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TAI I - Energia Solar

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
Amanda Guedes Rodrigues 
Ana Carolina Guedes Caldeira 
Dayana Marques Albergaria 
Izabella Jardim Alves 
Mariana de Souza Chaves 
 
 
 
 
 
TRABALHO ACADÊMICO INTEGRADOR I 
Sistema híbrido bateria e energia fotovoltaica desenvolvida para um projeto de um 
shopping fictício podendo ser utilizado o dimensionamento e as análises de custo 
em qualquer shopping adaptando nas devidas dimensões estruturais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BELO HORIZONTE 
2021 
2 
Amanda Guedes Rodrigues 
Ana Carolina Guedes Caldeira 
Dayana Marques Albergaria 
Izabella Jardim Alves 
Mariana de Souza Chaves 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABALHO ACADÊMICO INTEGRADOR I 
Sistema híbrido bateria e energia fotovoltaica 
 
 
 
 
 
Trabalho Acadêmico Integrador I (TAI I) 
apresentado à disciplina Trabalho 
Acadêmico Integrador I da Pontifícia 
Universidade Católica de Minas Gerais 
como requisito parcial para aprovação na 
disciplina. 
 
 
Orientadores: Dra. Lucilaine Valéria de 
Souza; Dra. Raquel Sampaio Jacob. 
 
 Mentoria: Marcus Flávio 
 
 
BELO HORIZONTE 
2021 
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AGRADECIMENTOS 
A execução deste trabalho foi possível graças as nossas orientadoras 
Dra. Lucilaine Valéria, Dra. Raquel Sampaio e nosso mentor Marcus Flávio 
em seu esforço de nos estimular como alunos e futuros engenheiros e 
transmitir seus conhecimentos e vivências. A empresa Detronic Energia, 
também é responsável pelo oferecimento desse desafio, através de seu 
auxílio e perspectiva prática, retiramos muitas inspirações. A esses e a todos 
os que nos ajudaram nesse trabalho, um sincero obrigado. 
 
 
4 
RESUMO 
 
Foi feito um estudo sobre um Shopping Center fictício no município de Uberlândia, 
Minas Gerais, que com a finalidade de sanar as despesas com contas de energia 
elétrica, deseja acoplar em sua infraestrutura um sistema híbrido de energia solar 
fotovoltaica/baterias de lítio, de modo que as baterias armazenem a energia captada 
pelos painéis solares. As demandas energéticas mensais do Shopping foram 
estabelecidas no valor de 10.000 kWh/mês para fins de simulação. Através de um 
orçamento oferecido pela empresa parceira Detronic Energia, foi possível estimar um 
retorno financeiro após 56 anos da implementação do sistema híbrido, 
desconsiderando os custos de limpeza e manutenção. Apesar de apresentar boas 
perspectivas na redução de gases estufa na atmosfera, foi concluído que o sistema 
híbrido não traria melhor custo benefício à empresa, uma vez que o retorno financeiro 
estimado é muito longo para um investimento tão elevado. 
 
Palavras Chaves: Fotovoltaico; Energia; Sistema Híbrido; Bateria de lítio 
5 
 
ABSTRACT 
 
A study was carried out on a fictitious Shopping Center in the municipality of 
Uberlândia, Minas Gerais, which, with expenses with electricity bills, wants to couple 
in its infrastructure a hybrid system of photovoltaic solar energy / lithium batteries, so 
that the batteries store the energy captured by the solar panels. The Shopping's 
monthly energy demands were made in the amount of 10,000 kWh / month for 
simulation purposes. Through a budget offered by the partner company Detronic 
Energia, it was possible to estimate a financial return after 56 years of the 
implementation of the hybrid system, excluding cleaning and maintenance costs. 
Despite showing good prospects for reducing greenhouse gases in the atmosphere, it 
was concluded that the hybrid system would not bring more cost-effectiveness to the 
company, since the estimated financial return is too long for such a high investment. 
 
Keywords: Photovoltaic; Energy; Hybrid System; Lithium battery 
 
 
6 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Estrutura de uma célula fotovoltaica…………………………………………10 
Figura 2 - Principais tecnologias fotovoltaicas………………………………………….10 
Figura 3 - Participação de mercado de tecnologias de células solares……………...11 
Figura 4 - Sistemas Off Grid………………………………………………………………13 
Figura 5 - Sistemas On Grid……………………………………………………………...14 
Figura 6 - Esquema de um sistema fotovoltaico híbrido……………………………....16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens da utilização da energia solar fotovoltaica......15 
Tabela 2 - Comparativo entre baterias chumbo-ácido e baterias de lítio…………….19 
Tabela 3 - Ficha técnica do shopping…………………………………………………....19 
Tabela 4 - Irradiação solar média diária da cidade de Uberlândia - MG…………….20 
Tabela 5 – Especificações técnicas do painel fotovoltaico ...................................... 32 
Tabela 6 - Dados técnicos da Bateria de Lítio...........................................................34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
SUMARIO EXECUTIVO 9 
1 INTRODUÇÃO 10 
2 OBJETIVOS 11 
2.1. Objetivo Geral 11 
2.2. Objetivos Específicos 11 
3 REFERENCIAL TEÓRICO 12 
3.1. Contextualização da energia solar fotovoltaica a partir de sua origem histórica 12 
3.2. Determinação do conceito de célula fotovoltaica 13 
3.3. Composição estrutural de sistemas fotovoltaicos 16 
3.4. Sistema Híbrido 18 
3.5. Vantagens e desvantagens da utilização da energia solar fotovoltaica 19 
3.6. Principais baterias utilizadas em sistemas isolados 21 
3.6.1. Bateria de Chumbo-ácido 21 
3.6.2. Bateria de Íons de Lítio 21 
3.6.3. Bateria Chumbo ácido X Bateria Íons de Lítio 22 
4 METODOLOGIA 23 
4.1. Condição de contorno 23 
4.2. Sistema fotovoltaico-bateria de lítio 24 
4.3 Bateria de lítio 29 
4.4 Simulação de custo 30 
5 ANALISE DE RESULTADOS 
5.1 Dimensionamento do sistema fotovoltaico-bateria 31 
 
5.2 Dimensionamento de bateria de lítio 32 
 
5.3 Análise de custo-benefício do sistema fotovoltaico/baterias 33 
 
6 CONCLUSÃO 34 
 
6.1 Sugestão de trabalhos futuros 35 
 
7 BIBLIOGRAFIA 36 
9 
 
 
SUMARIO EXECUTIVO 
 
 
Situação problema 
 
 Algumas empresas, têm a necessidade de se estabelecerem em locais remotos 
onde não há rede de energia elétrica proveniente de uma concessionária e nem se 
faz viável a sua instalação, economicamente. Nesse contexto, muitas empresas 
recorrem ao uso de sistemas fotovoltaicos híbrido com o objetivo de otimizarem e 
reduzirem o consumo de energia elétrica que requerem gastos periódicos com 
abastecimento. 
Solução recomendada 
 Este trabalho visa propor, através de uma situação simulada, a transformação de 
seu sistema de abastecimento de energia elétrica em um sistema híbrido fotovoltaico 
acoplados com baterias de lítio. Com isso, a empresa diminuirá os impactos ao meio 
ambiente, utilizando fontes renováveis de energia. 
Estratégia 
 A situação simulada neste trabalho considera uma empresa fictícia localizada em 
Uberlândia com consumo energético de 10000 kWh/mês. Será realizado no projeto, 
o dimensionamento de módulos fotovoltaicos e de baterias de lítio- íon para atender 
a demanda energética desta empresa, determinando a redução no consumo de 
energia elétrica e o tempo de retorno financeiro desse projeto. 
 
 
10 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
 A crise energética é um tema muito debatido pela sociedade já há algum 
tempo,

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