VIABILIDADE DA ENERGIA SOLAR NA UNICAMP.
GUSTAVO AFIF SARRUF¹, LEONARDO DE PAULA ROSA PIGA¹
¹Curso de graduação – Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação/UNICAMP.
RESUMO: Com o intuito de propiciar uma economia para a UNICAMP, além de incentivar o uso de
energia alternativa, realizou-se um estudo sobre a viabilidade do uso da energia solar no campus. A analise foi feita com base nos preços dos componentes obtidos para a implantação dessa fonte alternativa e com base no custo da energia para a universidade. Primeiramente avaliou-se para casos ilustrativos, iluminação pública e computadores. Por fim, generaliza-se e simula-se para preços de kWh e placas solares, diferentes dos atuais.
PALAVRAS-CHAVE: energia, solar, alternativa, custo. INTRODUÇÃO
Hoje em dia é grande a preocupação com uma futura falta de energia para a humanidade, bem como os impactos ambientais de muitas formas de captação da mesma. O sol é fonte de energia renovável, o aproveitamento dessa energia tanto como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio (DYSON, 2001).
A energia solar é importante na preservação do meio ambiente, pois tem muitas vantagens sobre as outras formas de obtenção de energia, como: não ser poluente, não influir no efeito estufa, não precisar de turbinas ou geradores para a produção de energia elétrica,
mas tem como desvantagem a exigência de altos investimentos para o seu aproveitamento.
A energia solar fotovoltaica é a energia da conversão direta da luz em eletricidade. É através das células fotovoltaicas que se realiza a conversão. Além dessas, são necessárias baterias para utilização da energia em um período que não se tenha sol, ou mesmo um sistema híbrido, para que com uma eventual interrupção da luz solar, mesmo que instantânea, não ocorra uma queda de energia. Para aumentar a vida útil de uma bateria existem módulos controladores de carga, que visam reduzir o chamado efeito memória. É importante ressaltar que o Brasil apresenta um grande potencial energético solar, o que viabiliza a aplicação dessa forma de energia. Entretanto, o mundo apresenta uma
indiscutível característica capitalista, o que exige que tudo seja economicamente viável. Foi visando tais fatos, que se decidiu realizar um estudo sobre a viabilidade da energia solar na UNICAMP.
MATERIAL E MÉTODOS
Inicialmente, são mostrados os gastos com energia para o sistema de iluminação pública de toda a universidade, para calcular os custos dos equipamentos para implantação da energia solar. Em seguida, foram calculados os gastos caso ocorresse uso de tal energia apenas durante o dia, o que é ilustrado com o consumo elétrico de um computador. Ao final, procurou-se alcançar as situações em que tais empecilhos terminem. Pesquisou-se também o número de luminárias distribuídas pelo campus. Com base no tipo de lâmpada usado e, estimando que fiquem acesas em média por dez horas diárias, determinou-se também o consumo mensal do seviço de iluminação pública. E em seguida, buscaram-se informações sobre os aparatos necessários para substituir a energia atual pela solar, os equipamentos necessários, bem como os modelos considerados e os preços encontrados no mercado (ANEEL, 2006 e CRESESB, 2006). A placa é utilizada para captação da energia solar; o conversor, para ajustar os tipos de corrente; as baterias, para usufruir-se da energia no período noturno; e os controladores de carga, para evitar o efeito memória dessas.
A determinação do gasto com energia para o serviço analisado foi determinada com base numa distribuição média dos valores tarifários, que se obteve na prefeitura da UNICAMP. Isso, porque para cada área da universidade existem preços negociados para o kWh. Além disso, existe locais aonde a conta vem separada. Fez-se, também, a análise para um valor super estimado, com a intenção de se obter um limite superior e melhor se concluir sobre a viabilidade dessa energia alternativa.
Numa segunda etapa, partimos da suposição que a energia captada, ao invés de ser armazenada, seria consumida diretamente por um computador. Para isso, eliminamos as baterias e os controladores de carga, e para facilitar ainda os cálculos foi suposto que cada computador consumiria uma potência instantânea de 120W.
Fórmulas utilizadas: Lei de Ohm: (1)
I R
U = ⋅ , em que U é a tensão, R resistência e I corrente.
Potência: (2) I U
P= ⋅ , em que U é a tensão, I é a corrente
Energia: (3) t P En= ⋅∆ , em que P é a potência, ∆t é o intervalo de tempo. “Regra de três” (4) z w y x z w y x = ⇔ = ⋅ 70
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta o número de luminárias distribuídas pelo campus com a potência das lâmpadas e o total de energia mensal gasto. A Tabela 2 apresenta os equipamentos necessários, bem como os modelos considerados com os preços encontrados no mercado (SOLAR SHOP, 2006 e BRASIL HOBBY, 2006), e a Tabela 3 apresenta os custos calculados.
Tabela 1. Informações sobre as luminárias no
Campus da UNICAMP, Campinas, SP.
Lâmpadas por Poste 1 Total na Unicamp 2800 Potência de cada lâmpada 32 W Total gasto no mês 26,88 MW
Tabela 2. Equipamentos necessários para uso da
energia solar e preços encontrados no mercado. APARATOS NECESSÁRIOS Placas Modelo: KC-120-Módulo Capacidade: 120 W Preço (Máx-Min) R$ 3.100,00 -1.984,00 Baterias Capacidade: 100 A h Preço (Máx-Min) R$ 350,00-256,00 Controladores -Preço: R$ 120,00 Inversores 400W -Preço: R$ 256,00
Tabela 3. Valores gastos com energia na
UNICAMP. PREÇOS DO KWH PREÇO Representação na conta Valor (R$) Negociado 75% 0,18 Convencional 25 % 0,30 Médio ponderado 100% 0,21 Horário de pico - 0,50
Como a placa, KC-120-Módulo policristalino de alta eficiência, possui uma potência máxima de 120W, e com base em dados da iluminação anual média de regiões do Brasil, calculou-se a energia fornecida por 1 placa. Estimou-se que a placa fornece o equivalente a cerca de 7horas da potência máxima, ou seja, 840Wh em um dia. Considerando um mês de 30 dias, teremos 1 placa fornecendo, 25,2kWh em um mês. Levando-se em conta o consumo da iluminação pública seriam necessárias 1.167 placas solares, o que produziria um custo de R$ 2,3milhões. Como cada conjunto de 32 baterias armazena 38kWh, seria necessária a compra de uma quantia próxima de 826 baterias. O custo unitário médio delas é de R$250,00. Com isso, o gasto seria de mais de R$ 200mil.
Os controladores que possibilitam que a vida útil de uma bateria se aproxime de 4 anos (quando não estão presentes este tempo cai para 1 ano), têm preço próximo de R$120,00. Usando-se um por bateria, a despesa aumenta em quase R$ 100mil. Já para os inversores,
deveriam ser utilizados cerca de 250, que somariam mais R$ 64mil. A Tabela 4 relaciona todos os gastos.
Tabela 1. Gastos hipotéticos para a iluminação
pública solar na UNICAMP. Campus Campinas, SP.
Legenda: p.unit.= preço unitário; Q= quantidade.
Segundo os cálculos apresentados na Tabela 4, o valor do investimento totalizaria mais de R$ 2,6milhões. Considerando o preço médio do kWh pago pela universidade, seriam necessários 37 anos e 4 meses para o retorno desse valor. Entretanto, vale ressaltar que as baterias duram cerca de 4 anos, e os outros equipamentos também passam por depreciação. Já no caso do preço do kWh super estimado, recuperaría-se em 14 anos e 11 meses, o que também ultrapassa a duração de alguns componentes. A área coberta por todas as placas seria o equivalente a 1.000m².
Frente a esses resultados, resolveu-se calcular o uso da energia solar para um computador, sem utilizar baterias ou sistema híbrido.
Para obter-se uma análise do caso de maior economia com o uso da placa, para que se possa posteriormente julgar a viabilidade da
energia solar, considera-se que o computador está ligado e dependendo diretamente da energia advinda da placa solar, e que a energia que ela obtém é constante e igual a sua média. Dessa forma, uma máquina de consumo igual à potência fornecida pela placa, 120W, poderia trabalhar por 7 horas, tempo médio considerado no caso da iluminação pública. Os gastos seriam: o preço da placa e o de 30% de um conversor, já que neste mesmo ainda se pode ligar mais 280W, totalizando R$2.060,80. A economia de energia gerada seria equivalente a 840Wh por dia, ou seja, 25,2kWh por mês. Com o custo médio da UNICAMP para luz, recuperaría-se o investimento em 32 anos e 5 meses. E com o custo super estimado, em 13 anos e 7 meses.
Após essa segunda análise, fica evidente que a implantação da energia solar no campus, com as condições atuais, não trará economia financeira, e portanto não é economicamente viável. Ressalta-se que foram analisados casos extremos, logo, se para esses não é viável, não será para nenhum outro, desde que as variáveis de preço sejam as mesmas.
Por fim, são feitas duas simulações, uma de custo do kWh, outra de custo da placa, para os quais a energia solar tornar-se-ía viável. Considerou-se o retorno para 4 anos, vida útil da bateria. Os resultados são apresentados nas Figura 1 e Figura2. P.UNIT. Q Baterias R$ 250,00 826 Controladores R$ 120,00 826 Inversores R$ 256,00 250 Placas R$ 1.984,00 1167 : 72
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pr eç o do kW h M édi o em 4 an os
Preço das Placas Preço médio do kWh considerando todos os aparatos
Figura 1. Preço médio do kWh considerando
todos os aparatos necessários.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Preço médio do kWh considerando somente placas e inversores
Preço do kWh Médio em
4
anos
Preço das Placas
Figura 2. Preço médio do kWh considerando
somente as placas e os inversores.
Pelos gráficos apresentados nas Figuras 1 e 2 pode-se perceber que não é possível se instalar energia solar e armazená-la para uso posterior, pois não há valores de placas que fazem o custo do kWh ser mais baixo do que o custo médio em quatro anos. Isto é explicitado
na Figura 1. Já se ela for utilizada sem ser armazenada, se o custo da placa for por volta de R$ 250,00 é possível se implantar esta fonte de energia.
Outra análise que se pode fazer é encontrar qual o custo do kWh que compensaria a instalação do sistema. Se a UNICAMP pagasse pelo kWh em torno de R$ 2,75, desta forma seria totalmente viável.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEEL – Energia Solar: Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/03 -Energia_Solar(3).pdf >. Acesso em: 22 maio 2006.
DYSON, F. 2001. O Sol, o Genoma e a
Internet. Companhia as Letras, SP.
SOLAR SHOP. Solar Shop Produtos: Painéis solares (módulos) Kyocera. Disponível em: <http://www.solarshop.com.br/produtos.htm>. Acesso em: 22 maio 2006.
CRESESB. Casa solar Eficiente. Disponível em:
<http://www.cresesb.cepel.br/Parte_Externa.htm >. Acesso em 22 maio 2006.
CRESESB. Casa solar Eficiente: Componentes da casa solar eficiente. Disponível em:
<http://www.cresesb.cepel.br/Parte_Interna.htm > Acesso em: 22 maio 2006.
BRASIL HOBBY. Painel Solar Fotovoltaico de
120W. Disponível em
<http://www.brasilhobby.com.br/descricao.asp? CodProd=KC120>. Acesso em: 22 maio 2006.
BRASIL HOBBY. Pesquisa. Disponível em <http://www.brasilhobby.com.br/pesquisa.asp?P Chave=inversor>. Acesso em: 22 maio 2006.
