953,60 R$ 89.605,95 R$ 103.409,65 R$ 118.469,50

Fluxo de caixa descontado R$ 7.441,40 R$ 8.118,57 R$ 8.857,36 R$ 9.663,37 R$ 10.542,74 R$ 11.502,13 R$ 12.548,83 R$ 13.690,77

Fluxo de caixa descontado acumulado R$ 29.547,69 R$ 37.666,26 R$ 46.523,61 R$ 56.186,99 R$ 66.729,73 R$ 78.231,86 R$ 90.780,68 R$ 104.471,45

VPL R$ 23.184,73

TIR 14%

Payback Simples ANO: 9 MÊS:8 DIA: 24

Payback Descontado ANO: 10 MÊS: 5 DIA:15

TMA 10,00% ao ano

(Taxa mínima de Atratividade)

ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 Fluxo de caixa

final -R$ 35.509,00 2418,24744 2638,307957 2878,393981 3140,327833 3426,097666 3737,872554 4078,018956

Fluxo de caixa acumulado -R$ 35.509,00 -R$ 33.090,75 -R$ 30.452,44 -R$ 27.574,05 -R$ 24.433,72 -R$ 21.007,63 -R$ 17.269,75 -R$ 13.191,73

Fluxo de caixa descontado -R$ 35.509,00 R$ 2.198,41 R$ 2.398,46 R$ 2.616,72 R$ 2.854,84 R$ 3.114,63 R$ 3.398,07 R$ 3.707,29

Fluxo de caixa descontado acumulado -R$ 35.509,00 -R$ 33.310,59 -R$ 30.912,13 -R$ 28.295,41 -R$ 25.440,57 -R$ 22.325,93 -R$ 18.927,87 -R$ 15.220,58


final 4449,118681 4853,98848 5295,701433 5777,6103 6303,3728 6876,97972 7502,78488 8185,5383

Fluxo de caixa acumulado -R$ 8.742,61 -R$ 3.888,63 R$ 1.407,07 R$ 7.184,69 R$ 13.488,06 R$ 20.365,04 R$ 27.867,82 R$ 36.053,36


Fluxo de caixa descontado acumulado -R$ 11.175,92 -R$ 6.763,21 -R$ 1.948,93 R$ 3.303,44 R$ 9.033,78 R$ 15.285,58 R$ 22.106,29 R$ 29.547,69


final 16430,29078 17925,44724 19556,66294 21336,31927 23277,92432 25396,21544 27707,27104 30228,63271

Fluxo de caixa acumulado R$ 134.899,79 R$ 152.825,24 R$ 172.381,90 R$ 193.718,22 R$ 216.996,14 R$ 242.392,36 R$ 270.099,63 R$ 300.328,26


Fluxo de caixa descontado acumulado R$ 119.408,08 R$ 135.703,94 R$ 153.482,73 R$ 172.879,38 R$ 194.041,13 R$ 217.128,60 R$ 242.317,03 R$ 269.797,60

67

ANEXO A - Datasheet módulo Canadian Solar

*Black frame product can be provided upon request.

KEY FEATURES

Excellent module efficiency of up to 16.79 %

Outstanding low irradiance performance: 96.5 %

High PTC rating of up to 92.0 %

IP67 junction box for long-term weather endurance

CANADIAN SOLAR INC.545 Speedvale Avenue West, Guelph, Ontario N1K 1E6, Canada, www.canadiansolar.com, [email protected]

CS6P-260| 265| 270P

Positive power tolerance of up to 5 W

MANAGEMENT SYSTEM CERTIFICATES*

PRODUCT CERTIFICATES*

CANADIAN SOLAR INC. is committed to providing high quality solar products, solar system solutions and services to customers around the world. As a leading manufacturer of solar modules andPV project developer with over 14 GW of premium quality modules deployed around the world since 2001, Canadian Solar Inc. (NAS-DAQ: CSIQ) is one of the most bankable solar companies worldwide.

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

Salt mist, ammonia and blown sand resistance, for seaside, farm and desert environments*

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

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

ISO 9001:2008 / Quality management system

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

ISO 14001:2004 / Standards for environmental management system

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

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

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

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

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

linear power output warranty

product warranty on materials and workmanship

ELECTRICAL DATA | STC*CS6P 260P 265P 270PNominal Max. Power (Pmax) 260 W 265 W 270 WOpt. Operating Voltage (Vmp) 30.4 V 30.6 V 30.8 VOpt. Operating Current (Imp) 8.56 A 8.66 A 8.75 AOpen Circuit Voltage (Voc) 37.5 V 37.7 V 37.9 VShort Circuit Current (Isc) 9.12 A 9.23 A 9.32 AModule Efficiency 16.16 % 16.47 % 16.79 %Operating Temperature -40°C ~ +85°CMax. System Voltage 1000 V (IEC) or 1000 V (UL) Module Fire Performance TYPE 1 (UL 1703) or CLASS C (IEC 61730)Max. Series Fuse Rating 15 AApplication Classification Class APower Tolerance 0 ~ + 5 W

* Under Standard Test Conditions (STC) of irradiance of 1000 W/m2, spectrum AM 1.5 and cell temperature of 25°C.

ELECTRICAL DATA | NOCT*CS6P 260P 265P 270PNominal Max. Power (Pmax) 189 W 192 W 196 WOpt. Operating Voltage (Vmp) 27.7 V 27.9 V 28.1 VOpt. Operating Current (Imp) 6.80 A 6.88 A 6.97 AOpen Circuit Voltage (Voc) 34.5 V 34.7 V 34.8 VShort Circuit Current (Isc) 7.39 A 7.48 A 7.55 A

* Under Nominal Operating Cell Temperature (NOCT), irradiance of 800 W/m2, spectrum AM 1.5, ambient temperature 20°C, wind speed 1 m/s.

ENGINEERING DRAWING (mm)

MECHANICAL DATA Specification DataCell Type Poly-crystalline, 6 inchCell Arrangement 60 (6 x 10)Dimensions 1638 x 982 x 40 mm (64.5 x 38.7 ˣ 1.57 in) Weight 18 kg (39.7 lbs)Front Cover 3.2 mm tempered glassFrame Material Anodized aluminium alloyJ-Box IP67, 3 diodesCable 4 mm2 (IEC) or 4 mm2 & 12 AWG 1000 V (UL) , 1000 mm (39.4 in) (650 mm (25.6 in) is optional)Connectors Friends PV2a (IEC), Friends PV2b (IEC / UL)Standard 26 pieces, 515 kg (1135.4 lbs) Packaging (quantity & weight per pallet)Module Pieces per Container 728 pieces (40‘ HQ)

TEMPERATURE CHARACTERISTICSSpecification DataTemperature Coefficient (Pmax) -0.41 % / °CTemperature Coefficient (Voc) -0.31 % / °C Temperature Coefficient (Isc) 0.053 % / °CNominal Operating Cell Temperature 45±2 °C

PARTNER SECTION

CANADIAN SOLAR INC. Mar. 2016. All rights reserved, PV Module Product Datasheet V5.4C1_EN

The specification and key features described in this datasheet may deviate slightly and are not guaranteed. Due to on-going innovation, research and product enhancement, Canadian Solar Inc. reserves the right to make any adjustment to the information described herein at any time without notice. Please always obtain the most recent version of the datasheet which shall be duly incorporated into the binding contract made by the parties governing all transactions related to the purchase and sale of the products described herein.

Caution: For professional use only. The installation and handling of PV modules requires professional skills and should only be performed by qualified professionals. Please read the safety and installation instructions before using the modules.

PERFORMANCE AT LOW IRRADIANCEIndustry leading performance at low irradiance, average relative efficiency of 96.5 % from an irradiance of 1000 W/m2 to 200 W/m2 (AM 1.5, 25°C).

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40

35

11

711

RA A

1400

1155

500932

1588

150

150

40

1638

982

12-11x7MountingHole

GroundingHole

2-Φ5

5°C

25°C

45°C

65°C

1000 W/m2

800 W/m2

600 W/m2

400 W/m2

Rear View Frame Cross Section A-A

Mounting Hole

CS6P-265P / I-V CURVES

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

5 10 15 20 25 30 35 40 5 10 15 20 25 30 35 40V V

A A

70

ANEXO B - Datasheet módulo China Solar LTD modelo KAXIDY KS-P20

72

ANEXO C - Gerador de energia solar fotovoltaica GRID TIE 3,12 kWp

ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA E FINANCEIRA DE...

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