Abstract—In this paper we propose a comparative study of the rates of technical and economic viability for a PV Mixed Systems applied to the Electrical Engineering building at UFPI considering the current situation of the plant and a future condition in which an improvement in its efficiency is achieved by retrofit directly related to the exchange of lamps and air conditioners. A forecast of the reduction in the consumption is approximately 27% for the lighting system and 30% of the air conditioners system. With the implementation of the proposed retrofit, the PV Mixed Systems can provide up to 112.89% of total energy consumption required by the building.
Keywords—PV Mixed Systems, Efficiency, Consumption, Retrofit.
I. INTRODUÇÃO
Atualmente, a expansão acentuada do consumo de energia, embora possa refletir o aquecimento econômico e a melhoria da qualidade de vida, pode apresentar também aspectos negativos, tais como a possibilidade do esgotamento dos recursos utilizados para a produção de energia e, o impacto ao meio ambiente devido a esta atividade de produção. Uma das maneiras mais modernas utilizadas no mundo para conter a expansão do consumo sem comprometer a qualidade de vida e o desenvolvimento econômico tem sido o estímulo ao uso eficiente da energia elétrica [1], bem como a utilização de fontes alternativas de geração.
Em âmbito nacional, os debates acerca da geração de energia elétrica revestem-se de maior relevância na medida em que, ao longo dos anos, a evolução demográfica e o crescimento da atividade econômica têm resultado num constante aumento do consumo de energia elétrica no País. O Brasil ainda se encontra muito dependente de duas fontes de energia: a hidráulica e a térmica (gás natural e carvão), mas após o racionamento de energia elétrica ocorrido no ano de 2001, verificou-se a necessidade de uma maior diversificação da matriz energética brasileira [15]. Diante desse quadro, torna-se necessário pensar em alternativas que respondam à necessidade de expansão e diversificação do parque gerador elétrico do país – e é nesse contexto que estão inseridas as pequenas centrais geradoras [2], [10].
De acordo com especialistas, em um prazo de 40 anos, a energia solar deverá estar consolidada no panorama energético, de modo que governos tornarão obrigatória a
instalação de painéis fotovoltaicos em edifícios públicos [13]. Logo, a produção de energia elétrica a partir da fonte fotovoltaica surge como opção a ser analisada no Brasil e no mundo [6]. A tecnologia fotovoltaica utiliza a radiação solar como insumo, ajudando a manter o caráter renovável e sustentável da matriz energética brasileira. Existem diversas alternativas de instalação de Sistemas Fotovoltaicos, entre os principais estão os Conectados à Rede, os Sistemas com backup de energia e os Sistemas Fotovoltaicos Híbridos ou Sistema Misto.
Neste trabalho é proposto um estudo comparativo da viabilidade de instalação de um Sistema Fotovoltaico Misto para o bloco do curso de engenharia elétrica da Universidade Federal do Piauí, considerando dois cenários de aplicação: 1. Sem a readequação do consumo de energia; 2. Com a readequação do consumo de energia elétrica, obtida a partir da implementação do retrofit de equipamentos de iluminação e condicionadores de ar. O índice de viabilidade considerado para este estudo é a capacidade de suprimento das cargas pelo Sistema Fotovoltaico Misto para os dois cenários de estudo.
As próximas seções deste artigo estarão organizadas da seguinte maneira: na seção 2 serão abordados os conceitos e, princípios de funcionamento de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede, um Sistema Fotovoltaico com Backup de Energia e um Sistema Fotovoltaico Misto além de ser explicado como é realizado o retrofit. Na seção 3 será apresentada a metodologia utilizada. A seção 4 apresentará os resultados obtidos através das análises de um Sistema Fotovoltaico Misto com e sem retrofit. Por fim, na seção 5 apresenta-se as conclusões do estudo realizado.
II. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A. Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede
Os SFCR são constituídos basicamente por painel FV e inversor. Não são utilizados elementos para armazenar a energia elétrica. Basicamente, a rede elétrica da concessionária é vista como o elemento armazenador, pois toda a energia gerada é colocada em paralelo com a energia da rede. As principais vantagens desse tipo de sistema são a elevada produtividade (toda a energia disponibilizada pelos módulos é utilizada) e a ausência do conjunto de baterias, que Jórdan Joeslley Alves Marques – jordanjoeslley@hotmail.com
Camila Sousa Oliveira – camilasoliveira@hotmail.com.br Bartolomeu Ferreira dos Santos Júnior – bartolomeuf@ufpi.edu.br
Universidade Federal do Piauí, Departamento de Engenharia Elétrica Grupo de Sistemas de Energia Elétrica – GSEE
Instalação de um Sistema Fotovoltaico Misto
Considerando a Readequação no Consumo de
apresentam baixa vida útil em relação a dos módulos fotovoltaicos e dos inversores [12].
Na configuração mais comum, estes sistemas são instalados de tal maneira que, quando o gerador solar fornece mais energia do que a necessária para o atendimento da instalação consumidora, o excesso é injetado na rede elétrica: a instalação consumidora acumula um crédito energético (o relógio contador típico é bidirecional e, neste caso, “gira” no sentido anti-horário). Por outro lado, quando o sistema solar gera menos energia do que a demandada pela instalação consumidora, o déficit é suprido pela rede elétrica.
B. Sistema Fotovoltaico com Backup de Energia
Os Sistemas Fotovoltaicos com backup de energia são compostos por um gerador fotovoltaico, um inversor, um controlador de carga e um banco de baterias como sistema de acumulação. Geralmente, é aplicado como backup para situações emergenciais e/ou em localidades onde o abastecimento de energia pela rede não apresenta boa qualidade [4]. A energia elétrica é proveniente do gerador fotovoltaico durante o dia e do banco de baterias à noite ou na hora de um maior consumo. Já a recarga da bateria pode ser via gerador fotovoltaico ou própria rede, nas horas de menor consumo [3]. No caso de falta de energia elétrica o sistema automaticamente entra em funcionamento, em poucos segundos, mantendo os equipamentos e lâmpadas ativos. Se a falta de energia elétrica ocorrer durante o dia, a autonomia será automaticamente expandida, uma vez que, além da energia elétrica armazenada no banco de baterias, a usina solar estará em plena geração de energia elétrica.
C. Sistema Fotovoltaico Misto
O Sistema Fotovoltaico Misto é uma alternativa inovadora de instalação entre os sistemas fotovoltaicos, tendo em vista que ele possibilita a união dos "sistemas isolados" com "sistemas conectados à rede elétrica". Ou seja, ele é um sistema conectado à rede elétrica, mas possui também um banco de baterias para armazenar a energia. Esses sistemas possuem uma grande vantagem em relação ao suprimento de cargas. Tais sistemas possibilitam uma ampliação na geração de energia, proporcionando uma maior confiabilidade para o sistema. Nessa alternativa o Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede atua no período em que tenha irradiação solar no local, juntamente com a rede da concessionária de energia. A partir do momento em que a geração por irradiação é nula, a parte do sistema misto voltada para o backup de energia começa a atuar garantindo a continuidade do suprimento da demanda.
D. Retrofit
O termo retrofit é a conjunção dos termos “retro”, oriundo do latim, que significa movimentar-se para trás, e de “fit”, do inglês, que significa adaptação, ajuste [5]. Para o entendimento do objetivo do artigo, descreve-se retrofit como um processo de renovação completa de uma edificação ou uma intervenção a essa, na forma de alterar o antigo preservando a arquitetura original, trabalhando o conceito de sustentabilidade, que para este caso trata-se de medidas para
tornar o sistema energético predial ineficiente e/ou inadequado em um mais eficiente. Para os edifícios existentes, a maneira de torná-los mais econômicos no uso da energia elétrica, é através de medidas de conservação de energia, que vão desde adequação dos hábitos e rotinas de ocupação e usos, até intervenções ou trocas em equipamentos e sistemas [12].
Para realizar o retrofit é necessário um estudo de viabilidade prévio, destacando o objetivo e as alterações que esse recurso proporcionará para a edificação. Esse estudo de viabilização pode ser elencado em etapas a serem seguidas:
Realizar um minucioso levantamento e estudo dos equipamentos, verificando se estão adequados nas áreas em que estão instalados e propor as trocas possíveis para esses;
Planejar o retrofit do sistema proposto, adotando técnicas que minimizem impactos ambientais, utilizando materiais “ambientalmente corretos”;
III. METODOLOGIA
Esta seção descreve em tópicos, as etapas do estudo da proposta de instalação de um Sistema Fotovoltaico Misto no prédio do curso de engenharia elétrica, posteriormente a readequação do consumo com a aplicação de um retrofit nas instalações de iluminação e condicionadores de ar e por fim o estudo da viabilidade econômica do sistema, que se desenvolveu da seguinte forma: 1.Levantamento do consumo do prédio; 2.Determinação da área para a instalação do Sistema Fotovoltaico Misto; 3.Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico Misto; 4 Viabilidade Econômica.
A. Levantamento do Consumo do Prédio
No levantamento de cargas do Bloco de Engenharia Elétrica da UFPI, identificou-se inicialmente os equipamentos instalados no pavimento superior (salas de aula e laboratórios) e inferior (salas de professores e laboratórios) do prédio. Na contabilização dos equipamentos, percebeu-se que a carga do bloco é determinada pela iluminação, condicionadores de ar e equipamentos de laboratórios. Para o cálculo do consumo do prédio foram considerados 22 dias letivos mensais, sendo o seu período de funcionamento das 08:00h até 12:00h e de 14:00h até 22:00h. O consumo dos equipamentos baseou-se nas suas respectivas potências e nos seus horários de funcionamento, quantificando o consumo de energia elétrica do edifício.
B. Determinação da área para a instalação do Sistema Fotovoltaico Misto
Foram escolhidos o telhado e o estacionamento do bloco de engenharia elétrica, como locais de estudo da instalação e viabilidade do Sistema Fotovoltaico Misto. Na Tabela I apresenta-se dados sobre as áreas com suas respectivas capacidades de placas, bem como o número total de placas para o sistema fotovoltaico. Sendo que o número de placas foi determinado a partir de cada área (m²) e as dimensões da placa solar considerada é de 1,66 X 1,00 m.
TABELAI
CAPACIDADE DE PLACAS NA ÁREA DE INSTALAÇÃO DETERMINADA
C. Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico Misto
O dimensionamento do Sistema Fotovoltaico Misto baseia-se no dimensionamento conjunto de um Subsistema Conectado à Rede e um Subsistema Fotovoltaico com Backup de Energia.
1) Subsistema Fotovoltaico com Backup de Energia. Primeiramente dimensiona-se o Subsistema Fotovoltaico com Backup de Energia considerando as seguintes etapas: 1. Levantamento do consumo do Bloco no período determinado; 2. Dimensionamento das baterias; 3. Dimensionamento dos painéis fotovoltaico; 4. Dimensionamento dos controladores de carga e dos inversores. No caso do Bloco de Engenharia Elétrica da UFPI ele possuirá uma autonomia de 4 horas diárias iniciando seu funcionamento no momento em que não existe mais irradiação solar disponível no local, atuando no período de 18h às 22h.
Inicialmente, faz-se necessário saber o consumo do bloco de engenharia no período em que o Subsistema Fotovoltaico com Backup irá atuar. Para isto é utilizado a mesma metodologia de levantamento do consumo total do bloco, verificando quais os equipamentos serão utilizados no período determinado.
Encontrando o referido consumo, dimensiona-se a quantidade de baterias necessária para alimentar o bloco no horário previsto, com uma autonomia de 4 horas. As baterias utilizadas em sistemas de Backup com geração fotovoltaica são de descarga profunda, podendo ser descarregadas sempre que necessário, não afetando sua vida útil. Nesse estudo se utiliza baterias estacionárias de 240Ah, com tensão de 24 Volts da fabricante Bosch. A referência [14] afirma que, para um dimensionamento satisfatório de banco de baterias, calcula-se a capacidade de fornecimento de energia levando em consideração a autonomia diária e a profundidade de descarga da bateria conforme visto em (1).
( ) ( ) kWh Ct Aut dias dia Vbat Pu C Ah (1) Onde:
C(Ah)=Capacidade de fornecimento de energia do Sistema Ct=Consumo do bloco no período determinado
Aut = Autonomia diária do sistema Vbat = Tensão da bateria
Pu = Profundidade de descarga
A partir da capacidade de fornecimento de energia expressa em Ampère-hora, pode-se determinar a quantidade de baterias necessárias para o funcionamento do sistema, relacionando a capacidade total obtida pela capacidade de cada bateria, conforme é mostrado em (2).
( ) ( )
º
C Ah Cbat AhN
bat
(2) Sendo:Nºbat = Número de Baterias
C(Ah)=Capacidade de fornecimento de energia do Sistema Cbat(Ah)=Capacidade de fornecimento de cada bateria
Para encontrar a quantidade de painéis fotovoltaicos necessários para instalação do Sistema de Backup, relaciona-se a Capacidade de fornecimento de energia do Sistema encontrado em (1), com a capacidade de condução de corrente de cada painel juntamente com a quantidade de horas de incidência solar do local. A quantidade de painéis fotovoltaicos em um sistema de Backup de energia, pode ser determinada por meio de (3).
( )
º
C Ah Ip HiN
painéis
(3) Onde:Nºpainéis = Número de painéis do Sistema
C(Ah)=Capacidade de fornecimento de energia do Sistema Ip =Corrente de cada painel fotovoltaico
Hi =Quantidade de horas de irradiação do local
Os controladores são dimensionados em função da corrente dos módulos fotovoltaicos e da tensão de operação do sistema. Como visto, cada módulo utilizado no sistema de backup estudado pode conduzir até 8,39A com uma tensão de saída de 24V. Primeiramente se determina o tipo de controlador que será utilizado verificando sua capacidade de corrente e posteriormente a quantidade é definida pela corrente total de todos os módulos fotovoltaicos. Deve-se aumentar a capacidade de corrente em 25%, por questão de segurança [9], ou seja, multiplicando a corrente por um fator de 1,25. A Equação (4) permite encontrar a quantidade de controladores em função de sua capacidade de corrente e a corrente total do sistema.
º 1,25 .
º
.
N painéis Ip IcontN
cont
(4) Sendo:Nºcont.
= Número de controladores do Sistema
Nºpainéis = Número de painéis do Sistema
Ip =Corrente de cada painel fotovoltaico
Icont. =Capacidade de corrente de cada controlador
O inversor é definido pela tensão de trabalho na entrada dos painéis solares e pela tensão de saída. A capacidade do inversor deve superar a potência em Watts do maior consumo dos equipamentos, ou seja, ser maior que o produto da
Dimensionamento da área para instalação do SFCR Local Largura (m) Comprimento
(m) Total (m²) Nº de Placas Solares Área 1 - Estacionamento 16 35 560 315 Área 2 - Telhado 8,57 80 685,6 384 Sistema Fotovoltaico - - 1245,6 699
quantidade de painéis do sistema e a potência de pico de cada painel. Essa relação é mostrada em (5).
º .
º
.
N painéis Pp PinvN
inv
(5) Sendo:Nºinv. = Número de inversores do Sistema
Nºpainéis = Número de painéis do Sistema
Pp =Potência de cada painel fotovoltaico Pinv. =Potência de cada inversor
2) Subsistema Fotovoltaico Conectado à Rede.
Como o Subsistema com Backup de Energia dimensionado, verifica-se a quantidade disponível de painéis de acordo com as áreas de instalação e dimensiona-se um Subsistema Fotovoltaico Conectado à Rede que atuará até as 18h, com base em (6). D H N P EG P P I (6) Onde:
EG = Energia Produzida pelo Sistema
PP = Potência de Pico da Placa
Np = Número de Placas
HI = Quantidade de irradiação do local
D = Número de dias de funcionamento
No estudo realizado considerou-se uma placa solar de 250Wp, de acordo com suas especificações técnicas, com saída de 24 Volts e dimensões de 1,66 X 1,00m mencionadas anteriormente nesse artigo. De acordo com o atlas solarimétrico do Brasil, a incidência solar em Teresina – PI são de 7 horas diárias. Porém, nas medições de irradiação na área determinada, verificou-se que durante 8 horas do dia a incidência era alta, superando o padrão de 1000w/m². A partir desta constatação foram considerados, para o dimensionamento da energia gerada pelos sistemas, 8 horas de irradiação diária. Por fim, a geração do Sistema fotovoltaico Misto é determinada pela soma da geração desses dois Subsistemas verificando a economia obtida pelo mesmo. D. Aplicação do Retrofit
Visando uma maior redução no consumo do bloco de Engenharia Elétrica e uma maior contribuição do Sistema Fotovoltaico Misto ao bloco, é proposto um retrofit do sistema de iluminação e condicionadores de ar, substituindo os equipamentos atuais por outros mais eficientes. Nessa proposta as lâmpadas fluorescentes seriam substituídas por lâmpadas de modelo T5, que possuem um alto índice de restituição da cor, fluxo luminoso estável, vida útil maior em relação as instaladas no prédio, gerando uma economia de aproximadamente 30% no consumo de iluminação, e os ares condicionados por outros que possuam o sistema inverter, sendo mais eficientes em relação aos instalados no bloco, proporcionando aproximadamente a mesma economia de 30%. Dessa forma realizou-se um novo levantamento de carga do bloco, considerando os equipamentos a serem utilizados no retrofit. A partir de então foi possível fazer uma
comparação entre os cenários do consumo do prédio com e sem aplicação do retrofit.
E. Viabilidade Econômica
O ponto inicial para promover o estudo de viabilidade econômica de um investimento é o cálculo dos índices econômicos, ou seja, os elementos objetivos que são essenciais para determinar a análise financeira de um determinado projeto.
No sistema misto, considerou-se os elementos da tabela x para calcular três parâmetros financeiros: VPL (Valor Presente Líquido), TIR (Taxa Interna de Retorno) e PB (Payback).
Segundo [7], o método do valor presente líquido tem por finalidade analisar o impacto de rendimentos futuros com base no valor presente do capital. De maneira geral, determina o fluxo de caixa do projeto no seu período de vida útil, em sistemas fotovoltaicos esse período é compreendido na faixa de 25 anos. Assim, no ano zero é determinado o investimento total do projeto fotovoltaico e no decorrer dos anos é determinado os fluxos operacionais líquidos de caixa gerados pelo investimento. Essa relação é mostrada em (7).
1 2 2 ... 0 (1 ) (1 ) (1 ) n n PMT PMT PMT VPL PV i i i (7) Em que: j
PMT – são os fluxos esperados de entrada de caixa no período k;
PV – é a saída de caixa (investimento) na origem (t=0); i – é a taxa de atratividade do investimento usada para atualizar o fluxo de caixa.
A Taxa Interna de Retorno (TIR) é a taxa necessária para igualar o valor de um investimento (valor presente) com os seus respectivos retornos futuros [11]. A TIR deve ser comparada à TMA (taxa mínima de atratividade) para que a viabilidade do projeto seja analisada. Assim podem ocorrer as seguintes situações:
TIR > TMA → VPL (+), indica que o investimento é atrativo economicamente.
TIR = TMA → VPL (0), indica ser indiferente, sob o aspecto econômico, o investimento.
TIR < TMA → VPL (-), indica a não atratividade econômica do investimento, uma vez que a taxa de retorno é superada por uma taxa, na qual o montante já está sendo aplicado sem que precise fazer o investimento.
O tempo de retorno do investimento (payback) é o tempo necessário para que os benefícios resultantes do projeto retornem o investimento realizado. É um bom indicador de risco, visto que à medida que o payback se aproxima do final do horizonte de planejamento, mais arriscado é o investimento [11].
Após a quantificação anual de receitas e despesas dos cinco empreendimentos, calculou-se o VPL, a TIR e o tempo de retorno dos investimentos dos mesmos, considerando-se uma TMA de 8,07% (rendimento da poupança no ano de 2015).
IV. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A. Consumo de energia elétrica do bloco
A partir do levantamento do consumo de energia foram obtidos os seguintes resultados mostrados na Tabela II.
TABELAII
CONSUMO DO BLOCO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Dados Consumo em KWh/mês Pavimento Superior 24.786,36
Pavimento Inferior 30.379,49 Consumo Total 55.165,85
Note, a partir da Tabela II que o pavimento inferior possui um consumo maior que o do pavimento superior, justificado pela presença de equipamentos de maior potência como motores, osciloscópios e computadores presentes nos laboratórios. Os condicionadores de ar constituem a maior carga do bloco, representando 70% do consumo total. Estas informações são ilustradas por meio da Fig. 1.
Figura 1. Analise do consumo do bloco
B. Economia no consumo de energia elétrica do bloco A partir do levantamento do consumo de energia do bloco do curso de engenharia elétrica, no período posterior às 18h, foi obtido um consumo diário de 878,86 kWh, sendo possível a partir de então dimensionar e quantificar os demais componentes do Sistema, como baterias, painéis, controladores de carga e inversores. O Sistema Fotovoltaico com Backup de energia dimensionado nesse estudo possui uma autonomia de 4 horas diárias, onde serão utilizadas baterias estacionárias de 240Ah, com tensão de saída de 24V, conforme descrito anteriormente nesse artigo. Essas baterias possuirão uma profundidade de descarregamento de aproximadamente 50%, tendo vida útil de 2500 ciclos conforme [8]. Por meio da (1) e (2), encontrou-se a capacidade de corrente do sistema de backup estudado, e
quantificou-se o número de baterias necessárias para suprir as cargas do bloco no período de atividade determinado.
4 878,86 24 ( ) 24 0,5 C Ah C
Ah
12.206, 39ALogo, a quantidade de baterias do sistema será:
12.206,39 51
240
º
bateriasN
bat
Posteriormente determinou-se a quantidade de painéis fotovoltaicos utilizando (3) conforme é mostrado a seguir.
12.206,39 182 8,39 8
º
painéisN
painéis
Dando continuidade ao dimensionamento do Sistema Fotovoltaico de Backup de Energia no bloco de Engenharia elétrica, calculou-se a quantidade de controladores de cargas necessários no sistema. Foram escolhidos controladores com capacidade de 60 A, onde a quantidade é expressa a seguir por meio de (4). 182 8,39 1,25 60
º
co
.
N
nt
32º
co
.
controladoresN
nt
Por fim encontrou-se a quantidade de inversores que serão utilizados no Sistema, sendo que cada um possui uma potência de 5000W, conforme mostrado a seguir em (5).
182 250 5000
º
.
N
inv
= 9,1Ou seja, o Sistema de Backup dimensionado possuirá 10 inversores de 5000W cada. Na Tabela III é mostrada a quantidade de cada componente que será utilizado no Sistema Fotovoltaico com Backup de energia.
TABELAIII
COMPONENTES DO SISTEMA FOTOVOLTAICO COM BACKUP DE ENERGIA DIMENSIONADO
Sistema de Backup para suprir o bloco de Engenharia Elétrica depois de 18h Componentes Placa Solar 250Wp Bateria 240Ah Controlador de Carga 60A Inversor de energia 5000W Quantidade 182 51 32 10
Dimensionado o sistema, é possível relacionar sua produção de energia mensal e o consumo mensal total do bloco. Essa economia é apresentada na Tabela IV, onde se observa que o Sistema de Backup dimensionado gera uma economia no consumo de energia de 35,05% ao bloco de Engenharia Elétrica da UFPI.
TABELAIV
ECONOMIA DO SISTEMA COM BACKUP DE ENERGIA, AO CONSUMO DO BLOCO Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) 55.15,85 19334,97 35,05
A partir de então, dimensionou-se o SFCR verificando a quantidade de placas disponíveis para esse sistema. Como visto anteriormente e mostrado na Tabela I, o bloco de Engenharia Elétrica possui uma área de instalação capaz de comportar até 699 painéis. Foi visto que para o Sistema com Backup de energia são necessários 182 painéis fotovoltaicos, disponibilizando dessa forma 517 painéis para o dimensionamento do SFCR para esse sistema. Por conseguinte, dimensionou-se a geração de energia do SFCR com a utilização de 517 painéis, por meio de (6), como demonstrado a seguir. dias horas placas Wp EG250 *517 *8 *30 ) / ( 020 . 31 kWh mês EG
Obtendo a quantidade de energia mensal gerada pelo SFCR que compõe o Sistema Fotovoltaico, é possível relacioná-la com o consumo mensal total do bloco e verificar o percentual de economia de energia obtida com o uso do sistema fotovoltaico. Essa relação percentual é mostrada na Tabela V.
TABELAV
ECONOMIA DO SFCR AO CONSUMO DO BLOCO
Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) 55.165,85 31.020 56.23
Depois que SFRC do Sistema Misto foi dimensionado, verificou-se a economia total gerada por essa alternativa de instalação em relação ao consumo mensal do bloco. A Tabela VI apresenta essa economia, como também a quantidade de painéis utilizados em cada sistema de acordo com o total disponível para instalação no bloco.
TABELAVI
ECONOMIA DO SISTEMA FOTOVOLTAICO MISTO, AO CONSUMO DO BLOCO
Sistema Fotovoltaico Misto Nº de Painéis Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) BACKUP 182 19.334,97 55.165,85 35,05 SFCR 517 31.020,00 56,23 TOTAL 699 50.354,97 55.165,85 91,28
Como pode ser observado, o Sistema Fotovoltaico Misto apresenta uma economia de 91,28% em relação ao consumo
total do bloco. Este percentual é significativo, mas pode ainda ser melhorado a partir de uma readequação do consumo de energia elétrica do bloco, obtida a partir da implementação de um retrofit dos sistemas de iluminação e condicionadores de ar. Os dados de consumo mensal do bloco após a aplicação do retrofit são mostrados na Tabela VII.
TABELAVII
CONSUMO DO BLOCO COM RETROFIT
Dados Consumo em KWh/mês Pavimento Superior 21.553,45
Pavimento Inferior 23.052,97 Consumo Total 44.606,42
Com a aplicação do retrofit obteve-se uma significativa redução total de aproximadamente 60% no consumo de energia, considerando apenas os sistemas de iluminação e condicionadores de ar. Considerando-se esta nova situação de consumo eficiente, verificou-se um aumento na economia obtida a partir da aplicação do Sistema Misto, conforme dados mostrados na Tabela VIII abaixo.
TABELAVII
ECONOMIA DO SISTEMA FOTOVOLTAICO MISTO, AO CONSUMO DO BLOCO COM RETROFIT Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) 44.606,42 50.354,97 112,89
Analisando a Tabela VIII é verificado, que o Sistema Fotovoltaico Misto projetado fornece uma economia superior a 100% no consumo de energia do bloco de engenharia elétrica após a aplicação do retrofit. Isto indica que o consumo total do bloco de engenharia elétrica não necessita ser suprido pela rede de energia elétrica da concessionária local e apenas pelo Sistema Fotovoltaico Misto, possibilitando ainda retorno de energia à rede da concessionária. Estes resultados indicam a possibilidade de otimizar a capacidade de suprimento de demanda de uma mesma instalação fotovoltaica por meio de uma readequação do consumo de energia elétrica.
C. Viabilidade Econômica
É visto na tabela VIII os resultados dos índices de viabilidade econômica do sistema misto. É verificado que a situação com autonomia de 87,15% apresenta-se como a melhor configuração de instalação do sistema misto tendo em vista que possui o maior VPL, uma maior taxa de retorno e um maior payback. Vale ressaltar que as autonomias vistas a seguir são a junção do sistema fotovoltaico com backup de energia e o sistema fotovoltaico conectado à rede, tornando-se o sistema misto. Assim, com a análise econômica é possível verificar dentre as autonomias qual é a mais indicada financeiramente para realizar o projeto fotovoltaico misto.
TABELAVIII
VIABILIDADE DO SISTEMA FOTOVOLTAICO MISTO COM RETROFIT
Autonomia VPL-Misto Payback (Anos) TIR 82,37% R$ 343.055,98 8,27 11,25% 87,15% R$ 423.982,54 7,87 11,94% 89,67% R$ 423.958,33 7,92 11,86% 89,72% R$ 331.425,64 8,45 10,95% 87,51% R$ 199.780,14 9,23 9,78% 82,93% -R$ 20.084,05 10,77 7,90% 75,98% -R$ 328.166,83 13,64 5,33% 66,67% -R$ 726.458,16 18,81 2,73% V. CONCLUSÃO
Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre os índices de viabilidade da instalação de um Sistema Fotovoltaico Misto, para duas situações: sem e com retrofit da instalação a ser suprida pelo sistema.
Os resultados obtidos mostram uma considerável economia com relação ao consumo de energia do bloco, obtida a partir da combinação entre a aplicação de um Sistema Fotovoltaico Misto e a técnica de retrofit. Por meio dessa expressiva economia obtida é observado a importância de não só projetar um Sistema Fotovoltaico, mas aplicar técnicas de eficiência como o retrofit como medida alternativa para a redução do consumo de energia elétrica. A partir dessas premissas verificou-se uma economia de 91,28% no consumo de energia do bloco, sendo esta ampliada para 112,89% com a readequação do consumo aplicando o retrofit. O estudo, embora realizado para uma situação específica, mostra ainda que a instalação de um Sistema Fotovoltaico Misto adequadamente combinada com a readequação do consumo de energia elétrica por meio da aplicação de um retrofit, pode trazer resultados extremamente positivos, não apenas em termos de economia de energia, mas também em capacidade de suprimento das cargas.
E através de índices financeiros como VPL, TIR e Payback é possível determinar e analisar qual é a melhor configuração do sistema misto, ou seja, a mais rentável financeiramente. Neste caso, o estudo procura mostrar que com a readequação de energia e avaliando os parâmetros econômicos obtêm-se a melhor situação em relação a autonomia de cargas e o nível de retorno do investimento para o Sistema Fotovoltaico Misto.
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[11] Pinho, João T.; Barbosa, Claudomiro F. O.; Pereira, Edinaldo J. S.; Souza, Hallan M. S.; Blasques, Luis C. M.; Galhardo, Marcos A. B.; Macedo, Wilson N. Sistemas híbridos: soluções energéticas para a Amazônia. Brasília: Ministério de Minas e Energia, 2008.
[12] Ruther, R. Edifícios solares fotovoltaicos: o potencial da geração de energia fotovoltaica integrada a edificações urbanas e interligada à rede elétrica pública no Brasil. 1. ed. Florianópolis: UFSC/LABSOLAR, 2004.
[13] Senai – FIEP. “Cenários Energéticos Globais 2020”. Curitiba: SENAI – FIEP, 2007, 2ª Ed.
[14] Solenerg Engenharia. Dimensionamento de Gerador Fotovoltaico
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http://www.solenerg.com.br/files/Guia-paradimensionamento- de-gerador-fotovoltaico-com-baterias.pdf>. Acesso em: 20 de Outubro de 2014.
[15] Tirapelle, G.A.H.; Mura, L.B; Frazão.L. Análise da viabilidade técnica de painéis solares fotovoltaicos conectados à rede, com backup de energia, instalados em postos de combustíveis Trabalho. 2013. Trabalho de Conclusão de curso, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR).
