UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA CAIO GIRARDI NUNES
ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE PAINÉIS
FOTOVOLTAICOS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL
TUBARÃO 2020
CAIO GIRARDI NUNES
ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE PAINÉIS
FOTOVOLTAICOS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof.º Gil Félix Madalena.
TUBARÃO 2020
CAIO GIRARDI NUNES
ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE PAINÉIS
FOTOVOLTAICOS EM UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Tubarão, 07 de agosto de 2020.
______________________________________________________ Professor e orientador Gil Félix Madalena, Esp.
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Prof. Lucimara Aparecida Schambeck Andrade
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Rangel Pereira dos Santos
Dedico essa monografia primeiramente à Deus por ter me dado forças e saúde para concluir esta etapa da minha vida, aos meus pais, meu irmão e minha namorada, que sempre me motivaram nessa caminhada, minha eterna gratidão.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por toda oportunidade e sucesso concebido a mim. Entre as batalhas e glórias está a conclusão desta graduação.
Aos meus pais, Antonio Nunes e Valdete de Fátima Girardi Nunes, por todo apoio, incentivo e todas as facilidades que deram para mim neste tempo e em toda minha vida.
Ao meu irmão mais velho, Cassio Girardi Nunes, já graduado em Administração, por todo exemplo que me deu e todo apoio para concluir esta fase.
A minha namorada, Marielen Benedet Luciano, já graduada em Engenharia Civil, também na Unisul, onde fez várias disciplinas comigo. Sempre ajudando um ao outro e por esses e muitos motivos sempre me ajudou muito e nunca mediu esforços para ver meu sucesso e minha felicidade.
Ao professor Rangel Pereira que me orientou no início da construção dessa monografia.
Ao meu orientador Gil Félix Madalena que deu continuidade e foi muito importante para conclusão desta monografia.
A coordenadora do curso de Engenharia Civil da Unisul, Professora Lucimara Aparecida Schambeck Andrade, que foi de extrema importância para meu sucesso na graduação, se tornando, além disso, uma amiga significantemente em minha vida.
Aos meus animais de estimação, Cristal (filha) e Windy (irmã), que sempre me acompanharam e me deram alegria.
A todos os familiares, amigos e colegas que contribuíram em minha vida acadêmica e fizeram parte desta monografia.
RESUMO
Devido ao constante crescimento da população e a necessidade de estudos na área de eficiência energética e qualidade de energia, os meios sustentáveis se tornaram alternativas propostas para geração de energia, entre elas a energia solar fotovoltaica. O trabalho em questão tem por finalidade analisar a viabilidade econômica do desenvolvimento de painéis fotovoltaicos conectados à rede elétrica em uma edificação residencial. Por meio de análises financeiras como Payback, TIR e VPL, é possível adquirir resultados necessários para a identificação da viabilidade econômica da instalação desse sistema. Através dos estudos e análises comparativas, os resultados obtidos foram claros e positivos sobre a geração de energia solar fotovoltaica, com um tempo de retorno favorável em relação ao investimento, já que o elemento principal para sua geração é o sol, uma fonte inesgotável da natureza.
ABSTRACT
Due to the constant growth of the population and the need for studies in the area of energy efficiency and energy quality, sustainable means have become proposed alternatives for energy generation, including photovoltaic solar energy. The document has the purpose to analyze the economic viability of developing photovoltaic panels connected to the electrical network in a residential building. Through financial analyzes such as Payback, TIR and NPV, it is possible to acquire the results necessary to identify the economic viability of installing this system. Through comparative studies and analyzes, the results obtained were clear and positive about the generation of photovoltaic solar energy, with a favorable return time in relation to the investment, since the main element for its generation is the sun, an inexhaustible source of nature.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Corte transversal de uma célula fotovoltaica ... 21
Figura 2 - Componentes de uma célula fotovoltaica ... 22
Figura 3 - Célula de Silício Monocristalino ... 23
Figura 4 - Célula de Silício Policristalino ... 23
Figura 5 - Célula de Silício Amorfo ... 24
Figura 6 - Representação de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica ... 26
Figura 7- Representação de um sistema fotovoltaico isolado ou autônomo ... 27
Figura 8 - Módulo fotovoltaico ... 28
Figura 9 - Localização geográfica da residência em estudo ... 34
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Estimativa de geração de energia Empresa A em kWh ... 37
Gráfico 2 - Estimativa de geração de energia Empresa B, em kWh ... 38
Gráfico 3 - Fluxo de caixa Empresa A ... 41
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Levantamento do gasto energético ... 35
Tabela 2 - Payback simples e descontado (Empresa A) ... 40
Tabela 3 - Payback simples e descontado (Empresas B) ... 42
Tabela 4 - Comparação entre as empresas A e B ... 45
LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica ART – Anotação de Responsabilidades Técnica CA – Corrente Alternada
CC – Corrente Contínua
CELESC – Centrais Elétricas de Santa Catarina
CREA – Conselho Regional de Engenharia e Agronomia
CRESESB – Centro de Referências para as Energias Solar e Eólica Sergio de S. Brito FC – Fluxo de Caixa
ICMS – Impostos sobre Circulação de Mercadorias e Serviços NBR – Norma Brasileira
PIS – Programa de Integração Social SC – Santa Catarina
TIR – Taxa Interna de Retorno TMA – Taxa Mínima de Atratividade
UNISUL – Universidade do Sul de Santa Catarina VPL – Valor Presente Líquido
LISTA DE SÍMBOLOS
% – Porcentagem kW – Kilo Watt kWh – Kilo Watt hora m² – Metro quadrado mm – Milímetro R$ – Reais V – Volt W – Watt
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 – Valor Presente Líquido ... 31 Equação 2 – Taxa Interna de Retorno ... 31
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 16 1.1 JUSTIFICATIVA ... 16 1.2 OBJETIVO ... 17 1.2.1 Objetivo geral ... 18 1.2.2 Objetivos específicos ... 18 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 19 2.1 ENERGIA SUSTENTÁVEL ... 19
2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ... 19
2.3 EFEITO FOTOVOLTAICO ... 20 2.4 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ... 21 2.4.1 Silício Monocristalino ... 22 2.4.2 Silício Policristalino ... 23 2.4.3 Silício Amorfo ... 24 2.5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 25
2.5.1 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica ... 25
2.5.2 Sistemas Isolados ou Autônomos ... 26
2.5.3 Outros componentes ... 27 2.5.3.1 Módulos fotovoltaicos ... 27 2.5.3.2 Baterias ... 28 2.5.3.3 Inversores ... 28 2.5.3.4 Reguladores de carga ... 29 2.5.4 Resolução 482/2012 (ANEEL) ... 29
2.5.4.1 Regulação dos micros e mini geradores de energia de energia elétrica no Brasil ... 29
2.6 VIABILIDADE ECONÔMICA ... 30
2.6.1 Payback ... 30
2.6.2 Valor Presente Líquido (VPL) ... 31
2.6.3 Taxa Interna de Retorno (TIR)... 31
3 METODOLOGIA ... 33
3.1 MÉTODOS DA PESQUISA ... 33
4 ESTUDO DE CASO ... 34
4.1 APRESENTAÇÃO DO EMPREENDIMENTO ... 34
4.3 GASTO DO CONSUMIDOR COM ENERGIA ELÉTRICA ... 35
4.4 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PROPOSTO ... 36
4.4.1 Empresa A ... 36
4.4.2 Empresa B ... 37
5 RESULTADOS E ANÁLISES... 39
5.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO PROPOSTO ... 39
5.2 VIABILIDADE ECONÔMICA ... 39
5.2.1 Payback simples e descontado ... 39
5.2.1.1 Payback simples e descontado – Empresa A ... 40
5.2.1.2 Payback simples e descontado – Empresa B ... 42
5.2.2 Valor Presente Líquido- VPL... 44
5.2.2.1 Valor presente líquido empresa A ... 44
5.2.2.2 Valor presente líquido empresa B ... 45
5.2.3 Taxa Interna de Retorno (TIR) – Empresa A e B ... 45
5.2.4 Comparação entre as empresas A e B ... 45
5.2.5 Comparação de custo entre o sistema fotovoltaico e o sistema convencional ... 46
6 RESULTADOS ESPERADOS ... 47
7 CONCLUSÃO ... 48
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1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, o ramo da construção civil vem buscando novos meios para a diminuição dos impactos ambientais, visto que é um dos setores da economia que mais geram resíduos, devido ao grande uso de recursos naturais. Hoje em dia, sustentabilidade é uma alternativa necessária para minimizar a degradação ambiental, principalmente na área da construção, onde já é possível encontrar diversas tecnologias e materiais disponíveis no mercado para construções ecológicas, que utilizem técnicas construtivas diferente das convencionais, respeitando, assim, os princípios da sustentabilidade.
Com o aumento considerável da população, faz-se necessário uma demanda maior de geração de energia elétrica, tornando viável o investimento no desenvolvimento de energias renováveis para reduzir os impactos ambientais, causados pelo alto consumo de combustíveis fósseis utilizados como matéria-prima na produção de eletricidade.
Portanto, a energia solar fotovoltaica é uma opção acessível, pois é uma geração de energia simples, sustentável e totalmente limpa, tendo como matéria-prima inesgotável a luz do sol. Essa energia é produzida através da conversão da energia solar em eletricidade por células fotovoltaicas.
A utilização da energia solar possui várias vantagens, como a economia na conta de energia, a diminuição da demanda pela energia do sistema nacional, adiando assim, a construção de novas barragens e usinas termelétricas e nucleares que geram diversos impactos ambientais e por ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem produzir resíduos poluentes. (NASCIMENTO, 2004, p. 9).
Dessa forma a geração de energia elétrica através do efeito Fotovoltaico, será o foco neste trabalho. Será realizada a verificação da viabilidade do estudo de caso de uma residência, tendo como uma das justificativas sobre o estudo destes painéis fotovoltaicos. O presente trabalho avalia o custo de implantação e o tempo de retorno do investimento que estes painéis proporcionam.
1.1 JUSTIFICATIVA
Com o crescimento constante da população, o setor energético no Brasil vem apresentando diversas transformações nos métodos utilizados para a geração de energia elétrica. Visando diminuir os impactos ambientais causados e tendo como principal objetivo a obtenção de energia elétrica de forma sustentável, algumas das fontes geradoras podem ser
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encontradas com abundância na natureza, como a luz Sol, que é considerada uma fonte de energia renovável.
A energia solar é a fonte de geração mais promissora para o futuro da humanidade, além de ser limpa e sustentável. Estudos revelam que é possível economizar uma quantia considerável em sua conta mensal de energia elétrica, além de se ter geração de energia limpa, é a fonte renovável mais antiga disponível na Terra e totalmente natural. Na atualidade, a utilização de energia solar é praticamente inesgotável e não gera poluição térmica e química. Existem vários métodos capazes de aproveitar a energia solar e transformá-la em energia elétrica, um deles é através de painéis fotovoltaicos.
O Brasil é considerado um país com grande capacidade geradora de energia solar. Pode-se observar como o potencial disponível no Brasil é maior quando comparado com países da Europa, onde a conversão fotovoltaica já é utilizada largamente. Além do tamanho do país, observa-se que em todo o território brasileiro há disponibilidade de irradiação solar equivalente ou melhor que nos países do sul da Europa e superando países como, por exemplo. Alemanha, país com capacidade instalada significativa de sistemas de geração fotovoltaica (MANUAL DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS, 2014).
Já é possível ver incentivos para esse tipo de geração de energia, onde o consumidor investe para se tornar um gerador, diminuindo drasticamente a sua conta de energia.
Sendo assim, este trabalho visa analisar a viabilidade da implantação da geração de energia fotovoltaica em uma residência, contribuindo para a sustentabilidade e causando menor impacto ambiental no mundo.
Desta forma, definiu-se como problema central desta pesquisa: É
economicamente viável a implantação de sistema fotovoltaico em conjunto ao sistema convencional de geração de energia elétrica em uma residência? Em estudo de caso realizado no ano de 2020.
1.2 OBJETIVO
A seguir serão apresentados os objetivos gerais e específicos que foram adotados para a realização deste trabalho.
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1.2.1 Objetivo geral
O objetivo principal deste estudo é avaliar a viabilidade econômica da implantação de um sistema de geração de energia elétrica por meio de painéis fotovoltaicos em uma residência.
1.2.2 Objetivos específicos
a) Relatar o conceito de energia sustentável e seus benefícios; b) Descrever o funcionamento do sistema fotovoltaico;
c) Analisar, matematicamente, os dados do consumo anual de energia elétrica de uma residência, comparando com o sistema em estudo;
d) Comparar o método convencional de geração de energia com o método de geração de energia solar fotovoltaica;
e) Apresentar viabilidade econômica do sistema de geração de energia solar fotovoltaica e identificar o tempo de retorno de tal investimento através do método de cálculo payback, valor presente líquido (VPL) e taxa interna de retorno (TIR).
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2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 ENERGIA SUSTENTÁVEL
A revolução industrial trouxe mudanças significativas no processo de produção no Brasil. Dentre todas, as principais foram o aumento da população e taxa de urbanização, trazendo como maior consequência o aumento da demanda de energia elétrica (NASCIMENTO, 2004).
Nos últimos anos, buscou-se atender essa demanda no aumento da energia elétrica com a geração de energia de maneira eficiente e sustentável, satisfazendo não só a população, mas também o meio ambiente. Causando assim, menor impacto ambiental que ocorre no método de geração de energia utilizada na queima de combustíveis (NASCIMENTO, 2017).
Diversas empresas e habitações aderiram esta ideia de utilizar a geração de energia sustentável, onde mostram os dados recentes de que o nosso país ocupa um lugar de destaque na geração desta energia limpa, com cerca de 80% de sua matriz elétrica sendo composta por energia renovável (EPE, 2012). Dessa forma, mostra-se que o país está em constante evolução, buscando cada vez mais fontes de energia que agridam menos o meio ambiente.
Ainda segundo o estudo de Nascimento, o Brasil possui imensa capacidade de geração de energia fotovoltaica, possuindo níveis de irradiação maiores que países como Alemanha, França e Espanha, onde esta fonte energética é popularmente conhecida (NASCIMENTO, 2017).
2.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A energia fotovoltaica é resultado da conversão de radiação solar em energia elétrica. É obtida, segundo Braga (2008, p.2), “através da conversão da radiação solar em eletricidade por intermédio de materiais semicondutores, esse fenômeno é conhecido como efeito fotovoltaico”.
Completando esta informação, Galdino e Pinho (2014, p.50) afirmam que “A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico), sendo a célula fotovoltaica um dispositivo fabricado com material semicondutor, a unidade fundamental desse processo de conversão”.
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Esse efeito foi relatado pela primeira vez por Edmond Becquerel em 1839, onde o mesmo observou a diferença de potencial nas extremidades de um material semicondutor quando exposto à luz. Ou seja, no momento da interação da radiação solar com o material, ocorre a liberação e movimentação de elétrons por este material, gerando assim a diferença de potencial (NASCIMENTO, 2004).
Segundo Pinho e Galbino (2014 p. 54), afirmam que “em 1876 foi concebido o primeiro aparato fotovoltaico advindo dos estudos da física do estado sólido e, apenas em 1956, iniciou-se a produção industrial, seguindo o crescimento da área de eletrônica”.
Inicialmente, o desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica aconteceu por empresas do setor de telecomunicações, pois havia a necessidade de fontes de energia que oferecessem quantidade de energia necessária para a permanência no espaço por longos períodos de tempo, que possuíssem menor custo e peso (CRESESB, 2004).
Com a crise mundial de energia, que ocorreu entre os anos de 1973/1974, renovou e ampliou o interesse pelas novas fontes de geração de energia, fazendo com que não se restringisse somente aos programas espaciais, mas também na utilização das células fotovoltaicas no meio terrestre para suprir o funcionamento de energia (CRESESB, 2004).
No Brasil, segundo a Abinne (Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica), em seu relatório publicado no ano de 2012 (Abinne, 2012), o ritmo de crescimento da demanda é lento, devido a vários fatores, como por exemplo, o custo de geração do sistema fotovoltaico que ainda não é competitivo, o investimento para instalações residenciais é elevado e, finalmente, os consumidores têm pouco conhecimento sobre a fonte fotovoltaica para a geração de energia elétrica.
2.3 EFEITO FOTOVOLTAICO
O sistema solar fotovoltaico deriva de vários componentes elétricos para seu funcionamento. As células fotovoltaicas são produzidas com material semicondutor, ou seja, material com valor condutividade entre isolantes e condutores (RÜTHER, 2004).
O semicondutor mais usado é o silício. Seus átomos se caracterizam por possuírem quatro elétrons que se ligam aos vizinhos, formando uma rede cristalina. Ao adicionarem-se átomos com cinco elétrons de ligação, como o fósforo, por exemplo, haverá um elétron em excesso que não poderá ser emparelhado e que ficará “sobrando”, fracamente ligado a seu átomo de origem. Isto faz com que, com pouca energia térmica, este elétron se livre, indo para a banda de condução. (CRESESB, 2008).
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Figura 1 - Corte transversal de uma célula fotovoltaica
Fonte: TUTORIAL DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA, CRESESB (2012).
Sendo o silício o semicondutor mais comum em sistemas fotovoltaicos, o mesmo possui pouca energia térmica, assim seu elétron que sobra na última camada de valência se desliga facilmente de seu átomo de origem, sendo visto na figura acima.
2.4 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
As células fotovoltaicas são responsáveis por absorver a energia vinda do sol e transformá-la em energia elétrica, utilizando-se uma fina camada de óxido de silíco, transparentes e com alta condutividade elétrica.
As primeiras células produzidas possuíam baixo rendimento, em torno de 2%, e custavam em média US$ 600/W. Porém, atualmente já se podem encontrar células com rendimento acima de 10%, podendo atingir 18% dependendo do material utilizado e com custo médio de US$ 6,00/W, tendendo a diminuir cada vez mais. (BRAGA, 2008, p. 20).
Para completar, de acordo com CRESESB, uma célula fotovoltaica, que é considerado um dispositivo elétrico através do calor da radiação solar, desprende facilmente os elétrons da última camada de valência do silício, convertendo em energia elétrica através do efeito fotovoltaico (CRESESB, 2008).
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Figura 2 - Componentes de uma célula fotovoltaica
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
Conforme visto acima, o silício (Si) é o principal material na fabricação de células fotovoltaicas e se constitui como o segundo elemento químico mais abundante na terra. Tem sido explorado em diversas formas, como Monocristalino, Policristalino, Amorfo, dentre outras, e são classificadas de acordo com seu material e suas características.
2.4.1 Silício Monocristalino
O silício Monocristalino (m-si) é obtido através um processo onde o monocristal é fundido em um banho de silício a mais de 1420°C. A célula de silício Monocristalino é a mais utilizada comercialmente, pois sua tecnologia representa alta confiabilidade e apresenta uma das maiores eficiências do mercado, na faixa de 15% com conversão direta de radiação solar em energia elétrica (RÜTHER, 2004).
A utilização da energia solar possui várias vantagens, como a economia na conta de energia, a diminuição da demanda pela energia do sistema nacional, adiando assim, a construção de novas barragens e usinas termelétricas e nucleares que geram diversos impactos ambientais e por ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem produzir resíduos poluentes. (NASCIMENTO, 2004, p. 9).
No entanto, esse tipo de célula tem seu custo alto em comparação as células de silício policristalino, devido maior complexidade de fabricação, pois são obtidas a partir de barras de silício produzidas por fornos especiais para atingir a pureza necessária (RÜTHER, 2004).
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Figura 3 - Célula de Silício Monocristalino
Fonte: CRESESB. Centro de referência para as energias Solar e Eólica, 2008.
O silício monocristalino, conforme figura 3, apresenta uma eficiência de 15% a 18% em sua produção energética.
2.4.2 Silício Policristalino
As células de silício Policristalino são células com processo de fabricação menos rigorosas, originam-se de expansão muito lenta de silício altamente puro, após um banho de reatores em condições controladas, assim sendo mais barata e possuindo um rendimento menor quando comparado com a mesma.
As células policristalinas têm um custo de produção inferior por necessitarem de menor energia na sua fabricação, mas apresentam um rendimento elétrico inferior (entre 11% e 13%, obtendo-se até 18% em laboratório). Esta redução de rendimento é causada pela imperfeição do cristal, devido ao sistema de fabricação. (FERREIRA, 2010, p. 6).
Figura 4 - Célula de Silício Policristalino
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O material das células policristalinas é basicamente o mesmo das células monocristalinas. Porém, este possui grande granulação, onde concentra em sua volta seus defeitos que o torna menos eficiente, chegando ao máximo 12,5%. Se ganha no baixo custo de fabricação e implantação e, atualmente, é a mais difundida no mercado (RÜTHER, 2004).
2.4.3 Silício Amorfo
As células de silício amorfo são as que possuem uma menor eficiência energética em comparação as células de silício monocristalino e policristalino. Porém, são as de mais baixo custo de fabricação, produzidas a partir de camadas finas de silício sobre vidro ou outros substratos. Difere-se das demais estruturas cristalinas por apresentar alto grau de desordem na estrutura dos átomos (CRESESB, 2006).
O uso de silício amorfo apresenta duas desvantagens: a primeira é a baixa eficiência de conversão comparada às células mono e policristalinas de silício; em segundo, as células são afetadas por um processo de degradação logo nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da vida útil (CRESESB, 2006).
Figura 5 - Célula de Silício Amorfo
Fonte: (RÜTHER, 2004).
A utilização de silício amorfo para uso em fotocélulas, tem mostrado grandes vantagens nas propriedades elétricas por apresentar uma absorção da radiação solar na faixa do visível. É uma boa opção para ser instalada, pois não necessita de ângulo direcionado ao sol para gerar eletricidade, apenas a luz difusa é suficiente, dando maiores oportunidades de instalação em locais específicos onde painéis mono/poli cristalinos não seriam úteis (RÜTHER, 2004).
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2.5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Um sistema fotovoltaico é formado por um ou mais módulos fotovoltaicos, acompanhado de equipamentos auxiliares, como baterias, acessórios de segurança, inversores dentre outros componentes, para produzir energia elétrica utilizada para atender as necessidades, avaliando, assim, os benefícios econômicos.
Uma célula fotovoltaica possui baixa tensão e corrente de saída, tendo que agrupar várias células para formar um módulo fotovoltaico, que também podem ser chamados de painéis fotovoltaicos, gerando tensões e correntes de saídas adequadas (LINHARES, 2016).
O sistema solar fotovoltaico conta com dois grandes grupos, os conectados à rede (on grid), normalmente encontrados em residências ou usinas fotovoltaicas, e os autônomos (off grid), que são utilizados em casos de bombeamento de água, antenas de comunicação e eletrificação de locais com difícil acesso.
Temos um terceiro tipo, que são os sistemas híbridos, onde o sistema usa duas ou mais fontes de energia, como exemplo o sistema solar/eólico/diesel, utilizando uma fonte de reserva, obtendo uma variedade para suprir as necessidades.
2.5.1 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica operam em paralelo com a rede de elétrica da distribuidora de energia, ou seja, a energia fotovoltaica é usada como fonte complementar à energia elétrica.
Esse fato surgiu após a Resolução Normativa Nº 482, de 17 de abril de 2012, que possibilitou sistemas fotovoltaicos serem conectados à rede de distribuição, de forma que possa ser consumida ou inserida a rede elétrica todo o excedente de energia produzida pelo sistema, diferente dos sistemas autônomos. Os sistemas conectados são empregados em locais já atendidos por energia elétrica, não sendo necessária a utilização de baterias (CRESESB, 2014).
[...] a energia consumida e a energia injetada na rede distribuição são registradas separadamente pelo medidor bidirecional (ou por dois medidores que medem a energia em cada sentido). A cada instante apenas o registro em um dos sentidos será realizado, dependendo da diferença instantânea entre a demanda e a potência gerada pelo sistema fotovoltaico. (PINHO; GALDINO, 2004, p. 290).
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Figura 6 - Representação de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica
Fonte: http://www.energiadosol.net/v2 (Acesso em 19 de outubro de 2019).
Os sistemas conectados à rede (figura 6) são constituídos de módulos fotovoltaicos e de inversores. Leva-se em consideração que este tipo de sistema não tem a necessidade de possuir em seus componentes baterias, pois toda a energia produzida será aproveitada no momento ou entregue a rede elétrica.
2.5.2 Sistemas Isolados ou Autônomos
Os sistemas isolados ou autônomos, como o nome já diz, são sistemas totalmente independentes e não são ligados à rede elétrica convencional. Não possuem, também, nenhuma ligação com outras fontes de energia e podem possuir, ou não, o sistema de armazenamento.
Esse sistema é mais utilizado em áreas rurais, onde não se tem acesso à energia elétrica, ou pode ser encontrado também em grandes empresas e indústrias, já que toda a energia produzida pelo sistema deve atender as necessidades, tendo em vista que não há possibilidade de conexão com a rede elétrica (ABELLA, 2005).
Existem sistemas autônomos utilizados para bombeamento de água, sendo a água armazenada no reservatório para utilização no instante do consumo. Os sistemas autônomos com armazenamento são utilizados onde se necessita alimentar cargas à noite ou em períodos nublados. Os sistemas compreendem a maioria das aplicações de sistemas fotovoltaicos em regiões remotas ao redor do mundo sendo a eletrificação rural a mais difundida. (BIGGI, 2013 p. 29).
Os sistemas isolados ou autônomos são basicamente constituídos por:
a) Módulos fotovoltaicos: que convertem a energia solar em energia elétrica; b) inversores: equipamento que converte corrente contínua em corrente alternada;
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c) baterias: equipamento de acumulação de energia elétrica excedente da produção pelo módulo fotovoltaico;
d) reguladores de carga: equipamento que regula a carga da bateria com a energia proporcionada pelo módulo fotovoltaico.
Figura 7- Representação de um sistema fotovoltaico isolado ou autônomo
Fonte: MANUAL DE ENGENHARIA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS, 2014, p. 256.
Em geral, são bem parecidos com os conectados à rede, apresentando alguns componentes a mais, como se pode observar na figura acima.
2.5.3 Outros componentes
Além dos módulos fotovoltaicos, existem ainda outros componentes que compõem o sistema fotovoltaico para ter seu bom funcionamento, que são nomeados como módulos fotovoltaicos, baterias, inversores e reguladores de carga.
2.5.3.1 Módulos fotovoltaicos
Módulos fotovoltaicos são basicamente dispositivos empregados para conversão de energia solar em energia elétrica, a partir da captação da luz do Sol.
O módulo fotovoltaico nada mais é que o conjunto de células fotovoltaicas e que formam uma ou mais placas fotovoltaicas. Nele consiste uma estrutura montada em quadro, encapsulada geralmente de alumínio e é interligado eletricamente entre si podendo ser em série ou em paralelo. (CRESESB 2014).
Modelo de módulo fotovoltaico mostrado na (Figura 9) abaixo, fabricado pela empresa Kyosra.
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Figura 8 - Módulo fotovoltaico
Fonte: CRESESB. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, 2014.
Existem três configurações de ligação que se podem organizar os módulos, a fim de aumentar a potência, podem ser em série, em paralelo ou misto (CRESESB, 2006).
2.5.3.2 Baterias
As baterias, também conhecidas de acumuladores eletroquímicos conforme visto acima, são utilizadas principalmente em sistemas isolados, sem a utilização da rede elétrica. Assim, as mesmas têm como objetivo principal, acumular a energia que se produz durante as horas de luminosidade, a fim de poder ser utilizada à noite ou durante períodos prolongados de mau tempo. Outra função é a estabilização de corrente e tensão na hora de alimentar cargas elétricas, suprindo transitórios que possam ocorrer na geração (SOLAR, 2018).
2.5.3.3 Inversores
O inversor solar é um equipamento que tem como principal função converter a energia gerada pelos painéis, transformando-as de corrente contínua para corrente alternada. Fazendo com que o sistema seja compatível com as redes de distribuição de energia e os equipamentos elétricos e eletrônicos utilizados, garantindo também a segurança e fazendo a medição do sistema (CRESESB, 2014).
O principal papel dos inversores num sistema de geração fotovoltaico é o de criar corrente CA a partir de corrente CC, visto que uma célula fotovoltaica gera corrente CC. Para gerar esta corrente CA existe um dispositivo no inversor que se chama comutador e cujo papel é o de quebrar a corrente contínua em pulsos. Estas deformações, que são provocados na onda devido às comutações dos interruptores do inversor, podem produzir perturbações mais ou menos importantes nas células fotovoltaicas. (BRAGA, 2008, p. 18).
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Nos painéis fotovoltaicos, o inversor é responsável por controlar a tensão e corrente que chega as baterias, auxiliando no aumento da vida útil das mesmas e no aumento da eficiência de transferência de energia do painel para a bateria.
2.5.3.4 Reguladores de carga
Nos sistemas fotovoltaicos que utilizam baterias para o armazenamento da energia, é necessária a utilização de reguladores de carga, que tem como principal função preservar a durabilidade das baterias, efetuando a gestão da carga armazenada, evitando que ocorra o descarregamento de altas tensões causadas por excesso de carga e impedindo a descarga profunda.
Assim, é necessário um mecanismo que controle a tensão a ser aplicada no banco de baterias, e que não permita a circulação de corrente para os painéis. Os controladores de carga utilizam diodos de bloqueio que não permitem a circulação de corrente reversa, em geral possuem uma chave que desliga a carga caso a tensão baixe a determinado nível, e podem diferir no modo de proteção das baterias contra sobre cargas basicamente de três formas: desligando o circuito dos geradores, curto- circuitando os painéis fotovoltaicos, ou ainda, através de um mecanismo MPP. (SERRÃO, 2010 p. 15).
Os reguladores podem ser encontrados de três tipos como reguladores de carga em paralelo, em série ou de pico máximo de potência, tendo como principais tensões utilizadas de 12V, 24V e 48V (CRESESB, 2014).
2.5.4 Resolução 482/2012 (ANEEL)
Esta resolução, estabelece as condições gerais para o acesso de micro geração e mini geração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica e de outras providências (ANEEL 2012).
2.5.4.1 Regulação dos micros e mini geradores de energia de energia elétrica no Brasil
A Resolução Normativa n° 482, disponibilizada pela ANEEL em 17 de abril de 2012, estabelece as condições para o acesso a microgeração e minigeração distribuída através de sistemas de distribuição de energia elétrica. A norma prevê que os consumidores de energia elétrica têm a possibilidade de gerar sua própria energia por fonte renovável com até 1MW de potência instalada.
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A geração de energia a partir do consumidor, é conectada à rede de transmissão da concessionária, tratando a energia gerada como fonte de consumo. Caso não for consumido no exato momento da geração, ou seja, a geração for superior ao consumo, à mesma é transmitida em forma de créditos a rede de distribuição. Esse excedente poderá ser usado a qualquer momento, desde que obedeça ao prazo estipulado pela norma de até 60 dias para utilização do crédito de geração.
2.6 VIABILIDADE ECONÔMICA
O estudo da viabilidade econômica está voltado para as análises dos ativos (recursos financeiros, humanos, bens permanentes e materiais), onde mostra a capacidade do projeto em gerar lucro e verificar a capacidade de retorno do capital investido. (NEVES, 2010).
Dessa forma Hoji, (2012), cita que não há investimentos cem por cento seguros, porém quanto melhor planejado, menor o risco de obterem-se resultados inesperados.
De um modo geral, o estudo da viabilidade econômica de um projeto está relacionado com a sua vida útil e com o tempo de retorno de investimento do mesmo. A partir disso, são utilizados alguns elementos para obtenção dos cálculos como, por exemplo, o método PAYBACK (retorno de investimentos), VPL (valor presente líquido), TIR (taxa interna de retorno), entre outros. (BERNAL e PASCALICCHIO, 2012).
Esses métodos de cálculo servem para obtenção de resultados e ajudam a determinar a viabilidade do projeto, ou seja, se o projeto se tornará viável ou não de acordo com os resultados alcançados.
2.6.1 Payback
O payback representa o cálculo do período de tempo em que o investidor levará para recuperar o valor investido no projeto, calculado a partir dos fluxos de caixa futuros. (CADORE; GIASSON, 2012).
“O payback é o período transcorrido para obter o retorno do investimento. Podendo ser histórico ou descontado. Sendo o histórico, calculado de maneira simples, sem nenhum desconto de custo de oportunidade sobre o capital investido”. (BRITO, 2006, p. 51).
O projeto se paga quando o resultado das somas for positivo ou zerar, ou seja, demonstra o prazo em que o capital investido começa a dar retorno. (KASSAI, 2000).
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Conforte citado acima por Brito (2006), o payback se apresenta de duas formas: o simples, onde não há nenhuma taxa de desconto, e o descontado, que como o próprio nome diz, apresenta uma taxa de desconto.
2.6.2 Valor Presente Líquido (VPL)
O valor presente líquido define-se como o valor no presente das parcelas futuras. Segundo Brigham e Ehrhardt (2012), se o VPL de um investimento obtiver o resultado apresentado positivo (VPL>0), a proposta é aprovada, ou seja, o valor investido será recuperado. Caso o resultado do VPL for negativo (VPL<0), a proposta é rejeitada, pois indica que o investimento não é economicamente viável.
É obtido calculando-se o valor presente de uma série de fluxos de caixa (pagamento ou recebimento), com base em uma taxa de custo de oportunidade conhecida e subtraindo-se o investimento inicial. (MIRANDA, 2011, p. 47).
Em termos matemáticos, o VPL pode ser representado pela seguinte equação: 𝑉𝑃𝐿 = −𝐹𝐶0 + + +⋯+ Equação ( 1 ) Fonte: MIRANDA, 2011, p. 47. Onde:
VPL = Valor Presente Líquido FC = Fluxo de Caixa
i = Taxa de Juros
2.6.3 Taxa Interna de Retorno (TIR)
A taxa interna de retorno é a taxa responsável por encontrar o percentual de remuneração que o projeto proporciona nada mais é do que definir o valor de remuneração que o investimento oferece. Sendo assim, quanto maior for esse percentual, mais viável é o projeto. O cálculo do TIR é feito normalmente pelo processo de tentativa de erro. (MONTEVECHI; PAMPLONA, 2006, p. 28).
O cálculo do TIR pode ser feito pela equação abaixo:
0= - FC0 +
⋯
Equação ( 2 ) Fonte: MIRANDA, 2011, p. 47.32
Onde:
FC = Fluxo de Caixa
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3 METODOLOGIA
Este capítulo apresentará o tipo de metodologia de pesquisa e os procedimentos e instrumentos utilizados para a coleta de dados, respectivamente.
3.1 MÉTODOS DA PESQUISA
Para poder analisar o resultado econômico gerado com a implantação de sistemas de geração fotovoltaica em uma residência na cidade de Lauro Müller, Santa Catarina, tendo em vista o consumo de energia, inicialmente foi realizado um estudo bibliográfico.
Esse tipo de pesquisa é feito a partir do levantamento de referências teóricas já analisadas e publicado em meios escritos como livros, artigos científicos, páginas de web e bases de dados. Foi realizado também estudo da legislação brasileira para este tipo de geração, as resoluções 482/ 2012 e 687/2015, manuais do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito (CRESESB), manuais e artigos científicos.
A pesquisa trata-se de caráter exploratório e assim para partir à análise:
As pesquisas exploratórias têm como propósito proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito ou a construir hipóteses. Seu planejamento tende a ser bastante flexível, pois interessa considerar os mais variados aspectos relativos ao fato ou fenômeno estudado. Pode-se afirmar que a maioria das pesquisas realizadas com propósitos acadêmicos, pelo menos num primeiro momento, assume o caráter de pesquisa exploratória, pois neste momento é pouco provável que o pesquisador tenha uma definição clara do que irá investigar. (GIL, 2010, p. 27).
O método utilizado será um estudo de caso, para verificar a viabilidade de implantação de painéis fotovoltaicos em uma residência. Quanto à abordagem, será uma pesquisa quantitativa sob método de procedimento do tipo estudo de caso. Segundo Bicudo (2004, p. 104) apud Leonel; Motta (2007, p. 106), “a abordagem quantitativa está mais preocupada com a generalização, relacionada com o aspecto da objetividade passível de ser mensurável, permitindo uma ideia de racionalidade, como sinônimo de quantificação”.
Dessa forma, será verificada a viabilidade econômica, analisando e comparando os resultados encontrados.
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4 ESTUDO DE CASO
4.1 APRESENTAÇÃO DO EMPREENDIMENTO
A residência, no qual será aplicado o estudo de caso, está localizada na Rua 6 de dezembro, Loteamento Bela Vista, no centro de Lauro Müller (CEP: 88880-000), no estado de Santa Catarina, conforme representação do local.
Figura 9 - Localização geográfica da residência em estudo
Fonte: Google Maps 2020, adaptado pelo autor.
As coordenadas do lote são: Latitude: -28.387688 e Longitude: -49.394879
4.2 DADOS DO LOCAL EM ESTUDO
A residência escolhida para o estudo de caso teve sua construção no ano de 2019, com área total de 112,35 m².
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Figura 10 - Fachada Frontal
Fonte: Do autor, 2020.
A imagem acima representa a fachada frontal da residência voltada ao Norte.
4.3 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
A coleta dos dados de consumo de energia elétrica da residência em estudo foi dos últimos 12 meses. Os dados foram obtidos através das faturas da Celesc. A tabela abaixo apresenta o consumo de energia elétrica em um período de 12 meses.
Tabela 1 - Levantamento do gasto energético
Consumo
Mês de referência Consumo Total Faturado (kWh) Custo Total (R$)
07/2019 415 297,12 08/2019 286 213,88 09/2019 335 245,35 10/2019 311 229,82 11/2019 312 231,07 12/2019 366 265,45 01/2020 350 255,15 02/2020 375 271,72 03/2020 352 256,81 04/2020 315 232,84 05/2020 399 286,91 06/2020 396 362,96 Total 4.212 3.149,08
Fonte: Celesc, adaptado pelo autor, 2020.
Com um consumo total de 4.212 kWh, a residência gerou um custo de R$3.149,08 anual.
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4.4 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA FOTOVOLTAICO PROPOSTO
Para obtenção de dados a fim de levantar o sistema fotovoltaico viável para abastecer a residência em estudo, foi realizado dois orçamentos em empresas fornecedoras especializadas em sistemas de painéis fotovoltaicos da região.
Ambas as empresas fornecem equipamentos e serviços técnicos especializados seguindo a Resolução Normativa nº 482 da Aneel, de 17 de abril de 2012. Os sistemas instalados têm como objetivo comum otimizar a radiação solar e transformar em geração de energia elétrica.
4.4.1 Empresa A
A empresa A está localizada na cidade de Criciúma/SC, a mesma é especializada em painéis fotovoltaicos e segue todos os parâmetros exigidos pela norma. Após a visita realizada na empresa para melhor conhecimento, foi solicitado um orçamento com base na planta de cobertura e demais características da residência em estudo fornecidas a empresa em questão.
A empresa forneceu o orçamento contendo os equipamentos necessários para compor o sistema proposto, são eles: 1 gerador composto por 13 painéis fotovoltaicos e 1 inversor de frequência. Os mesmos são capazes de produzir em média 5.128,42 kWh/ano, dentro de uma área necessária de 26 m² de telhado.
Conforme o gráfico 1 abaixo, observamos a estimativa de energia consumida durante o ano comparando com a geração de energia elétrica fornecida pelo sistema da empresa A.
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Gráfico 1 - Estimativa de geração de energia Empresa A em kWh
Fonte: Cedido pela empresa A, 2020.
Após analisar o gráfico acima, nota-se que em quase todos os meses a energia gerada pelo sistema de painéis fotovoltaicos propostos ultrapassou a quantidade usual. Somente três meses ficaram abaixo da quantidade de kWh gerada necessária, sendo que os mesmos apresentam menor incidência de sol por consequência da estação do ano.
Os demais meses tem como quantidade gerada, utilizando o sistema proposto, uma estimativa maior de geração de energia do que o consumido.
Com relação a valores, temos o custo total do sistema apresentado nesta proposta orçado em R$ 22.500,00, com todos os custos de frete e instalações inclusos. As garantias impostas pela empresa são de dez anos para os painéis fotovoltaicos e sete anos para o inversor sendo a durabilidade média do conjunto estimada em 25 anos.
4.4.2 Empresa B
A empresa B, está localizada na cidade de Tubarão/SC. O gerador proposto pela empresa, possui potência nominal de 4319 kWh/ano e área necessária para instalação de 25m² de telhado.
O conjunto para o sistema conta com um gerador composto por 10 painéis fotovoltaicos e um inversor de potência. As garantias impostas pela empresa são de 5 anos para inversores contra defeito de fabricação e sua vida útil é estimada entre 12 a 15 anos, 10
350 375 352 315 399 396 415 286 335 311 312 366 575 534 462 390 305 260 280 358 368 444 575 607
Consumo x Geração
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anos para os painéis fotovoltaicos contra defeitos de fabricação e de 25 anos na geração de energia referente a performance de 80% de eficiência.
De acordo com o gráfico 2 abaixo, observamos a estimativa de energia produzida pelo sistema fotovoltaico orçado com comparação ao consumo de energia elétrica existente pela edificação.
Gráfico 2 - Estimativa de geração de energia Empresa B, em kWh
Fonte: Cedido pela empresa B, 2020.
O valor do sistema apresentado nesta proposta está orçado em R$17.272,00, com todos os custos de frete e instalações inclusos.
Conforme o gráfico acima nos mostra, a questão de alguns meses não atender a demanda necessária de geração se repete devido a estação do ano.
350 375 352 315 399 396 415 286 335 311 312 366 506, 46 437, 86 397, 29 319, 87 262, 37 213, 6 238, 34 303, 48 303, 15 385, 01 483, 97 533, 75
Consumo X Geração
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5 RESULTADOS E ANÁLISES
5.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO PROPOSTO
O sistema fotovoltaico proposto nesse estudo de caso será conectado diretamente à rede de energia elétrica existente, conforme estabelece a Resolução Normativa nº 482 disponibilizada pela ANEEL em 17 de abril de 2012. Toda a energia excedente gerada pelos painéis fotovoltaicos nos períodos onde o consumo for menor que a geração, será compensada nos períodos em que o período for maior, ou seja, quando for produzido mais energia do que consumida. Essa energia será “emprestada” para concessionária e quando houver necessidade de maior consumo do que geração, por exemplo anoite onde não tem incidência de sol, essa energia é devolvida. Dessa forma, dispensa o uso de baterias, pois a rede de energia elétrica servirá como back-up.
Conforme já citado acima, esse tipo de sistema é comum em edificações existentes, onde, além de serem consumidos de energia elétrica, passam a serem produtoras da mesma.
5.2 VIABILIDADE ECONÔMICA
Para avaliar a viabilidade econômica, objetivo principal desse estudo de caso foi utilizado para efeito de cálculo os métodos de Payback simples e descontado, o Valor presente líquido – VPL e a Taxa interna de retorno- TIR das duas empresas que foram orçadas os sistemas conforme descritos acima.
5.2.1 Payback simples e descontado
Para calcular a viabilidade de projeto, foram considerados dois períodos, de 10 anos referentes à garantia oferecida pelos painéis fotovoltaicos e 25 anos seguindo o tempo estipulado para a vida útil do sistema. Foi estabelecida uma taxa mínima de atratividade- TMA- de 10,8% a.a. com base nos dados obtidos dos orçamentos, onde foi considerada a taxa de juros de aplicação do investimento na poupança que gira anualmente em torno de 8% a.a. incluso 2% de custos anuais com manutenção e 0,8% de depreciação anual do sistema.
Dessa forma, foram usados os dados obtidos acima onde o fluxo de caixa acumulado representa o Payback simples, ou seja, o tempo de retorno do investimento sem
40
descontar a taxa mínima de atratividade ou taxa de juros. Já o fluxo de caixa descontado é formado pelo tempo de retorno do investimento considerando a taxa mínima de atratividade.
5.2.1.1 Payback simples e descontado – Empresa A
Para calcular o Payback simples e descontado da empresa A utilizou como ferramenta o software Excel para facilitar nos cálculos e obter resultados mais precisos conforme mostram a tabela 2 e gráfico 3 a seguir:
Tabela 2 - Payback simples e descontado (Empresa A)
(continua) Período
(Anos) Fluxo de caixa
Fluxo de caixa acumulado Valor presente Valor presente acumulado 0 -R$22.500,00 -R$22.500,00 -R$22.500,00 -R$22.500,00 1 R$3.301,39 -R$19.198,61 R$3.056,84 -R$19.443,16 2 R$3.639,65 -R$15.558,96 R$3.120,41 -R$16.322,74 3 R$4.012,57 -R$11.546,39 R$3.185,31 -R$13.137,44 4 R$4.423,70 -R$7.122,69 R$3.251,55 -R$9.885,89 5 R$4.876,95 -R$2.245,74 R$3.319,17 -R$6.566,72 6 R$5.376,64 R$3.130,90 R$3.388,20 -R$3.178,52 7 R$5.927,53 R$9.058,43 R$3.458,66 R$280,14 8 R$6.534,87 R$15.593,29 R$3.530,59 R$3.810,72 9 R$7.204,43 R$22.797,72 R$3.604,01 R$7.414,73 10 R$7.942,59 R$30.740,32 R$3.678,96 R$11.093,69 11 R$8.756,39 R$39.496,71 R$3.755,47 R$14.849,15 12 R$6.153,57 R$45.650,28 R$2.443,67 R$17.292,82 13 R$10.642,67 R$56.292,96 R$3.913,29 R$21.206,11 14 R$11.733,12 R$68.026,08 R$3.994,67 R$25.200,78 15 R$12.935,30 R$80.961,38 R$4.077,75 R$29.278,53 16 R$14.260,65 R$95.222,03 R$4.162,55 R$33.441,08 17 R$15.721,80 R$110.943,83 R$4.249,11 R$37.690,19 18 R$17.332,65 R$128.276,48 R$4.337,48 R$42.027,67 19 R$19.108,55 R$147.385,03 R$4.427,68 R$46.455,35 20 R$21.066,42 R$168.451,45 R$4.519,76 R$50.975,11
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Tabela 2 - Payback simples e descontado (Empresa A)
(conclusão) Período
(Anos) Fluxo de caixa
Fluxo de caixa acumulado Valor presente Valor presente acumulado 21 R$23.224,88 R$191.676,33 R$4.613,76 R$55.588,87 22 R$25.604,50 R$217.280,84 R$4.709,71 R$60.298,57 23 R$28.227,94 R$245.508,78 R$4.807,65 R$65.106,22 24 R$31.120,18 R$276.628,95 R$4.907,63 R$70.013,86 25 R$34.308,75 R$310.937,70 R$5.009,69 R$75.023,55
Fonte: Dados da pesquisa, 2020.
Gráfico 3 - Fluxo de caixa Empresa A
Fonte: Dados da pesquisa, 2020.
Conforme a tabela e gráfico apresentados, podemos encontrar a data estimada do Payback simples e descontada.
Payback simples: 5 anos
0,4176 x 12= 5,0112 = 5 meses 0,0112 x 30= 0,336 = 1 dia Payback descontado: 6 anos
-R $22.500,00 -R $19.198,61 -R $15.558,96 -R $11.546,39 -R $7.122, 69 -R $2.245, 74 R $3.130, 90 R $9.058, 43 R $15.593,29 R$22.797,72 R$30.740,32 R$39.496,71 R $45.650,28 R$56.292,96 R $68.026,08 R$80.961,38 R $95.222,03 R$110.943,83 R $128.276,48 R$147.385,03 R $168.451,45 R $191.676,33 R $217.280,84 R$245 .508 ,78 R $276.628,95 R$310.937,70 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Anos
Fluxo de caixa acumulado
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0,9190 x 12= 11,028= 11 meses 0,028 x 30= 0,84= 1 dia
De acordo com os cálculos de payback descontado obtidos, é possível verificar que o Payback simples terá um retorno de investimento no período de 5 anos, 5 meses e 1 dia. Mas conforme recomendado, o cálculo do Payback descontado fornece maior confiabilidade e o resultado foi de tempo de retorno de 6 anos, 11 meses e 1 dia, conforme pode ser observado no gráfico 3.
5.2.1.2 Payback simples e descontado – Empresa B
Com base nos dados obtidos, utilizou-se também a ferramenta software Excel para facilitar nos cálculos e obter resultados mais precisos conforme mostram a tabela 3 e gráfico 4 abaixo.
Tabela 3 - Payback simples e descontado (Empresas B)
(continua) Período
(Anos) Fluxo de caixa
Fluxo de caixa acumulado Valor presente Valor presente acumulado 0 -R$17.272,00 -R$17.272,00 -R$17.272,00 -R$17.272,00 1 R$3.101,76 -R$14.170,24 R$2.872,00 -R$14.400,00 2 R$3.411,94 -R$10.758,30 R$2.925,19 -R$11.474,81 3 R$3.753,13 -R$7.005,17 R$2.979,36 -R$8.495,46 4 R$4.128,44 -R$2.876,73 R$3.034,53 -R$5.460,93 5 R$4.541,29 R$1.664,55 R$3.090,72 -R$2.370,21 6 R$4.995,42 R$6.659,97 R$3.147,96 R$777,75 7 R$5.494,96 R$12.154,93 R$3.206,25 R$3.984,01 8 R$6.044,45 R$18.199,38 R$3.265,63 R$7.249,64 9 R$6.648,90 R$24.848,28 R$3.326,10 R$10.575,74 10 R$7.313,79 R$32.162,07 R$3.387,70 R$13.963,44 11 R$8.045,17 R$40.207,23 R$3.450,43 R$17.413,87 12 R$5.649,68 R$45.856,92 R$2.243,57 R$19.657,44 13 R$9.754,24 R$55.611,16 R$3.586,61 R$23.244,05 14 R$10.729,66 R$66.340,82 R$3.653,03 R$26.897,09 15 R$11.802,63 R$78.143,45 R$3.720,68 R$30.617,77
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Tabela 3 - Payback simples e descontado (Empresas B)
(conclusão) Período
(Anos) Fluxo de caixa
Fluxo de caixa acumulado Valor presente Valor presente acumulado 16 R$12.982,89 R$91.126,34 R$3.789,58 R$34.407,35 17 R$14.281,18 R$105.407,52 R$3.859,76 R$38.267,11 18 R$15.709,30 R$121.116,82 R$3.931,24 R$42.198,35 19 R$17.280,23 R$138.397,05 R$4.004,04 R$46.202,38 20 R$19.008,25 R$157.405,30 R$4.078,19 R$50.280,57 21 R$20.909,08 R$178.314,38 R$4.153,71 R$54.434,28 22 R$22.999,99 R$201.314,36 R$4.230,63 R$58.664,91 23 R$25.299,98 R$226.614,35 R$4.308,97 R$62.973,88 24 R$27.829,98 R$254.444,33 R$4.388,77 R$67.362,65 25 R$30.612,98 R$285.057,31 R$4.470,04 R$71.832,69
Fonte: Dados da pesquisa, 2020.
Gráfico 4 - Fluxo de caixa Empresa B
Fonte: Dados da pesquisa, 2020.
Através dos dados obtidos na tabela e gráfico acima, podemos encontrar a data estimada do Payback simples e descontada.
-R $17.272,00 -R $14.170,24 -R $10.758,30 -R$7.005, 17 -R $2.876, 73 R $1.664, 55 R $6.659, 97 R $12.154,93 R$18.199,38 R$24.8 48 ,28 R $32.162,07 R$40.207,23 R$45.856,92 R $55.611,16 R$66.340,82 R $78.143,45 R$91.126,34 R $105.407,52 R$121.116,82 R $138.397,05 R$157 .405 ,30 R $178.314,38 R $201.314,36 R $226.614,35 R $254.444,33 R $285.057,31 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Fluxo de caixa acumulado
44
Payback simples: 4 anos
0,6334 x 12= 7,6015= 7 meses 0,6015 x 30= 18,045 = 18 dias Payback descontado: 5 anos
0,7529 x 12=9,0348= 9 meses 0,0348 x 30= 1,044= 1 dia
Os resultados obtidos para empresa B foram de 4 anos, 7 meses e 18 dias para o Payback simples. Da mesma forma que a empresa A, foi realizado o cálculo do Payback descontado para melhor confiabilidade, onde resultou em um tempo de investimento de 5 anos, 9 meses e 1 dia.
5.2.2 Valor Presente Líquido- VPL
Para encontrar o VPL utilizamos a equação conforme descrito no item 2.6.2, cujo investimento inicial do projeto soma com as entradas do fluxo de caixa descontado no período do projeto. Estipulou-se o primeiro tempo de 25 anos que é referente a vida útil do sistema em estudo, e o segundo período de 10 anos que é referente ao prazo das garantias impostas pelos painéis fotovoltaicos.
5.2.2.1 Valor presente líquido empresa A
VPL 10 anos = - 22.500,00 + 3.056,84 + 3.120,41 + 3.185,31 + 3.251,55 + 3.319,17 + 3.388,20 + 3.458,66 + 3.530,59 + 3.604,01 + 3.678,96 = 11.093,70 VPL 10 anos = R$ 11.093,70 VPL 25 anos = - 22.500,00 + 3.056,84 + 3.120,41 + 3.185,31 + 3.251,55 + 3.319,17 + 3.388,20 + 3.458,66 + 3.530,59 + 3.604,01 + 3.678,96 + 3.755,47 + 2.443,67 + 3.913,29 + 3.994,67 + 4.077,75 + 4.162,55 + 4.249,11 + 4.337,48 + 4.427,68 + 4.519,76 + 4.613,76 + 4.709,71 + 4.807,65 + 4.907,63 + 5.009,69= 75.023,55 VPL 25 anos = R$ 75.023,55
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5.2.2.2 Valor presente líquido empresa B
VPL 10 anos = - 17.272,00 + 2.872,00 + 2.925,19 + 2.979,36 + 3.034,53 + 3.090,72 + 3.147,96 + 3.206,25 + 3.265,63 + 3.326,10 + 3.387,70 = 13.963,44 VPL 10 anos = R$ 13.963,44 VPL 25 anos = - 17.272,00 + 2.872,00 + 2.925,19 + 2.979,36 + 3.034,53 + 3.090,72 + 3.147,96 + 3.206,25 + 3.265,63 + 3.326,10 + 3.387,70 + 3.450,43 + 2.243,57 + 3.586,61 + 3.653,03 + 3.720,68 + 3.789,58 + 3.859,76 + 3.931,24 + 4.004,04 + 4.078,19 + 4.153,71 + 4.230,63 + 4.308,97 + 4.388,77 + 4.470,04 = 71.832,69 VPL 25 anos = R$ 71.832,69
5.2.3 Taxa Interna de Retorno (TIR) – Empresa A e B
Com ajuda das análises dos dados obtidos no Excel, utilizou-se, como teste, a hipótese da porcentagem de taxa interna de retorno. Quando o VPL for 0, o valor encontrado é a nossa TIR do sistema, ou seja, a taxa interna de retorno ao ano desse investimento. Assim o resultado encontrado para a Empresa A foi de 24% e para a Empresa B 27%.
5.2.4 Comparação entre as empresas A e B
Após obter todos os dados necessários para analisar os orçamentos entre as empresas estudadas, foram realizados os cálculos para obtenção de resultados e análise concreta da empresa que apresenta melhor viabilidade econômica para a implantação do sistema fotovoltaico na residência em estudo. Na tabela 4, encontra-se os dados obtidos, juntamente com os resultados alcançados através dos cálculos.
Tabela 4 - Comparação entre as empresas A e B
Descrição Empresa A Empresa B
Investimento -R$22.500,00 -R$17.272,00 Payback simples 5,42 4,63 Payback descontado 6,92 5,75 VPL 10 anos R$11.093,70 R$13.963,44 VPL 25 anos R$75.023,55 R$71.832,69 TIR 24% 27%
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Realizando uma comparação entre as duas empresas analisadas acima, podemos observar que os dois resultados apresentados foram satisfatórios para os métodos de cálculo utilizados, sendo viáveis para implantação na residência estudada, pois conforme visto o tempo de retorno de investimento para ambos acontece de forma rápida e antes mesmo do término da vida útil do sistema proposto.
Sendo assim, a viabilidade econômica do sistema fotovoltaico é adequado no quesito econômico, pois além do tempo de retorno acontecer em menor prazo que a vida útil do sistema, ainda obteve a taxa interna de retorno de ambas as empresas maiores que a taxa mínima de atratividade.
No entanto, é necessária a escolha de somente um orçamento, sendo este, o sistema fotovoltaico oferecido pela empresa B. De acordo com os resultados obtidos e com a comparação, a mesma é o mais adequado para a residência estudada, pois supre todas as necessidades de demanda de energia elétrica, possui o menor tempo de retorno do investimento e maiores valores de taxa interna de retorno e valor presente líquido, além de ser menor o custo de implantação que é o objetivo principal. Porém, ambos atendem as necessidades e trazem consigo diversas outras vantagens, principalmente na promoção da sustentabilidade.
5.2.5 Comparação de custo entre o sistema fotovoltaico e o sistema convencional
Após a implantação do sistema fotovoltaico, o consumidor terá que pagar uma taxa mínima mensal para a concessionária de R$ 32,00. Portanto, para melhor compreensão dos resultados, realizamos uma tabela para a comparação dos custos com o novo sistema escolhido e o sistema convencional.
Tabela 5 - Comparação entre sistema convencional e sistema fotovoltaico
Comparação do custo anual de cada sistema
Sistema Convencional R$ 3.149,08 Sistema Fotovoltaico R$ 384,00
Economia R$ 2.765,08
Fonte: Autor,2020
Conforme observado, além dos cálculos serem positivos para a implantação do sistema fotovoltaico, o consumidor terá uma economia anual de R$ 2.765,08.
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6 RESULTADOS ESPERADOS
O estudo visa demonstrar através de resultados, as vantagens decorrentes da instalação de um sistema fotovoltaico em uma residência na cidade de Lauro Müller/SC. Para avaliar a viabilidade econômica, será utilizado, para efeito de cálculo, o método de payback, possibilitando calcular o número de períodos necessários para se recuperar o valor investido. O método consiste em somar os valores de fluxo de caixa, período a período até se obter um valor igual ao investido, chegando, então, no tempo de payback, que é quando o investimento se paga e passa a obter lucros.
Como previsto nas normativas 482/2012 e 687/2015, as residências podem gerar a mesma quantidade que consomem, pagando apenas a taxa mínima equivalente ao seu tipo de ligação, monofásico, bifásico ou trifásico, sendo 30 kWh, 50 kWh e 100 kWh respectivamente. Como o objeto de estudo é uma residência com ligação trifásica, a sua taxa mínima é de 100 kWh.
Espera-se que os objetivos sejam alcançados e que os sistemas fotovoltaicos conectados à rede, além de utilizar de fontes renováveis de energia, também ajudem na redução de custos, para que o investimento do sistema de geração de energia seja viável, encorajando a sociedade para investir nessa tecnologia.
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7 CONCLUSÃO
A busca por alternativas sustentáveis para suprir o fornecimento de energia elétrica vem crescendo nos últimos anos. Dentre as alternativas, no presente trabalho, destacamos o uso da radiação solar como fonte de captação de energia. Empresas, industrias e residências, estão aderindo ao uso de sistemas solares para redução de custo de energia, ocasionando, assim, uma agressão menor ao meio ambiente. Contudo, apresentamos a implantação do sistema solar fotovoltaico em uma residência de 112,35m², localizada no município de Lauro Müller/SC.
Para a realização desse estudo, foi realizado um levantamento do consumo de energia da residência nos últimos 12 meses. Vimos que com o sistema convencional de geração de energia, o custo anual é de R$3.149,08. O sistema fotovoltaico proposto visa diminuir esse custo e apresentar sua viabilidade econômica diante desse cenário.
Analisando os gráficos no capítulo 4, foi possível observar que a energia gerada pelos painéis fotovoltaicos propostos, na maioria dos meses, ultrapassou o consumo usual. Sendo assim, o excedente dessa geração pode ser utilizado para suprir a diferença dos meses que não atingem a quantidade necessária devido a estação do ano.
Para analisar sua viabilidade econômica, foi realizado orçamentos com duas empresas, denominadas A e B. Os cálculos matemáticos, identificaram o tempo de retorno por meio do Payback, Valor Presente Líquido (VPL) e Taxa Interna de Retorno (TIR). Apesar de ambas empresas atenderem as necessidades, a empresa B foi escolhida por possuir menor tempo de retorno do investimento e maiores valores de taxa interna de retorno e valor presente líquido, além de menor custo de implantação.
Comparando os custos do sistema convencional para o sistema fotovoltaico na residência, podemos afirmar que o uso de painéis solares como obtenção de energia é viável. Além de um tempo de retorno favorável para a implantação, o consumidor irá economizar, em média, R$ 2.765,00 no primeiro ano. À vista disso, os resultados esperados desse trabalho foram atendidos.
Por fim, devido aos resultados favoráveis, sugere-se o acompanhamento de pelo menos 12 meses do sistema fotovoltaico instalado para analisar a viabilidade do sistema e se o mesmo atende o esperado.
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REFERÊNCIAS
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