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CONCEITOS INICIAIS PARA DIMENSIONAMENTO
SISTEMA FOTOVOLTAICO EM RESIDÊNCIAS
Introdução a Engenharia
Professores: Márcio Zamboti Fortes e Vitor Hugo Ferreira (UFF) Bruno Henriques Dias e Flávio Gomes (UFJF)
09 de julho de 2013
SUMÁRIO
I. Introdução;
II. O Recurso Solar;
III. Casa Eficiente e a Resolução 482/2012;
IV. Projeto Básico de Sistema Fotovoltaico para Residências;
V. Passo a Passo do Dimensionamento;
VI. Elaboração de seu caso;
VII. Apresentação de resultados.
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INTRODUÇÃO
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Consideração inicial: Crescimento da população brasileira e aumento
da demanda de energia elétrica. Necessidade de expansão do parque
gerador para atendimento a demanda.
O uso total de energia no Brasil cresceu mais de 250% desde a
década de 70 até hoje, cujo valor baseia-se na rápida industrialização e
pelos crescentes serviços energéticos residenciais e comerciais.
Motivação: Estudo de utilização de sistemas fotovoltaicos residenciais
para geração distribuída de energia, levando em consideração práticas
de eficiência energética no consumo da energia gerada e a
operacionalização da resolução No 482/2012.
INTRODUÇÃO
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Objetivo: Apresentar aos alunos do 1º semestres dos cursos de
Engenharia Elétrica da UFF e da UFJF conceitos iniciais de sistemas
fotovoltaicos e sua aplicação em residências.
Motivar os alunos a analisar a viabilidade do uso de energia
fotovoltaica em sua residência e despertar para o entendimento do
consumo eficiente.
O RECURSO SOLAR
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O Sol é uma fonte inesgotável de energia para a Terra, tanto como
fonte de calor quanto de luz. Estima-se que a energia irradiada pelo Sol
que chega a Terra seja da ordem de 1,5 x 1018 kWh por ano, essa
energia equivale a 10 mil vezes o consumo mundial de energia nesse
período.
O RECURSO SOLAR
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A radiação solar é a energia proveniente das reações de fusão
ocorridas no Sol ao converter massa em energia que se irradia para
todas as direções.
O RECURSO SOLAR
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A irradiação solar é a energia solar acumulada em uma área e é,
normalmente, expressa em unidades de área (Wh/m²). Já a irradiância
solar é a intensidade de energia solar em uma área e expressa em
unidades de potência por unidade de área (W/m²).
O RECURSO SOLAR
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Para se implementar um sistema de geração fotovoltaico ou de
aquecimento de água por meio da energia solar, devem-se obter
informações sobre os dados de irradiação solar de uma determinada
localidade, realizando uma análise rigorosa dessas informações, afim de
se garantir a disponibilidade energética e térmica.
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Utilização de placas solares capazes de converter diretamente a luz
solar em eletricidade.
Energia solar anual incidente na terra (1983-2005) em dias de céu
limpo.
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Gráfico da evolução da capacidade de geração fotovoltaica global, em
GW, de 2000 a 2011.
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Componentes básicos de sistemas fotovoltaicos conectados à rede:
• Módulos Fotovoltaicos;
• Inversores;
• Medidores de Energia.
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Módulos Fotovoltaicos
• Silício monocristalino
Finas fatias de silício
Eficiência de 15% a 18%
Células rígidas e quebráveis
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Módulos Fotovoltaicos
• Silício policristalino
Finas fatias de silício compostas
por pequenos cristais
Eficiência de 13% a 15%
Painel azulado e não uniforme
Custo menor de fabricação
Células rígidas e quebráveis
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Módulos Fotovoltaicos
• Filmes Finos - Silício Amorfo
Tecnologia mais recente
Deposição de finas camadas de materiais
sobre uma base rígida ou flexível
Material semicondutor
Produzidos em qualquer dimensão
Baixa eficiência, em torno de 5% e 8%.
Painel azulado e não uniforme
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Módulos Fotovoltaicos
• Filmes Finos - CdTe e CIGS
Tecnologia mais recente
Material semicondutor
Produzidos em qualquer dimensão
Baixa eficiência, em torno de 8,5%.
Materiais mais raros
Custo elevado
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Inversores
• Convertem a corrente CC em corrente CA;
• Disponíveis em diversas classes de potência;
• Recurso de rastreamento da máxima potência;
• Eficiência alta, atingindo cerca de 91% nos
inversores menores de 1kW e cerca de 98%
nos inversores de maior porte.
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Medidores de Energia
• Medem a energia que entra e sai do ramal do consumidor.
• Sistema net metering
Mais utilizados sistemas fotovoltaicos
residenciais conectados à rede;
Medidor bidirecional;
Tarifa de consumo deve ser a mesma
que o pagamento pela geração enviada à rede;
Modelo adotado pela ANEEL.
RESOLUÇÃO 482/2012
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A ANEEL, por meio da Resolução Normativa N° 482, de 17 de Abril
de 2012, estabeleceu as condições gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição
de energia elétrica, assim como as disposições gerais para o sistema
de compensação de energia elétrica e outros pontos relacionados.
CASA EFICIENTE
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Parceria entre ELETROSUL, ELETROBRAS/PROCEL e a UFSC
Possui aproveitamento da energia solar térmica para aquecimento de
água e da energia solar luminosa para geração de eletricidade através de
um painel fotovoltaico interligado a rede.
Equipada com um amplo sistema de monitoramento termo-elétrico
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
• Especificação do inversor
• Especificação do medidor de energia
• Análise econômica da implantação do sistema
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Energia produzida pelo sistema com um painel (kWh/dia):
Eficiência de conversão do painel (%):
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Energia mensal produzida pelo sistema com um painel (kWh):
Número de painéis necessários:
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Área total ocupada pelos painéis (m²):
Peso total dos painéis (Kg):
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Painel Escolhido :
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Resultado dos Cálculos:
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Gráfico comparativo da energia anual produzida por 6 painéis
com o consumo médio anual.
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
Gráfico comparativo da energia anual produzida por 7 painéis
com o consumo médio anual.
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
Tensão total da série de painéis (V):
Variação percentual da tensão (%):
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
Variação da tensão por efeito da temperatura (V):
Tensão total da série de painéis corrigida pelo efeito da
temperatura (V):
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
Potência total do conjunto fotovoltaico (W):
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
Resultado dos Cálculos:
O inversor adotado no estudo de caso foi o SMA Sunny Boy
1700, que possui uma tensão máxima contínua aplicável de 400
V e suporta uma potência de até 1,85 kW
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do medidor de energia
De acordo com a Resolução N° 482 da ANEEL, os custos de
adequação da medição para a implantação do novo sistema
deverão ser custeados pelo cliente.
A concessionária ficará responsável pelos custos de eventuais
manutenções e, se necessário, uma troca futura do equipamento
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Análise econômica da implantação do sistema
ESTUDO DE CASO
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Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Análise econômica da implantação do sistema
TAREFA
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Você deve fazer o projeto de análise de viabilidade da instalação de
geração solar fotovoltaica em sua residência.
Para facilitar sua tarefa, elaboramos um passo a passo:
1) Levantamento da Carga
2) Cálculo da área disponível
3) Cálculo da Irradiância
4) Levantamento dos custos dos equipamentos e instalação
5) Análise da viabilidade econômica
TAREFA
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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Dicas para cada passo
1) Levantamento da Carga
Estimativa de 12 meses de consumo através de conta de energia da
concessionária local
2) Cálculo da área disponível
Caso você more em apartamento, imagine uma residência com a
mesma dimensão do seu apartamento. Estime a área disponível para
instalação dos painéis fotovoltaicos
3) Cálculo da Irradiação
Deve ser calculada para o local em que será instalada. Para este
passo sugerimos a busca no seguinte site: http://www.cresesb.cepel.br
TAREFA
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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Dicas para cada passo
4) Levantamento dos custos dos equipamentos e instalação
Procurar os principais fabricantes e quais atendem no Brasil.
5) Análise da viabilidade econômica
Neste caso, lembrar que o crédito de energia gerada vale por 36
meses e a vida útil estimada do equipamento é de 25 anos. O custo da energia, deve ser consultado na própria conta de energia.
TAREFA
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GRUPO DE TRABALHO: Até 5 alunos
Data de Entrega: 30 de Julho
Entregar o trabalho impresso e realizar a apresentação da solução encontrada (tempo de apresentação: 10 minutos)