CAMPO GRANDE 2019
ANDRÉ PASTOR BORGES
ESTUDO DA APLICAÇÃO DA MICROGERAÇÃO DE
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM RESIDÊNCIAS
CAMPO GRANDE 2019
ESTUDO DA APLICAÇÃO DA MICROGERAÇÃO DE
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM RESIDÊNCIAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Uniderp, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
Orientador: Hugo Koji Suekame
ANDRÉ PASTOR BORGES
ESTUDO DA APLICAÇÃO DA MICROGERAÇÃO DE ENERGIA
SOLAR FOTOVOLTAICA EM RESIDÊNCIAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Uniderp, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Dedico este trabalho...
Aos meus pais, amigos, colegas de turma e professores que estiveram presente e me ajudaram ao longo dessa caminhada.
AGRADECIMENTOS
A Deus por me dar paz e sabedoria para que eu pudesse chegar até aqui e estar na reta final do curso.
A minha mãe Helena e a meu pai Valter que sempre estiveram ao meu lado me apoiando e me dando suporte.
Aos meus amigos e colegas de turma por todos esses anos juntos.
Ao meu orientador Prof.º Hugo Koji Suekame e a todos os professores ao longo de todo curso pela dedicação e compreensão.
“Há um grande desejo em mim de sempre melhorar. É o que me faz feliz. E sempre que sinto que estou aprendendo menos, que a curva de aprendizado está nivelando, ou seja o que for, então não fico muito contente. E isso se aplica não só profissionalmente, como piloto, mas como pessoa.”
PASTOR BORGES, André. ESTUDO DA APLICAÇÃO DA MICROGERAÇÃO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM RESIDÊNCIAS. 2019. Número total de folhas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Uniderp, Campo Grande, 2019.
RESUMO
A sustentabilidade tem sido um tema cada vez mais importante nos estudos futuros do homem. Com o aumento do consumo de energia elétrica e visando a conservação e a manutenção do meio ambiente, verificou-se a necessidade de explorar novas fontes limpas de geração de energia elétrica. Dentre essas, destaca-se a implantação da microgeração de energia solar fotovoltaica através de painéis fotovoltaicos, com a instalação dos sistemas on-grid e off-grid nas residências. Devido aos altos índices de irradiação que cobre o Brasil durante todo ano, a utilização da energia proveniente do sol se tornou viável em quase todo o território do país. Em contrapartida, faltam incentivos do governo para que a energia solar se torne mais acessível e seja instalado em grande escala pelos consumidores nos telhados das residências. Ao analisar as vantagens e desvantagens da energia solar fotovoltaica chaga-se a conclusão de que é considerado viável a sua instalação.
Palavras-chave: Sustentabilidade; Painéis fotovoltaicos; Microgeração; Energia Solar
PASTOR BORGES, André. APPLICATION OF PHOTOVOLTAIC SOLAR POWER MICROGENERATION IN RESIDENCES. 2019. Número total de folhas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Uniderp, Campo Grande, 2019.
ABSTRACT
Sustainability has been an increasingly important theme in future human studies. With the increase in the consumption of electricity and aiming at the conservation and maintenance of the environment, there was the need to explore new clean sources of electricity generation. Among these, we highlight the implementation of photovoltaic solar power microgeneration through photovoltaic panels, with the installation of on-grid and off-on-grid systems in homes. Due to the high rates of irradiation that covers Brazil throughout the year, the use of energy from the sun has become viable in almost the entire territory of the country. In contrast, there is a lack of government incentives for solar energy to become more affordable and to be installed on a large scale by consumers on rooftops. By analyzing the advantages and disadvantages of photovoltaic solar energy, one concludes that its installation is considered viable.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Sistema solar fotovoltaico de geração distribuída ... 16
Figura 2 – Estrutura de uma célula fotovoltaica ... 19
Figura 3 – Funcionamento das células fotovoltaicas ... 20
Figura 4 – Constituição básica dos sistemas conectados a rede ... 22
Figura 5 – Constituição básica do sistema fotovoltaico isolado ... 23
Figura 6 – Módulos fotovoltaicos no telhado da residência ... 24
Figura 7 – Inversor para a conexão à rede elétrica ... 25
Figura 8 – Banco de baterias ... 26
Figura 9 – Conexão do controlador de carga.. ... 27
Figura 10 – Gráfico da oferta Interna de Energia Elétrica, por Fonte (%)...29
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Principais países em potência acumulada de energia solar... 18
Tabela 2 – Preço de Sistemas Fotovoltaicos por Faixa de Potência ... 31
Tabela 3 – Título da tabela ... 00
Tabela 4 – Título da tabela ... 00
LISTA DE QUADROS
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
UC Unidade Consumidora kWh Quilowatt-hora
CC Corrente Continua CA Corrente Alternada
MME Ministério de Minas e Energia Wp Watt pico
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2. MICROGERAÇÃO SOLAR DISTRIBUÍDAERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2.1. ENERGIASOLAR ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2.2. CÉLULASFOTOVOLTAICAS ... ERRO!INDICADOR NÃO DEFINIDO.
3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 21
3.1. SISTEMASON-GRID ... 21
3.2. SISTEMASOFF-GRID ... 22
3.3. COMPONENTES DOS SITEMAS ON-GRID E OFF-GRID ... 23
3.3.1 MÓDULOFOTOVOLTAICO ... 23
3.3.2 INVERSOR ... 24
3.3.3 BATERIAS ... 26
3.3.4 CONTROLADOR DE CARGA ... 27
4. APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ... 28
4.1. POTÊNCIALDEUTILIZAÇÃO ... 28
4.2. VIABILIDADEDESISTEMASDEGERAÇÃODEENERGIAELÉTRICAPOR MODULOSFOTOVOLTAICOS ... 31
4.2.1COMPARAÇÃOORÇAMENTÁRIA ... 31
4.2.2VIDAÚTILEMANUTENÇÃO ... 32
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 34
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1. INTRODUÇÃO
O sol é a principal fonte de energia do planeta. Anualmente a superfície da Terra recebe uma quantidade de energia solar capaz de suprir milhares de vezes as necessidades mundiais no mesmo período. Devido às consequências do grande crescimento populacional, do alto consumo de energia elétrica e visando a conservação e a manutenção do meio ambiente, verificou-se a necessidade de buscar novas fontes de energia elétrica sustentáveis, e a microgeração solar distribuída está cada vez mais em alta no Brasil, principalmente nas residências, pois podem suprir totalmente o consumo de energia elétrica.
A produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis se tornou uma solução eficiente para atender a demanda de energia elétrica de forma sustentável. Há algum tempo a energia solar no Brasil se tornou uma boa saída para os consumidores que desejam gerar a sua própria energia, tendo como principal vantagem reduzir o custo nas contas de energia elétrica podendo economizar até 95% através da instalação de sistemas fotovoltaicos interligados à rede de energia elétrica (sistema On-Grid). A matéria prima inesgotável e a não emissão de poluentes são outras vantagens da energia solar fotovoltaica.
O consumo de energia elétrica nas residências é responsável por grande parte do consumo de energia no Brasil. Neste contexto e levando em consideração a busca por fontes de energia elétrica sustentáveis, qual o impacto da microgeração distribuída de energia solar fotovoltaica nas residências? A microgeração distribuída de energia solar fotovoltaica são sistema com potência instalada de até 75kW. Os sistemas fotovoltaicos de microgeração são principalmente instalados nos telhados das residências e podem suprir quase todo o consumo podendo tornar a residência independente em energia elétrica.
O objetivo geral desta pesquisa é analisar e destacar a aplicação da energia solar fotovoltaica através de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de energia elétrica (on-grid). E através dos objetivos específicos, abordar e destacar a microgeração solar distribuída, analisar o efeito fotovoltaico, apresentar os sistemas fotovoltaicos conectados à rede (on-grid) e os sistemas autônomos (off-grid) e por fim analisar as vantagens do aproveitamento da energia solar fotovoltaica.
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O tipo de pesquisa realizado neste trabalho foi uma revisão de literatura relacionada ao tema sobre a aplicação da microgeração distribuída de energia solar fotovoltaica nas residências, visando aprofundar o conhecimento sobre este assunto. Foram utilizados como material de apoio artigos científicos publicados nos últimos 15 anos e livros relacionados ao tema. As palavras chaves utilizadas nas busca: Microgeração, energia solar, painéis fotovoltaicos, sistemas fotovoltaicos.
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2. MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA SOLAR
No Brasil, devido aos ganhos em eficiência econômica e sustentabilidade, a microgeração distribuída se tornou um importante meio de alternativa para o setor elétrico. Microgeração de energia distribuída é caracterizada por uma central geradora de energia elétrica que utiliza fontes de energia renovável, entre essas fontes destaca-se a energia solar.
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (2015), microgeração distribuída é caracterizada por ser uma central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.
Baseia-se em basicamente produzir a energia no mesmo ponto em que ela é consumida, como por exemplo, nos telhados das residências e empresas, é uma das formas mais práticas de gerar energia pelo simples fato de que ela é gerada e consumida no mesmo local em que é instalado. O modelo microgeração distribuído opõe-se ao modo tradicional de geração de energia elétrica baseado em grandes usinas construídas em locais afastados dos consumidores (VILLALVA; GAZOLI, 2012). A Figura 1 apresenta um sistema fotovoltaico de geração distribuída:
Figura 1 – Sistema solar fotovoltaico de geração distribuída
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Somente a partir de 2012 a agência reguladora de energia elétrica do Brasil, a ANEEL, estabeleceu as regras e a regulamentação para a assim chamada microgeração. Através da Resolução Normativa 482/2012, o Brasil adotou o mecanismo de compensação de energia, em que um telhado solar pode ser conectado na rede elétrica pública através da Unidade Consumidora (UC) e injetar o excedente na rede elétrica como se ela fosse uma bateria de capacidade infinita, acumulando créditos a serem compensados em kWh (BUENO et al., 2017).
Em novembro de 2015 a ANEEL aprimorou o que foi estabelecido na resolução 482/2012. Com a Resolução Normativa 687/20115, algumas das principais mudanças foram permitir que consumidores instalassem pequenas usinas geradoras e a geração de créditos quando a quantidade de energia gerada for superior à quantidade de energia consumida podendo ser compensados em até 60 meses. A partir dessa resolução a energia solar fotovoltaica teve grande avanço e passou a ser mais buscado pelos consumidores (CARVALHO, 2016).
2.1 ENERGIA SOLAR
Com o crescimento econômico brasileiro a demanda por energia passou a ser crescente. Diante desse cenário, o aproveitamento da energia proveniente do sol tornou-se uma das alternativas do setor de energia elétrica para solucionar problemas de escassez de energia e também visando economia e sustentabilidade por parte dos consumidores. O potencial de energia soltar fotovoltaico no Brasil é muitas vezes superior ao necessário para o consumo total de energia elétrica do país, tornando-se assim um dos principais em potencial energético de energia solar (CRESESB, 2014).
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A geração fotovoltaica de energia elétrica tem um grande potencial no Brasil. Em locais menos ensolarados no país é possível geral mais eletricidade solar do que em locais mais ensolarados da Alemanha, por exemplo. A Alemanha é um dos principais países do mundo que lideram em potência acumulada de energia solar fotovoltaica, conforme ilustra a tabela 1 abaixo (BUENO et al., 2017).
Tabela 1 – Principais países em potência acumulada de energia solar
Fonte: Absolar (2019)
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade, conhecido como efeito fotovoltaico. O efeito fotovoltaico foi descoberto por Edmond Becquerel, em 1839, e implica no aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma célula eletroquímica causada pela absorção de luz, ocorrendo assim à liberação de elétrons e gerando-se uma diferença de potencial (CRESESB, 2014).
O efeito fotovoltaico ocorre devido a conversão de energia solar diretamente em eletricidade. Essa conversão ocorre silenciosamente, sem a emissão de gases, sendo desnecessária a assistência de operador para o sistema. É importante ressaltar que somente a componente luminosa da energia solar (fótons) é útil para a
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conversão fotovoltaica. O efeito fotovoltaico ocorre nas células solares fotovoltaicas, que são dispositivos construídos com materiais semicondutores (LAMBERTS, 2010).
.
2.2 CELULAS FOTOVOLTAICAS
As células fotovoltaicas são encarregadas pelo funcionamento de um sistema fotovoltaico, é o dispositivo responsável por converter a energia luminosa em energia elétrica. Nas células fotovoltaicas são utilizados materiais semicondutores na sua composição, o silício é o mais comum. Cerca de 95% de todas as células fotovoltaicas fabricadas no mundo são de silício, pois é um material muito abundante e barato. Os semicondutores são materiais que não podem ser classificados como condutores elétricos nem como isolantes, pois as propriedades podem ser modificadas pela adição de impurezas ou materiais dopantes (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
A estrutura de uma célula fotovoltaica é basicamente composta pela junção de duas camadas de material semicondutor, são elas do tipo N e do tipo P. A figura 2 logo abaixo ilustra a estrutura de uma célula fotovoltaica.
Figura 2 – Estrutura de uma célula fotovoltaica
Fonte: VILLALVA; GAZOLI (2012)
Os materiais do tipo N possuem excedente de elétrons enquanto os materiais do tipo P apresenta falta de elétrons. Devido a diferença de concentração de
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elétrons nas duas camadas, quando são colocadas em contato, formam-se uma junção semicondutora, os elétrons migram da camada N para a camada P e ocupam as lacunas vazias originando um campo elétrico (VILLALVA; GAZOLI, 2012). A figura 3 a seguir demonstra o funcionamento das células fotovoltaicas.
Figura 3 – Funcionamento das células fotovoltaicas
Fonte: Portal Solstício Energia (2017)
O primeiro painel solar foi desenvolvido em 1954 por David Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson do Laboratório Bell, foram utilizadas células de silício com a necessidade de alimentar sistemas telefônicos em ambientes úmidos. Depois de alguns experimentos à parte, Pearson e Fuller perceberam que a amperagem de seu silício aumentou muito quando o elemento era exposto à luz solar (SOLSTÍCIO, 2017).
O silício é o material mais usado na fabricação das células fotovoltaicas. Por já estar bem desenvolvida no mercado e ser uma matéria prima barata e abundante, além de ser um material não tóxico e, o silício leva grande vantagem sobre outros tipos de materiais semicondutores. Vale também ressaltar o processo de fabricação das células de silício que são bem mais simples (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
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3. SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
Um sistema fotovoltaico é uma fonte de potência elétrica, as células fotovoltaicas são responsáveis por transformar a radiação solar em energia elétrica. Os sistemas fotovoltaicos não utilizam combustíveis e tampouco emitem gases tóxicos ou outro tipo de poluição ambiental, não produzem ruído acústico ou eletromagnético durante o seu funcionamento e requerem menor manutenção.
O sistema fotovoltaico pode ser conectado à rede de energia elétrica operando em paralelismo com a rede elétrica, também pode ser autônomos, onde são usadas as baterias para armazenar a energia, e também híbridas, quando é usada uma mistura de sistemas conectados a rede elétrica com os sistemas autônomos (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
3.1 SISTEMAS ON-GRID
Sistemas conectados à rede de energia elétrica são chamados de sistemas on-grid. São sistemas que possuem geração de energia elétrica junto ao ponto de consumo, ou seja, descentralizada ou de forma centralizada como em uma usina central geradora convencional, havendo certa distância do ponto de consumo. Destacam-se os sistemas descentralizados, pois entre as vantagens está em não requerer área extra e poder ser utilizada no meio urbano, próximo ao ponto de consumo (RÜTHER, 2004).
Um sistema on-grid é composto basicamente pelos módulos fotovoltaicos e pelo inversor. O inversor recebe a energia gerada pelos módulos fotovoltaicos em corrente continua (CC) e transforma em corrente alternada (CA), com o mesmo padrão de tensão e frequência da rele elétrica em que está conectado para assim ser injetada a energia elétrica no quadro geral da unidade consumidora (UC). Conforme mostra a Figura 4, a constituição básica dos sistemas conectados a rede de energia elétrica contém o painel fotovoltaico e o inversor como os principais itens do sistema.
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Figura 4 – Constituição básica dos sistemas conectados a rede.
Fonte: LAMBERTS et al., (2010)
Os sistemas fotovoltaicos interligados a rede de energia oferecem uma série de vantagens para o sistema elétrico, pode-se destacar a diminuição das perdas por transmissão e distribuição de energia tornando a geração e o consumo mais eficientes. Também são reduzidos os investimentos em linhas de transmissão e distribuição (RÜTHER, 2004).
3.2 SISTEMAS OFF-GRID
Conhecido como sistemas autônomos ou isolados, não dependem da rede elétrica convencional para funcionar, sendo possível sua utilização em localidades onde a rede de distribuição de energia elétrica seja carente. Um sistema fotovoltaico off-grid é composto basicamente pelo conjunto de placas solares fotovoltaicas, banco de baterias, inversor e pelo controlador de carga (BLUESOL, 2016). A figura 5 mostra a constituição básica de um sistema isolado.
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Figura 5 – Constituição básica do sistema fotovoltaico isolado.
Fonte: LAMBERTS et al., (2010)
Os sistemas off-grid são principalmente utilizados em locais não atendidos por uma rede elétrica, podendo ser usado para fornecer eletricidade para residências em zonas rurais onde a energia elétrica não esteja disponível, por exemplo. Muitos lugares do Brasil não são atendidos por rede de energia elétrica e são utilizado geradores movidos a diesel, podendo ser substituído por um sistema fotovoltaico autônomo, com a vantagem da redução da poluição e de ruídos. Também se encontra esse tipo de sistema na iluminação pública, no carregamento das baterias de veículos elétricos e na alimentação de sistemas de telecomunicações (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
3.3 COMPONENTES DOS SISTEMAS ON-GRID E OFF-GRID
3.3.1 Módulos Solares
O módulo solar é a célula básica do sistema gerador de qualquer instalação solar fotovoltaica. Um conjunto de células solares interligadas forma o módulo fotovoltaico e a quantidade de células conectadas em série determina a tensão de operação do módulo e a quantidade de células conectadas em paralelo influencia na capacidade de condução de corrente do módulo (LAMBERTS, 2010).
A potência instalada é dada pela soma da potência nominal dos módulos individuais, normalmente em CC (RÜTHER, 2004). São fabricados através do encadeamento de várias células solares, que em geral tem potência e 1 a 3W cada.
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A maioria dos módulos comercializados é composta por 36 células de silício cristalino. (IST; DGS; EU, 2004). A figura 6 apresenta vários módulos fotovoltaicos instalados no telhado da residência.
Figura 6 – Módulos fotovoltaicos no telhado da residência
Fonte: EFFICASA (2018)
Os módulos fotovoltaicos são projetados e fabricados com a expectativa de operar de 25 a 30 anos proporcionando proteção contra danos mecânicos e agentes ambientais externos como, por exemplo, o sol e a chuva, além de acomodar as células e as interligações elétricas (RÜTHER, 2004).
3.3.2 Inversor
Os módulos fotovoltaicos geram energia em CA e a rede elétrica está em CC, sendo necessário o uso de um inversor. Um dos principais componentes de um sistema fotovoltaico, o inversor é um dispositivo eletrônico que fornece energia elétrica em CA a partir de uma fonte de energia elétrica em CC. A tensão CA de saída do inversor deve ter amplitude, frequência, conteúdo harmônico adequado e, no caso de sistemas conectados à rede elétrica, a tensão de saída dever ser
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sincronizada com a tensão da rede de distribuição de energia da concessionária (CRESESB, 2014).
Os inversores fornecem para seus consumidores tensões elétricas alternadas nos seus terminais quando são utilizados nos sistemas autônomo
s
. Nos sistemas fotovoltaicos conectados à rede de energia elétrica os inversores trabalham como fontes de corrente elétrica, conforme mostra a figura 7 logo abaixo (VILLALVA; GAZOLI, 2012). Segundo Rüther, 2004, os inversores podem ser classificados como: (I) Comutados pela própria rede elétrica, onde o sinal da rede é utilizado para sincronizar o inversor com a rede; ou como (II) Auto-comutados, onde um circuito eletrônico no inversor controla e sincroniza o sinal do inversor ao sinal da rede elétrica.Figura 7 – Inversor para a conexão à rede elétrica
Fonte: VILLALVA; GAZOLI (2012)
Em geral, os inversores fotovoltaicos podem operar em ambientes expostos ao tempo e em locais fechados, e são instalados próximos aos módulos solares para que seja reduzido o comprimento dos cabos elétricos e consequentemente minimizado as perdas de energia do sistema. Seu grau de proteção fornece informações importantes sobre sua capacidade de operação em ambientes expostos à chuva e poeira, por exemplo. (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
É de suma importância saber a configuração do sistema fotovoltaico para ser determinado o número de inversores, o nível de tensão e a potência. Sendo necessário também que sejam respeitadas as especificações técnicas dos inversores, pois fornecem informações para o dimensionamento e a instalação dos sistemas.
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3.3.3 Baterias
As baterias são utilizadas para armazenar a energia elétrica para os momentos que não haja luz solar, sendo necessária para proporcionar fornecimento constante de energia para o consumidor e para evitar desperdício de energia quando o consumo for baixo, armazenando o excedente para uso posterior permitindo a utilização a qualquer momento, inclusive durante a noite (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Para o uso em sistemas fotovoltaicos, as baterias estacionárias são as mais recomendadas, pois funcionam por longos períodos com corrente elétrica moderada e são projetadas para suportar períodos longos de descarga, durando muito mais tempo. As baterias estacionárias tem vida útil de aproximadamente 4 a 5 anos (SOUSA; ZAMPERIN 2017).
Nos sistemas autônomos as baterias podem ser agrupadas em série ou em paralelo, conforme ilustra a figura 8 logo abaixo, formando banco de baterias para poder aumentar a tensão e a capacidade de corrente e de armazenamento de carga. Quando colocadas em série obtém-se tensões maiores e quando são alocadas em paralelo proporcionam maior corrente de saída e elevada capacidade de armazenamento de carga (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Figura 8 – Banco de baterias
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Para o dimensionamento das baterias que serão utilizadas, deve-se observar o total de corrente produzida pelos módulos fotovoltaicos, multiplicado pelas horas de insolação diária, por exemplo: os módulos produzem 60 Ah em 12 Volts, operando por 6 horas de insolação, portando são gerados 360 amperes por dia. Considerando-se uma bateria ideal de 12 V, tem-se uma unidade de 360 Ah (ALVES, 2016).
3.3.4 Controlador de carga
Um dos principais componentes do sistema off-grid, o controlador de carga tem como seu principal objetivo controlar a carga e a descarga do banco de baterias, garantindo uma maior eficácia no armazenamento da energia produzida pelos módulos fotovoltaicos, aumentando assim a vida útil das baterias, evitando explosões, incêndios e problemas no sistema (ALVES, 2016). O controlador de carga faz a conexão entre o painel fotovoltaico e a bateria, conforme mostra a figura 9 abaixo.
Figura 9 – Conexão do Controlador de Carga
Fonte: SERRÃO (2010)
Uma das principais funções do controlador de carga é impedir que a bateria seja sobrecarregada. É responsável por monitorar a tensão nos terminais da bateria e impedir que continue sendo carregada e assim evitar uma sobrecarga, desconectando o painel solar do sistema quando a bateria atingir seu nível máximo de carga.
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4. APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
O Brasil, conforme a ABSOLAR (2019), possuía ao final de Outubro de 2019, 2.268 MW de energia solar fotovoltaica instalado, representando cerca de 1,3% da capacidade instalada em todo o país. Do total de 2.268 MW existentes, 1.212,8 MW correspondem à geração distribuída. O baixo aproveitamento da energia solar fotovoltaica no Brasil chama mais atenção quando verificamos as condições favoráveis para o desenvolvimento, como a irradiação solar no país em todo ano.
A energia solar fotovoltaica apresenta maior regularidade no seu fornecimento de energia elétrica do que a energia eólica e pode ser instalado em todo o território brasileiro, pois o país tem altas taxas de irradiação solar em todas as regiões. Com o grande potencial fotovoltaico que o país possui, poderá tornar-se um dos principais líderes mundiais no emprego de energia solar (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
4.1 POTÊNCIAL DE UTILIZAÇÃO
A energia solar fotovoltaica pode ser empregada em todo o território brasileiro, pois o País tem excelentes taxas de irradiação solar em todas as regiões durante todo ano, o Nordeste e Centro-Oeste, possuem o maior potencial de aproveitamento da energia proveniente do sol. A energia solar também apresenta uma maior regularidade no fornecimento de energia elétrica do que a energia eólica (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Utilizando a energia praticamente inesgotável do Sol, os sistemas fotovoltaicos instalados integrados às edificações e conectados à rede elétrica vêm crescendo em todo País. Com o crescente aumento da geração solar fotovoltaico em todo o Brasil, a geração distribuída próxima ao local de consumo deverá ser reconhecida como um os principais atributos desta tecnologia de geração e se tornando cada vez mais adotada.
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De acordo com o MME (2019), conforme o boletim mensal de energia, a demanda total de energia de 2019 deverá crescer perto de 1,5%. A proporção das energias renováveis deve passar de 85%, com destaque para as energias eólica e solar, que continuam aumentando. Conforme quadro abaixo, da oferta interna de energia elétrica no Brasil, a energia solar cresceu 0,6% em relação a 2018.
Figura 10 - Gráfico da oferta Interna de Energia Elétrica, por Fonte (%)
Fonte: MME (2019)
Mesmo diante do crescimento, ainda é pequena a utilização da energia solar fotovoltaica no País. O mapa da figura 10 mostra o potencial de geração solar fotovoltaica anual em todo território nacional (medido em kWp de energia elétrica por ano para cada kWp de potência fotovoltaica instalada). Foi adotado desempenho médio anual de 80% levando em conta um gerador solar fotovoltaico bem instalado e projetado com equipamentos de boa qualidade (PEREIRA, et al., 2017).
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Figura 11 – Potencial de geração solar fotovoltaica anual
Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar (2017)
A ANEEL estima que até 2024 o Brasil tenha instalado mais de 1,2 milhão de geradores solares fotovoltaicos e a maior parte desses geradores será em edificações, com os painéis instalados nos telhados e fachadas das edificações, onde será consumida no mesmo local em que é gerada (PEREIRA, M. et al, 2017).
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4.2 VIABILIDADE DE SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR MODULOS FOTOVOLTAICOS
No Brasil, a principal dificuldade à popularização dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica das residências é o custo do sistema, o País ainda possui poucos incentivos do governo. Somente em 2012 a geração de energia distribuída começa a ganhar viabilidade, a partir da Resolução Normativa nº 482, da ANEEL, em que estabelece os parâmetros regulatórios para a microgeração e a minigeração de energia elétrica (SIQUEIRA, 2013).
4.2.1 Comparação orçamentária
O Brasil é o país que detém as maiores reservais mundiais de quartzo e desse elemento se parte para a obtenção do silício, principal matéria-prima utilizada na produção das células fotovoltaicas (MME, 2009). Mesmo diante desse potencial de matéria-prima o país ainda possui pouca potência instalada, conforme mostra a tabela abaixo, o Brasil instalou 1,2 GW em 2018 em energia solar.
Tabela 2 – Países que mais investiram em energia solar fotovoltaica em 2018
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Segundo o Estudo Anual do Instituto IDEAL (2019) o preço médio cobrado por instaladores de sistemas solares no Brasil em 2018 foi de R$ 6,46 por Watt pico (Wp) instalado. No mercado internacional o valor vem caindo nos últimos anos, com queda significativa entre 2008 e 2009, passando de US$ 3,5 por watt em 2009 para US$ 2 por watt no final de 2009. O gráfico abaixo mostra a comparação de preços de sistemas fotovoltaicos por faixa de potência.
Quadro 1 - Preço de Sistemas Fotovoltaicos por Faixa de Potência
Fonte: IDEAL (2019)
Pode-se observar que a cada ano os preços dos sistemas fotovoltaicos estão diminuindo e também nota-se que quanto maior a faixa de potência menor é o seu preço final de instalação.
4.2.2 VIDA ÚTIL E MANUNTENÇÃO
A vida útil dos painéis fotovoltaicos é estimada por seus fabricantes na faixa entre 25 a 30 anos em média, garantindo 90% da potência até o décimo segundo ano e 80% em 25 anos. Já os inversores são equipamentos mais complexos e seu tempo de vida útil estimado é de cerca de 10 a 15 anos, dependendo das condições de uso (SOLARVOLT, 2018).
Os custos com a manutenção são quase zero, pois os fabricantes dão longos prazos de garantia. Apenas recomenda-se uma manutenção preventiva em todo o
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sistema fotovoltaico, para que sejam identificados e corrigidos possíveis pequenos problemas. Também se recomenda que os painéis fotovoltaicos sejam lavados a cada seis meses ou um ano por causa da poeira e da poluição, pois contribuem para impedir que a luz do sol chegue até as células fotovoltaicas (PORTAL SOLAR, 2017).
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Baseado na análise dos capítulos anteriores, a inclusão de novas fontes de energia renováveis se faz cada vez mais necessária, por conta do aumento da demanda de energia e a preocupação com o meio ambiente. Diante desse cenário, a energia solar fotovoltaica se tornou uma fundamental fonte de geração de energia elétrica de forma sustentável, utilizando o Sol como fonte praticamente inesgotável, além também de ter outras diversas vantagens como a geração distribuída próxima ao ponto de consumo, não gerar poluição sonora e também não haver necessidade de grandes áreas extras para a instalação. Porém, ainda assim a microgeração de energia elétrica em residências através de placas fotovoltaicas não é totalmente favorável, principalmente de sistemas conectados à rede.
Diante do grande potência do Brasil devido as excelentes taxas de irradiação em todas as regiões do País e por possuir matéria prima abundante, para viabilizar o sucesso desse sistema e torná-lo mais acessível serão necessários subsídios do governo, linhas de financiamentos, incentivos fiscais e políticas que incentivem o consumidor a aderir à energia solar fotovoltaica. O custo para a aquisição dos materiais ainda é elevado, pois a fabricação nacional ainda é pequena. Acredita-se que a tendência é de se tornar mais baratos com incentivos do governo e novas indústrias nacionais.
Para garantir o sucesso da tecnologia solar fotovoltaica no Brasil, com foco na microgeração de energia solar através de painéis fotovoltaicos instalados nas residências, é preciso uma expansão maior do mercado para que haja uma redução dos custos para instalação e também, é necessário buscar novas tecnologias de geração como a solar para reduzir os impactos ambientais. Em linhas gerais considera-se a microgeração fotovoltaica como uma excelente alternativa às fontes tradicionais do Sistema Elétrico Brasileiro.
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REFERÊNCIAS
ABSOLAR, Infrográfico Energia Solar Fotovoltaica no Brasil. 2019. Disponível em: < http://www.absolar.org.br/infografico-absolar-.html > Acesso em 10 de Novembro de 2019.
ALVES, Guilherme Henrique Alves. Projeto e Análise da Viabilidade Econômica da Instalação de Painéis Fotovoltaicos no Setor Industrial. São Carlos, 2016. 106p.
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