ESTUDO DE IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA HÍBRIDO DE GERAÇÃO ELÉTRICA EM PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS (2)

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ESTUDO DE IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA HÍBRIDO DE GERAÇÃO 
ELÉTRICA EM PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS 
Adriano Corte Real, Lucas Luiz, Orlei Petry Junior e Rafael Carvalho 
Curso de Graduação – Faculdade de Engenharia Elétrica 
Uniftec (Centro universitário e faculdades) Av. Assis Brasil, 1165, Unidade de Engenharias, Porto Alegre/RS, Brasil 
 
Resumo – Este trabalho apresenta o dimensionamento de duas 
formas de geração de energia elétrica, solar e biomassa, assim 
como o aproveitamento e a eficiência dos sistemas. 
I. INTRODUÇÃO 
 O sistema de distribuição de energia elétrica vive 
constantemente em ampliação, e o planejamento desta 
expansão pode ser compreendido como o conjunto de ações 
aliadas com os investimentos assegurando o fornecimento de 
energia elétrica, levando em consideração o crescimento do 
setor nos próximos 10 anos. [1] e [2] 
 As fontes de energias elétrica renovável vem ganhando seu 
espaço no mercado mundial, sendo os principais motivos para 
esse aumento as preocupações ambientais, o desenvolvimento 
socioeconômico, a volatilidade no preço do combustível fóssil, 
o aumento na demanda energética, entre outros. [3] 
 Os incentivos disponibilizados para o crescimento da 
geração distribuída, como a compensação de crédito, é um dos 
fatores responsáveis pelo aumento da capacidade instalada em 
território nacional. Analisando o setor, a Agência Nacional de 
Energia Elétrica (ANEEL) estabeleceu a resolução normativa 
n° 482 de 2012, permitindo dessa forma os consumidores 
gerarem sua própria energia elétrica e conectá-la na rede de 
distribuição de energia elétrica. [4] 
 
II. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA SOLAR 
 Para iniciar-se um projeto fotovoltaico existe algumas 
informações relevantes que precisam ser observadas, como 
explica [5] “o projeto de um sistema fotovoltaico envolve 
orientação dos módulos, disponibilidade de área, estética, 
disponibilidade do recurso solar, demanda a ser atendida e 
diversos outros fatores”. 
 Para conseguir mensurar uma estimativa de produção de 
energia elétrica, é comum não utilizar a irradiação instantânea 
(energia por unidade de área) uma vez que o cálculo é muito 
complexo pela grande variação ao longo do dia, conforme 
ilustrado na Figura 1. Para facilitar esse dimensionamento 
utiliza-se o conceito de Horas de Sol Pleno (HSP), que reflete 
quantas horas ao longo do dia a irradiação solar é igual a 
1kW/m², tornando o dimensionamento mais simples. [5] 
 
 Figura 1 Exemplo de radiação solar diária instantânea e sua 
equivalente em HSP Fonte: [5] 
 Assim como saber a irradiação do local a ser instalado o 
sistema, a localização dele possui sua importância, conhecer a 
área para prever os possíveis sombreamentos oriundos de 
outras construções ou elementos naturais, ou ainda a existência 
de superfícies reflexivas afeta diretamente a eficiência dos 
módulos fotovoltaicos, e consequentemente de todo o sistema. 
[5] 
2 de 6 
 Ao analisarmos todos os componentes que compõem o 
sistema de geração fotovoltaico percebe-se diversos motivos 
que acabam diminuindo a eficiência do sistema, sendo as 
principais: “a queda de tensão no lado DC, queda no lado AC, 
eficiência do inversor, diodos e conexões, degradação por 
incidência inicial da luz, transformadores de isolamento, 
sombreamento e dados incorretos de placa.” [6] 
 Para o dimensionamento dos painéis fotovoltaicos os 
autores trazem várias fórmulas diferentes, mas que resultam 
em um valor muito próximo. Para esse trabalho será adaptado 
a fórmula de [5] e de [6] resultando na Equação 1. 
 
𝑁𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 =
(
(
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑀í𝑛
30
)
𝐻𝑆𝑃
) ∗ (1 + 𝑝)
𝑃𝑝𝑙𝑎
 
(1) 
 
 Onde: 
 𝑁𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 é o número de painéis necessário para suprir a 
demanda; 
 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 é a média do consumo de energia elétrica em 
kWh; 
 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑀í𝑛 é o custo de disponibilidade conforme a quantidade 
de fases em kWh; 
 𝐻𝑆𝑃 é a média anual de sol pleno incidente no plano do 
painel fotovoltaico; 
 𝑝 é todas as perdas envolvidas no sistema fotovoltaico 
 𝑃𝑝𝑙𝑎 é a potência da placa a ser utilizada em kW. 
 
 Em posse da Equação 1 é possível calcular a potência 
instalada do sistema ao multiplicar o número de painéis pela 
sua potência. Além disso é possível com essas informações 
dimensionar o inversor de frequência que será instalado junto 
com as placas fotovoltaicas para garantir o correto 
funcionamento do sistema. [7] 
 Para a escolha do inversor algumas questões iniciais 
precisam ser observadas, como o ambiente onde o 
equipamento será instalado (interno ou externo), a potência 
total em módulos, as características ambientais do local de 
instalação. 
 Um dos fatores chaves no dimensionamento de um inversor 
fotovoltaico é a tensão de entrada, sendo ela a soma de tensão 
de todos os módulos ligados em série. Ao calcular-se a tensão 
máxima de entrada, ela nunca deve ultrapassar o limite 
permitido pelo fabricante do inversor, sendo este um dos 
motivos que mais danifica o equipamento. [5] 
 Para fazer a associação em séries das placas fotovoltaicas, 
deve-se utilizar o pior cenário no qual o sistema irá operar, 
nesse caso, considerar o inverno, pois a temperatura baixa 
influencia na alta tensão em corrente contínua (cc), o inversor 
não se conectou a rede, pela baixa irradiância no local, ou por 
falhas na rede e para esse cenário deve ser considerado a tensão 
em circuito aberto (𝑉𝑜𝑐). Dessa forma, a associação fica 
condicionada a tensão em circuito aberto não ultrapassar a 
tensão máxima de entrada ou a tensão máxima suportada pelo 
módulo. [5] 
 Além de analisar a tensão em circuito aberto, a corrente de 
curto-circuito 𝐼𝑠𝑐 da associação em paralelo dos módulos 
fotovoltaicos deve ser observado. Cada inversor possui uma 
corrente máxima de entrada suportada, podendo ela ser 
independente ou ainda possuir mais de uma entrada 
conectadas. Nestes casos, o fabricante indica qual os limites a 
serem observados em cada uma das entradas. [5] 
 
III. TIPOS DE SISTEMAS DE BIODIGESTOR 
 Para o correto dimensionamento de sistemas de 
geração por meio de biogás devemos considerar 
primeiramente qual o melhor modelo de biodigestor que de 
acordo com características oriundas de cada tipo de gerador, 
tais características deverão ser consideradas na implementação 
do projeto pois serão particulares de cada propriedade. 
 Biodigestor modelo Indiano: Caracteriza-se por possuir um 
gasômetro metálico formando uma campânula no biodigestor, 
além de manter uma pressão constante em seu interior oriundo 
do mecanismo de deslocamento vertical do gasômetro este 
modelo garante um funcionamento adequado com uma 
concentração de sólidos totais abaixo dos 8%. Por fim uma 
característica importante deve ser levada em consideração para 
a escolha deste biodigestor gira em torno de seu custo mais 
elevado em relação a outros biodigestores em razão de seu 
gasômetro metálico. [8] 
 
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Tabela 1 Produção de esterco por suínos. Fonte: [9] 
 
 
 Biodigestor modelo Chinês: Este modelo de biodigestor é 
construído basicamente em alvenaria com uma tampa vedada 
e ele deve ser inteiramente impermeabilizado para evitar 
vazamentos de gás de deu interior. Diferente do modelo 
anteriormente citado este não necessita de um gasômetro para 
estabelecer o controle de pressão, onde esta versão 
basicamente atua no modelo de prensa hidráulica onde o 
aumento da pressão executa a movimentação do efluente da 
caixa de fermentação para a caixa de saída e fazendo o 
processo inverso em caso de descompressão. Em contraponto 
a biodigestor indiano este possui um custo de implementação 
menor, porém mais cuidados na implementação devem ser 
tomados em relação a vedação deste tipo de biodigestor. [8] 
 Biodigestor tipo Batelada: Este modelo dispõe de uma baixa 
exigência operacional, sendo que seu abastecimento é 
necessário somente uma vez por ciclode produção de biogás 
ao contrário dos modelos anteriormente apresentados que 
possuem uma produção contínua e por consequência a 
alimentação também deve ser continua. Sendo necessária 
apenas uma alimentação de dejetos por ciclo é indicada para 
pequenas produções onde a coleta de dejetos tem longos 
espaçamentos entre as alimentações dos biodigestores. Pode 
ser construído em tanques anaeróbios. [8] 
 
IV. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA BIODIGESTOR E 
GERADOR 
 Após determinar o melhor modelo de biodigestor conforme 
a aplicação é necessário estimar o correto número de suínos do 
rebanho para a implementação do biodigestor, sendo que para 
tal utilizaremos além da Equação 2 a Tabela 2 também é 
necessária para o correto dimensionamento de produção. [9] 
 
𝑃𝑏 = 365𝑛𝑠 ∗ 𝑑𝑠 ∗ 𝑉𝑏𝑠 (2) 
Onde: 
Pb = Produção anual de biogás (m³ ano-1); 
𝑛𝑠 = número total de suínos da granja (adimensional); 
𝑑𝑠 = Produção diária de dejetos por suíno (kg); e 
𝑉𝑏𝑠 = Volume de biogás por quilo de dejeto de suíno 
(m3 kg-1). 
 
Com a obtenção do biogás é necessário dimensionar a 
produção em kw/h que conseguirá produzir a partir deste gás 
considerando um dado tipo de conversão, em termos práticos 
essa conversão se dará por meio de um motor ciclo Otto e 
microturbina onde o resultado em Mw/h pode ser obtido por 
meio da Equação 3 – Energia elétrica gerada por motor de ciclo 
Otto. [9] 
 
𝐸𝑚𝑐𝑜 = 𝑃𝐶𝐼 ∗ 𝐵𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 ∗ 𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 ∗ ∆𝑡𝑜𝑝 ∗ 0,001 (3) 
Onde: 
𝐸𝑚𝑐𝑜 = energia elétrica gerada por motor ciclo Otto (MWh); 
PCI = poder calorífico inferior do biogás (kJ m-3); 
𝐵𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = biogás restante (m-3 s-1); 
𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = rendimento do motor ciclo Otto (adimensional); e 
∆𝑡𝑜𝑝 = tempo de operação do sistema (h ano-1). 
 
V. DISCUSSÃO 
 Este trabalho baseia-se na premissa de caracterizar todo o 
empreendimento por meio de um consórcio ou de uma 
cooperativa, com o objetivo de enquadrar a geração de energia 
elétrica na REN 482/2012, para que os integrantes do 
empreendimento possam fazer uso da geração compartilhada, 
sendo “caracterizada pela reunião de consumidores, dentro da 
mesma área de concessão ou permissão”. [4] 
4 de 6 
 Com base nisto, todos os dimensionamentos de geração de 
energia elétrica podem ser replicados, aumentando dessa 
forma a geração de energia elétrica local. 
 Escolheu-se a cidade de Palmitinho, interior do estado do 
Rio Grande do Sul, por estar entre os 200 municípios que mais 
produzem suínos, conforme explica [10]. 
 Para dimensionar o galpão que irá abrigar no mínimo 60 
porcos, utilizou-se do site da Embrapa [11], para encontrar as 
dimensões mínimas para suportar os animais, e em posse 
dessas informações, calculou-se a área útil do telhado, com 
uma inclinação de 30°. 
 Com base nas informações, dimensionou-se o telhado para 
suportar 130 módulos fotovoltaicos de 540 𝑊𝑝, mantendo uma 
distância entre as fileiras para possíveis manutenções e 
limpezas. Analisando o HSP da cidade, no site da CRESESB 
[12], constatou-se que irradiação solar igual a 1kW/m é 
equivalente a 4,66. 
 Nesse sistema proposto, somente a geração solar é 
responsável por uma potência energética instalada de 70,20 
kW, produzindo aproximadamente 272kWh ao dia. 
 Na Tabela 2 é possível visualizar os custos totais da 
implementação de um sistema fotovoltaico. 
 
Tabela 2 Custo para se construir o sistema solar. 
 
 
 Para o dimensionamento do biodigestor, utilizou-se como 
base o trabalho [8], onde foi utilizado 60 animais, produzindo 
um montante de 123kg de esterco suíno, com uma 
concentração de 20% de sólidos totais. Para reduzir a 
concentração, os autores utilizaram 184 litros de água, com 
Tempo de Retenção Hidráulica (TRH) de 50 dias, com uma 
capacidade de produzir 0,35m³ de biogás por kg de esterco. 
 No estudo, os autores [8], utilizaram o biodigestor modelo 
indiano, além de trazer a Tabela 3, que foi adaptada para os 
valores de mercado atual. 
 Com base nestas informações a produção de biogás diária é 
equivalente a aproximadamente 43m³. Se convertermos o 
biogás em gás metano, conforme explica [13], tem-se um total 
de metano produzido (m³) igual a 18,64. [13] explica ainda que 
a conversão de metano para eletricidade se dá pela 
multiplicação por 1,428, totalizando aproximadamente 26,62 
kWh. 
 
Tabela 3 Custo para se construir o biodigestor modelo indiano. Fonte: 
adaptado de [8]. 
 
 
VI. CONCLUSÃO 
 Neste trabalho, buscou-se compreender o dimensionamento 
dos sistemas híbridos compostos por solar e biomassa. 
 Uma das vantagens encontradas nesse modelo de geração, é 
a fácil replicação em maiores escalas. Da mesma forma, a 
adaptação da quantidade de painéis solares, quantidade de 
suínos, estão interligadas, uma vez que estão conectadas, 
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aumentando a quantidade de suínos, terá mais espaço para 
placas solares, aumentando dessa forma a geração. 
 Nesse trabalho, o foco não foi achar uma solução que irá 
enriquecer os agricultores, mas focar na redução de custos 
aliado em um aproveitamento consciente dos recursos, 
diminuindo desta forma, os impactos ambientais. 
 Sendo uma das propostas no início do trabalho a criação de 
uma cooperativa ou de um consórcio, não nos limitamos a 
encontrar uma geração mínima, uma vez que, quanto mais 
conveniados ou sócios, maior será a demanda de geração. 
 Analisando a viabilidade econômica desse modelo, percebe-
se o bom proveito dos recursos, a um custo justificável, 
levando em torno de 3 anos e 9 meses para conseguir o retorno 
investido. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
[1] A. S. Sampaio, Planejamento da expansão de 
sistemas de distribuição de energia elétrica 
considerando a aplicação do Índice de 
aproveitamento de subestações, Campinas: 
PUC-Campinas, 2021. 
[2] ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, 
“PRORET - SUBMÓDULOS,” em Submódulo 
2.3 Base de Remuneração Regulatória, 2015, p. 
81. 
[3] C. LODI, PERSPECTIVAS PARA A GERAÇÃO 
DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL 
UTILIZANDO A TECNOLOGIA SOLAR 
TÉRMICA CONCENTRADA, Rio de Janeiro, RJ, 
2011. 
[4] ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, 
RESOLUÇÃO NORMATIVA N° 482, 2012. 
[5] J. T. PINHO e M. A. GALDINO, “Manual de 
Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos,” Março 
2014. [Online]. Available: 
http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/downlo
ad/Manual_de_Engenharia_FV_2014.pdf. 
[Acesso em 28 Setembro 2021]. 
 
[6] A. B. C. M. MIRANDA, ANÁLISE DE 
VIABILIDADE ECONÔMICA DE UM SISTEMA 
FOTOVOLTAICO, Rio de Janeiro, RJ, 2014. 
[7] C. P. d. SOUSA e T. A. S. FRANCO, 
“PROJETO E INSTALAÇÃO DE UM 
SISTEMA FOTOVOLTAICO,” Curitiba, 2018. 
[8] G. d. L. BONTURI e M. V. DIJK, 
“INSTALAÇÃO DE BIODIGESTORES EM 
PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS: 
ANÁLISE DE VANTAGENS 
SOCIOAMBIENTAIS.,” Revista Ciências do 
Ambiente On-Line, vol. 8, pp. 88-95, 2012. 
[9] D. A. GONZAGA e R. C. BARBOSA, 
“ESTIMATIVA DO TAMANHO MÍNIMO DE 
REBANHO SUÍNO PARA A 
IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMA DE 
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DE 35 
KWH, 150 KWH, 275 KWH E 590 KWH, 
USANDO BIOGÁS COMO COMBUSTÍVEL 
PARA GRUPOS GERADORES,” Revista 
Brasileira de Agropecuária Sustentável (RBAS), 
vol. 6, nº 2, pp. 26-32, 2016. 
[10] S. I. /. F. Oliva, “Suinocultura,” 02 Fevereiro 
2017. [Online]. Available: 
https://www.suinoculturaindustrial.com.br/impr
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142310-x774. [Acesso em 15 Novembro 2021]. 
[11] J. A. FÁVERO, A. KUNZ, A. F. GIROTTO, C. 
J. MONTICELLI, J. D. KIRCH, J. V. LUDKE, 
N. MORÉS, P. G. d. Abreu e P. R. S. d. 
SILVEIRA, “Produção Suínos,” Embrapa, Julho 
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http://www.cnpsa.embrapa.br/SP/suinos/constru
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[12] CRESESB - Centro de Referência para as 
Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito, 
“CRESESB,” 25 Janeiro 2018. [Online]. 
6 de 6 
Available: http://www.cresesb.cepel.br.[Acesso 
em 15 Novembro 2021]. 
[13] D. REFOSCO, “UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS 
DA SUINOCULTURA PARA PRODUÇÃO DE 
ENERGIA ATRAVÉS DO BIOGÁS E 
FERTILIZANTES ORGÂNICOS ESTUDO DE 
CASO: GRANJA MARMENTINI - DOIS 
VIZINHOS - PR,” 30 Março 2011. [Online]. 
Available: https://lactec.org.br/dissertacoes/55-
utilizacao-de-residuos-da-suinocultura-para-
producao-de-energia-atraves-do-biogas-e-
fertilizantes-organicos-estudo-de-caso-granja-
marmentini-dois-vizinhos-pr/. [Acesso em 15 
Novembro 2021].