UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
VIRGÍNIA CRISTINA SAMRSLA CZYZESKI
ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA DA CONEXÃO DE UM SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO EM MÉDIA TENSÃO
VIRGÍNIA CRISTINA SAMRSLA CZYZESKI
ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA DA CONEXÃO DE UM SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO EM MÉDIA TENSÃO
Trabalho de conclusão do Curso apresentado ao Colegiado de Coordenação de Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Professor Eliseu Kotlinski
AGRADECIMENTOS
A Deus em primeiro lugar.
Aos meus pais Eugenio e Marilei, que me deram a vida e me ensinaram a importância do respeito e humildade, e que parar de estudar estava fora de cogitação. Deixando muitas vezes seus desejos de lado para ver os filhos formados, e que sempre me apoiaram e ouviram minhas reclamações e comemorações no decorrer do curso.
Agradeço também aos meus irmãos, os dois engenheiros da casa – Charles e Cristiano, pelo apoio e conhecimentos repassados ao longo do tempo.
Ao meu namorado Ariel Albrecht, que sempre esteve do meu lado, escutando o que eu tinha para dizer, fosse sobre as dificuldades ou novos aprendizados. Apoio e encorajamento no decorrer do curso e também por sair comemorar após uma prova difícil! Aos colegas que persistiram em continuar o curso e sempre estiveram dispostos a ajudar. Aos professores Eliseu Kotlinski e Sandro Bock, por toda paciência e persistência em repassar seus conhecimentos aos alunos, e em especial por me ajudar na etapa final do curso.
A todos os professores do curso de Engenharia Elétrica, aos funcionários do departamento, a secretária Juliana Amaral, o chefe dos laboratórios Mauricio Gaspar, estes que nunca negam uma ajuda e estão sempre dispostos a escutar e auxiliar a todos. Aos responsáveis da limpeza e vigilantes do departamento.
RESUMO
O avanço crescente de mercado e a procura por fontes renováveis de energia, trazem cada vez mais estudos sobre a energia solar fotovoltaica e suas aplicações. No Brasil, esta fonte de energia deve ser aproveitada ao máximo, já que se dispõe de alta incidência de radiação solar. As perspectivas de crescimento do uso da energia solar fotovoltaica estão cada vez maiores, enquanto que no primeiro trimestre de 2016 o número de instalações deste tipo no país atinge pouco mais de 2000 instalações, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estima que até o ano de 2024, 1.2 milhão de consumidores com 4,5 GW de potência instalada estejam conectadas as distribuidoras de energia. (AMBIENTE ENERGIA, 2016)
Uma vez conectados, sistemas fotovoltaicos podem melhorar o perfil de tensão de atendimento ao consumidor, reduzir perdas em linhas de transmissão e provocar a redução de impactos ambientais causados pela obtenção de outros tipos de geração de energia elétrica.
É através da perspectiva de crescimento da energia solar fotovoltaica, que esse trabalho visa mostrar as condições e aspectos iniciais de conexão, de um sistema fotovoltaico em uma instalação elétrica abastecida em média tensão, juntamente com uma análise de viabilidade demonstrando os custos iniciais para este porte de instalação. Para isso foi escolhido o próprio campus da Universidade a fim de demonstrar a possibilidade da mesma em gerar a própria energia elétrica.
ABSTRACT
The growing advance of the market and the demand for renewable energy sources, bring more and more studies on photovoltaic solar energy and its applications. In Brazil, this source of energy should be exploited to the maximum, since it has a high incidence of solar radiation. The growth prospects of the use of photovoltaic solar energy are increasing, while in the first quarter of 2016 the number of such facilities in the country is slightly more than 2000 installations, the Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estimates that by the year 2024, 1.2 million consumers with 4.5 GW installed capacity will be connected on grid in the power distribution companies. (AMBIENTE ENERGIA, 2016).
Once connected, photovoltaic systems can improve the voltage profile provided to consumers, reduce losses in transmission lines and cause the reduction of environmental impacts caused by obtaining other types of power generation.
It is thinking about the growth potential of photovoltaic solar energy, this work aims to show the conditions and initial aspects of connection, of a photovoltaic system in an electrical installation supplied at medium voltage, along with a feasibility study demonstrating the initial costs for this size installation. For this, the very campus of the University was chosen to demonstrate the possibility of it to generate their own electricity.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1-1 - Demonstrativo de crescimento da geração solar fotovoltaica no cenário
mundial. ... 13
Figura 1-2- Total de potência instalada por fonte de energia ... 14
Figura 3-1 Localização das medições de energia do Campus Ijuí. ... 23
Figura 3-2 - Resultado do simulador solar do Instituto Ideal. ... 26
Figura 3-3 - Área compreendida pela medição. ... 27
Figura 3-4 - Vista do prédio da biblioteca da Universidade. ... 28
Figura 3-5 - Vista lateral do prédio M. ... 29
Figura 3-6 - Ilustração da incidência solar sobre um telhado voltado para o sentido norte. ... 29
Figura 3-7 - Porcentagem de geração para cada orientação. ... 30
Figura 4-1- Etapas de solicitação de acesso a micro e minigeração. ... 32
Figura 4-2 - Diagrama unifilar para instalações acima de 300kVA, com transformador de 500kVA. ... 33
Figura 4-3 - Conexão da rede da distribuidora com a entrada de energia onde está situada a medição. ... 33
Figura 4-4 - Detalhe do medidor de energia. ... 34
Figura 4-5 - Saída de energia da cabine. ... 34
Figura 4-6 - Visualização da parte externa da subestação de energia. ... 35
Figura 4-7 - Diagrama de conexão para sistema de minigeração. ... 37
Figura 4-8 - Subestação abrigada superior a 300kVA com medição. ... 39
Figura 5-1 – Média de geração mensal para o sistema fotovoltaico. ... 43
LISTA DE TABELAS
Tabela 3-1- Dados de consumo de energia da medição 312 do Campus Ijuí ... 25
Tabela 4-1- Níveis de tensão considerados para conexão de centrais geradoras ... 31
Tabela 4-2 - Proteções necessárias a um sistema fotovoltaico. ... 36
Tabela 5-1 - Demonstrativo de consumo e tarifas pagas. ... 42
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. ANSI American National Standards Institute
FECOERGS Fundação das Cooperativas de Energia, telefonia e desenvolvimento rural do Rio Grande do Sul.
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. LABSOL Laboratório de energia solar
PRODIST Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica.
RIC MT Regulamento de instalação consumidoras - Fornecimento em média tensão UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
kWh Kilo Watt Hora kWp Kilo Watt pico
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ... 3
1.0 INTRODUÇÃO ... 13
1.2 Energia solar fotovoltaica ... 15
1.3 Sistemas on grid ... 15
1.4 Energia solar no brasil ... 16
1.5 Cenário atual de energia ... 17
2.0 COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 19
2.1 Módulos fotovoltaicos ... 19
2.1.1 Módulo Monocristalino ... 19
2.1.2 Módulo Policristalino ... 20
2.2 Inversor fotovoltaico ... 21
2.3 Proteção de sistemas fotovoltaicas... 21
2.4 String box ... 22
3.0 ESTUDO PARA INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 23
3.1 Fidene - Unijuí ... 24
3.2 Consumo de energia ... 24
3.3 Simulação ... 25
3.3.1 Entrada de dados do simulador solar ... 26
3.4 Local da instalação ... 27
4.0 ACESSO A MINIGERAÇÃO ... 31
4.1 Solicitação de acesso ... 32
4.2 Medição de energia existente ... 32
4.3 Critérios de conexão de sistema de micro e minigeração ... 35
4.3.1 Normas Técnicas ... 37
4.3.2 Conexão do sistema solar com a medição de energia atual ... 38
4.3.3 Irregularidades encontradas conforme regulamento atual. ... 39
5.0 VIABILIDADE ECONÔMICA ... 41 5.1 Métodos de Análise ... 41 5.2 Análise inicial ... 41 5.3 Capacidade de Geração ... 43 5.4 Análise Financeira ... 44 5.4.1 Investimento ... 44 5.4.2 Valores de referência ... 45
5.4.3 Retorno financeiro do projeto fotovoltaico. ... 45
5.5 Etapas para implantação do projeto ... 47
6.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 51
ANEXO A: Características técnicas, normas e procedimentos para sistemas fotovoltaicos conectados à rede. ... 55
ANEXO B: Documentação exigida para conexão à rede de distribuição para centrais geradoras: ... 57
ANEXO C: Critérios técnicos e operacionais estabelecidos pela ANEEL para a conexão de uma central fotovoltaica à rede em média tensão. ... 59 ANEXO D: Requisitos de projeto ... 62 ANEXO E: Requisitos técnicos para conexão de micro e minigeração ao sistema de distribuição da distribuidora local ... 63 ANEXO F: Mapa do campus Ijuí - Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul ... 68 ANEXO G: Resultados da simulação. ... 70 ANEXO H: Informações e base de dados do simulador solar. ... 72
13
1.0 INTRODUÇÃO
Uma das fontes de energia elétrica, dentre as energias renováveis que tem ganhado maior destaque nos últimos anos foi a energia solar fotovoltaica. No cenário mundial, ela representa 1% da demanda da energia elétrica total gerada. Em 2014 haviam sido instalados 40GW em energia solar, conforme figura 1-1, enquanto que a capacidade estimada para os anos de 2015 a 2019 é de 178 GW. (Solar Power Europe - anteriormente EPIA – Associação Europeia da Industria Fotovoltaica, 2015)
Figura 1-1 - Demonstrativo de crescimento da geração solar fotovoltaica no cenário mundial.
Fonte: Adaptado de Solar Power Europe, 2015.
O Brasil por sua vez, possui um alto índice de radiação solar, maior ainda que o índice da Alemanha, um dos países líderes no mercado da energia solar, o local com o pior grau de irradiação no Brasil é 40% superior ao melhor local de irradiação da Alemanha (EFICIEN, 2014). Enquanto que na Alemanha desde os anos 2000, seu governo passou a distribuir subsídios para difundir o uso deste tipo de energia (Revista Galileu, 2012), aqui no Brasil foi apenas em 2010 que através de consulta e audiência pública, líderes e empresários que atuavam na área de geração de energia conseguiram movimentar projetos junto ao governo brasileiro, para que em 2012 a ANEEL lançasse uma norma que mudaria o cenário das energias renováveis no país.
Foi em 17 de abril de 2012 que entrou em vigor a Resolução Normativa nº 482. Esta resolução, estabelece as condições gerais para o acesso de micro e mini geração aos sistemas de distribuição de energia elétrica (ANEEL, 2012). A partir desta data, a geração distribuída começou a ganhar mais destaque no cenário brasileiro. O número de 1.125 conexões em 2015 representava uma potência instalada de 13,1 MW na matriz energética,
14 (ANEEL, 2015) enquanto que sistemas de energia solar fotovoltaica contavam com 1074 conexões conforme mostra a figura 1-2 (ANEEL,2015).
Figura 1-2- Total de potência instalada por fonte de energia
FONTE: ANEEL,2015
Sendo assim, a perspectiva de mercado para os próximos anos se mostra favorável, não apenas para a energia solar fotovoltaica, mas para as outras energias renováveis como é o caso da energia eólica e a biomassa.
Entretanto para uma maior inserção da energia solar fotovoltaica na matriz brasileira, é necessário a realização de pesquisas e estudos que se concretizem em publicações de confiança nesta área, visto a falta de conteúdo que tratem deste assunto, até mesmo na parte da conexão de sistemas fotovoltaicos com a rede de energia elétrica. Sendo que a grande maioria das publicações são a respeito de sistemas de baixa potência, caracterizadas como microgeração (inferior a 75 kW).
Portanto, este trabalho visa apresentar o estudo de conexão de um sistema solar fotovoltaico em média tensão para o Campus da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul – UNIJUI, bem como a aplicação da Resolução Normativa 482/2012 da ANEEL, que proporcionou aos consumidores a conexão de microgeradores e minigeradores a rede elétrica de energia, assim como as normas técnicas relacionadas ao assunto apresentado.
O objetivo geral deste trabalho, é apresentar quais são os caminhos que a universidade deve tomar, caso deseja instalar um sistema fotovoltaico em seu campus, qual o custo inicial que mesma terá, bem como o retorno financeiro do investimento.
15 Levantamento de dados do local a servir como estudo;
Funcionamento de um sistema solar fotovoltaico;
Normas e critérios de conexão do sistema solar fotovoltaico com a rede elétrica; Estudo de proposta de implantação do sistema solar fotovoltaico e análise
econômica do mesmo.
Este trabalho está organizado em cinco capítulos. No primeiro capítulo é apresentado uma visão geral da energia solar fotovoltaica, qual a capacidade instalada no Brasil e no mundo, bem como a prospecção de crescimento para os próximos anos.
No segundo capítulo, é abordado como funciona uma central geradora fotovoltaica juntamente com os principais equipamentos que compõem um sistema solar fotovoltaico.
No terceiro capítulo, é apresentado o lugar escolhido para o estudo, o consumo de energia atual, a simulação para verificação de porte de sistema fotovoltaico a ser instalado e as condições iniciais para a realização do mesmo.
No quarto capítulo, é apresentado a documentação necessária para a conexão do sistema fotovoltaico com a rede elétrica, a normatização vigente e a estrutura referente a entrada de energia local.
No quinto capítulo, é apresentado um estudo preliminar do investimento da instalação do sistema fotovoltaico em estudo, e qual o retorno financeiro para o mesmo.
No sexto capítulo, estão apresentadas as considerações finais deste trabalho.
1.2 Energia solar fotovoltaica
É chamado de energia solar fotovoltaica, a luz solar recebida por células solares e convertida em energia elétrica pelas mesmas. Estas células são feitas de semicondutores de silício, e quando expostas a luz do sol ocorre o chamado “ efeito fotovoltaico”. Este efeito foi descoberto em 1839 pelo físico francês Edmondo Becquerel, que é o surgimento de uma tensão elétrica em um material semicondutor, quando é exposto à luz visível (Viridian, 2016).
1.3 Sistemas on grid
Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de distribuição são também conhecidos como sistemas On Grid (termo inglês). Este tipo de sistema dispensa o uso
16 de acumuladores, pois a energia pode ser produzida diretamente pela carga, ou injetada na rede elétrica convencional, para ser consumida por unidades consumidores da rede de distribuição.
Para este tipo de sistema, a unidade de medida utilizada é o Watt-pico (Wp), unidade de saída de uma célula, módulo ou gerador fotovoltaico, considerando as condições de padrão de teste (CRESESB/CEPEL, 2014). A figura 1-3 ilustra como é caracterizado um sistema solar do tipo On Grid.
Figura 1-3 - Sistema fotovoltaico conectado à rede.
Fonte: Viridian, 2016
1.4 Energia solar no brasil
Através de consulta e audiência pública nos anos de 2010 e 2011, a ANEEL, com o objetivo de debater os dispositivos legais sobre a conexão da geração distribuída de pequeno porte na rede de distribuição de energia elétrica, elaborou a Resolução Normativa nº 482/2012. Esta resolução, é a regra que estabelece as condições gerais para o acesso de micro e mini geração aos sistemas de distribuição de energia elétrica e juntamente cria o sistema de compensação de energia elétrica, que permite ao consumidor instalar pequenos geradores em sua unidade consumidora e trocar energia com a distribuidora local. A regra é válida para geradores que utilizem fontes incentivadas de energia (solar, eólica, biomassa, hídrica e cogeração qualificada). (ANEEL, 2015)
Esta resolução foi lançada em 17 de abril de 2012, e após, alterada pela Resolução Normativa nº 517 de 11 de dezembro de 2012, fazendo com que o Módulo 3 do PRODIST
17 também tivesse alterações para que se adequasse a essas resoluções. Juntamente com a Resolução Normativa 482/2012 foi criado o sistema de compensação de energia elétrica correspondente.
O Art. 2º da Resolução 482/2012 adota as seguintes definições:
I – microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 100kW e que utilize fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
II – minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência superior ou igual a 100kW e menor ou igual a 1MW para fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
III- sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa instalada por unidade consumidora com microgeração distribuída ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa dessa mesma unidade consumidora onde os créditos foram gerados, desde que possua o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa Jurídica (CNPJ) junto ao Ministério da Fazenda. (Redação dada pela REN ANEEL 517, de 11.12.2012.)
1.5 Cenário atual de energia
Segundo dados da ANEEL atualizados em maio de 2016, o Brasil possui no total 4.520 empreendimentos em operação, totalizando 143.133.470 kW de potência instalada, contando com todas as fontes de geração. Esta informação pode ser visualizada na tabela 1-1 e na figura 1-4.
Tabela 1-4 - Potência instalada por fonte de energia.
Potência instalada (kW) % Biomassa 13.341.312 8,8727 Eólica 8.795.690 5,8132 Fóssil 26.228.157 17,3346 Hidrica 92.671.660 61,24 Nuclear 1.990.000 1,3152 Solar 22.952 0,0151 Importação 5,3997 TOTAL 143.049.771 99,9905
18 Figura 1-2 - Matriz energética brasileira
Fonte: BIG ANEEL, 2016.
Conforme pode-se perceber, a energia solar ainda não atingiu o patamar de 1% na matriz energética brasileira. Tendo como base a Alemanha, que possui em sua matriz 35.500 MW de potência instalado de fonte solar, o Brasil tem muito a crescer quando o assunto é energia solar.
Biomassa; 13.341.312,00 Eólica; 8.795.690,00 Fóssil; 26.228.157,00 Hidrica; 92.671.660,00 Nuclear; 1.990.000,00 Solar; 22.952,00 TOTAL; 143.049.771, 00 POTÊNCIA INSTALADA (KW)
19 2.0 COMPOSIÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
Sistema fotovoltaico é um sistema composto por um conjunto de placas solares também conhecidos por módulos fotovoltaicos, que são responsáveis por captar a luz do sol através de uma composição de células de silício, suas características de tensão e corrente variam com a irradiância solar coletada pelo módulo e com a temperatura que as células operam. Um aparelho conhecido por inversor solar, recebe esta tensão e corrente gerada pelas células solares em corrente continua, converte para corrente alternada deixando a energia gerada na mesma qualidade que a distribuidora de energia. (CRESEB, CEPEL, 2014).
2.1 Módulos fotovoltaicos
Conforme citado, módulo fotovoltaico é um conjunto de células de silício que são responsáveis pela conversão de energia recebida do sol. As células geram na máxima potência (sob irradiação solar de 1000W/m² e a célula a temperatura de 25°C) densidades de corrente da ordem de 32mA/cm² em tensões entre 0,46V E 0,48V. As células são agrupadas em associações em série e paralelo com o intuito de obter o melhor dimensionamento de corrente e tensão. (GROTH, J., 2013)
Atualmente no mercado existem módulos fotovoltaicos de várias faixas de potência que são utilizadas para instalações diversas, podendo variar de 10 W a 310 W de potência. As mais utilizadas para instalações, tanto comerciais como residenciais estão na faixa de 200 W até 300 W de potência, pela principal característica de tamanho da placa versus capacidade de geração. Estes módulos independentes de potência, por determinação da ANEEL, devem satisfazer as normas nacionais e internacionais de qualidade apresentados no Anexo A.
A seguir, é mostrado os dois tipos mais utilizados de módulos solares.
2.1.1 Módulo Monocristalino
Este módulo apresenta atualmente um rendimento de 15 a 21%, e é a tecnologia mais empregada no mercado. Este tipo de painel é de fácil reconhecimento, pois são mais finos que os policristalinos e costumam ter uma cor azul escuro. Eles são feitos a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de forma cilíndrica). (Portal Solar,2016). Este modelo de painel é apresentado conforme figura 2-1.
20
Figura 2-1 - Módulo solar monocristalino.
Fonte: Portal solar, 2016 2.1.2 Módulo Policristalino
Neste tipo de módulo, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (resultando no nome policristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais. Este modelo apresenta custo inferior por necessitar de uma energia menor na sua fabricação, assim como a sua eficiência que fica entre 11% e 13%. (CRESESB/CEPEL, 2014). Este modelo de painel é apresentado conforme figura 2-2.
,
Figura 2-2 - Módulo solar policristalino.
Fonte: Portal Solar (2016)
Quando é citado sobre a eficiência de painel, este assunto está diretamente ligado a radiação solar. Este é um termo utilizado para se referir à forma de transferência da energia vinda do sol através da propagação de ondas eletromagnéticas. A quantidade de radiação solar que atinge a terra, depende dos obstáculos encontrados na atmosfera, mas a radiação que chega a qualquer ponto do topo da atmosfera é constante e conhecida como "Constante Solar". A constante solar é estimada em 1.366 W/m². Ao chegar à superfície da Terra, ela alcança no máximo 1000 W/m². Assim, se a eficiência de determinado painel solar é de 10%, isso significa que ele será capaz de captar no máximo 100 W/m². (América do Sol, 2016).
21 2.2 Inversor fotovoltaico
O inversor fotovoltaico é um aparelho que recebe a energia em corrente contínua gerada pelos módulos fotovoltaicos, e converte para corrente alternada, deixando na mesma qualidade que a energia recebida pela rede de distribuição. Os inversores de última geração sao equipados com circuitos microprocessados visando otimizar a geração de energia elétrica com rápida atuação sobre a geração dos módulos fotovoltaicos. (GROTH, J., 2013)
Este tipo de aparelho só pode ser utilizado se estiver conforme normas brasileiras ou normas internacionais, de forma que atenda a todos os requisitos de segurança e qualidade impostos ao mesmo, conforme anexo A.
Para prevenir o ilhamento, estes aparelhos funcionam apenas se a energia elétrica da rede de distribuição estiver “ligada”, ou seja, caso a rede da distribuidora seja desligada por alguma falha ou manutenção da mesma, o inversor se desliga e interrompe a distribuição da energia para o consumidor ou para a rede elétrica. Impossibilitando assim que ocorra acidentes de energização da rede elétrica. (ABNT, NBR 16149,2013)
2.3 Proteção de sistemas fotovoltaicas
Assim como toda instalação elétrica de baixa ou media tensão, sistemas solares devem conter suas próprias proteções, sistemas estes que devem interromper a geração e e/ou a entrega de energia do sistema caso a rede ou o próprio gerador solar apresente alguma falha. Em geral, os inversores são adaptados para proteger o sistema em si, eles possuem funções para detectar qualquer falha que possa surgir, e assim proteger o sistema.
Mesmo assim, o sistema deve obedecer principalmente a NBR 5410 e possuir dispositivos auxiliares de proteção como a instalação de dispostos contra surtos tanto para a geração de energia dos painéis (Corrente Contínua), como a conexão dessa energia na unidade consumidora, como o envio da mesma para a rede elétrica (Corrente Alternada). O aterramento dos painéis e de todas as partes metálicas, como estruturas de sustentação dos painéis, bem como o inversor, devem seguir a NBR 5419.
Conforme GROTH, J., 2013, para sistemas acima de 10kW, é recomendado que se instale pára-raios junto a instalação fotovoltaica. Este tipo de proteção deve ser estudado e deve ser muito eficiente, pois, descargas atmosféricas não apenas danificam toda uma instalação como podem ocorrer riscos de incêndio no local.
22 Em contrapartida, segundo a empresa Finder, fabricante de relés e temporizadores, em sua publicação “Guia para aplicação de Dispositivos contra Surtos – DPS (2012), uma instalação fotovoltaica está tão exposta tanto quanto uma instalação elétrica quando o assunto é descarga atmosférica. A mesma indica que deve ser realizada uma análise de riscos de acordo com a norma EN 62305-2 (CEI 81-10/2) para identificar quais as medidas a serem adotadas, independente da potência do sistema solar fotovoltaico, e que em muitas vezes, a instalação de pára-raios pode resultar em danos e não na proteção dos sistemas, visto que o pára raio tem como função principal a de “atrair” a descarga para si e proporcionar um caminho seguro para a descarga. Portanto, deve-se analisar com muito cuidado cada situação, e seguir as normas vigentes ao assunto, que podem ser encontradas no anexo A deste trabalho.
2.4 String box
Grande parte dos sistemas existentes no mercado possui um equipamento de proteção chamado String Box. É nele que ficam armazenados os dispositivos de proteção contra surto citados anteriormente, fusíveis e disjuntores de proteção. É um equipamento de extrema importância nas instalações e também deve seguir as normas da ABNT 5410 e módulo 3 do PRODIST, sendo dispensável apenas quando comprovada a existência de proteções adicionais por parte do inversor a ser instalado.
23 3.0 ESTUDO PARA INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO Conforme citado anteriormente, o local utilizado para o estudo da instalação de um sistema fotovoltaico foi a Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul - Unijui, campus Ijuí.
Este campus possui quatro medições de energia, uma é responsável pela ala oeste (prédios A ao L, e departamentos), a segunda é responsável pela ala Sul (biblioteca e laboratórios), a terceira para um departamento localizado na ala leste, e uma medição separada para apenas um departamento, conforme apresentado na Figura 3-1. Esta figura é apresentada no anexo F com mais detalhes e informações.
Dentre as quatro medições, a que possui maior consumo é na qual está localizada o prédio da biblioteca e o salão de atos. É nesta área que o estudo será focado, principalmente pelo seu consumo elevado e por possuir grande área de telhado disponivel e pouco sombreamento em seus prédios. Ela será chamada de medição 312, pois é este o seu código de unidade consumidora.
Figura 3-1 Localização das medições de energia do Campus Ijuí.
Fonte: Portal Unijuí, 2016.
A área citada e que será estudada, possui um consumo médio anual de 79.678kWh/mês conforme tabela 3-1, e será a partir destes dados que se realizará o estudo
1º
2º
3º
º
4º
24 inicial. Para o mesmo será utilizado a norma regulamentadora da Fecoergs, visto que este campus está dentro da área de concessão da Coop. Regional de Energia e Desenvolvimento Ijuì Ltda - Ceriluz.
3.1 Fidene - Unijuí
Com mais de 50 anos de história, a Unijuí possui em sua estrutura multicampi nas cidades de Ijuí, Panambi, Santa Rosa, Três Passos e o Núcleo Universitário de Tenente Portela, além das unidades de apoio e pólos de atendimento da educação a distância.
Em 1956, na busca pela qualificação e habilitação legal para o trabalho pedagógico e a atuação no ensino secundário a Ordem dos Frades Franciscanos (Capuchinos) do Rio Grande do Sul, e a comunidade de Ijuí e região, iniciaram uma mobilização em prol da implantação do ensino superior, constituindo neste ano, a Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ijuí (FAFI), pioneira no ensino superior da região noroeste do estado.
Em 1969, o patrimônio da FAFI passa à Fundação de Integração, Desenvolvimento e Educação do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (FIDENE), hoje mantenedora da UNIJUÍ, e demais áreas a ela vinculadas. Em 1993, após a formalização do caráter regional e multicampi, transforma-se na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, ampliando posteriormente seu reconhecimento regional. (Portal Unijuí, 2016)
3.2 Consumo de energia
Para que o se pudesse realizar o dimensionamento de um sistema solar fotovoltaico para a medição 312, foram obtidos os valores de consumo de energia elétrica da mesma.
25 Tabela 3-1- Dados de consumo de energia da medição 312 do Campus Ijuí
Consumo Anual Consumo FORA PONTA Consumo PONTA Mês Consumo (kWh) Consumo (kWh) Consumo (kWh) mar/16 96040 86380 9660 fev/16 92880 84760 8120 jan/16 73800 68140 5660 dez/15 84740 78200 6540 nov/15 76240 70720 5520 out/15 69240 63060 6180 set/15 82620 73660 8960 ago/15 79500 69940 9560 jul/15 77220 67160 10060 jun/15 81540 71700 9840 mai/15 62320 56711,2 0 abr/15 80000 72800 0 TOTAL 956.140,00 863.231,20 80.100,00 Média 79.678,33 71.935,93 6.675,00
Fonte: Setor Patrimonial da universidade, 2016.
A partir da tabela 3-1, pode-se observar os valores mensais de energia, o consumo no horário fora de ponta e o consumo no horário de ponta da medição 312, sendo que a mesma teve um consumo de 956.140,00 kWh dentro do período de 12 meses, resultando em uma média de consumo mensal de 79.678,33kWh.
3.3 Simulação
Com base nos dados do item 3.2, os mesmos foram utilizados para uma simulação online realizado pelo simulador solar disponibilizado pela América do Sol, site pertencente ao Instituto Ideal. Este Instituto tem por objetivo o fomento da energia solar no Brasil. É uma organização privada sem fins lucrativos que promove eventos, incentiva pesquisas e ações voltadas para as energias renováveis, o mesmo conta com o apoio do governo da Alemanha, e é referência no setor energético brasileiro. (Instituto Ideal, 2016).
Este simulador, assim como o próprio Instituto Ideal, possuem fontes confiáveis e seus dados podem ser utilizados como base de pesquisa para quem deseja instalar sistemas fotovoltaicos.
26 3.3.1 Entrada de dados do simulador solar
Para que se possa realizar uma simulação de um sistema solar utilizando o simulador solar disponibilizado pela América do Sol, o usuário deve acrescentar os dados relacionados abaixo:
Consumo de energia mês a mês (baseado na fatura de energia) ou o consumo de energia elétrica que deseja suprir;
Localização da futura instalação fotovoltaica; Custo atualizado da fatura de energia;
O tipo de conexão com rede elétrica: trifásica, bifásica ou monofásica; Nome da distribuidora de energia elétrica de sua localidade.
Após a entrada de dados, o simulador realiza os cálculos baseados na radiação mensal da localização da futura instalação e na potência instalada do sistema simulado. Demais informações sobre a metodologia de trabalho deste simulador se encontram no anexo H.
3.3.2 Resultados obtidos através do simulador solar online
O resultado obtido na simulação é mostrado na figura 3-2. Esta figura também se encontra no anexo G juntamente com mais informações adquiridas de geração para este caso.
Figura 3-2 - Resultado do simulador solar do Instituto Ideal.
Fonte: Instituto Ideal, 2016.
Como pode se perceber, para este porte de consumo, um sistema fotovoltaico que equivale a esse consumo, seria de 625,1kWp de potência instalada. Trabalhando com
27 sistemas de tabela disponibilizadas por fornecedores da área, o sistema a ser instalado seria de 630 kWp, o qual é composto por 2000 módulos fotovoltaicos de 315W de potência cada.
Para um sistema fotovoltaico deste porte, o mesmo se enquadra como Minigeração, pois sua potência está acima de 100kW e abaixo de 1MW de potência instalada conforme Resolução Normativa 482/2012.
3.4 Local da instalação
Conforme citado anteriormente, será utilizada apenas a maior parcela de consumo de energia do campus, e a área a ser utilizada é a região onde se encontra os prédios responsáveis pela maior parcela de consumo de energia do campus e o salão de atos da Universidade, através da figura 3-3 pode-se perceber qual a área a ser disponibilizada para a instalação do sistema fotovoltaico.
Figura 3-3 - Área compreendida pela medição.
Fonte: Portal Unijuí, 2016.
Para a instalação de 2.000 módulos fotovoltaicos de 315Wp de potência, é necessária uma área de telhado de 3800m². Este valor de área total necessária para instalação dos módulos fotovoltaicos, é feita de maneira simples utilizando dados relacionados a dimensão do mesmo obtidos através de pesquisa por fabricantes desse tipo de módulo. Para esse caso, no qual foi escolhida uma placa de 315W de potência, a mesma possui dimensões de 1954x982x40 (mm) (MINHA CASA SOLAR, 2016) na qual a sua
28 área total (base x altura) é igual a 1,9m². Multiplicando este valor pelo número total de módulos necessários, é possível obter a área total necessária para a instalação: 3800m².
Conforme disponibilizado pelo setor patrimonial da Universidade, apenas o prédio principal desta área, que é o chamado prédio da biblioteca e o salão de atos possuem um total de 4.662,07 m². Para uma análise inicial de espaço de telhado, além dessa área será utilizado para a instalação dos painéis, as áreas de telhados dos prédios M e N, a fim de aproveitar os prédios da universidade que possuem maior visibilidade. Segundo informações repassadas, os prédios M e N possuem 639,90m² e 1.106,2m² respectivamente. O que torna viável a instalação do sistema fotovoltaico em questão de área disponivel de telhado.
A estrutura do prédio da biblioteca é mostrada na Figura 3-4. Percebe-se que é uma ampla área sem sombreamento e possui orientação Norte/Sul, o que viabiliza a instalação de um sistema fotovoltaico.
Figura 3-4 - Vista do prédio da biblioteca da Universidade.
Fonte: Elaborado pela autora,2016.
Conforme mencionado, um dos lugares a serem utilizados para a instalação de parte do sistema, é o prédio M por possuir uma maior visibilidade de seu telhado. O mesmo possui orientação leste e oeste e pode ser visualizado na Figura 3-5.
29 Figura 3-5 - Vista lateral do prédio M.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
3.5 Orientação dos módulos solares
A orientação dos módulos em uma instalação fotovoltaica é o ponto principal para uma geração eficiente de energia. Instalações localizadas no hemisfério Sul devem estar voltadas para o Norte Verdadeiro, assim como instalações localizadas no hemisfério norte, devem estar voltadas para o Sul Verdadeiro. A Figura 3-6 ilustra o nascer do sol no sentido leste. Ao decorrer do dia ele alcança seu ponto máximo e decai se pondo ao sentido oeste, assim pode-se visualizar do porquê a geração é mais eficiente se o ponto de instalação for voltado para o sentido norte, ou seja, ao decorrer do dia sempre haverá incidência solar sobre ele, seja na estação do inverno ou verão.
Figura 3-6 - Ilustração da incidência solar sobre um telhado voltado para o sentido norte.
Fonte: Portal Solar, 2016.
No Brasil, as instalações fotovoltaicas devem estar com a sua face voltadas para o norte para uma maior geração de energia, mas isso não impede que sejam instalados
30 com orientação leste/oeste. A Figura 3-7 demonstra a porcentagem de aproveitamento do sistema para as demais orientações.
Figura 3-7 - Porcentagem de geração para cada orientação.
Fonte: Portal Solar, 2016.
Percebe-se que no Brasil o pior caso é quando o ponto de instalação é voltado para o Sul, assim não se indica a instalação de sistemas para essa orientação. A inclinação do sistema também é importante, geralmente o ângulo de inclinação utilizado para a instalação dos painéis solares é o igual ao da latitude do local. Tendo como exemplo a cidade de Ijuí / RS, a mesma possui localização de latitude 28º23'16" sul e a uma longitude 53º54'53" oeste (WIKIPÉDIA, 2016), assim a inclinação indicada para instalação do painel seria de 28º. É válido observar, que para casos onde se queira instalar sistemas fotovoltaicos em telhados e o mesmo possuir uma inclinação menor que o da localidade da instalação, a sua geração acaba sendo mais eficiente. (PORTAL SOLAR, 2016)
31 4.0 ACESSO A MINIGERAÇÃO
Conforme o módulo 3 do PRODIST e as normas técnicas específicas para o acesso da micro e minigeração, todo consumidor que deseja se conectar à rede de distribuição de energia através de geradores, sejam eles de fonte solar, eólica, biomassa, hidráulica e outros, devem seguir determinados procedimentos técnicos e operacionais para a conexão.
Para o caso em estudo, o mesmo possui conotação de acesso a minigeração. A alimentação dos inversores ocorre em baixa tensão, sendo sua alimentação até a medição de energia existente em média tensão. Como a potência do sistema fotovoltaico para o caso desse trabalho é de 630kWp, a descrição da tensão de conexão pode ser visualizada conforme tabela 4-1.
Tabela 4-1- Níveis de tensão considerados para conexão de centrais geradoras
Potência Instalada Nível de tensão de conexão
<10kW Baixa Tensão (monofásico) 10 A 75kW Baixa tensão (trifásico)
76 A 150 kW Baixa Tensão (trifásico) / Média Tensão 151 a 500 kW Baixa Tensão (trifásico) / Média Tensão 501 a 10 MW Média tensão / Alta tensão
11 a 30 MW Média tensão / Alta tensão >30MW Alta tensão
Fonte: ANEEL, 2012
Assim, os procedimentos adotados para conexão em média tensão seguem as normas do módulo 3 do PRODIST e os padrões da distribuidora local, a qual requer a apresentação de um projeto de instalações de baixa tensão e média tensão, o dimensionamento e instalação dos equipamentos, a configuração dos equipamentos instalados e a implementação de um quadro de distribuição de geração para conexão do gerador solar fotovoltaico. (FECOERGS, 2012). As normas para conexão de sistemas de micro e minigeração estão apresentados no Anexo B.
32 4.1 Solicitação de acesso
Este documento é obrigatório e deve ser entregue pelo responsável da unidade consumidora a fim de comunicar a conexão de geradores em paralelo com a rede de distribuição. Nele devem constar todos as informações referente ao sistema a ser interligado: proteções do sistema, diagramas unifilares, fichas técnicas dos aparelhos bem como as autorizações do órgão fiscalizador. A partir deste documento, a distribuidora tem um prazo legal para aceitar ou não o projeto apresentado, caso esteja faltando alguma informação, o técnico responsável pelo projeto é notificado para corrigir e entregar novamente o mesmo com suas correções. Após a aprovação, a instalação do sistema pode ocorrer normalmente, e então após finalizado, deve ser comunicado a distribuidora para que ocorra sua vistoria e então liberação para conexão com a mesma.
Estes prazos estão apresentados na figura 4-1 para um melhor entendimento.
Figura 4-1- Etapas de solicitação de acesso a micro e minigeração.
FONTE: Caderno Temático da ANEEL, 2014.
Os documentos exigidos pela distribuidora para esta etapa, estão apresentados no Anexo B.
4.2 Medição de energia existente
O campus da universidade conforme citado anteriormente, possui 4 medições de energia. Assim foi verificado junto ao setor patrimonial e setor de engenharia do campus
33 da universidade, qual medição que abrange a área estudada. A medição responsável por esta área é do tipo Indireta em baixa tensão, e seu diagrama unifilar é representado na Figura 4-2.
Figura 4-2 - Diagrama unifilar para instalações acima de 300kVA, com transformador de 500kVA.
Fonte: RIC MT Fecoergs, 2007.
A energia é entregue pela distribuidora e recebida neste ponto através de uma Derivação dupla (RIC MT FECOERGS, 2007), e passa pelos terminais de média tensão conectados na cabine conforme mostra a Figura 4-3.
Figura 4-3 - Conexão da rede da distribuidora com a entrada de energia onde está situada a medição.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
O medidor de energia está em uma cabine padrão para este tipo de instalação. Junto ao medidor está instalado um equipamento de aferição, conforme pode-se verificar na Figura 4-4.
34 Figura 4-4 - Detalhe do medidor de energia.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
Após a passagem de energia pelo medidor, a mesma passa pelos terminais de média tensão na qual é recebida através de uma Derivação normal em estrutura tipo B (RIC MT FECOERGS, 2007), e segue através de uma instalação subterrânea até a subestação de energia.
Figura 4-5 - Saída de energia da cabine.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
Para a parte da subestação de energia, a mesma está a alguns metros de distância da entrada de energia descrita acima. Nela estão instalados todos os componentes responsáveis pela distribuição de energia da medição 312 do campus. O transformador instalado nesta medição possui 500kVA de potência apresentando todos os equipamentos para a distribuição de energia conforme RIC MT da distribuidora local. A parte externa da subestação é mostrada na Figura 4-6.
35
Figura 4-6 - Visualização da parte externa da subestação de energia.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
4.3 Critérios de conexão de sistema de micro e minigeração
Quanto a critérios técnicos e operacionais para conexão de sistemas fotovoltaicos em média tensão a ANEEL, através do módulo 3 do PRODIST, estabelece algumas exigências a serem seguidas com referência a:
a) Tipo de corrente elétrica e faixa de frequência; b) Responsabilidade com o paralelismo;
c) Sistema de comunicação entre a acessada e o acessante; d) Sincronização das instalações com o Sistema de Distribuição; e) Sistemas de proteção;
f) Estudos básicos e operacionais; g) Níveis de tensão de conexão;
Para os critérios de proteção em sistemas fotovoltaicos, a tabela 4-2 apresenta os requisitos básicos de proteção que o sistema a ser conectado deve apresentar.
36 Tabela 4-2 - Proteções necessárias a um sistema fotovoltaico.
Equipamento Função
ANSI
Potência instalada kW 76 a 100 101 a 500 500 a 1000
Proteção de Subtensão 27 Sim Sim Sim
Proteção de Sobretensão 59 Sim Sim Sim
Proteção de Sobfrequencia 81º Sim Sim Sim
Proteção de Subfrequencia 81U Sim Sim Sim
Proteção contra desequilíbrio de corrente 46 Não Não Sim
Proteção contra desbalanço de tensão 47 Não Não Sim
Proteção de sobrecorrente direcional 67 Não Não Sim
Proteção de sobrecorrente com restrição de tensão 51V Não Não Sim
Relé de sincronismo 25S Sim Sim Sim
Proteção Anti Ilhamento 78 Sim Sim Sim
Proteção Anti Ilhamento por dHz 81d Sim Sim Sim
Estudo de Curto Circuito - Não Sim Sim
Medição - Bidirecional Quatro quadrantes
Ensaio - Sim
Fonte: Prodist, 2015.
Conforme citado no item 2.2 deste trabalho, o inversor apresenta grande parte destas proteções, sendo dispensados algumas proteções auxiliares. Neste caso, o inversor a ser instalado deve ter sido aprovado pelas normas técnicas e estar apto a conexão à rede. Para que esta conexão ocorra de forma a ser aprovada pelo setor de projetos da distribuidora, deve constar no projeto a ser entregue o diagrama de conexão mostrado na Figura 4-7, a partir desse diagrama que o sistema fotovoltaico deve ser conectado e o local onde será instalado deve estar com suas instalações de acordo com a norma.
Este diagrama se encontra no anexo E juntamente com sua simbologia e informações adicionais.
37 Figura 4-7 - Diagrama de conexão para sistema de minigeração.
Fonte: Fecoergs, 2013.
Na figura 4-7, o diagrama de conexão apresenta os equipamentos que obrigatoriamente devem estar presentes na parte de medição de energia, e percebe-se que o sistema auxiliar a instalado deve possuir todas as funções presentes no mesmo. Essas funções também são chamadas de Funções ANSI - American National Standards Institute, o qual no Brasil equivale as normas da ABNT.
Conforme citado anteriormente no item 4.2, o projeto a ser apresentado a distribuidora de energia deve conter desenhos, diagramas e fotos da medição existente onde será instalado o sistema fotovoltaico, bem como o detalhamento da nova conexão. Caso a distribuidora verifique desacordo tanto no projeto como na vistoria do mesmo, ele pode não ser autorizado, fazendo com que o consumidor só tenha seu projeto aprovado após ter as pendências resolvidas.
4.3.1 Normas Técnicas
Após a publicação da Resolução Normativa 482/2012, que permitiu a conexão de geradores junto a rede das distribuidoras, e alterou o módulo 3 do PRODIST, as
38 distribuidoras de energia tiveram que se adequar para realizar essas conexões. A princípio, toda conexão à rede da distribuidora segue o módulo 3 do PRODIST, caso esta não possua uma norma técnica interna. Para o caso da conexão em média tensão do sistema fotovoltaico e estudo para este trabalho, o mesmo segue a norma citada anteriormente juntamente com a norma técnica da Fecoergs, como é apresentado no Anexo E.
Para a elaboração do projeto do sistema fotovoltaico a ser conectado à rede da distribuidora de energia, o acessante deve observar as características técnicas, normas, padrões e procedimentos específicos definidos pela ANEEL para o desenvolvimento de projetos de acesso, relacionado à confiabilidade e a segurança operacional do sistema elétrico. Nos anexos C e D estão listados os critérios de conexão e de projeto a serem seguidos para a correta instalação do sistema fotovoltaico.
Para que este sistema possa ser conectado à rede da distribuidora, o responsável técnico pelo projeto a ser apresentado, deve apresentar todos os equipamentos já instalados no local e providenciar todas as modificações necessárias a serem realizadas.
4.3.2 Conexão do sistema solar com a medição de energia atual Conforme verificado junto a distribuidora de energia, para a conexão de um sistema solar fotovoltaico na medição 312, a mesma teria que se adequar aos padrões vigentes na norma atual. Quando a mesma foi construída, em meados dos anos 1993/1994 havia uma norma a ser seguida, mas após esta data o RIC MT FECOERGS sofreu alterações, e foi atualizado.
Para o caso de medições antigas que não ofereçam risco de acidentes, ou alguma falha nos equipamentos instalados, a distribuidora de energia após vistoria, não emite nenhum comunicado e ela continua em operação. Mas caso a mesma, depois de tantos anos em funcionamento apresentar algum tipo de risco, a distribuidora emite um parecer e o consumidor deve se readequar. O que acontecerá caso a universidade deseje aderir a geração de energia solar fotovoltaica, a mesma terá que construir uma medição de energia totalmente nova para estar dentro dos padrões solicitados pela distribuidora de energia local.
39 4.3.3 Irregularidades encontradas conforme regulamento atual. O item 4.2 deste trabalho, apresenta as instalações referentes a medição 312 e sua subestação de energia. Assim pôde-se perceber algumas irregularidades com o Regulamento de Instalações do Consumidor em média tensão – RIC -MT da Fecoergs em vigência desde 2007. Por se tratar de uma construção antiga, equipamentos como disjuntor automático e chaves teste de tensão e corrente que se encontram no diagrama de conexão ilustrado na figura 4-7, não estão presentes na cabine de medição atual. A própria cabine onde se encontra a medição, não condiz com a atual norma em vigor.
Conforme relatado pelos técnicos da distribuidora de energia, durante acompanhamento em uma vistoria e manutenção desenvolvida pela própria distribuidora, em junho deste ano junto a medição 312, foi informado que para a conexão de um sistema solar fotovoltaico, a qual segue o diagrama de conexão apresentado na figura 4-7, a cabine de energia deveria ser do tipo “Abrigada superior a 300kVA com medição” (RIC MT FECOERGS, 2007) conforme mostra figura 4-8. Foi informado também, que ocorreria a troca do medidor de energia apresentado na figura 4-4, pois se trata de um modelo antigo de medidor de energia.
Figura 4-8 - Subestação abrigada superior a 300kVA com medição.
Fonte: RIC - MT Fecoergs, 2007
Assim, para que a Universidade possua um sistema solar fotovoltaico em operação, a parte da medição de energia para este caso, terá de ser construída conforme o
40 padrão atual, o que acarretará em custo inicial de R$ 70.000,00 de investimento conforme informado por uma empresa atuante na área, alocada na cidade de Santo Ângelo. Para a obtenção do orçamento foi encaminhado o modelo da nova subestação conforme RIC FECOERGS – Média Tensão, e solicitado um valor global para o projeto. Neste valor, estão inclusos os valores de projetos e obras referentes a construção da subestação abrigada com medição e todos os equipamentos que nela devem ser instalados.
É valido observar, que para a conexão de sistemas fotovoltaicos, independentes de sua faixa de potência, a distribuidora de energia fiscaliza as instalações antes de sua conexão, assim, mesmo que a Universidade deseje possuir um sistema fotovoltaico de pequeno porte, a medição de energia 312 teria que ser adequada e seguir o padrão da norma vigente de distribuidora responsável pela entrega de energia.
Para isso, ao final deste trabalho, estão listadas algumas atividades que podem ser seguidas para a implantação do sistema solar fotovoltaico.
41 5.0 VIABILIDADE ECONÔMICA
Por se tratar um estudo de implantação de um sistema fotovoltaico em geral, e não se tratando apenas de um assunto especifico relacionado ao mesmo, um dos pontos abordados neste trabalho é a análise financeira de um projeto deste porte para a universidade, e o que representa de economia para a mesma. Atualmente diferentes tipos de indicadores de viabilidade econômico-financeira podem ser abordados. Para este caso, será abordado de forma simplificada alguns métodos.
5.1 Métodos de Análise
Conforme citado, existem diversos métodos de análise para viabilidade econômica de sistemas, um deles é o Payback descontado, no qual o modelo do Payback simples tem como conceito que o tempo necessário para que as entradas de caixa do projeto se igualem ao valor a ser investido, ou seja, o tempo de recuperação do investimento realizado. (Lunelli Reinaldo L., 2016). Assim, o método payback descontado possui basicamente este mesmo conceito mas considera-se o valor do dinheiro no tempo. É verificado um número exato de períodos para a recuperação do investimento. Juntamente a este método, é levado em consideração o Valor Presente Líquido (VLP), que é uma fórmula matemática financeira que leva em conta o valor do dinheiro no tempo. O mesmo corresponde à diferença entre o valor presente das entradas liquidas de caixa associadas ao projeto e o investimento inicial necessário (LEMES JÚNIOR, RIGO e CHEROBIM, 2002).
A esses dois métodos, é acrescentado a Taxa Interna de Retorno (TIR), que vem do inglês Internal Return Rate (IRR), e é uma fórmula matemática-financeira na qual a taxa a ser calculada é a taxa que se iguala o valor presente líquido de um projeto a zero. (Lunelli Reinaldo L., 2016).
5.2 Análise inicial
A partir do levantamento de informações junto ao setor patrimonial da universidade, foram adquiridos dados de consumo e valores pagos a distribuidora de energia. Atualmente, a universidade está caracterizada como classe Comercial, dentro do grupo tarifário A4 – Tarifa verde, com demanda contratada fora de ponta de 490kW.
42 Analisando a fatura de energia da medição 312 referente ao mês de março de 2016, a tabela 5-1 traz os valores cobrados pela distribuidora bem como o seu consumo em kWh.
Tabela 5-1 - Demonstrativo de consumo e tarifas pagas.
Descrição
Consumo (kWh)
Tarifa (kWh)
Liq. R$ Trib. R$ Valor R$
Consumo FP 86380 0,21125 18.247,77 7.820,47 26.068,24 Consumo P. 9680 0,92591 8.944,29 3.833,26 12.777,55 Demanda Faturada FP 490 7,630 1.602,30 1.602,30 5.341,00
Ultrapassagem FP 180 15,260 2.746,80 1.177,20 3.924,00 Adicional Bandeira vermelha 30981 0,030 929,43 418,23 1.327,76 Adicional bandeira amarela 65059 0,0150 975,88 398,32 1.394,11
Taxa de iluminação publica - - 42,46 0,00 42,46
Fonte: Setor patrimonial Unijuí, 2016.
A partir de uma análise da fatura, percebe-se o alto consumo de energia da universidade bem como o alto valor a ser pago, tendo como base apenas esse mês de análise, a mesma pagou a distribuidora pouco mais de R$ 50.000,00 em energia elétrica. Vale lembrar que este é o consumo de apenas uma das medições do campus da universidade.
Sendo assim, um investimento na instalação de sistema fotovoltaico para universidade, significaria uma grande redução de valores pagos a distribuidora bem como a oportunidade de se tornar uma autogeradora de energia.
5.2.1 Taxa de disponibilidade
Como a compensação de energia ocorre apenas para o consumo nos horários de ponta e fora de ponta, o consumidor deve pagar uma taxa chamada de Taxa de disponibilidade da rede, pois nos dias em que não há geração de energia devido a condições climáticas, ou durante o período da noite, toda a energia vem da rede da distribuidora. Segundo a Resolução Normativa nº 482/2012, para os consumidores conectados em alta tensão (grupo A) é devida apenas a parcela da fatura correspondente à demanda contratada. Ou seja, para esse caso, quando houver geração maior que o consumo de energia elétrica, a mesma continua pagando a taxa sobre a demanda
43 contratada, que neste caso é valor sobre os 490 kW. A energia gerada e que não é consumida, vai para a rede da distribuidora e vira créditos de energia conforme norma regulamentadora.
5.3 Capacidade de Geração
Conforme citado no item 2.2 deste trabalho, um sistema fotovoltaico para suprir a demanda de consumo da medição 312, será necessário a instalação de um sistema de 630kWp de potência. Para este sistema, seriam utilizados em sua instalação 2.000 painéis fotovoltaicos.
Conforme simulação de geração para um sistema fotovoltaico deste porte, percebe-se na figura 3-2 do capítulo 3, que o mesmo possui capacidade de geração anual de 830,33MWh, ou seja, sua capacidade média de geração seria de 74.850 kWh / mês. Transformando esses valores em gráficos, tendo em vista que, em meses de inverno a geração de energia solar cai em mais de 40% quando comparada aos meses de verão, devido a incidência solar, os valores de geração mês a mês são apresentados na Figura 5-1.
Figura 5-1 – Média de geração mensal para o sistema fotovoltaico.
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
Pode-se observar na Figura 5-1, que a geração de energia é maior nos meses mais quentes do ano, tendo em vista a maior incidência do sol. Esses meses fazem parte do período de maior consumo da universidade, devido ao uso de sistemas de climatização para refrigeração dos locais, e também do salão de atos, período que abrange também as formaturas realizadas pela mesma. A energia elétrica produzida pelo sistema, pode suprir
44 até 93% do consumo da medição 312 quando comparada com média mensal de consumo apresentada no capítulo 2.0 deste trabalho, que foi um consumo médio de 79.678,33 kWh/mês, pois este sistema de 630 kWp possui geração média mensal de 74.850 kWh/ mês.
O resultado da geração foi obtido através de softwares como o SunData desenvolvido e disponibilizado pelo Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sergio Brito – CRESEB, e do programa Radiasol, desenvolvido no LABSOL da UFRGS, no qual os usuários conseguem realizar as verificações de geração de energia solar através da entrada de dados de localização, inclinação e orientação do sistema fotovoltaico, o qual resultam em gráficos de incidência solar conforme cada hora do dia, auxiliando assim na construção de gráficos de geração de sistemas fotovoltaicos conforme o obtido na figura 5-1.
5.4 Análise Financeira
Para que se tenha uma melhor visualização do investimento em um sistema solar fotovoltaico, será apresentado os valores de investimento obtidos e qual o tempo de retorno financeiro para o mesmo.
5.4.1 Investimento
A partir dos dados obtidos na simulação, a qual resultou em sistema de 630kWp, foram realizadas algumas pesquisas de mercado, buscando empresas atuantes nesta área. Por se tratar de um sistema fotovoltaico de grande porte, foi solicitado apenas o custo global do sistema, contemplando valores de projeto, equipamentos, montagem do sistema e comissionamento do mesmo. Para isso não se tem marcas específicas dos equipamentos a serem utilizados, visto a gama de marcas e modelos disponíveis no mercado atualmente, não sendo objetivo deste trabalho detalhar os mesmos. Os valores recebidos de orçamentos se encontra na página seguinte, listados na tabela 5-2.
45 Tabela 5-2 Valores de mercado para projeto fotovoltaico de 630kWp.
Painel solar policristalino 315W (2000 unidades) Inversores (10 unidades 50kW cada) Estrutura de fixação comissionamento Projeto e Instalação do sistema Valor total
Unit. Total Unit. Total
Empresa A R$ 1.100,00 R$ 2.200.000,00 R$ 61.200,00 R$ 612.000,00 R$ 197.800,00 R$ 40.000,00 R$ 250.000,00 R$ 3.299.800,00 Empresa B R$ 990,00 R$ 1.980.000,00 R$ 55.000,00 R$ 550.000,00 R$ 212.100,00 R$ 45.000,00 R$ 200.100,00 R$ 2.987.200,00 Empresa C R$ 920,00 R$ 1.840.000,00 R$ 51.800,00 R$ 518.000,00 R$ 210.005,00 R$ 38.000,00 R$ 215.600,00 R$ 2.821.605,00
Fonte: pesquisa de mercado,2016.
Pela tabela 5-2, percebe-se a diferença de valores aplicados no mercado. Contanto, para realizar o cálculo de retorno financeiro, será utilizado o menor valor de orçamento recebido, portanto da empresa C, no qual o investimento é de R$ 2.821.605,00.
5.4.2 Valores de referência
Conforme pode-se perceber na tabela 4, a universidade paga um valor de R$ 0,21125 por kWh de energia consumida fora de ponta sem impostos e R$ 0,3017 com impostos. Já para o horário de ponta, o valor a ser pago é de R$ 0,92591 sem impostos, e R$ 1,322 com impostos. É com base nesses valores mais as taxas adicionais de bandeira amarela (R$ 0,015 kWh) e bandeira vermelha (R$ 0,030) que será analisado os valores de retorno financeiro.
5.4.3 Retorno financeiro do projeto fotovoltaico.
A partir dos valores de orçamento recebidos, e escolhido para analise o de menor valor global, foi realizado uma análise básica de geração de energia e quanto essa geração irá significar em valores atuais de tarifa de energia aplicada para cada mês do ano, levando em consideração a diminuição de geração do sistema para os meses de inverno. A figura 5-2 apresenta os dados de geração e economia gerada pelo sistema.
46 Figura 5-2 - Dados de geração e economia para cada mês do ano.
PRODUÇÃO ANUAL SISTEMA FOTOVOLTAICO MÊS Geração Economia (kWh) (R$) Janeiro 97.928 R$ 52.881,03 Fevereiro 83.097 R$ 44.872,12 Março 80.614 R$ 43.531,71 Abril 64.659 R$ 34.915,76 Maio 54.504 R$ 29.432,35 Junho 47.375 R$ 25.582,38 Julho 51.931 R$ 28.042,87 Agosto 63.033 R$ 34.037,58 Setembro 73.462 R$ 39.669,22 Outubro 88.723 R$ 47.910,52 Novembro 93.542 R$ 50.512,54 Dezembro 99.381 R$ 53.662,69 TOTAIS: 898.248 R$ 485.053,77
Fonte: Elaborado pela autora, 2016.
Conforme pode-se visualizar na figura 5-2, os valores de economia mensal correspondem aproximadamente aos valores pagos a distribuidora de energia local. No qual o somatório desses valores, chegam a uma economia de pouco mais de R$ 485.000,00 por ano em energia elétrica. Valores de geração de energia e de energia consumida da rede da distribuidora de energia, obtidos na simulação citada no capítulo 3 deste trabalho, estão apresentadas no anexo G.
Levando em consideração o custo do projeto do sistema fotovoltaico de R$2.821.605,00, a vida útil mínima dos painéis que é de 25 anos, e as análises citadas nos itens 5.1, o resultado do investimento para a obtenção do sistema solar fotovoltaico de 630 kWp, é demonstrado no gráfico conforme figura 5-3, o qual demonstra o retorno financeiro do projeto.
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Figura 5-3 - Retorno financeiro do sistema fotovoltaico.
Fonte: Elaborado pela autora.
Pode se concluir através da figura 5-3, que com o investimento inicial de R$2.821.605,00., a universidade irá recuperar o valor total em 6 anos após a interligação do sistema com a rede da distribuidora. Vale ressaltar que este resultado foi analisado, partindo do pressuposto de que a universidade possua este valor de investimento para a realização do projeto.
5.5 Etapas para implantação do projeto
Conforme apresentado neste trabalho, para que a universidade implante um sistema solar fotovoltaico em seu campus, algumas providências devem ser tomadas em relação as instalações elétricas existentes. A seguir, será detalhado uma proposta de atividades a serem seguidas.
1ª Etapa: Entrada de energia.
(a) Manutenção e vistoria da medição e subestação existentes – compreendendo limpeza do local e verificação dos equipamentos instalados quanto a sua eficiência;
(b) Verificação das instalações conforme norma atual do Regulamento de Instalação Consumidora - Fornecimento em média tensão;
48 (c) Levantamento de valores para a adequação da nova medição de energia e demais
equipamentos que forem necessários;
(d) Construção e conexão da nova medição de energia;
2ª Etapa: Implantação de um Sistema solar fotovoltaico.
(a) Verificação da situação do sistema de aterramento e SPDA do local;
(b) Estudo de paralelismo do gerador a diesel existente com a conexão do gerador solar no sistema;
(c) Analise da qualidade da rede, tanto na parte de distribuição como rede interna. (d) Verificação dos locais escolhidos para a instalação dos módulos solares, quanto a
adequações físicas, estrutura de telhado e passagem de cabeamento;
(e) Verificação do local a serem instalados os inversores e equipamentos de proteção em corrente contínua e corrente alternada do sistema solar fotovoltaico;
(f) Estudo do arranjo dos módulos solares na instalação;
49 6.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Tendo como um desafio a busca por novos métodos de geração de energia em nosso país, a energia solar fotovoltaica se apresenta cada vez mais presente na vida dos consumidores. Sua utilização e comprovação de resultados imediatos na fatura de energia, trazem segurança a quem investe e busca a sustentabilidade, tema este muito debatido, mas pouco realizado em nossa sociedade.
Aos poucos percebe-se que viver dependendo da geração de energia hídrica e outras fontes onerosas de energia não é um futuro com garantias. As chamadas “energias alternativas” como a solar, biomassa, eólica e outras, estão cada vez mais presentes em nosso meio dispostas a mudar os rumos da geração no país, fazendo com que a grande parte dos consumidores de energia possa ter em suas residências a sua própria geração de energia. Por outro lado, a grande dificuldade é o governo criar incentivos para que se possa investir nesses tipos de geração de energia elétrica, tanto através de financiamentos como uma maior divulgação dos benefícios aos usuários.
Conforme o objetivo inicial deste trabalho, de demonstrar para a universidade o caminho inicial a se tomar para se tornar uma geradora de energia elétrica através da energia solar fotovoltaica, teve um resultado satisfatório em relação a análise de custos e valores de retorno financeiro, mas não tão satisfatório quanto a qualidade técnica do local para receber um sistema solar fotovoltaico em suas instalações.
Com este estudo realizado para a implantação de um sistema solar fotovoltaico conectado em média tensão, tendo como local o campus da Unijuí, pôde-se perceber que o mesmo possui ampla área disponível para a instalação de um sistema solar fotovoltaico, e que o investimento inicial de R$ 2.821.605,00 apresenta um retorno financeiro dentro de 6 anos. É válido observar que o valor de investimento e período de retorno financeiro do investimento, se mostram compatíveis com pesquisas de mercado realizadas para sistemas desse porte.
Mesmo se mostrando viável a instalação do sistema com relação ao espaço físico para o mesmo, foram encontradas algumas dificuldades com relação a análise técnica do local da medição de energia, que não estão em conformidades com as normas propostas pela ANEEL e pela distribuidora de energia local atualmente.
50 A partir destas análises técnicas realizadas sobre a entrada de energia da medição 312, pode-se perceber a quão precária se encontram estas instalações quando relacionadas ao seu tempo de funcionamento, equipamentos de proteção atuais que não existem no local e que deveriam ser uma preocupação para o bom funcionamento e qualidade de energia da mesma.
Após o estudo das normas técnicas a serem seguidas para a conexão de um sistema solar fotovoltaico junto a rede da distribuidora, foram apresentadas algumas soluções e etapas a serem cumpridas para que a universidade venha a possuir um sistema solar fotovoltaico em seu campus.
Como sugestão de trabalhos futuros:
O impacto da conexão de inúmeros sistemas fotovoltaicos a rede da distribuidora; Proteção atmosférica de sistemas de grande porte;
Verificação técnica da conexão de um sistema solar fotovoltaico em média tensão em uma estrutura adequada as normas vigentes.
