Viabilidade de Geração Distribuída Solar e Eólica em Indústria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
SETOR DE TECNOLOGIA 
 
DEPARTAMENTO ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
FILIPPO CENTEMERO 
PEDRO ZANATELLI BRASIL BASTOS 
 
 
 
 
PROJETO E ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA INSTALAÇÃO DE UMA 
UNIDADE DE MINIGERAÇÃO DISTRIBUÍDA SOLAR E EÓLICA EM UMA 
INDÚSTRIA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2017 
 
FILIPPO CENTEMERO 
PEDRO ZANATELLI BRASIL BASTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO E ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA INSTALAÇÃO DE UMA 
UNIDADE DE MINIGERAÇÃO DISTRIBUÍDA SOLAR E EÓLICA EM UMA 
INDÚSTRIA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2017 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado como documento avaliativo 
ao Departamento de Engenharia Elétrica, 
Setor de Tecnologia, Universidade Federal 
do Paraná, como parte das exigências 
para a obtenção do título de Engenheiro 
Eletricista. 
Orientador: Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay 
Vila. 
 
 
 AGRADECIMENTOS 
A Deus por nos dar saúde e muita força para superar todas as 
dificuldades. A esta faculdade e todo seu corpo docente, além da direção e 
administração que nos proporcionaram as condições necessárias para que 
alcançássemos nossos objetivos. Ao nosso orientador Prof. Dr. Clodomiro 
Unsihuay Vila, por todo o tempo que dedicou a nos ajudar durante o processo 
de realização deste trabalho. Aos professores James Alexandre Baraniuk, 
Jayme Passos Rachadel e Ricardo Schumacher, pela avaliação e contribuição 
para o aprimoramento deste trabalho. Ao professor Sebastião Ribeiro Junior, 
pela ajuda e disponibilidade prestada no início da realização deste trabalho. Aos 
nossos pais, por todo o amor que nos deram, além da educação, ensinamentos 
e apoio. Aos colegas e amigos do curso, que perseveraram ou perseveram às 
adversidades inerentes à conquista da diplomação do profissional de Engenharia 
Elétrica. Enfim, a todos que contribuíram para a realização deste trabalho, seja 
de forma direta ou indireta, fica registrado aqui, o nosso muito obrigado! 
 
RESUMO 
Este Trabalho de Conclusão de Curso aborda a realização dos projetos, 
dimensionamentos e estudos de viabilidade técnica e econômica referentes à 
instalação de um sistema de geração distribuída, a partir de diferentes fontes 
energéticas solar e eólica, em uma indústria localizada na cidade de Campo 
Largo, na região metropolitana de Curitiba. Neste trabalho de conclusão de 
curso, os estudos avaliaram a viabilidade de dois sistemas de geração 
distribuída, diferenciados entre si pela fonte primária de geração de energia 
elétrica: Solar e Eólica. Desta forma, foram realizados os projetos técnico e 
econômico para um sistema de geração fotovoltaica, outro com geração eólica, 
e um terceiro caso considerando um sistema de geração híbrido, provido tanto 
de painéis fotovoltaicos quanto de aerogeradores. Para a realização do projeto, 
primeiramente analisou-se o potencial energético do local, avaliando dados 
sobre a velocidade do vento e a irradiação solar no local, utilizando-se como 
fontes para estes dados meteorológicos bancos de dados abertos e confiáveis. 
Em seguida, foi realizada a escolha dos aerogeradores, painéis fotovoltaicos e 
demais equipamentos a serem utilizados em cada sistema, baseando-se em 
critérios técnicos e econômicos apropriados. Na sequência, dotados dos 
equipamentos a serem utilizados, realizou-se o dimensionamento técnico 
completo (potência instalada, inversores, a instalação elétrica, sistema de 
proteção, etc.) do sistema fotovoltaico e eólico, para que estes operem 
apropriadamente quando conectado à rede elétrica da concessionária local. 
Então, tendo feito o dimensionamento do potencial de geração das fontes 
selecionadas, dos equipamentos que seriam necessários para possibilitar a 
operação do sistema e dos custos resultantes da instalação deste projeto, 
possibilitou-se a realização da análise da sua viabilidade econômica dos 
sistemas resultantes. Conclui-se o trabalho realizando a comparação técnica e 
econômica entre os sistemas eólico, solar e híbrido. 
Palavras-chave: microgeração distribuída, energia solar, energia eólica, sistema 
híbrido, microgeração solar, microgeração eólica, energias renováveis, 
microgrids. 
 
ABSTRACT 
This capstone analysis addresses the execution of projects, the assessment of 
dimensional analysis and the study of the technical and economic feasibility in 
regards to the installation of a system of distributed generation, generated by 
sources of solar and wind power. The analysis refers to the implementation of 
such project in a factory located in Campo Largo, in the outskirts of Curitiba. In 
this assessment, We evaluated the feasibility of two systems of distributed 
generation, differing from each other in regards to the primary source of the 
energy generated, that being either solar or wind. Throughout this analysis, we 
designed and evaluated technical and economic projects for a system of 
photovoltaic generation, a system powered by wind energy, and a third one 
presenting a hybrid system, therefore containing elements of both photovoltaic 
and wind power generation. For the execution of such projects, first we analysed 
the energetic capacity of the site area, evaluating data concerning the speed of 
the wind and the solar radiation at the location. To do so, we utilized as primary 
sources a variety of public and reliable databases. Following, we selected the 
aerogenerators, photovoltaic panels and the remaining equipment necessary in 
each of the projects based on appropriate technical and economic criteria. Once 
the equipment was successfully determined, we executed a dimensional analysis 
of both the wind and photovoltaic systems, taking into account its electrical 
capacity, inverters needed, electrical installations and safety measures. Such 
dimensional analysis had the scope of ensuring a safe and efficient operation of 
both projects when connected to the local power grid. Moreover, after executing 
the dimensional analysis of the capacity of the sources, the equipment to be 
utilized to enable the system to operate and of the costs involved in the 
implementation of the project, we were able to analyse the economic feasibility 
of the systems. Thus, we concluded this research with a technical and economic 
comparison between the solar, the wind powered and the hybrid system. 
Key words: distributed microgeneration, solar energy, wind power, hybrid system, 
solar microgeneration, Wind microgeneration, renewable energies, microgrids. 
 
LISTA DE ABREVIATURAS 
ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica; 
BDMEP: Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa; 
COCEL: Companhia Campolarguense de Energia 
CRESESB: Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo 
Brito; 
FNE: Fundo Constitucional de Financiamento do Nordeste; 
ICMBio: Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade; 
INMET: Instituto Nacional de Meteorologia; 
MMA: Ministério do Meio Ambiente; 
TIR: Taxa interna de retorno; 
TMA: Taxa mínima de atratividade; 
VPL: Valor presente líquido; 
WES: Wind Energy Solutions; 
 
 
 LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 – Inclinação dos Módulos Solares........................................................31 
Tabela 2 – Irradiação solar horária média mensal em Curitiba,.........................32 
 inclinação de 10°, Azimute 34° 
Tabela 3 – Irradiância solar horária media mensal corrigida...............................34 
Tabela 4 – Consumo e Demanda energética da Novvalight...............................35 
Tabela 5 – Escolha dos Módulos Solares...........................................................35 
Tabela 6 – Escolha do inversor de frequência....................................................36 
Tabela 7 –Temperaturas Mensais de Campo Largo...........................................37 
Tabela 8 – Secção dos cabos utilizados no sistema...........................................40Tabela 9 – Estimativa Geração Fotovoltaica com 600 Painéis............................43 
Tabela 10 – Valores Médios de Velocidade do Vento em Curitiba.....................47 
 e em Campo Largo 
Tabela 11 – Análise Comparativa dos Aerogeradores........................................50 
Tabela 12 - Coeficiente de atrito para vários tipos de terreno.............................54 
Tabela 13 – Custos dos equipamentos e componentes necessários..................73 
Tabela 14 – Fatores a serem considerados na análise econômica.....................74 
Tabela 15 - Análise Econômica, Sistema Fotovoltaico, Capital Próprio..............75 
Tabela 16 – Condições do financiamento BNDES automático, .........................76 
 Sistema Fotovoltaico 
Tabela 17 - Análise Econômica, Sistema Fotovoltaico, BNDES Automático......76 
Tabela 18 – Condições do financiamento FNE SOL, Sistema Fotovoltaico........78 
Tabela 19 – Análise Econômica, Sistema Fotovoltaico, FNE SOL.....................78 
Tabela 20 – Características da Análise do Sistema Eólico.................................80 
Tabela 21 - Análise Econômica, Sistema Eólico, Capital Próprio........................81 
Tabela 22 – Condições do financiamento BNDES..............................................82 
Automático, Sistema Eólico 
Tabela 23 - Análise Econômica, Sistema Eólico, BNDES Automático................83 
Tabela 24 – Condições do financiamento FNE SOL, Sistema Eólico..................84 
Tabela 25 – Análise Econômica, Sistema Eólico, FNE SOL...............................84 
Tabela 26 – Características da Análise do Sistema Híbrido................................88 
Tabela 27 - Análise Econômica, Sistema Híbrido, Capital Próprio......................89 
Tabela 28 – Condições do financiamento BNDES Automático, .........................90 
 Sistema Híbrido 
Tabela 29 - Análise Econômica, Sistema Híbrido, BNDES Automático..............90 
Tabela 30 – Condições do financiamento FNE SOL, Sistema Híbrido................91 
Tabela 31 – Análise Econômica, Sistema Híbrido, FNE SOL.............................92 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 – Fluxograma da Estrutura e Metodologia Empregadas.........................7 
Figura 2 – Refletor Parabólico da Usina Solar Harper Lake..................................9 
Figura 3 – Refletor Parabólico do Centro Nacional de..........................................9 
 Energia Solar Ben-Gurion 
Figura 4 – Refletor Concentrador Linear Fresnel da usina Puerto Errado 2........10 
Figura 5 – Usina Solar 2 Power Tower Project, no deserto Mojave...................10 
Figura 6 – Efeito Fotovoltaico em uma Célula.....................................................12 
Figura 7 – Painel fotovoltaico Silício Monocristalino...........................................13 
Figura 8 – Ilustração Controle Estol....................................................................16 
Figura 9 – Curva de Potência com Controle Estol..............................................16 
Figura 10 – Ilustração Controle Pitch..................................................................17 
Figura 11 – Curva de Potência com Controle Pitch.............................................17 
Figura 12 – Ilustração Controle Yaw...................................................................18 
Figura 13 – Procedimento para acesso à Rede de Distribuição.........................19 
Figura 14 - Processo de Compensação de Energia Elétrica I............................21 
Figura 15 - Processo de Compensação de Energia Elétrica II............................21 
Figura 16 - Conexão dos DPS no sistema..........................................................30 
Figura 17 – Esquema de conexão Sistema de Proteção.....................................30 
Figura 18 – Irradiação solar diária média mensal Campo Largo.........................33 
Figura 19 – Irradiação solar diária média mensal no plano.................................33 
 Horizontal em Curitiba (Radiasol 2) 
Figura 20 - Disposição arranjos em relação ao QDG e a caixa de conexão........41 
Figura 21 - Comparação Geração X Consumo Sistema Fotovoltaico.................43 
Figura 22 - Diagrama Multifilar Arranjo Sistema Fotovoltaico.............................45 
Figura 23 – Ilustração Posicionamento Painéis Fotovoltaicos I..........................45 
Figura 24 – Ilustração Posicionamento Painéis Fotovoltaicos II.........................46 
Figura 25 – Ilustração Posicionamento Painéis Fotovoltaicos III........................46 
Figura 26 - Distribuição de Weibull Anual...........................................................48 
Figura 27 - Curvas de Weibull Mensais...............................................................49 
Figura 28 - Curva de Potência, WES50..............................................................51 
Figura 29 – Curva de Potência, TREBA-0210.....................................................52 
Figura 30 – Curva de Potência, TREBA-0160.....................................................52 
Figura 31 – Curva de Potência, Skystream Land 3.7..........................................53 
Figura 32 – Distribuição de Weibull Anual Corrigida...........................................55 
Figura 33 - Curvas de Weibull Mensais Corrigidas.............................................56 
Figura 34 – Alternativas para Posicionamento de Aerogeradores......................57 
Figura 35 – Posicionamento de Aerogeradores Selecionado.............................58 
Figura 36 – Áreas Disponíveis para a Instalação dos Aerogeradores no Local...58 
Figura 37 – Arranjo dos Aerogeradores no Local................................................59 
Figura 38 - Curva Velocidade dos Ventos x Horas de Ocorrência/Ano...............60 
Figura 39 - Energia Gerada Anualmente por um Aerogerador...........................61 
Figura 40 - Novo Arranjo das Torres..................................................................62 
Figura 41 – Diagrama Unifilar Sistema Eólico.....................................................62 
Figura 42 – Comparação Geração x Consumo, Sistema Eólico.........................63 
Figura 43 – Áreas de Importância para Aves Migratórias no Paraná..................70 
Figura 44 - Análise de cenários para o Sistema Híbrido.....................................86 
Figura 45 – Disposição dos equipamentos do sistema híbrido...........................87 
Figura 46 – Comparação Geração X Consumo Sistema Híbrido......................87 
Figura 47 – Projeção de Vida Geração X Consumo Sistema Híbrido...............88 
1 
 
ÍNDICE 
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................4 
1.1 A INDÚSTRIA....................................................................................................5 
1.2 JUSTIFICATIVAS E MOTIVAÇÕES..................................................................5 
1.3 OBJETIVOS......................................................................................................6 
1.3.1 Objetivos Gerais...............................................................................................6 
1.3.2 Objetivos Específicos......................................................................................6 
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO..........................................................................6 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.........................................................................7 
2.1 ENERGIA SOLAR.............................................................................................7 
2.1.1 Energia Heliotérmica.......................................................................................8 
2.1.2 Energia Fotovoltaica......................................................................................11 
2.1.2.1 Tecnologias de Células Fotovoltaicas...............................................12 
2.2 ENERGIA EÓLICA..........................................................................................142.3 GERAÇÃO DISTRIBUIDA...............................................................................18 
2.3.1 Procedimento para Conexão à Rede de Distribuição..................................18 
2.3.2 Incidência de Impostos Federais e Estaduais..............................................19 
2.4 COMPENSAÇÃO............................................................................................20 
3. PROJETO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO...................................................22 
3.1 METODOLOGIA DO PROJETO FOTOVOLTAICO........................................22 
3.1.1 Levantamento de Dados de Radiação..........................................................22 
3.1.2 Levantamento de Dados de Consumo e Demanda......................................23 
3.1.3 Seleção do Painel...........................................................................................23 
3.1.3.1 Seleção da inclinação dos painéis.....................................................24 
3.1.4 Seleção do Inversor.......................................................................................24 
3.1.5 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico................................................24 
3.2 RESULTADOS DO PROJETO FOTOVOLTAICO...........................................30 
3.2.1 Seleção da inclinação dos painéis................................................................30 
3.2.2 Levantamento de Dados de Radiação..........................................................31 
3.2.3 Levantamento de Dados de Consumo e Demanda......................................34 
3.2.4 Seleção do Painel...........................................................................................35 
3.2.5 Seleção do Inversor.......................................................................................36 
3.2.6 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico................................................36 
2 
 
3.2.7 Fator de Capacidade......................................................................................44 
4. PROJETO DO SISTEMA EÓLICO..................................................................46 
4.1 SELEÇÂO DOS DADOS METEOROLÓGICOS..............................................46 
4.2 SELEÇÃO DO AEROGERADOR....................................................................50 
4.3 CORREÇÃO DA VELOCIDADE DO VENTO PARA.......................................53 
 A ALTURA DO AEROGERADOR 
4.4 ARRANJO DOS AEROGERADORES............................................................57 
4.5 CAPACIDADE DE GERAÇÃO DO SISTEMA EÓLICO...................................59 
4.5.1 Fator de Capacidade......................................................................................63 
4.6 CONEXÃO DO SISTEMA DE GERAÇÂO EÓLICA COM A REDE.................64 
4.7 ATERRAMENTO DOS AEROGERADORES DO SISTEMA...........................67 
DE GERAÇÃO EÓLICA 
4.8 IMPACTOS DA IMPLANTAÇÂO DO SISTEMA..............................................67 
4.8.1 Emissão de Ruídos........................................................................................68 
4.8.2 Impactos Visuais............................................................................................69 
4.8.3 Impactos Ambientais.....................................................................................69 
5. ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA....................................................71 
5.1 CONCEITOS ABORDADOS...........................................................................71 
5.1.1 Fluxo de Caixa................................................................................................71 
5.1.2 TMA – Taxa Mínima de Atratividade..............................................................71 
5.1.3 Payback Simples............................................................................................72 
5.1.4 VPL – Valor Presente Líquido........................................................................72 
5.1.5 TIR – Taxa Interna de Retorno.......................................................................73 
5.2 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA....................................................73 
DO SISTEMA FOTOVOLTAICO 
5.2.1 Capital Próprio...............................................................................................75 
5.2.2 BNDES Automático........................................................................................76 
5.2.3 Banco do Nordeste – FNE SOL......................................................................78 
5.3 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DO SISTEMA EÓLICO...............80 
5.3.1 Capital Próprio...............................................................................................81 
5.3.2 BNDES Automático........................................................................................82 
5.3.3 Banco do Nordeste – FNE SOL......................................................................84 
5.4 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DO SISTEMA HIBRIDO..............85 
5.4.1 Capital Próprio...............................................................................................88 
3 
 
5.4.2 BNDES Automático........................................................................................90 
5.4.3 Banco do Nordeste – FNE SOL......................................................................91 
6. CONCLUSÃO..................................................................................................93 
REFRÊNCIAS............................................................................................................95 
ANEXOS....................................................................................................................98 
ANEXO I – Diagrama Mulltifilar arranjo Fotovoltaico............................................98 
ANEXO II – Diagrama Unifilar Sistema Eólico........................................................99 
ANEXO III – Catálogo Painel Fotovoltaico.............................................................100 
ANEXO IV – Catálogo Inversor...............................................................................102 
ANEXO V – Catálogo Aerogerador........................................................................108 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
Desde a Revolução Industrial, no século XVIII, a humanidade vem 
apresentando um desenvolvimento tecnológico acentuado, o qual é motivado por 
diversos fatores distintos de natureza social, econômica, cultural, etc. Em 
consequência a este acelerado avanço tecnológico, há uma crescente demanda por 
energia elétrica, em proporcionalidade direta. Com isso, existem cada vez mais 
incentivos e investimentos no setor energético, buscando soluções para esta 
crescente demanda energética. Simultaneamente, este crescimento na necessidade 
de energia elétrica é acompanhado por novas questões referentes ao setor de 
geração de energia. Novos estudos e pesquisas apontam para certos fatores 
problemáticos nas matrizes energéticas atualmente implementadas em diversos 
países, destacando principalmente a finitude da matéria prima utilizada e os impactos 
ambientais decorrentes do processo de geração. 
Uma das possíveis soluções para estas novas problemáticas pode ser 
encontrada no conceito denominado por Microgrids, o qual consiste em um sistema 
de geração distribuída localizado próximo à sua carga destinada. Neste modelo, são 
utilizados geradores que utilizam fontes energéticas teoricamente renováveis ou 
inesgotáveis, preferencialmente com elevada eficiência energética e baixos impactos 
ambientais. São exemplos de fontes energéticas utilizadas em microgrids geradores 
eólicos, solar fotovoltaicos, solar térmicos e sistemas de cogeração com biomassa ou 
biogás. 
Desta forma, há atualmente uma evidente tendência no crescimento do número 
de instalações de sistema de geração distribuída, baseados no conceito de 
autossuficiência energética de microgrids. Com isso,grandes consumidores de 
energia elétrica, como indústrias e grandes complexos comerciais, tornam-se capazes 
de gerar a própria eletricidade que consomem, reduzindo gastos com tarifas e 
impactos ambientais. 
Tendo em vista tais considerações, este Trabalho de Conclusão de Curso 
aborda o desenvolvimento do projeto de um sistema de geração distribuída, baseado 
em fontes eólicas e fotovoltaicas, em uma indústria, além da realização do estudo da 
análise econômica deste projeto. 
5 
 
1.1 A INDÚSTRIA 
O sistema de geração distribuída projetado neste trabalho tem implantação 
prevista na indústria Novvalight. 
Localizada na cidade de Campo Largo, na região metropolitana de Curitiba, PR, 
a Novvalight é uma fábrica de aparelhos de iluminação para aplicações diversas, entre 
estas se encontram industrial, corporativa, grandes áreas e iluminação pública. 
Ao longo dos anos a empresa vem se expandindo, em paralelo ocorre um 
aumento dos gastos principalmente com energia. A Novvalight se dispôs a ceder as 
estruturas e informações necessárias para a realização do projeto de 
dimensionamento e estudo de viabilidade econômica da implantação de uma unidade 
de microgeração distribuída híbrida com finalidade de reduzir os gastos da mesma 
com energia elétrica e contribuir para um mundo mais renovável. 
1.2 JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÕES 
A geração elétrica no Brasil é caracterizada principalmente pela presença de 
fontes renováveis, em sua maioria hidrelétricas. Apesar do percentual de participação 
da fonte de origem hidráulica ter reduzido consideravelmente, o Brasil ainda depende 
fortemente da geração hidrelétrica. 
Considerando a recente atualização do Plano Decenal de Expansão de 
Energia, a taxa média de expansão da carga será de aproximadamente 3,8% a/a, o 
que representa um crescimento médio estimado de 2900 MWmed/ano até o ano de 
2024. (LEONI, CARVALHO, ABREU, DANIEL, 2017) Tal crescimento comprova o 
investimento da iniciativa privada no setor de geração frente ao interesse do governo 
brasileiro em explorar o potencial existente das referidas fontes. 
O uso da fonte fotovoltaica e eólica são práticas que tendem a diminuir a 
emissão de poluentes na atmosfera, visto que não requerem processos de combustão 
para geração de energia elétrica. As fontes de energia intermitentes funcionam bem 
quando complementam outras fontes podendo conseguem preencher os períodos de 
ausência de geração de outro sistema, como é o caso das gerações eólica e solar. O 
desenvolvimento e uso de apenas um tipo de recurso energético, renovável ou não, 
não é a solução definitiva para todos os problemas associados à energia. Fatores, 
6 
 
como disponibilidade do recurso energético, capacidade de transporte, distribuição e 
armazenamento, custo de produção, condições geográficas e econômicas, dentre 
outros, precisam ser consideradas na escolha da matriz energética de um país ou uma 
região. (LEONI, CARVALHO, ABREU, DANIEL, 2017) 
1.3 OBJETIVOS 
1.3.1 OBJETIVOS GERAIS 
O objetivo geral desse trabalho consiste em projetar um sistema de geração 
distribuída híbrido, que conta com a participação de geração fotovoltaica e eólica a fim 
de suprir a demanda da indústria NOVVALIGHT em estudo. Para situar o leitor o 
sistema híbrido conta com uma potência instalada total de 182 kWp destes sendo 162 
kWp do sistema fotovoltaico e 20 kWp do sistema eólico. O sistema será capaz de 
suprir a demanda da indústria que conta com um consumo mensal médio de 22322 
kWh/mês, conforme será apresentado no decorrer do trabalho. 
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 Levantamento de requisitos para a elaboração do projeto, através de 
bibliografias; 
 Levantamento dos dados da indústria; 
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico; 
 Dimensionamento do sistema eólico; 
 Dimensionamento do sistema hibrido 
 Análise de viabilidade econômica para as três variações de 
dimensionamento; 
 
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO 
O primeiro capítulo aborda a introdução do trabalho, justificativa e os objetivos. 
O segundo capítulo trata da fundamentação teórica referente as gerações 
fotovoltaica e eólica assim como os principais aspectos da geração distribuída no 
Brasil. 
O terceiro capítulo apresenta a metodologia para o dimensionamento do 
sistema fotovoltaico assim como o projeto do mesmo. 
7 
 
O quarto capítulo traz a metodologia para o dimensionamento do sistema eólico 
assim como o projeto do mesmo. 
No quinto capítulo foram apresentados os conceitos de economia assim como 
foram realizadas as análises de viabilidade da implementação dos sistemas de 
geração fotovoltaico e eólico para diferentes panoramas de investimento. 
Por fim as considerações finais e a conclusão do trabalho. 
O fluxograma da Figura 1 traz a estrutura e metodologia do trabalho 
 
Figura 1 – Fluxograma da Estrutura e Metodologia Empregadas 
(Fonte: Autoria Própria, 2017). 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Neste capítulo, são abordados alguns conceitos teóricos relacionados às 
distintas tecnologias empreendidas neste projeto, com o objetivo de promover uma 
melhor compreensão deste por parte do leitor. 
2.1. ENERGIA SOLAR 
 A humanidade está situada em um planeta de nome Terra, o qual orbita uma 
estrela denominada Sol. A partir de reações nucleares, majoritariamente de fusão de 
átomos de hidrogênio que se transformam em átomos de Hélio, ocorrentes nesta 
estrela, grandes quantidades de energia são liberadas no espaço, principalmente nas 
formas luminosa e térmica, e parte dessa energia atinge o nosso planeta. 
Estudos atuais indicam que o Sol ainda terá de 5 a 6 bilhões de anos na 
sequência principal, ou seja, ainda possui uma vida útil de 5 a 6 bilhões de anos. Desta 
Escolha 
do 
local
Demanda e 
consumo da 
industria
Geração 
solar
Geração 
eolica
Geração 
vs 
consumo
Escolha 
equip. 
eolico
Escolha 
equip. FV
Proteção
/cabos 
FV
Proteção
/cabos 
eolico
Dados 
meteorologicos
VPL
TIR
TMA
PAY-BACK
Conclusão
Arranjo 
dos 
paineis
Arranjo 
dos 
aeroge-
radores
8 
 
forma, o Sol pode ser considerado uma excelente fonte energética ilimitada ou infinita, 
uma vez que o tempo de vida estimado para o nosso sol é extremamente grande. 
 Com isso, foram desenvolvidas tecnologias que possibilitassem a conversão 
da energia liberada pelo Sol em energia elétrica. Divide-se essas tecnologias em dois 
grupos, classificados pela fonte primária de energia a qual utilizam para produzir 
energia elétrica. 
2.1.1 Energia Heliotérmica 
 Uma das formas de geração de energia elétrica pela energia solar é 
denominada de geração heliotérmica. Esta é uma forma de geração termelétrica, 
baseada na utilização do calor proveniente da radiação solar para o aquecimento de 
um determinado fluido, de forma a gerar vapor e acionar uma turbina convencional, 
acoplada a um gerador elétrico. 
Para este fim, são utilizados os Sistemas de Concentração de Energia Solar, 
ou CSP (Concentrated Solar Power). Estes sistemas são constituídos por painéis 
refletores e/ou lentes, juntamente a sistemas de rastreamento da posição do Sol no 
céu, de forma a focar a incidência solar ocorrente sobre uma grande área em um feixe 
único. Este feixe luminoso então causa a ebulição da água da máquina térmica, e o 
vapor resultante acionara a turbina e gerará energia elétrica. 
 Existem diversos tipos de estruturas utilizadas na concentração da radiação 
solar. Dentre as principais: 
 Concentrador parabólico: consiste de um arranjo de espelhos metálicos, podendo 
ter dois formatos distintos: 
o Cilindro parabólico: seu formato é linear em uma dimensão, e parabólico 
nas outras duas. Concentra a radiação solar em um segmento de reta, na 
qual normalmente está canalizado o fluido da máquina térmica do sistema. 
A imagem abaixo apresenta um concentrador parabólico neste formato, 
localizado em uma usina próximo ao lago Harper, na Califórnia. 
9 
 
 
Figura 2 – Refletor Parabólico da UsinaSolar Harper Lake 
(Fonte: N.Y. Times, 2015). 
o Paraboloidal: também conhecido como prato parabólico, tem o formato 
semelhante do de um paraboloide circular. Concentra a radiação solar em 
um único ponto, atingindo uma maior concentração de energia em relação 
aos refletores do tipo cilindro parabólico. A imagem abaixo apresenta o 
maior refletor localizado no Centro Nacional de Energia Solar Ben-Gurion, 
em Israel. 
 
Figura 3 – Refletor Parabólico do Centro Nacional de Energia Solar Ben-Gurion 
(Fonte: Forbes, 2013) 
10 
 
 Refletor Concentrador Linear Fresnel: consistem no arranjo de segmentos longos 
e finos de espelhos, para focalisar a radiação solar. Os arranjos são feitos de forma 
que os espelhos planos tenham seus ângulos ajustados para emular o efeito dos 
espelhos parabólicos. Desta forma, sua instalação é mais simples e barata. A 
imagem abaixo mostra esta tecnologia sendo empregada na usina Purto Errado 2, 
na Espanha. 
 
Figura 4 – Refletor Concentrador Linear Fresnel da usina Puerto Errado 2 (Fonte: 
Novatec Solar, 2015). 
 Torre de energia solar: consiste em uma estrutura que serve de alvo para vários 
arranjos de refletores, concentrando grande quantidade de energia térmica no 
fluido utilizado. A imagem a seguir apresenta a torre da usina Solar 2 Power Tower 
Project, no deserto Mojave, em Nevada, Estados Unidos. 
 
Figura 5 – Usina Solar 2 Power Tower Project, no deserto Mojave 
(The Guardian, 2011) 
11 
 
2.1.2 Energia Fotovoltaica 
Outra forma de geração de energia elétrica através da energia solar é 
denominada de geração fotovoltaica. Consiste na conversão da energia luminosa 
proveniente do Sol em energia elétrica, através do efeito fotovoltaico, que ocorre em 
certos materiais semicondutores. 
Relatado por Edmond Becquerel, em 1839, o efeito fotovoltaico consiste na 
absorção da luz por um material semicondutor com características específicas, como 
a célula fotovoltaica, e o consequente estabelecimento de uma diferença de potencial 
entre os extremos de sua estrutura. 
Na célula fotovoltaica, o material semicondutor é composto por silício e recebe 
propriedades dopantes, que o dividem em duas camadas, denominadas de material 
N e material P. O material N possui um excesso de elétrons, e o material P apresenta 
escassez de elétrons. 
Devido às concentrações diferentes de elétrons nas duas camadas da célula 
fotovoltaica, os elétrons tendem a fluir da camada N para a camada P. Com isso, é 
criado um campo elétrico dentro de uma zona de depleção, também chamada de 
barreira de potencial, no interior da estrutura da célula. 
Com a incidência da luz sobre a camada N da célula fotovoltaica, ocorre uma 
descarga de energia luminosa sobre os elétrons, permitindo que eles superem a 
barreira de potencial da junção PN. Com isso, os elétrons têm energia suficiente para 
migrar da camada P para a camada N. 
Desta forma, os elétrons em movimento são coletados pelos eletrodos 
metálicos da célula fotovoltaica. Havendo um circuito fechado, os elétrons vão circular 
em direção aos eletrodos da camada P, formando assim uma corrente elétrica. 
A Figura 6 representa a movimentação dos elétrons no interior de uma célula 
fotovoltaica durante a ocorrência do efeito fotovoltaico. 
12 
 
 
Figura 6 – Efeito Fotovoltaico em uma Célula (Fonte: ZILLES, 2012) 
2.1.2.1 Tecnologias de Células Fotovoltaicas 
 Silício Monocristalino: atualmente, as células de silício monocristalino são as mais 
amplamente utilizadas no âmbito comercial. Possuem processo construtivo 
relativemente simples, e eficiência energética relativamente boa, geralmente entre 
12% e 16% (CRESESB, 2014). 
O silício é fundido juntamente com uma pequena quantidade de dopante tipo P, 
normalmente o Boro, e então cortada em finas fatias de aproximadamente 0,3mm. 
Após o corte e limpeza de impurezas, é adicionado o dopante tipo N (CRESESB, 
2014). 
Uma célula monocristalina tem aspecto uniforme. Sua coloração geralmente é azul 
ou preta, conforme o tipo de tratamento antireflexivo empregado. Atualmente, as 
células de silício monocristalino apresentam as maiores eficiências energéticas 
dentre os produtos disponíveis comercialmente em larga escala. Na Figura 7, está 
ilustrado um painél fotovoltaico que emprega a tecnologia do silício monocristalino. 
13 
 
 
Figura 7 – Painel fotovoltaico Silício Monocristalino (Fonte: A Solar, 2016). 
 Silício Policristalino: possui um processo de fabricação menos complexo, no qual 
são utilizadas temperaturas mais baixas do que aquelas empregadas no processo 
de fabricação dos painéis de células de silício monocristalino. Com isso, acarreta-
se uma perda de eficiência, a qual atualmente tem seu valor máximo de 
aproximadamente 12,5%. Entretanto, esta tecnologia apresenta como vantagem o 
seu custo de fabricação reduzido. Desta maneira, as duas tecnologias coexistem 
no mercado, apresentando relações de custo-benefício normalmente 
semelhantes. 
 
 Células Multijunção: uma vez que cada célula fotovoltaica possui uma capacidade 
para realizar a absorção da luz com maior eficiência dependente da faixa de 
comprimento de onda da luz incidente, uma célula com uma única junção é capaz 
de absorver a energia solar em todo o seu espectro. 
Devido à isso, foi desenvolvida uma tecnologia que consiste no emprego de duas 
ou mais células fotovoltaicas, denominada célula multijunção. Assim, estas células 
conseguem cobrir uma maior faixa do espectro de radiação solar, aumentando a 
14 
 
absorção de energia luminosa. Desta forma, as células multijunção atingem 
eficiências energéticas muito elevadas, chegando a 38.8% em testes de 
laboratório, sem o uso de tecnologias de concentração (NREL, 2015). 
 
 Concentração Fotovoltaica: também conhecida como CPV (Concentrated 
Photovoltaics), esta tecnologia consiste na utilização de estruturas refletoras ou 
refratoras, como espelhos e lentes, respectivamente, para concentrar a radiação 
solar sobre as células fotovoltaicas. Com isso, aumenta-se a eficiência da 
absorção dos raios solares, e reduz-se a área necessária para produzir a mesma 
quantidade de energia que uma instalação que não emprega essa tecnologia. 
Devido ao maior custo de instalação e ao maior esforço para reduzir a área 
ocupada, é comum a utilização desta tecnologia juntamente à células com maior 
eficiência energética, como as células multijunção. 
Desta forma, a utilização conjunta dessas duas tecnologias já permitiu a obtenção 
de uma eficiência energética de 46% em testes de laboratório, e módulos com mais 
36% de eficiência. 
 
2.2 ENERGIA EÓLICA 
O nosso planeta está constantemente exposto a diversos fatores que causam 
grandes variações na pressão atmosférica. Diversas fontes de calor, sendo a principal 
o Sol, atuam irregularmente, tanto em relação ao seu local quanto ao seu horário e 
duração, causam diferenças na pressão atmosférica do planeta. Em consequência a 
estas diferenças barométricas, ocorre um fenômeno natural no qual o ar sofre 
deslocamento de regiões com temperatura e pressão atmosférica elevada para locais 
com temperatura e pressão atmosférica reduzida. 
Popularmente, a ocorrência deste fenômeno em uma escala global é denominada 
por vento. E uma vez que a principal fonte energética para causar esse fenômeno é o 
Sol, o qual providencia energia térmica para o planeta por meio de ondas 
eletromagnéticas, pode-se considerar este fenômeno como inesgotável. Portanto, o 
vento pode ser considerado uma fonte energética renovável ou infinita. 
Com isso, e com a crescente demanda por energia elétrica, grandes estudos e 
investimentos vem sendo realizados sobre a capacidade de geração de eletricidade a 
15 
 
partir de fontes eólicas. Esta fonte apresenta-se como uma alternativa não poluente, 
renovável e com baixo custo operacional, porém também com elevado custo de 
implementação, impactos visuais e sonoros, além de causar interferênciaeletromagnética. 
A geração de energia elétrica a partir do vento consiste na utilização de grandes 
turbinas sustentadas em torres para captação do vento incidentes sobre essas. Com 
a incidência dos ventos sobre as pás das turbinas, ocorre a transferência de energia 
mecânica cinética das massas de ar para as próprias turbinas, as quais passam a 
realizar um movimento circular em torno do seu eixo. Com o movimento do eixo das 
turbinas, conhecido como eixo de baixa velocidade, aciona-se uma caixa de 
engrenagens, a qual faz a conexão entre o eixo do rotor das turbinas e o eixo de alta 
velocidade, regulando a velocidade mecânica de cada eixo. O eixo de alta velocidade 
é então conectado à um gerador elétrico, o qual converte a energia mecânica que 
causa a rotação do eixo de alta velocidade em energia elétrica. 
Esta energia elétrica é gerada em corrente alternada com uma frequência variável, 
o que inviabiliza a conexão direta entre o gerador eólico e a rede elétrica. Com isso, é 
comum a utilização de um conjunto de conversores elétricos de potência, sendo 
primeiramente utilizado um retificador, ou conversor CA-CC, convertendo a energia 
em corrente alternada para corrente contínua, seguido por um conversor CC-CA, o 
qual gera uma corrente alternada na frequência adequada para a rede, e podendo ter 
os parâmetros dos níveis de tensão e corrente apropriados para conexão com a rede, 
ou necessitando de um transformador para possibilitar essa conexão, de acordo com 
a natureza da instalação e da rede elétrica local. 
Devido à considerável variação da velocidade e direção de incidência do vento ao 
longo do dia, aerogeradores modernos são providos de recursos tecnológicos para se 
adequarem a estas oscilações meteorológicas. As principais técnicas de regulação de 
um aerogerador são: 
 Controle Estol: também conhecido como controle stall ou controle passivo, 
consiste na confecção das pás das turbinas de acordo com um projeto 
aerodinâmico, de forma que quando a velocidade do vento incidente sobre estas 
ultrapassa o valor da velocidade nominal para o qual o aerogerador foi projetado, 
16 
 
o escoamento do vento em torno da pá “descola” da sua superfície, aumentando 
a sua força de arrasto (NETO, P. A. B. Energia Eólica, UFLA/FAEPE, Lavras). A 
Figura 8 ilustra a ocorrência deste tipo de controle, reservando a observação de 
que a força de sustentação faz a pá girar, e a força de arrasto atua para a redução 
da velocidade da pá: 
 
Figura 8 – Ilustração Controle Estol (Fonte: NETO, 2010) 
 
A Figura 9, ilustra a curva de potência de um aerogerador com controle do 
tipo estol: 
 
Figura 9 – Curva de Potência com Controle Estol (Fonte: CARVALHO, 2003) 
 
 Controle Pitch: também denominado por controle ativo, consiste na alteração do 
ângulo de passo das hélices, através da sua rotação longitudinal destas, através 
de acionadores eletromecânicos. Com esta alteração, reduz-se o ângulo de ataque 
da incidência dos ventos sobre as hélices do aerogerador, reduzindo, desta forma, 
a energia cinética captada pelas pás e, consequentemente, e a sua velocidade de 
rotação (NETO, P. A. B. Energia Eólica, UFLA/FAEPE, Lavras). A Figura 10 abaixo 
ilustra a atuação do controle pitch, com a variação da angulação das pás de uma 
turbina: 
17 
 
 
Figura 10 – Ilustração Controle Pitch (Fonte: NETO, 2010) 
 
A Figura 11 a seguir ilustra a curva de potência de um aerogerador com 
controle do tipo pitch: 
 
Figura 11 – Curva de Potência com Controle Pitch (Fonte: CARVALHO, 2003) 
 
 Controle Yaw: enquanto os controles do tipo Pitch e Estol abordam as questões 
resultantes da variação da velocidade do vento, o controle Yaw é uma solução 
para problemas inerentes à variação da direção de incidência do vento. Este tipo 
de controle consiste na capacidade da torre de sustentação de girar a nacele e, 
consequentemente, o eixo das turbinas, de forma a reduzir o ângulo entre a 
18 
 
incidência do vento sobre as pás e a eixo frontal da nacele. Com isso, eleva-se a 
incidência de vento sobre as turbinas e, consequentemente, a eficiência do 
sistema. Para realizar este ajuste, a torre deve conter um motor capaz de mover a 
nacele e um sistema de aferição da direção do vento em tempo real no local. Com 
isso, este tipo de controle tende a elevar o custo do investimento e estar presente 
somente em aerogerador modernos. A Figura 12 seguir ilustra o controle Yaw 
sobre um aerogerador: 
 
Figura 12 – Ilustração Controle Yaw (Fonte: Hanuman Wind, 2009) 
 
2.3 GERAÇÃO DISTRIBUIDA 
Geração distribuída é caracterizada como a instalação de geradores de energia a 
partir de fontes renováveis ou cogeração qualificada, localizados próximos dos centros 
de consumo e conectados à rede elétrica através de unidades consumidoras. Para 
potência instalada inferior a geração distribuída é classificada em microgeração 
distribuída até 75 kW e minigeração distribuída para potencias instaladas superiores 
a 75 kW e inferiores a 3 MW para fontes hídricas 5 MW para as demais (ANEEL,2016). 
2.3.1 Procedimento para Conexão à Rede de Distribuição 
Para o reconhecimento da unidade como micro ou mini geração distribuída são 
necessárias solicitações e pareceres de acesso detalhados na secção 3.7 do modulo 
19 
 
3 do PRODIST (ANEEL,2016). Abaixo, a Figura 13 apresenta as etapas obrigatórias 
para que o acessante tenha direito a conexão, onde os passos em vermelho 
representam etapas realizadas pela distribuidora e em azul pelo consumidor 
(ANEEL,2016) 
 
Figura 13 – Procedimento para acesso à Rede de Distribuição (Fonte: ANEEL, 2016) 
2.3.2 Incidência de Impostos Federais e Estaduais 
A definição sobre a cobrança de tributos federais e estaduais cabe à Receita 
Federal do Brasil e às Secretarias de Fazenda Estaduais. A seguir serão 
apresentadas informações referentes ao ICMS e PIS/COFINS (ANEEL,2016). 
 ICMS – IMPOSTO SOBRE CIRCULAÇÃO DE MERCADORIAS E SERVIÇOS 
É um tributo estadual aplicável a energia elétrica. Desde a publicação do Convenio 
ICMS16 de 22/04/2015 o ICMS incide somente sobre a diferença entre consumo e 
geração e é isento para geração excedente. O estado do Paraná está entre os poucos 
que ainda não aderiram ao ICMS 16/2015 fazendo com que o ICMS incida sobre a 
geração excedente (ANEEL,2016). 
20 
 
 PIS/COFINS 
São tributos federais, logo aplicáveis a todos os estados. Desde a publicação da 
lei n°13.169/2015 de 06/10/2015 o tributo é aplicado somente sobre a diferença 
positiva entre consumo e energia injetada na rede elétrica. 
2.4 COMPENSAÇÃO 
Trazida pela resolução normativa n° 482/2012 o sistema de compensação de 
energia elétrica permite que o excedente de energia gerada pela unidade consumidora 
com micro o mini geração distribuída seja injetado na rede da distribuidora, a qual 
funcionara como uma bateria, armazenando esse excedente (ANEEL,2016). 
Existe a possibilidade dos créditos adquiridos por uma unidade consumidora 
serem utilizados por outras unidades previamente cadastradas dentro da mesma área 
de concessão. 
A seguir foi apresentado o procedimento de faturamento para microgeração ou 
minigeração no local do consumo. 
 A energia injetada em determinado posto trifásico (ponta, fora ponta ou 
intermediário) se houver deve ser utilizada para compensar energia nesse mesmo 
posto; 
 O valor a ser faturado é a diferença positiva entre a energia consumida e a injetada, 
considerando-se também eventuais créditos de meses anteriores, sendo que caso 
esse valor seja inferior ao custo de disponibilidade, para o caso de consumidores 
do Grupo B (baixa tensão), será cobrado o custo de disponibilidade; 
 Para os consumidores do Grupo A (alta tensão), não há valor mínimo a ser pago 
a título de energia. Contudo, os consumidores continuam sendo normalmente 
faturados pela demanda; 
 Após a compensação na mesma unidade consumidora onde está instalada a micro 
ou minigeração distribuída,se ainda houver excedente, um percentual dos créditos 
poderá ser utilizado para abater o consumo de outras unidades escolhidas pelo 
consumidor no mesmo ciclo de faturamento; 
 Os créditos remanescentes podem ser utilizados por até 60 meses após a data do 
faturamento 
21 
 
 
A Figura 14 e a Figura 15 a seguir esquematizam o processo de Compensação de 
energia elétrica. 
 
Figura 14 - Processo de Compensação de Energia Elétrica I (Fonte: ANEEL, 2016) 
 
Figura 15 - Processo de Compensação de Energia Elétrica II (Fonte: ANEEL, 2016) 
As Figuras 14 e 15 apresentam a metodologia e o processo para a aquisição de 
créditos no sistema de compensação de energia. De acordo com a ANEEL os créditos 
são adquiridos subtraindo-se a energia injetada da consumida para cada posto. 
Quando se deseja utilizar créditos, adquiridos em um certo posto, em outro posto 
horário estes devem ser ajustados. Esse ajuste é necessário pelo fato das diferentes 
tarifas dos postos e se dá através de um fator de ajuste. Uma vez adquiridos os 
22 
 
créditos estes podem ser usados em casos de energia consumida superior a e injetada 
simulando acréscimo de geração. (ANEEL,2016) 
3. PROJETO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO 
3.1 METODOLOGIA DO PROJETO FOTOVOLTAICO 
Ao se projetar um sistema de geração fotovoltaica existem basicamente dois 
agentes limitantes para realizar tal dimensionamento, a área disponível para alocação 
dos painéis e a potência instalada. Para conseguir trabalhar com esses fatores sem 
ter problemas é necessário seguir uma série de passos, apresentados abaixo: 
 Realizar o levantamento de dados de radiação solar no local onde se deseja 
implantar o sistema; 
 Realizar o levantamento de dados de consumo e demanda do estabelecimento 
escolhido; 
 Realizar a escolha do painel a ser utilizado; 
 Realizar a escolha do inversor de frequência que será utilizado; 
 Calcular e dimensionar os arranjos de conexão dos painéis; 
 Cruzar dados de irradiação com os dados do sistema de geração estimando a 
energia gerada. 
 
3.1.1 Levantamento de Dados de Radiação 
 Para a determinação do potencial de geração de energia elétrica a partir de 
fontes solares, necessita-se primeiramente fazer um estudo da irradiação solar na 
região em que os painéis serão instalados. Para isso, foram avaliados dados de 
diferentes fontes, visando a obtenção de um cenário mais próximo ao real. 
 Primeiramente foi utilizado o software “Radiasol 2”, desenvolvido pelo LABSOL 
(Laboratório De Energia Solar), da Escola de Engenharia da Universidade Federal do 
Rio Grande do Sul (UFRGS). A partir deste, obteve-se os dados da irradiação média, 
em kWh/m²/dia, na cidade de Curitiba, e dados das irradiâncias médias horárias, em 
W/m², de cada mês na cidade de Curitiba. 
Uma vez que, o local para implantação do sistema de geração está situado na 
cidade de Campo Largo, foi necessário obter os dados de irradiância e irradiação para 
23 
 
o mesmo. Como o software “Radiasol 2” não possui, em seu banco de dados, 
informações referentes a cidade de Campo Largo, foi preciso buscar outra fonte. Para 
a obtenção dos dados necessários foi utilizado o banco de dados do CRESESB – 
SUNDATA, porém os dados ali contidos eram apresentados com periodicidade 
mensal, opostamente à periodicidade diária do “Radiasol 2”. 
 Os dados obtidos, tanto do “Radiasol 2” quanto no CRESESB – SUNDATA 
individualmente eram insuficientes para o desenvolvimento de um projeto fiel. Logo, 
baseado nos dados do CRESESB – SUNDATA aplicou-se um fator de correção aos 
dados do “Radiasol 2” a fim de obter os dados de irradiação média (kWh/m²/dia) e 
irradiância média (W/m²) mensal para a cidade de Campo Largo. 
 A fim de verificar a validade dos dados, foi feita uma comparação entre os três 
bancos de dados obtidos analisando-se as HSP’s (horas de sol pleno) visando não 
encontrar nenhuma variação abrupta entre os mesmos. 
3.1.2 Levantamento de Dados de Consumo e Demanda 
Quando se deseja instalar um sistema de geração em uma indústria o principal 
motivo é o abatimento de gastos com energia. Para que seja possível projetar um 
sistema de geração capaz de suprir com o consumo e a demanda de tal indústria, é 
de extrema importância que se tenha em mãos os dados como a curva de carga e o 
consumo médio do local. 
Para o levantamento desses dados foi realizada uma análise do histórico de 
demanda contratada e consumo mensal e foi solicitado à Cocel que disponibilizasse 
a curva de carga da empresa Novvalight. 
3.1.3 Escolha do Painel 
A escolha do painel é um fator muito importante do ponto de vista econômico, 
uma vez que, a economia gerada pelo sistema vem do mesmo. Para poder escolher 
o painel que melhor se enquadrava no cenário e com maior compromisso entre 
eficiência e custo foi realizado um estudo comparativo entre oito painéis, alguns sendo 
de diferentes fornecedores. Para a análise foram levados em conta aspectos de 
operação como potência de pico, tensão de máxima potência, corrente de máxima 
24 
 
potência, coeficientes térmicos de tensão, corrente e potência e aspectos econômicos 
como custo por watt (R$/W) e custo unitário dos painéis. 
3.1.3.1 Seleção da inclinação dos painéis 
A escolha da inclinação em que os painéis serão posicionados é um outro fator 
fundamental no dimensionamento de um sistema de geração de energia elétrica a 
partir de painéis fotovoltaicos. Isso decorre do fato de que existe um desnivelamento 
da incidência solar sobre a superfície da Terra, devido à sua curvatura. Desta forma, 
torna-se possível e necessário (para a obtenção da eficiência máxima) o 
estabelecimento de uma relação entre a latitude do local da instalação e a inclinação 
dos painéis solares. 
 
3.1.4 Seleção do Inversor 
 A escolha do inversor se dá da mesma maneira que a dos painéis. Foram 
levados em conta parâmetros técnicos como, tensão e corrente máxima por MPPT 
(rastreador de máxima potência) , potência nominal de entrada CC e saída CA, 
eficiência e parâmetros econômicos como custo unitário do inversor. 
3.1.5 Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico 
O dimensionamento é o coração do projeto, é nesta etapa que se define o 
tamanho do investimento assim como seus parâmetros finais, objetivos. O primeiro 
dado a ser estudado para o dimensionamento do sistema é a energia que deseja-se 
suprir. Este dado é importante pois com a energia desejada é dimensionada a potência 
máxima instalada. Calcula-se a potência instalada a partir da equação (1) apresentada 
a seguir (CRESESB,2014). 
 𝑃𝐹𝑉 =
𝐸
𝐻𝑆𝑃∗𝑇𝐷
 (1) 
Onde: 
 𝑃𝐹𝑉 − 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 [𝑘𝑊𝑝] 
 𝐸 − 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎 [𝑘𝑊ℎ 𝑑𝑖𝑎⁄ ] 
 𝐻𝑆𝑃 − 𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑜 [𝑘𝑊 𝑚2/𝑑𝑖𝑎⁄ ] 
25 
 
 𝑇𝐷 − 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑚𝑝𝑒𝑛ℎ𝑜 [𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙] 
A TD representa a relação entre o desempenho real e máximo desempenho 
teórico possível, isso simboliza as perdas totais do sistema ao converter energia CC 
para CA e usualmente TD é adotado entre 70 e 80%(CRESESB,2014). 
Uma vez tendo-se uma meta de potência instalada é preciso dimensionar o 
sistema a fim de somar tal meta. O número de módulos necessários para suprir essa 
potência é calculado dividindo-se a potência instalada pela potência máxima do 
módulo (CRESESB,2014). 
𝑁𝑡𝑜𝑡_𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =
𝑃𝐹𝑉
𝑃𝑚𝑝𝑝
 (2) 
O número de módulos conectados em série deve resultar em tensões que 
atendam à faixa de tensão seguidor de máxima potência do inversor (MMPT). Durante 
o verão, no Brasil a temperatura dos módulos dos SFVs pode atingir valores 
superiores a 70 °C, tendo como consequência a redução da tensão c.c. do sistema. 
Deve-se, portanto, avaliar se o SFCR possui número suficiente de módulos 
conectados em série, de modo que a tensão do painel FV seja superior à mínima 
tensão de (MPPT) do inversor. Casoa tensão do painel se reduza abaixo da mínima 
tensão do MPPT do inversor, a sua eficiência ficará comprometida e poderá provocar 
a sua desconexão. Da mesma forma nos períodos frios, a tensão de potência máxima 
da série FV na mínima temperatura de operação prevista deve ser inferior a tensão 
máxima de operação do MPPT do inversor (CRESEB, 2014). 
 
𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑎𝑥)
< 𝑁º𝑚𝑜𝑑/𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 <
𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑖𝑛)
 (3) 
Onde 
 𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑖𝑛 − 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑀𝑃𝑃𝑇 [𝑉] 
 𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑀𝑃𝑃𝑇[𝑉] 
 𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑖𝑛) −
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑎 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑎 [𝑉] 
26 
 
 𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑎𝑥) − 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑎 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑎[𝑉] 
 𝑁º𝑚𝑜𝑑/𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 − 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑟ã𝑜 𝑢𝑚𝑎 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 
 
Onde 
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑡𝑒𝑚𝑝 °𝐶) = (1 +
∆𝑡∗∆𝑉
1000
) ∗ 𝑉𝑚𝑝𝑝 (4) 
 
 ∆𝑡 − 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑖𝑛𝑒𝑙 𝑒𝑚 𝑆𝑇𝐶 𝑒 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑙 (°𝐶) 
 ∆𝑉 − 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 [𝑉 °𝐶⁄ ] 
O inversor FV possui uma corrente máxima de entrada c.c. Para garantir que 
este valor não seja ultrapassado, pode-se calcular o número máximo de fileiras das 
séries fotovoltaicas, conectadas em paralelo (CRESEB, 2014): 
𝑁𝑆𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠_𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 ≤
𝐼max 𝑖𝑛𝑣 𝑆𝐶
𝐼𝑆𝐶
 (5) 
Onde 
 𝐼max _𝑖𝑛𝑣 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑛𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟[𝐴] 
 𝐼𝑆𝐶 − 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝐹𝑉 𝑛𝑎𝑠 𝑆𝑇𝐶[𝐴] 
 𝑁𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠_𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 − 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑟ã𝑜 𝑢𝑚𝑎 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 
Para encontrar a escolha apropriada do inversor é calculado o fator de 
dimensionamento do inversor (CRESESB,2014). 
𝐹𝐷𝐼 =
𝑃𝑛_𝐶𝐴
𝑃𝑓𝑣
 (6) 
Onde: 
𝑃𝑛𝐶𝐴 − 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑚 𝐶𝐴 𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟[𝑊] 
O FDI ou fator de dimensionamento do inversor representa a relação entre a 
potência nominal do inversor e a potência gerada pelo arranjo. Os arranjos ótimos se 
27 
 
dão para um FDI numa faixa entre 0,75 e 1,2. Pode-se observar que um FDI inferior a 
1 representa que a potência do arranjo é superior a potência nominal do inversor, isso 
se torna usual pelo fato de o painel dificilmente operar em sua região nominal STC, 
logo o mesmo operara com uma potência inferior à nominal (CRESESB,2014). 
Dimensionados os arranjos é possível estimar o número de arranjos que 
comporão o sistema fotovoltaico. Simplesmente dividindo-se o número total de painéis 
do sistema pelo número de painéis por arranjo. 
O passo final é a estimativa da geração, levando em conta para os arranjos a 
eficiência do inversor, foi calculada a energia gerada (CRESESB,2014). 
𝐺 = 𝜂𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 ∗ 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 ∗ 𝐴𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 ∗ 𝐼𝑠𝑜𝑙 ∗ 𝜂𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 ∗ (1 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠) (7) 
Onde: 
 𝐺 − 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 [𝑊ℎ] 
𝜂𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 − 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 [%] 
𝐴𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 − 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 [𝑚²] 
𝐼𝑠𝑜𝑙 − 𝐼𝑛𝑠𝑜𝑙𝑎çã𝑜 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 [𝑊ℎ 𝑚²⁄ ] 
𝜂𝑖𝑛𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 − 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 [%] 
𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠ã𝑜 𝐶𝐶 − 𝐶𝐴 [%] 
Segundo nota técnica da EPE – Analise da inserção de geração solar na Matriz 
Elétrica Brasileira (EPE,2012) as perdas são consideradas por volta de 3% ôhmicas, 
3% nos diodos de bloqueio, 3% por sujeira e 2% por sombreamento. Realizando esse 
método e utilizando os valores de insolação obtidos no levantamento de dados obtém-
se a estimativa de geração do sistema. 
Uma vez realizado os dimensionamentos foram dimensionados os condutores 
responsáveis por conectar os painéis ao painel elétrico e ao inversor (corrente 
continua), assim como os condutores responsáveis pela conexão do sistema a rede 
elétrica (corrente alterada). Para o seguinte cálculo é aplicada a seguinte equação (8) 
(CRESESB,2014). 
28 
 
𝑆𝑚𝑚² =
𝜌∗𝐿∗𝐼𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟
∆𝑉
 (8) 
Onde: 
𝑆𝑚𝑚² − 𝑠𝑒çã𝑜 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 [𝑚𝑚²] 
𝜌 − 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑏𝑜 [Ω𝑚𝑚2/𝑚] 
𝐼𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 − 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 [𝐴] 
Δ𝑉 − 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 [%] 
𝐿 − 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜(𝑖𝑑𝑎 𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎) 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 [𝑚] 
Além de dimensionar os condutores necessários para a conexão do sistema foi 
preciso projetar os dispositivos de proteção. 
Os dispositivos para a proteção do sistema são dimensionados de acordo com 
as normas NBR 5410 e NTC-031 assim como as especificações dos fabricantes dos 
inversores e painéis. Para a proteção dos cabos e painéis contra as correntes reversas 
e curto-circuito foi necessário dimensionar fusíveis DC FV para ambas as polaridades 
dos cabos dos painéis. Além dos fusíveis as normas citadas preveem uma chave de 
seccionamento para o lado DC, um disjuntor DC bipolar. 
Também foi necessário dimensionar um sistema de proteção contra distúrbios 
atmosféricos, tanto no lado AC quando DC. Na saída do inversor, fora dimensionado 
um sistema de seccionamento (disjuntor tripolar AC) assim como DSV ou dispositivo 
de seccionamento visível, como previsto na norma técnica da concessionaria Cocel 
em campo largo. 
 Fusível. 
O fusível é um dispositivo acoplado a cada string com o intuito de isolar e proteger 
o sistema de geração, painéis, contra sobrecorrente. Mesmo que o inversor 
selecionado já conte com um dispositivo de desconexão contra curto circuito e sobre 
corrente. Assim são dimensionados os fusíveis utilizando a equação (9) (CRESEB, 
2014): 
𝐼𝑓𝑢𝑠𝑖𝑣𝑒𝑙 = 1,5 ∗ 𝐼𝑆𝐶 (9) 
29 
 
Onde foi considerado que a corrente cujo fusível dispara deve ser 1,5 vezes a máxima 
corrente da string. Além da corrente, o fusível deve suportar a tensão da string. 
 Disjuntor CC 
 Para o disjuntor CC foi considerado um limite de 1,25 vezes a corrente de curto 
circuito da string, como apresentado na equação (10) (CRESEB, 2014). 
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟,𝐶𝐶 ≥ 1,25 ∗ 𝐼𝑆𝐶 (10) 
O mesmo também deve suportar a tensão direta da string. 
 Dispositivo de Proteção de Surto (DPS CC) 
O DPS necessário no lado DC deve ser do tipo 2, protegendo os equipamentos 
contra surtos indiretos propagados pela rede. O dispositivo foi dimensionado com o 
uso da equação (11) (CRESEB, 2014). 
𝑉𝐷𝑃𝑆 = 1,2 ∗ 𝑁 ∗ 𝑉𝑂𝐶 
 (11) 
Considerando o número de painéis da string e a tensão de circuito aberto do mesmo. 
 Disjuntor CA 
Para o lado de corrente alternada o disjuntor foi dimensionado com o auxílio da 
equação (12) (CRESEB, 2014). 
𝐼𝑁 ≤ 𝐼𝐷𝐼𝑆𝐽,𝐶𝐴 ≤ 𝐼𝐶𝐴𝑃 (12) 
Onde 
𝐼𝑁 − 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟 [𝐴] 
𝐼𝐶𝐴𝑃 − 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑜 𝑐𝑎𝑏𝑜 [𝐴] 
 Dispositivo de proteção contra surtos atmosféricos (DPS CA) 
Assim como para o lado DC foi dimensionado o DPS utilizando a equação (13) 
(CRESEB, 2014) 
𝑉𝐷𝑃𝑆 = 1,1 ∗ 𝑉𝑟𝑒𝑑𝑒 (13) 
30 
 
Onde 
𝑉𝑟𝑒𝑑𝑒 − 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑓𝑎𝑠𝑒 − 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑑𝑒 [𝑉] 
A Figura 16 mostra como e onde os DPS devem ser instalados. 
 
Figura 16 - Conexão dos DPS no sistema. (Fonte: FINDER, 2012) 
Figura 17 apresenta um esquemático do sistema de proteção do sistema 
fotovoltaico. 
 
Figura 17 – Esquema de conexão sistema de proteção (Fonte: SANTANA, 2014)3.2 RESULTADOS DO PROJETO FOTOVOLTAICO 
3.2.1 Seleção da inclinação dos painéis 
A escolha da inclinação dos módulos solares deve ser ajustada conforme a 
latitude do local da instalação dos mesmos, de forma que a superfície inclinada esteja 
sempre voltada para a linha do Equador. Desta forma, obtém-se a maximização da 
incidência solar sobre os painéis e, consequentemente, uma elevação da eficiência 
total do sistema. 
31 
 
No livro “Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações - Sistemas 
Isolados e Conectados à Rede” (2012), Marcelo Gradella Villalva e Jonas Rafael 
Gazoli apresentam uma metodologia para a escolha da inclinação dos módulos 
solares. Esta metodologia é apresentada, de forma resumida, pela seguinte tabela, 
obtida do mesmo livro: 
 
Tabela 1 – Inclinação dos Módulos Solares (Fonte: VILLALVA & GAZOLI, 2012) 
 Utilizando esta metodologia, e estando a instalação situada em uma latitude de 
aproximadamente 25° no hemisfério sul, a inclinação ideal para os painéis seria de 
30°, posicionadas com a sua superfície direcionadas ao norte. 
 Entretanto, de forma a reduzir gastos com as estruturas necessárias para 
posicionar os painéis na posição ideal, optou-se pela instalação dos painéis 
diretamente sobre a estrutura já existente do telhado do galpão da indústria. Com 
isso, os módulos solares serão posicionados com uma inclinação de 10°, face norte, 
com um desvio azimutal de 34°. 
 Com isso, haverá deliberadamente uma perda da eficiência total do sistema. 
Entretanto, essa perda pode ser desprezada devido à decorrente economia no custo 
total da instalação e devido ao fato de que a grande quantidade de painéis solares 
que poderá ser instalada no local será capaz de gerar energia suficiente para suprir a 
demanda local. 
3.2.2 Levantamento dos Dados de Radiação 
O local da instalação para o qual este projeto está sendo desenvolvido está 
localizado na cidade de Campo Largo, possuindo as seguintes coordenadas 
geográficas: 
 
32 
 
𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒: 25.485203° 𝑆𝑢𝑙 
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒: 49.566804° 𝑂𝑒𝑠𝑡𝑒 
 
Como citado anteriormente as bases de dados que foram utilizadas para o 
levantamento dos dados meteorológicos na região foram os softwares “Radiasol 2” e 
CRESESB – SUNDATA os quais foram interpolados a fim de obter dados mais 
consistentes. A Tabela 1 apresenta os dados obtidos do “Radiasol 2” da irradiância 
média para a cidade de Curitiba considerando-se os painéis instalados sobre as aguas 
do barracão com azimute em 34°NE e com inclinação de 10°. 
 
Tabela 2 - Irradiação solar horária média mensal em Curitiba, inclinação de 10°, 
Azimute 34° (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
Para a comparação e ajuste dos dados foram utilizados os dados de irradiação 
média para em Campo Largo para um azimute em 0°N e plano horizontal obtidos do 
CRESESB – SUNDATA. Esses dados estão apresentados na Figura 18. 
33 
 
 
Figura 18 – Irradiação solar diária média mensal em Campo Largo. 
(Fonte: CRESESB – SUNDATA, 2017) 
Para o ajuste também fora necessário obter os dados de irradiação média com 
mesmo azimute e inclinação para a cidade de Curitiba obtidos no “Radiasol 2” e 
apresentados abaixo. 
 
Figura 19 – Irradiação solar diária média mensal no plano Horizontal em Curitiba 
(Radiasol 2). (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
34 
 
O ajuste dos dados de Irradiação solar horaria média mensal obtidos no 
“Radiasol 2” da cidade de Curitiba, fez-se realizando a proporcionalidade (equação 
14) para todos os valores da Tabela 1. 
𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖â𝑛𝑐𝑖𝑎𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 34°𝑁𝐸 ∝10° = 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖â𝑛𝑐𝑖𝑎𝑐𝑢𝑟𝑖𝑡𝑖𝑏𝑎 34°𝑁𝐸 ∝10° ∗
𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜
𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜𝑐𝑢𝑟𝑖𝑡𝑖𝑏𝑎 
 
(14) 
Obtendo-se os dados de rradiação solar diária média mensal em Campo largo 
apresentados na Tabela 2. 
 
Tabela 3 – Irradiância solar horária media mensal corrigida resultante em Campo 
Largo (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
3.2.3. Levantamento de Dados de Consumo e Demanda 
Os dados de demanda e consumo da empresa Novvalight, local onde é 
realizada a analise deste trabalho, foram obtidos analisando-se as faturas desde maio 
de 2016 até maio de 2017, obtendo-se a relação de demanda e consumo assim como 
seus respectivos valores médios apresentados na Tabela 3. 
35 
 
 
Tabela 4 – Consumo e Demanda energética da Novvalight 
(Fonte: Autoria Própria, 2017) 
3.2.4. Seleção do Painel 
Levando-se em consideração aos parâmetros básicos para a escolha de um 
painel foi implementada a Tabela 4, apresentada a seguir, com a qual foram 
representados graficamente os coeficientes de temperatura, preço por watt e preço 
unitário dos painéis. 
 
Tabela 5 – Escolha dos Módulos Solares (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
36 
 
 Dentre os diversos fatores utilizados para a análise do painel que melhor se 
enquadraria no projeto em estudo, os que mais impactaram na seleção foram o custo 
unitário (R$/kWp), quanto menor representa um melhor custo benefício, os 
coeficientes de temperatura, cuja finalidade é informar as variações de tensão, 
corrente e potência do painel em função da temperatura e, por fim, a eficiência do 
painel. Comparando esses fatores dos diferentes painéis acima apresentados chegou-
se à conclusão que o painel que apresenta o melhor compromisso entre custo e 
desempenho, é o painel CS6K-270P fabricado pela Canadian Solar. 
3.2.5. Seleção do Inversor 
Assim como para a seleção dos painéis mas já com uma breve analise de 
implementação dos arranjos foi elaborada uma tabela para a escolha. 
 
Tabela 6 – Escolha do inversor de frequência (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
Analisando-se a Tabela 6 foi selecionado o inversor que possuísse maior 
eficiência, menor preço unitária (R$/kW) e que se enquadrasse com o tipo de 
alimentação do sistema da indústria, sendo esse trifásico 380V. Comparando-se os 
diferentes inversores chegou-se a conclusão que o inversor que apresentava melhor 
compromisso entre custo e desempenho é o Symo 12.5-3M fabricado pela Fronius. 
3.2.6. Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico 
 
A potência instalada total necessária para suprir a energia consumida é 
calculada com o auxilio da equação (1). 
𝑃𝐹𝑉 =
𝐸
𝐻𝑆𝑃 ∗ 𝑇𝐷
=
22322
30
4,30 ∗ 0,80
= 216,29𝑘𝑊𝑝 
37 
 
Onde o consumo diário é calculado pela divisão do valor médio de consumo 
mensal apresentados na tabela 3 por 30, representado o número médio de dias por 
mês, o HSP foi extraído da Tabela 2 e a taxa de desempenho (TD) é usualmente 
considerado 0,80. 
 O número total de painéis necessários para que se alcance a potência instalada 
estimada é calculado dividindo-se a potência total do sistema pela potência individual 
do painel de acordo com a equação (2). 
𝑁𝑡𝑜𝑡𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =
𝑃𝐹𝑉
𝑃𝑚𝑝𝑝
=
216,29
270
= 812 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 
 
Como a área necessária para a alocação dos 812 painéis excede a área 
disponível, foi limitado o número de painéis, 600 ao todo. Para isso foi calculada a 
nova potência instalada com o auxilio da equação (3) 
𝑃𝐹𝑉 = 𝑃𝑚𝑝𝑝 ∗ 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 = 270 ∗ 600 = 162𝑘𝑊𝑝 
 
 Esses painéis serão instalados nas aguas com azimute 34°NE aproveitando-
se ao máximo a radiação solar. Uma vez deliberado o número de painéis a serem 
arranjados no circuito foi necessário definir a faixa para operação em máxima potência 
do inversor, para esse cálculo foi preciso primeiramente calcular o os valores máximos 
e mínimos de tensão, operando em temperaturas extremas. No site CLIMATE-DATA 
foi extraída uma Tabela informando dados de temperatura máxima e mínima em 
Campo Largo apresentado abaixo. 
 
Tabela 7 –Temperaturas Mensais de Campo Largo (CLIMATE-DATA, 2017) 
38 
 
Mesmo sabendo que a média de temperatura mínima está na faixa de 7°C foi 
considerado um fator de segurança e dimensionou-se o sistema considerando uma 
temperatura mínima de 0°C. Para a temperatura mínima, pode se considerar que o 
painel terá a mesma temperaturade ambiente pois na maioria dos casos a 
temperatura mínima ocorre nas madrugadas e noite onde o sistema este inativo. Já 
para o caso de temperatura máxima normalmente é registrada durante horas de sol 
logo foi considerado que o painel estaria em operação assim havendo perdas por 
efeito joule, logo a temperatura máxima alcançada pelo painel foi estimada em 60°C. 
Para os dois casos é calculada a tensão em máxima potência MPP através da 
equação (4). 
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑡𝑒𝑚𝑝 °𝐶) = (1 +
∆𝑡 ∗ ∆𝑉
1000
) ∗ 𝑉𝑚𝑝𝑝 
Logo, 
 
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑖𝑛) = (1 +
(0−25)∗(
−0,31
100
∗30,8)
1000
) ∗ 30,8 = 30,87 𝑉; 
𝑉𝑚𝑝𝑝 (𝑇𝑚𝑎𝑥) = (1 +
(60−25)∗(
−0,31
100
∗30,8)
1000
) ∗ 30,8 = 30,69 𝑉. 
Do datasheet, mostrada na Tabela 6, do inversor foram retirados os dados de 
máximo e mínimo valor de tensão para cada entrada rastreadora de máxima potência 
MPPT, onde 
𝑉𝑚𝑝𝑝_𝑚𝑖𝑛 = 200 𝑉 e 𝑉𝑚𝑝𝑝_𝑚𝑖𝑛 = 800 𝑉 
Tendo os dados de tensões de entrada do inversor e de tensões de operação 
em MPP do painel pode-se calcular os limites de painéis por string em cada arranjo 
através da equação (5). 
𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑚𝑝𝑝 (0º𝐶)
< 𝑁º𝑚𝑜𝑑/𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 <
𝑉𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥
𝑉𝑚𝑝𝑝 (60º𝐶)
; 
 
200
30,87
< 𝑁º𝑚𝑜𝑑/𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 <
800
30,69
; 
39 
 
 
6 < 𝑁º𝑚𝑜𝑑/𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 < 26. 
Como o inversor que está sendo utilizado possui 6 entradas, para o mesmo é 
calculado o número de strings que o inversor suporta baseado em sua corrente 
máxima de entrada MPPT, como apresentado abaixo. 
𝑁𝑆𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠_𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 ≤
𝐼max 𝑖𝑛𝑣 𝑆𝐶
𝐼𝑆𝐶
=
40,5
9,32
= ~4 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠 
O arranjo escolhido é composto por três strings em paralelo, com vinte módulos 
em série cada, resultando na tensão de circuito aberto no inversor é apresentada 
abaixo. 
𝑉𝑚𝑎𝑥,𝑖𝑛𝑣 = 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚 𝑠é𝑟𝑖𝑒 ∗ 𝑉𝑜𝑐 = 20 ∗ 37,9 = 758𝑉 
 
O último passo do dimensionamento é definir o número de painéis por string, 
baseado na faixa apresentada anteriormente [6 -26]. Para isso fora utilizado o fator de 
dimensionamento do inversor ou FDI, onde para que o mesmo opere em sua região 
de máxima eficiência esse fator geralmente é dimensionado entre 0,75 e 1,2. Abaixo 
é apresentado o cálculo do FDI de acordo com a equação (6). 
𝐹𝐷𝐼 =
𝑃𝑛_𝐶𝐴
𝑃𝑓𝑣
=
𝑃𝑛_𝐶𝐴
𝑃𝑓𝑣 ∗ 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠𝑠é𝑟𝑖𝑒 ∗ 𝑁𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠_𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜
=
12500
270 ∗ 20 ∗ 3
= 0,77 
Onde a tensão máxima de entrada suportada pelo inversor é 800V. A tensão 
de operação é a tensão a qual o inversor estará submetido durante o período de 
conversão. O valor máximo de entrada suportado em período de operação é 800V. 
Abaixo é apresentado o cálculo utilizando a equação (15) 
𝑉𝑚𝑝𝑝𝑡 = 𝑁𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑚 𝑠é𝑟𝑖𝑒 ∗ 𝑉𝑚𝑝𝑝 = 20 ∗ 30,8 = 616𝑉 (15) 
Para o mesmo arranjo a corrente de entrada dos MPPT do inversor é a corrente 
de curto circuito dos painéis multiplicada pelo número de strings em paralelo no MPPT 
como apresentado na equação (16) 
𝐼𝑠𝑐,𝑀𝑃𝑃𝑇1 = 𝐼𝑠𝑐 ∗ 𝑁𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠 = 9,32 ∗ 3 = 27,96𝐴 (16) 
40 
 
Onde, de acordo com o datasheet em anexo, o inversor suporta uma corrente 
de curto circuito de 40,5 A para o MPPT1 e 24,8 A para o MPPT2. Como as três strings 
estão conectadas ao MPPT1 esta corrente está de acordo com os limites do inversor. 
 A corrente de operação do arranjo é a própria corrente de máxima potência do 
modulo multiplicada pelo número de strings por MPPT como apresentado na equação 
(17). 
𝐼𝑚𝑝𝑝𝑡 = 8,75 ∗ 3 = 26,25𝐴 (17) 
 Para suportar o fluxo de energia de forma a minimizar as perdas e garantir a 
confiabilidade do sistema foram dimensionados os condutores com o auxílio da 
equação (8) e foram apresentados os dados na Tabela 8. 
 
Tabela 8 – Secção dos cabos utilizados no sistema. (Fonte: Autoria Própria, 2017) 
Onde foram dimensionados os dados para os diferentes arranjos até o 
inversor, e do inversor até o quadro de distribuição como apresentados na Figura 20. 
TRECHO COMPRIMENTO CONDUTIVIDADE DO MATERIAL CORRENTE ∆V SECÇAO VALORES COMERCIAIS
A 200 0,0178 8,75 2 15,575 16
B 216 0,0178 8,75 2 16,821 25
C 148 0,0178 8,75 2 11,5255 16
D 168 0,0178 8,75 2 13,083 16
E 156 0,0178 8,75 2 12,1485 16
F 174 0,0178 8,75 2 13,55025 16
G 98 0,0178 8,75 2 7,63175 10
H 142 0,0178 8,75 2 11,05825 16
I 14 0,0178 8,75 2 1,09025 2,5
J 216 0,0178 8,75 2 16,821 25
1 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
2 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
3 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
4 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
5 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
6 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
7 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
8 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
9 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
10 4 0,0178 19,9 4 0,35422 2,5
CA
CC
41 
 
 
Figura 20 – Disposição dos arranjos em relação ao QDG e a caixa de conexão. 
(Fonte: Autoria Própria, 2017) 
A proteção do sistema é um dos pontos mais importantes, é nele que se garante 
a segurança tanto dos equipamentos quando da energia. Como dispositivo de 
proteção para os painéis fotovoltaicos foram dimensionados os fusíveis através da 
equação (9). 
𝐼𝑓𝑢𝑠𝑖𝑣𝑒𝑙 ≥ 1,5 ∗ 𝐼𝑆𝐶 ≥ 1,5 ∗ 9,32 
𝐼𝑓𝑢𝑠𝑖𝑣𝑒𝑙 ≥ 13,98𝐴 
Portanto serão utilizados fusíveis de 15A pelo fato de serem os fusíveis 
comerciais mais próximos do valor calculado. 
Para os DPS serão utilizados equipamentos de classe – II nas strings e na 
entrada CC do inversor. Para a saída CA serão utilizados equipamentos trifásicos do 
tipo II para proteger o sistema contra surtos indiretos e do tipo I+II no quadro para 
além de proteger o sistema contra descargas indiretas diminui a probabilidade de que 
o surto direto se propague pelo sistema. A tensão que o DPS do lado CC deve suportar 
foi calculada com o auxilio da equação (11) (GAZOLI, VILLALVA & GUERRA, 2012). 
𝑉𝐷𝑃𝑆,𝐶𝐶 = 1,2 ∗ 𝑁 ∗ 𝑉𝑂𝐶 = 1,2 ∗ 20 ∗ 37,9 
𝑉𝐷𝑃𝑆 = 909,4𝑉 
42 
 
Logo será utilizado um DPS de 1kV. 
Para o DPS do lado CA será utilizado um equipamento que suporte tensão de 
operação calculada pela equação (13) (GAZOLI, VILLALVA & GUERRA, 2012). 
𝑉𝐷𝑃𝑆,𝐶𝐴 = 1,1 ∗ 220 = 242𝑉 
Logo o próximo valor comercial é 250V. 
Os disjuntores CC foram dimensionados a partir da equação (10) 
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟,𝐶𝐶 ≥ 1,25 ∗ 𝐼𝑆𝐶 ≥ 1,25 ∗ 9,32 
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗𝑢𝑛𝑡𝑜𝑟,𝐶𝐶 ≥ 11,65𝐴 
Considerando que o disjuntor deve suportar a tensão do arranjo serão utilizados 
disjuntores bipolares de 16 A e 1000 V pois é o valor comercial mais próximo do 
calculado. Os disjuntores CA serão tripolares pois a saída do inversor para a rede é 
380V trifásico e foi dimensionado pela equação (12) 
𝐼𝑁 ≤ 𝐼𝐷𝐼𝑆𝐽 ≤ 𝐼𝐶𝐴𝑃 
19,9 ≤ 25 ≤ 30 
Portanto serão utilizados disjuntores tripolares de 25A. 
Considerando que o sistema de corrente alternada e composto por 10 
inversores de 12500 W o disjuntor geral CA é dado pela equação (18) 
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑙,𝐶𝐴 = 𝑁𝑖𝑛𝑣 ∗ 𝐼𝐷𝐼𝑆𝐽 (18) 
𝐼𝑑𝑖𝑠𝑗 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑙,𝐶𝐴 = 10 ∗ 19,9 = 199 𝐴 
Portanto o disjuntor e dispositivo de seccionamento visível utilizado será de 
200A. 
43 
 
 
Tabela 9 – Estimativa Geração Fotovoltaica com 600 Painéis 
(Fonte: Autoria Própria, 2017) 
Abaixo está apresentado um comparativo de consumo e geração onde é 
possível perceber que o sistema fotovoltaico consegue suprir o consumo somente 
nos meses Janeiro, Fevereiro, Março e abril porem, durante as outras estações o 
sistema não é capaz de suprir o consumo, assim sendo neste trabalho, é 
considerado a participação da geração eólica. 
 
Figura 21 – Comparação Geração X Consumo Sistema Fotovoltaico 
(Fonte: Autoria Própria, 2017) 
 
44 
 
3.2.7. Fator de Capacidade 
 
A razão entre a energia efetivamente gerada pelo sistema fotovoltaico e a energia 
que poderia ser gerada pela mesma instalação, considerando uma situação em que 
os painéis gerassem com sua potência nominal, é denominada fator de capacidade. 
Essa razão é calculada através da equação (19). 
 
𝐹𝐶 =
𝑃𝐴𝐸