Energia Solar e
Potencial da Região Sul
Roniere H. de Oliveira 2017
Energia Solar
Diariamente, muita energia chega ao nosso planeta de forma gratuita e limpa. Os raios solares, além de trazerem a luz e o calor, essenciais para a vida na Terra, podem ser aproveitados para a geração de energia, tanto na forma de calor quanto na de eletricidade.
O Sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, de energia . Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10.000 vezes o consumo mundial de energia neste período.
1,5𝑥1018𝑘𝑊ℎ
Energia Solar Térmica
Concentração da radiação em um receptor sob
forma de energia térmica;
Transporte da energia térmica para o sistema
de conversão de energia;
Conversão da energia térmica em energia
elétrica.
A radiação direta atinge
elevadas concentrações
solares, através dos
espelhos, que dirigem a
luz solar para o receptor.
A energia absorvida é
transferida para um fluído
térmico.
O produto final do
sistema solar é o vapor,
que passa por uma
turbina acoplada a um
gerador para produção
de eletricidade.
Concentrador Parabólico Linear Torre Solar
Concentrador Linear com Refletor Fesnel Prato Parabólico
Energia Solar Térmica
Energia Solar Térmica
Energia Solar Térmica
A produção de calor a baixas temperaturas (menores do que 100°C) é a
mais simples aplicação da energia solar através dos coletores solares
planos. Eles apresentam uma estrutura simples, o que representa sua
grande vantagem em relação aos coletores concentradores. O emprego de
coletores planos pode ser aplicado nos mais diversos setores destacando se
o residencial, o de serviços, o industrial e o agropecuário.
Coletores planos
Energia Solar Térmica
Energia Solar Fotovoltaica
Benefícios da Energia Solar
Redução de perdas por transmissão e distribuição de energia, já
que a eletricidade é consumida onde é produzida;
Redução de investimentos em linhas de transmissão e
distribuição;
Baixo impacto ambiental;
Fornecimento de maiores quantidades de eletricidade nos
momentos de maior demanda (ex.: o uso de ar-condicionado é
maior ao meio-dia no Brasil, quando há maior incidência solar e,
consequentemente, maior geração elétrica solar);
Possibilidade de não exigência de área física dedicada;
Rápida instalação devido à sua grande modularidade e curtos
prazos de instalação, aumentando assim a geração elétrica
necessária em determinado ponto ou edificação.
Potencial da Energia Solar
Usina Hidrelétrica de Itaipu
Potência: 14GWp
Energia Gerada:100TWh/ano;
Área ocupada do lago: 1350 Km2.
Usina Solar
Potência: 180GWp
Energia Gerada: mais de 230TWh/ano;
Área ocupada do lago: 1350 Km2.
Mercado de Energia Solar
Mundo
Mercado de Energia Solar
Brasil
Potência: 100MWp
Evolução dos custos dos painéis
Preços caíram vertiginosamente com o desenvolvimento e aplicação da tecnologia em grande escala.
U$ 0,3
Célula Fotovoltaica
Efeito Fotovoltaico
Ao incidir luz sobre a célula fotovoltaica, os fótons chocam-se com outros elétrons da estrutura do silício fornecendo-lhes energia e transformando-os em condutores.
Efeito Fotovoltaico
Devido ao campo elétrico gerado pela junção P-N, os elétrons permanecem em equilíbrio. E somente ocorrerá a passagem de Elétrons do lado N para o lado P, caso estes recebam energia de um meio externo. No caso os Fótons.
RADIAÇÃO SOLAR (S) Radiação solar é a designação dada à energia radiante emitida pelo Sol, em particular aquela que é transmitida sob a forma de radiação electromagnética.
Cerca de metade desta energia é emitida como luz visível na parte de frequência
mais alta do espectro electromagnético e o restante na do infravermelho próximo e
como radiação ultravioleta.
RADIAÇÃO SOLAR (S)
Cerca de 1.000W/m2 chegam à superfície da Terra sob a forma de radiação direta, quando medido na linha do Equador ao meio dia.
IRRADIAÇÃO SOLAR
A irradiação solar é a irradiância integrada em um intervalo de tempo
especificado, geralmente uma hora ou um dia, e é dada em watt hora por metro
quadrado (Wh/m²).
RADIAÇÃO SOLAR (Brasil)
Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, diariamente
incide entre 4.500 Wh/m2 a 6.300 Wh/m2 no país.
RADIAÇÃO SOLAR (Mundo)
Alemanha é 40% menor do que na região
menos ensolarada da Brasil.
Mini e Microgeração Distribuída
Microgeração: potência até 100 kW
Minigeração: potência de 100 até 1.000 kW
Fontes: Solar
Eólica
Hidráulica
Biomassa
Cogeração qualificada
Resolução ANEEL nº 482/12 – Regulamenta o acesso ao SIN
PRODIST Módulo 3 – Procedimentos para Acesso ao Sistema de Distribuição (Seção 3.7 – Acesso de Micro e Minigeração Distribuída)
Sistema de compensação de energia elétrica proporcional às tarifas dos postos horários.
Pagamento do Custo de Disponibilidade.
Créditos compensáveis em até 36 meses podendo ser utilizados em outras unidades do mesmo proprietário na mesma concessionária.
Não há contrato de uso e conexão à rede. Minigeradores firmam Acordo Operativo. Microgeradores estabelecem Relacionamento Operacional.
Adequação da medição é responsabilidade do interessado. Manutenção e substituição do SM responsabilidade da distribuidora.
Medidor Bidirecional para microgeração e de 4 quadrantes para minigeração.
Mini e Microgeração Distribuída – Regulamento
Módulos Solares Fotovoltaicos
Estrutura de suporte
Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Módulos Solares Fotovoltaicos
Inversor conectado à rede da concessionária
Estrutura de suporte
Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Componentes do Sistema
Módulos
Cabos e Conexões Estrutura de Montagem
Inversor
Módulos Fotovoltaicos
Silício monocristalino (m-Si)
As mais eficientes em aplicações comerciais.
Módulos Fotovoltaicos
Silício policristalino (p-Si)
Eficiência das células de policristalino é menor que as de monocristalino. Por outro lado, sua produção requer menos material e energia, resultando em um custo final menor que as monocristalinas.
Módulos Fotovoltaicos
Silício Amorfo (a-Si)
Sua eficiência não passa de 6%, mas o custo por metro quadrado é a metade do
silício cristalino. Portanto, se área disponível não for um problema, a tecnologia
pode ter um melhor custo benefício
Aplicada em equipamentos de baixo consumo elétrico como calculadoras,
relógios e outros produtos com baixo consumo elétrico.
Módulos Fotovoltaicos
Telureto de Cádmio (CdTe)
Os baixos custos de produção, quando comparado às células de silício,
maior eficiência na conversão da energia solar em elétrica em relação ao
silício amorfo (a-Si).
Problemas são a disponibilidade deste composto químico (bem inferior a
do silício) e a toxidade do cádmio que, como o mercúrio, pode se acumular
na cadeia de alimentos.
Módulos Fotovoltaicos
Disseleneto de cobre (gálio) e índio
Não são fáceis de serem fabricadas,
Devido à aparência estética, esses módulos são muitas vezes escolhidos
pelos consumidores para a integração a edificações,
Boa eficiência (chegam a 12%, bem superior as de silício amorfo – a-Si).
Assim como as células de CdTe, também apresentam problemas ligados à
toxidade dos elementos e a pouca abundância.
Módulos Fotovoltaicos
Módulos coloridos
Os painéis solares com células de silício cristalino são normalmente azuis
porque esta é a cor com a qual a célula apresenta a melhor eficiência na
conversão de energia solar para elétrica. No entanto, existem fabricantes
que produzem painéis coloridos, como vermelhos ou verdes, com o
objetivo de atrair clientes que desejam criar projetos arquitetônicos que
primam pela estética. Isto, contudo, eleva o valor dos módulos, pois o
custo por Wp é maior devido a menor eficiência em relação aos
tradicionais azuis.
Instalação do Sistema
Instalação do Sistema
Custos de um sistema solar
Em 2015, o preço médio cobrado por instaladores no Brasil foi de R$ 8,58 por Watt pico (Wp) instalado, segundo estudo do Instituto IDEAL. Para uma casa de (2kWp), você terá que investir, em média, R$ 17.160,00.
No Brasil cerca de 76% a mais
do que em países da Europa
Sistema Fotovoltaico Isolado
Diagrama Pictográfico de um SFVI
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Estimativa da Radiação no plano dos módulos
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
https://maps.nrel.gov/swera
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Irradiância de 4,82 kWh/m2 para Florianópolis
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Irradiância de 5,047 kWh/m2 para Concórdia
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Inverno tenho mais afundamentos da carga da bateria.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma residência
em Florianópolis com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma residência
em Florianópolis com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma residência
em Concórdia com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma residência
em Florianópolis com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Arranjos:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Projeto do sistema:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Considerações do Projeto do sistema:
Maior Temperatura
Menor Tensão
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Considerações do Projeto do sistema:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Considerações do Projeto do sistema:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Características Técnicas do Inversor:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Características Técnicas do Inversor:
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Máxima Operação Operação Proibida
Tensão DC
entrada inversor
400 320 147 (V)
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Máxima Operação Operação Proibida
Tensão DC
entrada inversor
400 320 147 (V)
𝑉𝑀á𝑥_𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 _𝑉𝑜𝑐
𝑉𝑚𝑝𝑝_85 °𝑐
Dimensionamento dos sistemas FV Conectados à Rede
Máxima Operação Operação Proibida
Tensão DC
entrada inversor
400 320 147 (V)
𝑉𝑀á𝑥_𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 _𝑉𝑜𝑐
𝑉𝑚𝑝𝑝_85 °𝑐
+1 painel por exemplo
Sistema Fotovoltaico Isolado
Diagrama Pictográfico de um SFVI – OFF GRID
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Baterias
Automotivas Estacionárias
Mais baratas Vida útil de 3 a 4 anos Alta corrente 20 a 30% de descarga
Mais caras Vida útil de 4 a 8 anos Baixa corrente 10 a 80% de descarga
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Baterias de 12V – 220Ah
- Descarga máxima de 80% (considerar 70%)
- Resulta em 154 Ah
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =154𝐴ℎ
88𝐴ℎ= 1,75 𝑑𝑖𝑎𝑠
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Baterias
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Baterias
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Baterias
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Ligação série de 2 baterias de 12V = 24V
12
* Por dia
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Baterias de 12V – 220Ah
- Descarga máxima de 75%
- Resulta em 154 Ah
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =154𝐴ℎ
88𝐴ℎ= 1,75 𝑑𝑖𝑎𝑠
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =440𝐴ℎ × 70%
88𝐴ℎ= 3,5 𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑁°𝑑𝑖𝑎𝑠 =154𝐴ℎ
88𝐴ℎ× 2 = 3,5 𝑑𝑖𝑎𝑠
Autonomia de 3,5 dias para o meu sistema.
Dimensionamento dos sistemas FV Conectado à Rede
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma residência
em Concórdia com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma propriedade
rural em Concórdia com um consumo de 200kWh por mês (S.
Isolado).
http://www.cresesb.cepel.br/index.php#data
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma propriedade
rural em Concórdia com um consumo de 200kWh por mês.
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Exemplo: Dimensionar um sistema para abastecer uma propriedade
rural em Concórdia com um consumo de 200kWh por mês.
Recarga da Bateria em 4 dias.
Dimensionamento Baterias:
- Baterias de 12 V
- Descarga máxima de 75%
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
Dimensionamento Baterias:
Baterias de 12V – 220Ah
Dimensionamento dos sistemas FV Isolado
𝑁°𝑏𝑎𝑡 =2.200𝐴ℎ
220𝐴ℎ= 10 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠
12V 220Ah 12V 220Ah
24V 220Ah
12V 220Ah 12V 220Ah
24V 220Ah
12V 220Ah 12V 220Ah
24V 220Ah
12V 220Ah 12V 220Ah
24V 220Ah
12V 220Ah 12V 220Ah
24V 220Ah
2.200 Ah
24V
Sistema Fotovoltaico Isolado
Diagrama Pictográfico de um SFVI – OFF GRID
24V
24V
24Vcc / 220Vca
Sistema Fotovoltaico Isolado
Controlador de Carga
Sistema Fotovoltaico Isolado
Controlador de Carga
Sistema Fotovoltaico Isolado
Inversor
22/28V
Sistema Fotovoltaico Isolado
Inversor
Preços disponíveis no mercado
Preços disponíveis no mercado
Experiência Eletrosul
Histórico Eletrosul Criada em 1968 como uma empresa pública de geração e
transmissão de energia;
Parque gerador privatizado em 1998;
Em 2004, foi autorizada a voltar ao negócio de geração;
Subsidiária da Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobras);
Vinculada ao Ministério de Minas e Energia;
Mercado de atuação: Atua como concessionária de serviços públicos de transmissão e geração de energia elétrica nos estados de Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Paraná e Mato Grosso do Sul e participação minoritária em SPE`s em outras regiões do Brasil;
Quadro funcional: 1.322 empregados efetivos e 2.093 colaboradores no total
LINHAS DE TRANSMISSÃO
ELETROSUL SISTEMA DE TRANSMISSÃO
SUBESTAÇÕES
11.157Km
Mais de
100
DISPONIBILIDADE REDE BÁSICA
99,9%
Empreendimentos de Geração
Projetos de Geração
Eólicas
Complexo Eólico Livramento (216 MW) Complexo Eólico Campos Neutrais (583 MW)
Rio Grande do Sul
MEGAWATT SOLAR - SC
Projetos de Geração
Solar
Usina Megawatt Solar (1MWp) - Florianópolis
Santa Catarina
PROSPECÇÃO
(inicialmente em
RO, foi relocada em
SC)
PROSPECÇÃO
AQUISIÇÃO DE MAPAS SOLARIMÉTRICOS DOS ESTADOS DE ATUAÇÃO DA
EMPRESA
PROSPECÇÃO
AQUISIÇÃO DE MAPAS SOLARIMÉTRICOS DOS ESTADOS DE ATUAÇÃO DA
EMPRESA
PROSPECÇÃO
AQUISIÇÃO DE MAPAS SOLARIMÉTRICOS DOS ESTADOS DE ATUAÇÃO DA
EMPRESA
PROSPECÇÃO
AQUISIÇÃO DE MAPAS SOLARIMÉTRICOS DOS ESTADOS DE ATUAÇÃO DA
EMPRESA
PROSPECÇÃO
AQUISIÇÃO DE MAPAS SOLARIMÉTRICOS DOS ESTADOS DE ATUAÇÃO DA
EMPRESA
PROSPECÇÃO
PROJETO MEGAWATT SOLAR
PROJETO MEGAWATT SOLAR
Contratação “Turn-key” - Concorrência Internacional
Módulos fotovoltaicos: 4.144 módulos de Silício Monocristalino (Fabricante Bosch,
245 Wp)
Inversores: 62 inversores de 15kVA (cada um com 2 seguidores de máxima
potência (MPPT) para reduzir perdas devido aos sombreamentos desiguais em
cada string de módulos – Fabricante Schneider)
Apoio:
KfW Bankengruppe (KfW)
Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC)
Gesellschaft für Internationale
Zusammenarbeit (GIZ)
Instituto para o Desenvolvimento das
Energias Alternativas (IDEAL)
PROJETO MEGAWATT SOLAR
PROJETO MEGAWATT SOLAR
PROJETO MEGAWATT SOLAR
Comercialização da Energia
Vendas para o Mercado Livre
Vantagens de desconto na TUST/TUSD
Comprador pode ter ganhos de marketing com a energia verde através do Selo
de Energia Solar
Selo de Energia Solar
Selo de Energia Verde (Selo Solar) – Ferramenta de
Marketing
Desenvolvido pela GIZ e Instituto IDEAL
Estudos realizados com consumidores finais e de
energia elétrica mostraram que esta ferramenta
pode agregar valor a energia
CAMPOS NOVOS (CRCNO)
Sistema fotovoltaico sobre prédio classe A de eficiência energética (PROCEL).
Potência instalada: 5,7kWp
Em funcionamento desde 17 de setembro de 2015
PROJETOS DE P&D
Chamada Estratégica ANEEL nº 13/2011
Projeto: Implementação de um Complexo Fotovoltaico na Sede da Eletrosul
Buscando Arranjo Tecnológico, Comercial e Normativo Viável
Planta de P&D com cinco tecnologias
1. Telureto de Cádmio
2. Building Integrated Photovoltaics
3. Heterojunction Thin Layer
4. Híbrido Fotovoltaico e Termo-solar
5. Disseleneto de Cobre, Gálio e Índio
Instalada e operacional – julho/2015
Expansão do Megawatt Solar
Potência total de 6 kWp
Contempla estudos sobre:
Módulos Fotovoltaicos
Inversores de Potência
Instalação do Sistema
Conexão com a Rede Elétrica de Distribuição
Sistema de Comercialização da Energia Produzida
Arcabouço Legal Atual e Proposições para Melhoria
PROJETOS DE P&D
Purificação de Silício a Grau Solar
Projeto: Desenvolvimento do Processo de Obtenção de Silício Metálico Grau
Solar e Qualificação em Células Solares
Atividades de Briquetagem para Purificação
Bloco de Silício Purificado
Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento ANEEL
Rota de Purificação de Silício Inovadora
Custo de Purificação é uma Fração da Rota Metalúrgica
Possibilidade de Queda dos Custos de Sistemas Fotovoltaicos
Fase Laboratorial em Etapa Final
Preparação para Certificação Internacional de Pureza
Preparação para Depósito de Pedido de Patente
Posteriormente Implantação de Unidade Piloto
Obrigado
Contatos [email protected]
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