TCC - Tecnico de Eletrotecnica

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ESCOLA POLITÉCNICA BRASILEIRA
CURSO TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ROBSON PACÍFICO DE OLIVEIRA COSTA
IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR
ARARAQUARA/SP
2022
ESCOLA POLITÉCNICA BRASILEIRA CURSO TÉCNICO DE ELETROTÉCNICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ROBSON PACÍFICO DE OLIVEIRA COSTA
IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR
Artigo Científico Apresentado à Escola Politécnica Brasileira, como requisito parcial para a obtenção do título de Técnico em Eletrotécnica
Professor Orientador: Thales Bruno
ARARAQUARA/SP
2022
RESUMO
Atualmente o Brasil dispõe de várias fontes de energia, que muitas vezes, acabam sendo exportadas para países vizinhos. O presente artigo tem como objetivo analisar a viabilidade econômica de implantação de um sistema de capitação de energia solar em uma empresa de médio porte. Os orçamentos realizados nesta pesquisa são para instalação de uma usina solar fotovoltaica on-grid com capacidade para atender uma demanda de 960 KW/Mês. Para a realização dessa análise econômica foi feito um levantamento da demanda mensal, um projeto de geração de energia solar e uma pesquisa em empresas especializadas em Energia Solar para fazer o levantamento dos custos. Ao final, durante os 25 anos de garantia foi obtido uma economia de, aproximadamente, R$ 553.267,00 desconsiderando possíveis manutenções com aparelhagem.
Palavras–chave: Implantação. Viabilidade econômica. Energia Solar
ABSTRACT
Actuellement, le Brésil dispose de plusieurs sources d'énergie, qui finissent souvent par être exportées vers les pays voisins. Cet article vise à analyser la faisabilité économique de la mise en place d'un système de captage de l'énergie solaire dans une entreprise de taille moyenne. Les budgets de cette recherche sont destinés à l'installation d'une centrale solaire photovoltaïque en réseau d'une capacité permettant de répondre à une demande de 960 KW/mois. Pour réaliser cette analyse économique, il a été réalisé une évaluation mensuelle de la demande, un projet de production d'énergie solaire et une enquête auprès des entreprises spécialisées dans l'énergie solaire. Au final, pendant les 25 ans de garantie, il a été obtenu une économie d'environ 553 267,00 R$, sans tenir compte d'un éventuel entretien des équipements.
Mots clés: Implantation. Viabilité économique. Energie solaire.
Sumário
2. HISTÓRICO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA	6
2.1	Origem das Células Fotovoltaicas	6
2.2	Componentes da Usina Solar Fotovoltaica on-grid	6
2.3	Funcionamento de usinas solares	9
3.	METODOLOGIA	10
3.1	ÁREA DE ESTUDO	10
3.2	CÁLCULO DA POTÊNCIA DO SISTEMA FOTOVOLTAICO	11
3.3	CÁLCULO DO NÚMERO DE PLACAS	11
4.	ANÁLISE ECONÔMICA DA IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR	11
4.1	Características gerais para dimensionamento	11
4.2	Incidência solar da região	12
4.3	Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico	13
4.3.1 Detalhamento da fatura	13
5.	CONSIDERAÇÕES FINAIS	14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	15
1. INTRODUÇÃO
Devido ao crescimento desenfreado da população mundial, necessitamos cada dia mais da geração de energia. O Brasil tem uma das matrizes elétricas mais renováveis, ou seja, cerca de 43% da energia do país provém de fontes renováveis. Atualmente, o meio mais utilizado para geração de energia no território brasileiro é através de hidrelétricas. A energia hidrelétrica é a obtenção de energia elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico de um rio (FRANCISCO, 2020). Porém, apesar de não emitir poluentes, as hidrelétricas geram impactos ambientais e sociais, como, por exemplo: eliminação de grandes áreas de vegetação natural, o desabamento das margens, prejuízos à fauna e à flora locais, alterações no regime hidráulico dos rios e etc.
Outros meios para geração de energia têm ganhado força no Brasil, como por exemplo, a energia solar, que é classificada como uma fonte de energia limpa e tem como fonte o Sol. O país tem grande capacidade para esse tipo de energia, visto que possui áreas com grande radiação solar incidente.
	2. HISTÓRICO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
1. 
2. 
2.1 Origem das Células Fotovoltaicas
A energia solar fotovoltaica originou-se em 1839, por Alexandre Edmond Becquerel, físico francês (24 de março de 1820 – 11 de maio de 1891) com a exploração do Efeito Fotovoltaico (SCHERER et al., 2015), que é a energia obtida por meio da transformação da luz em eletricidade diretamente, em uma de suas experiências com eletrodos.
No ano de 1883, o inventor americano Charles Fritts, desenvolveu a primeira célula fotovoltaica, feita de selênio revestido em ouro, permitindo gerar uma CC – corrente contínua com eficácia de conversão elétrica de, no máximo, 2%. Atualmente, a eficiência é de 15% a 20%.
Em 1954, cientistas americanos criaram a primeira célula solar feita de Silício, com 6% de eficiência de conversão. No ano seguinte, foram usadas as células de Silício pela primeira vez, para abastecer um conjunto de baterias que eram usadas como fonte de energia alternativa em redes telefônicas remotas na Geórgia nos Estados Unidos (Figura 01).
Figura 01 – Primeira bateria solar em uma rede telefônica na Geórgia – Estados Unidos
Fonte: Portal Solar
2.2 Componentes da Usina Solar Fotovoltaica on-grid
Os principais componentes de uma Usina Solar Fotovoltaica, geralmente são: Painéis Fotovoltaicos, Inversores, String Box e Medidor Bidirecional.
Painéis Fotovoltaicos: É constituído de um composto de células solares fotovoltaicas formadas por materiais semicondutores, como o Silício, os quais têm a capacidade de converter a luz solar em eletricidade. A corrente elétrica é gerada quando os painéis captam os fótons (partículas de luz solar) e liberam elétrons.
As células fotovoltaicas são conectadas por meio de uma faixa condutora extremamente fina. Esta faixa condutora é disposta em cada célula, ligando as células fotovoltaicas e criando um circuito (Figura 02).
Figura 02 – Composição de um Módulo Fotovoltaico.
Fonte: Portal Solar
Inversor Fotovoltaico – Este equipamento é de suma importância em uma usina solar pois é ele quem converte a energia gerada pelos painéis solares para corrente alternada (CA), tornando a energia captada útil para nossas necessidades, assim depois de convertida podemos fazer uso da mesma em equipamentos que utilizam energia elétrica para trabalhar (figura 03).
Figura 03– Painéis solares captam a energia que é conduzida ao inversor, convertida e retornada para o imóvel.
Fonte: Portal Solar
String Box e acessórios: É um kit composto por equipamentos necessários para instalação, esses quadro de C.C. para proteção e isolamento do string consiste em: 02 string box embutidas e hastes de cobre - cabeamento completo de 50mm - 01 conjunto de cabos solar preto com proteção UV - 01 par de conectores - 01 conjunto de cabos solar vermelho com proteção UV– modelo MC4. (Figura 04).
Figura 04 – Modelo de String Box e acessórios.
Fonte: PHB Solar, 2020.
Medidor bidirecional: O medidor bidirecional é parte essencial em sistemas de energia solar fotovoltaica conectadas em redes de concessionárias de energia elétrica. Diferentemente do medidor convencional, ou relógio, o medidor bidirecional mede tanto a energia consumida por uma instalação, quanto a quantidade de energia devolvida na rede elétrica. Quando uma residência possui energia solar, o medidor bidirecional realizará a medição da energia em kWh que foi devolvida na rede pelo sistema de energia solar instalada naquela propriedade, tal como a energia que foi consumida e, que em outros termos, foi vendida pela concessionária (Figura 05).
Figura 05 – Medidor ou relógio bidirecional
Fonte: Mercado livre. 2020
2.3 Funcionamento de usinas solares
O sistema fotovoltaico possui um funcionamento prático, pois exige os painéis solares, inversor, string box e um medidor bidirecional fornecido pela própria concessionaria de energia.
Primeiramente o local para instalação dos painéis deve ser estudadopara que possa fazer um aproveitamento total durante o dia, pois quanto mais exposto ao sol melhor será sua captação das radiações solares. Então muitas pessoas acreditam que a captação ocorre pela intensidade da luz do sol, mas não é bem assim, a geração de energia ocorre quando os fótons que são partículas de luz solar colidem com os átomos do material do painel solar provocando assim o deslocamento dos elétrons (DUARTE, 2020). Essa corrente elétrica é direcionada ao inversor e é transformada de corrente continua (CC) em corrente alternada (CA), posteriormente, ela é direcionada aos pontos de força distribuídos na edificação em questão.
A energia produzida que não for consumida, será direcionada a rede elétrica. O medidor bidirecional será responsável por fazer a leitura da energia “jogada” na rede elétrica.
Como no decorrer da noite não é produzido energia, esse mesmo medidor marca a quantidade de energia que foi consumida pela edificação e no final do mês, se seu saldo de geração de energia for maior que o consumo, então terá crédito junto a concessionária para usar em faturas futuras, com um prazo de até 60 meses (Figura 06).
Figura 06 – Ilustração do funcionamento do sistema durante o dia e a noite.
Fonte: www.phb.com.br/
3. METODOLOGIA
As usinas solares nos permitem trabalhar de forma autônoma ou conectados à rede de distribuição de energia, para isso necessitamos de um projeto para implementação do sistema.
A elaboração do presente trabalho foi realizada através de pesquisas e elaboração de projeto, para que se possa averiguar a viabilidade econômica e sustentável a longo prazo para se implantar um sistema solar com painéis fotovoltaicos em uma empresa de médio porte.
Para realização da planilha de custos gerados com implantação de uma usina solar, serão utilizados três orçamentos, os mesmos sendo feitos com empresas especializadas em energia solar, que estão em atividade atualmente, para que assim possamos ter valores mais exatos e reais comercializados.
3.1 ÁREA DE ESTUDO
A empresa objeto de estudo, encontra-se localizada no endereço Av. Getúlio Vargas, 3490 - B - Centro - Alto Alegre dos Parecis/RO, com Latitude -12º07'53.5"S e Longitude -61º51'24.8"W. Atualmente, faz parte da empresa uma papelaria (Mega Papelaria) e uma Lotérica, que juntas com a residência, possuem um gasto mensal de, aproximadamente, R$ 1100,00 reais. A intenção de usar a energia solar nesse local é, pelo fato de que, o valor alto pago mensalmente pode ser investido na usina solar de energia. Levando em consideração que a usina tem 25 (vinte e cinco) anos de garantia, é possível, futuramente, obter-se lucro nesse investimento.
3.2 CÁLCULO DA POTÊNCIA DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
Segue a baixo a equação para o dimensionamento da potência do sistema fotovoltaico, para isso serão utilizados dados da empresa, a média de irradiação solar, disponível no site da CRESESB aonde contém os dados de radiação solar em todo território brasileiro, equação (1).
𝑃𝑝𝑣 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀é𝑑𝑖𝑜−𝐶𝐷 ∗ (1.050) ∗ (1 + 0.2625)	(1)
𝐻𝑆𝑃𝑥30
· Ppv: Potência do Gerador
· Consumo Médio da Unidade
· CD = Contrato de disponibilização da Energisa = 50 KWh
· HSP = Hora de maior Produção durante o dia.
3.3 CÁLCULO DO NÚMERO DE PLACAS
Para calcular a quantidade de painéis necessários utilizando o valor obtido com a equação anterior, juntamente com os dados estabelecidos no projeto.
Então pra calcular o número de módulos necessários temos a equação (2).
𝑛 = 𝑃𝑝𝑣∗10³
𝑃𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜
(2)
· N: Número de módulos
· Ppv.: Potência do Gerador
· Pmódulo: Potência módulo
4. ANÁLISE ECONÔMICA DA IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR
4.1 Características gerais para dimensionamento
Para dar início ao projeto foi feita a relação de equipamentos para saber as cargas instaladas na edificação, para isso foram somadas todas as potências dos aparelhos eletrodomésticos, eletro profissionais, lâmpadas e tomadas residenciais. (Tabela 01).
Tabela 01 – Cargas Instaladas na edificação.
Conforme os dados da tabela, a potência instalada é de 9.74KW, para essa potência será necessário um padrão de entrada bifásico tipo B2.
4.2 Incidência solar da região
Cada região possuí um nível de irradiação solar, tendo como referência o local com os dados históricos e das radiações nas imediações do município de Alto Alegre dos Parecis. Esses dados encontram-se disponíveis no site do Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica de S. Brito (CRESESB).
Considerando a radiação solar de 4,71 horas por dia nos 30 (trinta) dias do mês para a localidade em estudo (Tabela 02).
Tabela 02 – Radiação solar em Alto Alegre dos Parecis.
Fonte: CRESESB, 2020.
4.3 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico
Neste item será abordado a especificação do sistema fotovoltaico, com intuito de aderir a compensação de energia ativa, nos moldes da concessionária de energia ENERGISA.
4.3.1 Detalhamento da fatura
Para obter uma média do consumo da energia utilizamos as últimas seis contas de energia disponível, unidade consumidora 1361143-7. (Tabela 03).
Tabela 03 – Tabela de Consumo da unidade.
	HISTÓRICO DE CONSUMO
	MÊS
	KWH
	JULHO
	829
	AGOSTO
	966
	SETEMBRO
	839
	OUTUBRO
	978
	NOVEMBRO
	972
	DEZEMBRO
	845
	MÉDIA TOTAL
	904,83
Onde a média de consumo para os últimos seis meses foi de 904.83 KWh/mês.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Dentre os diversos benefícios que uma usina solar fotovoltaica pode gerar, os mais relevantes são que a energia solar, não polui, é renovável e sustentável, sua fonte geradora é infinita e de alto potencial no estado. Sua manutenção é mínima e conta com uma vida útil de 25 anos. Para implantar uma usina para abastecer uma residência não é necessário dispor de grande espaço, podendo ser projetada para ser instalada sobre o telhado da própria residência. Hoje necessitamos de mais incentivos do governo, pois é um sistema que tem um valor elevado para ser implantado, valores esses que hoje estão longe do orçamento de famílias de baixa renda.
O estudo realizado mostrou a viabilidade a longo prazo da implantação de uma usina solar fotovoltaica, mesmo tendo um alto custo para aquisição variando em média de R$ 38.250,00, se for analisado, em um espaço de tempo de 5 anos o equipamento estará pago, e a partir daí restaram aproximadamente 20 anos de garantia sobre as placas, o dinheiro que era destinado a conta de luz vai ficar disponível podendo ser aplicado ou destinado a uma nova atividade.
Atualmente, a região norte do Brasil possui um imenso potencial energético, mesmo assim somos taxados com altas tarifas sobre a energia, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), hoje o KWh da energia está custando R$ 0,64 enquanto o custo do KWh da energia solar está custando em média R$ 0,13 que, a longo prazo, gera uma economia significativa.
5
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRAGA, Renata Pereira. Fonte alternativa de energia: Energia Solar. Rio de Janeiro: UFRJ, 2008.
CRESESB – Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito. Irradiação Solar	no	Plano	Horizontal	para	Localidades	Próximas. Disponível em <http://www.cresesb.cepel.br/index.php#data>. Acesso em 05 nov. de 2020.
DUARTE, Glauco Diniz. O que é painel fotovoltaico. Belo Horizonte: 2020. Disponível em: <https://glaucodiniz.com.br/2020/10/22/glauco-diniz-duarte-o-que-e-painel-fotovoltaico/> Acesso em 13 de nov. de 2020.
ENERGIA, Solis. Como funciona o medidor bidirecional da energia solar. Disponível em <https://solisenergia.com.br/como-funciona-o-medidor-bidirecional-da-energia-solar/>. Acesso em 10 nov. de 2020.
FRANCISCO,	Wagner de Cerqueira.	Energia Hidrelétrica.	Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/geografia/energia-hidreletrica.htm>. Acesso em 10 de nov. de 2020.
IBEDROLA. Como funcionam as usinas fotovoltaicas? Disponível em:
<https://www.iberdrola.com/meio-ambiente/que-e-energia-solar- fotovoltaica#:~:text=A%20energia%20solar%20fotovoltaica%20%C3%A9%20uma%20font e%20de%20energia%20renov%C3%A1vel,liberar%20el%C3%A9trons%2C%20gerando%20corrente%20el%C3%A9trica.> Acesso em 12 de nov. de 2020
PHB	SOLAR.	String	box	CC+CA–	phb	–	4	strings:	1	saída.	Disponível	em:
<http://www.phb.com.br/PDFs/Produtos/Solar/StringBox/String%20Box%20PHB%20CC- CA%2004%20x%20Strings%2001%20Saida.pdf>. Acesso em 18 de nov. de 2020
PORTAL	SOLAR.	História	e	origem	da	energia	solar.	Disponível	em:
<https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/energia-solar/historia-origem-da-energia- solar.html#:~:text=A%20origem%20da%20energia%20solar%20fotovoltaica%20ocorreu%20em% 201839%2C%20com,Russell%20Shoemaker%20Ohl%2C%20em%201954.>. Acesso em 02 nov. de 2020.
SCHERER, L. A. et al. Fonte alternativa de energia: energia solar. Rio Grande do Sul: 2015.