Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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CEDTEC – CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TÉCNICO ANDRÊHAS RASSELE CHARLES MARQUES DA SILVA GABRIEL QUEIROZ IVAN MENEGUEDE FELLER LUCAS SOUZA SANTOS PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL SERRA 2015

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Energia solar FV conectada a rede elétrica em residências, lojas, comércios e predios.

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CEDTEC – CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TÉCNICO

ANDRÊHAS RASSELE

CHARLES MARQUES DA SILVA

GABRIEL QUEIROZ

IVAN MENEGUEDE FELLER

LUCAS SOUZA SANTOS

PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO

SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL

SERRA 2015

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ANDRÊHAS RASSELE CHARLES MARQUES DA SILVA

GABRIEL QUEIROZ IVAN MENEGUEDE FELLER

LUCAS SOUZA SANTOS PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO

SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao CEDTEC-Centro de Desenvolvimento Técnico, sob orientação da professora Natália Maechezi, (TCC , do curso técnico em Eletrotécnica) como requisito para a obtenção do título de técnico em eletrotécnica.

SERRA 2015

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ANDRÊHAS RASSELE CHARLES MARQUES DA SILVA

GABRIEL QUEIROZ IVAN MENEGUEDE FELLER

LUCAS SOUZA SANTOS PETERSON ANDRÉ DOS SANTOS RIBEIRO

SÉRGIO OLIVEIRA RODNISTZKY

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA RESIDENCIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao CEDTEC-Centro de Desenvolvimento Técnico, sob orientação da professora Natália Maechezi, (TCC , do curso técnico em Eletrotécnica) como requisito para a obtenção do título de técnico em eletrotécnica.

BANCA EXAMINADORA ________________________________________________ PROFESSOR(A) ________________________________________________ PROFESSOR(A)

________________________________________________ PROFESSOR(A)

SERRA 2015

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos, a Deus, a professora especialista orientadora Natália Maechezi e a

todos aqueles que contribuíram para a realização deste trabalho de conclusão de

curso.

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Dedicatória

Este trabalho dedicamos, a nossos

familiares, colegas de curso e aos

professores.

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“O que é escrito sem esforço em geral é lido sem prazer”

Samuel Johnson

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RESUMO Nesse trabalho de conclusão de curso será abordada a tecnologia de micro geração

de energia solar fotovoltaica residencial, pois, nos dias atuais há demanda crescente

da utilização de uma energia limpa e renovável.Essa tecnologia baseia-se na

conversão da luz do sol em energia elétrica através de painéis solares, módulo,

inversor, medidor bidirecional e sincronizador. Assim, além de beneficiar o meio

ambiente, por não causar qualquer tipo de poluição ou emitir gases do efeito estufa,

ainda há um retorno de investimento, valorização imobiliária, rápida instalação,

durabilidade, resistência, é adaptável, otimozação de espaço e tranquilidade, pois os

equipamentos são silenciosos. Com base em todas estas vantagens tanto

residências quanto pequenos e médios centros empresariais podem usufruir dos

benefícios econômicos que o mesmo proporciona.

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ..................................................................................... 12

1 PROBLEMA DE PESQUISA E HIPÓTESE .................................... 13

2 JUSTIFICATIVA ................................................................................ 14

3 OBJETIVOS ...................................................................................... 15

3.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................... 15

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................... 15

4 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................ 16

5 CRONOGRAMA ................................................................................ 24

6 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS E SUA TECNOLOGIA ..................... 25

6.1 COMPONENTES DO SISTEMA FV ON-GRID ............................... 28

7 PROJETO DO SISTEMA FV ............................................................. 33

7.1 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FV ........................................ 33

7.2 CÁLCULO DE MÓDULOS E INVERSOR ....................................... 38

7.3 VALOR TOTAL DO PROJETO ....................................................... 41

8 SISTEMA CONECTADO À REDE (ON- GRID) ................................ 42

8.1 SISTEMA DE COMPENSAÇÃO ..................................................... 43

8.2 MODELO DO SISTEMA DE COMPENSAÇÃO .............................. 45

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9

9 INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FV E A DE SEGURANÇA ............... 47

9.1 - RECOMENDAÇÕES GERAIS SOBRE SEGURANÇA ................ 48

9.2 - SEGURANÇA E MANUSEIO EM INSTALAÇÕES FV ................ 50

9.2.1 - ORIENTAÇÃO E INCLINAÇÃO DO GERADOR FV................... 51

9.2.2 - MONTAGEM DO SUPORTE DOS MÓDULOS FV .................. 53

9.3 - INSTALAÇÃO DA PARTE DE POTÊNCIA ............................... 54

9.3.1 - INSTALAÇÃO DOS COMPONENTES DE PROTEÇÃO ......... 55

9.4 – ATERRAMENTO ........................................................................ 57

9.5 - INSTALAÇÃO DE CABOS, CONEXÕES E ACESSÓRIOS ....... 58

9.6 - COMISSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ......... 59 10 MANUTENÇÃO DE SISTEMAS FV ON-GRID .............................. 60

10.1 PROBLEMAS COMUNS NO SISTEMA FV .................................. 60

10.2 MANUTENÇÃO DE CENTRAIS FOTOVOLTAICAS .................... 63

10.2.1 MANUTENÇÃO DO SISTEMA FV ............................................. 63

10.3 VIGILÂNCIA .................................................................................. 64

10.4 AVALIAÇÃO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................ 64

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LISTAS

EQUÇÃO 1 - POTÊNCIA DO MÓDULOS FV ....................................... 33

EQUÇÃO 2 - ENERGIA CONSUMIDA REAL ....................................... 34

EQUÇÃO 3 - POTÊNCIA DE SOL PLENO DE HORAS POR DIA ....... 37

EQUÇÃO 4 - POTÊNCIA MÉDIA GERADA POR DIA .......................... 38

EQUÇÃO 5 - QUANTIDIDE DE MÓDULOS ......................................... 38

FIGURA 1 - REPRESENTA O CRONOGRAMA DO TCC .................... 24

FIGURA 2 - ESTRUTURA BÁSICA DE UMA CÉLULA FV .................. 27

FIGURA 3 - INDICA AS CÉLULAS O MÓDULO E O PAINEL FV........ 28

FIGURA 4 - CAIXA DE CONEXÕES .................................................... 29

FIGURA 5 - LIGAÇÃO DOS DIODOS DE DESVIO .............................. 29

FIGURA 6 - FUSÍVEIS FOTOVOLTAICOS DE PROTEÇÃO ............... 30

FIGURA 7 - INVERSOR ........................................................................ 31

FIGURA 8 - MEDIDOR BIDIRECIONAL ............................................... 32

FIGURA 9 - RELAÇÃO ENTRE IRRADIAÇÃO E TEMPERATURA ..... 36

FIGURA 10 - CAPTAÇÃO DE IRRADIÂNCIA ...................................... 37

FIGURA 11 - ESCOLHA DO MÓDULO FOTOVOLTAICA ................... 38

FIGURA 12 - INVERSOR DENTRO DOS PARÂMETROS .................. 40

FIGURA 13 – ASSOCIAÇÃO E ÁREA DISPONIBILIZADA .................. 39

FIGURA 14 – ACESSO À REDE COM SISTEMA FV .......................... 43

FIGURA 15 – FUNCIONAMENTO DO SISTEMA FV ........................... 44

FIGURA 16 – CRÉDITOS COM A CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA.45

FIGURA 17 – CONSUMO E GERAÇÃO NO 1ª TRIMENSTRE ........... 46

FIGURA 18 - MÓDULOS FV DIRECIONADOS AO NORTE

VERDADEIRO ESTANDO LOCALIZADO NO HEMISFÉRIO SUL ...... 51

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FIGURA 19 - APLICAÇÃO DA CORREÇÃO DO

REFERENCIALMAGNÉTICO EM UM LOCAL DE DECLINAÇÃO

MAGNÉTICA -20º ................................................................................. 52

FIGURA 20 - ÂNGULO DE INCLINAÇÃO DOS PAINÉIS FV............... 52

FIGURA 21 - ESTRUTURA DE SUSTENTAÇÃO DE MÓDULOS FV .. 53

FIGURA 22 - EXEMPLOS DE CONTROLADORES DE CARGA E

INVERSORES INSTALADOS NA PAREDE ......................................... 54

FIGURA 22 - EXEMPLOS DE CONTROLADORES DE CARGA E

INVERSORES INSTALADOS NA PAREDE ......................................... 54

FIGURA 23 - EXEMPLO DE CONTROLADORES DE CARGA E

INVERSOR INSTALADOS EM CAIXA ESPECÍFICA ........................... 55

FIGURA 24 - INVERSOR USADO NO PROJETO ............................... 61

FIGURA 25 – APARELHO DE MEDIÇÃO: TERMOMETRO

INFRAVERMELHO................................................................................ 62

TABELA 1 - RESOLUÇÃO 414/2011 DA ANEEL, ARTIGO 99 ............ 34

TABELA 2 - IRRADIÂNCIA E TEMPERATURA MENSAL DO SOL ..... 35

TABELA 3 - CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO MÓDULO FV ....... 39

TABELA 4 - CARACTERÍSTICAS DO INVEROR ON-GRID ................ 40

TABELA 5 - NORMAS NACIONAIS RECOMENDADAS ...................... 48

TABELA 6 - NORMAS INTERNACIONAIS RECOMENDADAS............ 49

TABELA 7 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DA INSTALAÇÃO

SOBRE A EDIFICAÇÃO ....................................................................... 53

TABELA 8 - COMPONENTES DE PROTEÇÃO ................................... 56

Page 12: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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INTRODUÇÃO

Visando a grande importância que um técnico em elétrica têm com a promoção,

persenvação do meio ambiente e otimização de gastos, esta pesquisa vem cumprir

exigências legais referente a energia solar fotovoltaica residencial.

Apresentar uma proposta de modelo da resolução Nº 482 da ANEEL será o principal

objetivo deste trabalho.

Este assunto será amplamente abordado, buscando um maior envolvimento dos

conhecimentos técnicos diante da realidade vivida pelos técnicos de elétrica em seu

ambiente profissional.

Uma vez que o levantamento técnico e econômico estiver pronto terá por finalidade

atender as exigências prevista na norma da ANEEL e da concessionária de energia

elétrica (EDP Escelsa), sendo assim justificado o seu grau de responssabilidade

deste tema.

Portanto, buscaremos abordar o conhecimento com qualificação necessária ao

profissional para que o resultado final seja um documento imparcial, de

credibiladade, principalmente, contribuinte no controle e melhoria de energia limpa e

renovável.

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1 PROBLEMA DE PESQUISA E HIPÓTESES

A energia solar fotovoltaica residencial, hoje em dia ainda é bem próximo do que era

logo após sua viabilização comercial em meados da década 1950, pois, apesar dos

avanços tecnológicos a problemática do auto custo de invenstimento nesse sistema

ainda persiste, mesmo o custo tendo caído bastante comparado com seu inicio lá

atrás. Além disso as informações técnicas são um tanto quanto difíceis de serem

entendidas por alguém que não seja profissional da área. Portanto, o que fazer?

Hipóteses

• Uma das hipóteses é se pensarmos conforme o capitalismo impõe, ou seja, a

conhecida lei da oferta e da procura mas sem sua horrível realidade de lucros

exorbitantes e mais socialmente e ambientalmente falando, como solução

para o desenfreado consumismo de energia elétrica não renovável que

degride ainda mais o nosso planeta, desenvolvendo ações, incentivos e

concientização da produção de micro geração e energia fotovoltaica.

Outra solução é melhorar e expandir a tecnologia educacional referente aos cursos

tanto a distância quanto presencial devido não se encontrar totalmente

desenvolvida.

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2 JUSTIFICATIVA

Buscando um maior envolvimento dos conhecimentos técnicos que nos vem sendo

repassados neste curso, com realidade vivida pelos técnicos em elétrica no seu

ambiente profissional, optou-se por abordar o assunto “Energia Solar Fotovoltaica

Residencial”. Entende-se que o desenvolver deste estudo requer do profissional um

conhecimento abrangente de todas as questões relacionadas à eletricidade de nível

técnico.

A micro geração de energia fotovoltaica tem por finalidade atender às exigências

previstas nas normas da ANEEL e da concessionária de energia elétrica (EDP

Escelsa); fazendo parte de amplo conjunto de iniciativas que devem ser adotadas

pelos consumidores no campo da preservação do meio ambiente e da redução nos

custos.

A escolha do assunto adotado é justificada pelo fator de responsabilidade que o

tema exige, bem como a qualificação necessária ao profissional para que o

resultado final seja um documento imparcial, de credibilidade, principalmente,

contribuinte ao controle e melhoria das energias renováveis.

Sumariamente os consumidores que adotam este sistema de energia fotovoltaica,

além de regularizada perante a legislação vigente, proporcionam melhor qualidade

de vida aos seus usuários, gerando reflexos positivos a quem o adota, ao meio

ambiente e à sociedade.

Page 15: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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3 OBJETIVOS

Solucionar e ou justificar o problema deste sistema ser tão oneroso para o bolso

dos consumidores, expandir e melhorar os estudos referentes a micro geração de

energia fotovoltica.

3.1 OBJETIVO GERAL

Apresentar uma tecnologia de micro geração de energia solar fotovoltaica

residencial.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Ampliar o conhecimento em relação ao assunto descrito acima;

- Promover a conscientização da sistemática de atuaçao da melhor forma de energia

renovável até o momento;

- Tornar este trabalho de conclusão de curso, um máterial prático que propõem uma

proposta de modelo de energia fotovoltaica pra micro geração.

Page 16: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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4 REFERENCIAL TEÓRICO

O tema energia solar fotovoltaica residencial foi escolhido devido uma crescente

demanda da necessidade de buscar formas alternativas de geração de energia

elétrica pois o mundo esta agonizando com a forma de geração de energia elétrica

atual que consiste em utilização de combustível fossil esse modelo polui e muito o

meio ambiente além de ser finito.

Devido a esse problema o tema acima foi escolhido para além de mostrar uma

alternativa de uma fonte de energia renovável prôpor uma solução nos centros

urbanos principalmente, econômizando e otmizando o consumo de energia elétrica

de fontes tão destrutivas ao nosso meio de sobrevivência “Terra”.

Apartir de autores conceituados no mercado como também orgãos do governo e não

menos importantes as instituições de pesquisa e desenvolvimentos na área de

energia solar é que buscamos o conhecimento para tal desenvolvimento deste

trabalho.

Abordamos nos itens subsequentes do trabalho de conclusão de curso o princípio

desta tecnologia, a viabilização, a história e etc. segundo vários autores, empresas

entre outros da área tais como:

• BlueSol energia solar � Empresa fundada em 2008 e hoje é uma das

empresas de maior destaque do Brasil no setor de energia solar fotovoltaica

(FV), fonte a qual se didicam exclusivamente, desenvolvendo projetos de

engenharia, incorporando, integrando e instalando sistemas FV para geração

distribuída no pais.

Até o final de 2014 haviam instalado 55 sistemas FV conectados á rede e

autônomos. Além disso possuem programa de treinamento profissional

reconhecido nacionalmente com conteúdo exclusivo e focado em energia

solar FV e estão sempre atualizados. Observamos este teor de

responsabilidade em sua missão.

“ Temos como missão quebrar velhos paradigmas de geração, transmissão e

distribuição do setor elétrico, no qual contribuiremos decisivamente na

Page 17: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

17

transição para um novo modelo de geração distribuída, tecnologicamente

avancado, eficiente energeticamente e sustentavel.” (BlueSol energia solar )

www.blue-sol.com.br .

• Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (Cepel) � Instituído por Escritura

Pública, publicada em 21/01/1974, e celebrada pela Eletrobras, Chesf,

Furnas, Eletronorte e Eletrosul, o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica -

Cepel se constitui numa avançada infraestrutura para pesquisa aplicada em

sistemas e equipamento elétricos, visando à concepção e ao fornecimento de

soluções tecnológicas especialmente voltadas à geração, transmissão,

distribuição e comercialização de energia elétrica no Brasil. Por sua sólida

contribuição para a autonomia tecnológica do país, o Cepel tornou-se

referência no Brasil e no exterior. Seu acervo de produtos e suas equipes

especializadas qualificam-no como o maior centro do gênero da América do

Sul.

O Cepel exerce a Secretaria Executiva de Pesquisa, Desenvolvimento e

Inovação (P&D+I) e Tecnologia da Comissão de Política Tecnológica das

empresas Eletrobras. É o executor central de suas linhas de pesquisa,

programas e projetos, e provê consultoria e assessoramento na avaliação de

resultados, na gestão do conhecimento tecnológico e sua aplicação.

Em cooperação com as empresas Eletrobras, com instituições públicas e

privadas de ensino e pesquisa, no Brasil e no exterior, empresas e indústrias,

o Centro desenvolve projetos de P&D+I, realiza serviços tecnológicos e

laboratoriais especializados, e presta suporte técnico ao Ministério de Minas

Energia (MME) e a entidades setoriais.

Nesta linha, também presta apoio técnico a importantes iniciativas de

Governo, como as voltadas à universalização do acesso à energia elétrica, à

eficiência energética e ao desenvolvimento sustentável do país, e participa de

fóruns internacionais, como a Plataforma Internacional de Tecnologias de

Baixo Carbono e o Mapa de Rotas Tecnológicas em Hidroeletricidade,

implementados pela Agência Internacional de Energia (AIE). Integra, ainda, a

Iniciativa de Desenvolvimento Sustentável de Hidroeletricidade, liderada pelo

Brasil no Fórum Ministerial de Energia Limpa, e a Iniciativa das Nações

Unidas em Energia Sustentável para Todos.

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O Cepel conta com um quadro altamente qualificado, incluindo uma equipe

multidisciplinar de pesquisadores e técnicos. Possui 34 laboratórios

equipados com instalações para a realização de pesquisa experimental e

ensaios normatizados e especiais, sendo algumas delas únicas na América

Latina. A Unidade Fundão, localizada na Cidade Universitária do Rio de

Janeiro, abriga 24 desses laboratórios; os demais estão na Unidade de

Adrianópolis, a 40 quilômetros. Suas instalações abrangem, entre outras, as

seguintes áreas: alta tensão, alta corrente, alta potência, medição e

calibração, materiais, análise química, eficiência energética,

supercondutividade, células a combustível, de monitoramento e de

diagnóstico, de computação intensiva, de supervisão e controle.

• Livro: Edifícios Solares Fotovoltaico � Autor: Rüther, Ricardo. “Através do

efeito fotovoltaico, células solares convertem diretamente a energia do sol em

energia elétrica de forma estática, silenciosa, não-poluente e renovável. Este

livro descreve uma das mais recentes e promissoras aplicações da tecnologia

fotovoltaica: a integração de painéis solares ao entorno construído, de forma

descentralizada e com interligação da instalação geradora à rede elétrica. O

livro descreve os tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis,

os circuitos elétricos e os dispositivos de medição e proteção envolvidos em

tais instalações, além de apresentar exemplos de sistemas deste tipo no

Brasil e no mundo”.

• Programa de Pós-Gradução em Engenharia Civil da Universidade Federal de

Santa Catarina – UFSC � Tema: integração de painéis solares fotovoltaicos

em edificações residenciais e sua contribuição em um alimentador de energia

de zona urbana mista. “O desenvolvimento da humanidade há muito tempo

está ligado à disponibilidade energética. Atualmente a matriz energética

mundial está baseada nos combustíveis derivados de petróleo, que possui

alto coeficiente energético, mas que também gera grande degradação

ambiental em sua exploração e utilização. As fontes renováveis têm como

vantagem a geração de energia sem danos significativos ao meio ambiente.

Dentre essas, a energia solar fotovoltaica surge como um grande potencial de

geração limpa e descentralizada. Neste trabalho foram desenvolvidos estudos

sobre a aplicabilidade de sistemas solares fotovoltaicos interligados à rede

elétrica urbana e integrados às edificações. O estudo deteve-se na integração

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de painéis solares fotovoltaicos em edificações residenciais urbanas,

buscando quantificar sua contribuição na rede elétrica. Para isso foi proposta

uma tipologia de kits, de painéis fotovoltaicos, com área e potência pré-

definidas para serem instalados nas coberturas das edificações residenciais

unifamiliares de um bairro de uso misto da cidade de Florianópolis - SC. O

potencial de geração foi estimado a partir do número de kits a serem

instalados e da irradiação solar incidente na cidade. Já o percentual de

contribuição na rede elétrica foi definido a partir do consumo do alimentador

da rede que serve o bairro em questão. A partir da avaliação das residências

foi possível concluir que estas têm coberturas com elevado potencial de

aproveitamento da energia solar, podendo sempre integrar os kits e ainda na

porção mais ensolarada do telhado. Em comparação com a demanda do

bairro, os kits têm muito a contribuir, principalmente pelo pico de geração

energética ser concomitante com o pico de consumo das edificações de

serviço e comércio existentes no bairro. Os estudos mais detalhados também

mostraram que, na proporção em que se encontram as residências no bairro,

a geração dos kits nas residências seria suficiente para uma contribuição

significativa na demanda total, sem comprometer o fornecimento de energia

pela adição de uma fonte sazonal, como é a energia solar.”

• Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito (Cresesb) � O

Cresesb tem como missão: “Promover o desenvolvimento das energias solar

e eólica através da difusão de conhecimentos, da ampliação do diálogo entre

as entidades envolvidas e do estímulo à implementação de estudos e

projetos”.

Desde o Encontro para Definição das Diretrizes para o Desenvolvimento das

Energias Solar e Eólica no Brasil, realizado em abril de 1994, teve a

oportunidade de reunir uma quantidade representativa de entidades, de

diversos setores da sociedade, para propor estratégias e diretrizes. O

documento resultante desta reunião ( Declaração de Belo Horizonte ) é

amplo, e vem sendo divulgado, debatido e detalhado no sentido de resultar

em ações efetivas. A Declaração de Belo Horizonte identifica a necessidade

de um Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica no Brasil. A

estrutura de recursos necessários o início das atividades e para a

manutenção do Centro de Referência estão associados a: Recursos obtidos

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20

dentro de convênio de cooperação firmado entre o Ministério de Minas e

Energia e o CEPEL (COF/SAG/MME 12/94 de 28/12/94) para instalação e

início das atividades; Composição de grupo de empresas associadas que

contribuam com um montante referente às despesas anuais previstas para o

Centro. Este quadro poderá ser composto de empresas nacionais e

estrangeiras, de setores governamentais, de organizações não

governamentais, de empresas concessionárias e de empresas privadas;

Busca de recursos financeiros adicionais para realização de atividades

específicas, tais como: seminários, cursos, elaboração de eventos de

divulgação e treinamento, estudos, etc; Venda de material produzido nas

atividades específicas desempenhadas, tais como: manuais, relatórios,

facilidades de acesso à rede de informação, etc; Dotações ou subvenções da

União, dos Estados ou Municípios. A contrapartida do CEPEL neste

orçamento é constituída pelos seguintes tens: Infra-estrutura de instalações

físicas, constituída de duas salas dedicadas às atividades do Centro; Nó de

rede Internet permitindo a interligação do centro com entidades nacionais e

internacionais; Infra-estrutura de apoio aos serviços administrativos do

Centro; Dedicação parcial da equipe técnica constituida pelos pesquisadores

do Programa de Sistemas de Geração e Armazenamento Complementar do

CEPEL.

“A atribuição do nome do Eng. Sérgio de Salvo Brito ao Centro de Referência das

Energias Solar e Eólica, instalado no CEPEL, homenageia, com muita justiça, o

brilhante profissional, o colega prestativo e o cidadão íntegro, cuja morte prematura

ainda hoje é lamentada por todos os que tiveram a oportunidade de com ele

conviver social ou profissionalmente. Para o Centro, a escolha deste patrono não

poderia ser mais adequada.

Engenheiro, com pós-graduação em energia nuclear, Sérgio Brito abraçou com tal

entusiasmo a causa das energias renováveis que logo se tornou um dos brasileiros

mais conhecidos e respeitados internacionalmente neste campo.

Como Secretário de Tecnologia do MME, no Governo Sarney, depois como

Coordenador Técnico dos trabalhos para o Reexame da Matriz Energética Nacional,

e, finalmente, como primeiro Diretor do Departamento Nacional de Desenvolvimento

Energético, do Ministério da Infra-estrutura (atual MME), Sérgio Brito dedicou muitos

Page 21: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

21

esforços para a adequada consideração das energias solar, eólica e da biomassa

como um vetor energético importante para o desenvolvimento sócio-econômico-

ambiental do País.

Com firmeza ideológica, destemor e, sobretudo, com elegância e perseverança

incomuns, Sérgio Brito sempre iniciava sua pregação em favor das energias

renováveis reconhecendo a importância da organização dos sistemas convencionais

de energia para o desenvolvimento brasileiro, para em seguida reclamar para as

fontes renováveis um tratamento à altura do seu grande potencial de participação

competitiva na nossa matriz energética.

De volta da última viagem que fez a Europa, onde entre missões visitou a Diretoria

de Energia da Comunidade Européia, Sérgio Brito passou a defender a tese de que

as energias solar e eólica já seriam competitivas para aplicações pontuais no País,

especialmente em localidades não atendidas pelos sistemas convencionais, quer por

obstáculos geográficos quer por limitações de natureza econômica.

A partir dali, suas intervenções sobre o tema passaram a incorporar uma novidade

que era a idéia de criação de um núcleo para centralização e difusão das

informações sobre as tecnologias renováveis, para organizar a memória dos projetos

pilotos desenvolvidos, seus êxitos e as causas dos fracassos eventualmente

colhidos.

O prematuro desaparecimento de Sérgio Brito não sepultou o seu sonho e apenas

alguns meses após, o CEPEL iniciava o Convênio com o NREL, cujo

desenvolvimento sério e bem estruturado abriu novos caminhos, de efetiva

viabilidade, para o uso regular das energias renováveis no Brasil” ( Deraldo Marins

Cortez, Coordenador Geral de Sistemas Energéticos do DNDE).

• Agência Municipal de Energia de Almada (AGENEAL) � É uma associação

privada sem fins lucrativos, criada em Março de 1999, que tem por objetivo

contribuir para o aumento da eficiência energética e para a melhoria do

aproveitamento das energias renováveis no Concelho de Almada, podendo a

sua atividade estender-se a outras regiões. Nesse sentido, a AGENEAL

deverá promover a valorização dos recursos energéticos endógenos locais, a

divulgação e a aplicação de medidas de eficiência energética e ambiental, a

utilização de soluções e tecnologias adequadas à conservação de energia e

Page 22: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

22

de menor impacto ambiental, fomentando a criação de novas actividades

económicas e de emprego, contribuindo assim para um desenvolvimento

sustentável da região. A AGENEAL conta actualmente com 6 colaboradores,

dos quais 4 possuem formação na área da engenharia, um formação em

arquitectura e um na área do secretariado.

A AGENEAL poderá ainda solicitar a colaboração de outras entidades para o

desenvolvimento de projectos específicos. A AGENEAL assegura a

representação de Almada em redes europeias congéneres como a rede

SAVE das Agência de Energia, a rede Energie-Cités, sendo também membro

do ECEEE ( European Council for an Energy Efficient Economy e da APVE –

Associação Portuguesa do Veículo Eléctrico).

E essa empresa tem como missão: “A utilização dos recursos energéticos, em

particular dos combustíveis fósseis primários (petróleo, gás natural e carvão),

tem custos económicos e ambientais significativos e continuamente

crescentes. Neste sentido, a sociedade actual terá que fazer um esforço de

racionalização no seu uso e igualmente promover o uso das fontes de energia

renováveis. Esta é uma tarefa em que todos (governo, autoridades locais,

empresas) desempenham um importante papel, enquanto entidades que

regulam ou desenvolvem actividades económicas e sociais. Em Almada, a

preocupação dos Órgãos de Gestão Municipais com a eficiência energética e

o desempenho ambiental do Concelho, levou a Câmara Municipal de Almada

a criar a AGENEAL. É uma entidade autónoma que conta com a participação

de um conjunto de entidades e organismos com um papel relevante na

procura e oferta de energia no Concelho de Almada, o que lhe garante uma

actuação transversal a nível municipal no domínio da energia. Pretendeu-se,

desta forma, motivar os agentes económicos locais a ter uma postura mais

activa na procura da eficiência energética e, assim, contribuir para o

desenvolvimento sustentável do Concelho de Almada e do País. A

importância da intervenção local na promoção da utilização racional da

energia e na defesa do ambiente foi declarada de forma inequívoca na

Cimeira do Rio de Janeiro, em 1992, que estabeleceu “pensar global, agir

local” como um dos paradigmas da sustentabilidade. A AGENEAL constitui

um bom veículo para concretizar este propósito. Desta forma a AGENEAL

Page 23: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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tem como Missão: Promover a eficiência energética através da utilização

racional de energia em todos os sectores de actividade económica em

Almada; Promover a utilização dos recursos energéticos endógenos locais,

fomentando a criação de novas actividades económicas e emprego;

Promover a utilização das melhores tecnologias disponíveis, com vista à

redução de impactos ambientais; Contribuir para o desenvolvimento

sustentável da região e do país; Trabalhar com os seus associados no

sentido de contribuir activamente para os fins a que se propõe”.

• Empresa de Pesiquisa Energética (EPE) � "A EPE tem por finalidade prestar

serviços na área de estudos e pesquisas destinadas a subsidiar o

planejamento do setor energético, tais como energia elétrica, petróleo e gás

natural e seus derivados, carvão mineral, fontes energéticas renováveis e

eficiência energética, dentre outras." A lei nº 10.847 de 15 de Março de 2004.

Autoriza a criação da EPE e dá outras providências.

Page 24: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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5 CRONOGRAMA

As fases deste cronograma representa o tempo em que foram desenvolvidos o

trabalho de conclusão de curso os momentos descritos são de certa forma

genéricos pois partes como: período de busca de referência sobre o tema

escolhido estão intrísecos na apresentação do tema, desta forma também a

elaboração da capa, folha de rosto, folha de aprovação, dedicatória, epígrafe,

agradecimentos, sumário, introdução, objetivo geral, específicos, problema de

pesquisa,hipóteses e justificativa estão na parte 1.

O desenvolvimento do TCC se deu pela coleta, análise e confecção dos

resultados obtidos pela pesquisa em material didático específico e em campo

através de experiências já existentes de terceiros.

Figura 1 – representa o cronograma do TCC. Fonte: Charles Marques

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6 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS E SUA TECNOLOGIA

Antes de esplanarmos o que é e como funciona esses dispositivos conhecidos como

células solares ou fotovoltaica(FV) precisamos antes entender alguns outros

conceitos, tais como: os semicondutores, o que é dopagem entre outros.

Pois bem, materiais que possuem uma condutividade elétrica entre condutor e

isolante, ou seja intermediária, estão no estado sólido e teêm uma forma cristalina

ou ainda, também podemos dizer de uma maneira mais geral, que materiais

caracterizado por possuírem uma banda de valência completamente ocupada por

elétrons e uma outra de condução sem nenhum elétron e ainda assume todas a

carcterísticas de um material isolante à uma temperatura de -273,15ºC ou 0K(Zero

Kelvin) no SI (Sistema Internacional) é um material semicondutor.

Banda de valência e de condução é um estudo esplêndido da física quântica e é o

resultadado da análise do comportamento energético de um sólido cristalino

comprovado através da emissão de espectro das linhas da frequência de raio-x de

alguns materiais, conhecido como teoria das bandas dos sólidos. Basta, para o

entendimento apenas dizer que, banda é o espaço ocupado pelos elétrons em

relação ao núcleo de seu átomo e também a interação eletromagnética que o

mantém em sua órbita ou ainda chamados de níveis de energia, onde a banda de

valência designa o espaço mais interior e completo ocupado pelos elétron nos

átomos e a banda de condução os níveis mais afastados e parcialmente

preenchidos. Temos ainda a banda proibida ou lacunas que é aqule região onde não

se capta níveis de energia eletrônica, ou seja, quase igual a um comportamento

neutro.

Já a respeito da dopagem podemos dizer que segundo alguns dicionários “é o ato, o

efeito ou a realização de introduzir substância(s) estranha(s) num meio ou sistema,

não-vivo ou vivo acidental ou intencional, lícita ou ilicitamente, com propósitos

usualmente bem determinados” mas para o nosso contexto dopagem é a mistura de

uma material semicondutor com um outro afim de alterar suas características

elétricas de acordo com a necessidade do projeto ou circuito eletrônico e de alguns

elétricos também.

Page 26: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

26

Materiais do tipo N é um material semicondutor dopado com um outro que o deixa

“sobrando elétrons”, ou seja, carregado negativamente, já o do tipo P é a dopagem

que o deixa carregado positivamente ou “faltando elétrons”

A célula solar ou fotovoltaica é considerada um dispositivo eletrônico que tem a

capacidade de converter a energia da luz em energia elétrica através do efeito

fotovoltaico tal efeito se dá pelo aumento da condutividade elétrica com a

temperatura(irradiância do sol) característica dos semicondutores intrínsecos porém

precisa ser manipulado para atender o esperado de uma célula FV que é a

possibilidade de fóton(partícula de luz), na faixa de visível a olho nú, com energia

superior ao gap ou banda proibida do material, excitarem elétrons da banda de

valência para à de condução. Várias são as tecnologias de fabricação destas células

tais como:

• Silício cristalino (c-Si) � Esta tecnologia é atualmente a mais difundida

comercialmente pois sua fabricação é dentre as outras a de menor custo e

seu rendimento está entre 15 e 21%.

• Silício amorfo hidrogenado (a-Si:H ou a-Si) � Esta é mais usada em relógios,

calculadoras brinquedos entre outros e seu rendimento esta em torno de 7%.

• Telureto de Cádmio (CdTe) � É a tecnologia de filmes finos e devido ao

cádmio ser tóxico não é muito difundido comercialmente. Ainda então em

aprimoramento.

• Compostos de disseleneto de cobre Gálio e índio(CIGS) � Também é de

filmes finos mas estão um pouco lento na produção pois sofrem com a

abtenção do índio que na maioria abastece as industrias de fabricação de

telas de LCDs e de Plasma, seu rendimento é de aproximadamente 13%.

• Arsenieto de Gálio (GaAs) � Esta é a tecnologia que atinge as maiores

eficiências, acima de 27% porém su custo é muito elevado então sendo

utilizados apenas em casos especiais como satélites e etc..

• Células de concentração FV se faz com o uso de sistemas ópticos de

concentração da radiação solar para obter autas eficiências em pequenas

áreas. Células orgânicas são sensibilizadas por corantes. Sua estrutura é

composta de um filme condutor tranparente, uma camanda composta por

dióxido de titânio poroso e embebido em um corante com rutênio, uma

Page 27: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

27

solução condutora salina e um contato metálico traseiro de platina e vidro.

Ainda estão aprimorando e melhorando sua eficiência.

As células FV funcionam da seguintes maneira: A luz do sol incide sobre as células

FV na parte dopada do tipo N onde tem elétrons sobrando, excitando-os e também

fornecendo energia suficiente para romper a banda proibida ou barreira de potêncial

fazendo com que esse elétron se desprenda de seu lugar migrando da banda de

valência pra de condução formando um fluxo de elétrons passando pela carga e

retornado ao seu lugar, ou seja, eletro-lacuna, também ocorre por recombinação.

Tudo o que foi dito pode ser observado nesta figura:

Figura 2 - Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício destacando: (1) região tipo n;

(2) região tipo p, (3) zona de carga espacial, onde se formou a junção pn e o campo elétrico; (4)

geração de par elétron-lacuna; (5) filme antirreflexo; (6) contatos metálicos. Fonte: Adaptada

de (MOEHLECKE e ZANESCO, 2005).

Page 28: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

28

6.1 COMPONENTES DO SISTEMA FV ON-GRID

Os sistemas FV são formados por: Uma parte geradora, uma outra de

condicionamento de potência e se for em sistemas FV isolados, também chamados

de off-grid uma parte de armazenamento. A parte de geração é composta de

módulos FV, cabeamento elétrico e estrutura de suporte. A parte de

condicionamento de potência trata-se de conversores cc-cc, inversores,

controladores de carga caso haja armazenamento, dispositivos de proteção,

supervisão e controle e no nosso caso on-grid um medidor bidirecional.

Módulos FV são compostos por células FV conectadas em arranjos para atender as

necessidades do projeto elétrico e a proteção do mesmo. Em sistemas on-grid os

níveis de tensão e correntes são variados por isso é comum encontrar módulos com

tensões nominais bem diversificadas. Podem ser rigidos ou flexivéis dependendo

das células de que foi construído. Eles são definidos pela potência de pico que é

feita nas condições padrão de ensaio, considerando irradiância solar de 1kW/m^2

sob uma distribuição espectral padrão da massa de ar de 1,5 e temperatura de

célula de 25ºC. As características elétricas dos módulos dependem das condições

de temperatura e de irradiância solar em que estão submetidos. O módulo como

também as células podem ser conectados em ligações ou arranjos série e/ou

paralelos, onde; em série as tensões são somadas e a corrente é igual; em paralelo

as correntes são somadas e as tensões são iguais.

Figura 3 – indica as células o módulo e o painel fotovoltaico. Fonte: (Google imagens)

Page 29: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

29

Temos também a caixa de conexão que fica na parte trazeira e é onde são alocados

os diodos de desvio ou by-pass e as conexões e etc., também ficam os terminais

que devem ter isolamento para a máxima tensão do sistema e suportar as variações

climáticas.

Figura 4 – Caixa de conexões (esquerda) e diagrama de ligações (direita) de um módulo de 240 Wp, com 60 células em série (20 para cada diodo), onde VOC = 36,9 V.

Diodos de desvio são postos para evitar “pontos quentes” desviando a sobrecorrente

e diminuindo a dissipação de potência no conjunto sombreado, são dispostos em

anti paralelos com um conjunto de células em série.

Figura 5 – ligação dos diodos de desvio nos módulos fotovoltaicos.

Page 30: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

30

Diodo de bloqueio é usados em conexões de arranjos de módulos para impedir a

corrente de um conjunto série com tensão maior pra um menor.

Fusíveis FV são colocados na saída de cada conjunto série de módulos nos dois

pólos, devem ser de cc, preferencialmente do tipo gPV(IEC-60269-6) pois este é

apropriado para sistemas FV.

Figura 6 – Diagrama com 4 séries fotovoltaicas que utilizam fusíveis fotovoltaicos de

proteção. Fonte: (Catálogo da Cooper-Bussmann: Photovoltaic System Protection Application Guide)

Inversor é um dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica cc para ca. A

tensão ca deve ter características elétricas como amplitude, frequência e harmônico

de acordo com a carga já nos sistemas conectados a rede devem ser sincronizados

com a rede. E são classificados em comutação natural e forçada. Seu

funcionamento se dá através de chaves eletrônicas postas nos circuitos de

chaveamento de acordo com a necessidade. Tais chaves são: SCR, TRIAC,

GTO(Tiristores) e BJT, MOSFET, IGBT(Transistores). Em sistemas on-grid usa-se

os inversores de comutação natural. No Brasil os inversores pra sistemas FV on-grid

devem atender os requisitos de proteção exigidos no intem 5 da seção 3.3 do

módulo 3 do Prodist, incluindo a proteção anti-ilhamento e a exigência de

transformador de acoplamento pra mini geração distribuida e várias outras. Em geral

além desta norma segue-se também à norma da ABNT NBR 16149 de 2013. Os

inversores vendidos no Brasil devem apresentar o registro do Inmetro e a etiqueta,

Page 31: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

31

presa no próprio produto. Os ensaios devem obedecer as condições nominais, de

autoconsumo, de eficiência, de distorção harmônica, de regulação da tensão,

frequência e sobrecarga.

Figura 7 – Inversor de dois estágios (adaptado de FILHO, 2012).

Segundo a Aneel “o medidor bidirecional deve, no mínimo, diferenciar a energia

elétrica ativa consumida da energia elétrica ativa injetada na rede”. Com o avanco

das tecnologias para sistemas FV existem medidores também com varias

tecnologias como por exemplo no que se diz respeito das smart-grid ou redes

inteligentes, pois bem, são capazes de se comunicar sem fios, corte e religamento

remoto, medição de energia ativa/reativa e demanda além da monitoração de

corrente de neutro , podem possuir também identificador e alertas de fraude de

inversão de quadrante e por aí vai. Em fim este dispositivo lê a energia gerada e a

consumida e mostra a diferença, no qual propricia um melhor controle do sistema de

compensação de energia elétrica para as condições brasileiras, descrita na

resolução 482/2012 da Aneel.

Page 32: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

32

Figura 8 – medidor bidirecional mede a energia elétrica ativa gerada e consumida. Fonte:

(Google imagens)

Page 33: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

33

7 PROJETO DO SISTEMA FV

O objetivo do projeto é apresentar dimensionamentos e método de instalação do

sistema fotovoltaico conectado à rede, com auxílio de software – PVsyst, que

basicamente é um programa que simula e otimiza projetos fotovoltaicos - de uma

residência localizada no bairro de Laranjeiras na Serra-ES, que já possui instalação

da concessionária de energia local (EDP ESCELSA). A residência possui: 3 quartos,

2 banheiros, 1 sala de estar, 1 sala de jantar, 1 área de serviço, 1 garagem. Nosso

desafio será realizar um projeto com equipamentos de baixo custo num sistema

eficiente como um todo, que se adequem a localização local.

7.1 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FV ON-GRID

Em um projeto conectado à rede, no caso já com levantamento de cargas e

utilização mensal, a formula usada para dimensionamento da potência (Wp) das

placas se dá pela formula:

Pfv = � � ����

�� � �

Equação 1- potência do módulos FV

onde:

• (Pfv) Potencia Pico do painel fotovoltaico é igual a: Energia consumida

mensalmente pelas cargas (E) nada mais é do que o histórico de consumo de

energia elétrica, que pode ser solicitada a concessionária de energia local em

conta. Pede-se a medição dos últimos 12 meses para que se tenha uma

média mensal no último ano. No caso dar-se-ia por:

Page 34: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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MESES Kw/h

Janeiro 250

Fevereiro 311

Março 211

Abril 242

Maio 181

Junho 140

Julho 180

Agosto 112

Setembro 190

Outubro 202

Novembro 210

Dezembro 171

Total 200

Tabela 1 - Resolução 414/2011 da ANEEL, Artigo 99

O custo de disponibilidade do sistema elétrico, aplicável ao faturamento

mensal de consumidor responsável por unidade consumidora do grupo B, é o

valor em moeda corrente equivalente a:

I - 30 kWh, se monofásico ou bifásico a 2 (dois) condutores;

II - 50 kWh, se bifásico a 3 (três) condutores;

III - 100 kWh, se trifásico.

Portanto a nossa concessionaria já nos transmite 30 kWh independente do

meu consumo portanto a formula passa a se dar por:

Energia Consumida Mensalmente – Taxa de Disponibilidade Mensal 200Kw/h – 30Kw/h = 170 Kw/h

Equação 2 – energia consumida real

Page 35: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

35

(Psol) constante de Irradiancia de referência

• O valor de referência da irradiancia solar será sempre uma constante no valor

de 1kW/h.

(HSP) Potencia referente a horas de Sol pleno por dia no plano do painel

• Para efeito de pesquisa o HSP, seria o valor que nos daria mais trabalho a

ser encontrado, portanto a partir deste ponto passemos a utilizar o software

que nos auxiliará nesta etapa do processo e nas decorrentes. Vale lembrar

que esses valores são obtidos por meio de cálculo relativamente de fácil

execução, porém nossa intenção seria mostrar a praticidade e a garantia de

uma simulação por softwares, além de uma otimização de todo o processo

posterior. Sendo assim, em primeiro lugar buscaremos os valores da média

de irradiação diária e temperatura do local de instalação, no Atlas

Solarimétrico Brasileiro que é disponível no site: (http://maps.nrel.gov/swera),

que em nosso projeto dariam os valores:

MESES IRRADIANCIA (kW/m²) TEMPERATURA (°c)

Janeiro 6281 25.36

Fevereiro 5791 25.52

Março 4707 25.25

Abril 4688 24.46

Maio 3773 23.38

Junho 3524 22.53

Julho 4015 22.01

Agosto 4790 22.08

Setembro 4551 22.51

Outubro 5831 23.16

Novembro 5457 26.73

Dezembro 6337 24.51

Tabela 2 – irradiância e temperatura mensal do sol

Page 36: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

36

Tendo os valores de irradiancia média diária por mês e a temperatura média

diária por mês em mãos, precisamos somente da Latitude, Altitude, Nível do

mar, e atraso em horas, para simularmos em PVsyst um novo plano de

irradiancia mundial como base, que em nosso projeto se deu em:

Latitude: 20.2 Sul.

Longitude: 40.25 Oeste.

Nível acima do mar: 27 metros.

Horas em relação a Greenwich: - 3 horas.

Figura 9 – relação entre irradiação e temperatura no software

A partir desses dados já inseridos no software PVsyst, agora apenas simulo o

ângulo perfeito de Zênite (0°) e de inclinação do painel (20.2° - que seria a

própria latitude do local). E como esperado em nossa expectativa o software,

nos disponibiliza a irradiancia referente, o índice de perdas na otimização da

simulação (± 0,0%), e Horas de Sol por Dia ao ano no plano do painel:

Page 37: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

37

Figura 10 – posição para melhor captação de irradiancia no local.

1928kW/m²/ano

12�������� 160,66 !"

Equação 3 – potência de sol pleno de horas por dia

(PR) Performance ratio ou coeficiente de perdas do sistema

• Coeficiente de perdas, se obtém a partir da soma de todos os índices de

imperfeições naturais ou provocas no sistema e após subtrai-se esse valor de

uma utópica eficiência de 100% do sistema. Esses valores possuem uma

média de porcentagem de perdas no sistema:

� Temperatura: 0,95 – 0,85 (a-SI / c-SI)

� Desvio de potência nominal: 0,95 – 1,05

� Sujeira: 0,8 – 0,99

� Mismatching: 0,95 – 0,99

� Sombreamento: 1,0

� Inversor: 0,95 – 0,98

� Perdas ôhmicas (cabeamento): 0,95 – 0,99

Portanto sabendo que há uma média de perdas a cada item, logo se tem uma

média para a Performance Ratio a cada lugar que seria de 75 – 80%. Em

nosso projeto consideremos a PR=80% por ser uma média local.

Page 38: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

38

100% (eficiência utópica) – 20% (soma dos índices de perda) = 80% PR.

7.2 CALCULO E SIMULAÇÃO DE PAINÉIS E INVERSOR

A partir do momento em que possuirmos todos os dados da fórmula, apliquemos

então:

Pfv = �#$$%&$��'

'($,(�$,) = 1,33 kWp

Equação 4 – Potência média gerada por dia.

Na teoria, sabendo que necessito em minha residência um sistema fotovoltaico que

irá gerar 1330Wp/h, me basta simplesmente escolher um painel de minha

preferência (marca, preço, etc.) e simplesmente dividir o quanto eu preciso produzir,

pela potência que o painel produziria por pico por hora, como por exemplo:

-Escolho um painel de 200 Wp, então:

'&&$

#$$ = 6,65 = 7 módulos

Equação 5 – quantidide de módulos

Porém, ainda assim precisaria saber como seria a associação perfeita dos painéis

para esse sistema (serie / paralelo), e ainda precisaria dimensionar a capacidade do

inversor (tensão de entrada, tensão de trabalho, janela de trabalho do inversor),

considerar as piores hipóteses climáticas da região do painel, e a maneira mais

segura e otimizada de se fazer esse dimensionamento exato seria em outra

simulação do software PVsyst.

Primeiro Determino meu painel Fotovoltaico:

Figura 11 – Escolha do módulo fotovoltaica pelo software

Page 39: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

39

PARAMETROS ELETRICOS

TIPO DE MODULO YL240P-29B

POTENCIA SAIDA W 240Wp

TOLERANCIA W 0 – 5

EFICIENCIA MODULO % 14,8

TENSÃO EM PMÁX V 29,3

INTENSIDADE EM PMÁX A 8,18

TENSÃO EM CIRCUITO ABERTO

V 37,5

CORRENTE DE CURTO CIRCUITO

A 8,75

VALOR R$ 1399,00

Tabela 3 – características elétricas do módulo FV

Depois dimensionamos o inversor, lembrando que o inversor trabalha em uma janela

de operação entre a tensão mínima e máxima suportável, que é determinada pela

temperatura máxima e mínima do circuito, que vai variar de acordo com o local, com

o painel escolhido e com o próprio inversor, observe:

Figura 12 – inversor dentro dos parâmetros da janela de funcionamento pelo software

Ou seja, com esse tipo de painel e dados de temperatura local, e com o tipo e

modelo de inversor decido, simulando pelo software PVsyst, chegamos à conclusão

de que o inversor que suporta de 160 – 480 v em sua janela de operação está

dentro dos parâmetros que minha produção juntamente com condições climáticas

Page 40: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

40

irão criar que seria de 182 V (na pior hipótese do verão para o local) e 323 V (na pior

hipótese do inverno para o local).

O software PVsyst ainda nos proporciona a simulação de uma melhor maneira de associação dos painéis, a área ocupada para a instalação e também a potência total média diária produzida.

Figura 13 – associação e área disponibilizada pela simulação do software

8 módulos em série – observando que o necessário para média que a conta zerasse era de 7 módulos, porém com as condições de uso do inversor e a produção de energia para compensação, passa a se associar 8 módulos-; 1 String (associação em paralelo), que produz uma média de 1.9 kWp – o necessário médio para que a conta zerasse era de 1.33 kWp -, e a área ocupada de 13m² de espaço no telhado da residência.

Tabela 4 – características do inveror On-Grid

Page 41: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

41

7.3 VALOR TOTAL DO PROJETO

8 MÓDULOS – YINGLI SOLAR Si-Poli

YL2240P-29B, valor: R$ 11.192,00.

1 INVERSOR – SMA

Sunny boy 1.5 1VL-40, valor: R$ 7.399,00.

Cabos de painéis fotovoltaicos

100 m 6mm, valor: R$ 420,00.

Mão de obra e materiais adicionais

Valor será cobrado por taxa horária(tx/h)

Tx/h = R$ 80,00.

Tempo de término 30 dias sendo 8h de trabalho por dia, logo:

Valor de mão de obra = 80,00 x 30 x 8 = R$ 19.200,00.

Projeto da casa com 80 metros quadrados e do sistema FV.

Será cobrado por metro quadrado o valor de R$ 15,00, logo:

Valor do projeto = 15,00 x 80 = R$ 1.200,00

Então o custo total de instalação, projeto, inversor, módulos e o cabo ficou assim:

Valor total = 11.192,00 + 7.399,00 + 420,00 + 19.200,00 + 1.200,00 = R$ 39.411,00.

Page 42: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

42

8 SISTEMA CONECTADO À REDE (ON-GRID)

Este tipo de sistema vêm se tornando cada vez mais popular em diversos países

europeus, como no Japão, Estados Unidos, e mais recentemente no Brasil. A

energia produzida pelo sistema fotovoltaico conectado a rede pode ser consumida

diretamente pela carga, ou injetada diretamente a rede elétrica convencional, para

ser consumida por qualquer outra unidade consumidora conectada ao sistema de

distribuição. Neste sistema o gerador fotovoltaico representa uma fonte

complementar ao sistema elétrico ao qual esta conectado.

As potências instaladas deste sistema vão desde poucos kWp em instalações

residenciais, até alguns MWp em grandes sistemas operados por empresas, o que

os subdivide, respectivamente, em microgeração distribuída potência instalada

menor ou igual a 100 kW, e minigeração distribuída com potência instalada superior

a 100 kW e menor ou igual a 1 MW para fontes com base em energia hidráulica,

solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentado pela

Resolução Normativa Aneel Nº 482/2012, e devem atender aos Procedimentos de

Distribuição (PRODIST), Módulo 3, e às normas de acesso das distribuidoras locais.

Para caracterizar a central geradora como micro ou minigeração distribuida, são

obrigatórias as etapas de solicitação e de parecer de acesso. A solicitação de

acesso é o requerimento formulado pelo consumidor, e que uma vez entregue à

distribuidora, implica em prioridade de atendimento, de acordo com a ordem

cronologica de protocolo. Nessa solicitação deve constar todo o projeto das

instalações, como memorial descritivo, localização, arranjo fisico e os diagramas,

além de outros documentos e informações eventualmente solicitados pela

distribuidora. O parecer de acesso é o documento formal apresentado pela

distribuidora , no qual é informado as condições de acesso , abrangendo a conexão

das instalações do consumidor e os respectivos prazos. O procedimento de acesso

é simples e expedito , assim como os requisitos de proteção necessarios para

garantir a segurança das pessoas e a qualidade da energia injetada a rede. Vale

destacar que compete à distribuidora a responsabilidade pela coleta das

informações das unidades geradoras junto aos micro e minigeradores distribuidos e

envio dos dados à ANEEL para fins de registro.

Page 43: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

43

A figura abaixo ilustra as etapas e prazos deste procedimento de acesso que

deverao ser seguidos pelo consumidor e pela distribuidora:

Figura 14 – acesso à rede com sistema FV. Fonte: (Aneel)

8.1 SISTEMA DE COMPENSAÇÃO

O sistema de compensaçao de energia elétrica possibilita que a energia excedente

produzida pela unidade consumidora , tanto com a micro ou a minigeraçao, seja

injetada na rede da distribuidora local. Dessa forma, a energia sendo cedida à

distribuidora local, permit que a energia seja transmitida por outras unidades

consumidoras locais e cem por cento aproveitada, sem disperdicios.Por sua vez, a

distribuidora local gera creditos a unidade consumidora que serao compensados

posteriormente em sua fatura de energia mensal. Por tanto , se em um determinado

ciclo de faturamento a energia injetada for maior do que a consumida , o consumidor

recebera creditos equivalentes a diferenca de energia que por ele foi entregue a

rede. Caso contrario , o consumidor apenas pagara a diferenca entre a energia

consumida e a gerada. Essa foi uma importante inovaçao trazida pela Resoluçao

Page 44: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

44

Normativa numero 482/2012, vale ressaltar que caso a energia gerada sempre seja

superior a energia consumida , o consumidor tera o prazo de 36 meses (3 anos)

para fazer uso desses creditos , não so pela unidade geradora como em qualquer

outra que esteja em sua titularidade (cpf ou cnpj ). O consumidor ainda deve pagar

impostos incidentes sobre a energia total absorvida pela rede , ICMS e PIS/COFINS,

alem do pagamento de uma parcela referente ao custo de disponibilidade para

consumidoras de baixa tensao (grupo B) – valor em reais equivalente a 30kWh

(monofasico), 50kWh (bifasico) ou 100kWh (trifasico) ou uma parcela

correspondente a demanda contratada para consumidoras de alta tensao (grupo A).

A figura abaixo ilustra o funcionamento deste sistema:

Figura 15 – funcionamento do sistema FV. Fonte: (Aneel)

Em suma , o consumo de energia faturado corresponde à diferença entre a energia

consumida e a injetada.

Page 45: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

45

Para que haja desconto na fatura de outras unidades o proprietario deve cadastrar

as unidades que estao em sua titularidade para tal fim , indicando a ordem de

prioridade das suas unidades consumidoras para participaçao no sistema, com a

regra que a unidade que esta instalada o gerador seja a primeira a ter o consumo

compensado.

Figura 16 – créditos com a concessionária de energia. Fonte: (Aneel)

8.2 MODELO DO SISTEMA DE COMPENSACAO

Considerando uma unidade consumidora trifasica (custo de disponibilidade

equivalente a 100kWh) , que tenha instalado equipamentos de microgeraçao solar

com potencia de 2kWp , consumo medio mensal de 418kWh e para efeito de calculo

tarifa da cemig de 0,347 R$/kWh , desconsiderando incidencia de impostos federais

e estaduais (PIS/COFINS e ICMS) , o calculo de compensaçao ficaria da seguinte

forma, como ilustra a figura mais à frente :

Page 46: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

46

Figura 17 – consumo e geração no 1ª trimenstre. Fonte: (Aneel)

No mês de janeiro, o consumo de energia (330kWh) é menor do que a injetada a

rede (353kWh) , resultando um credito de 23kWh para ser utilizado no faturamento

do mês seguinte. No entanto o faturamento sera apenas pelo custo de

disponibilidade que em reais equivalente a 100kWh , para tarifa de 0,347, resultando

em R$34,70 de custo.

No mês de fevereiro, o consumo e a energia injetada foram exatamente iguais

(360kWh) , assim o credito do mês anterior não sera aproveitado e novamente a

unidade consumidora foi faturada pelo custo de disponibilidade.

No mês de março , o consumo (460kWh) foi maior do que a energia injetada na rede

(335kWh) , o que propiciou a utilizaçao do crédito de 23kWh gerado no mês de

janeiro.

Page 47: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

47

9 INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FV E A DE SEGURANÇA

Quando concluídas as intalações do projeto de 1.000 telhados na Alemanha, entre

1991 e 1995, ficou constatado que aproximadamente 40% das falhas foram

relacionadas a problemas na instalação e 30% por erros de projeto. No Brasil os

sistemas instalados através do Programa Luz para Todos, também apresentaram

diversos defeitos. Esses fatos demonstram que para se obter um bom

funcionamento não bastam um bom dimensionamento e o uso de equipamentos de

qualidade, mas também, um eficaz controle de qualidade desde a fase de projeto até

a instalação do sistema. Os profissionais que trabalham na instalação de Sistemas

Fotovoltaicos devem conhecer e praticar medidas de segurança aplicáveis á cada

projeto, de acordo com as normas vigentes e recomendações do fabricante.

Em projetos mais complexos, a instalação envolve profissionais de diversas áreas

como carpinteiro e pedreiro para construção de fundação e estrutura para os

equipamentos e eletricista para instalação do sistema propriamente dito. Estes

profissionais envolvidos devem ser acompanhados por um profissional com

habilidades comprovadas em Energia Solar Fotovoltaica adequadamente treinado, a

fim de garantir uma instalação correta e sem riscos.

Um profissional devidamente qualificado ofereçe soluções para problemas que

possam surgir durante a instalação. Recomenda-se dividir o processo de instalação

em duas etapas para facilitar sua execução, a primeira fase denominada de pré-

instalação constitui-se do dimensionamento e seleção de acessórios (suportes,

cabeamento, terminais etc.), configuração do local e pré-montagem das obras civis

necessárias e das condições climáticas no momento do trabalho, a segunda fase

que é a da instalação, envolve a montagem e o startup do Sistema Fotovoltaico, a

serem realizados no local definitivo. A adoção deste procedimento de divisão das

etapas evita a ocorrências de falhas de funcionamento do istema, além de evitar

acidentes com pessoas durante a sua execução.

A seguir constam alguns procedimentos relativos à instalação dos vários

componentes de um Sistema Fotovoltaico.

Page 48: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

48

9.1 – RECOMENDAÇÕES GERAIS SOBRE SEGURANÇA

Recomenda-se seguir as normas e recomendações técnicas nacionais na instalação

dos Sistema Fotovoltaico, na ausência dessas normas deve-se consultar normas

internacionais. As Tabelas 10.1 e 10.2 apresentam as principais normas brasileiras e

internacionais recomendadas para consulta.

Tabela 5 – Normas nacionais recomendadas

Page 49: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

49

Tabela 6 – Normas internacionais recomendadas

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50

É importante seguir as recomendações técnicas de instalação dos equipamentos

informadas pelo fabricante através do manual. A seguir, são apresentadas algumas

sugestões gerais de segurança para auxiliar na instalação adequada dos Sistemas

Fotovoltaicos: Definir e fazer cumprir os procedimentos de segurança para os

instaladores e dos equipamentos, conforme as normas técnicas vigentes. Para os

Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, seguir as normas de conexão dos

sistemas à rede elétrica estabelecidas pela ESCELSA. O local onde os

equipamentos forem instalados deve estar devidamente sinalizado quanto ao risco

de choque elétrico, principalmente devido à geração própria.

Bloquear o acesso ao ambiente onde forem instalados os controles, inversores e

medidor bidirecional, a fim de controlar o acesso de pessoas não autorizadas além

de proteger os equipamentos de umidade, poeira e vandalismo.

Todos o equipamentos e estruturas metálicas devem ser aterrados eletricamente

além de contar com dispositivos de proteção elétrica adequados para

equipamentos e para o ser humano. Cobrir os painéis fotovoltaicos quando

possível a fim de obter o menor valor de tensão e corrente possível ao se trabalhar

no sistema, esta medida ajuda a reduzir os riscos de choque elétrico ou curto-

circuito durante a instalação. Mesmo que a desconexão da rede tenha sido feita, os

Sistemas Fotovoltaicos podem apresentar condições de tensão e corrente letais,

mesmo com uma baixa tensão nos módulos fotovoltaicos, a forma como estão

dispostos em série ou paralelo pode representar um grande perigo.

9.2 - SEGURANÇA E MANUSEIO EM INSTALAÇÕES FV

Ao realizar os trabalhos de instalação ou manutenção, o profissional deverá retirar

todos os objetos pessoais metálicos como aliança, relógio, cordões, etc. Vestir

roupas e usar equipamentos de proteção adequados ao trabalho e em bom estado

de conservação (camisa, calça, cinto de segurança, capacete, máscara, luvas,

calçado, entre outros). Sempre usar ferramentas apropriadas para trabalhos

elétricos. Estar acompanhado de pelo menos mais um profissional, que possa

auxiliar na atividade e garantir um trabalho seguro.

Page 51: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

51

A localização é um dos fatores mais importantes na instalação do Sistema

Fotovoltaico, uma vez que a radiação solar recebida pelos módulos será

determinante para garantir o máximo de aproveitamento do sistema, a aproximação

de prédios, árvores, outdoors, dentre outros pode interferir neste aproveitamento,

principalmente nos horários de maior incidência da radiação solar.

9.2.1 – ORIENTAÇÃO E INCLINAÇÃO DO GERADOR FV

Para garantir o máximo de aproveitamento de radiação solar ao longo do ano, as

duas condições descritas a seguir devem ser observadas. Para garantir um

funcionamento eficiente, os módulos devem estar direcionados à linha do equador.

Nas instalações localizadas no hemisfério Sul, localização do Brasil, os módulos

fotovoltaicos devem ser direcionados ao Norte Verdadeiro, conforme a figura abaixo.

Figura 18 – Módulos fotovoltaicos direcionados ao norte verdadeiro estando localizado no hemisfério Sul. Fonte: (Crescesb)

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52

Normalmente, a localização do Norte ou do Sul verdadeiro não coincide com a do

Norte ou Sul Magnético, sendo necessária uma correção do referencial magnético

através da Declinação Magnética do local onde será realizada a instalação do

Sistema Fotovoltaico. Para se chegar a esses valores o Observatório Nacional,

coloca à disposição um mapa da declinação magnética sobre o território brasileiro.

Figura 19 - Aplicação da correção do referencialmagnético em um local de declinação

magnética -20º. Fonte: (Crescesb)

Para garantir o máximo de aproveitamento ao longo do ano, o ângulo de inclinação

dos painéis deve ser igual ou aproximado à latitude do local onde o sistema será

instalado.

Figura 20 - Ângulo de inclinação dos painéis fotovoltaicos.

Page 53: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

53

9.2.2 – MONTAGEM DO SUPORTE DOS MÓDULOS FV

A função da estrutura de suporte dos módulos é garantir estabilidade, além de

possibilitar uma boa ventilação, uma vez que as altas temperaduras podem

prejudicar a eficiência dos módulos. Os módulos devem ser montados sobre uma

estrutura rígida que possibilite a regulagem do ângulo de inclinação, a estrutura,

quando metálica, deve ser devidamente aterrada.

Figura 21 – Estrutura de sustentação de módulos fotovoltaicos. Fonte: (Google imagens).

Tabela 7 - Vantagens e desvantagens da instalação sobre a edificação

Em resisdências, de pequeno porte com resistência estrutural adequada, os

módulos fotovoltaicos são usualmente instalados sobre o telhado. Uma fixação

Page 54: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

54

rígida dos módulos ao telhado tem a função de manter a inclinação adequada dos

módulos em relação ao sol e proporcionar resistência a ventos fortes.

9.3 - INSTALAÇÃO DA PARTE DE POTÊNCIA

As tabelas 10.1. e 10.2 apresentas as normas que devem ser consultadas antes da

instalação dos componentes de acondicionamento de potência. Os controladores de

carga, inversores e conversores podem ser instalados diretamente nas paredes. A

etapa de pré montagem em caixas específicas é recomendada antes da fxação dos

componentes.

Figura 22 - Exemplos de controladores de carga e inversores instalados na parede. Fonte: (Internet)

Page 55: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

55

Figura 23 - Exemplo de controladores de carga e inversor instalados em caixa específica.

Fonte: (Internet)

Recomenda-se a instalação em local seco, ventilado e livre de intempéries a fim de

preservar a vida útil dos equipamentos eletrônicos, a instalação deve permitir o

acesso para fácil manutenção. Devido as altas temperaturas de um país tropical

como o Brasil, a ventilação é um item muito importante a se considerar no momento

da instalação dos compontes de controle. Deve-se optar por componentes que

suportem maiores temperaturas de trabalho e que possuam boa troca de calor com

o ambiente,seja através de dissipadores térmicos metálicos ou coolers.

9.3.1 – INSTALAÇÃO DOS COMPONENTES DE PROTEÇÃO

Os SFV necessitam de dispositivos de proteção para proteger pessoas e os

equipamento contra surtos, os dispositivos mais utilizados são os fusíveis,

disjuntores e diodos. O uso de disjuntores é mais comum por oferecer maior

comodidade em relação aos fusíveis pois não necessitam de substituição após a

ocorrência de um surto. Conforme determina a NBR 5410, os dispositivos de

Page 56: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

56

proteção devm ser dimensionados e selecionados conforme os valores máximos de

corrente e tensão aos quais serão submetidos. No caso em que os módulos estejam

exposto a máxima radiação solar, a corrente será limitada pelo dispositivo de

proteção. No entanto, para evitar o desarmamento recorrente do disjuntor, entre o

módulo e o controlador de carga, utilizam-se disjuntores dimensionados por um fator

multiplicativo de segurança de 1,25. O dispositivo de segurança adotado deve ser

apropriado para operar de acordo com o tipo de tensão a qual será submetido (c.c.

ou c.a.) caso contrário poderá ter sua vida útil prejudicada.

Tabela 8 - Componentes de proteção

Page 57: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

57

O sistema fotovoltáico também deve estar protegido em caso de descargas

atmosféricas, para isso utiliza-se um Sistema de Proteção contra Descargas

Atmosférias - SPDA. Como os Sistemas Fotovoltaicos estão constantemente

expostos a ambientes abertos, o risco de sofrer uma descarga atmosférica deve ser

considerado. A NBR 5419:2005 define os parâmetros para dimensionamento e

instalação do SPDA. Existem também os diodos de bloqueio e de by pass para

evitar danos causados por retorno de corrente ou sobrecarga nos paineis

fotovoltaicos.

9.4 - ATERRAMENTO

Além do sistema de para-raios, o Sistema Fotovoltaico também deve estar

equipado com um sistema de aterramento a fim de evitar riscos de choque elétricos

ou queima dos equipamentos em caso de fuga de corrente, curtos e energização

das estruturas de fixação e carcaças. O sistema de aterramento deve ser

concebido de acordo com a a norma ABNT NBR 5410:2004.

Ao projetar o sistema de aterramento é imprescindível levar em consideração as

características do solo em que será instalado, uma vez que as características

influenciam diretamente na eficiência do escoamento das correntes de fuga. A

resistividade do solo depende de diversas características como umidade,

composição, entre outros. Um solo que apresente alta resistividade pode passar

pro um processo de tratamento que reduzirá a níveis aceitáveis os valores de

ressistividade.

É recomendável isolar todas as partes metálicas do sistema, para evitar o contato

de pessoas com as partes que possam estar energizadas. Em Sistemas

Fotovoltáicos Conectados à Rede, faz-se necessário o aterramento de proteção

dos equipamentos e o aterramento funcional do sistema. O aterramento do lado

c.c. depende da tecnologia de módulo ou de inversor utilizada. As tecnologias de

silício cristalino, em geral, ficam em flutuação; os inversores sem transformadores

não são aterrados, deve-se consultar o manual do fabricante e adotar as

recomendações citadas para proteção.

Page 58: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

58

O aterramento dos Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede difere dos sistemas

isolados pois é em algum momento, interligado ao aterramento das demais casas,

formando uma malha de aterramento mais eficiente.

9.5 - INSTALAÇÃO DE CABOS, CONEXÕES E ACESSÓRIOS.

Os medidores dos Sistemas Conectados à Rede, conhecidos como medidores

bidirecionais devem ser instalados em abrigos dentro de caixas apropriadas para

este fim de acordo com as recomendações da ESCELSA em suas normas técnicas

específicas para siatemas de geraçãoprópria ligados à rede de baixa tensão. Deve

haver um disjuntor geral ligado junto ao medidor, este dispositivo deve permanecer

disponível ser utilizado em caso de manutenção do sistema.

Todas as partes do sistema devem estar conectadas através de condutores elétricos

devidamente dimensionados de acordo a corrente elétricas que serão submetidos. O

comprimento deve ser considerado para cálculos de queda de tensão e consequente

dimensionamento de bitola. O tipo de cabo, classificação de isolamento deve estar

de acordo com o ambiente a qual estará exposto, consideranto temperatura,

umidade, etc. e tipo de instalação, seja ela aérea, ou subterrânea. Os cabos

utilizados devem ter bitola e qualidade recomendadas nos catálogos técnicos

fornecidos pelos fabricantes dos módulos e inversores, respeitando os padrões de

cor.

A fabricação dos condutores deve seguir todos os padrões nacionais de qualidade.

A secção do condutor deve ser escolhida para que a queda máxima de tensão não

seja maior que 5% da tensão nominal do sistema. Para a conexão dos painéis ao

inversor os condutores devem suportar no mínimo 125% da corrente nominal de

curto-circuito dos painéis.

Em toda a instalação, os condutores utilizados devem estar identificados quanto as

suas polaridades, positiva, negativa, assim como o cabo de aterramento, fase e

neutro. O método usual é o de identificação por cores, sendo vermelho para o

positivo, preto para o negativo e verde para o terra. Deve-se tomar os cuidados

Page 59: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

59

necessários durante o processo de decapagem dos cabos bipolares para não

danificar o isolamento interno, evitando assim um possível curto-circuito.

Os cabos sujeitos a intempéries devem ser projetados para suportar as condições

extremas de calor, umidade e radiação ultravioleta evitando sua substituição. Os

demais componentes como fita isolane, bucha de fixação,prego, abraçadeira, borne,

etc. devem ser apropriados para este tipo de instalação a fim de evitar corrosão e

ressecamento. Todo tipo de adaptação deve ser evitado para evitar pontos de

corrosão, mau contato e aquecimento. A pré-instalação é de fundamental

importância para verificar se todos os itens foram previstos.

As técnicas utilizadas para fixação dos condutores são as utilizadas habitualmente

pela eletricidade predial, com o detalhe de se trabalhar com corrente contínua, com

elevados níveis de tensão na saída do conjunto dosmódulos fotovoltaicos e elevada

corrente no barramento de corrente contínua. Os conectores também devem ser

bem dimensionados e bem apertados para evitar maus contatos, sobreaquecimento

e até mesmo acidentes mais graves como curto-circuito e incêndios. É comum

utilizar-se de vaselina ou graxa para proteção das conexões. A fita isolante pode não

ser a melhor opção quando se trata de um clima quente e umido pois a cola adesiva

sofre degradação, portanto é recomendável a utilização de fitas de autofusão. Cada

terminal de conexção deve estar devidamente identificado quanto ao circuidos a que

correspondam.

9.6 - COMISSIONAMENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

O comissionamento do sistema consiste em preparar o sistema para o pleno

funcionamento, após uma série de testes emedições. Se o sistema for considerado

apto e tiver sido instalado conforme projeto e as normas cabíveis o mesmo será

liberado para entrar em operação. Após a conclusão da etapa de comissionamento o

instalador transfere a responsabilidade pelo sistema ao proprietário da residência,

que por sua vez deverá mantê-lo em perfeito funcionamento e relizar todas as

inspeções e manutenções conforme programado. O proprietário poderá fiscalizar a

fase de comissionamento junto ao instalador, durante este processo o local deverá

ter aceso restrito apenas às pessoas autorizadas.

Page 60: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

60

10 MANUTENÇÃO DE SISTEMAS FV ON-GRID

É importante ressaltar que antes de realizar manutenção em qualquer sistema de

geração conectado à rede, deve-se desconectar o sistema da rede por meio do

dispositivo de seccionamento ou de proteção. Este dispositivo de seccionamento

não pode ser visível, pois o acesso é restrito à distribuidora.

10.1 PROBLEMAS COMUNS NO SISTEMA FV

É muito raro uma falha completa de sistema fotovoltaico. Quando bem projetados e

instalados funcionam por muitos anos e eventuais falhas normalmente estão

associadas a reparos simples. O componente mais confiável de um sistema

fotovoltaico é o próprio gerador fotovoltaico. No caso de avarias, as principais

causas são os efeitos de descargas atmosféricas, as falhas dos diodos e as

deficiências nos módulos e no cabeamento c.c.

As falhas mais frequentes são os danos provocados pelo dimensionamento incorreto

do inversor, pelo efeito de descargas atmosféricas e por falha do circuito eletrônico.

Os fenômenos de corrosão provocados pela combinação de diferentes materiais

foram recorrentes, falhas relacionadas com os fusíveis e com distúrbios no

fornecimento de energia à rede tambem são comuns.

O inversor Sunnyboy 1.5kw SMA para Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Redes

possui funções de monitoração e aquisição de dados, que disponibilizam

informações operacionais e tornam fácil e rápida a deteção de problemas no

sistema. De qualquer forma, uma avaliação manual também pode ser efetuada.

Conforme figura da próxima página:

Page 61: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

61

Figura 24 – inversor usado no projeto. Fonte: (Google imagens).

O painel fotovoltaico on-grid pode ser verificado, incluindo medidas de Isc e Voc com

o sistema desligado. Porém, adicionalmente, devem ser também avaliadas as

perdas no inversor e a eficiência de seu sincronizador.

Uma vez que os inversores para sistema on-grid efetuam varredura continuamente

na entrada c.c., com o inversor em operação, deve-se efetuar medidas de tensão e

corrente no painel, bem como simultaneamente de irradiância e temperatura, com o

objetivo de confirmar a operação do painel em seu ponto de potência máxima (PMP,

VMP, IMP) para as aquelas condições. O PMP medido deve ser comparado com o

informado pelo fabricante do módulo, corrigido para as condições da medida.

Também deve-se simultaneamente efetuar medidas de tensão e corrente na saída

c.a. do inversor, para verificar sua eficiência, que é a razão entre a potência c.c. e a

Page 62: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

62

potencia c.a. medidas. O valor esperado pode ser visto na curva de eficiência

fornecida pelo fabricante do inversor.

Desvios superiores a mais ou menos 15%, seja no ponto de operação do painel (em

relação ao PMP nas condições da medida), seja na eficiência do inversor podem ser

indício de problemas e devem ser melhor investigados. Os valores medidos devem

ser também comparados com os informados pela aquisição de dados do inversor.

As medidas em Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Redes são bastante

trabalhosas, e que são necessárias pelo menos duas pessoas, ficando uma delas no

painel para medir irradiância e temperatura e a outra junto ao inversor para efetuar

as medidas c.c. e c.a. As medidas devem ser efetuadas de forma simultânea, o que

exige comunicação e coordenação entre elas, possivelmente utilizando rádios. O

trabalho deve preferencialmente ser efetuado em um dia claro (sem nuvens) para

uma maior precisão.

Figura 25 – aparelho de medição: termometro infravermelho

Page 63: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

63

10.2 MANUTENÇÃO DE CENTRAIS FOTOVOLTAICAS

De uma forma geral, os equipamentos de proteção das centrais Fotovoltaica devem

atuar quando detectadas condições anormais na tensão ou frequência de operação

da rede elétrica, desconectando a central Fotovoltaica, para garantir a segurança

das equipes de manutenção da rede e das pessoas em geral, além de evitar danos

aos equipamentos conectados à rede.

A manutenção preventiva e corretiva de centrais Fotovoltaica é algo mais crítico e

que merece fundamental atenção. No caso do Brasil, até o presente, não há

regulamentação a esse respeito e, portanto, fica a criterio do proprietario com base

nas necessidades de cada sistema implantado por ele.

Dependendo da potência e da característica da instalação da central Fotovoltaico,

podem existir diversas configurações para definir como a manutenção preventiva

deve ser feita, com base em recomendações práticas obtidas com usinas em

operação. Responsável pela manutenção: pode ser o investidor, o instalador, ou

uma empresa de manutenção especializada. Presença de equipe de manutenção:

pode ser necessária presença contínua, intermitente ou apenas quando incidentes

ocorrerem. Sistema de monitoramento (controle e supervisão): pode ser um sistema

avançado, simples ou somente com as informações fornecidas pelo inversor.

10.2.1 MANUTENÇÃO DO SISTEMA FV

Recomenda-se que o responsável pelas atividades de operação e mantenção tenha

habilidades tanto em nível funcional quanto em relação à documentação, pois a

manutenção deve ser feita tão rápida e eficientemente quanto possível, caso o

operador não tenha esse requisito o treinamento do supervisor de manutenção e dos

demais encarregados é essencial.

É essencial tambem ter sempre uma lista atualizada de todas as peças de reposição

para a central, e assegurar que há quantidade suficiente de cada uma em estoque,

também é importante estar atento para o estoque de bens de consumo, como óleo,

Page 64: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

64

tinta, etc. Uma má gestão no estoque de reposição pode significar dias de sistema

inativo ocasionando falhas na geração e economia de energia.

10.3 VIGILÂNCIA

É importante procurar evitar, tanto quanto possível incidentes que envolvem ladrões

e vandalismo. A reparação ou substituição de equipamentos e outros possíveis

problemas na pode significar um alto custo. Mesmo se a central Fotovoltaica contar

com seguro, há perdas de produção, custo do trabalho para as reintegrações etc.

Caso se verifique que esse tipo de serviço é um investimento necessário, pode-se

optar por contratar vigilância com pessoal e/ou equipamentos eletrônicos (câmeras,

sensores de presença etc.).

Um sistema de monitoramento bem implementado para a central pode significar

grandes economias na manutenção corretiva, já que possíveis defeitos podem ser

detectados a tempo de evitar falhas mais sérias. Um seguro que cubra todos os

efeitos decorrentes de eventos meteorológicos, roubo, ou possíveis danos devido a

vandalismo. Há seguros que cobrem inclusive perdas de produção de energia,

tambem é recomendavel.

10.4 AVALIAÇÃO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO

A avaliação de desempenho de um Sistema Fotovoltaica pode ser feita adotando-se

procedimentos para a aquisição e registro de dados operacionais do sistema. O

ideal é que o procedimento de monitoração seja automático, associado à utilização

de um sistema de aquisição, armazenamento e transmissão de dados.

O inversor Sunnyboy 1.5 kw SMA possue um sistema de aquisição e

armazenamento de dados integrado, onde os parâmetros registrados podem ser

coletados localmente, por exemplo, via interfaces (USB, interfaces próprias) de

comunicação, ou podem ser transmitidos para um servidor ou computador remoto,

via rede Wireless ou rede celular, por exemplo. Assim, o usuário ou operador pode

Page 65: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

65

acompanhar o desempenho operacional dos componentes do Sistema Fotovoltaico,

com base no histórico dos parâmetros monitorados, ou mesmo em tempo real.

Basicamente, os parâmetros monitorados na maior parte das aplicações estão

relacionados com a tensão, corrente, potência ativa e energia ativa, tanto no lado

c.c. quanto no lado c.a. Quanto às variáveis climáticas monitoradas, geralmente são

coletados, por meio de sensores apropriados, os valores de temperatura ambiente

e/ou da superfície posterior do módulo fotovoltaico; temperatura do banco de

baterias; irradiância no plano horizontal e/ou no plano inclinado do painel

fotovoltaico.

Com a avaliação dos dados coletados pode-se verificar o funcionamento adequado

do Sistema Fotovoltaico ou ainda detectar alguma anomalia no funcionamento do

sistema, podendo-se obter um indicativo de que está havendo, por exemplo, falha no

inversor, falha na ligação entre cabeamento e conectores, falha de isolamento,

defeito em fusíveis, chaves e disjuntores, falha no gerador fotovoltaico etc.

O acompanhamento do desempenho operacional do Sistema Fotovoltaico permite

avaliar a disponibilidade do gerador fotovoltaico durante um período específico do

ano. A avaliação do desempenho também pode ser feita pela comparação entre os

dados obtidos pela monitoração e os resultados de simulação da produção

energética do sistema, utilizando-se ferramentas computacionais desenvolvidas para

tal fim. Por exemplo, em um Sistema Fotovoltaico Conectado a Rede pode-se

comparar a energia injetada na rede elétrica pelo inversor em um dado período com

a produtividade simulada e esperada para o referido período em análise. Por meio

da produtividade, podem-se comparar Sistema Fotovoltaico Conectado a Rede de

diferentes capacidades e configurações de instalação para a dada localidade.

Para melhor aproximação do comportamento real do Sistema Fotovoltaico, nas

simulações de desempenho são considerados os equipamentos utilizados na

instalação fotovoltaica e os dados climáticos monitorados no local.

Page 66: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

66

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O problemas gerado pelo sistema FV on-grid é que no segundário dos trafos das

substações os componentes elétricos foram dimensionados para uma conhecida

variação de tensão mas com a conecção de geradores FV no sistema esta variação

é um tanto quanto difícil de se calcular pois como sabemos este tipo de sistema

varia bastante em relação com o modo de geração da hidrelétricas ente outras, mas

isso não é suficientemente preocupante pois com o avanço da tecnologia maneiras,

sistemas, dispositivos e vários outros, meios de controle e supervisionamento a

distância já existem para auxiliar-nos com este probleminha. Estes sistemas para o

fim de T&D são conhecidos como SMART- GRIDs, ou seja, redes inteligentes .

As aulas, os experimentos e as didáticas aplicadas pelos professores e

proporcionada pelo Centro de Educação Técnica (CEDTEC), foram de suma

importâcia para o conhecimento adquirido para a elaboração deste TCC pois todos

os assuntos abordados aqui foram vistos nos estudos ao longo dos módulos

lecionados pelos professores que por sua vez são muito capazes no que fazem.

Page 67: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

67

REFERÊNCIAS

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Page 68: Energia Solar Fotovoltaica On-Grid

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ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – Prodist; Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição. Revisão 5. 14 de dezembro de 2012c. COUTO, M. B. Ensaios de equipamentos de consumo típicos utilizados em sistemas fotovoltaicos. Porto Alegre, Brasil: Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2000. 96 p. ELETROBRAS: OLIVIERI, M. M. A.; LIMA, A.A.N.; BORGES, E.L.P.; CARVALHO, C.M. Comparação entre dois tipos de sistemas fotovoltaicos individuais adequados para a eletrificação rural. III Congresso Brasileiro de Energia Solar. Belém, setembro de 2010.

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II Simpósio de estudos e pesquisa em ciências ambientais na Amazônia. Wilson Pereira BARBOSA Filho1 ([email protected]) Abílio César Soares de AZEVEDO. EPE (A Empresa de Pesquisa Energética ). http://www.epe.gov.br.