INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CÂMPUS FLORIANÓPOLIS
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE ENERGIA
ADRIANO ANTENOR CAMPOS
COMPARAÇÃO E ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DO PROJETO DE UM SISTEMA DE MICROGERAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA EM UMA INDÚSTRIA COM OS DADOS OBTIDOS DE UM SISTEMA EM
OPERAÇÃO
FLORIANÓPOLIS, JUNHO DE 2018.
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CÂMPUS FLORIANÓPOLIS
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO SUPERIOR EM TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE ENERGIA
ADRIANO ANTENOR CAMPOS
COMPARAÇÃO E ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA DO PROJETO DE UM SISTEMA DE MICROGERAÇÃO SOLAR FOTOVOLTAICA EM UMA INDÚSTRIA COM OS DADOS OBTIDOS DE UM SISTEMA EM
OPERAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Tecnólogo em Sistemas de Energia.
Professor Orientador: Daniel Tenfen, Doutor.
FLORIANÓPOLIS, JUNHO DE 2018.
Dedico este trabalho primeiramente a Deus, aos meus pais, meus irmãos, e principalmente a minha esposa e meu filho que tiveram toda a paciência nos momentos que não pude estar presente.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Antenor Eliseu de Campos e Silvia Pereira de Campos que deram a educação e a base para formação dos meus valores e princípios éticos.
À minha esposa Luciane Mª Augusto Campos e meu filho Alyson Adriano Campos por todo apoio e paciência no decorrer dessa caminhada.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Daniel Tenfen, que me guiou e foi incansável em sua função, não medindo esforços para alcançar o objetivo desse trabalho.
À Clemar Engenharia, que me deu o suporte necessário para executar esse trabalho.
Aos engenheiros Dilsonei Rigotti e Leandro Mafra Bittencourt, por terem me ensinado muito sobre energia fotovoltaica, teórica e prática, com muita paciência e sabedoria.
A todos os professores do curso, principalmente aos Professores Rubipiara Cavalcanti Fernandes, Edison A. C. Aranha Neto, Fabricio Yutaka Kuwabata Takigawa, Daniel Tenfen, Everthon T. Sica e João Carlos Martins Lúcio, que sempre acreditaram e me incentivaram a chegar ao final.
Aos amigos que fiz no IFSC, que fizeram a graduação mais leve e feliz.
"Eu colocaria meu dinheiro no sol e na energia solar. Que fonte de energia! Espero que não precisemos esperar até que o petróleo e o carvão acabem para encarar isto".
Thomas Edison
RESUMO
Cada vez mais no Brasil e no mundo, a diversificação da geração de energia vem ganhando muita importância no que tange aos aspectos socioambientais, econômicos e a segurança energética. A matriz energética mundial passa por transformações e, gradativamente com a crescente busca de alternativas às fontes não-renováveis de energia, incentivos governamentais e evolução tecnológica a energia elétrica produzida através de painéis fotovoltaicos ganha mais espaço e popularidade. Essa energia renovável, que usa a radiação do sol como fonte energética, encontra um ambiente muito atrativo no Brasil, não só pelas condições climáticas, mas também pelo alto custo da energia elétrica. A proposta de um sistema de geração de energia fotovoltaica conectado à rede de distribuição, mediante avaliação dos requisitos legais, técnicos e econômicos de projeto e o impacto do excedente de geração injetado na rede da concessionária de energia é apresentada e discutida. O projeto contemplou equipamentos disponíveis e homologados no mercado brasileiro e foi executado e implementado pela Clemar Engenharia na sua unidade industrial localizada no município de Palhoça, SC. O sistema instalado tem uma potência de 64,26 kWp, suprindo 46% do consumo demandado, com investimento inicial de R$ 496.271,00, e previa um tempo de retorno de investimento por volta de 21 anos, sendo considerado uma vida útil do sistema de 25 anos. O trabalho aqui apresentado é relativo ao projeto, implantação e comparação de aspectos técnicos e econômicos do sistema projetado com os dados de geração medidos após o sistema em operação.
Palavras-chaves: Energia Fotovoltaica. Painéis Fotovoltaicos. Clemar Engenharia.
Retorno do Investimento.
ABSTRACT
Increasingly in Brazil and in the world, the diversification of energy generation is gaining a lot of importance with regard to socio-environmental, economic and energy security aspects. The global energy matrix undergoes transformations and, gradually, with the increasing search for alternatives to non-renewable sources of energy, government incentives and technological evolution, the electric energy produced through photovoltaic panels gains more space and popularity. This renewable energy, which uses solar radiation as an energy source, finds a very attractive environment in Brazil, not only because of the climatic conditions, but also because of the high cost of electricity. The proposal of a photovoltaic power generation system connected to the distribution network, by evaluating the legal, technical and economic requirements of the project and the impact of the generation surplus injected into the utility's network is presented and discussed. The project included equipment available and approved in the Brazilian market and was implemented and implemented by Clemar Engenharia in its industrial unit located in the municipality of Palhoça, SC. The installed system has a power of 64.26 kWp, supplying 46% of the demanded consumption, with an initial investment of R $ 496,271.00, and foresees a time of return of investment for 21 years, being considered a useful life of the system of 25 years. The work presented here concerns the design, implementation and comparison of technical and economic aspects of the designed system with the generation data measured after the system in operation.
Keywords: Photovoltaic energy. Photovoltaic panels. Clemar Engenharia. Return on Investment.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Radiação solar. ... 22
Figura 2 – Incidência dos raios solares na superfície do planeta em relação ao ângulo zenital (Z). ... 22
Figura 3 – Mapa de insolação da Alemanha e do brasileiro Brasil (kWh/m²/dia). ... 23
Figura 4 – Tipos de radiação solar. ... 24
Figura 5- O ângulo de declinação solar varia ao longo do ano de acordo com a posição da Terra em seu deslocamento em torno do Sol. ... 25
Figura 6 – Amplitude máxima do ângulo de declinação solar ao longo do ano. ... 26
Figura 7 – Trajetória do movimento aparente do Sol. ... 26
Figura 8 – Ângulo de inclinação do módulo fotovoltaico e ângulo de incidência dos raios solares. ... 27
Figura 9 – Efeito da inclinação do módulo fotovoltaico na captação de energia. ... 28
Figura 10 – Evolução dos preços de células fotovoltaicas. ... 30
Figura 11 – Do silício ao painel solar fotovoltaico. ... 30
Figura 12 – Montagem do painel solar fotovoltaico. ... 31
Figura 13 – Esquema das três gerações de tecnologia. ... 31
Figura 14 - Painéis Solares de Silício. ... 32
Figura 15 - Painel rastreando a posição do Sol ao longo do dia. ... 33
Figura 16 - Comparação entre energia gerada por um sistema fixo e com seguidor solar. ... 34
Figura 17 – Módulos solares em funcionamento normal (a) e afetados por sombra (b). ... 36
Figura 18 – Curva característica do string. ... 37
Figura 19 – Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico isolado da rede de energia pública. ... 38
Figura 20 – Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico conectado à rede de energia pública. ... 39
Figura 21 – Evolução da potência instalada (MW) até (23/05/17). ... 44
Figura 22 – Matriz elétrica Brasileira atualizada até 29/10/2017. ... 45
Figura 23 – Fatores decisivos para projetar um Sistema de Geração Fotovoltaico. ... 49
Figura 24 - Perfil de consumo mensal para o ano de 2012/2013. ... 51
Figura 25 – Perfil de consumo médio diário para o ano de 2012/2013. ... 51
Figura 26 - Irradiação Média na região da Palhoça para 7° e 27°, e desvio azimutal de 15° a nordeste. ... 53
Figura 27 – Local da unidade consumidora... 57
Figura 28 – Local da unidade Matriz. ... 58
Figura 29 - Etapas para implantação do SGFV. ... 59
Figura 30 - Diagrama de Blocos do SGFV UIP. ... 62
Figura 31 – Disposição final dos 252 módulos já instalados no telhado da UIP. ... 63
Figura 32 - Preço Médio de implantação de SGFV (R$/Wp). ... 66
Figura 33 – Consumo Real X Geração Projetada através do software Pvwatts para 64,26 kWp. ... 68
Figura 34 - Projeção na Fatura de Energia Com e Sem SGFV. ... 69
Figura 35 – Balanço energético da UC com e sem SGFV. ... 77
Figura 36 – Projeção Com cobrança de ICMS x Sem cobrança de ICMS. ... 79
Figura 37 – Demanda medida com e sem GFV – Fora Ponta... 80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Ângulo de inclinação do módulo. ... 29
Tabela 2 – Eficiência de células solares fotovoltaicas. ... 32
Tabela 3 – Vantagens e desvantagens do sistema de rastreamento solar. ... 34
Tabela 4 – Vantagens e desvantagens de sistemas isolados e conectados à rede. ... 40
Tabela 5 – Garantia média dos equipamentos e serviços. ... 41
Tabela 6 – Principais Normas Nacionais. ... 42
Tabela 7 – Últimos leilões de geração solar no Brasil. ... 43
Tabela 8 - Instalações solares no Brasil. ... 43
Tabela 9 – Consumo de energia mensal em 2016. ... 50
Tabela 10 - Dimensionamento para 100% do Consumo da UC. ... 55
Tabela 11 - Simulação PVWatts para 100% de GFV. ... 56
Tabela 12 - Dimensionamento do SGFV de 64,26 kWp. ... 61
Tabela 13 - Arranjo do SGFV instalado na UIP. ... 62
Tabela 14 - Custos do SGFV Implantado na UIP. ... 65
Tabela 15 - Consumo Real x Geração Projetada x Economia na Fatura. ... 67
Tabela 16 - Reajustes na tarifa de energia da concessionária CELESC. ... 72
Tabela 17- Análise do Investimento Projetado. ... 72
Tabela 18 - Tarifas de Energia Celesc 2018 ... 74
Tabela 19 – Geração Real x Geração Estimada em projeto ... 75
Tabela 20 - Valor Médio Economizado pela UC em 2017 (R$/kWh). ... 76
Tabela 21 – Análise do Tempo de Retorno Com ICMS (2018). ... 76
Tabela 22 - Análise do Tempo de Retorno Sem Cobrança de ICMS (2018). ... 78
Tabela 23 - Resumo geral dos casos simulados ... 79
Tabela 24 - Demanda real de 2017 e Projeção de 3% a.a. até 2020. ... 81
Tabela 25 - Tarifas de Demanda Celesc 2018. ... 82
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABSOLAR – Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
CELESC – Centrais Elétricas de Santa Catarina CIGS – Cobre-índio-gálio-selênio
CONFAZ – Conselho Nacional de Política Fazendária
CSP – Concentrating Solar Power (Concentrador de Energia Solar) CdTe – Telureto de Cádmio
CRESESB – Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito DPS - Dispositivos de Proteção Contra Surto
FDI - Fator de Dimensionamento do Inversor FV – Fotovoltaico
FP – Horário Fora de Ponta GFV – Geração fotovoltaica
IBEAS – Instituto Brasileiro de Estudos Ambientais
IDEAL – Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina
IFSC – Instituto Federal de Santa Catarina
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
IPCA - Índice Nacional de Preços ao Consumidor Amplo
LABREN – Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia
LABSOL – Laboratório De Energia Solar MME – Ministério de Minas e Energia
m-Si – Silício Monocristalino
NCM - Nomenclatura Comum do Mercosul
OPEX – Custo de Operação e Manutenção do Sistema
PRODIST - Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional
P – Horário de Ponta p-Si – Silício Policristalino SEB – Setor Elétrico Brasileiro
SGFV – Sistema de geração fotovoltaica
SFCR – Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
STC - Standard Test Conditions (Condições de Teste Padrão) TIR – Taxa Interna de Retorno
TMA – Taxa Mínima de Atratividade UC – Unidade Consumidora
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul
UIP – Unidade Industrial da Clemar no município de Palhoça-SC VP – Valor Presente
VPL – Valor Presente Líquido
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 17
1.1 JUSTIFICATIVA ... 18
1.2 OBJETIVO GERAL ... 18
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 19
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 19
2 REVISÃO DA LITERATURA ... 21
2.1 ENERGIA SOLAR ... 21
2.1.1 Conceitos Básicos ... 21
2.1.2 Radiação solar ... 21
2.1.3 Irradiância ... 22
2.1.4 Insolação ou Irradiação ... 23
2.1.5 Tipos de radiação solar ... 24
2.1.6 Declinação solar ... 25
2.1.6.1 Altura solar ... 26
2.1.6.2 Ângulo de incidência dos raios solares ... 26
2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ... 29
2.2.1 Conceitos Básicos e históricos de sistemas fotovoltaicos ... 29
2.2.2 Tecnologias disponíveis de células fotovoltaicas ... 31
2.3 PROJETO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 33
2.3.1 Regras básicas para a instalação dos módulos solares ... 33
2.4 EFEITO DO SOMBREAMENTO NOS MÓDULOS EM USINAS SOLARES ... 35
2.5 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 37
2.6 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO E VIDA ÚTIL ... 40
2.7 NORMAS E RECOMENAÇÕES PARA SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 41
2.8 CENÁRIO NACIONAL DO USO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 42
2.9 REGULAMENTAÇÕES DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO (SEB) PARA MINI E MICROGERAÇÃO ... 45
3 ESTUDO DE CASO DE UMA UNIDADE CONSUMIDORA DA CELESC DO GRUPO A4 ... 49
3.1 DADOS DA UNIDADE CONSUMIDORA ... 49
3.2 DEFINIÇÃO DO PROJETO DO SGFV ... 49
3.2.1 Perfil de Consumo e Demanda de Energia da UC ... 49
3.2.2 Potência Necessária do SGFV para Atender 100% da UC Estudada ... 52
3.2.3 Área disponível para instalação dos módulos ... 56
3.2.4 Capital disponível e/ ou estratégia para investimento no SGFV ... 57
3.3 PROJETO CLEMAR UIP DE ACORDO COM A DEFINIÇÃO DO TAMANHO DO SGFV E DO CAPITAL A SER INVESTIDO... 58
3.4 ANÁLISE DE CUSTO E DE TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO ... 64
3.4.1 Análise dos custos e retorno do investimento na fase de projeto ... 64
3.4.2 Análise dos custos e retorno do investimento considerando índices econômicos de 2018 e um cenário COM cobrança de ICMS na energia injetada na rede pública de energia ... 73
3.4.3 Análise dos custos e retorno do investimento considerando índices econômicos de 2018 e um cenário SEM a cobrança de ICMS na
energia injetada na rede pública de energia ... 77
3.5 ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DA DEMANDA ... 80
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 83
5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 85
REFERÊNCIAS ... 86
APÊNDICES ... 92
APÊNDICE A – SIMULAÇÃO PVWATTS ... 93
APÊNDICE B – PLANILHA PARA ANÁLISE DO INVESTIMENTO NA FASE DE PROJETO ... 94
APÊNDICE C – PLANILHA PARA ANÁLISE DO INVESTIMENTO COBRANDO ICMS ... 95
APÊNDICE D - PLANILHA PARA ANÁLISE DO INVESTIMENTO DEVOLVENDO ICMS ... 96
APÊNDICE E – PLANILHA DE ANÁLISE FINANCEIRA ... 97
ANEXOS... ... 98
ANEXO A – DADOS TÉCNICOS DOS MÓDULOS E INVERSORES ... 99
ANEXO B – DIAGRAMA UNIFILAR GERAL ... 100
ANEXO C – PAGINAÇÃO DOS MÓDULOS NA COBERTURA ... 104
ANEXO D – DIAGRAMA STRINGBOX ... 105
ANEXO E – TELAS DO SISTEMA SUPERVISÓRIO ... 109
1 INTRODUÇÃO
A proposta deste trabalho consiste na avaliação dos critérios técnicos e econômicos associados à implantação de projeto de geração de energia de fonte fotovoltaica em uma empresa com atividades no ramo de serviços na área de suprimento de energia, telecomunicações e obras de datacenteres, situada na região da grande Florianópolis.
A demanda contratada da referida empresa com a CELESC é de 132 kW, pelo grupo tarifário horo sazonal verde, com um consumo médio de 15.276 kWh/mês em 2016. O sistema instalado incorpora 02 inversores de 27,6 kW (cada), resultando em 55,2 kW de potência nominal total e 252 módulos fotovoltaicos de 255 Wp (cada), totalizando 64,26 kWp de máxima potência possível de ser gerada. Com esta capacidade instalada, a expectativa de geração média mensal está na faixa de 7.000 a 7.500 kWh/mês, ou seja, aproximadamente 50% do consumo médio mensal da UC estudada.
Uma característica importante na preferência pelos sistemas de geração fotovoltaica instalados nas cidades é a possibilidade de interligação com a rede existente das distribuidoras, dispensando assim os sistemas de armazenamento de energia necessários em sistemas do tipo autônomo e os elevados custos de manutenção decorrentes (RÜTHER, 2004).
No caso de micro e minigerações de energia elétrica, destacando-se a energia fotovoltaica, outro ponto fundamental é a possibilidade de compensação de créditos através do sistema de compensação de energia (net metering) para os casos onde a geração de energia ativa for maior que o consumo. Nesse caso, a energia é injetada na rede pública e, uma vez que o sistema de medição instalado é bidirecional, essa energia é contabilizada como saldo positivo, podendo servir para abater o consumo da unidade consumidora no mesmo posto tarifário, ou até mesmo de outra unidade consumidora de mesma titularidade. Por outro lado, quando o sistema solar gera menos energia do que a demandada pela instalação consumidora, o consumo é suprido pela concessionária do serviço de distribuição de energia elétrica. As normas e regulamentações sobre o Sistema de Compensação de Energia Elétrica estão descritas nas Resoluções nº 482/2012 e 687/2015 da ANEEL e a Seção 3.7 do Módulo 3 do PRODIST. Complementarmente, deve ser
consultada a Resolução nº 414/2010 também da ANEEL1. Os principais pontos destes documentos serão abordados no item 2.9.
Esse trabalho propõe um entendimento mais amplo sobre o projeto e os resultados da instalação de um sistema de geração de energia fotovoltaica, que pode ser considerada uma energia limpa, com uma geração silenciosa, não poluente, renovável e de simples implantação.
1.1 JUSTIFICATIVA
Cada vez mais no Brasil e no mundo, a diversificação da matriz energética está ganhando muita importância no que tange aos aspectos socioambientais, econômicos, e também da segurança energética.
Desta maneira, as empresas, pensando em melhorar tanto as suas finanças quanto a sua imagem perante a sociedade, estão aplicando recursos diversos de geração “limpa” em suas unidades, como: geração fotovoltaica, geração eólica, entre outras.
Nesse sentido, é importante apresentar os critérios técnicos e econômicos acerca do que os projetos e estudos demonstraram para a geração fotovoltaica, assim como o sistema instalado na Clemar Engenharia, que é uma empresa com atividades no ramo de serviços nas áreas de suprimento de energia, telecomunicações e obras de datacenteres em todo território nacional.
1.2 OBJETIVO GERAL
Comparar a análise técnica e econômica entre o sistema de microgeração de energia fotovoltaica projetado e o sistema já em operação na empresa Clemar Engenharia.
1 Os pontos principais da Resolução Normativa nº 482/2012 será explicada no capítulo 2.
Está disponível em: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf/. Acessado em 11 maio de 2018.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Revisar a literatura acerca dos conceitos de energia solar;
Conhecer o arcabouço de leis, resoluções, normas técnicas, normas tributárias e demais documentos disponíveis na página da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que visam regulamentar a micro e minigeração fotovoltaica no Brasil;
Compreender os fundamentos de instalação e execução das etapas reais da implantação do sistema de geração fotovoltaica, utilizando-se de softwares, cálculos matemáticos e aplicativos disponíveis na internet;
Analisar os dados de produção de energia elétrica, custos de instalação e receitas estimados em projeto, confrontando com os dados reais obtidos no sistema em operação;
Avaliar a viabilidade técnica e econômica, observadas a partir da análise dos dados.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
No capítulo 1 faz-se uma introdução do trabalho ressaltando a sua importância econômica e social acerca do objeto do estudo. O capítulo 2 possui uma revisão bibliográfica descrevendo os principais conceitos sobre energia solar, tecnologias dos painéis fotovoltaicos e uma apresentação de um sistema fotovoltaico típico, descrevendo e explicando as regras básicas para sua instalação, bem como o funcionamento de cada componente e os fatores que influenciam no sistema fotovoltaico. Também é apresentado o cenário nacional acerca da energia solar fotovoltaica na atualidade e, por fim, são apresentadas as regulamentações e normativas que regem a implantação da mini e microgeração distribuída no Brasil. O capítulo 3 apresenta o estudo de caso da implantação de uma usina geradora fotovoltaica na empresa Clemar Engenharia, analisando os resultados obtidos a partir de estudos de viabilidade técnica e econômica aplicando métodos matemáticos. No capítulo 4 são apresentadas as análises dos resultados e as considerações finais através dos resultados obtidos durante o estudo.
2 REVISÃO DA LITERATURA
Este capítulo tem por objetivo apresentar os conceitos básicos da energia solar, histórico da energia fotovoltaica, principais tecnologias disponíveis e a regulamentação do sistema elétrico brasileiro no que tange a mini e microgeração de energia.
2.1 ENERGIA SOLAR 2.1.1 Conceitos Básicos
O Sol é uma fonte tanto de calor quanto de luz e sempre foi uma das alternativas energética muito promissora para prover a energia necessária ao desenvolvimento humano (CRESESB, 2014).
A energia solar é responsável por praticamente todos os processos de transformação existente na terra. Entre os principais processos naturais estão a fotossíntese, o ciclo hidrológico, os ventos e correntes oceânicas. No que tange aos processos artificiais estão, o aquecimentos solar, a climatização de ambientes e a geração de energia elétrica (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
2.1.2 Radiação solar
É o efeito da propagação de energia do Sol que é transportada para nosso planeta através de ondas eletromagnéticas, como ilustrado na Figura 1. As ondas eletromagnéticas transmitidas pelo Sol produzem efeitos diversos sobre os seres vivos e objetos existentes na terra. Sua unidade de medida mais usada é o W.h/m² (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Figura 1 – Radiação solar.
Fonte: Bocafoli (2017).
2.1.3 Irradiância
É a medida de potência por metro quadrado, ou seja, uma densidade de potência. É expressa em W/m² (watt por metro quadrado) (VILLALVA; GAZOLI, 2012, p.45).
A irradiância solar varia de acordo com o ângulo de incidência dos raios solares (GALVANI, 2014). O ângulo formado entre os raios solares e a linha perpendicular ao plano terrestre é chamado de ângulo zenital (Z) e quanto maior for o ângulo Z, menor será a irradiância sobre a superfície da terra (CRESESB, 2014). A Figura 2 ilustra a incidência dos raios solares na superfície do planeta para diferentes ângulos de inclinação. Esse ângulo também define o parâmetro conhecido como AM (Air Mass) ou unidade que é a razão da unidade e o cosseno do ângulo Z.
Figura 2 – Incidência dos raios solares na superfície do planeta em relação ao ângulo zenital (Z).
Fonte: Galvani (2014).
De acordo com Villalva e Gazoli (2012) “Na superfície terrestre, a irradiância da luz solar é tipicamente 1000 W/m², nas condições de temperatura de 25°C, AM=1,5 no solstício de verão. No espaço extraterrestre, na distância média entre o Sol e a Terra, a irradiância é de 1353 W/m²”.
2.1.4 Insolação ou Irradiação
Segundo Villalva e Gazoli (2012), a insolação é a medida de energia solar que incide sobre uma determinada área de superfície plana ao longo de um período de tempo, normalmente de um dia e com a unidade Wh/m²/dia (watt hora por metro quadrado por dia).
Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar (INPE, 2017), diariamente incide entre 4.500 a 6.300 Wh/m² (watt hora por metro quadrado) de radiação solar no país. A Figura 3 ilustra os mapas de insolação no território alemão e território brasileiro anual.
Figura 3 – Mapa de insolação da Alemanha e do brasileiro Brasil (kWh/m²/dia).
Fonte: Adaptado de Solargis (2017).
O Brasil é privilegiado pela grande incidência de radiação solar, onde o sol aparece em média 280 dias por ano. Observando os mapas da Figura 3, é possível verificar que a região menos ensolarada do Brasil apresenta índices solares em torno de 1640 kWh/m², enquanto que os maiores valores apresentados na área
de maior incidência solar da Alemanha, recebem cerca de 1300 kWh/m² em média anual (SALAMONI; RÜTHER, 2007).
2.1.5 Tipos de radiação solar
Segundo Villalva e Gazoli (2012) a radiação do Sol vinda do espaço sofre a influência de diversos obstáculos antes de incidir sobre a superfície da terra, entre esses obstáculos estão o ar atmosférico, as nuvens, a poluição do ar, e outros.
A Figura 4 mostra os efeitos dos obstáculos no caminho entre o Sol e a superfície da terra.
Figura 4 – Tipos de radiação solar.
Fonte: Cresesb e Cepel (2014).
De acordo com Villalva e Gazoli (2012), os tipos de irradiação solar que incidem sobre a superfície da terra são:
a) Irradiação solar direta: é a fração da radiação solar que atravessa a atmosfera (sem interagir) e atinge a superfície;
b) Irradiação solar Difusa: é a fração da radiação solar que atravessa a atmosfera sendo difundida pelos constituintes atmosféricos (altera a direção);
c) Irradiação solar Global: é a somatória da Radiação solar direta mais a difusa;
d) Radiação solar refletida: é a fração da radiação global que não chega à superfície devido a sua reflexão para o espaço.
Os valores instantâneos da irradiância solar global na superfície sofrem grandes variações temporais e espaciais em função de umidade e nebulosidade, ou outros fatores climáticos, e também da época do ano e hora do dia, pois ocorre variação da camada da atmosfera a ser atravessada pela radiação solar (GALVANI, 2014).
2.1.6 Declinação solar
Declinação solar (δ) é o ângulo formado pela inclinação dos raios solares com relação ao plano equatorial da Terra (VILLALVA, 2012). Segundo Galvani (2014), este ângulo varia ao longo do ano, dentro dos seguintes limites: -23,45° < (δ)
< +23,45° ou na representação -23° 27’ < (δ) < +23° 27’.
As figuras a seguir ilustram o significado do ângulo de declinação solar. A Figura 5 mostra as posições da Terra ao longo do ano. Essa declinação é devido à inclinação do eixo de rotação terrestre.
Figura 5- O ângulo de declinação solar varia ao longo do ano de acordo com a posição da Terra em seu deslocamento em torno do Sol.
Fonte: Saraiva (2010).
A Figura 6 apresenta o significado do ângulo de declinação tendo a Terra como referência e mostrando a posição aparente do Sol. Nos solstícios de verão e inverno o ângulo de declinação é máximo, já nos equinócios de primavera e outono, o ângulo é nulo.
Figura 6 – Amplitude máxima do ângulo de declinação solar ao longo do ano.
Fonte: Santos (2014).
2.1.6.1 Altura solar
Devido ao ângulo de declinação solar, o Sol nasce e se põe em diferentes posições do céu e descreve uma trajetória com inclinação diferente durante o dia e também durante o ano, como ilustra a Figura 7 (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Figura 7 – Trajetória do movimento aparente do Sol.
Fonte: Eletrônica-PT (2017).
Observando a Figura 7, percebe-se que luz solar toma o percurso mais curto através da atmosfera, quando a posição do Sol é perpendicular à superfície da Terra.
2.1.6.2 Ângulo de incidência dos raios solares
A forma como os raios solares incidem sobre a superfície terrestre, depende da posição do Sol. Essa posição é modificada ao longo do dia e do ano,
sendo determinada pelos ângulos azimutal e zenital e pela altura solar (VILLALVA;
GAZOLI, 2012).
Esse ângulo de inclinação é importante para definição de como deverá ser instalado o painel, dependendo da latitude do local, no caso de painéis fixos. A Figura 8 e Figura 9 ilustram como os raios solares incidem sobre o painel fotovoltaico numa determinada inclinação com face norte, sendo que esta última também já apresenta o ângulo ótimo para a maior produção de energia elétrica em um sistema com a base dos painéis fixa.
Figura 8 – Ângulo de inclinação do módulo fotovoltaico e ângulo de incidência dos raios solares.
Fonte: Adaptado de O Setor Elétrico (2017).
Onde:
α- Ângulo de inclinação do painel
β- Ângulo de incidência do raio solar
γ- Ângulo da altura solar
S- Sul geográfico
N- Norte geográfico
Figura 9 – Efeito da inclinação do módulo fotovoltaico na captação de energia.
Fonte: Programa Eletricista Consciente (2017).
Em alguns sistemas, a prioridade é a máxima produção de energia numa determinada época do ano, porém, na maioria das instalações, a busca é por uma máxima produção de energia ao longo do ano.
De acordo com Villalva & Gazoli (2012) é possível obter para uma determinada latitude uma inclinação para instalação dos painéis que possibilite uma boa produção de energia. A latitude de uma localidade pode ser encontrada com a ferramenta de mapas do Google (maps.google.com).
A Tabela 1 sugere o ângulo de inclinação2 para instalação de módulos fotovoltaicos para as diversas faixas de latitudes geográficas.
2 Não é recomendado usar inclinação menor que 10 graus, para evitar o acúmulo de sujeira nos módulos fotovoltaicos.
Tabela 1 – Ângulo de inclinação do módulo.
Latitude Geográfica do Local Ângulo de Inclinação Recomendado
0° a 10° 10°
11° a 20° Latitude
21° a 30° Latitude + 5°
31° a 40° Latitude + 10°
41° ou mais Latitude + 15°
Fonte: Adaptado de Bosch Solar (2009)
2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Para melhor entendimento de um sistema de geração de energia fotovoltaica, são apresentadas adiante, informações necessárias ao conhecimento de aspectos importantes, no que tange aos conceitos do efeito fotovoltaico, e pontos específicos do funcionamento das células fotovoltaicas, como as suas diferentes tecnologias de fabricação e a evolução dos custos.
2.2.1 Conceitos Básicos e históricos de sistemas fotovoltaicos
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida no processo da conversão direta da luz em energia elétrica. O termo fotovoltaico é formado a partir de duas palavras: foto, que em grego significa “luz”, e voltaica, que vem da palavra “volt”, unidade para medir o potencial elétrico (IDEAL, 2017). Ao final do século XX, a indústria fotovoltaica já apresentava grandes melhoras no desenvolvimento e produção dos painéis com custos razoavelmente acessíveis.
Na Figura 10 são apresentados os custos das células fotovoltaicas, sem considerar a instalação, segundo informação do Portal Solar (2017), ressaltando-se que em 2015 estes atingiram os seus menores preços históricos, chegando a U$
0,30/Watt. É percebido também, pelo decréscimo de custo ao longo dos anos conforme destacado que a tecnologia e os processos de fabricação ainda estão amadurecendo, o que pode ser benéfico para a concorrência direta dessa fonte de energia no futuro frente a outras tecnologias.
Figura 10 – Evolução dos preços de células fotovoltaicas.
Fonte: Solar (2017).
A Figura 11 apresenta as etapas de fabricação de painéis fotovoltaicos baseados em silício, principal matéria prima utilizada para as placas fotovoltaicas. Já a Figura 12 ilustra a montagem final de um módulo.
Figura 11 – Do silício ao painel solar fotovoltaico.
Fonte: Cresesb (2014).
Figura 12 – Montagem do painel solar fotovoltaico.
Fonte: Solar (2017).
2.2.2 Tecnologias disponíveis de células fotovoltaicas
As tecnologias das células fotovoltaicas podem ser divididas em três categorias: primeira geração (silício mono e policristalinos), segunda geração (silício amorfo e filmes finos) e terceira geração (orgânicos), como ilustrado na Figura 13.
Figura 13 – Esquema das três gerações de tecnologia.
Fonte: O Frio Que Vem do Sol (2017).
Apesar de toda evolução e de várias tecnologias disponíveis, os tipos de painéis solares fotovoltaicos mais utilizados no mundo são os painéis solares monocristalinos, policristalinos e de filme fino (PORTAL SOLAR, 2018). Vale ressaltar que, atualmente no Brasil, apenas essas três tecnologias são autorizadas pelo INMETRO.
Comparando-se as tecnologias mais empregadas, destaca-se que os painéis solares monocristalinos são mais caros e mais eficientes, enquanto que os painéis policristalinos são mais baratos e possuem uma eficiência média e os painéis de filmes finos são mais baratos e menos eficientes Rϋther (2004).
A Figura 14 representa respectivamente um painel de Silício Monocristalino, outro de Silício Policristalino e por último painel solar de Filme Fino.
Figura 14 - Painéis Solares de Silício.
Fonte: Adaptado de MME (2012)
Outras características importantes são as temperaturas que serão submetidas às placas solares, a vida útil, a resistência mecânica, a produção fotovoltaica em dias nublados, entre outros (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Assim, atualmente, devido às diferenças cada vez menores entre cada uma das tecnologias, não há um consenso do mercado sobre qual a melhor placa solar fotovoltaica a ser utilizada (LUX NOVA, 2017). O critério de escolha acaba sendo, então, por disponibilidade do fabricante, política de preços e questões estéticas do cliente. Embora não detalhado todas as tecnologias neste trabalho, a Tabela 2 apresenta a eficiência das tecnologias de células fotovoltaicas mais utilizadas.
Tabela 2 – Eficiência de células solares fotovoltaicas.
Tecnologia Eficiência Eficiência
Silício Monocristalino 13 a 21%
Silício Policristalino 11 a 16%
Filmes finos - Silício amorfo (a-Si) 4 a 9%
Filmes finos - Disseleneto de cobre-índio-gálio (CIGS) 6 a 11%
Filmes finos - Telureto de Cadmio (Cd-Te) 10 a 13%
Fonte: Adaptado de Cresesb (2014)
2.3 PROJETO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
2.3.1 Regras básicas para a instalação dos módulos solares
Como regra geral, para painéis montados em estruturas fixas, a melhor inclinação com relação à horizontal para aproveitamento máximo da incidência solar ao longo do ano é dada pela latitude do local da instalação. O ideal é que a superfície do módulo fique voltada para o norte geográfico para instalações no hemisfério sul e voltada para o sul geográfico para instalações no hemisfério norte (RÜTHER, 2004). A Figura 15 mostra um sistema com rastreamento da posição do sol ao longo do dia.
Figura 15 - Painel rastreando a posição do Sol ao longo do dia.
Fonte: Adaptado de Energético (2017).
Na Tabela 3 são apresentadas as principais vantagens e desvantagens de um sistema de rastreamento solar, conforme (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Tabela 3 – Vantagens e desvantagens do sistema de rastreamento solar.
Vantagens do rastreamento solar Desvantagens do rastreamento solar
Produção maior de eletricidade com o mesmo espaço necessário para os sistemas de inclinação fixa;
São mais caros devido ao uso de tecnologias mais complexas e de peças móveis para seu funcionamento;
Melhora a forma como a potência é entregue ao consumo.
Maior necessidade de manutenção do que no sistema fixo;
Exigem uma maior preparação do local da instalação e cuidados com o cabeamento;
Não é indicado para lugares com acúmulo de neve.
Fonte: Elaboração própria (2017)
A Figura 16 apresenta as curvas de produção de energia solar ao longo do dia utilizando-se um sistema fixo e outra um sistema de rastreamento automático do sol. Na curva cinza, que representa o sistema fixo, o aumento da produção é gradual, chegando ao máximo próximo das 2 p.m. e decrescendo numa taxa bem acelerada. Na curva verde, a potência máxima é obtida desde o início da manhã e a produção é mantida num nível mais elevado até o final da tarde (PORTAL SOLAR, 2017).
Figura 16 - Comparação entre energia gerada por um sistema fixo e com seguidor solar.
Fonte: Portal Solar (2017).
Ainda de acordo com Portal Solar (2017), no que tange ao tempo, há basicamente duas maneiras para escolher o melhor ângulo de inclinação. A primeira é se, por exemplo, no seu local de instalação o verão tiver muita incidência de nuvens, mas o inverno é prioritariamente claro e ensolarado, então o ângulo de inclinação ideal deverá ser o mais próximo do ângulo de inclinação do inverno e
vice-versa, e a outra é se houver muita chuva e poeira no local de instalação, o melhor é escolher um ângulo com inclinação um pouco maior, de modo que a própria chuva ajude a lavar os módulos. É por isso que, mesmo estando exatamente na região da linha do equador, a recomendação é que o módulo nunca deverá ter uma inclinação zero grau.
2.4 EFEITO DO SOMBREAMENTO NOS MÓDULOS EM USINAS SOLARES Existe um grande problema quando os módulos fotovoltaicos são submetidos à sombras no período de produção de energia, principalmente quando os painéis solares são conectados em série e são de silício que não possuem diodos em paralelo com as células, conforme é explicado no decorrer desse item. É por isso que, de acordo com Villalva & Gazoli (2012), a localização e instalação dos módulos fotovoltaicos devem ser cuidadosamente observadas, de modo que, não haja sombra sobre a sua superfície, sob a pena da produção de energia ser seriamente comprometida.
O sombreamento pode ser causado por diversos obstáculos, como prédios, árvores, acúmulo de sujeira, até mesmo pelos outros módulos instalados na própria usina, ou qualquer outro meio que comprometa a passagem da luz às células fotovoltaicas. Vale ressaltar que, existem configurações onde apenas o painel comprometido pela sombra ou sujeira é afetado, e o restante do sistema continua operando normalmente.
A Figura 17 compara o efeito de um sistema em funcionamento normal (a) e outro afetado por uma sombra (b).
Figura 17 – Módulos solares em funcionamento normal (a) e afetados por sombra (b).
Fonte: Adaptado de Villalva & Gazoli(2012).
A Figura 17 (a) apresenta vários módulos conectados em série representando um string3 de um sistema fotovoltaico, que neste caso, recebem a mesma quantidade de luz, e a corrente elétrica flui normalmente pelos seus terminais. Já na Figura 17 (b) que também apresenta ligação em série, o módulo que está obstruído pela sombra, acaba limitando a circulação de corrente nos demais módulos, causando a interrupção total ou parcial da corrente elétrica no sistema (VILLALVA; GAZOLI, 2012). Para minimizar este problema, os fabricantes adicionam diodos de passagem ligados em paralelo com as células. Quando há problema de captação da luz na célula, a corrente é desviada pelo diodo em paralelo, isolando assim a célula que está obstruída, diminuindo os impactos na perda de produção de energia.
A curva em vermelho ilustrada na Figura 18, mostra, no caso de módulos não afetados pela sombra, que as tensões e as potências dos módulos individuais somam-se, formando uma curva com ponto de potência máxima (MPP). Quando são misturados módulos com e sem sombreamento, obtém-se a curva azul, onde mostra os níveis de tensão e potência seriamente comprometidos (SOLARIZE, 2016).
3 Módulos fotovoltaicos são geralmente ligados entre si em série para produzir uma tensão de saída alta, formando um conjunto chamado de string (SOLARIZE, 2016).
Figura 18 – Curva característica do string.
Fonte: Adaptado de Solarize (2016).
2.5 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Mesmo com a maior popularização dos sistemas de geração fotovoltaicos, algumas dúvidas ainda são observadas nos consumidores no que se refere à compra dos componentes que serão usados no seu sistema. Portanto, a primeira coisa, a saber, é, se o sistema será do tipo isolado da rede (Off-grid) ou conectado à rede pública de energia (On-grid) (BLUESOL, 2016).
Vale ressaltar que tanto os sistemas fotovoltaicos isolados, quanto os conectados à rede de energia pública utilizam basicamente os mesmos dispositivos no que tange as suas estruturas principais. As exceções são as baterias e os controladores de carga4 (SOLARVOLT, 2015).
Os sistemas fotovoltaicos isolados são aqueles sistemas que funcionam totalmente independentes da rede pública de distribuição de energia elétrica, que usam baterias para armazenar a energia gerada para utilizar nos períodos onde o consumo for maior que a geração (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Como mostrado na Figura 19, os equipamentos que compõem um sistema isolado são: painel fotovoltaico, controlador de carga, baterias, inversor, carga, além de cabos, suportes e outros acessórios necessários para instalação do sistema.
4 Dispositivo responsável por controlar o fluxo de energia nas baterias para que não sejam sobrecarregadas ou descarregadas profundamente, proporcionando maior vida útil a elas (CRESESB, 2014).
Figura 19 – Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico isolado da rede de energia pública.
Fonte: Inovacare solar (2016).
Já os sistemas fotovoltaicos conectados, são aqueles sistemas que funcionam conectados à rede pública de distribuição de energia elétrica e não necessitam de baterias e controladores de carga instaladas no sistema para armazenar o excesso de geração, pois, a própria rede de energia pública funciona como uma enorme bateria no caso do sistema de compensação de energia elétrica (CRESESB, 2014; VILLALVA, 2012).
Diferentemente do sistema isolado, o sistema conectado à rede não exige cálculos tão precisos para dimensionar o quanto de geração será necessária para suprir a demanda exigida pela carga, uma vez que pode ser feito um sistema para gerar uma parcela e a rede suprir o restante demandado. Esse sistema também tem a vantagem de poder ser ampliado conforme a necessidade e disponibilidade de recursos financeiros, desde que atendam aos critérios técnicos específicos (CRESESB, 2014; VILLALVA, 2012; RÜTHER, 2004).
Cabe ressaltar que o sistema conectado à rede é regulamentado pela Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012 da ANEEL5. Nessa resolução consta, entre outras informações, o que é necessário para a regularização da mini e microgeração no Brasil, os impostos envolvidos e como funciona o sistema de
5 A Resolução Normativa nº 482/2012 será explicada no capítulo 5. Está disponível em:
http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf/. Acessado em 11 maio de 2018.
compensação energética, que é o sistema de ressarcimento da energia que foi injetada na rede (ANEEL, 2017).
A Figura 20 apresenta os equipamentos que compõem um sistema conectado, que são: painel fotovoltaico, inversor, medidor bidirecional, carga, além de cabos, suportes e outros acessórios necessários para instalação do sistema.
Figura 20 – Diagrama esquemático de um sistema fotovoltaico conectado à rede de energia pública.
Fonte: Inovacare solar (2016).
A Tabela 4 apresenta as principais vantagens e desvantagens de sistemas isolados e sistemas conectados à rede de energia pública6.
6 De acordo com Villalva & Gazoli (2012), a finalidade do sistema conectado à rede é produzir energia para reduzir o máximo possível o consumo proveniente da concessionária, e não a de suprir eventuais falta de energia.
Tabela 4 – Vantagens e desvantagens de sistemas isolados e conectados à rede.
Sistema Vantagens Desvantagens
Isolados
Pode ser utilizado em regiões remotas por ser independente da rede de distribuição de energia pública.
Necessita de baterias e controladores de carga.
Não há necessidade de pagar conta de energia.
Custo mais elevado do que o sistema On-grid.
Possui sistema de armazenamento de energia.
Menos eficiente do que o sistema On- grid.
Conectados à rede
Dispensa o uso de baterias e controladores de carga.
Necessidade de acesso à rede de distribuição de energia.
Possibilita ao consumidor receber crédito de energia da concessionária da rede pública.
Não há sistema independente para armazenar a energia.
Os créditos podem ser utilizados em outras unidades consumidoras do mesmo proprietário.
Necessidade de pagar a energia quando o consumo for maior que a geração.
Sistema mais eficiente que o Off-grid.
Desligamento automático do sistema quando da interrupção da energia da rede.
Fonte: Adaptado de Villalva & Gazoli (2012)
2.6 DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO E VIDA ÚTIL
Como o trabalho é focado em sistemas conectados, abaixo são descritas as funções dos principais equipamentos7.
a) Painéis Solares: Equipamentos responsáveis por converter a energia luminosa proveniente do sol em energia elétrica. A energia produzida pelos módulos é em corrente contínua (CC).
b) Inversor: Equipamento que converte a corrente contínua produzida pelos módulos fotovoltaicos em corrente alternada, para ser consumida pela residência. Esses possuem um sofisticado sistema eletrônico que faz o sincronismo com a rede da concessionária, e, além disso, tem uma função conhecida como anti-ilhamento8.
c) Quadro elétrico de proteções CC e conexões (Stringbox): A Stringbox é um quadro elétrico de proteção em corrente continua, composto por um conjunto de dispositivos (Fusíveis, Dispositivos de
7 A lista de equipamentos e suas funções foram retiradas de Cresesb (2014).
8 Medida de segurança que, na ausência do fornecimento de energia pela concessionária, o inversor desliga-se automaticamente, isolando todo o sistema (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Proteção contra Surto – DPS e Chaves Seccionadoras em Corrente Contínua) aptos a intervir contra distúrbios elétricos que ocasionalmente podem ocorrer entre as séries de Módulos Fotovoltaicos e o Inversor.
d) Quadro elétrico de proteções CA: é um quadro elétrico de proteção em corrente alternada, geralmente composto por disjuntores e DPS.
e) Medidor de energia bidirecional: Equipamento que contabiliza a quantidade de energia injetada (crédito em kWh) e consumida da rede elétrica.
De acordo com Portal Solar (2017), a Tabela 5 apresenta as garantias médias padrão, para equipamentos e serviços do sistema de energia solar fotovoltaica.
Tabela 5 – Garantia média dos equipamentos e serviços.
Equipamento Garantia (Anos)
Painel solar 25
Inversor solar 5 a 15
Cabos e Conectores especiais 10 ou mais
Fixação dos painéis 10 a 15
Serviços de instalação do sistema de energia solar 1 a 5 Fonte: Elaboração própria (2017)
Cabe ressaltar que, embora as garantias de fábrica sejam as mencionadas na Tabela 5, existem instalações de sistemas fotovoltaicos no mundo funcionando a mais de 35 anos (PORTAL SOLAR, 2017).
2.7 NORMAS E RECOMENAÇÕES PARA SISTEMA FOTOVOLTAICO
Para instalação de sistemas fotovoltaicos, é importante seguir as normas e recomendações técnicas relacionadas ao processo de instalação (CRESESB, 2014).
A Tabela 6 apresenta algumas das principais normas e recomendações técnicas nacionais acerca dos sistemas de energia fotovoltaica.
Tabela 6 – Principais Normas Nacionais.
Norma Descrição
NR-10 Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade.
RN 482/2012
Estabelece os procedimentos gerais para a conexão à rede de mini e microgeradores.
PRODIST Módulo-3 Acesso ao sistema de distribuição.
NR-35 Trabalho em altura.
ABNT NBR 5410:2004 Instalações elétricas de baixa tensão.
ABNT NBR 5419-3: 2015 Proteção contra descargas atmosféricas.
ABNT NBR/ IEC60.529: 2005 Graus de proteção para invólucros de equipamentos elétricos (código IP).
ABNT NBR 16.149: 2013 Sistemas fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição.
ABNT NBR 16.150: 2013
Sistemas fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição – Procedimento de ensaio de conformidade.
NBR/IEC 62116: 2012 Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.
NBR 16.274/ 2014
Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho.
ABNT Portaria 004/ 20122
Requisitos de avaliação de conformidade para sistemas e equipamentos para energia fotovoltaica (Módulo, Controlador de carga, Inversor e Bateria).
NBR 14565
Procedimento básico para elaboração de projetos de cabeamento de telecomunicações para rede interna estruturada
Normas da Concessionária
de Energia - CELESC9 Normativa-GD-revisao-03-2016 e outras Fonte: Adaptado de Cresesb (2014)
2.8 CENÁRIO NACIONAL DO USO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Em 2014, houve a primeira contratação de energia solar de geração pública centralizada, de 890 MW. Como apresentado na Tabela 7, em 2015, foram realizados dois leilões, totalizando 2.653 MW contratados, com início de suprimento em 2017 e 2018. Os leilões foram realizados com o objetivo de promover o uso e o desenvolvimento da indústria solar no Brasil (MME, 2017).
9 CELESC é a concessionária de energia da localidade da instalação do SFGV objeto deste trabalho.
Tabela 7 – Últimos leilões de geração solar no Brasil.
Mês/Ano Projetos Contratados
Capacidade Instalada (MW)
Energia Contratada
(MWe)
Início de Suprimento
Período Contratado
(Anos)
10/2014 31 890 202 2017 21
08/2015 30 834 232 2017 21
11/2015 33 929 245 2018 21
TOTAL 94 2.653 679
Fonte: Adaptado de MME (2017)
De acordo com publicação do ministério de minas e energia (MME, 2017), em 09/10/2017, o Brasil contava com 438,3 MW de potência instalada de geração solar, correspondente a 15,7 mil instalações. Comparando com a previsão da ABSOLAR, isso representa um crescimento 228% maior que a capacidade atual e colocaria o Brasil entre os 30 principais geradores de energia solar fotovoltaica do mundo e provavelmente entre os cinco primeiros em potência anual instalada até 2030. A Tabela 8 apresenta o número de instalações solares e a potência instalada ou outorgada na ANEEL até 09/10/2017.
Tabela 8 - Instalações solares no Brasil.
Tipo de Registro ANEEL
MW N° de Instalações 2015 2016* 2017** 2015 2016* 2017**
Outorga e Registro na ANEEL 21,2 23 311,7 24 42 60 Distribuída (Telhado)*** 10,8 61,7 126,6 1250 7.811 15.609
TOTAL 32 84,7 438,3 1274 7.853 15.669
* dados de 30/12/2016 ** dados de 09/10/2017 *** Informações das Distribuidoras Fonte: Adaptado de MME (2017)
A Figura 21 apresenta a evolução da potência instalada desde 2012, mostrando o forte crescimento a partir de 2016, com aumento extremamente significativo em relação a 2015. O grande motivador desse crescimento foi a Resolução normativa 687/2015 (ANEEL, 201510).
10 A Resolução Normativa nº 687/2015 está disponível em:
<http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2015687.pdf>. Acesso em 24. mai. 2018
Figura 21 – Evolução da potência instalada (MW) até (23/05/17)11.
Fonte: ANEEL (2017)
Apesar de nos últimos anos a geração de energia solar ter ganhado muita força, observa-se na Figura 21 que, a representatividade dessa geração ainda é extremamente pequena na matriz de energia elétrica brasileira, correspondendo por apenas 0,25% da capacidade (MME, 2017).
A Figura 22 apresenta ainda a matriz elétrica brasileira, com 4.737 empreendimentos em operação, totalizando 154,4 GW de potência instalada. Para os próximos anos, está prevista uma adição de 23,4 GW na capacidade de geração do País, proveniente dos 251 empreendimentos atualmente em construção e mais 554 com construção não iniciada (ANEEL, 2017).
11 De acordo com relatório da ANEEL, atualizado em 28/10/2017, o número de unidades consumidoras já ultrapassou 16.205 conexões, com potência instalada chegando a 131,7 MW.
Figura 22 – Matriz elétrica Brasileira atualizada até 29/10/2017.
Fonte: Adaptado de MME (2017).
2.9 REGULAMENTAÇÕES DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO (SEB) PARA MINI E MICROGERAÇÃO
Influenciado por um grande movimento global em favor do uso mais consciente dos recursos naturais, o Brasil, regulamentou em 17/04/2012 através da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) a Resolução Normativa nº 482, que foi revisada e atualizada pela Resolução Normativa nº 687/2015, que tratam da geração própria de energia elétrica através de fontes renováveis, permitindo a troca desta energia com a distribuidora local (ANEEL, 2016).
A Resolução Normativa 482/2012 e o Módulo 312 dos Procedimentos de Distribuição – PRODIST, além de estabelecem os procedimentos gerais para a conexão à rede de mini e microgeradores, propõem a criação de um sistema de compensação de energia quando injetada na rede. Com a regulamentação, qualquer pessoa física ou jurídica no território nacional pode ter sua própria usina de geração de energia elétrica através de um sistema fotovoltaico conectado na rede, na modalidade micro ou minigeração distribuídas (ANEEL, 2016).
“Art. 2º...
I - microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de
12 Módulo 3 – Pode ser consultado em http://www.aneel.gov.br/prodist - a sua redação trata do
“Acesso ao Sistema de Distribuição”.
energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
II - minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras; (ANEEL, 2016).
A Resolução Normativa nº 687/2015, alterando a RN nº 482/2012 concedeu outros benefícios aos consumidores com o aumento do prazo para a compensação de energia, o autoconsumo remoto, a geração compartilhada, condomínios, redução do tempo de implementação do sistema e da burocracia.
Referente aos impostos incidentes sobre a fatura de energia, de acordo com a ANEEL (2016), a definição sobre a cobrança de impostos e tributos federais e estaduais fogem das suas competências, cabendo à Receita Federal do Brasil e às Secretarias das Fazendas Estaduais tratar da questão. A seguir, são apresentadas informações relativas ao ICMS e ao PIS/COFINS.
ICMS:
O Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços – ICMS é um tributo Estadual aplicável à energia elétrica. Com respeito à micro e minigeração distribuída, é importante esclarecer que o Conselho Nacional de Política Fazendária – CONFAZ aprovou o Convênio ICMS 6, de 5 de abril de 2013, estabelecendo que o ICMS apurado teria como base de cálculo toda energia que chega à unidade consumidora proveniente da distribuidora, sem considerar qualquer compensação de energia produzida pelo microgerador. Com isso, a alíquota aplicável do ICMS incidiria sobre toda a energia consumida no mês (ANEEL, 2016).
Mas, o Conselho Nacional de Política Fazendária – CONFAZ publicou o Convênio ICMS 16, de 22/4/2015, que revogou o Convênio ICMS 6/2013 e autorizou as unidades federadas a conceder isenção nas operações internas relativas à circulação de energia elétrica, sujeitas a faturamento sob o sistema de compensação de energia. Dessa forma, nos estados que aderiram ao Convênio ICMS 16/2015, o ICMS incide somente sobre a diferença positiva entre a energia consumida e a energia injetada na rede no mês. Nos estados que não aderiram ao novo convênio, mantém-se a regra anterior, na qual o ICMS é cobrado sobre todo o consumo, desconsiderando assim a energia injetada na rede pela micro ou minigeração (ANEEL, 2017).
PIS/COFINS:
Com relação à apuração do Programa de Integração Social - PIS e da Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social – COFINS, não existia até outubro de 2015 uma legislação ou orientação da Receita Federal esclarecendo como deveria ser realizada a cobrança para os casos de micro e minigeração distribuída.
De acordo com a Lei nº 13.169/2015, de 6/10/2015, resultado de várias gestões da ANEEL junto ao Ministério de Minas e Energia e ao Ministério de Planejamento, Orçamento e Gestão, a incidência do PIS e COFINS passou a acontecer apenas sobre a diferença positiva entre a energia consumida e a energia injetada pela unidade consumidora com micro ou minigeração distribuída. Tendo em vista que o PIS e a COFINS são tributos federais, a regra estabelecida pela lei vale igualmente para todos os Estados do país.
É importante saber que vários projetos tramitam na Câmara dos Deputados e no Senado Federal Brasileiro, na busca de melhores condições e incentivos para o setor de energia Solar. Questões tributárias, econômicas, sociais e ecológicas são abordadas nestes projetos que circulam na capital Federal, com vários pontos em comum. Esses projetos tendem a impulsionar cada vez mais esse mercado altamente promissor.
Cabe informar que, conforme o despacho 67, de 16 de maio de 2018, o CONFAZ através do CONVÊNIO ICMS 42/18, liberou a adesão dos Estados do Amazonas, do Paraná e de Santa Catarina na isenção de ICMS sobre a Compensação de Energia Elétrica de que trata a Resolução Normativa nº 482, de 2012, da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Entretanto, conforme a Cláusula terceira do despacho 67, para os Estados do Paraná e de Santa Catarina, o benefício previsto no caput será concedido pelo prazo máximo de 48 (quarenta e oito) meses, na forma da legislação estadual (CONFAZ, 2018).
