Segundo a Resolução Normativa 482 (ANEEL, 2012), atualmente existem dois formatos de sistemas fotovoltaicos; autônomos e conectados à rede elétrica.
Os sistemas autônomos, ou sistema isolados, estão em locais não atendidos por uma rede elétrica. Podem ser usados em qualquer lugar onde recebe a luz do sol. Muitas são suas aplicações, como a iluminação pública, sistemas de telecomunicações, carregamento de baterias de veículos elétricos, pequenos aparelhos eletrônicos como calculadoras, dentre outros.
Como em nosso país a rede elétrica não chega em muitas localidades remotas, um sistema autônomo é capaz de gerar energia elétrica para atender as necessidades, por exemplo de uma residência.
Como foco deste trabalho é uma usina solar fotovoltaica conectada à rede elétrica, é abordado com mais detalhe somente este formato.
2.3.1 Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica
Diferentemente do sistema autônomo, este sistema é empregado em locais já atendidos pela energia elétrica, pois como o nome diz, ele é conectado à rede elétrica. Este sistema opera em paralelo à rede elétrica da concessionária de energia. O principal objetivo deste sistema é gerar energia para o consumo local, para reduzir ou eliminar o consumo da rede pública ou até gerar energia excedente em formato de créditos. Ainda conforme a ANEEL, outra forma é utilizar esta energia injetada na rede, em outra unidade consumidora, desde que atenda aos requisitos que serão apresentados nos tópicos posteriores.
2.3.1.1 Categorias de sistemas conectados à rede elétrica
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2019), estes sistemas conectados à rede podem ser classificados, de acordo com seu porte, em três categorias:
Microgeração: potência instalada de até 75 kW; Minigeração: potência instalada de 75 kW a 5 MW; Usinas de eletricidade: potência acima de 5 MW.
2.3.1.2 Componentes de sistemas conectados à rede elétrica
Como pode ser observado na figura 18, um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica é composto basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos, quadro de proteção CC, inversor e quadro de proteção CA.
Figura 18 - Componentes de um sistema fotovoltaico simples conectado à rede elétrica.
Fonte: Eudora Solar (2019)
Além dos módulos fotovoltaicos, que são fundamentais para um sistema de geração e que já foi detalhado nos tópicos anteriores, um equipamento essencial é o Inversor. Ele é responsável por converter a eletricidade gerada pelos módulos em corrente contínua para corrente alternada, que será conectada na rede elétrica. A escolha do inversor mais adequado para um projeto depende da potência gerada (lado CC), dos módulos empregados e de outros aspectos como a necessidade de um transformador de isolação no inversor.
Os conjuntos de módulos fotovoltaicos podem ser ligados em série e/ou paralelo para aumentar a energia final produzida, com tensões e correntes maiores do que as produzidas por um módulo individualmente. Esta “fila” de módulos em série é chamada de string. Para interligar todas estas strings é necessário um componente denominado string box ou simplesmente caixa de strings. Esta caixa deve ser protegida contra intempéries, os terminais positivo e negativo bem separados e identificados no seu interior.
O número de módulo ligados em série determina a tensão do conjunto, que é a própria tensão aplicada nos terminais de entrada, no lado CC do inversor. Neste caso, os inversores devem ser dimensionados para suportar toda soma das tensões de circuito aberto dos módulos, que é a tensão de circuito aberto da string. Para
ligações de conjuntos em paralelo, sempre de acordo com a potência máxima do inversor, a corrente fornecida pelo conjunto é a soma das correntes de cada string. Para proteção dos módulos e cabos contra sobrecargas e correntes reversas, são usados fusíveis de strings em todos os condutores ativos, positivos e negativos, de acordo com a exigência da norma IEC 60364. Em instalações com até dois strings em paralelo, não é obrigatório a presença de fusíveis, e conjuntos com mais de dois strings requerem fusíveis de proteção.
A figura 19 demonstra o diagrama elétrico da caixa de conexão contendo os polos positivo e negativo, bem como seus respectivos barramentos. Nela também é possível observar as ligações série e paralelo dos módulos fotovoltaicos.
Figura 19 - Caixa para conexão de diversos strings em paralelo, incluindo fusíveis e barramentos.
Fonte: Villalva (2012)
A caixa de strings também pode conter, em série, os diodos de bloqueio ou diodo de strings. Eles servem para impedir que a corrente elétrica circule no sentido contrário ao sentido normal da corrente nos módulos, evitando que o painel seja danificado. Outra função destes diodos, é no caso de ocorrer curto-circuito ou
sombreamento total ou parcial em uma das strings, os demais continuam funcionando normalmente.
Outros dois componentes que compõem um sistema fotovoltaico é o quadro de proteção de corrente contínua (CC) e o quadro de proteção de corrente alternada (CA). Para o lado de corrente contínua, além de possuir fusíveis para a conexão das strings, incorpora uma chave de desconexão CC e o dispositivo de proteção de surto (DPS). Neste mesmo quadro deve conter o barramento de aterramento, que é necessário para coletar as ligações à terra de todas estruturas metálicas e carcaças dos módulos.
Já o quadro de proteção de corrente alternada é responsável pela conexão entre os inversores e a rede elétrica. Neste caso, tem-se a presença do disjuntor diferencial residual (DDR) na entrada do sistema, porém pode ser substituído por um disjuntor termomagnético combinado com um interruptor diferencial residual (IDR). Recomenda-se a utilização de dispositivo de proteção de surtos (DPS) em regiões com elevada incidência de descargas atmosféricas para proteger a instalação e o lado de corrente alternada dos inversores.
Figura 20 - Instalação do dispositivo de proteção de surto (DPS) instalado próximo ao inversor.
Fonte: https://www.findernet.com (2019)
Segundo a norma IEC 60364, recomenda-se que seja instalado um DPS adicional próximo ao inversor, em quadro separado, quando a distância do inversor até a conexão à rede for superior a dez metros. A figura 20 demonstra uma
instalação em que os inversores são conectados às fases, sem a necessidade do neutro e o caso de um DPS ser instalado próximo ao inversor.
3 PROJETOTÉCNICOEVIABILIDADEFINANCEIRA
Neste capítulo será abordado todo projeto técnico envolvendo análise do terreno, ambiental, as subestações e linhas de transmissão, bem como as etapas para viabilização do acesso junto à concessionária. Será demonstrado os cálculos da potência da usina e a definição dos equipamentos escolhidos. No final é explanado todo o cálculo financeiro, com detalhamento do opex, capex e por fim o fluxo de caixa.