TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE MICROGERAÇÃO
FOTOVOLTAICA CONECTADO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA
ELÉTRICA NA CIDADE DE MEDIANEIRA PR
DANIEL WOMER
MEDIANEIRA 2016
AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE MICROGERAÇÃO
FOTOVOLTAICA CONECTADO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA
ELÉTRICA NA CIDADE DE MEDIANEIRA PR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial do curso de Tecnologia em Manutenção Industrial da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, câmpus Medianeira.
Orientador: Prof. Me Filipe Marangoni
Coorientadora: Profa. Dra Cristiane Lionço Zeferino
MEDIANEIRA 2016
Diretoria de Graduação e Educação Profissional do Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial
TERMO DE APROVAÇÃO
AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE MICROGERAÇÃO FOTOVOLTAICA CONECTADO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA ELÉTRICA NA CIDADE DE
MEDIANEIRA PR
Por:
Daniel Womer
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apresentado às 20:30 h do dia 30 de novembro de 2016 como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo no Curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Medianeira. O acadêmico foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
Prof. Me. Filipe Marangoni UTFPR – Câmpus Medianeira
(Orientador)
Profa. Dra. Cristiane Lionço Zeferino UTFPR – Câmpus Medianeira
(Coorientadora)
Prof. Me. Diogo Marujo UTFPR – Câmpus Medianeira
(Convidado)
Prof. Me. João Felipe Montemezzo UTFPR – Câmpus Medianeira
(Convidado)
Prof. Me. Paulo Job Brenneisen UTFPR – Câmpus Medianeira (Responsável pelas atividades de TCC)
A Folha de Aprovação assinada encontra-se na coordenação do Curso de Tecnologia em Manutenção Industrial.
WOMER, Daniel. Avaliação de um sistema de microgeração fotovoltaica
conectado à concessionária de energia elétrica na cidade de Medianeira PR.
2016. 48 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo em Manutenção Industrial) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Medianeira, 2016.
Devido a importância da questão energética, buscam-se alternativas viáveis para substituir as formas convencionais de geração que causavam maiores impactos ambientais e atualmente não suprem as necessidades energéticas. O Brasil nos últimos anos vem passando por situações de escassez de energia, o que implica na necessidade da utilização de combustíveis fósseis (poluentes) que elevam o custo final da energia elétrica, e diante deste cenário as energias renováveis surgem como alternativa. Entre as fontes de energias renováveis, vem se destacando a energia solar fotovoltaica, devido a sua boa aceitação internacional, facilidade técnica de instalação (pois é instalada no telhado das residências) e pouco impacto ambiental. Neste trabalho será avaliado um sistema fotovoltaico instalado em uma residência na cidade de Medianeira PR, cujo investimento foi de aproximadamente R$ 9.000,00 sem os custos de instalação e do projeto elétrico. O registro do inversor mostrou a geração de 2,3 MWh no período de um ano. Com a cobrança do ICMS (atualmente praticada pelo estado do Paraná) a economia gerada foi de R$ 1.023,23 reais, o que ocasionaria um tempo de retorno do investimento seria de 8 anos e 9 meses. Caso o estado do Paraná tivesse aderido à isenção do ICMS, a economia gerada seria de R$ 1.570,93/ano e o tempo de retorno do investimento seria de 5 anos e 8 meses.
WOMER, Daniel. Evaluation of an ongrid photovoltaic microgeneration system
in Medianeira city PR. 2016. 48 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo em
Manutenção Industrial) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Medianeira, 2016.
Due to the importance of the energy issue, viable alternatives are sought to replace the old forms of generation that causes greater environmental impacts and currently do not supply the energy needs. In the last years Brazil has been experiencing energy shortages, which implies the need to use fossil fuels (pollutants) that increase the final cost of electric energy, and in view of this scenario, renewable energy comes as an alternative. Among renewable energy sources, photovoltaic solar energy has been highlighting, due to its good international acceptance, technical ease of installation (on houses rooftops) and little environmental impact. In this work will be evaluated the photovoltaic system installed in a residence in the city of Medianeira PR, whose investment was approximately R $ 9,000.00 without the installation costs and the electric project costs. The inverter registration showed the 2.3 MWh generation in one year period. With ICMS charges (currently practiced by the state of Paraná), the savings generated were R$ 1,023.23, which would lead to a payback of 8 years and 9 months. In case of Paraná state had adhered to the ICMS exemption, the generated savings would be R$ 1,570.93 per year and the payback time would be 5 years and 8 months.
Figura 1 – Geração distribuída de energia elétrica ... 11
Figura 2 – Estrutura da oferta interna de energia no Brasil em 2015 ... 13
Figura 3 – Componentes de um sistema fotovoltaico autônomo típico ... 16
Figura 4 – Sistema conectado à rede ... 17
Figura 5 – Organização e componentes de um sistema fotovoltaico residencial on-grid ... 18
Figura 6 – Exemplo de perfis de radiação solar diária ... 19
Figura 7 – Estados que aderiram à isenção do ICMS para geração de energia solar ... 24
Figura 8 – Radiação solar global diária, média anual no Brasil (MJ/m².dia) ... 27
Figura 9 – Média anual de insolação diária no Brasil em horas ... 28
Figura 10 – Localização de Medianeira no Estado do Paraná ... 29
Figura 11 – Arranjo fotovoltaico instalado ... 30
Figura 12 – Painel do inversor solar instalado... 31
Figura 13 – Quadro de distribuição da energia na residência. ... 32
Figura 14 – Parte do projeto de dimensionamento e instalação do sistema ... 32
Figura 15 – Irradiação solar na residência de instalação do sistema ... 33
Tabela 1 - Potência instalada no Brasil nos empreendimentos em operação ... 25
Tabela 2 - Capacidade instalada de geração de energia em MW em 2015 ... 26
Tabela 3 – Dados mecânicos e de temperatura do módulo ... 30
Tabela 4 – Dados elétricos sob teste padrão e de temperatura ... 31
Tabela 5 – Dados de energia consumida pela residência e injetada na rede ... 36
Tabela 6 – Valores economizados e pagos por mês para a concessionária com ICMS ... 37
Tabela 7 - Valores economizados e pagos por mês para a concessionária sem ICMS ... 37
1 INTRODUÇÃO ... 8
1.1 OBJETIVO ... 9
2 REVISÃO DE LITERATURA ... 10
2.1 ENERGIA NO MUNDO... 10
2.1.1 Energia no Brasil ... 12
2.1.2 Energia Elétrica nas Residências ... 13
2.1.3 Energia Fotovoltaica... 14 2.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 14 2.2.1 Sistema On-grid ... 15 2.2.2 Sistema Off-grid ... 15 2.2.3 Componentes do Sistema ... 16 2.2.4 Funcionamento do Painel ... 18 2.3 NORMAS ... 20 2.3.1 ANEEL ... 21 2.3.2 COPEL ... 22 2.3.3 Aplicação do ICMS ... 23
2.4 GERAÇÃO ATUALMENTE INSTALADA ... 25
2.4.1 Potência Instalada Brasil ... 25
2.4.2 Potência Instalada no Paraná ... 26
3 LOCAL DA REALIZAÇÃO DO ESTUDO ... 27
3.1 O MUNICÍPIO DE MEDIANEIRA ... 28
3.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO ANALISADO NESTE TRABALHO ... 29
4 ANÁLISE FINANCEIRA ... 34
4.1 INVESTIMENTO ... 34
4.1.1 Despesas com Adequação da Instalação ... 35
4.1.2 Projeto Elétrico e Mão de Obra da Instalação do Sistema ... 35
4.2 DADOS DA OPERAÇÃO DO SISTEMA ... 35
4.3 TEMPO DE RETORNO COM AMPLICAÇÃO DO ICMS ... 38
4.4 TEMPO DE RETORNO SEM ICMS ... 38
5 CONCLUSÃO ... 39
REFERÊNCIAS ... 41
ANEXO A – DADOS TÉCNICOS DO INVERSOR UTILIZADO ... 46
1 INTRODUÇÃO
A questão energética vem se tornando uma preocupação a nível mundial, uma vez que devido principalmente às mudanças climáticas e ao aquecimento global, muito se tem discutido sobre a otimização do uso dos recursos naturais e a crescente utilização de fontes de energia com baixa emissividade de gases de efeito estufa, e pequenos impactos ambientais (OLIVEIRA, 2016).
Uma vez que o conforto e a praticidade proporcionados pela eletricidade à sociedade são possíveis em grande parte com a exploração de combustíveis e minerais poluidores e perigosos, surge assim, a necessidade do ser humano em pensar com seriedade na diversificação da matriz energética com o uso de fontes renováveis de energia nos próximos anos.
A energia elétrica é uma das principais formas de energia empregada atualmente, sendo utilizada em diversas aplicações, desde uma pequena residência até grandes indústrias, assumindo desta forma fundamental importância para o desenvolvimento econômico de um país.
Neste cenário, surgem as energias renováveis como alternativa para produção de energia elétrica sem comprometer as questões ambientais, devido ao fato de suas fontes serem regeneráveis e inesgotáveis. Neste sentido, o setor elétrico nacional se caracteriza pela grande participação de fontes renováveis. De acordo com o Balanço Energético Nacional (BEN – Relatório Final 2016, EPE), estima-se que aproximadamente 84% da oferta de energia elétrica no Brasil é proveniente de fontes renováveis, grande parte dela de origem hidráulica, embora tal fonte tenha apresentado uma redução de 3,7% em comparação com o ano anterior. Segundo a mesma fonte, a energia solar fotovoltaica teve um aumento considerável de 266,4%, com 20,0 GWh e 13,3 MW de geração e potência instalada respectivamente.
Entre as fontes de energia renováveis, figura a solar fotovoltaica, vista pelo governo brasileiro como uma forma de aumentar a capacidade de geração do sistema elétrico. Assim, por meio de adequação na legislação, surge a Resolução Normativa 482/2012, que estabelece o marco regulatório para a inserção das energias renováveis, entre elas a solar fotovoltaica, na matriz energética brasileira (ANEEL, 2012).
1.1 OBJETIVO
O objetivo deste estudo se concentra em verificar e analisar os resultados da geração de energia elétrica de um sistema fotovoltaico conectado à rede, instalado em uma residência na cidade Medianeira PR, bem como, verificar se existirá viabilidade econômica e retorno financeiro do investimento empregado.
Para que seja atingido o objetivo geral, foram traçados os seguintes objetivos específicos:
• Verificar a geração total anual do sistema fotovoltaico
• Analisar as normas e resoluções vigentes a respeito das conexões de mini e microgeração com a rede da distribuidora local.
• Levantar a economia obtida na fatura de energia elétrica.
2 REVISÃO DE LITERATURA
Por um longo período, a humanidade aproveitou os recursos naturais do planeta buscando suprir suas necessidades energéticas, sem se preocupar com os impactos causados ao meio ambiente. Concomitante ao cenário de busca por melhorias, as pesquisas e investimentos em tecnologias baseadas na utilização de recursos naturais renováveis, para a diversificação da matriz energética, têm aumentado, fato que tem elevado o conhecimento relacionado à energia solar fotovoltaica (ALMEIDA et al., 2015).
A energia solar fotovoltaica pode ser entendida como a energia gerada através da conversão direta da radiação solar em eletricidade, processo que ocorre por meio do dispositivo conhecido como célula fotovoltaica que atua utilizando o princípio do efeito fotoelétrico ou fotovoltaico (IMHOFF,2007).
2.1 ENERGIA NO MUNDO
O fornecimento de energia é fator definitivo para a qualidade de vida de um país, sendo que o consumo é superior em países desenvolvidos, devido à posse de aparelhos domésticos e da maior demanda de energia utilizada pela indústria, comparando-se aos países pobres ou em desenvolvimento (GREENPEACE, 2006). Atualmente o cenário está em transformação, em 2012, os países em desenvolvimento foram os responsáveis por 46% dos investimentos mundiais em energias e combustíveis renováveis, com um investimento de US$ 112 bilhões, uma expressiva melhora frente ao percentual de 34% obtido no ano anterior (GORGULHO, 2013).
As fontes primárias de energia elétrica são comumente classificadas em renováveis e não renováveis. As fontes renováveis são aquelas em que sua reposição pela natureza é mais acelerada do que a utilização energética, ou ainda, aquelas em que o manejo pelo homem pode ser executado de forma compatível com as necessidades de sua utilização energética. Por outro lado, as fontes não
renováveis são aquelas passíveis de esgotamento por serem utilizadas com velocidade bem maior do que os anos necessários para sua formação (REIS, 2011).
A organização atual setor elétrico, considerada como aquela que engloba desde o processo de transformação de energia primária até a interconexão com cada consumidor, é dividida em geração, transmissão e distribuição, sendo que cada uma dessas, possui características organizacionais, técnicas, econômicas e de inserção socioambiental bem específicas (REIS, 2011).
A questão energética possui relevante significado no contexto ambiental e na busca pelo desenvolvimento sustentável, uma vez que, o setor energético é responsável por causar impactos ambientais em toda a sua cadeia de desenvolvimento, desde a captura de recursos naturais necessários aos processos produtivos, até seus usos finais pelos consumidores (REIS, 2011).
A geração distribuída de energia elétrica se caracteriza pela utilização de geradores descentralizados, instalados próximos aos locais de consumo (Figura 1). O uso deste tipo de geração tem crescido em todo o mundo, sendo que a energia solar fotovoltaica é umas das fontes alternativas com maior potencial de utilização na geração distribuída de eletricidade, uma vez que sua instalação é adequada em locais com alta incidência de luz (VILLALVA, 2012).
Figura 1 – Geração distribuída de energia elétrica Fonte: Villalva (2012).
A Alemanha é o país com maior utilização de energia solar fotovoltaica do mundo, com capacidade instalada de cerca de 20 GW, superior à somatória de todos os outros países, representando aproximadamente 4% de toda a eletricidade produzida no país (VILLALVA, 2012).
O consumo final mundial de energia vem apresentando uma tendência de crescimento de aproximadamente 2% por ano, porém, a parcela dessa energia que é gerada por fontes renováveis cresceu somente 1,7% no período de 1973 até 2009 (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2011).
2.1.1 Energia no Brasil
No Brasil, a maior fonte de energia elétrica é a geração hidrelétrica, que surgiu no início do século XXI e tende a ser utilizada por um longo tempo, em vista do grande potencial ainda disponível. Ao final da década de 1990, este tipo de energia compreendia mais de 90% da potência instalada no país (REIS, 2011).
O mercado brasileiro de energia solar se iniciou na década de 70, devido à crise do petróleo, ficando caracterizado por ampla porção de idealismo por parte dos empreendedores (ELETROBRAS PROCEL, 2012).
Devido ao fato de o Brasil ser um país tropical com alta disponibilidade de irradiação solar, a geração de energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico possui grande potencial (GAVIRIA et al., 2013). Apesar disso, não existe uma legislação nacional que incentive a expansão desse tipo de sistema (SANTOS, 2013).
No ano de 2015, a geração de energia elétrica distribuída no Brasil atingiu o valor de 34,9 GWh com uma potência instalada total de 16,5 MW. Dentre as fontes destaca-se a fonte solar fotovoltaica, com 20,0 GWh de geração e 13,3 MW potência instalada (EPE, 2016).
O número de sistemas fotovoltaicos conectados à rede está em expansão no Brasil e sua utilização tende a aumentar consideravelmente nos próximos anos, principalmente devido à aprovação pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) da microgeração e minigeração com sistemas de distribuição conectados em baixa tensão e alimentados por fontes renováveis de energia (VILLALVA, 2012).
Neste sentido, a disseminação desse tipo de sistema nas residências do país, onde aproveita-se áreas ociosas para a produção de eletricidade, pode contribuir intensamente com a geração de eletricidade em nível nacional, além de reduzir as emissões de carbono e outros prejuízos ambientais, causados pelo uso de combustíveis fósseis e outras fontes tradicionais de energia (VILLALVA, 2012).
A Figura 2 apresenta a estrutura da oferta interna de eletricidade no Brasil em 2015, sendo possível visualizar que o país dispõe de uma matriz elétrica de origem predominantemente renovável, com destaque para a geração hidráulica que responde por 64,0% da oferta interna (EPE, 2016).
Figura 2 – Estrutura da oferta interna de energia no Brasil em 2015 Fonte: EPE (2016).
2.1.2 Energia Elétrica nas Residências
De acordo com os dados apresentados pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2016), em 2010, o consumo de eletricidade na classe residencial foi de 24,9 Mtep (milhões de toneladas equivalentes de petróleo) o equivalente a 9,57% do consumo total brasileiro. Neste sentido, ainda segundo a EPE (2011b), a evolução estimada para o consumo de eletricidade nas residências brasileiras possui expansão média de 4,5% ao ano no período de 2010-2020, devido ao crescimento médio de 2,3% ao ano do número de consumidores, e do crescimento de 2,2% de consumo por unidade habitacional.
Tonelada equivalente de petróleo (tep) é uma unidade de energia utilizada na comparação do poder calorífero de diferentes formas de energia com o petróleo, sendo que uma tep corresponde à energia que se pode obter a partir de uma tonelada de petróleo padrão (ANEEL, 2005).
2.1.3 Energia Fotovoltaica
O uso direto da energia solar a fim de atender às necessidades energéticas da sociedade atual é vantajoso, uma vez que o equilíbrio térmico do planeta não é perturbado (REIS, 2011).
A energia fotovoltaica tem sido utilizada em instalações remotas, possibilitando vários projetos sociais, agropastoris, de irrigação e comunicações, devido às vantagens como modularidade, baixos custos de manutenção e vida útil longa, assim sendo se tornaram de grande importância para instalações em lugares desprovidos da rede elétrica (CRESESB, 2006).
Uma das maiores restrições técnicas com relação à difusão de projetos de aproveitamento de energia solar é a baixa eficiência dos sistemas de conversão de energia, tornando necessário o uso de grandes áreas para captação de energia em quantidade suficiente para que o empreendimento se torne economicamente viável (ANEEL, 2005).
2.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO
De modo análogo aos sistemas solares térmicos, empregados para aquecimento ou produção de eletricidade a partir da energia térmica do sol, os sistemas fotovoltaicos possuem capacidade de captação direta da luz solar, produzindo eletricidade (VILLALVA, 2012).
O efeito fotovoltaico é decorrente da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar, entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, conhecidos por células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício. A eficiência de conversão das células solares é medida por meio da proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica (GREEN et al., 2000).
A indústria da energia solar realiza uma busca constante de novos materiais e tecnologias para melhorar e aperfeiçoar módulos solares, proporcionando maior eficiência e menores custos (BAYOD-RÚJULA et al., 2011).
Os módulos fotovoltaicos funcionam como uma forma de coletores, absorvendo a radiação solar e a transformando diretamente em eletricidade por meio do processo de efeito fotovoltaico, caracterizado por um fenômeno onde alguns materiais são expostos a luz, e assim, geram eletricidade (SANTOS, 2013).
2.2.1 Sistema On-grid
O sistema on-grid é caracterizado pela inclusão (conexão) do sistema de geração na rede elétrica da concessionária, portanto, o equipamento irá gerar energia primariamente para a planta do consumidor/gerador, e o excedente poderá ser “injetada” na rede elétrica, gerando créditos. Caso seja necessário, o consumidor/gerador pode utilizar energia da concessionária, conforme contrato (ENERGY GREEN, 2015).
Desta forma, neste sistema o fluxo de energia elétrica é bidirecional, ora a energia é fornecida para a rede, ora é recebida, sendo relativo com o consumo e a geração. Portanto, o medidor de energia deve ser adequado para esta finalidade (ENERGY GREEN, 2015).
Esses sistemas são geralmente mais simples e baratos, porém, não são capazes de fornecer energia durante interrupções no fornecimento, uma vez que o equipamento deve obrigatoriamente se desligar automaticamente junto com a rede elétrica da concessionária em caso de falta de energia ou manutenção, podendo ser religado em um tempo específico após a normalização do fornecimento (ENERGY GREEN, 2015).
2.2.2 Sistema Off-grid
Os sistemas off-grid são instalados independentemente da rede elétrica, e portanto, não estão interligados ao sistema nacional, podendo gerar mesmo quando não houver energia na rede da concessionária, ou ainda quando não há sequer um ponto de conexão disponível (ENERGY GREEN, 2015).
Os sistemas isolados ou off-grid são empregados em locais não atendidos por rede elétrica, podendo ser utilizados para fornecer energia para residências em áreas distantes, ou ainda, na sinalização de estradas e na iluminação pública (VILLALVA, 2012).
O funcionamento desse sistema é baseado na carga e descarga de um banco de baterias, que armazenam energia nos momentos de maior geração e menor consumo, e suprem energia para a planta quando esta estiver consumindo a mais que a geração (ENERGY GREEN, 2015). Esse sistema autônomo geralmente é composto de uma placa ou um conjunto de placas fotovoltaicas, um controlador de carga, uma bateria, e dependendo da aplicação, um inversor de tensão contínua para tensão alternada conforme mostra a Figura 3 (VILLALVA, 2012).
Figura 3 – Componentes de um sistema fotovoltaico autônomo típico Fonte: Villalva (2012).
O dimensionamento do conjunto de baterias, e o próprio custo de aquisição e manutenção fazem com que os sistemas off-grid se tornem mais caros (ENERGY GREEN, 2015).
2.2.3 Componentes do Sistema
Os sistemas conectados à rede são aqueles onde o arranjo fotovoltaico representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual
está conectado, sendo que toda a potência gerada é entregue à rede instantaneamente (REIS, 2011). Além de apresentarem a vantagem com relação aos sistemas isolados de não utilizar baterias e controladores de carga, fato que os torna cerca de 30% mais eficientes, além de garantir que toda a energia seja utilizada, localmente ou em outro ponto da rede (SANTOS et al., 2013).
A diferença entre um sistema fotovoltaico interligado com a rede da concessionária (on-grid) para um sistema comum (off-grid) é a inexistência de baterias para armazenamento de energia elétrica gerada, sendo necessária a utilização de um inversor, uma vez que a rede elétrica funciona com corrente alternada e toda a geração é entregue diretamente à rede, conforme apresenta a Figura 4 (CRESESB, 2006).
Figura 4 – Sistema conectado à rede Fonte: CRESESB (2006).
Os sistemas fotovoltaicos de microgeração de energia são pequenos sistemas, com potência não superior a 100 kW, instalado em locais de menor consumo de eletricidade, como telhados de residências, podendo suprir o consumo total de eletricidade e tornar a residência auto-suficiente em energia elétrica (VILLALVA, 2012).
A Figura 5 apresenta um diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico característico de microgeração conectado à rede elétrica de uma residência, sendo composto de um conjunto de módulos fotovoltaicos, inversor especial para conexão à rede, quadros elétricos e medidor de energia. A energia gerada é injetada e distribuída na rede elétrica interna da residência, sendo que a eletricidade excedente, se houver, é exportada para a concessionária, gerando créditos que podem ser descontados da fatura de energia elétrica (VILLALVA, 2012).
Figura 5 – Organização e componentes de um sistema fotovoltaico residencial on-grid Fonte: Villalva (2012).
Esses sistemas solares fotovoltaicos são modulares, isto é, o conjunto de módulos e inversores pode ser acrescentado em paralelo na quantidade desejada e/ou necessária, de acordo com o tamanho desejado para o sistema fotovoltaico (VILLALVA, 2012).
2.2.4 Funcionamento do Painel
A maior parte das células fotovoltaicas comercializadas mundialmente são fabricadas com silício monocristalino, policristalino e amorfo, existindo ainda aquelas fabricadas com dissileneto de cobre-índio (CIS) e telureto de cádmio (CdTe) (SANTOS, 2013).
Exemplificando basicamente, o processo de geração da energia, este se inicia quando o painel solar reage com a luz do sol produzindo energia elétrica, estes painéis são conectados uns aos outros e depois conectados no inversor solar que converte a energia solar destes painéis (CC) em energia elétrica que pode ser
utilizada na residência (CA). A energia oriunda desses inversores é encaminhada para o quadro de luz e então distribuída na residência. Quando a produção de energia é maior que o consumo, o excesso de eletricidade vai para a rede elétrica e se transforma em uma espécie de créditos de energia, que podem ser utilizados durante a noite ou então, nos meses seguintes a geração (PORTAL SOLAR, 2015).
Um gerador de energia fotovoltaica tem suas características elétricas que dependem basicamente da irradiação e da temperatura nos módulos, sendo que a influência da irradiância solar é muito mais significativa do que a temperatura. Neste sentido, a irradiância pode variar de forma expressiva em curtos intervalos de tempo, principalmente nos dias com nuvens ou chuvosos (PINHO & GALDINO, 2014).
A Figura 6 mostra os perfis de irradiação diária, levando-se em conta a forte linearidade entre a produção de energia e a irradiação horária.
Figura 6 – Exemplo de perfis de radiação solar diária Fonte: Pinho et al., (2008).
Para três condições climáticas (ensolarado, nublado e chuvoso) são apresentados os gráficos da irradiância, e observa-se que mesmo em dias chuvosos é possível ocorrer à geração de energia elétrica, no entanto, muito pequena em relação ao dia ensolarado.
2.3 NORMAS
A coleta e a sistematização de informações sobre a disponibilidade de recursos energéticos, tecnologias e sistemas de geração, transmissão e distribuição, e as características do uso final de eletricidade, são fundamentais para que seja possível a elaboração e execução de todas as políticas relativas ao setor elétrico brasileiro (ANEEL, 2005).
O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel) foi criado pelo governo brasileiro em 1985, onde a Eletrobrás (empresa estatal de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica) foi nomeada responsável pela implementação do Programa, sob coordenação do Ministério de Minas e Energia (MME), tendo como objetivo promover o uso eficiente de energia elétrica a fim de eliminar desperdícios e reduzir os custos e investimentos setoriais (ELETROBRAS PROCEL, 2012).
No ano de 2012, foram iniciadas as primeiras discussões da comissão CE-03:064.01 do COBEI sobre os procedimentos para a conexão dos sistemas fotovoltaicos à rede elétrica, englobando os sistemas de proteção, da especificação dos elementos elétricos e outros aspectos relacionados a inserção desses sistemas nas redes de distribuição de baixa tensão, complementando a norma NBR 5410 para sistemas elétricos (VILLALVA, 2012).
Ainda são necessárias ações para a inserção da energia fotovoltaica no Brasil, uma vez que o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) criado pelo Governo Federal para promover o uso de fontes alternativas de energia não inclui a fotovoltaica, e ainda, o Plano Decenal de Energia até 2020, do Ministério de Minas e Energia que também não levou em conta esse sistema de geração (VILLALVA, 2012).
As normas publicadas ou atualizadas recentemente ou que se encontram atualmente em discussão tendem a trazer importantes esclarecimentos para todos os interessados, sendo eles: os consumidores residenciais, os fabricantes de equipamentos, os importadores e revendedores, os profissionais que realizam o projeto, instalação e manutenção, e as concessionárias de energia elétrica (VILLALVA, 2012).
2.3.1 ANEEL
O desempenho das empresas distribuidoras com relação ao prosseguimento do serviço prestado de energia elétrica é medido com base nos indicadores de conjunto e individuais, segundo resolução ANEEL nº 024/2000 (ANEEL, 2005).
O projeto intitulado "Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na Matriz Energética Brasileira" lançado pela ANEEL em 2011 em conjunto com empresas concessionárias de energia elétrica do país é caracterizado como um importante passo para a inserção da energia fotovoltaica no Brasil. Esse projeto tem como objetivo promover a criação de usinas experimentais de energia fotovoltaica interligadas ao sistema elétrico nacional, somando quase 25 MW de potência instalada (VILLALVA, 2012).
Segundo a ANEEL (2005) o quadro atual, consolidado pelas leis nº 10.847/2004 e nº 10.848/2004, compete:
a. Ao Poder Executivo a formulação de políticas e diretrizes para o setor elétrico subsidiadas pelo Conselho Nacional de Políticas Energéticas – CNPE, formado por ministros de Estado, sob coordenação do Ministro de Estado de Minas e Energia;
b. Ao Poder Concedente, exercido pelo Poder Executivo, os atos de outorga de direito de exploração dos serviços de energia elétrica;
c. Ao regulador, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a normatização das políticas e diretrizes estabelecidas e a fiscalização dos serviços prestados;
d. Ao Operador Nacional do Sistema (ONS) a coordenação e a supervisão da operação centralizada do sistema interligado;
e. À Câmara de Comercialização de Energia Elétrica – CCEE, sucedânea do Mercado Atacadista de Energia (MAE), o exercício da comercialização de energia elétrica;
f. À Empresa de Planejamento Energético – EPE a realização dos estudos necessários ao planejamento da expansão do sistema elétrico, de responsabilidade do Poder Executivo, conduzido pelo Ministério de Minas e Energia – MME; e
g. Aos agentes setoriais (geradores, transmissores, distribuidores e comercializadores) a prestação dos serviços de energia elétrica aos consumidores finais.
A Resolução Normativa nº 482/2012 da ANEEL estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição e de compensação de energia elétrica, além de dar outras providências. De acordo com essa Resolução, as edificações com instalação de sistemas fotovoltaicos possuem a possibilidade de interligação à rede elétrica pública de forma a usufruir da energia quando a geração fotovoltaica não é suficiente e injetá-la quando a geração é maior que o consumo (ANEEL, 2012).
A norma técnica ABNT NBR IEC 62116:2012 foi publicada com objetivo de apresentar o procedimento de ensaio anti-ilhamento para inversores fotovoltaicos conectados à rede elétrica (ABNT, 2012).
O custo de disponibilidade é a taxa presente nas tarifas aplicáveis ao faturamento de unidades consumidoras atendidas em baixa tensão de fornecimento, portanto, mesmo se o consumidor não usa a energia elétrica por um determinado período a distribuidora cobra o valor mínimo na fatura, buscando manter seu sistema elétrico e sua estrutura de atendimento em perfeito funcionamento (ANEEL, 2008).
A Resolução 456/2000 da ANEEL estabeleceu os valores mínimos para cada perfil de unidade consumidora residencial. Para as unidades monofásicas e bifásicas com dois condutores, o valor em moeda corrente será o equivalente a 30 kWh, mesmo que não haja consumo. Para as unidades bifásicas a cobrança mínima será equivalente a 50 kWh, e para as unidades trifásicas o valor corresponderá a 100 kWh (ANEEL, 2008).
2.3.2 COPEL
Os contratos de concessão das empresas prestadoras dos serviços de distribuição de energia estabelecem regras com relação às tarifas, regularidade, continuidade, segurança, atualidade e qualidade dos serviços e do atendimento prestado aos consumidores e usuários (ANEEL, 2005).
Segundo a Companhia Paranaense de Energia (COPEL, 2016a) seguindo as regras estabelecidas pela Resolução ANEEL nº 482/2012, modificada pela Resolução Normativa ANEEL nº 687/2015 é permitido aos consumidores a instalação de geradores de pequeno porte em suas unidades consumidoras e utilização do sistema elétrico da Copel para injetar o excedente de energia, sendo que esse excedente será convertido em crédito de energia válido por 60 meses. Tais créditos podem ser utilizados para abater do consumo da própria unidade consumidora nos meses seguintes ou ainda, de outras unidades consumidoras com o mesmo titular, previamente cadastradas e atendidas pela mesma distribuidora, cujo titular.
A cobrança da taxa de disponibilidade é exemplificada com o exemplo a seguir (COPEL, 2016a). Para a unidade consumidora grupo B (BT) trifásica a taxa mínima é 100 kWh. A energia consumida foi de 250 kWh e a energia injetada na rede é de 120 kWh. A tarifa paga à COPEL pela energia consumida é de R$ 0,78020 e o valor da tarifa para a energia injetada é de R$ 0,49231.
Exemplo de cálculo:
• Taxa de disponibilidade (trifásico) = 100 x 0,78020 = + R$ 78,02 • Energia Consumida = 250 – 100 = 150 x 0,78020 = + R$ 117,03 • Energia Gerada = 120 x 0,49231 = - R$ 59,08
• Total = + R$ 135, 97.
Para este exemplo, o total pago ela energia consumida seria de R$ 195,05 (78,02+117,03), com o desconto referente à energia injetada na rede o valor total pago na fatura seria de R$ 135,97. Não foram consideradas as taxas decorrentes das bandeiras tarifárias e iluminação pública.
2.3.3 Aplicação do ICMS
Um dos maiores entraves econômicos para a geração de energia solar é a forma como o ICMS (Imposto sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços) incide sobre a eletricidade na conta de luz de um microgerador, fazendo com seus ganhos fiquem de 20 a 30% menores do que poderiam ser (PRATIL, 2016).
A Figura 7 mostra os estados brasileiros onde já foi adotada a isenção do ICMS para a geração de energia solar.
Figura 7 – Estados que aderiram à isenção do ICMS para geração de energia solar Fonte: CONFAZ (2016).
No estado do Paraná a taxa do ICMS sobre a energia elétrica é de 29% (CONFAZ, 2016) e, portanto, para cada 1 kWh de energia injetada na rede, gera-se um crédito de 0,71 kWh. Nos estados com isenção de ICMS para cada 1 kWh injetado na rede gera-se 1 kWh de crédito.
O projeto de lei nº 378/2015 institui benefícios para incentivar o aproveitamento de energia elétrica produzida por microgeradores e minigeradores, propondo a isenção de ICMS como forma de estímulo a esse tipo de geração e distribuição de energia, além da fabricação de equipamentos necessários para o processo (MARTINS, 2016).
O governo do Paraná aprovou a isenção do ICMS para a compra e venda de equipamentos e sistemas de geração de energia alternativa, e também para o aproveitamento da energia elétrica proveniente de mini e microgeração. No entanto, a concessão do benefício que estará baseada em normas estabelecidas pela ANEEL e amparada pelo convênio do Confaz (Conselho Nacional de Política Fazendária) ainda não é realizada (BUZATTO, 2016).
2.4 GERAÇÃO ATUALMENTE INSTALADA
A capacidade instalada de geração elétrica no Brasil, ao final de 2014, atingiu o montante de 133,9 GW, com 7,1 GW de expansão sobre 2013. Com destaque para a potência de 89,2 GW de hidráulica (67% do total), seguida de 12,6 GW de gás natural (9,4%) e de 12,3 GW de biomassa (9,2%). Considerando a importação contratada, no total de 5,9 GW, a oferta total de potência atingiu 139,8 GW, em 2014 (MME, 2015).
Estimativas de 2014, mostram que a geração mundial de energia elétrica ficou próxima de 23.800 TWh (38% de carvão, 23% de gás, 5% de óleo, 11% de nuclear, 16% hidro e 7% de outras – 66% de fósseis), para uma capacidade instalada de um pouco mais de 6.000 GW. Eólica, com 349 GW (765 TWh) e Solar, com 164 GW (168 TWh), somam perto de 930 TWh, correspondendo a 4,0% da geração mundial e 149% da demanda brasileira de eletricidade (MME, 2015).
2.4.1 Potência Instalada Brasil
Atualmente, o Brasil possui no total 4.597 empreendimentos em operação, totalizando 148.221.607 kW de potência instalada de energia elétrica, esta potência é mostrada na Tabela 1.
Tabela 1 - Potência instalada no Brasil nos empreendimentos em operação Empreendimento em Operação
Tipo Quantidade Potência
Outorgada (kW)
Potência
Fiscalizada (kW) %
Central Geradora Hidrelétrica 565 449.123 450.784 0,3 Central Geradora Eólica 394 9.691.438 9.603.860 6,48 Pequena Central Hidrelétrica 445 4.875.064 4.848.234 3,27 Central Geradora Solar Fotovoltaica 42 27.008 23.008 0,02
Usina Hidrelétrica 219 101.106.620 90.464.248 61,03
Usina Termelétrica 2.930 42.631.887 40.841.473 27,55
Usina Termonuclear 2 1.990.000 1.990.000 1,34
Total 4.597 160.771.140 148.221.607 100
2.4.2 Potência Instalada no Paraná
A Tabela 2 apresenta a capacidade instalada de geração de energia em MW no Brasil e no Paraná no ano de 2015, porém, uma vez que essa quantificação não inclui a micro e mini geração distribuída, a energia solar não apresenta resultados para o Estado do Paraná.
Tabela 2 - Capacidade instalada de geração de energia em MW em 2015
SP – Serviço Público APE – Autoprodutor
Fonte: EPE (2016).
De acordo com a Copel (2016b), a concessionária opera um parque gerador de 29 usinas próprias, das quais 16 são hidrelétricas, 1 termelétrica e 12 eólicas, sendo a capacidade instalada total dessas usinas é de 4.838,1 megawatts.
O Paraná possui 104 unidades consumidoras com geração distribuída, com uma potência instalada de 495,18 kW (ANEEL, 2016b). E de acordo com a mesma fonte, no município de Medianeira, existem 3 sistemas de micro e mini geração distribuída, sendo 1 deles industrial e 2 residenciais, entre eles, estando incluso o sistema foco deste trabalho.
3 LOCAL DA REALIZAÇÃO DO ESTUDO
O Brasil, por ser um país localizado na sua maior parte na região intertropical, se destaca por possuir grande potencial para aproveitamento de energia solar durante todo ano (PEREIRA et al., 2006).
A Figura 8 mostra a radiação global diária solar no Brasil, onde é possível visualizar alto nível de radiação em grande parte do território brasileiro.
Figura 8 – Radiação solar global diária, média anual no Brasil (MJ/m².dia) Fonte: Tiba et al. (2000).
A Figura 9 mostra a insolação no Brasil em quantidade de horas, onde a região do estudo possui uma insolação de 6 horas diárias.
Figura 9 – Média anual de insolação diária no Brasil em horas Fonte: Tiba et al., 2000.
3.1 O MUNICÍPIO DE MEDIANEIRA
A residência considerada neste estudo está localizada na cidade de Medianeira no estado do Paraná. De acordo com o website da prefeitura municipal, o município situa-se a 25º17'40", latitude sul de e a 54º05'30", longitude oeste, estando localizado no Oeste Paranaense. A superfície do Município é de 314,632 km²; área correspondente a 0,2% da área do Estado e sua distância terrestre em relação da capital do Estado é de 580 km. Ao norte, limita-se com os municípios de Missal, ao Oeste faz fronteira com São Miguel do Iguaçu, ao sul com o município de Serranópolis do Iguaçu e ao leste com o município de Matelândia. (MEDIANEIRA, 2016). A população do município é de 41.817 habitantes (IBGE, 2010).
A Figura 10 apresenta a localização do município de Medianeira no Estado do Paraná. No canto superior direito está identificada a localização do estado do Paraná no mapa do Brasil.
Figura 10 – Localização de Medianeira no Estado do Paraná Fonte: Abreu (2006).
3.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO ANALISADO NESTE TRABALHO
O sistema instalado possui ligação com a COPEL como um consumidor do grupo B, com fornecimento em baixa tensão bifásico, com proteção de 50 amperes. Os consumidores do Grupo B são aqueles de unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste grupo nos termos definidos nos arts. 79 a 81, caracterizado pela estruturação tarifária monômia (COPEL, 2016c).
O gerador utilizado no sistema é composto basicamente por um arranjo de 5 módulos fotovoltaicos modelo 255 Wp da marca Canadian ligados em série, que podem ser observados na Figura 11.
Figura 11 – Arranjo fotovoltaico instalado Fonte: Autoria própria (2016).
Segundo dados obtidos no website do fornecedor Canadian Solar os módulos utilizados neste sistema são lideres em desempenho em baixa irradiação, eficiência superior a 96,5%, a uma irradiância de 1000W / m² para 200W / m² (CANADIAN SOLAR, 2014). A Tabela 3 apresenta os dados mecânicos e de temperatura do módulo em questão.
Tabela 3 – Dados mecânicos e de temperatura do módulo Módulo - Dados Mecânicos
Especificação Dados
Tipo de célula Policristalina, 6 inch
Arranjo celular 60 (6x10)
Dimensões 1638 x 982 x 40 mm
Peso 18,5 kg
Proteção de frente Vidro temperado 3,2 mm
Material da estrutura Liga de alumínio anodizado
Caixa de junção IP67,3 diodos
Cabos 4 mm², 1000 mm
Conectores MC4 ou MC4 comparável
Embalagem padrão 24 peças com 504 kg cada
Módulos por recipiente 672 peças
Características de Temperatura
Especificação Dados
Coeficiente de temperatura (Pmax) -0,43 % / °C Coeficiente de temperatura (Voc) -0,34 % / °C Coeficiente de temperatura (Isc) 0,065 % / °C Temperatura nominal da célula de operação 45 ± 2 °C
Fonte: Adaptado de CANADIAN SOLAR (2014).
A Tabela 4 apresenta os dados elétricos do sistema testados sob condições de teste padrão e de temperatura nominal da célula de operação.
Tabela 4 – Dados elétricos sob teste padrão e de temperatura
Dados elétricos STC* NOCT**
Potência máxima nominal (Pmax) 255 W 185 W
Tensão de operação ideal (Vmp) 30,2 V 27,5 V
Corrente de operação ideal (Imp) 8,43 A 6,71 A
Tensão de circuito aberto (Voc) 37,4 V 34,4 V
Corrente de curto-circuito (Isc) 9,00 A 7,29 A
Eficiência do módulo 15,85% -
Temperatura de operação - 40 °C~ + 85 °C -
Voltagem máxima do sistema 1000V (IEC) / 600V (UL) -
Classificação máxima do fusível da série 15 A -
Classificação de aplicação Classe A -
Poder de tolerância 0 ~ + 5 W -
STC*: sob condições de teste padrão
NOCT**: sob a temperatura nominal da célula de operação
Fonte: Adaptado de CANADIAN SOLAR (2014).
O arranjo de painéis é ligado à caixa de junção (string box) onde ficam os dispositivos de proteção, sendo que o arranjo é protegido por fusíveis de 15 amperes, por um jogo de DPS (dispositivo de proteção contra surtos) e um disjuntor de 32 amperes.
Posteriormente a essa proteção, o sistema é conectado ao inversor fotovoltaico da marca PHB (com potência máxima de 1800 W) que converte a energia CC proveniente dos módulos, em CA para ser injetada na rede.
Na Figura 12 observa-se o painel de controle do inversor do sistema. Os dados técnicos fornecidos pelo fabricante podem ser encontrados no Anexo A.
Figura 12 – Painel do inversor solar instalado Fonte: Autoria própria (2016).
A saída CA do inversor também é protegida por um disjuntor de 10 amperes e DPS, observados na Figura 13, para em seguida ser entregue ao quadro de distribuição da residência. A concessionária é responsável pelo controle da entrada e saída de energia através do medidor bidirecional.
Figura 13 – Quadro de distribuição da energia na residência. Fonte: Autoria própria (2016).
Na Figura 14 pode ser observada parte do projeto elétrico para o dimensionamento e a instalação do sistema solar fotovoltaico na residência em estudo, identificando as conexões dos painéis até o inversor e os dispositivos de proteção. No Anexo B pode ser encontrado o projeto completo.
Figura 14 – Parte do projeto de dimensionamento e instalação do sistema Fonte: Autoria própria (2016).
A residência está localizada na latitude -25,30° e longitude -54,12°, por meio destes dados, é possível obter os valores de irradiação diários médios de cada mês no plano horizontal, considerando um azimute de -15º e o ângulo de instalação do sistema de 25º. Tais dados são inseridos no software RADIASOL, a fim de se obter os valores de irradiação no plano do telhado.
O software RADIASOL foi desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com o objetivo de atender a projeto de sistemas de energia solar e seus componentes, abrangendo tanto sistemas térmicos quanto fotovoltaicos. O programa desenvolve cálculos da intensidade da radiação solar em superfícies inclinadas como o telhado, com isso é selecionado o modelo de distribuição da radiação, obtendo-se um conjunto de dados adicionais na forma de tabela ou gráficos (UFRGS, 2014).
Na Figura 15 podem ser observados os dados de irradiação para as coordenadas da residência, onde Maio e Junho apresentam os menores valores, e Novembro e Dezembro os maiores valores.
Figura 15 – Irradiação solar na residência de instalação do sistema Fonte: RADIASOL (2014).
4 ANÁLISE FINANCEIRA
Nas secções 4.1 a 4.4 serão apresentados os valores referentes ao investimento para a instalação do sistema, bem como os dados de geração e a economia obtida. Desta forma é possível de se calcular o tempo de retorno do investimento (payback).
4.1 INVESTIMENTO
Não foram considerados custos com projeto e instalação do sistema, uma vez que estes foram realizados pelo próprio dono da residência. Já os custos de aquisição dos equipamentos foram de R$ 8.648,63 com pagamento à vista, porém, como foram necessárias algumas alterações nas instalações da residência, estima-se que o custo total foi de nove mil reais.
O gerador foi adquirido em outubro de 2015 na empresa PHB Eletrônica, localizada em São Paulo, na forma de kit devido à isenção de impostos inclusos no preço. Segundo informações da própria empresa, os impostos inclusos no preço para a compra dos itens em separado, são (PHB Eletrônica,2016):
• ICMS = 0% (Isento – Convênio CONFAZ 101/97);
• IPI = 0% (Isento);
• PIS e COFINS = 1,65% e 3,0%.
O convênio CONFAZ 101/97, concede isenção do ICMS nas operações com equipamentos e componentes para o aproveitamento das energias solar e eólica que especifica (MINISTÉRIO DA FAZENDA, 1997).
Em pesquisa no site do fornecedor, o preço atual (praticado em novembro de 2016) do sistema é de R$ 7.782,92 para pagamento a vista, o que equivale a um valor 10% menor do que o pago no momento da compra em 2015 (PHB ELTRÔNICA LTDA, 2016).
4.1.1 Despesas com Adequação da Instalação
Para a utilização do sistema fotovoltaico foram necessárias algumas adequações na instalação elétrica da residência, no valor em torno de R$ 350,00:
• Compra de um disjuntor de 10 amperes e um de 30 amperes;
• Compra de 20 metros de cabo de 4 mm para a ligação da parte em CA;
• Compra de uma haste de aterramento para o sistema;
• Compra de eletrodutos para acondicionamento dos cabos;
• Interligação com o aterramento da medição por exigência da Copel.
Houve ainda, a cobrança do custo de adequação da medição por parte da Copel, onde foi cobrada apenas a diferença entre o custo dos componentes necessários para o sistema de compensação de energia elétrica e o custo do medidor convencional em unidades consumidoras do mesmo nível de tensão.
4.1.2 Projeto Elétrico e Mão de Obra da Instalação do Sistema
Não houve custo com o projeto elétrico do sistema, pois o projetista responsável é amigo do proprietário da residência. Não houve custo de mão de obra, uma vez que o proprietário, por ser capacitado, realizou os procedimentos de instalação. Caso houvesse custos com projeto e mão de obra, eles seriam de aproximadamente 40% sobre o valor do material, ou seja, em torno de R$ 3.600,00.
4.2 DADOS DA OPERAÇÃO DO SISTEMA
A Figura 16 apresenta a geração diária de energia do sistema para os meses de agosto e setembro de 2016, sendo importante mencionar que os menores picos de geração registrados foram aqueles em que as condições climáticas eram de nebulosidade e chuvosa.
Figura 16 – Geração diária de energia em kWh para agosto e setembro de 2016 Fonte: Autoria própria (2016).
A geração média de energia elétrica para Agosto/2016 foi de 5,86 kWh e para Setembro/2016 foi de 7,48 kWh. Realizando a comparação desses valores com os dados da Figura 15, observa-se a relação direta da geração de energia com a radiação, uma vez que a radiação do mês de setembro foi superior à radiação do mês de agosto.
Devido ao fato de que o sistema está em operação desde novembro de 2015, mas que a concessionária instalou o medidor bidirecional somente em maio de 2016, a Tabela 5 apresenta os dados, registrados pela Copel, de energia elétrica consumida pela residência e a energia elétrica injetada na rede nos meses de junho a outubro de 2016.
Tabela 5 – Dados de energia consumida pela residência e injetada na rede Mês da geração Energia consumida Energia injetada Energia Total Gerada Energia consumida Valor utilizado da energia injetada Crédito de energia disponível Junho 215 kWh 119 kWh - - - 119 kWh 0 kWh Julho 229 kWh 161 kWh - - - 161 kWh 0 kWh Agosto 230 kWh 155 kWh 178,9 kWh 23,9 kWh - 155 kWh 0 kWh Setembro 268 kWh 164 kWh 225,4 kWh 61,4 kWh - 164 kWh 0 kWh Outubro 256 kWh 202 kWh - - - 202 kWh 0 kWh
Fonte: Adaptado de Copel (2016c).
É possível observar que o consumo de energia em todos os meses é maior do que a energia injetada na rede, e, portanto, não há crédito de energia disponível para o gerador. 0 2 4 6 8 10 12 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 G e ra ç ã o e m k W h Data (dias) kWh Agosto kWh Setembro
Ainda com base na Tabela 5 pode-se observar que para os meses de agosto e setembro são apresentados os dados de energia total gerada, obtidas através da leitura do painel do inversor. Como a energia injetada é quantificada pelo medidor da Copel, dessa forma tem-se que a energia gerada menos a injetada é igual ao valor da energia consumida instantaneamente.
A Tabela 6 mostra os dados de gasto e economia de energia elétrica com base na energia injetada na rede e na energia consumida.
Tabela 6 – Valores economizados e pagos por mês para a concessionária com ICMS
Mês Energia consumida (kWh) Valor por kWh (R$) Valor total do consumo (R$) Energia injetada (kWh) Valor por kWh (R$) Valor total da energia injetada (R$) Valor total pago (R$) Junho 215 0,766186 164,73 119 0,492352 58,59 109,14 Julho 229 0,721397 165,20 161 0,467888 75,33 89,87 Agosto 230 0,645130 148,38 155 0,421394 65,32 83,06 Setembro 268 0,641381 171,89 164 0,421394 69,11 102,78 Outubro 256 0,640977 164,09 202 0,421394 85,12 78,97
Fonte: Autoria própria (2016).
Com a análise a Tabela 6, observa-se que valor total da energia injetada na rede (em reais) é a real economia que a residência possui devido ao seu sistema instalado, portanto, entre os meses de junho a outubro obteve-se uma economia de R$ 353,47, considerando para tanto, o valor de ICMS.
Por meio da análise da Tabela 7, tem-se que o valor total pago pela energia se essa fosse isenta de ICMS, considerando a energia consumida e a injetada, seria de R$ 541,98. Portanto, comparando-se esse valor com o anterior, se ocorresse a inexistência de ICMS, a economia seria 65,22%.
Tabela 7 - Valores economizados e pagos por mês para a concessionária sem ICMS
Mês Energia consumida (kWh) Valor por kWh (R$) Valor total do consumo (R$) Energia injetada (kWh) Valor por kWh (R$) Valor total da energia injetada (R$) Valor total pago (R$) Junho 215 0,766186 164,73 119 0,766186 91,17 73,56 Julho 229 0,721397 165,20 161 0,721397 116,15 49,95 Agosto 230 0,645130 148,38 155 0,645130 99,99 48,39 Setembro 268 0,641381 171,89 164 0,641381 105,19 66,70 Outubro 256 0,640977 164,09 202 0,640977 129,48 34,61
4.3 TEMPO DE RETORNO COM AMPLICAÇÃO DO ICMS
Entre novembro/2015 e outubro/2016 o sistema gerou 2,3 MWh, levando-se em conta que a concessionária paga em média R$ 0,44488 para cada kWh (média dos 5 valores apresentados na Tabela 6), o sistema de geração propiciou uma economia aproximada de R$ 1.023,23 em um ano.
A partir do custo total do sistema, que foi de R$ 9.000,00, foi realizado o cálculo do payback simples, e foi encontrado o tempo de retorno do investimento de cerca de 8 anos e 9 meses, desconsiderando os gastos com manutenção do sistema, inflação e aumentos tarifários.
4.4 TEMPO DE RETORNO SEM ICMS
Como pôde ser observado na Figura 7, alguns estados aderiram à isenção do ICMS para geração de energia solar. Portanto, para a mesma geração anual de 2,3 MWh a concessionária pagaria em média R$ 0,68301 (média dos 5 valores apresentados na Tabela 7) e a economia anual obtida seria de R$ 1.570,93.
Novamente com a utilização do payback simples e os R$ 9.000,00 de investimento, se no estado do Paraná houvesse a isenção do ICMS o tempo de retorno do investimento seria de 5 anos e 8 meses.
Deve-se destacar que aumentos tarifários reduzem ainda mais o tempo de retorno, pois aumentam o montante da economia gerada.
5 CONCLUSÃO
O consumo e a demanda por energia elétrica é crescente no cenário atual brasileiro, desta forma são necessários meios de produzi-la de forma limpa e menos impactante ao ambiente. O Brasil se caracteriza por possuir tecnologias e conhecimentos necessários para construção e operação de plantas de energia solar fotovoltaicas conectadas a rede elétrica, apresentando um enorme potencial de geração, devido as suas características climáticas.
Programas do governo federal começam a promover o uso e produção de energias limpas como a fotovoltaica. A legislação brasileira, por outro lado ainda é falha quanto a normas sobre estas atividades, devido à falta de dados comprobatórios a longo prazo sobre a sua viabilidade, e portanto, a energia fotovoltaica ainda é tida pelos planos e programas federais como algo duvidoso.
O Brasil tem atualmente varias formas de geração de energia, e sua capacidade total de geração gira em torno de 148.221.607 kW, neste cenário busca-se aumentar esta capacidade para prover a necessidade de um país em pleno desenvolvimento. O sistema fotovoltaico estudado obtém atualmente uma geração anual em torno de 2300 kWh, com média mensal de aproximadamente 192 kWh, variável de acordo com as condições climáticas.
O referido sistema solar fotovoltaico gerou entre novembro/2015 e outubro/2016, uma economia de R$ 1.023,23. Sem considerar os gastos com manutenção, inflação e aumentos tarifários, um período de 8 anos e 9 meses deste sistema instalado seriam necessários para debater os investimentos da instalação, considerando para tanto a cobrança de ICMS. Por outro lado, se o governo do Paraná aderisse a isenção do ICMS para esse tipo de geração de energia, a economia anual no mesmo período seria de R$1.570,93, e o período de retorno seria reduzido para 5 anos e 8 meses.
Todo o exposto a respeito do problema da energia elétrica no Brasil fez com que o custo da energia subisse muito nos últimos anos, fazendo com que se torne viável o investimento em geração para os pequenos consumidores incluindo os residenciais. Diante deste cenário, torna-se necessário estudar a viabilidade destas instalações em cada caso, levando-se em conta parâmetros como o custo dos
equipamentos e de implantação, e também, o custo e consumo de energia por parte do consumidor que se propõe a gerar sua própria energia.
Conclui-se em relação ao tema abordado que a energia solar é uma atividade que ainda demanda de investimentos relativamente altos e com retorno previsto apenas a longo prazo, porém subentende-se que apresenta-se como uma alternativa vantajosa levando-se em conta as questões ambientais, que suscitam o desenvolvimento de energias limpas. Sugere-se estudar a utilização de sistemas de energia solar em locais isolados e de difícil instalação de redes de transmissão, o que poderia apresentar uma melhor viabilidade econômica.
REFERÊNCIAS
ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Norma Técnica ABNT NBR IEC
62116:2012. ABNT: 2012.
ABREU, Raphael Lorenzeto de. Localização de Medianeira (Paraná). 2006. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Medianeira_(Paraná)>. Acesso em: 11 nov. 2016.
ALMEIDA, E. et al. Energia solar fotovoltaica: revisão bibliográfica. Engenharias
Online, v. 1, n. 2, p. 21-33, 2015.
ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas de energia elétrica do
Brasil.2 ed. Brasilia: ANEEL,2005.
ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Capacidade de Geração do Brasil. Atualizada em 15 de outubro de 2016. 2016a. Disponível em: <http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm>.
Acesso em: 15 out. 2016.
ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Geração distribuída. 2016b.. Disponível em: < http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Estadual.asp>. Acesso em: 11 nov. 2016.
ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Por dentro da conta de luz:
informação de utilidade pública. 2008. Disponível em: < http://www2.aneel.gov.br/arquivos/pdf/cartilha_1p_atual.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2016.
ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa Nº 482, de 17
de Abril de 2012. 2012.
BAYOD-RÚJULA,A. A.; LORENTE-LAFUENTE, A. M.; CIREZ-OTO, F. Environmental assessment of grid connected photovoltaic plants with 2-axis tracking versus fixed modules systems.Energy Aalborg, v. 36, n. 5, p. 3148-3158, 2011.
BUZATTO, V. H. Paraná aprova isenção de ICMS para microgeração de energia.
Sun Volt Energia Solar, 2016. Disponível em:
<http://www.sunvoltenergiasolar.com.br/parana-aprova-isencao-de-icms-para-microgeracao-de-energia/>. Acesso em: 07 nov. 2016.
CANADIAN SOLAR. Quartech - The Next Generation Module CS6P-250 I 255P. 2014. Disponível em: <www.canadiansolar.com>. Acesso em: 09 nov. 2016.
CONFAZ. Convênios ICMS. Conselho Nacional de Política Fazendária. 2016. Disponível em: < https://www.confaz.fazenda.gov.br/legislacao/convenios>. Acesso em: 07 nov. 2016.
COPEL, Companhia Paranaense de Energia. Micro e Minigeração – Sistema de
Compensação de Energia Elétrica.2016a. Acesso em: <http://www.copel.com>.
Acesso em: 04 ago. 2016.
COPEL, Companhia Paranaense de Energia. Geração. 2016b. Acesso em: <http://www.copel.com>. Acesso em: 04 ago. 2016.
COPEL, Companhia Paranaense de Energia. Clientes. 2016c. Acesso em: <http://www.copel.com>. Acesso em: 11 nov. 2016.
COPEL, Companhia Paranaense de Energia. Fatura de energia referente ao mês
de outubro de 2016. 2016c. Disponível em: < http://www.copel.com/>. Acesso em:
04 nov. 2016.
CRESESB, CENTRO DE REFERÊNCIA PARA ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO. Energia Solar – Princípios e Aplicações.
2006.Disponível em:
<http://www.cresesb.cepel.br/download/tutorial/tutorial_solar_2006.pdf>. Acesso em: 28 set. 2016.
ELETROBRAS PROCEL. Energia solar para aquecimento de água no Brasil: contribuições da EletrobrasProcel e Parceiros. Rio de Janeiro: Eletrobras, 2012.
ENERGY GREEN. O que são sistemas on-grid e off-grid. Publicado em 01 de julho de 2015. Disponível em: < http://energygreenbrasil.com.br/o-que-sao-sistemas-on-grid-e-off-grid-2/>. Acesso em: 10 out. 2016.
EPE, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional
2016, Ano Base 2015. Rio de Janeiro: EPE, 2016.
EPE, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Nota técnica Diretoria de
Estudos Econômicos-Energéticos e Ambientais (DEA) 03/11: projeção da
demanda de energia elétrica para os próximos 10 anos (2011-2020). Rio de Janeiro: EPE, 2011.
GAVIRIA, L. R.; PEREIRA, F. O. R.; MIZGIER, M. O. Influência da configuração urbana na geração fotovoltaica com sistemas integrados às fachadas. Ambiente
Construído, Porto Alegre, v. 13, n. 4, p. 7-23, out./dez. 2013
GORGULHO, G. Energias renováveis: Diminui distância entre países
desenvolvidos e emergentes. 2013. Disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/ >. Acesso em: 11 nov. 2016.
GREEN, M. A. et al. Solar cell efficiency tables: version 16. Progress in
photovoltaics: research and applications, Sydney, v. 8, p. 377-384, 2000.
GREENPEACE. Mudanças do Clima, Mudanças de Vidas - Como o aquecimento
global já afeta o Brasil. Greenpeace Brasil, 2006
IBGE. Sinopse do censo demográfico 2010 – Paraná. 2010. Disponível em: < http://www.censo2010.ibge.gov.br/sinopse/index.php?uf=41&dados=8>. Acesso em: 11 nov. 2016.
IMHOFF, J. Desenvolvimento de Conversores Estáticos para Sistemas
Fotovoltaicos Autônomos. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola de
Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria. 2007. 146 f.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Key World Energy Statistics.2011. Disponível em: <www.iea.org/stats/index.asp/>. Acesso em: 05 ago 2016.
MARTINS, J. S. Incentivo à geração de energias alternativas é considerado
decisivo para o desenvolvimento do Paraná. Assembleia Legislativa do Paraná.
2016.
MEDIANEIRA. Município de Medianeira. 2016. Disponível em: < http://www.medianeira.pr.gov.br/?dados>. Acesso em: 11 nov. 2016.
MINISTÉRIO DA FAZENDA. Convênio ICMS 101/97. Publicado no DOU de 18/12/97.1997.
MME, Ministério de Minas e Energia. Capacidade Instalada de Geração de
Energia Elétrica - Brasil e Mundo 2014. 2015. Disponível em: <
http://www.mme.gov.br/documents/1138787/0/Capacidade+Instalada+de+EE+2014. pdf/>. Acesso em: 04 out. 2016.
NEOSOLAR. Conector MC4. 2016. Disponível em: < http://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-mais/conector-mc4>. Acesso em: 04 nov. 2016.
OLIVEIRA, M. A. O impacto do ICMS na Geração Distribuída no Brasil. Revista
Brasileira de Energias Renováveis, v. 5, n. 3, p. 407-417, 2016.
PEREIRA, E. B.; MARTINS, F. R.; ABREU, S. L.; RÜTHER, R. Atlas Brasileiro de
Energia Solar. São José dos Campos.: INPE, 1 ed. 2006.
PHB ELETRÔNICA LTDA. PHB Solar. 2016. Disponível em:
<http://www.phb.com.br/solar.aspx>. Acesso em: 06 nov. 2016.
PINHO, J. T.; GALDINO, M. A. Manual de engenharia para sistemas
fotovoltaicos. CRESESB, Rio de Janeiro, mar. 2014.
PINHO, J. T. et al. Sistemas híbridos – Soluções energéticas para a Amazônia. 1 ed. Brasília, Brasil. Ministério de Minas e Energia, 2008, 396 p.
PORTAL ENERGIA. Vantagens e desvantagens da energia solar. 2016. Disponível em: <http://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-solar/>. Acesso em: 07 nov. 2016.
PORTAL SOLAR. Como funciona o painel solar fotovoltaico. 2015. Disponível em: <http://www.portalsolar.com.br/como-funciona-o-painel-solar-fotovoltaico.html>. Acesso em: 08 ago. 2016.
PRATIL. Entenda o ICMS e como ele influencia na geração de energia solar. 2016. Disponível em: <http://www.pratil.com.br/blog/2015/08/entenda-o-icms-e-como-ele-influencia-na-geracao-de-energia-solar/>. Acesso em: 07 nov. 2016.
PREFEITURA MUNICIPAL DE MEDIANEIRA. Mapa. 2001. Disponível em:< http://www.medianeira.pr.gov.br/mapas/download/mapa_municipio.pdf>. Acesso em: 03 nov. 2016.
