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Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P PREFEITURA DE SANTA FÉ ESTUDO DE EFICIÊNCIA E VIABILIDADE PARA INSTALAÇÃO DE USINA SOLAR FOTOVOLTÁICA PARA SUPRIR O CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA EM ILUMINAÇÃO PÚBLICA [Maringá – PR] Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P ILUMINAÇÃO PÚBLICA – Tecnologias Utilizadas Lâmpadas de vapor de mercúrio - Estas são as lâmpadas mais usadas para iluminação de postes e iluminação pública. Elas fornecem muito menos brilho por watt e, portanto, precisam ser mais potentes. Os postes mais comuns usam lâmpadas de mercúrio com 150-180 Watts de potência. Essas lâmpadas também tem uma vida útil menor, de cerca de 10 mil horas. Lâmpadas de vapor de sódio - As lâmpadas de vapor de sódio são uma opção mais eficiente em relação às lâmpadas de vapor de mercúrio, uma vez que fornecem o dobro do brilho para a mesma quantidade de potência, o que faz com que sejam ideais para a iluminação de postes. No entanto, estas lâmpadas têm algumas desvantagens: seu brilho é mais alto no centro (logo abaixo do polo) e é menor do lado de fora; além disso, são, na sua maioria, de cor amarela ou laranja. Essa lâmpada também tem uma vida útil superior, entre 18 mil e 24 mil horas. Lâmpadas de iodetos metálicos - Estas lâmpadas são tão eficientes quanto as lâmpadas de vapor de sódio e também vêm com luzes mais brancas, mas sua vida útil é menor, entre 8 mil e 12 mil horas. Lâmpada LED - Estas são as opções mais recentes e mais eficientes em termos de energia disponíveis no mercado para iluminação pública. Seu brilho é muito mais uniforme e pode proporcionar até 50% de economia em relação às lâmpadas de vapor de sódio. TECNOLOGIA DE ILUMINAÇÃO EM LED Os diodos emissores de luz ou LED são conhecidos há mais de meio século e têm sido usados em uma infinidade de aplicações simples como mostradores luminosos e indicadores de status. No entanto, a partir das inovações tecnológicas recentes, como a descoberta do LED emissor de luz azul e o aumento da vida útil, e da queda persistente do custo desses componentes eletrônicos, a tecnologia passa a ser considerada uma forte substituta às soluções legadas utilizadas na iluminação em geral. Inicia-se uma nova era na indústria de iluminação, em que as lâmpadas/luminárias se tornam produtos eletrônicos que podem agregar novas funcionalidades e serviços, a partir da comunicação e sensoriamento do ambiente. Os LED são dispositivos semicondutores que emitem luz por eletroluminescência (passagem de corrente elétrica). Essa característica os difere das fontes de luz tradicionais. As lâmpadas incandescentes, por exemplo, requerem um filamento aquecido para emitir luz; as fluorescentes produzem luz a partir da descarga elétrica no gás – vapor de mercúrio – que emite luz Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P ultravioleta; esta provoca a excitação do fósforo que reveste internamente as lâmpadas; e as de descarga de gases high-intensity discharge (HID), high-pressure discharge e low-pressure discharge utilizam também a descarga elétrica para estimular a emissão luminosa pelo gás contido na lâmpada. A complexa infraestrutura industrial requerida para a produção das lâmpadas convencionais, como o bulbo contendo gases e/ou camadas protetoras e substâncias tóxicas (mercúrio, chumbo etc.), criou, historicamente, elevadas barreiras de entrada no setor de iluminação. Tal situação não se verifica na tecnologia LED, na qual fabricantes de equipamentos eletrônicos se tornam elegíveis a fabricar lâmpadas, módulos e luminárias. O LED oferece vantagens absolutas de desempenho quando comparado às demais tecnologias de iluminação (U.S. DOE, 2012a). Entre os principais benefícios, encontram-se: Eficiência energética - Produz mais luz (lúmens) por watt consumido, levando à economia de energia – de 50% a 80% – quando comparado a tecnologias tradicionais, resultando em redução de custo e de emissões de carbono. Nas lâmpadas incandescentes, mais de 90% da energia elétrica é desperdiçada em forma de calor (radiação infravermelha) (U.S. DOE, 2012a). Economia de custos - Redução da demanda de energia, proteção contra elevação de preços, menor custo de manutenção e de inspeção. Com isso, o custo total de propriedade, total ownership cost (TOC), é reduzido. Controlabilidade - Ajuste dinâmico (dimerização) sobre o espectro de cor da luz, intensidade e direção permite novos projetos de sistemas de iluminação. Segurança - LED oferecem visibilidade superior nos ambientes, bem como reduzem a poluição visual. Tempo de vida - LED são construídos para terem durabilidade estimada em até cem mil horas de uso. Quanto à durabilidade dos produtos, estima-se menor tempo de vida (iluminação pública, cinquenta mil horas; e aplicação geral, 25 mil horas) em função do módulo eletrônico empregado. Rapidez para ligar/desligar - LED têm muita rapidez no acionamento e, por isso, são ideais para uso, por exemplo, em automóveis. Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Proteção ao meio ambiente - LED não emitem radiação UV e não contêm mercúrio, substância tóxica encontrada principalmente nas lâmpadas de descarga de alta pressão de vapor de mercúrio e, em menor quantidade, nas fluorescentes e fluorescentes compactas. A energia consumida é o fator de maior impacto ambiental durante o ciclo de vida das lâmpadas – período entre a fabricação, utilização ao fim de vida (descarte) (OSRAM, 2009). Ademais, a fase de produção das lâmpadas mencionadas (incandescentes, CFL e LED) é insignificante quando comparada à de fabricação, visto que utiliza cerca de 2% do total de energia demandada. Essa é a razão pela qual, mesmo não contendo materiais tóxicos, as lâmpadas incandescentes geram maior impacto ambiental em comparação com as CFL e as LED (U.S. DOE, 2012b). COMPARATIVO ENTRE AS FONTES LUMINOSA Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P ESTUDO DE ECONOMIA NA APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA LED Levando em conta os benefícios da tecnologia de iluminação LED, foi realizado um estudo da economia gerada com a substituição das atuais lâmpadas utilizadas para Iluminação Pública, por lâmpadas LED, em toda extensão do município. Obs: Valor Unitário em reais por luminária: R$ 0,44 CONSUMO DE LUMINÁRIAS - MUNICÍPIO DE SANTA FÉ Atual Quantidade Tipo Potência nominal (W) Potência unitária com reator (W) Potência Total (W) Horas Operação /ano Consumo anual (MWh/ano)Consumo reais (ano) 294 Vapor de Sódio 70 85 24990 4.173,17 104,29 R$45.886,51 6 Vapor de Sódio 80 91 546 4.173,17 2,28 R$1.002,56 4 Vapor de Mercúrio 80 91 364 4.173,17 1,52 R$668,37 2 Vapor de Mercúrio 125 139 278 4.173,17 1,16 R$510,46 1531 Vapor de Sódio 150 178 272518 4.173,17 1137,26 R$500.396,13 220 Vapor de Sódio 250 287 63140 4.173,17 263,49 R$115.937,34 7 Vapor de Mercúrio 250 270 1890 4.173,17 7,89 R$3.470,41 Projetado Quantidade Tipo Potência unitária (W) Potência nominal Total (W) Horas Operação/ano Consumo anual (MWh/ano) Consumo reais (ano) 298 LED 50 14900 4.173,17 62,18 R$27.359,30 6 LED 60 360 4.173,17 1,50 R$661,03 1533 LED 80 122640 4.173,17 511,80 R$225.190,93 227 LED 120 27240 4.173,17 113,68 R$50.017,95 Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P ECONOMIA ANUAL GERADA COM A TROCA DAS LUMINÁRIAS R$ 364.642,58 ECONOMIA GERADA EM 12 ANOS R$ 4.375.710,97 EQUIVALENCIA FLUXO LUMINOSO EFETIVO (Lâmpada + Luminária) LED (W) Lúmens (lm) Vapor de Sódio (W) Lúmens (lm) Vapor de Mercúrio (W) Lúmens (lm) 50 6.370 70 4.760 80 5.100 60 8.575 80 5.440 80 10.192 150 10.200 125 9.031 120 15.288 250 15.938 250 14.875 ORÇAMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DAS LUMINÁRIAS LED Com base na quantidade de luminárias a serem substituídas, segundo estudo realizado, foi contabilizado os custos para a troca das mesmas. Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P LUMINAÇÃO PUBLICA – Troca de Luminárias PAYBACK VALOR INVESTIDO R$ 4.194.496,47 ANO cossip R$ coreção RECEITA ANUAL PAYBACK RECEITA ACUMULADA 1 R$ 870.000,00 R$ 1,000 R$ 870.000,00 -R$ 3.324.496,47 R$ 870.000,00 2 R$ 870.000,00 R$ 1,000 R$ 870.000,00 -R$ 2.454.496,47 R$ 1.740.000,00 3 R$ 870.000,00 R$ 1,000 R$ 870.000,00 -R$ 1.584.496,47 R$ 2.610.000,00 4 R$ 870.000,00 R$ 1,000 R$ 870.000,00 -R$ 714.496,47 R$ 3.480.000,00 5 R$ 870.000,00 R$ 1,169 R$ 1.017.030,00 R$ 302.533,53 R$ 4.497.030,00 6 R$ 870.000,00 R$ 1,216 R$ 1.057.711,20 R$ 1.360.244,73 R$ 5.554.741,20 7 R$ 870.000,00 R$ 1,264 R$ 1.100.019,65 R$ 2.460.264,38 R$ 6.654.760,85 8 R$ 870.000,00 R$ 1,315 R$ 1.144.020,43 R$ 3.604.284,81 R$ 7.798.781,28 9 R$ 870.000,00 R$ 1,368 R$ 1.189.781,25 R$ 4.794.066,06 R$ 8.988.562,53 10 R$ 870.000,00 R$ 1,422 R$ 1.237.372,50 R$ 6.031.438,56 R$ 10.225.935,03 11 R$ 870.000,00 R$ 1,479 R$ 1.286.867,40 R$ 7.318.305,97 R$ 11.512.802,44 12 R$ 870.000,00 R$ 1,538 R$ 1.338.342,10 R$ 8.656.648,06 R$ 12.851.144,53 Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P DIMENSIONAMENTO DE USINA SOLAR FOTOVOLTÁICA (INSTALADA EM SOLO) – PARA COMPENSAÇÃO EM ILUMINAÇÃO PÚBLICA CUSTOS E CONSUMO MENSAL REFERÊNTE A ILUMINAÇÃO PÚBLICA MUNICIPAL (Considerando substituição para Iluminação LED) Consumo (kWh) Custo / kWh Custo Total 58.900 0,44 25.916,00 Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P POTÊNCIA TOTAL DA USINA SOLAR FOTOVOLTAICA PAINEL SOLAR Quantidade de Painéis 1320 Potência de cada Painel 390 W Estimativa de área dos painéis 5.280m2 INVERSOR Modelo e Potência do Inversor 6 x 75kW / TRIF. 380V Transformadores Trifásico 380V/220V 2x 300 kVA POTÊNCIA DO SISTEMA DE GERAÇÃO SOLAR 514,80 kWp COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DIMENSIONADO Painéis Fotovoltaicos Monocristalinos de 390W, Half Cell 144 células, Eficiência 19,7% Dimensões do módulo 2000 x 1000 x 40 mm e Peso 22,5 kg (49,6 lb) Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P 06 Inversores de 75kW GROWATT com 6 MPPTs e 2 entradas monitoradas 6 MPPTs Diagnóstico inteligente Alta eficiência até 99% Monitoramento de string DPS tipo II CA & CC O SISTEMA CONTA AINDA COM OS SEGUINTES COMPONENTES: • Cabo solar energyflex br 0,6/1kv (1500 v dc) preto • Cabo solar energyflex br 0,6/1kv (1500 vdc) vermelho • Conector mc4 multi-contact ur pv-kst4/6ii-ur acoplador macho e femea. • Estrutura para fixação dos Painéis Solares Fotovoltáicos • Autotranformador 300K kVA – 380V/220V VALOR DO INVESTIMENTO R$ 3.010.933,28 (Três Milhões, Dez mil, Novecentos e Trinta e Três reais e Vinte e Oito centavos). Obs.: No valor de investimento, descrito acima, estão desconsiderados os custos com terreno para instalação de usina em solo, possível ampliação de Rede Elétrica e demais obras civis que forem necessárias. Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P PREVISÃO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA Com base no sistema proposto, inclinação dos painéis, radiação solar no local e simulações em softwares específicos, o sistemadeverá fornecer energia em média conforme gráficos abaixo: 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÉDIA GERAÇÃO 61737 64054 62432 60000 52239 50270 52239 61390 57915 60232 63359 65096 59247 Energia Média Gerada pelo Sistema (kWh/mês) Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P PAYBACK DO INVESTIMENTO ILUMINAÇÃO PUBLICA - Usina PAYBACK VALOR INVESTIDO R$ 3.010.933,28 ANO cossip R$ coreção RECEITA ANUAL PAYBACK RECEITA ACUMULADA 1 R$ 630.000,00 R$ 1,000 R$ 630.000,00 -R$ 2.380.933,28 R$ 630.000,00 2 R$ 630.000,00 R$ 1,000 R$ 630.000,00 -R$ 1.750.933,28 R$ 1.260.000,00 3 R$ 630.000,00 R$ 1,000 R$ 630.000,00 -R$ 1.120.933,28 R$ 1.890.000,00 4 R$ 630.000,00 R$ 1,000 R$ 630.000,00 -R$ 490.933,28 R$ 2.520.000,00 5 R$ 630.000,00 R$ 1,169 R$ 736.470,00 R$ 245.536,72 R$ 3.256.470,00 6 R$ 630.000,00 R$ 1,216 R$ 765.928,80 R$ 1.011.465,52 R$ 4.022.398,80 7 R$ 630.000,00 R$ 1,264 R$ 796.565,95 R$ 1.808.031,47 R$ 4.818.964,75 8 R$ 630.000,00 R$ 1,315 R$ 828.428,59 R$ 2.636.460,06 R$ 5.647.393,34 9 R$ 630.000,00 R$ 1,368 R$ 861.565,73 R$ 3.498.025,80 R$ 6.508.959,08 10 R$ 630.000,00 R$ 1,422 R$ 896.028,36 R$ 4.394.054,16 R$ 7.404.987,44 11 R$ 630.000,00 R$ 1,479 R$ 931.869,50 R$ 5.325.923,66 R$ 8.336.856,94 12 R$ 630.000,00 R$ 1,538 R$ 969.144,28 R$ 6.295.067,93 R$ 9.306.001,21 13 R$ 630.000,00 R$ 1,600 R$ 1.007.910,05 R$ 7.302.977,98 R$ 10.313.911,26 14 R$ 630.000,00 R$ 1,664 R$ 1.048.226,45 R$ 8.351.204,43 R$ 11.362.137,71 15 R$ 630.000,00 R$ 1,730 R$ 1.090.155,51 R$ 9.441.359,94 R$ 12.452.293,22 16 R$ 630.000,00 R$ 1,800 R$ 1.133.761,73 R$ 10.575.121,67 R$ 13.586.054,95 17 R$ 630.000,00 R$ 1,872 R$ 1.179.112,20 R$ 11.754.233,87 R$ 14.765.167,15 18 R$ 630.000,00 R$ 1,946 R$ 1.226.276,69 R$ 12.980.510,55 R$ 15.991.443,83 19 R$ 630.000,00 R$ 2,024 R$ 1.275.327,75 R$ 14.255.838,31 R$ 17.266.771,59 20 R$ 630.000,00 R$ 2,105 R$ 1.326.340,86 R$ 15.582.179,17 R$ 18.593.112,45 21 R$ 630.000,00 R$ 2,190 R$ 1.379.394,50 R$ 16.961.573,67 R$ 19.972.506,95 22 R$ 630.000,00 R$ 2,277 R$ 1.434.570,28 R$ 18.396.143,95 R$ 21.407.077,23 23 R$ 630.000,00 R$ 2,368 R$ 1.491.953,09 R$ 19.888.097,04 R$ 22.899.030,32 24 R$ 630.000,00 R$ 2,463 R$ 1.551.631,21 R$ 21.439.728,25 R$ 24.450.661,53 25 R$ 630.000,00 R$ 2,561 R$ 1.613.696,46 R$ 23.053.424,71 R$ 26.064.357,99 Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Para a construção da usina solar que atenda a demanda de iluminação pública da cidade de Santa Fé é necessário um investimento de R$ 3.010.933,28 (Três Milhões, Dez mil, Novecentos e Trinta e Três reais). No cálculo de payback simples, temos uma receita de arrecadação anual de R$ 630.000,00 (seiscentos e trinta mil reais) com as taxas de iluminação pública. A receita acumulada ao final do quinto ano é de aproximadamente R$ 3.250.000,00 (três milhões e duzentos e cinquenta mil reais), valor esse superior ao valor investido para a construção da usina solar fotovoltaica. PAY BACK 5 anos R$(5.000.000,00) R$- R$5.000.000,00 R$10.000.000,00 R$15.000.000,00 R$20.000.000,00 R$25.000.000,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 PA YB AC K (R $) TEMPO (ANOS) PAYBACK EM 25 ANOS PAYBACK Ano Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Os valores do gráfico acima são referentes ao montante a ser pago em ambas as situações. Em azul, temos uma soma de R$ 22.870.000,00 (vinte e dois milhões oitocentos e setenta mil reais) que serão pagos à Copel nos próximos vinte e cinco anos. Em laranja temos o valor de R$ 3.010.933,28 (Três Milhões, Dez mil, Novecentos e Trinta e Três reais) investidos em energia solar, sendo pago em apenas 65 meses. A economia gerada ao município em 25 anos é de aproximadamente R$ 19.900.000,00 (dezenove milhões e novecentos mil reais). R$- R$5.000.000,00 R$10.000.000,00 R$15.000.000,00 R$20.000.000,00 R$25.000.000,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 CUSTO COPEL x CUSTO USINA SOLAR (25 ANOS) Custo COPEL Custo Usina Solar Av. Euclides da Cunha, 878 Fone: 44 3034-1011 CEP 87014-250 Maringá - P Sistema - Gerador de Energia On Grid, de 514,80kWp Local de Instalação: Solo Item Descrição Unid. Quant. V. Unit. V. Total 1 CONECTOR MC4 320016P0001-UR PV-KBT4/6II-UR ACOPLADOR FEMEA Unit Gl 2 CONECTOR MC4 32.0017P0001-UR PV-KST4/6II-UR ACOPLADOR MACHO Unit Gl 3 CABO SOLAR ENERGYFLEX AFITOX 0,6/1KV 1500V DC PRETO Unit Gl 4 CABO SOLAR ENERGYFLEX AFITOX 0,6/1KV 1500V DC VERMELHO Unit Gl 5 PAINEL SOLAR PLACA FOTOVOLTAICA MONOCRISTALINO 72 CELULAS 390W Unit 1320 6 ESTRUTURA SOLAR PAINEIS SOLO TERRESTRE INCLINACAO 5 A 30 GRAUS 4,20M Unit Gl 8 INVERSOR SOLAR ON GRID 75KW TRIFASICO 380V 6MPPT MONITORAMENTO Unit 6 10 TRANSFORMADORES TRIFÁSICO 380V/220V – 300kVA Unit 2 11 MÃO DE OBRA PARA INSTALAÇÃO E ASSINTÊNCIA TÉCNICA DE 12 MESES Unit Gl Usina de Energia Fotovoltáica On Grid kWp 514,8 5.848,75 3.010.933,28 __________________________Eng. Douglas Alves CREA: PR 137331/D (44) 99805-2610 ILUMINAÇÃO PÚBLICA – Tecnologias Utilizadas Lâmpadas de vapor de mercúrio - Estas são as lâmpadas mais usadas para iluminação de postes e iluminação pública. Elas fornecem muito menos brilho por watt e, portanto, precisam ser mais potentes. Os postes mais comuns usam lâmpadas de mercúrio com 15... Lâmpadas de vapor de mercúrio - Estas são as lâmpadas mais usadas para iluminação de postes e iluminação pública. Elas fornecem muito menos brilho por watt e, portanto, precisam ser mais potentes. Os postes mais comuns usam lâmpadas de mercúrio com 15... Lâmpadas de vapor de sódio - As lâmpadas de vapor de sódio são uma opção mais eficiente em relação às lâmpadas de vapor de mercúrio, uma vez que fornecem o dobro do brilho para a mesma quantidade de potência, o que faz com que sejam ideais para a ilum... Lâmpadas de vapor de sódio - As lâmpadas de vapor de sódio são uma opção mais eficiente em relação às lâmpadas de vapor de mercúrio, uma vez que fornecem o dobro do brilho para a mesma quantidade de potência, o que faz com que sejam ideais para a ilum... Lâmpadas de iodetos metálicos - Estas lâmpadas são tão eficientes quanto as lâmpadas de vapor de sódio e também vêm com luzes mais brancas, mas sua vida útil é menor, entre 8 mil e 12 mil horas. Lâmpadas de iodetos metálicos - Estas lâmpadas são tão eficientes quanto as lâmpadas de vapor de sódio e também vêm com luzes mais brancas, mas sua vida útil é menor, entre 8 mil e 12 mil horas. Lâmpada LED - Estas são as opções mais recentes e mais eficientes em termos de energia disponíveis no mercado para iluminação pública. Seu brilho é muito mais uniforme e pode proporcionar até 50% de economia em relação às lâmpadas de vapor de sódio. TECNOLOGIA DE ILUMINAÇÃO EM LED COMPARATIVO ENTRE AS FONTES LUMINOSA ESTUDO DE ECONOMIA NA APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA LED ORÇAMENTO PARA IMPLANTAÇÃO DAS LUMINÁRIAS LED DIMENSIONAMENTO DE USINA SOLAR FOTOVOLTÁICA (INSTALADA EM SOLO) – PARA COMPENSAÇÃO EM ILUMINAÇÃO PÚBLICA COMPOSIÇÃO DO SISTEMA DIMENSIONADO VALOR DO INVESTIMENTO PREVISÃO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA PAYBACK DO INVESTIMENTO
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