A UHE Santa Clara localiza-se no município de Pinhão, na região central do Estado do Paraná, Brasil. Conforme a FIGURA 1, para ilustração.
FIGURA 1 – UHE SANTA CLARA NO MUNICÍPIO DE PINHÃO (PR).
FONTE: RETSCREEN, Natural Resources Canada © 1997-2019 (2019).
O sistema fotovoltaico experimental de 100,74 kWp foi instalado coordenadas 25º 39' 23" S e 51º 57' 6" O, no reservatório da usina perto do canal de adução, conforme a FIGURA 2 e FIGURA 3.
FIGURA 2 – CANAL DE ADUÇÃO UHE SANTA CLARA.
4.1.1 Taxonomia dos sistemas
Para analisar a geração de energia no local foram utilizados quatro sistemas distintos. Em relação às características de cada sistema foi utilizada a classificação conforme a TABELA 6.
TABELA 6 – TAXONOMIA DOS SISTEMAS
Sistema Fotovoltaico Forma de Instalação Rastreamento Solar Posição dos módulos Código
S1 Flutuante Estático Inclinados 26º S1FEI
S2 Fixo em Solo Dinâmico Horizontal 0º S2SDH
S3 Fixo em Solo Estático Horizontal 0º S3SEH
S4 Fixo em Solo Estático Inclinados 26º S4SEI
FONTE: O Autor (2020)
4.1.2 Arranjo dos sistemas fotovoltaicos
O painel flutuante (S1FEI) com potência instalada de 100,74 kWp foi composto por 276 módulos do modelo CS3U-365P fabricados pela Canadian Solar, fixos com 26º de inclinação em 43 estruturas flutuantes, ocupando 1.128,067 m² (22,061 m x 51,134 m) de área, com dois inversores ABB TRIO-50, conforme a FIGURA 3.
FIGURA 3 – SISTEMA FLUTUANTE NA UHE SANTA CLARA.
FONTES: Paludo et al. (2018a; 2018b) e Portella et al. (2019).
Outros três sistemas foram montados para comparação de desempenho. Entre eles, um sistema dinâmico com dois módulos na inclinação horizontal (S2SDH) sobre uma estrutura, paralela ao eixo Norte, para rastreamento da máxima incidência solar diária, na direção Leste-Oeste. Os outros dois eram sistemas estáticos, porém, um
com os módulos em posição horizontal (S3SEH) e no outro, inclinados (S4SEI) em relação ao eixo Norte. A configuração dos sistemas está apresentada na TABELA 7.
TABELA 7 – COMBINAÇÃO DOS SISTEMAS
FONTE: O autor (2020)
Os sistemas em solo, cada um acoplado à um inversor ECOSOLYS específico, foram montados sobre o contêiner que abrigava os inversores e o quadro de comando, conforme a FIGURA 4.
FIGURA 4 – ARRANJO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EM SOLO.
FONTES: O autor (2020) e Paludo et al. (2018a; 2018b).
4.1.3 Blocos de ancoragem
A ancoragem do sistema flutuante usou fixadores ao fundo e contrapesos para regulagem em diferentes níveis do reservatório. Foram utilizadas peças pré-fabricadas e preenchidas de concreto, vinculadas por correntes metálicas, de modo a suportar
n Wp P (Wp) ABB (50 kW) ECOSOLYS (1 kW) P(Wp) S1FEI 276 365 100.740 2 104.000 S2SDH 2 365 730 1 1.100 S3SEH 2 365 730 1 1.100 S4SEI 2 365 730 1 1.100 ∑ 282 102.930 2 3 107.300 Módulos Inversores ID S2SDH S4SEI S3SEH Estruturas e flutuadores
os esforços na estrutura ocasionados pela ação das ondas provocadas pelo vento e do aumento no nível da água. Conforme a FIGURA 5.
FIGURA 5 – BLOCOS DE ANCORAGEM E CONTRA-PESOS.
FONTE: O autor (2020).
4.1.4 Conexão com a rede de transmissão
Para transmissão da energia gerada houve a conexão com a rede existente de 34,5 kV e um transformador, conforme a FIGURA 6. Entre os dispositivos de ligação estavam os conectores tipo MR-4 padrão para a interligação dos módulos, os cabos condutores e os dispositivos de proteção.
FIGURA 6 – CONEXÃO COM A REDE DE TRANSMISSÃO.
FONTE: O autor (2020).
Para exemplificar como ocorreu a conexão com a rede existente, um diagrama unifilar básico é apresentado na FIGURA 7.
FIGURA 7 – DIAGRAMA UNIFILAR BÁSICO.
FONTE: O autor (2020).
4.1.5 Estrutura
A estrutura metálica foi fabricada em aço carbono galvanizado à quente composta por vigas, passarela em chapa perfurada, soldas, guarda-corpo, um sistema de ancoragem e outro de interligação para permitir o deslocamento angular quando da formação de ondas, conforme a FIGURA 8.
FIGURA 8 – ESTRUTURA METÁLICA
4.1.6 Flutuadores
O sistema apresentou a capacidade de flutuação pelo uso de bombonas de 250 L, em polietileno de alta densidade, em uso no transporte de óleos, após pré- lavagem, desinfecção e tratamento anti-UV, conforme a FIGURA 9. Também cogitou- se preenchê-las com espuma expansiva de poliuretano se perfuradas.
FIGURA 9 – FLUTUADORES BOMBONAS DE POLIETILENO 250 L
PORTELLA et al. (2019).
4.1.7 Inversores
No sistema flutuante foram instalados 2 inversores ABB TRIO-TM-50.0-400. Conforme a datasheet do fabricante, este inversor apresenta eficiência de 98,3%, item diretamente envolvido na produtividade final, com potência de entrada nominal de 52 kW, conforme ilustrado na FIGURA 10.
FIGURA 10 – INVERSORES ABB
Para a transmissão de dados dos sistemas em solo foram usadas 3 unidades de inversores ECOSOLYS, modelo Ecos 1000, com monitoramento e acessórios para ligação elétrica, conforme a FIGURA 11. Este inversor apresenta eficiência de 93%, com potência máxima de 1,1 kW (CA). Os dados de geração foram coletados com o envio automático para acompanhamento em tempo real pela conexão web.
FIGURA 11 – INVERSORES EOSOLYS
FONTE: O Autor (2020).
4.1.8 Módulos fotovoltaicos
O modelo CS3U-365P, fabricado pela empresa Canadian Solar, apresentava 144 células de silício policristalino, com potência de 365 Wp, sistema de diodos by-
pass isolando células sombreadas, para proteção e continuidade da geração, com
eficiência de 17,39% conforme a FIGURA 12.
FIGURA 12 – MÓDULO CANADIAN SOLAR CS3U-365P
Os módulos foram fixados com distância linear de 0,98 m e inclinação de 26º, aproximadamente a latitude do reservatório, uma prática comum adotada nos dimensionamentos. Conforme indicado na FIGURA 8, p. 58.
4.1.9 Rastreador
Para o rastreamento da máxima incidência solar foi utilizada uma estrutura Solar Tracker modelo Sirius para 2 módulos. Os módulos, na estrutura de fixação utilizavam outra estrutura metálica para movimentação, conforme a FIGURA 13.
.
FIGURA 13 – ESTRUTURA SOLAR TRACKER
FONTE: O Autor (2020).
4.1.10 Registros dos dados
Para o desenvolvimento das atividades de pesquisa também foram utilizados um monitor de led e um computador portátil com sistema operacional compatível para a conexão web, e principalmente, aplicativos para a produção de apresentações, relatórios, planilhas e gráficos referentes à etapa de análise.
4.1.11 Parâmetros dos módulos e inversores
Um resumo dos parâmetros de projeto dos principais equipamentos envolvidos na geração do sistema fotovoltaico está presente na TABELA 8:
TABELA 8 – PARÂMETROS ADOTADOS DOS PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS
FONTE: O autor (2020)