Análise da qualidade de energia elétrica proveniente de uma planta solar fotovoltaica conectada à rede de distribuição de energia

(1)

WENDELL WILLI AM TEIXEIRA

ANÁLISE DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA PROVENIENTE DE UMA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA À REDE DE DISTRIBUIÇÃO

DE ENERGIA

(2)

ANÁLISE DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA

PROVENIENTE DE UMA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA

CONECTADA À REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA

Trabalho de Graduação apresentado ao

Conselho de Curso de Graduação em

Engenharia Elétrica da Faculdade de

Engenharia de

Guaratinguetá, Universidade Estadual

Paulista, como parte dos requisitos para

obtenção do diploma de Graduação em

Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dr. Oscar Armando

Maldonado Astorga

(3)

T266a

Teixeira, Wendell William

Análise da qualidade de energia elétrica proveniente de uma planta solar fotovoltaica conectada à rede de distribuição de energia / Wendell William Teixeira – Guaratinguetá : [s.n], 2014.

9 7 f. : il.

Bi bliograf ia : f. 95-97

Trabalho de Graduação em Engenhari a El ét ri ca – Universidade Est adual Paulist a, Facul dade de Engenhari a de Guarati nguet á, 2014.

Orientador: Prof. Dr. Oscar Armando Maldonado Astorga

1. Energia solar 2. Geração de energia fotovoltaica 3. Energia elétrica – Distribuição I. Título

(4)

(5)

(6)

Agradeço aos meus familiares por todo apoio e incentivo, tenham certeza que suas palavras tornaram os meus dias mais tranquilos.

Ao meu pai José Carlos, meus tios Edvaldo e Marcelo, pois foi nessa roda que aprendi

que a maior malandragem da vida é viver.

À minha querida mãe Sandra, por ser a pessoa maravilhosa que é, e que sempre esteve olhando por mim, te amo mamãe!

Ao meu irmão Wallace, que me enche de orgulho, é um prazer ser seu irmão.

À minha noiva Suellen, com quem aprendi que sozinho podemos ir rápido, mas juntos vamos longe, uma pessoas especial com quem quero passar cada segundo da minha vida e construir juntos nossa felicidade.

Agradeço aos meus amigos do skate, que são irmãos, juntos movemos montanhas para alcançar nossos objetivos, e aprendemos que nada pode nos parar se mantivermos a cabeça levantada, nunca alto demais pois não somos melhores que ninguém, jamais baixa porquê ninguém é melhor que a gente, mas sim olho no olho, em pé de igualdade, e seguir em frente pois o mundo é nosso.

Aos irmãos da República A.P.A.E., gostaria de dizer que a faculdade sempre foi fácil, mas vocês a tornaram extremamente engraçada! Tenho orgulho de cada um de vocês!

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“Nenhuma verdade é absoluta, questione sempre!”

(8)

Trabalho de Graduação em Engenharia Elétrica – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá.

RESUMO

O presente trabalho apresenta a análise da qualidade de energia em uma Planta de Geração Solar Fotovoltaica Distribuída - com capacidade Instalada de 1 MWpico, conectada à rede de distribuição de 11,9 kV, que tem por objetivo levantar e comparar com a norma nacional vigente, os efeitos sobre a qualidade da energia provenientes da utilização de tal matriz geradora. Teve-se como base, os níveis especificados no Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional, comumente conhecido como PRODIST, que especifica as diretrizes sobre o quesito Qualidade da Energia Elétrica em território brasileiro. Levou-se em consideração igualmente, as orientações internacionais contidas nas normas 929 e 1547, que propõem, sucessivamente, práticas recomendadas para sistemas de geração solar fotovoltaicos e padrões para conexão de fontes de geração

distribuídas conectados à rede elétrica, ambas elaboradas pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers, largamente conhecido como IEEE. Fez-se todo o desenvolvimento e

trabalho de campo de maneira contínua, e não em momentos específicos, garantindo assim a confiabilidade dos dados obtidos.

PALAVRAS-CHAVE: Energia Solar. Energia Fotovoltaica. Geração distribuída. Qualidade

(9)

100 f. Travail de fin d’études en génie électrique – Faculté d’Ingénierie de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá.

RESUMÉ

Ce document présente l'analyse de la qualité de l'énergie dans une centrale solaire photovoltaïque - avec une capacité installée de 1 MWpico, relié au réseau de distribution d’électricité en 11,9 kV, qui a comme but connaître et également de comparer à la norme nationale actuelle, les effets de la qualité de l'énergie électrique résultant de l'utilisation de cette type matrice génératrice. Le rapport a été basé sur des niveaux spécifiés dans le module

8 des Procédures de distribution d'électricité dans le réseau national d'électricité - PRODIST, qui précise les directrices sur la question de la qualité de l'énergie électrique sur le territoire

brésilien. Il a été considéré aussi les recommandations internationales 929 et 1547, qui proposent des pratiques recommandées concernant des systèmes de génération de l'énergie solaire PV (photovoltaïque), et également des normes pour le raccordement de ces types de sources au réseau de distributions d'électricité, tous deux établis par l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens, largement connu comme IEEE. Le développement et le travail sur le terrain a eu lieu de manière continué, et non dans des moments spécifiques, assurant de cette manière, la fiabilité des données obtenues.

(10)

Figura 1– Geração de Energia Elétrica por Fontes Renovaveis ... 19

Figura 2 – Demanda de Energia Primária por Combustível ... 22

Figura 3 – Distribuição por países da potencia de geração solar PV instalada ... 25

Figura 4 – Capacidade instalada de geração solar PV acumulada por países ... 26

Figura 5 – Média de irradiação horizontal anual ... 27

Figura 6 – Distribuição dos projetos apresentados no Leilão de Reserva de 2014 ... 29

Figura 7 – Diagrama unifilar simplificado de Tanquinho ... 30

Figura 8 –Quadros monitorados no presente estudo ... 31

Figura 9 – Perfil das tensões eficazes na saída do QDCA-3 durante o período monitorado. ... 35

Figura 10 – Perfil de tensões eficazes, quadro QDCA-3 para análise em regime permanente. ... 36

Figura11 – Histograma de tensão da fase A, quadro QDCA-3. ... 37

Figura 12 – Histograma de tensão da fase B, quadro QDCA-3. ... 37

Figura 13 – Histograma de tensão da fase C, quadro QDCA-3. ... 38

Figura 14 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase A, quadro QDCA-3. ... 39

Figura 15 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase B, quadro QDCA-3. ... 39

Figura 16 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase C, quadro QDCA-3. ... 39

Figura 17 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase A, quadro QDCA-3. ... 40

(11)

Figura 20 – Curva de DHTi e Potência dia 07/09/2014, quadro QDCA-3 ... 42

Figura 21 – DHTi função da potência ativa, quadro QDCA-3. ... 43

Figura 22 – Perfil da potência ativa trifásica no quadro QDCA-3. ... 44

Figura 23 – Figura de irradiação solar e potencia registrada no quadro QDCA-3 no dia 08/09/2014. ... 45

Figura 24 – Perfil de potência no período de 06/09/14 19h00 : 07/09/14 06:00, quadro QDCA-3 ... 46

Figura 25 – Fator de potência calculado no quadro QDCA-3. ... 46

Figura 26 – Variação do fator de potência em função da potência ativa no quadro QDCA-3. ... 47

Figura 27 – Energia gerada, quadro QDCA-3. ... 48

Figura 28 – Fator de desequilíbrio durante o período de monitoramento, quadro QDCA-3. ... 49

Figura 29 – Perfil de frequência, quadro QDCA-3 ... 50

Figura 30 – Eventos da fase A na curva ITIC, quadro QDCA-3... 51

Figura 31 – Perfil das tensões eficazes de fase, quadro QDCA – 1, período de monitoramento 01/07 – 09/07. ... 52

Figura 32 – Perfil das tensões eficazes de fase, quadro QDCA – 1, período de monitoramento 10/07 – 12/07. ... 53

Figura 33 – Perfil de tensões eficazes de fase, quadro QDCA-1 para análise em regime permanente, período de monitoramento 01/07 – 09/07. ... 54

Figura 34 – Histograma de tensão da fase A, quadro QDCA-1 ... 55

Figura 35 – Histograma de tensão da fase B, quadro QDCA-1. ... 55

Figura 36 – Histograma de tensão da fase C, quadro QDCA-1. ... 56

(12)

QDCA- 1 ... 58

Figura 39 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase C, quadro QDCA-1 ... 59

Figura 40 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase A, quadro QDCA-1. ... 60

Figura 41 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase B, quadro QDCA-1. ... 61

Figura 42 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase C, quadro QDCA-1. ... 62

Figura 43 – Curva de DHTi e Potência dia 02/07/14 , fase A, quadro QDCA-1 ... 63

Figura 44 – DHTi função da corrente, fase A, quadro QDCA-1 ... 64

Figura 45 – Perfil da potência ativa trifásica no quadro QDCA-1. ... 65

Figura 46 – Figura de irradiação solar e potencia registrada no quadro QDCA-1 no dia 09/07/2014 ... 67

Figura 47 – Perfil de potência no período de 01/07/14 19h00 : 02/07/14 06:00, quadro QDCA-1 ... 68

Figura 48 – Fator de Potência e perfil de potência ativa trifásica, quadro QDCA-1. ... 69

Figura 49 – Variação do fator de potência em função da potência ativa no quadro QDCA-1. ... 70

Figura 50 – Energia diária gerada, monitorada no quadro QDCA-1. ... 71

Figura 51 – Fator de desequilíbrio durante o período de monitoramento, quadro QDCA-1. ... 70

Figura 52 – Perfil de frequência, quadro QDCA-1. ... 72

(13)

Figura 55 – Perfil de tensões eficazes, quadro QGBT-1 para análise em regime

permanente. ... 77

Figura 56 – Histograma de tensão da fase AB, quadro QGBT-1. ... 78

Figura 57 – Histograma de tensão da fase BC, quadro QGBT-1. ... 78

Figura 58 – Histograma de tensão da fase CA, quadro QGBT-1. ... 79

Figura 59 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase AB, quadro QGBT-1. ... 80

Figura 60 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase BC, quadro QGBT-1. ... 80

Figura 61 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase CA, quadro QGBT-1. ... 80

Figura 62 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase A, quadro QGBT-1. ... 81

Figura 63 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase B, quadro QGBT-1. ... 82

Figura 64 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase C, quadro QGBT-1. ... 82

Figura 65 – Curva de DHTi e Corrente dia 13/09/2014, quadro QGBT-1. ... 83

Figura 66 – DHTi função da corrente, quadro QGBT-1. ... 84

Figura 67 – Perfil da potência ativa trifásica no quadro QGBT-1. ... 85

Figura 68 – Figura de irradiação solar e potencia registrada no quadro QGBT-1 no dia 13/09/2014. ... 86

Figura 69 – Fator de potência calculado no quadro QGBT-1. ... 87

(14)

Figura 72 – Fator de desequilíbrio durante o período de monitoramento, quadro

QGBT-1. ... 89

Figura 73 – Perfil de frequência, quadro QGBT-1. ... 90

(15)

Tabela 1 –Valores máximos, mínimos, médios, desvios padrões e P95% das tensões

RMS, quadro QDCA-3 ... 37

Tabela 2 –Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de

tensão, quadro QDCA-3. ... 40

corrente, quadro QDCA-3. ... 41

Tabela 4 –Valores máximo, mínimo, médio, desvio padrão e P95% da potência ativa

trifásica, quadro QDCA-3. ... 44

Tabela 5 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de potência, quadro

QDCA-3. ... 47

Tabela 6 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de desequilíbrio, quadro

QDCA-3. ... 49

Tabela 7 –Valores máximos, mínimos e médios, desvio padrão e P95% de frequência,

quadro QDCA-3. ... 50

Tabela 8 –VTCDs registrados no quadro QDCA-3 ... 50

Tabela 9 –VTCDs fora dos limites da curva ITIC, quadro QDCA-3 ... 51

Tabela 10 –Valores máximos, mínimos, médios e desvios padrões das tensões RMS,

quadro QDCA-1, 01/07 a 09/07 ... 54

quadro QDCA-1, 10/07 a 12/07 ... 54

Tabela 12– Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de

tensão, 01/07/14 – 09/07/14, quadro QDCA-1 ... 59

(16)

Tabela 15 –Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de corrente, 10/07/14 – 12/07/14, quadro QDCA-1. ... 63

Tabela 16 –Valores máximo, mínimo, médio e desvio padrão da potência ativa trifásica, 01/07/14 – 09/07/14 quadro QDCA-1. ... 66

Tabela 17– Valores máximo, mínimo, médio e desvio padrão da potência ativa trifásica, 10/07/14 – 12/07/14 quadro QDCA-1. ... 66

Tabela 18 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de potência, 01/07/14 a

09/07/14, quadro QDCA-1. ... 69

Tabela 19 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de potência, 01/07/14 a

09/07/14, quadro QDCA-1. ... 69

Tabela 20 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de desequilíbrio, 01/07/14 – 09/07/14 quadro QDCA-1. ... 71

Tabela 21 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de desequilíbrio, 10/07/14 – 12/07/14 quadro QDCA-1. ... 72

Tabela 22 –Valores máximos, mínimos e médios de frequência, 01/07/14 – 09/07/14,

Tabela 23 –Valores máximos, mínimos e médios de frequência, 01/07/14 – 09/07/14,

Tabela 24 –VTCDs registrados no quadro QDCA-1 ... 73

Tabela 25 –VTCDs fora dos limites da curva ITIC, quadro QDCA-1 ... 75

quadro QGBT-1. ... 78

tensão, quadro QGBT-1. ... 81

(17)

Tabela 30 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de potência, quadro

QGBT-1. ... 87

Tabela 31 –Valores máximos, mínimos e médios do fator de desequilíbrio, quadro

QGBT-1. ... 89

Tabela 32 –Valores máximos, mínimos e médios, desvio padrão e P95% de frequência, quadro QGBT-1. ... 90

Tabela 33 –VTCDs registrados no quadro QGBT-1 ... 90

(18)

Quadro 1 – Equipamentos de medição ... 35

Quadro 2 – Especificações técnicas inversor Fronius IG 120 V-3 ... 34

Quadro 3 – Especificações técnicas do painel solar Dupont DA 142Wp ... 35

Quadro 4 – Interrupções de energia, quadro QDCA-3 ... 36

Quadro 5 –Interrupções de energia, quadro QDCA-1, 01/07 a 09/07 ... 53

Quadro 6 –Especificações técnicas inversor Ingecon Power Max – 275 Vac ... 75

Quadro 7 –Especificações técnicas do painel solar YL 280 P-35b ... 76

(19)

1.1 OBJ ETIVOS ... 19

1.2 MOT IVAÇ ÃO ... 19

1.2.1 Tendên ci as E con ômicas ... 20

1.2.2 Tendên ci as T ecnológicas ... 20

1.2.3 Disponibil idad e d e Recu rsos ... 21

1.2.4 Incertezas Cli máti cas ... 23

1.3 PANORAMA MUNDIA L DA GER AÇ ÃO DE ENERG IA SO LAR PV (FOTOVO LTAIC A) ... 2 5 1.4 PANORAMA DA GERAÇÃO DE ENERGIA S OLAR P V NO BR AS IL ... 27

1.5 OBJ ETO DE ES TUDO ... 29

1.5.1 Pontos d e Medi ção ... 31

1.6 METODOLOG IA E DESCR IÇÃO DOS C AP ÍTU LOS ... 32

1.7 LOC AL ... 32

1.8 AT IV IDADES DES ENVOLV IDAS ... 33

1.9 ANALIS ADOR DE QUALIDADE, P ER ÍODO E PONTO M EDIDO ... 33

1.10 EQUIP AMENTOS DE MED IÇÃO ... 33

2 DADOS RESULT ANTES DAS ME DIÇÕES DE QEE ... 34

2.1 QUADR O QDC A -3 ... 34

2.1.1 Especificações técn icas d o inve rsor Fronius IG 120 V -3 e pain el solar Dupont DA 142Wp ... 34

2.1.2 Tensão em regi me p erman en te ... 35

2.1.3 Distorção h armôni ca total d e ten são (DHTv %) ... 38

2.1.4 Distorção h armônica total d e corren te (DHTi %) ... 40

(20)

2.1.8 Variação de Frequência ... 49

2.1.9 Anális es de Vari ações d e T ens ão d e Cu rta Du ração ... 50

2.2 QUADR O QDC A -1 ... 52

2.2.1 Especificações técni cas ... 52

2.2.5 Anális es das Potências ... 65

2.2.6 Energia gerada ... 70

2.2.7 Desequil íbri o d e ten são ... 71

2.3 QUADR O QGBT - 1 ... 75

2.3.1 Especificações técni cas d e inversor In gecon Power Max – 275 Vac – 500 k W e do pain el YL 280P -35b ... 75

2.3.5 Anális es das Potências ... 85

2.3.6 Energia gerada ... 88

2.3.7 Desequil íbri o d e ten são ... 89

3 CONCLUSÕ ES ... 91

(21)

1 INTRODUÇÃO

1.1 OBJETIVOS

Est e t rabalho t em por obj etivo apresent ar e comparar os resul tados e as anális es das medições de qualidade de energi a el ét ri ca (QEE) do parque sol ar Tanqui nho da empres a CP FL. As análi ses foram realizadas e comparadas

conform e os requeri ment os est abel eci dos pel o PRODIS T Módulo 8, a norm a IEEE 1547 e IEEE 929.

1.2 MOT IVAÇ ÃO

Ali ado às tendênci as da economi a , à evol ução da t ecnologia, à disponibil idade de recurs os naturais, às incert ezas clim áticas, e à lut a

incess ante pel a di mi nui ção das em issões dos gases de efeito estufa (G.E.E.) a expansão da m at riz de geração de energia el ét ri ca é direcionada, sobret udo para as font es renováveis, com o elucidado no gráfi co apres ent ado na Fi gura 1.

Figura 1– Geração de Energia Elétrica por Fontes Renováveis

F o nt e : I E A ( 2 0 1 2 ) .

1.2.1 Tendên ci as E con ômicas

(22)

el evarão a um a t axa anual m édi a de 1,8%, as economi as dos país es em vi as de desenvol vimento cres cerão a um a tax a anual médi a de 6,7% (R OLAND BER GER, 2011). O com ércio i nternaci onal s e int ensificará, acim a de t udo pel o dinami smo do comércio exterior dos paí ses em vi as de des envolvim ento

que s erão responsáveis por 73% das export ações nom inai s mundi ais (RO LAND BER GER , 2011).

Por conseguint e, ent re os anos 2011 e 2030 o Bras il deverá apres entar um cresci mento econômico de 4,1% ao ano (OECD, 2012). Os vet ores cent rai s dest e cres cimento serão o caráter di nâmi co de seu mercado interno, parti cul arment e di ante a m elhori a na di stribui ção de renda, e a com peti tivi dade de suas commodit ies . Logo, o Brasil i rá ser a quart a economia do mundo em 2030 diant e o que as proj eções apontam; e com um P IB de 12 t ril hões de dól ares1 (S TANDAR D CHAR TERED, 2010).

Nesta l inha, im pulsi onado e sus tentado por grande conjunto de obras de infraes trutura, estim a -se que nos próximos anos haverá um aum ent o da tax a de investim ento no Brasil. Sim ultaneam ent e, o Brasil deverá mant er bas es macroeconômi cas s ólidas e um sist em a fi nancei ro robusto, com des taque para o papel do BNDES como agent e fi nanci ador de proj et os de infraest rut ura.

1.2.2 Tendên ci as T ecnológicas

Um a hi pót ese mui to aceit ável é que os avanços t ecnol ógi cos que decorrerão nos próxi mos vint e anos deverão provocar rupt uras de paradi gmas estim ul adas por processos de inovações radi cais2. Dent re ess es novos padrões tecnol ó gi cos , merece dest aque a roboti zação de ati vidades cotidi anas que farão com que a realidade vi rtual, aliada à int ernet desencadeie mudanças ainda mais s i gni fi cat ivas no estil o de vida dos indi víduos. A incorporação de inovações em biot ecnologi a é out ro pon to relevante no campo do avanço tecnol ógi co, especi alm ent e nos países em vi as de des envolvim ento, procurando promover práti cas agrí col as mais produtivas e sustentávei s. Um a

1 Dólares a preços correntes.

2_{Inovações radicais são aquelas que rompem com o paradigma tecnológico vigente e estabelecem uma}

nova trajetória tecnológica. Tais inovações não são contínuas no tempo e são comumente originadas de

(23)

tendênci a geral que será intensi ficada é a adoção e dis seminação de novas tecnol ogi as em perí odos de tempo cada vez menores (M ART INI, 2013).

No s et or energéti co, sobreleva -se a t endênci a de m udança do paradi gma tecnol ógi co do set or de t rans portes, com a progressi va i mplantação de

veí cul os total mente el étricos e t ambém de el ét ri cos híbr idos na frota aut omobi lísti ca. Já no setor el ét ri co, os frequent es avanços em tecnologias

com o energi a sol ar, eóli ca e bioenergi a deverão col aborar para a redução dos cust os de geração de energia a parti r dessas font es renováveis, transform ando ess as energi as cada vez mais competiti vas. Al ém do m ais, haverá a adoção em es cal a crescente de redes int eli gent es apt os de conceder a otimização do uso dos recursos energéticos e at ravés disso oportuniz ar, não apenas que os veí cul os el ét ri cos e a microgeração se esp al hem em grandes escal as, como também dar ori gem as condi ções necess ári as para o acionament o remot o de aparel hos el et rodom ésti cos. Ademais, redes i nt eli gent es concedem o cont rol e de gast os com o consumo de energia el ét rica a part ir do acom panhamento em tempo real da evolução dos preços de elet ricidade3 (M IT, 2011; IEA, 2011; IEA, 2009a; IEA, 2009b; IEA, 2008a; IEA, 2008b).

1.2.3 Disponibil idad e d e Recu rsos

A disponi bilidade de recursos naturai s é um a quest ão de extrem a importância, MATTAR (2013) destaca o fat o de que a popul ação mundi al consom e hoje 50% mais recursos naturais renováveis do que a Terra é capaz de regenerar. O resultado s e torna cada vez m ais preocupant e consi derando que apenas 16% da humanidade é respons ável por 78% de todo este consum o. Analisa-se assim que a repli cação do padrão de cons umo dos país es m ais ricos para a escal a mundi al é claram ent e i nsustent ável. De qualquer m anei ra, o cres cim ent o populacional e do nível de renda dos paí s es em vi as de desenvol vimento dão result ado ao aument o da dem anda por estes recursos e a questão dos lim ites da s ua utiliz ação se torna cada vez m ais important e. Ess e ris co deve ser enfrentado, pri ncipalm ent e por em pres as util iti es, vi sando um a oportunidade para novos negócios derivados da necessi dade de um consumo

3_{Os preços irão variar em razão inversa à curva de carga através de mudanças regulatórias, dentre as}

(24)

mais racional , efi ci ente e consci ent e.

Em confronto com a necessidade da promoção de uma ofert a de energia com menor int ensi dade em carbono e menores impactos ambientais, os com bustí veis fósseis têm m anti do s ua part ici pação nas m atrizes energét icas

de di versos país es. Segundo o cenário de bas e de IEA4 (2012), os com bustí veis fósseis cont inuarão a ser respons áveis por fornecer 75% da

dem anda mundi al por energi a. O gráfi co conti do na Fi gura 2 ilustra a predom inânci a pela dem anda por com bustíveis fóss eis no futuro, apesar do forte crescim ent o da energi a gerada por font es renováveis, o que impli cari a em um a int ensi fi cação do núm ero de mort es causadas por doenças respi ratórias advindas da polui ção do ar, dados da ONU (2012) indi cam uma taxa de 7 m ilhões de óbit os no pl anet a no ano de 2012 em função da polui ção.

Figura 2 - Demanda de Energia Primária por Combustível

F o nt e : I E A ( 2 0 1 2 ) .

Por sua vez, deve -s e analis ar a ques tão da oferta de água com ress alvas em raz ão à concorrência pelo seu uso. De acordo com a UNESCO (WWDR4, 2012) a demanda por água concent ra -s e basi cam ent e em quat ro ativi dades: a agri cultura, a produção de energi a, os us os industriai s e consumo hum ano. De acordo com estudo conduzido pel a consul toria Rol and Berger Strat eg y Consul tants (RO LAND BERGER, 2011), até 2030 a dem anda m undial por água cres cerá 53%, apres ent ando um cres cim ento econômi co médi o e ausência de ganhos de efi ci ênci a. No caso dos países em ergent es, grande part e dest a

(25)

dem anda por água advém das ati vidades agrícol as, associ ada ao expressivo aum ent o da demanda por alim ent os.

Especifi cam ent e no setor energético, a água é um i nsum o fundamental , sej a para a produção de el etrici dade, extração, trans port e e process am ent o de com bustí veis fós seis , como para o planti o de cul turas energéticas. Em nível gl obal, em 2010, cerca de 15% do total da água ret irada foi utilizada para a produção de energi a. A matriz geradora brasil eira consi st e hoj e em torno 67% de energia proveni ente de hi droel ét ri cas . Devido ao aum ent o da geração de energi a e ao caráter essenci al da água para o s etor, o consu m o de água para a geração de energia deverá aum ent ar de manei ra muit o expressiva, ati ngindo um crescim ento de 85%. Tal progressão é moti vada, sobret udo pelo aum ent o da geração term el ét rica através de usi nas de m aior efi ciênci a dot adas d e sistemas de refri g eração mai s avançados (m aiores cons umi dores de água) assim como pel a expans ão da produção de biocom bustí veis. Dess e m odo , event uai s rest ri ções ao uso da água afet ari am fort em ent e o setor energético (IEA, 2012).

1.2.4 Incertezas Climáticas

As alterações climáticas demonstram um enorme risco à exploração dos recursos

naturais (geração de energia) e ao equilíbrio da biodiversidade. Portanto, podem se constituir em grande obstáculo ao desenvolvimento socioeconômico dado que são uma ameaça para

toda a biosfera. De acordo com IPCC (2007), é muito provável que o desequilíbrio do ciclo do carbono e, por consequência as alterações climáticas, sejam oriundas da ação antropogênica desencadeada pelo uso em larga escala de insumos fósseis a partir dos processos de industrialização e urbanização iniciados em meados do Século XVIII5. Deste modo, há necessidade de medidas de adaptação aos efeitos considerados como irreversíveis, bem como de medidas de mitigação às emissões. Estas, por sua vez, deverão representar uma importante restrição à expansão da oferta e possivelmente da demanda de energia.

O setor energético é responsável por mais de 60% das emissões mundiais de gases do efeito estufa (UNEP, 2012). Assim, qualquer política de mitigação das alterações climáticas

5 _{O e s t ud o a t r i b u i u ma c e r t e z a d e 9 5 % a o t e r m o “ mu i t o p r o vá v e l ” . D e a c o r d o c o m}

I P C C ( 2 0 0 7 ) a c o n c e n t r a ç ã o d e C O2 na a t mo s fe r a t e r r e s t r e p a s s o u d e 2 8 0 p p m n a e r a P r é

-I nd u s t r i a l p a r a 3 7 9 p p m e m 2 0 0 5 e nq ua nt o q ue c o n c e nt r a ç ã o d e me t a no s e e l e vo u d e 7 1 5

(26)

resultará em restrições das possibilidades de expansão da oferta de energia, o que alavanca a diversificação na utilização de fontes renováveis. Mesmo que todas as políticas de redução das emissões de gases do efeito estufa já declaradas sejam de fato cumpridas, estima-se um crescimento da temperatura anual média de 3,5 o_{C, podendo ultrapassar 6}o_{C caso tais}

políticas não sejam implementadas. No entanto, a fim de evitar grandes catástrofes climáticas, especialistas defendem que o aumento da temperatura média anual não deve ultrapassar 2 o_C

(IEA, 2010). Apesar disso, tal aumento de temperatura já provocará importantes alterações do meio ambiente que atestam a pertinência das medidas de adaptação (IEA, 2010).

O nível de emissões associadas ao setor energético deve aumentar caso nenhuma restrição global importante seja imposta. Esse aumento, entretanto, pode conhecer dois ritmos distintos, de acordo com a destinação que será dada às novas descobertas de gás e óleo, convencionais e não convencionais. Se as novas descobertas de gás substituírem a utilização de carvão – como vem acontecendo nos EUA com a intensificação do uso do shale-gas para geração de eletricidade e a desativação de centrais a carvão mais antigas – o ritmo de crescimento das emissões será mais lento. Trata-se assim de um “efeito substituição”. Caso o padrão dominante a nível global seja um uso mais intensivo de óleo e gás, e o carvão continuar a ser utilizado em larga escala, teremos um “efeito complementar” em que as

emissões de gases de efeito estufa crescerão de forma acelerada (IEA, 2012).

A implementação de uma política global de mitigação e diminuição da emissão de gases de efeito estufa estará influenciada ao ritmo de crescimento da economia mundial. Esta afirmação baseia-se nos reflexos negativos que a crise econômica mundial deflagrada em 2008 tem provocado sobre a política ambiental. As incalculáveis reuniões mundiais para tratar deste tema têm resultado em poucas ações concretas e mesmo em retrocessos, tomando-se, como exemplo, o Protocolo de Quioto, que não foi ainda substituído por um novo acordo global com compromissos vinculantes de redução de emissões.

(27)

1.3 PANORAMA MUNDIA L DA GER AÇ ÃO DE ENERG IA SO LAR FOTOVOLTA ICA

A geração solar PV (fotovoltaica) ultrapassou em 2013 a marca dos 138 GW instalados ao redor do planeta Terra, sendo pelo menos 38,4 GW instalados em 2013, um resultado além das expectativas baseadas nos resultados dos dois anos anteriores, que ultrapassaram por pouco a barreira dos 30 GW/ano instalados (EPIA 2013).

A Figura 3 mostra a distribuição global dos mais de 138 GW instalados até 2013.

Figura 3 – Distribuição por países da potencia de geração solar PV instalada

F o nt e : I E A ( 2 0 1 2 ) .

A Alemanha possui a maior capacidade instalada, em torno de 36 GW (2013), no entanto o mercado alemão indica saturação pois seu crescimento diminuiu em 2013, mas continua a frente dos outros países da Europa.

(28)

Figura 4 – Capacidade instalada de geração solar PV acumulada por países

F o nt e : I E A ( 2 0 1 2 ) .

Percebe-se claramente que na Europa houve um “boom” do crescimento da matriz solar PV nos últimos 7 anos, alavancada sobretudo pela Alemanha, que representa mais de 58% do total mundial. O gráfico mostra o crescimento acelerado da matriz Italiana nos

últimos 4 anos, e fica claro a perspectiva para essa fonte que cresceu mais de 10 GW de 2012 para 2013 somente na Europa.

A China liderou o crescimento em 2013 com mais de 11,8 GW instalados, seguida pelo Japão com mais de 6,9 GW instalados e em terceiro lugar do ranking ficou os EUA com mais de 4,8 GW instalados. Vale destacar a Índia, que ultrapassou a marca de 1 GW instalado no ano de 2013.

Vale ponderar a queda na representatividade Europeia no total anual da potência instalada que foi de 74% em 2011, atingiu a marca de 54% em 2012 e em 2013 representou apenas 29% do crescimento mundial, que foi alavancado principalmente por países da Ásia, sobretudo China e Japão, e outros também importantes como EUA, Canada e México (EPIA 2013).

(29)

Figura 5 – Média de irradiação horizontal anual

Fonte: EPIA 2013

1.4 PANORAMA DA GERAÇÃO DE ENERGIA S OLAR P V NO BR AS IL

Para que a inserção da geração solar PV ocorra de maneira facilitada, deve-se atentar para alguns aspectos como por exemplo, os aspectos regulatórios, normativos, tributários, social e etc.

Como exemplo da ação do governo nos seguimentos supracitados destaca-se a resolução 517/2012, que foi uma atualização da Resolução 482/2012, que trata da regulação dos mini/microgeradores, permitindo a instalação em unidades consumidoras de geradores pequenos, devolvendo o excedente à rede. No entanto, a falta de inteligência da rede limita esse tipo de pratica, pois sem um medidor bidirecional é impossível medir o excedente gerado, o que ocorre em medidores unidirecionais é a rotação inversa do disco. Um outro ponto a ser ponderado neste quesito, é o pilar inicial da geração, transmissão e distribuição de

(30)

Outra medida adotada, foi a isenção inicialmente de 50%, e hoje de 80%, durante 10 anos, na tarifa pela utilização seja do sistema de distribuição ou de transmissão de energia (TUSD e TUST), para as usinas centralizadas de geração de energia solar PV, que entrarem em funcionamento até 2017 (EPE 2014).

No âmbito do apoio ao consumidor, que encontra dificuldades para se atualizar sobre as novas tecnologias, a ANEEL trabalhou para esclarecer como funciona o acesso, a

compensação e faturamento de energia gerada para mini e micro geradores, utilizando o Caderno Temático de Mini e Microgeração.

Houve avanços significativos no que toca a normatização, consolidada pela criação das seguintes normas:

x ABNT NBR 16149:2013 - Sistemas fotovoltaicos (FV) - Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição;

x ABNT NBR 16150:2013 - Sistemas fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição – Procedimento de ensaio de conformidade;

x ABNT NBR 16274:2014 - Sistemas fotovoltaicos conectados à rede — Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho.

x ABNT NBR IEC 62116:2012 - Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica;

Um marco foi a instalação de sistemas fotovoltaicos sobre 1000 residências em condomínios do Programa Minha Casa Minha Vida, totalizando 2,1 MWp, trazendo para mais perto da comunidade, tais tecnologias, que por terem um custo elevado dificilmente seriam utilizadas para o publico de media/baixa renda. Como proposta, as áreas comuns dos condomínios serão abastecidas pela energia gerada pelo sistema, e o excedente comprado pela próprio CAIXA, onde uma parte da receita proveniente da venda será utilizada na melhoria do condomínio, e revertia para os moradores (EPE 2014).

Como medida para alavancar a entrada da tecnologia PV no Brasil, a ANEEL abriu uma chamada estratégica para projetos de P&D denominada “Arranjos Técnicos e Comerciais Para Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na Matriz Energética Brasileira”, realizada em 2011,

(31)

Dentre as propostas aprovadas, esta o projeto de P&D da Usina de Tanquinho, objeto de estudo do presente trabalho de graduação.

Os investimentos propostos e aprovados, totalizam R$ 395,9 milhões, o prazo para execução dos projetos é de três anos, e a potência total é de aproximadamente 24,6 MWp,

envolvendo, diretamente, 96 empresas, 62 instituições e 584 pesquisadores nos projetos (EPE 2014).

Alinhado aos projetos de pesquisa, em 2014 no leilão de energia de reserva, os projetos de geração PV não competiram com as outras fontes, mas entre si. O certame contou com aproximadamente 400 projetos, que juntos totalizam mais de 10 GW.

Um demonstrativo da distribuição dos projetos pelo Brasil foi desenvolvido pela EPE, e é apresentado na Figura 6.

Figura 6 – Distribuição dos projetos apresentados no Leilão de Reserva de 2014

Fonte: EPE 2014

1.5 OBJETO DE ES TUDO

(32)

constituída por diferentes tecnologias de painéis solares (silício monocristalino e policristalino) e inversores.

A Fi gura 7 apres ent a o di agram a uni filar si mpli fi cado da instal ação, n a qual são dest acados os pontos onde foram realizadas as m edi ções.

F i g ur a 7 - D i a gr a ma u ni f i l a r s i mp l i f i c a d o d e T a nq u i n ho

Fonte: CPFL

A tensão nominal de linha nos pontos de medi ção, quadro QDCA -1 e QDC A-3, são de 380 V, para o QGBT -1 a Vnominal de linha é i gual a 275 V.

A pot ênci a máxima no QDC A -3 é de 153,4 kWp, calculada com o a som a das pot ênci as de saí da de 15 inversores marca Froni us, modelo IGP LUS 120 -V3. A cada inversor es tão conect ados 72 painéis (24 st ri ngs c/ 3 painéis), marca DuPont, modelo DA 142Wp, com potênci a máxim a de 142 Wp.

A pot ência m áxima no QDC A -1 é de 511 kWp, totaliz ada pel a s oma da pot encia dos quadros QDC A -2, 3, 4 e 5.

(33)

invers or Ingeteam Power Max de 500 kW, t ais painéis estão divi didos em doi s conjunt os, um dos sistemas é fixo e o outro possui sist em a de t racking (moviment ação de l est e para oest e a fi m de maximizar a i nci dênci a de luz solar).

1.5.1 P ontos de Medição

Foram monitorados t rês pontos dentro da inst alação . No pri m eiro ponto, quadro QDCA -3 (ver Fi gura 8a), foi ut ilizado o equipam ento Fl uke 435 – série I. No s egundo pont o monitorado, quadro QDC A -1 (ver Fi gura 8b), o equipamento utilizado foi o Fl uke 435 – série II. Por fim , no tercei ro pont o monitorado, quad ro QGBT-1 (ver Fi gura 8c), foi util izado o equi pamento Fluke 435 – série I para medição.

Figura 8 – Quadros monitorados

a) Quadro QDC A -3 b) Quadro QDCA -1

C) Quadro QGBT -1

(34)

1.6 METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DOS CAPITULOS

O present e estudo fez uso de bi bliografi a sobre geração de energi a fotovolt ai ca, das normas de qualidade de energi a PR OD IS T Módulo 8, a norm a IEEE 1547 e IEEE 929, vis ando obt er o embas am ento t eóri co necessári o ao des envolvimento das análi ses. Utiliz ou -se igualm ent e das especi ficações técnicas dos equi pam ent os empregados na planta de Tanqui nho, e t ambém de equi pam entos para aferi r dados sobre indi cadores de qualidade de energi a. Es te t rabalho foi bas eado em document os e li vros el aborados por ci enti stas , grupo s e instituições, nacional e int ernaci onalm ent e

reconhecidos pelo destaque no âmbit o da geração sol ar fotovol tai ca.

O present e t rabalho est á est rut urado da s eguint e m anei ra:

No pri mei ro capítul o, Int rodução, apres enta -se os objetivos do es tudo, as motivaç ões, o l ocal da m edi ção, as caract erí sti cas el ét ri cas da inst alação, os pontos onde foram realizadas as m edições como os períodos dos regi stros.

No capítul o 2, Tecnologia Fotovolt ai ca Tanqui nho, aborda os tipo de tecnol ogi a em pregado na pl ant a e um panoram a geral da geração de energi a sola PV no pl anet a.

No capí tulo 3, Resultados das M edi ções de QEE (qualidade de eergi a el étri ca), os result ados das medi ções bem como s uas as análi s es.

No capít ulo 4, C oncl usão, são apresent adas as conclus ões do estudo.

No capí tulo 5, Referências Bi bliográficas, encont ram -s e as referênci as bibliográfi cas uti lizadas na el aboração do pres ent e docum ento.

1.7 LOC AL

Os dados foram aferi dos nas inst alações Subestação de Tanquinho, propri edade da concessi onária CP F L, l ocalizada na ci dad e de C ampinas – Companhi a de Força e Luz de S ão Paulo.

1.8 AT IVIDADES DE SE NVOLVIDAS

(35)

1.9 ANALIS ADOR DE QUALIDADE, P ER IODO E PONTO MEDIDO

x FLUKE 435 – s érie I, 06/09/2014, 12:20:12 a 14/09/2014, 22:30:12, QDC A -3;

x FLUKE 435 – s érie II, 01/ 07/2014, 10:55:17 a 09/07/2014, 23:15:17, QDC A -1;

x FLUKE 435 – s érie II, 10/ 07/2014, 10:16:37 a 12/07/2014, 14:16:37, QDC A -1.

x FLUKE 435 – s érie I, 06/09/2014, 12:22:44 a 14/09/2014, 21:42:44, QGBT -1 ;

1.10 EQUIP AMENTOS DE MED IÇÃO

Na Quadro 1 apres enta-se os equi pam entos de QEE usados nas medições .

Quadro 1 – Equipamentos de medição

x Qualímetro

o _{Marca: FLUKE;} o _{Modelo: 435 Series II;} o _{N° de serie: 23183104}

x Qualímetro

o _{Marca: FLUKE;} o _{Modelo: 435 Series I;}

o _{N° de serie: 13490009 e 13730025}

F o n t e : W e n d e l l W i l l i a m T e i x e i r a

2 DADOS RESULT ANTES DAS ME DIÇÕES DE QEE

(36)

2.1 QUADR O QDC A -3

2.1.1 Especificações técn icas do inverso r Fronius I G 120 V -3 e pain el

solar Dupont DA 142Wp

Na Quadro 2 e 3 são apresent adas as informações t écni cas do inversor Froni us IG 120 V -3 e do painel sol ar DuPont, m odelo DA 142Wp, que s ão os equipamentos int egrant es da s eção da pl anta conect ada ao quadr o em ques tão.

Quadro 2 – Especificações técnicas inversor Fronius IG 120 V-3

DADOS DE ENTR ADA Potência máxima de corrente continua

com FP = 1 10.590 W

Corrent e cont inua m áxima ( ID C m a x) 46,2 A

Corrent e m áxima de curto ci rcuit o do

array 69,3 A

Tensão de corrent e continua mínim a de entrada (VD C m i m)

230 V

Feed-i n s tart volt age (VD C s t a r t) 260 V

Tensão continua nom inal de ent rada

(vd c , r)

370 V

Tensão máxima de entrada (VD C m a x) 600 V

Faixa de tens ão MPP

(VM P P m i n - VM P P m a x )

230 – 500 V

DADOS DE SA ÍDA

Potência nominal de saída AC (PA C , r) 10.000 W

Potênci a aparent e m áxima de s aída 10.000 VA Corrent e m áxima de saída 14,5 A Configuração de conexão com a rede

(VA C , r)

3 - NP E 400 V / 230 V

Tensão mí nima de saída (VA C m i n) 180 V

Tensão máxima de saída (VA C m a x) 270 V

Frequência nominal (fr) 50 / 60 Hz

Faixa de frequênci a (fm i n - fm a x) 46 – 65 Hz

Fator de Distorção < 3%

Fator de Pot ênci a ( FPA C , r) 0.75 – 1 ind./ cap.6

INFORM AÇÕES GERAIS

Categori a de Sobretensão (DC/ AC ) 2/3 Consum o de pot ênci a noturno 1 W

Tecnologi a do invers or Transformador HF

(37)

Quadro 3 – Especificações técnicas do painel solar Dupont DA 142Wp

CARAC TER ÍST ICAS E LÉ TR ICAS

CONDIÇÕES PADR ÃO DE

TESTE

TEMPERATUR A NOM INA L DE

OPER AÇÃO Potên ci a nomi nal (PM P P) 142 W 105 W

Tensão no pont o PM P P (VM P P) 119 V 110 V

Corrent e no ponto PM P P ( IM P P) 1,19 A 0,96 A

Tensão de ci rcuit o aberto (VO C) 157 V 145 V

Corrente de curto circuito (IS C) 1,42 A 1,15 A

CONDIÇÕES DE OPERAÇ Ã O

Tensão m áxima do si stem a 1000 V ( IEC ) / 600 V (U L) Corrente de sobrecarga máxima

reversa 2 A

Tem peratura de operação -40 a 85 ºC

2.1.2 Tensão em regi me p erman en te

Os perfis das tensões efi caz es das 3 fas es, coletados durant e o período de monitoram ento, est ão elucidados na Fi gura 9.

Figura 9 – Perfil das tensões eficazes na saída do QDCA-3 durante o período monitorado.

(38)

Quadro 4 – Interrupções de energia, quadro QDCA-3

Interrupção Data Hora Identificados pelo Sistema de Monitoramento da usina

1 Início 09/09/2014 16:06:44 Sim Término 09/09/2014 16:06:49

F o n t e : W e nd e l l W i l l i a m T e i x e i r a

Durante o perí odo de monitoram ento (06/09 – 14/ 09) aconteceram 3

interrupções , regist radas no quadro QDC A -3.

A Fi gura 10 apres ent a as t ensões eficazes das fas es A, B e C consideradas para anális e das t ens ões em regim e perm anent e.

Figura 10 – Perfil de tensões eficazes, quadro QDCA-3 para análise em regime permanente.

Foram extraí das as inform ações sobre os níveis m áximos, mínim os, médi os, desvios padrões e P95% para as tensões monitoradas. A Tabela 1 fornece um a sí nt ese da monit oração destacada.

Tabela 1 – Valores máximos, mínimos, médios, desvios padrões e P95% das tensões RMS, quadro QDCA-3

Tensão A [V] Tensão B [V] Tensão C [V]

Máximo 223,97 224,67 223,63

Mínimo 217,39 217,93 217,09

Média 220,43 220,98 220,27

Desvio Padrão 1,37 1,41 1,33

P95% 222,54 223,20 222,31

(39)

Para uma análi se mais detalhada, é apres ent ado o histogram a da t ensão de cada fas e, conforme as Fi guras 11, 12 e 13.

Figura 11 – Histograma de tensão da fase A, quadro QDCA-3.

Figura 12 – Histograma de tensão da fase B, quadro QDCA-3.

(40)

Bas eado nos dados obtidos durant e o perí odo de moni toram ent o, a t ensão

no barram ent o do quadro QDCA -3 se enquadrou dentro dos l i mites da regi ão adequada. As análises dos hi stogramas mostram que os valores de tensão predom inant es nas t rês fas es ocupam o i nt ervalo 0,99 – 1,01 pu, em rel ação à Vfase nominal do barram ent o de 220V.

2.1.3 Distorção h armôni ca total d e ten são (DHTv %)

As Fi guras 14, 15 e 16 elucidam o comportamento dos perfis de distorção harm ôni ca total das tensões fas e -neut ro monitoradas ent re 06/ 09/ 14 e 14/09/14 para o barram ento do quadro QDC A -3. Nest a anális e foram extraídos os dados dos períodos em que ocorreram interrupções de energi a e dos períodos cont endo a agregação de dados de Vari ação de Tensão de C urt a Duração. O eixo das ordenadas (verti c al), indica o valor percentual da distorção ocorrida, em rel ação ao corres pondent e val or fundament al.

O limite para os níveis de dist orção harm ôni ca de tensão apresent ados no PROD IST Módul o 8 é de 10% em relação ao valor fundam ental, e segundo a norm a IEE E 1547 o limite para est e ques ito é de 5%. Obs erva -s e, a partir das Fi guras 14, 15 e 16, que durant e t odo o período de monitorament o ambos os limites s ão res peit ados, i ndi cando a conformi dade com ambas às norm as.

(41)

Figura 15 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase B, quadro QDCA-3.

Figura 16 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase C, quadro QDCA-3.

(42)

distorções tot ais encontradas. A Tabel a 2 fornece um a sínt es e dessa monitoração.

Tabela 2 – Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de tensão, quadro QDCA-3.

DTHv A [%] DTHv B [%] DTHv C [%]

Máximo 4,53 4,48 4,49

Mínimo 1,42 1,44 1,29

Média 2,53 2,44 2,32

P95% 3,83 3,73 3,60

2.1.4 Distorção h armônica total d e corren te (DHTi %)

As Fi guras 17, 18 e 19, elucidam o comportamento dos perfis de distorção harm ôni ca tot al das correntes monitoradas entre 06/ 09/14 e 14/09/14 para o barram ento do quadro QDC A-3. Nest a análise foram extraídos os dados dos períodos em que ocorreram interrupções de energi a e dos períodos cont endo a agregação de dados de Vari ação de Tensão de C urt a Duração. O eixo das ordenadas (verti cal), indica o valor percentual da distorçã o ocorrida, em rel ação ao corres pondent e val or fundament al.

Figura 17 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase A, quadro QDCA-3.

(43)

Figura 18 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase B, quadro QDCA-3.

Figura 19 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase C, quadro QDCA-3.

A partir das Figura 17, 18 e 19, extraíram-se as informações pertinentes aos níveis máximos, mínimos, médios, desvios padrões e P95% para as distorções totais encontradas. A

Tabela 3 fornece uma síntese dessa monitoração.

Tabela 3 – Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de corrente, quadro QDCA-3.

DTHi A [%] DTHi B [%] DTHi C [%]

Máximo 98,95 98,93 99,10

Mínimo 8,91 9,10 8,24

Média 22,50 22,13 21,47

Desvio Padrão 18,98 18,47 18,30

P95% 76,39 74,49 72,63

(44)

O módulo 8 do PR ODIS T, que é a norm a a ser obedeci da, não est abel ece um limit e m áximo de dis torção harmôni ca tot al de corrent e. A norm a IEEE 1547 est abelece o li mite máximo de 5%.

A distorção máxima regist rada foi de aproximadam ent e 100% e a mínim a

próxim a a 8%, valores superiores ao limi te da IEEE 1547.

A curva de distorção harmôni ca t ot al de corrent e e a curva da pot ência

ativa monitoradas na fas e A s ão elucidadas na Fi gura 20, para um a melho r análise dos altos val ores de DTHi encont rados. O comport am ent o das fases B e C são s em elhantes ao apres ent ado para a fase A.

Figura 20 – Curva de DHTi e Potência dia 07/09/2014, quadro QDCA-3

Os valores m áximos de DHTi são observados nos horári os em que a vari ação da potência em rel ação ao t empo, na saí da do inversor, apres ent a seu maior valor, ou sej a, no instant e em que os pai néis fot ovoltai cos com eçam a fornecer pot ênci a ou deixam de fornecer, seguindo o comportam ento da radi ação sol ar diári a e as i nt erm itências causadas pel a pass agem de nuvens .

(45)

os val ores ent re 0 e 12 horas, e a outra ent re as 12 e as 24 horas. O com portam ento das fas es B e C s ão s em el hantes ao apres ent ado para a fas e A.

Figura 21 – DHTi função da potência ativa, quadro QDCA-3.

Observa-se que a di storção harmônica t otal de corrent e dim inui com o aum ent o da corrent e gerada.

O comport am ent o de geração harmônica acima apres ent ado é encontrado na lit eratura técni ca (CR ITES , 2012; S O, 2006; EPE, 2012)com valores de picos de dist orção harm ôni ca de corrent e ent re 60% e 120%. C onsi derando que os m áximos val ores de DHTi (%) m edi dos p ara o quadro QDCA -3 foram em inst antes de bai xas corrent es , estes não represent am grandes prej uízos para o sist em a.

2.1.5 Análises das Potências

Potên ci a ati va

O comport am ento da potência ati va monitorada ent re 06/09/ 14 e 14/09/14 é elucidado pela Fi gura 22.

0 20 40 60 80 100 120

-100 4900 9900 14900 19900 24900 29900 34900 39900 44900 49900

DHTi

(%

)

Potência Ativa (W)

(46)

Figura 22 – Perfil da potência ativa trifásica no quadro QDCA-3.

Foram extraí das as inform ações sobre os níveis m áximos, mínim os, médi os, desvio padrão e P95% para a potênci a ativa m onit orada. A Tabela 4

fornece um a sí nt ese da monit oração destacada.

Tabela 4 – Valores máximo, mínimo, médio, desvio padrão e P95% da potência ativa trifásica, quadro QDCA-3.

Potência Ativa Total [kW]

Máximo 130,01

Mínimo -0,23

Média 32,04

Desvio Padrão 42,53

P95% 111,17

A Pm áxima no QDC A -3 é de 153,4 kWp, para um a i rradi ação de 1000 w/m2, conform e dados do fabri cant e dos painéis.

A mai or potência regi strada durant e o perí odo de monitoram ent o foi d e 130,01 kW, regist rado no di a 07/09/14 às 12h30.

A curva de irradi ação sol ar no local , bem com o a curva de pot ência de um di a de geração tí pica para o período monitoram ento, é elucidada na Fi gura

(47)

Figura 23 – Curva de irradiação solar e potencia registrada no quadro QDCA-3 no dia 08/09/2014.

Observa-s e que a curva de pot enci a regist rada no Quadro QDC A -3 apresent a com portament o si mil ar à curva de i rradiação sol ar para o mesm o período. A m áxima i nsol ação regist rada nest e di a foi m enor que a ins olação

de 1000 W/m2, indi cado pelo fabricant e com o s endo base para a pot ênci a nominal dos painéi s, o que explica o porquê a produção foi menor que a máxima previst a para o conj unto de pai néis, 153 kW p.

A máxim a pot ênci a regist rada no di a 08/09/2014 foi de 114,56 kW, equivale a 74,87% de sua capacidade máxima. A i rradi ação média m áxima nesse di a foi de 869,58 W/m2 equival ente a 86,9% da irradiação de 1000 W/m2 usada para o cálculo da potencia pi co máxima.

Como a t emperat ura infl ui diret am ent e no rendim ent o dos painéis, faz -s e necessári o s upervisi onar est e aspecto, que não foi abordado no presente estudo, além das perdas ao l ongo do sis tema.

(48)

Figura 24 – Perfil de potência no período de 06/09/14 19h00 : 07/09/14 06:00, quadro QDCA-3

Fator de Pot ênci a

A Fi gura 25 representa o comport am ent o do fat or de pot ênci a.

Figura 25 – Fator de potência calculado no quadro QDCA-3.

(49)

Tabela 5 – Valores máximos, mínimos e médios do fator de potência, quadro QDCA-3.

PF Total

Máximo 0,99

Mínimo -0,05

Média 0,41

Desvio Padrão 0,49

P95% 0,99

O máximo valor de fator de pot enci a é de 0,99. O valor míni mo foi de -0,05.

A Fi gura 26 apres enta a vari ação do fator de pot ênci a em função da vari ação da potência ativa monitorada no QDCA -3, para um período especi fico de 12h00.

Figura 26 – Variação do fator de potência em função da potência ativa no quadro QDCA-3.

2.1.6 Energia gerada

A Fi gura 27 elucida a energi a di ári a gerada durant e o período de monitoram ento, regi strada no quadro QDCA -3, e os dados fornecidos pel a CPFL.

A di ferença entre a m edi ção realiz ada e os regist ros da usi na de Tanqui nho, para o dia 06 de setembro, é justificada devi do ao fato da monitoração com o Fluke 435 t er inici ado a parti r das 12:20h.

-0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1

-1000 19000 39000 59000 79000 99000 119000 139000

Fator

de Potência Tr

ifásico

Potência Ativa Trifásica (W)

(50)

A diferença ent re as medi ções real izadas com o Fluke 435 e aquel as disponibil izadas pela CPF L, podem ser just ifi cadas por erros nos transformadores dos instrumentos empregados em amb as as medi ções .

Figura 27 – Energia gerada, quadro QDCA-3.

2.1.7 Desequil íbri o d e ten são

O fator de des equilí brio de t ensão moni torado, é el uci dado pel a Fi gura 28

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

06/set 07/set 08/set 09/set 10/set 11/set 12/set 13/set 14/set

E

n

er

gi

a [kWh]

DATA

(51)

Figura 28 – Fator de desequilíbrio durante o período de monitoramento, quadro QDCA-3.

Foram extraí das as inform ações sobre os níveis m áximos, mínim os, médi os, des vio padrão e P95% para o des equi líbrio de tens ão monitorado. A Tabel a 6 fornece um a sí nt ese da m onit oração des tacada.

Tabela 6 – Valores máximos, mínimos e médios do fator de desequilíbrio, quadro QDCA-3.

Fator de Desequilíbrio [%]

Máximo 0,36

Mínimo -0,01

Média 0,17

Desvio Padrão 0,06

P95% 0,26

O valor máximo do fator de desequilíbrio foi de 0,36%.

2.1.8 Variação de Frequência

Na Fi gura 2 9 est ão eluci dados os perfis de frequência no quadro QDC A

(52)

Figura 29 – Perfil de frequência, quadro QDCA-3

Foram extraí das as inform ações sobre os níveis m áximos, mínim os, médi os, desvio padrão e P95% para a frequência monitorada. A Tabela 7 fornece um a sí nt ese da monit oração destacada.

Tabela 7 – Valores máximos, mínimos e médios, desvio padrão e P95% de frequência, quadro QDCA-3.

Frequência [Hz]

Máximo 60,05

Mínimo 59,95

Média 60,00

Desvio Padrão 0,01

P95% 60,02

2.1.9 Anális es de Vari ações d e T ens ão d e Cu rta Du ração

Os eventos regist rados durant e o perí odo monitoramento no barram ent o do quadro QDC A -3 estão indicados na Tabel a 8.

Os eventos são cl assifi cados em Di p (Afundam ento), S wel l (Elevação), e Interrupção de tensão.

Tabela 8 – VTCDs registrados no quadro QDCA-3

(53)

09.09.2014 16:06:49 2h.1m.25s. Interrupção -- -- 0 09.09.2014 16:06:49 2h.1m.25s. Interrupção -- 0 -- 14.09.2014 12:29:28 0m.0s.56ms. Swell -- 346,5 -- 14.09.2014 12:29:28 1h.36m.25s. Interrupção -- -- 0 14.09.2014 12:29:28 1h.36m.25s. Interrupção 0 -- --

Na Fi gura 30 est ão eluci dados os eventos regis trados em cada fas e, bem como indi cados quai s desses estão nas regi ões com probabili dade de dano de equipamentos elet rônicos, segundo a curva IT IC.

Figura 30 – Eventos da fase A na curva ITIC, quadro QDCA-3

Os eventos VTCDs que se enquadram fora dos limit es da curva IT IC , que apres entam probabi lidade de dani fi car equipam entos el etrôni cos sensíveis, estão elucidados na Tabela 9.

Tabela 9 – VTCDs fora dos limites da curva ITIC, quadro QDCA-3

Data Hora Hora Duração Tipo Fase A (V) Fase B (V) Fase C (V) 09.09.2014 16:06:43 0m.5s.268ms. Interrupção -- 0 -- 09.09.2014 16:06:44 0m.4s.893ms. Interrupção 0 -- -- 09.09.2014 16:06:49 2h.1m.25s. Interrupção -- -- 0 09.09.2014 16:06:49 2h.1m.25s. Interrupção -- 0 -- 14.09.2014 12:29:28 0m.0s.56ms. Swell -- 346,5 -- 14.09.2014 12:29:28 1h.36m.25s. Interrupção -- -- 0 14.09.2014 12:29:28 1h.36m.25s. Interrupção 0 -- --

(54)

2.2 QUADR O QDC A -1

2.2.1 Especificações técni cas

Est e quadro é o pont o de acoplamento dos quadros QDC A 2 até o QDC A -5. Os painéis fotovoltai cos e os inversores utiliz ados nes s es quadros s ão iguais ao QDCA -3 di scut ido no it em 3.1.

No ponto QDC A -1 foram dois os perí odos consi derados na análise: o período compreendi do entre os di as 01/07 a 09/07 de 2014 e o período com preendi do entre os di as 10/ 07 a 12/ 07.

2.2.2 Tensão em regi me p erman en te

Os perfis das tensões efi caz es das 3 fas es, coleta dos durant e o período de monitoram ento, 01/ 07 a 09/ 07 e de 10/07 a 12/07, est ão respectivam ent e elucidados nas Fi guras 31 e 32.

Figura 31 – Perfil das tensões eficazes de fase, quadro QDCA – 1, período de monitoramento 01/07 – 09/07.

(55)

Figura 32 – Perfil das tensões eficazes de fase, quadro QDCA – 1, período de monitoramento 10/07 – 12/07.

Para a análise das tensões em regi me perm anente, foram extraídos os dados dos períodos em que ocorreram interrupções de energi a e dos períodos contendo a agregação de dados de Vari ação de Tens ão de C urt a Duração. Na Quadro 5 est ão consolidados os dados contendo os perí odos em que ocorreram interrupções de energi a, o período de monitoram ento do di a 01/07 a 09/07, e igualment e indicado se t ais interrupções foram regi stradas pel o sist em a de monitoram ento do S mart Int egration.

Para o período de 10/07 a 12/ 07 não foi necess ário expurgar dados um a vez que não ocorreram interrupções de energi a.

Quadro 5 – Interrupções de energia, quadro QDCA-1, 01/07 a 09/07

Interrupção Data Hora Identificados pelo Sistema de Monitoramento da usina?

1 Início 1/7/14 11:15:17 Sim

Término 1/7/14 15:55:17

2 Início 9/7/14 18:55:17 Sim

Término 9/7/14 23:15:17

3

Início 3/7/14 11:25:17

Registrado no horário das 11:09 às 11:15 Término 3/7/14 11:21:40

F o n t e : W e nd e l l W i l l i a m T e i xe i r a

(56)

A Fi gura 33 apres ent a as t ensões eficazes das fas es A, B e C consideradas para análi se das t ens ões em regime perm anent e para o perí odo de 01/ 07 a 09/07.

Figura 33 – Perfil de tensões eficazes de fase, quadro QDCA-1 para análise em regime permanente, período de

monitoramento 01/07 – 09/07.

Foram extraí das as inform ações sobre os níveis m áximos, mínim os, médi os e desvios padrões para as t ensões monitoradas.

A Tabela 10 fornece um a sínt es e da monitoração para o perí odo de 01/07 a 09/07 e a Tabel a 11 para o perí odo de 10/07 – 12/ 07.

Tabela 10 – Valores máximos, mínimos, médios e desvios padrões das tensões RMS, quadro QDCA-1, 01/07 a

09/07

VR M S VA [ V] VB [V] VC [V]

Máximo 219,90 220,37 219,89

Mínimo 213,44 213,66 213,23

Médi o 216,83 217,31 216,65

Tabela 11 – Valores máximos, mínimos, médios e desvios padrões das tensões RMS, quadro QDCA-1, 10/07 a

12/07

VR M S VA [ V] VB [V] VC [V]

Máximo 220,06 220,59 219,90

Mínimo 213,89 214,46 213,44

Médi o 217,05 217,57 216,89

(57)

Para uma análi se mais detalhada, é apres ent ado o histogram a da t ensão de cada fas e, conforme as Fi guras 34, 35 e 36.

Figura 34 – Histograma de tensão da fase A, quadro QDCA-1

a) 01/07 – 09/07

b) 10/07 – 12/07

Figura 35 – Histograma de tensão da fase B, quadro QDCA-1.

(58)

b) 10/07 – 12/07

Figura 36 – Histograma de tensão da fase C, quadro QDCA-1.

a) 01/07 – 09/07

b) 10/07 – 12/07

(59)

Bas eado nos dados obtidos durant e o perí odo de moni toram ent o, a t ensão no barram ent o do quadro QDCA -1 se enquadrou dentro dos l i mites da regi ão adequada. As análises dos hi stogramas mostram que os valores de tensão predom inant es nas t rês fas es ocupam o i nt ervalo 0,98 – 0,99 pu, em rel ação à

Vfase nominal do barram ent o de 220V.

2.2.3 Distorção h armôni ca total d e ten são (DHTv %)

As Fi guras 37, 38 e 39 elucidam o comportamento dos perfis de distorção harmônica tot al das t ens ões fas e -neut ro m onit oradas entre: a) 01/07/14 a 09/07/14 e b) 10/07/14 a 12/07/14 no barram ent o do quadro

QDC A-1. Nes ta anális e foram extraídos os dados dos perí odos em que ocorreram interrupções de energi a e dos perí odos cont endo a agregação de

dados de Vari ação de Tensão de Curta Duração. O e ixo das ordenadas (vert ical ), indi ca o val or percent ual da dist orção ocorri da, em rel ação ao corres pondent e valor fundam ent al.

Observa-se nessas figuras que os nívei s de di storção harmôni ca são inferiores a 10% em conformidade com o PROD IS T Módulo 8, e in feri ores a 5% em conformidade com a norm a IEEE 1547.

Figura 37 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase A, quadro QDCA-1

(60)

b) 10/07/14 – 12/07/14

Figura 38 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase B, quadro QDCA-1

a) 01/07/14 – 09/07/14

b) 10/07/14 – 12/07/14

(61)

Figura 39 – Perfil das distorções harmônicas totais de tensão da fase C, quadro QDCA-1

a) 01/07/14 – 09/07/14

b) 10/07/14 – 12/07/14

A parti r das Fi guras 37, 38 e 39, extraí ram -s e as informações pertinent es aos níveis máximos , mínim os, médios, desvios padrões e P95% para as distorções t ot ais encontradas . As Tabela 12 e 13 fornecem uma sínt es e dessa monitoração para os períodos indi cados .

Tabela 12 – Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de tensão, 01/07/14 –

09/07/14, quadro QDCA-1

DHTV A [ %] DHTV B [%] DHTV C [%]

Máximo 2,99 2,94 2,83

Mínimo 1,22 1,12 1,02

Médi o 1,96 1,89 1,78

Desvio padrão 0,42 0,42 0,42

P95 2,74 2,70 2,60

(62)

Tabela 13 – Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de tensão, 10/07/14 –

12/07/14, quadro QDCA-1

DHTVL 1 [%] DHTVL 2 [%] DHTVL 3 [%]

Máximo 2,63 2,56 2,47

Mínimo 1,15 1,16 1,02

Médi o 1,83 1,76 1,66

Desvio padrão 0,38 0,36 0,36

P95 2,45 2,35 2,25

2.2.4 Di storção harmôni ca total de corren te (DHTi %)

As Fi guras 40, 41 e 42 elucidam o comportamento dos perfis de distorção harmônica tot al das correntes moni toradas nos dois períodos no barram ent o do quadro QDC A -1, de 01/07/ 14 a 09/07/14, e 10/ 07/14 a 12/07/14. Nesta anális e foram extraídos os dados dos perí odos em que ocorreram interrupções de energi a e dos perí odos cont endo a agregação de dados de Vari ação de Tensão de Curta Duração. O eixo das ordenadas (vert ical ), indi ca o val or percent ual da dist orção ocorri da, em rel ação ao corres pondent e valor fundam ent al.

F i g ur a 4 0 – P e r f i l d a s d i s t o r ç õ e s ha r mô ni c a s t o t a i s d e c o r r e n t e d a fa s e A , q ua d r o Q D C A - 1 .

(63)

Figura 41 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase B, quadro QDCA-1.

a) 01/07/14 – 09/07/14

b) 10/07/14 – 12/07/14

(64)

Figura 42 – Perfil das distorções harmônicas totais de corrente da fase C, quadro QDCA-1.

a) 01/07/14 – 09/07/14

b) 10/07/14 – 12/07/14

A partir das Fi gura 40, 41 e 42, extraíram -s e as inform ações pertinentes aos níveis máximos , mínim os, médios, desvios padrões e P95% para as distorções t otais encontradas .

Tabela 14 – Valores máximos, mínimos, médios, P95% e desvios padrões das DHT de corrente, 01/07/14 –

09/07/14, quadro QDCA-1.

DHTI DHTI L1 [%] DHTI L2 [%] DHTI L3[ %]

Máximo 327,67 327,67 327,67

Mínimo 8,56 7,75 7,80

Médi a 29,70 28,47 27,65

Desvio padrão 60,06 57,79 57,07 P95