ESTUDO DA VIABILIDADE DA IMPLEMENTAÇÃO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE NA CENTRAL DE AULAS CINCO DA UFERSA – CAMPUS MOSSORÓ.

ESTUDO DA VIABILIDADE DA IMPLEMENTAÇÃO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE NA CENTRAL DE AULAS

CINCO DA UFERSA – CAMPUS MOSSORÓ.

Anderson Matheus de Oliveira Queiroz¹, Francisco Magno Monteiro Sobrinho²

Resumo: O Brasil possui grande potencial de radiação solar, que ainda não é explorado de forma eficiente. A existência de poucas políticas de incentivos e o elevado custo nacional dos sistemas fotovoltaicos são os principais fatores que impedem a tecnologia de se difundir nacionalmente. Com o objetivo de analisar a viabilidade de instalar um sistema fotovoltaico conectado à rede em uma central de aulas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido na cidade de Mossoró, realizou-se o presente trabalho. Os dados foram, em sua maioria, obtidos por meio de estimativas que possibilitaram a contabilização do consumo da central de aula, e dos demais dados, resultantes de cálculos baseados no consumo estimado e nas especificações de painéis solares e inversores. Foi realizado o dimensionamento dos módulos fotovoltaicos e dos inversores, e com seus valores de aquisição comercial calculou-se o custo da instalação. O estudo da viabilidade foi feito através do tempo de retorno de investimento, a qual foi obtido que a previsão para retorno do investimento é de, aproximadamente, 5 anos de funcionamento do sistema solar fotovoltaico, mostrando-se viável a sua implementação.

Palavras-chave: Viabilidade econômica; Sistema fotovoltaico; Geração distribuída; Energia solar.

1. INTRODUÇÃO

Dados do Ministério de Minas e Energia (MME) [1] mostram que na matriz de energia elétrica brasileira há grande produção de energia de forma renovável (cerca de 83,0%) advinda de fontes hidráulicas, eólicas, solares e de biomassa. A principal fonte energética da matriz de capacidade instalada de geração de energia elétrica nacional é a hidráulica, seguida das outras fontes de energia, cujas representações são mostradas no Gráfico 1.

Gráfico 1. Matriz de capacidade instalada de geração de energia elétrica do Brasil. (Autoria própria)

Crises hídricas, como escassez de chuvas, afetam diretamente a geração de eletricidade nas hidrelétricas, por esse motivo é necessário aumentar a diversidade de geração de energia elétrica utilizando fontes alternativas de energia, que também sejam renováveis e ocasionem o mínimo de impactos ambientais e sociais.

O Brasil possui localização privilegiada, pois seu território está localizado entre a linha do equador e o trópico de capricórnio, lhe proporcionando ótima recepção de radiação solar durante o ano. Esse fator acarreta boa uniformidade na média anual de radiação solar, sendo esta relativamente alta em todo o território brasileiro, destacando-se o Norte, Nordeste e Centro-Oeste. Em especial, a região Nordeste é a que recebe maior radiação comparada ao restante do país, apresentando média de 5,49 kWh/m

.dia ultrapassando a média nacional que é de 4,5 kWh/m

.dia [2]. Esse potencial de radiação é bem maior, se comparado ao potencial de alguns países europeus, que possuem a tecnologia fotovoltaica bastante disseminada [3], tudo isso propicia boas condições para a produção de eletricidade utilizando painéis fotovoltaicos.

O crescimento da utilização de energia solar fotovoltaica é um dos objetivos buscados pelos países nas últimas décadas, observado o constante fornecimento de radiação solar em maior parte do planeta que pode ser utilizado na geração de energia elétrica de forma sustentável. Sendo a energia solar uma fonte de energia renovável e sustentável, ela é uma alternativa para diversificar a produção de eletricidade, reduzindo o domínio das hidrelétricas na geração nacional de energia elétrica, além de reduzir a dependência de combustíveis fósseis

63,60%

26,00%

8,90% 1,50%

Fontes hidráulica Fontes Térmicas Fontes Eólicas Fontes Solares UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO - UFERSA

CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

Trabalho de Conclusão de Curso (2018.2).

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para gerar energia. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) monitora o uso crescente da energia solar fotovoltaica no Brasil, registrando até 2016 cerca de cinco mil telhados solares já instalados, estimando até 2024 a instalação de mais de 1,2 milhões de geradores solares [4]. Dados do Ministério de Minas e Energia (MME) mostram que a energia fotovoltaica representava 0,05% da capacidade de geração no país em 2016 [3]. No cenário atual, segundo os dados do Banco de Informação de Geração (BIG), existem 2.460 empreendimentos de fontes fotovoltaicas em operação no país, gerando 1.953.759 kW de potência outorgada, que corresponde a 1,19% da produção de energia elétrica nacional [5], apresentando no mesmo ano, no início de janeiro 2.273 empreendimentos gerando 1.821.580 kW de potência outorgada, representando 1,10% da matriz elétrica.

Observa-se um aumento significativo, considerando que o avanço da geração de energia solar ainda é limitado pelos custos de implementação, pois é um sistema em aplicação e em desenvolvimento tecnológico no Brasil.

Sabendo que as condições naturais são propícias à instalação da tecnologia, para haver sucesso na produção elétrica solar, resta apenas averiguar o custo de implantação do sistema. O custo por sua vez, é variável para cada tipo e tamanho de sistema. A competição entre fabricantes é a principal causa da redução de custos de aquisição de painéis fotovoltaicos [3]. No Brasil, essa competição ainda é escassa, pois não há fabricantes nacionais e os painéis, ou seus componentes, geralmente são importados. Entretanto, no intervalo entre 2006 e 2016 o preço dos módulos fotovoltaicos decaiu mais de dez vezes em todo o mundo [4]. Somente em 2012, no Brasil, foi publicada a Resolução Normativa nº 482/2012 que reduziu empasses que dificultavam o desenvolvimento e distribuição da energia solar fotovoltaica no país, elevando o índice de utilização da tecnologia para gerar eletricidade e, consequentemente, a contribuição da energia elétrica solar na matriz energética, embora que ainda seja pequena a sua representação.

Com base nas potencialidades existentes no país para desenvolver a tecnologia solar e usufruindo-se da queda de preços dos módulos solares e da expansão da demanda energética por meio de energias sustentáveis, teve-se como objetivo verificar a viabilidade econômica em implantar painéis solares fotovoltaicos conectados à rede para a geração de energia elétrica na central de aulas cinco da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), no campus Mossoró-RN, suprindo completamente a demanda de energia elétrica da central de aulas.

Contatando-se através da avaliação do sistema com o tempo de retorno de investimento implementado a geração elétrica solar que em menos de 5 anos o investimento será suprido pela produção de energia elétrica dos módulos solares fotovoltaicos.

2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Energia solar

O sol é responsável pelo fornecimento de luz e calor para a terra por meio da radiação solar eletromagnética.

Considerado uma fonte energética renovável e inesgotável, que não causa danos significativos ao meio ambiente, a energia do sol pode ser convertida em outras formas de energia, como a eletricidade [6]. Tornando-se uma ótima possibilidade para produção de energia elétrica, de forma sustentável.

O aproveitamento dessa energia pode ocorrer de forma direta ou indireta. De forma indireta, a energia solar exerce influências na produção energética de outras fontes de energia. O sol é o responsável pela evaporação da água no ciclo hidrológico, permitindo o fluxo do ciclo, e influenciando a geração em hidrelétricas. A radiação solar também causa gradientes de temperatura na atmosfera, induzindo o movimento das massas de ar entre os gradientes, formando ventos, que impactam a produção de energia eólica. Quanto a biomassa, a energia solar é responsável pela manutenção e desenvolvimento dos seres vivos, plantas ou animais, que geram os resíduos utilizados na geração de energia através da biomassa. De forma direta a radiação solar é aproveitada na geração de energia heliotérmica, energia solar térmica e solar fotovoltaica. Quanto a finalidade, a energia solar pode ser usada para produção de eletricidade, aquecimento, cocção ou desidratação de alimentos, dentre muitas aplicações. As principais aplicações são com a geração elétrica e o aquecimento térmico, utilizando as tecnologias de painéis solares fotovoltaicos e coletores solares térmicos, respectivamente [7].

2.2 Radiação solar

A energia radiante advinda do sol que é transportada pelas ondas eletromagnéticas, em diferentes frequências, até chegar à superfície terrestre, é chamada de radiação solar. Mas até chegar à terra ela pode sofrer alterações na quantidade de energia por unidade de área. Essa grandeza referente a quantidade de energia solar incidente em 1 m² é denominada de irradiância solar, e sua unidade é W/m². A irradiância em uma localidade varia de acordo com a própria localização geográfica, a geometria entre a terra e o sol, as estações do ano e outros fatores que afetam o trajeto da radiação solar até a terra [8].

Durante o seu percurso pela atmosfera, a radiação solar pode se decompor ao encontrar obstáculos, como

ilustra a Figura 1, dividindo-se em componentes denominadas de: irradiância direta horizontal (G

) e irradiância

difusa horizontal (G

), onde a soma dessas componentes é chamada de irradiância global horizontal (G). Após a

radiação chegar à superfície, ela pode ser refletida formando o albedo que possui pequeno valor de irradiância,

de forma que, para a geração fotovoltaica a irradiância global horizontal é de maior interesse [7].

Figura 1. Componentes da irradiação solar (adaptado) [4]

A radiação direta é a parcela de radiação que incide diretamente na superfície, sem refletir ou refratar em obstáculos presentes na atmosfera. A radiação difusa é a parcela de radiação que é refletida ou refratada de obstáculos na atmosfera, como as nuvens e/ou partículas presentes no ar, por exemplo. O albedo é a radiação refletida da superfície. Em dias que há ausência de nuvens, a radiação difusa representa 20% da radiação incidente na superfície e o restante é composto pela radiação direta. E em dias nublados toda a radiação incidente é difusa [6].

A eficiência dos processos de aproveitamento da energia solar depende intrinsicamente da incidência solar em determinada região. Porém, esta incidência é variante de acordo com o posicionamento da terra, seu movimento e a as condições climáticas da região.

2.3 Geometria terra-sol

O movimento de translação da terra descreve uma orbita elíptica em torno do sol, esse movimento além de gerar as estações do ano também é responsável pela variação do ângulo de declinação solar (δ) que é a posição angular do sol ao meio dia solar. Essa variação angular tem por referência a linha do equador e está situada entre os trópicos. Acima do equador (em direção ao norte geográfico) o valor da declinação pode chegar a +23,45°, e abaixo da linha (em direção ao sul geográfico) o valor da declinação pode alcançar até -23,45°. Os extremos angulares cujo módulo é 23,45°, são chamados de solstício e quando o sol está sobre a linha do equador a declinação solar é nula (δ=0°) e ocorre o equinócio. Durante um ano o sol percorre esse intervalo angular duas vezes, saindo das proximidades do trópico de Câncer até o seu outro extremo, próximo ao trópico de Capricórnio, e em seguida, retornando para o trópico de Câncer, por exemplo. Dessa forma, durante um ano tem- se dois solstícios e dois equinócios [4].

O fato de a terra ser esférica ocasiona variação da radiação incidente em diferentes lugares do globo. As regiões maios próximas a linha do equador recebem maior quantidade de irradiância solar, enquanto regiões mais ao sul e ao norte, direcionando-se aos polos, recebem menores valores de irradiância. Essa variação é decorrente do ângulo de incidência da radiação solar, formado entre o raio solar e o plano tangente a superfície da terra como mostra a Figura 2. Quanto menor o ângulo entre o plano e o raio, maior é a distância que a radiação deverá percorrer na atmosfera para chegar até a superfície, sujeitando-se à perca de energia durante o percurso. Dessa forma, locais com menores latitudes têm ângulo de inclinação maiores e consequentemente irradiação solar mais elevada [9].

Figura 2. Ângulo de incidência da radiação solar. [10]

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2.4 Aproveitamento energético fotovoltaico

O Brasil é receptor de elevados valores de irradiação solar, principalmente a região Nordeste, pois se situa entre os trópicos e próximo a linha do equador, recebendo radiação solar incidente com angulação de raios próximo a normal com a superfície horizontal. Para ter a melhor captação solar deve-se realizar a instalação dos módulos solar com orientação voltada para o norte geográfico, caso a instalação seja no hemisfério Sul. E a inclinação do módulo em relação ao plano horizontal, necessária para compensar a inclinação do eixo da terra e tornar a recepção dos raios perpendicular ao módulo, é equivalente a latitude do local de instalação [11]. Porém, é indicado que a inclinação do módulo seja de no mínimo 10° para auxiliar a autolimpeza dos módulos solares em regiões que a latitude é menor que 10° [12].

Equipamentos como painéis solares fotovoltaicos utilizam o efeito fotovoltaico para converter a energia que chega à terra em forma de radiação em energia elétrica. Para isso, é aproveitada a radiação direta e a radiação difusa, principalmente. A primeira observação realizada do efeito fotoelétrico foi por Edmund Becquerel, em 1839, notando a produção de corrente elétrica ao sujeitar a exposição luminosa dois eletrodos em um eletrólito.

38 anos depois, W.G. Adams e R.E. Day complementaram a descoberta produzindo uma célula solar, ainda ineficiente, que foi melhorada anos após por D.M. Chapin e seus colaboradores, registrando a patente de uma célula solar de silício com eficiência de 4,5%, em 1954 [13].

O efeito fotovoltaico ocorre nas células fotovoltaicas, que são semicondutores extrínsecos fotossensíveis constituídos geralmente por silício dopado com impurezas. Quando o fóton incide na célula que constitui os painéis solares, é gerada uma diferença de potencial no material, à medida que a energia dos fótons excita os elétrons da célula, induzindo uma corrente elétrica contínua [14]. Essa corrente é gerada da absorção da energia do fóton pelos elétrons, que se excitam e passam a se deslocar dentro do material semicondutor estabelecendo a corrente. Assim, a radiação solar incidente absorvida pelas células determina o número de elétrons excitados, e como consequência, a geração elétrica.

2.5 Sistemas fotovoltaicos isolados e conectados à rede

Os sistemas são classificados em duas categoriais principais: Sistemas conectados à rede (on-grid) e sistemas isolados (off-grid) [6].

Nos sistemas isolados é necessário armazenar a energia, pois diferente do sistema on-grid, o sistema off-grid não recebe o fornecimento de energia elétrica quando a produção solar cessa, requerendo armazenar a energia produzida em baterias para serem utilizadas no período que a potência gerada é nula ou insuficiente [6].

Nos sistemas conectados à rede, os principais componentes do sistema são os módulos fotovoltaicos, o inversor, o quadro e os medidores de energia, ilustrados na Figura 4, conectados à rede elétrica convencional por paralelismo. Não se utiliza armazenamento de potência, pois a potência gerada é inserida diretamente na rede elétrica da concessionária de energia da região [14], sendo registrada pelo medidor de energia bidirecional a quantidade de energia que é utilizada da rede e a quantidade de energia excedente injetada à rede. A energia elétrica gerada nos painéis está em forma de corrente contínua, depois de gerada ela é direcionada ao inversor para ser convertida em corrente alternada com frequência determinada pela concessionaria de energia, e então será enviada para a rede elétrica, passando pelos medidores de energia, que computam a injeção e a absorção de corrente na rede [8]. Segundo a Resolução Normativa da ANEEL nº 687 de 24 de novembro de 2015 [15], caso a injeção de potência à rede seja maior que o consumo das cargas, gera-se excedente de potência que se torna em créditos para os clientes que têm o sistema. A quantidade de potência excedente acumulada em forma de créditos pode ser consumida em um prazo de 60 meses de validade. Caso o consumo ultrapasse a geração, os créditos são consumidos, assim não há ônus para o cliente pois o seu consumo é suprido pelo excedente de potência produzido anteriormente. A Resolução também aborda os tipos de gerações, que podem ser classificadas de acordo com a potência instalada, em microgeração distribuída, com potência de até 75 kW, ou minigeração distribuída, com até 5 MW.

Figura 4. Desenho esquemático de um sistema fotovoltaico conectado à rede. [16]

2.6 Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos conectados à rede

Para dimensionar um sistema fotovoltaico conectado à rede é utilizado o consumo médio diário anual da edificação e então calcula-se as potências de pico e o número de painéis utilizados, a potência máxima dos inversores, cabeamentos, proteções, tipo de medidor bidirecional e a estrutura de base. Porém, para este trabalho será abordado apenas o dimensionamento dos módulos e o cálculo dos inversores.

2.6.1 DIMENSIONAMENTO DOS MÓDULOS

A potência de pico produzida pelos painéis para suprir a demanda de consumo é determinada através da Equação 1 [6].

𝑃

(𝑊

) = (𝐸 𝑇𝐷 ⁄ ) 𝐻𝑆𝑃 ⁄ (1)

Onde: 𝑃

é a potência de pico do painel (W

); 𝐸 é o consumo médio diário anual da edificação (Wh/dia);

𝐻𝑆𝑃 é o número de horas em que a irradiância é constante e igual a 1 kW/m², denominado de horas de sol pleno (h/dia); 𝑇𝐷 é a taxa de desempenho (adimensional), cujo valor pertence ao intervalo entre 70% e 80% para locais bem ventilados e sem sombreamento [6].

O número de módulos necessários (𝑁) é calculado pelo quociente entre a potência de pico dos painéis (𝑃

) e a potência máxima do módulo fotovoltaico escolhido (𝑃

), como descreve a Equação 2.

𝑁 = 𝑃

𝑃

⁄ (2)

2.6.2 INVERSORES

Os inversores devem atender os requisitos estabelecidos na ABNT NBR IEC 62116 e ter a certificação do INMETRO [14]. O dimensionamento de um inversor depende das características elétricas do módulo escolhido e da potência do gerador fotovoltaico [6]. A potência do inversor escolhido deve seguir o fator dimensionamento do inversor (𝐹𝐷𝐼) que é dado pela Equação 3, e deve oscilar entre 0,75 a 1,05 [6].

𝐹𝐷𝐼 =

𝑃_𝑃𝑃∗𝑁₂

(3)

Onde: 𝑃

é a potência nominal de corrente alternada do inversor (W); 𝑃

é a potência de pico do painel fotovoltaico (W

); 𝑁

é o número de inversores adotados e 𝑁

é o número de painéis adotados.

3. METODOLOGIA

O método da presente pesquisa é baseado em estudo, usufruindo-se de análise econômica de investimentos em comparação com o custo energético mensal de um edifício. As etapas que caracterizam o estudo são: revisão de literatura, caracterização do objeto de estudo, cálculo estimativo do consumo através das cargas, dimensionamento e escolha dos módulos fotovoltaicos e inversores, análise econômica dos investimentos e compilação dos resultados.

3.1. Caracterização do objeto de estudo

O objeto de estudo é a central de aulas, número cinco, da Universidade Federal Rural do Semiárido.

Localizada no lado leste da UFERSA, no bairro Costa e Silva, em Mossoró – RN. Contém 10 salas de aula, um hall, e dois banheiros coletivos, que são utilizados das 7h da manhã até às 22h da noite pela comunidade universitária. A escolha do local de estudo foi subjetivo.

Em termos de recepção de radiação, o edifício não possui grandes obstruções da radiação, e está localizado em uma região de elevada irradiação solar. A central de aulas dista, aproximadamente, um quilômetro de uma usina solar já em funcionamento localizada dentro da universidade, com potência instalada de 150,8 kW

, que já gerou para a universidade 538,54 MWh [17]. A orientação dos painéis, segue a direção para o Norte e a sua inclinação é a mesma da latitude de Mossoró (latitude: 5° 12’ 24” S e longitude: 37° 19’ 20” W), porém para facilitar a autolimpeza dos painéis adotar-se-á 10° de inclinação.

Para identificar o padrão de consumo energético, foi observado os horários de aulas durante os três turnos do dia e a duração de cada aula, quais os equipamentos instalados em cada ambiente, os sistemas de iluminação e condicionamento de ar, para se estimar o consumo mensal de energia elétrica mais próximo do real.

3.2 Estimativa do consumo das cargas

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A Tabela 1 mostra os dados referentes a todas as cargas do bloco de aula, ou seja, a quantidade de cargas, a potência de cada uma delas e as suas respectivas horas de uso, visto que a central de aula inicia suas atividades às 7h da manhã e termina às 22h:20min da noite. Definiu-se o tempo de uso de equipamentos coletivos por estimativa, estando incluso nesse valor intervalos durante o dia em que as salas de aula são utilizadas para monitorias ou eventos extraordinários. As salas de aula são padronizadas, em cada uma delas há um projetor (334W) e dois ar condicionados (3290W), os sistemas de iluminação contam com 24 lâmpadas (40W) agrupadas em pares e distribuídas por toda sala, 17 pares de lâmpadas (40W) para os corredores e o hall, e 27 pares de lâmpadas (20W) distribuídas nos banheiros e no depósito do bloco. O consumo foi calculado através do produto entre a quantidade de cargas, a potência e o tempo de uso.

Tabela 1. Estimativa do consumo diário da central de aulas (Autoria própria).

Descrição das cargas Quantidade Potência (W) Uso (h/dia) Consumo (kWh/dia)

Ar condicionado 20 3619 12 868,56

Iluminação – Salas de aula 240 44 9 95,04

Iluminação – Banheiros 54 22 6 7,13

Iluminação – Corredores 34 44 5 7,48

Projetores 10 378,4 9 34,06

Bebedouro 2 110 24 5,28

Tomadas – Uso geral 65 110 5 35,75

TOTAL 1053,29

Nota: As potências das cargas já incluem as perdas pelo inversor para cargas em corrente alternada, utilizado 10% de perda.

3.3 Dimensionamento e escolha dos módulos fotovoltaicos

Baseado na estimativa do consumo mensal de energia elétrica, dimensionou-se a quantidade de módulos necessários para suprir a demanda energética. Para utilizar a Equação 1, foi necessário calcular primeiro o número de horas de sol pleno e escolher o valor da taxa de desempenho.

O 𝐻𝑆𝑃 foi obtido utilizando dados de irradiação solar da Sundata do CRESESB, alcançados com as coordenadas geográficas exatas do local de estudo, adquiridas através do Google Maps. Realizado o procedimento, a Sundata plota os dados de irradiação solar mais próximos do local em questão, então são exibidos os dados de irradiação mensal durante um ano. O número de horas de sol pleno (𝐻𝑆𝑃) foi calculado realizando uma média aritmética dos menores valores mensais de irradiância anual no plano inclinado fornecidos pelo Sundata em três locais distantes da central de aula, porém na mesma cidade. A Tabela 2 mostra os referidos dados de irradiância computados. Assim, obteve-se que o 𝐻𝑃𝑆 é igual à 5,35 h/dia. Foi adotado a taxa de desempenho (𝑇𝐷) igual à 75%, que é a média aritmética entre o intervalo proposto pelo CRESESB [6].

Tabela 2. Irradiação solar diária média mensal [kWh/m

.dia]. [18]

Latitude 5,201° S 5,201° S 5,301° S

Longitude 37,349° O 37,249° O 37,349° O

Inclinação do módulo 11° N 11° N 10° N

Distância do ponto de ref. 3,0 km 8,1 km 10,9 km Menor valor de irradiação 5,37 5,33 5,36 Maior valor de irradiação 6,29 6,29 6,36 Valor médio de irradiação 5,78 5,74 5,80

Com esses valores e o consumo médio diário da central de aula igual à 1053,29 kWh/dia, através da Equação 1, chegou-se ao valor de potência de pico instalado igual a 262,50 kW

. Baseado no valor de potência de pico, o modelo do painel escolhido foi o modelo Maxpower CS6U-330P da fabricante CanadianSolar, cujas especificações são mostradas na Tabela 3.

Tabela 3. Dados elétricos do painel fotovoltaico. [19]

Potência máxima 330 W

Corrente de máxima potência 8.88 A Voltagem de máxima potência 37.2 V Corrente de curto circuito 9.45 A Voltagem de circuito aberto 45.6 V

Eficiência 16.97%

Dimensões (m) 1,96

0,992

0,040

Em seguida averiguou-se a possibilidade de instalar os painéis na cobertura do prédio, para isso calculou-se o número de painéis necessários com o auxílio da Equação 2, resultando em 796 módulos fotovoltaicos. Já definido o número de módulos e a potência máxima de cada um, calculou-se a potência do sistema, multiplicando os valores, obtendo-se o valor de 262,68 kW. Para calcular a área necessária para a instalação dos módulos, multiplica-se a quantidade de módulos fotovoltaicos (796) pela área de um módulo (1,94 m

), que por sua vez pode ser calculado pelos dados apresentados na Tabela 3. Então, a área total ocupada pelos módulos será de 1544,24 m

. Essa área é superior a área disponível na cobertura do edifício estudado. Portanto deverá ser realizada a instalação dos painéis em uma área próxima ao ponto de consumo, disponibilizada mediante a orientação da administração da universidade.

3.4 Inversores

Com base no cálculo da potência instalada total do sistema, efetuado anteriormente, cujo valor é 262,68 kW, escolhe-se o tipo e a quantidade de inversores a ser implementados. Somadas as potências nominais de todos os inversores, a potência total deve ser maior que a potência instalada do sistema, para evitar danos aos inversores.

para esse valor instalado foram escolhidos nove inversores do modelo Grid-tie 30 kW com monitoramento - CSI-30KTL-GI-FL da fabricante CanadianSolar, cuja algumas especificações são descritas na Tabela 4.

Tabela 4. Dados elétricos do inversor. [20]

Saída de Potência CA Máx. 33 kW Saída de Potência Nominal 30 kW Corrente de Entrada Máx. 112.4 A Máx. Tensão de Entrada CC 1000 V

Máx. Potência PV 34 kW

Eficiência máxima 98,6%

Faixa de Temperatura

Operacional - 25°C à + 60°C

Garantia 5 anos

O 𝐹𝐷𝐼 , apresentado na Equação 3, é igual ao quociente entre a potência nominal em corrente alternada e a potência máxima total dos módulos, obtendo-se o 𝐹𝐷𝐼 igual à 1,026.

4 ANÁLISE ECONÔMICA DOS INVESTIMENTOS 4.1 Custo de implementação

Os custos referentes a aquisição dos painéis solares e inversores, e a mão de obra mais os materiais necessários para a instalação do sistema fotovoltaico, são detalhadas na Tabela 5. Para o cálculo da mão de obra foi utilizado 12% do somatório de custos totais de investimento em compra de painéis e inversores, método utilizado pela literatura [21]. Ao analisar a tabela vê-se que o custo total de instalação do sistema fotovoltaico é de R$ 903.679,71.

Tabela 5. Custo total da instalação do sistema fotovoltaico (Autoria própria) Equipamento Quantidade Custo unitário (R$) Valor total (R$) Painel Solar Maxpower

CS6U-330P CanadianSolar 796 739,00 588.244,00

Inversor Grid-tie 30kw

CanadianSolar 9 24.290,32 218.612,88

Mão de obra + materiais

para instalação 12% 806.856,88 96.822,83

CUSTO TOTAL - - 903.679,71

4.2 Tempo de retorno

O tempo de retorno do investimento é calculado através da Equação 4. Onde 𝑇

é o tempo de retorno em meses; 𝐶 é o custo de implementação, dado obtido pela Tabela 5; e 𝐵 é o benefício em reais.

𝑇

= 𝐶 𝐵 ⁄ (4)

Antes de calcular o tempo de retorno é necessário calcular o benefício. Ele é obtido multiplicando a tarifa de

uso da rede elétrica (0,481 R$/kWh) [22] pelo consumo diário (calculado na Tabela 1) e por 30, para que o

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benefício seja dado mensalmente. O consumo mensal de energia elétrica calculado para o bloco foi de 15.198,97 R$/mês. Substituindo os dados na Equação 4, obtêm-se que o tempo de retorno do investimento é de aproximadamente 60 meses, cerca de 5 anos. Ressaltando que a vida útil estimada de módulos fotovoltaicos é de 30 anos e a de inversores é cerca de 10 anos, aproximadamente [23].

5. CONCLUSÕES

Com este estudo pode-se vislumbrar o avanço da energia solar fotovoltaica no Brasil, embora se tenha poucas políticas de incentivo a tecnologia. Além do seu grande potencial de produção energético solar, pouco explorado, comparado aos países com pouca radiação solar que possuem a tecnologia difundida. Com relação à viabilidade de implementação do sistema fotovoltaico na central de aulas cinco, o tempo de retorno do investimento mostrou-se promissor, obtendo-se o retorno após 5 anos de uso, e a partir dessa data a universidade não terá mais custo com o consumo elétrico da central de aulas. Considerando que a vida útil do sistema é maior que o tempo de retorno, a instalação do sistema solar é viável. Além disso, instalada a geração fotovoltaica, a verba que a universidade destinaria para custeio de energia elétrica pode ser redirecionado para efetuação de melhorias para a universidade, como aumento da verba utilizada na assistência estudantil, em melhorias de infraestrutura do campus ou no custeio de novas pesquisas científicas.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Ministério de Minas e Energia (MME). BOLETIM MENSAL DE MONITORAMENTO DO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO – JANEIRO DE 2019. Brasília: MME, p. 18, 2019 Disponível em: <

http://www.mme.gov.br/web/guest/secretarias/energia-eletrica/publicacoes/boletim-de-monitoramento-do- sistema-eletrico/boletins-2019>. Acesso em: 03 mar. 2019.

[2] GONÇALVES, A. R. et al.. CENÁRIOS DE EXPANSÃO DA GERAÇÃO SOLAR E EÓLICA NA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA. Rbens, n. 499, Gramado, p.1-10, 2018. Disponível em:

<http://anaiscbens.emnuvens.com.br/cbens/article/view/499/499>. Acesso em: 6 jan. 2019.

[3] NASCIMENTO, Rodrigo Limp. ENERGIA SOLAR NO BRASIL: SITUAÇÃO E PERSPECTIVAS.

Câmara dos Deputados, Consultoria Legislativa, [S.L], p. 9 e 15. mar. 2018. Disponível em:

<http://bd.camara.leg.br/bd/handle/bdcamara/32259>. Acesso em: 07 nov. 2018.

[4] PEREIRA, E. B.; MARTINS, F. R.; GONÇALVES, A. R.; COSTA, R. S.; LIMA, F. J. L. de; RÜTHER, R.;

ABREU, S. L. de; TIEPOLO, G. M.; PEREIRA, S. V.; SOUZA, J. G. de. ATLAS BRASILEIRO DE ENERGIA SOLAR. 2ª ed., São José dos Campos: INPE, 2017. Disponível em:

<http://ftp.cptec.inpe.br/labren/publ/livros/Atlas_Brasileiro_Energia_Solar_2a_Edicao.pdf>. Acesso em: 07 nov.

2018.

[5] ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. BIG - BANCO DE INFORMAÇÕES DE GERAÇÃO.

CAPACIDADE DE GERAÇÃO DO BRASIL. Disponível em:

<http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm>. Acesso em: 10 fev. 2019.

[6] PINHO, João Tavares; GALDINO, Marco Antonio. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro, v. 1, p. 47-499, 2014. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_

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[7] EPE, NOTA TÉCNICA. Análise da inserção da geração solar na matriz elétrica brasileira. Nota Técnica da EPE, Rio de Janeiro, 2012.

[8] CAMARGO, Lucas Tamanini. Projeto de Sistemas Fotovoltaicos conectados à Rede Elétrica. 2017. 101 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Elétrica, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Universidade Estadual

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[9] FREITAS, Eberte Valter da Silva. Determinação das radiações solares para instalações fotovoltaicas no alto oeste potiguar. 2016. 40 f. TCC (Graduação) - Curso de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal Rural do Semi-árido, Pau dos Ferros, 2016.

[10] UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ. Movimentos da Terra, estações. Paraná: Departamento de

Física – UFPR, 2016. Cap.2. Disponível em:<http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-1.html>. Acesso

em: 08 fev. 2019.

[11] VILLALVA, M. G.; GAZOLI, J. R. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações. 1ª ed. Editora Érica, São Paulo, 2012.

[12] GTES; CEPEL; CRESESB. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro, v. 1, p. 143, 2004. Disponível em: <www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_de_Engenharia_FV_2004.pdf>.

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[13] BRITO, Miguel C.; SILVA, José A. Energia fotovoltaica: conversão de energia solar em eletricidade.

Faculdade de ciências da Universidade de Lisboa, 2006.

[14] SILVEIRA, Maria Teresa Targino Macedo. Estudo de viabilidade técnico-econômica para utilização de um sistema fotovoltaico conectado à rede em uma unidade de bombeio centrífugo submerso . 2016. 54 f.

TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Energia, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas, Universidade Federal Rural do Semi-árido, Mossoró, 2016.

[15] BRASIL. ANEEL. Resolução normativa da ANEEL nº 687 de 24 de novembro de 2015 . Altera a Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012. Disponível em:

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[17] GINLONG TECHNOLOGIES (Comp.). Produção de energia. Disponível em:

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[18] SUNDATA, CRESESB. Potencial Solar - SunData v 3.0. 2017. Disponível em: <

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[19] CANADIAN SOLAR INC. Datasheet V5.52 - Maxpower (1500V) CS6U- 315| 320| 325| 330P. Disponível em: <https://www.canadiansolar.com/fileadmin/user_upload/downloads/datasheets/v5.5/Canadian_Solar- Datasheet-MaxPower-CS6U-P-1500V-v5.52en.pdf>. Acesso em: 12 fev. 2019.

[20] CANADIAN SOLAR INC. Datasheet V2.0 - Three phase string inverter 20-30 W. Disponível em: <

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[21] MOISÉS, Juliano Fernandes; BORGES, Murilo Demétrio. Implantação de sistema elétrico contra o desperdício de energia em equipamentos no modo standby em conjunto com placas fotovoltaicas. Universidade do Vale do Paraíba, São José dos Campos, p.1-66, nov. 2016. Disponível em:

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[22] SUPERINTENDÊNCIA DE GESTÃO TARIFÁRIA (SGT) - ANEEL. Ranking das Tarifas. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/ranking-das-tarifas>. Acesso em: 12 fev. 2019.

[23] SHAYANI, Rafael Amaral; OLIVEIRA, MAG de; CAMARGO, IM de T. Comparação do custo entre

energia solar fotovoltaica e fontes convencionais. In: Congresso Brasileiro de Planejamento Energético (V

CBPE). Brasília. 2006. p. 60.