Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Centro Universitário das Faculdades Metropolitanas Unidas JULIA DEVAIL DA SILVA RA: 3439250 OZEIAS MENDES JUNIOR RA: 3824713 LUIS CARLOS RODRUIGUES RA: 3768562 GUILHERME DOS SANTOS BARBOZA RA: 5610920 JENNYFER KIMBERLY YASSIN CASILLA RA: 3314448 DENILSON SIMEÃO SILVERIO RA: 2384489 São Paulo 2022 JULIA DEVAIL DA SILVA RA: 3439250 OZEIAS MENDES JUNIOR RA: 3824713 LUIS CARLOS RODRUIGUES RA: 3768562 GUILHERME DOS SANTOS BARBOZA RA: 5610920 JENNYFER KIMBERLY YASSIN CASILLA RA: 3314448 DENILSON SIMEÃO SILVERIO RA: 2384489 ENERGIA SOLAR Relatório de fontes de energia apresentado no curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário das Faculdades Metropolitanas Unidas (FMU) São Paulo 2022 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO AO TEMA ABORDADO (DIMENSÃO HISTÓRICA) .................. 4/5 1.1. Surgimento da Energia Solar. ........................................................................... 4 1.2. Surgimento da Energia Solar no Brasil ............................................................. 5 1.3. Energia Solar Fotovoltaica ou como conhecemos hoje .................................... 5 2. SUSTENTABILIDADE (DIMENSÃO SOCIAL, POLITICA E AMBIENTAL) ... 6/7/8/9 2.1. Energia Solar e seus Impactos ......................................................................... 6 2.2. Certificações...................................................................................................7/8 2.3. Impactos Técnicos e Social da Energia Solar...................................................9 2.4. Integração Política e Publica da Energia Solar ................................................ .9 3. TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS E PARTICULARIDADES ....... 10/11/12 3.1. On Grid .......................................................................................................... 10 3.2. Off Grid...........................................................................................................11 3.3. Hibrido ........................................................................................................... 12 4. COMPONENTES ....................................................................................... 13/14/15 4.1. Módulos Fotovoltaicos e Tipos .................................................................. 13/14 4.2. Cabeamento ................................................................................................... 15 4.3 . Conectores ................................................................................................. 16/17 4.4. String Box .................................................................................................. 18/19 4.5. Inversor............................................................................................................20 4.6. Medidor de Energia Bidirecional. .................................................................... 20 5. LEGISLAÇÃO ...................................................................................................... 21 6. CONCLUSÃO.......................................................................................................22 7. BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................23 1.INTRODUÇÃO AO TEMA ABORDADO (DIMENSÃO HISTÓRICA) A energia solar proveniente da luz e do calor emitidos pelo Sol pode ser aproveitada de forma fotovoltaica ou térmica, gerando energia elétrica e térmica, respectivamente. Por ser considerada uma fonte de energia limpa, a energia solar é uma das fontes alternativas mais promissoras para obtenção energética. 1.1. Surgimento da Energia Solar Iniciou-se no século 19. Nessa época inicialmente, eram usadas técnicas para aproveitar a energia solar passiva como: fazer fogo e aquecer casas e água e que não dependia de nenhum equipamento externo para tal produção tendo com seu principal objetivo utilizar a energia solar direta Um pouco depois houve-se a criação da energia solar térmica que basicamente se origina das incidências dos raios solares em “espelhos” que os refletem apenas em um ponto; o calor acumulado é utilizado para aquecer um fluído que se transforma em vapor e por meio de energia cinética, faz as bobinas se movimentarem. Portanto, essa energia resulta do movimento ou vibração dos átomos sendo uma tecnologia ativa para captação, armazenamento e aproveitamento do calor do sol, não envolvendo nenhuma geração de energia elétrica em seu processo. E temos a Energia Fotovoltaica que teve sua origem em 1839, com a descoberta do efeito fotovoltaico por Alexandre Becquerel, porém, a era moderna da energia solar baseou-se no processo de dopagem do silício, por Calvin Fuller, e na criação da célula solar moderna, por Russell Ohl, em 1954. Russell foi quem inventou a primeira placa de silício e também foi o primeiro a patentear o sistema fotovoltaico moderno, mais ou menos como conhecemos hoje. No entanto, seu êxito só foi possível graças aos cientistas Calvin Fuller, Gerald Pearson e Daryl Chapin. O trabalho deles fez com que em 1955, células de silício fossem usadas pela primeira vez como fonte de alimentação de uma rede telefônica. 4 1.2. Surgimento da Energia Solar no Brasil A primeira usina solar só foi instalada no Brasil em agosto de 2011. Localizada no município de Tauá, no sertão do Ceará, a usina de 340 km e 4.680 painéis fotovoltaicos teve como capacidade inicial a geração de 1 megawatt, quantidade considerada extremamente relevante para a época. Já no ano de 2012 marcou uma grande mudança no setor de energia solar com a publicação da Resolução Normativa. nº 482, ou RN/482 Instituída pela Aneel, a norma abriu inúmeras possibilidades ao consumidor e ajudou no crescimento exponencial dessa tecnologia em território brasileiro sendo que por outrora estava estagnada. 1.3. Energia Solar Fotovoltaica ou como conhecemos hoje A energia solar fotovoltaica é a eletricidade gerada diretamente por placas solares que captam a luz do sol durante o dia e a transformam em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico. Sua produção é feita em grandes usinas solares ou em micros e miniprojetos instalados pelos próprios consumidores. Agindo como um grande reator nuclear natural, o sol libera a cada instante pequenos pacotes de energia, chamados fótons, que percorrem aproximados 150 milhões de quilômetros, em cerca de 8,5 minutos, para chegar a Terra. A cada hora, a quantidade de fótons que atinge nosso planeta seria capaz de gerar energia suficiente para, teoricamente, satisfazer as necessidades energéticas globais por um ano inteiro. No entanto, a porcentagem de participação da energia solar na geração elétrica mundial ainda é ínfima. Mas conforme a tecnologia vai evoluindo e seus custos vão reduzindo, a nossa capacidade de aproveitar a abundância energética do sol vai aumentando. Segundo os relatórios anuais da Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês) a energia solar se tornou a fonte de energia, renovável, que mais cresce no mundo. 5 2. SUSTENTABILIDADE (DIMENSÃO SOCIAL, POLITICA E AMBIENTAL) Com a escassez de recursos que presenciamos, a tecnologia tende a avançar cada vez mais para encontrar novos meios de consumo sem maiores impactos para o planeta. E o sistema fotovoltaico é um resultado dessas alternativas limpas de consumo. Confira alguns dos benefícios da energia solar para o meio ambiente: 2.1. Energia Solar e seus impactos Em relação ao sistema fotovoltaico como a sua matéria prima é originada diretamente da natureza, sem necessidade de explorações ou extraçõesagressivas, sim, a energia solar é um meio sustentável e que não agride o meio ambiente. Sem contar com a iluminação de casas e comércios, esse tipo de energia limpa também é capaz de diversas utilizações para impedir os maus tratos ao meio ambiente, como o aquecimento de água para consumo, redes elétricas para tomadas e aparelhos eletrônicos. A geração de energia proveniente do sol, ao contrário dos meios tradicionais, é feita de forma financeiramente econômica ao bolso dos consumidores, assim como de forma ambientalmente consciente. • Reduz a poluição por fontes contaminadoras, como o carvão • Sem produção direta de gases do efeito estufa • Diminui o desmatamento de áreas verdes • Impede a elevação de uso de recursos naturais não renováveis • Evita possíveis acidentes de barragens, que podem prejudicar o meio ambiente. 6 2.2. Certificações Para atestar a segurança e preservação do meio ambiente, ao falarmos da instalação de um sistema de energia solar, é possível identificar diversos tipos de selos e certificados que garantem os benefícios sustentáveis do material. Confira alguns deles: Processo AQUA-HQE: Certificado internacional dentro das construções sustentáveis considerando a cultura, clima e normas técnicas e de regulamentação brasileiras. Essa certificação é desenvolvida a partir da empresa francesa Démarche HQE (Haute Qualité Environmentale). BREEAM: Conhecida como Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM), este é um processo que entende o desempenho ambiental para empreendimentos imobiliários. Utiliza um sistema de pontuação para garantir os benefícios de instalações sustentáveis para o meio ambiente por meio de 10 aspectos: • Gestão da construção • Consumo de energia • Água • Contaminação • Materiais • Saúde e bem-estar • Transporte • Gestão de resíduos • Ecologia • Inovação DGNB: Desenvolvido pelo Conselho de Construção Sustentável da Alemanha (German Sustainable Building Council), o DGNB é um certificado internacional que prevê estabelecer um padrão de qualidade dentro das instalações feitas em prol do meio ambiente. Dentro dele, também é possível comparar diretamente as instalações entre os países e estimular a adoção de meios sustentáveis. LEED: O Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), é um sistema internacional para certificar e orientar as instalações, como da energia solar, e preservação sustentáveis. Ela tem como foco incentivar projetos e obras que contem com benefícios sustentáveis. 7 Procel Edifica: Este selo tem o objetivo de identificar construções sustentáveis e apresentar as melhores classificações de eficiência energética dentro da categoria que a instalação se encaixa, desejando incentivar cada vez mais o uso de meios renováveis e imóveis mais eficientes. Casa Azul: Uma iniciativa da Caixa Econômica Federal, este selo é a classificação encontrada pelo banco para promover o uso racional de recursos naturais nas construções, além da melhoria no bem-estar e qualidade de habitação dos brasileiros. Utiliza 53 critérios de qualidade divididos em 6 categorias: • Qualidade urbana • Projeto e conforto • Eficiência energética • Conservação de recursos materiais • Gestão de água • Práticas sociais Selo Solar: Concedido para empresas públicas ou privadas que consomem um valor mínimo de eletricidade solar anualmente. São muitas as formas de garantir a sustentabilidade e preservação dos recursos naturais e, ao buscar uma empresa de implementação de energia solar, é importante se orientar e questionar sobre os certificados trabalhados no projeto. Além de afirmar os benefícios ambientais, os certificados e selos também servem para obter incentivos, descontos na instalação, financiamentos, diferenciais competitivos e engajamento social dentro e fora da sua empresa ou residência. 8 2.3. Impactos Técnicos e Social da Energia Solar Atualmente, quase toda a eletricidade produzida para o Brasil é por intermédio de hidrelétricas, que por sua vez, estão sofrendo com as alterações climáticas, o que evidencia um futuro risco energético caso não ocorra uma diversificação da matriz elétrica brasileira. Em contrapartida temos a aplicação e foco voltado também para outros tipos de meios de produção elétrica e a aplicação da energia fotovoltaica, visto que o nível médio de irradiância está acima da média nacional. Considerando de um lado, os cenários climáticos (de aumento de temperatura e diminuição de precipitação) e hidrológicos (de escassez hídrica) e, do outro lado os elevados índices de radiação em todo o território brasiliense, a energia solar fotovoltaica surge como uma interessante alternativa, podendo ser utilizada para a diminuição da vulnerabilidade da matriz energética do país devido aos impactos ambientais. Outra vantagem da energia solar é a sua capacidade de ser utilizada de forma distribuída, promovendo o desenvolvimento social e econômico em todas as regiões e evitando gastos e impactos ambientais com linhas de transmissão. 2.4. Integração Política e Publica da Energia Solar Estes sistemas distribuídos e interligados à rede elétrica convencional utilizam painéis solares para atender à demanda energética de um edifício ou de uma residência, em conjunto com a rede elétrica. O setor de energia renovável mundial empregou 8,1 milhões de pessoas, diretamente ou indiretamente, em 2015, nesse setor inclui fontes como a solar fotovoltaica, biocombustíveis líquidos, eólica, aquecimento solar, biomassa, biogás hidrelétricas pequenas energias geotérmicas e energia solar concentrada. A redução dos custos no setor fotovoltaico tem conduzido um aumento do consumo na geração distribuída, aumentando a criação de empregos. Globalmente, as instalações fotovoltaicas tiveram em 2015 um acréscimo de 20% em relação ao ano anterior, com a China, o Japão e os Estados Unidos na liderança. Consequentemente, o setor fotovoltaico foi novamente o maior empregador de energia renovável com 2,8 milhões de empregos em 2015. 9 3. TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARTICULARIDADES 3.1. On Grid: Sistemas conectados à rede Elétrica Componentes: Módulos Fotovoltaicos, cabo CC, String Box, Inversor, Cabo CA, Quadro Elétrico de Distribuição, Medido de energia bidirecional Segue seu funcionamento: 10 3.2. Off Grid Sistemas desconectado da rede Elétrica Componentes: Módulos Fotovoltaicos, controlador de carga DC, Inversor de CC para CA. 11 3.3. Híbrido Sistemas conectados e desconectado da rede Elétrica Componentes: Módulos Fotovoltaicos, cabo CC, String Box, Inversor, Cabo CA, Quadro Elétrico de Distribuição, Medido de energia bidirecional 12 4. COMPONENTES 4.1. Módulos Fotovoltaicos e tipos: HALF-CELL: • Menor temperatura dos pontos quentes • Corrente dividida pelas células, diminui efeito joule. • O ganho de eficiência de temperatura incrementa cerca de 3 a 5% de ganhos na geração. FLEXÍVEIS: BIFACIAL: • Produz energia dos dois lados • Alto ganho de eficiência • Excelente performance em altas e baixas temperaturas • Módulos de tecnologia PERC • Alta resistência ORGÂNICOS: • Baixo custo • Peso abaixo do padrão • Fabricação em larga escala • Eficiência muito inferior de 2 a 6% 13 FIRME E FINOS: • Baixa eficiência • Tecnologia sem durabilidade de eficiência • Processo de fabricação com produtos tóxicos • Custo mais alto de instalação UM DIODO POR CÉLULA: • Baixas perdas por sombreamento • Alto custo COMO FUNCIONA A JUNÇÃO DE ATOMOS NO MÓDULO ESTRUTURAÇÃO DO MÓDULO 14 4.2. Cabeamento Tanto o cabo quanto o fio são condutores elétricose podem ser fabricados em cobre ou alumínio. A principal diferença é que o fio possui um único condutor, enquanto o cabo é composto por um conjunto de fios isolados. Sendo assim, o cabo é um produto mais flexível e está disponível em uma grande variedade de diâmetros. No caso do sistema fotovoltaico é importante instalar cabos ao invés de fios para garantir a conectividade correta para a transmissão de energia elétrica. Devido sua flexibilidade o cabo é mais resistente às variações climáticas, como ventos fortes e chuva, prolongando a vida útil da instalação. Como escolher o cabo certo? Importante considerar a amperagem suportada pelo cabo. Ou seja, a quantidade máxima de amperes que o cabo suporta ou seja quanto maior a corrente (amperes) que o sistema solar gera, maior deve ser a amperagem suportada pelo cabo fotovoltaico. Um cabo fotovoltaico com amperagem maior do que a produzida por seu sistema solar garante que não haverá quedas de tensão, nem um possível superaquecimento do cabo. Isto ajudará a evitar uma possível sobrecarga no sistema, reduzindo a possibilidade de um incêndio ocorrer. Dimensionamento do cabo fotovoltaico como é feito? Todos os cabos de um sistema fotovoltaico devem ser dimensionados de maneira a minimizar os riscos de superaquecimento e incêndio. Devendo considerar a seguintes condições: • Ib – Corrente de projeto: é a corrente que um determinado circuito consome ou injeta. • In – Corrente nominal: trata-se da corrente na qual determinado dispositivo, cabo ou proteção foi projetado para operar sem risco de danos. • Corrente de sobrecarga: Corrente de um circuito operando em caráter contínuo ou prolongado acima da corrente nominal (In) ou da capacidade de condução de corrente (Iz). • Icc – Corrente de curto-circuito: Sobrecorrente elevada momentânea que surge quando há um curto-circuito ou falha elétrica entre condutores ou entre condutor e terra. • Iz – Capacidade de condução de corrente: Capacidade que um cabo possui de conduzir corrente dado a sua seção, de tal forma que o cabo não ultrapasse a temperatura máxima estabelecida na tabela 35 da NBR 5410 ou norma equivalente. 15 4.3. Conectores Os conectores para instalações fotovoltaicas são produtos específicos para esse uso PREMISSA DE UM CONECTOR FOTOVOLTAICO IEC 62852 • A própria dos para operação em corrente contínua; • Proteção contra contato com partes vivas; • Suportar a tensão e corrente do arranjo fotovoltaico; • Suportar a temperatura do local de instalação -40ºC à + 90ºC; • Grau de proteção adequado para o local de instalação IP65/IP68; • Devem ser resistentes à radiação UV; • Possuir mecanismo de bloqueio de separação em dois estágios; PADRÃO CONSOLIDADO MC4 • Proteção contra contato com partes vivas; • Pode ser adquirido com as especificações do arranjo fotovoltaico • Suportar a temperatura do local de instalação -40ºC à + 90ºC; • Projetado para operar em corrente continua • Possui um grau de proteção adequado para o local de instalação IP68 • É resistente a radiação UV • Possui mecanismo de bloqueio de separação em dois estágios 16 CONECTORES MC4 MACHO E FEMEA: COMPOSIÇÃO DO BACO CC MC4: MONTAGEM COM EQUIPAMENTOS ESPECIFICO: 17 4.4. String Box O que é: É uma caixa de proteção elétrica cujo tem o objetivo de proteger o inversor de energia solar quanto a surtos e sobre correntes em sua saída. Os componentes que compões são: • DPS – Dispositivo de Proteção contra surtos • Disjuntor Termomagnético Porque o uso da String Box: Segundo dados do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat-INPE), no Brasil temos uma das maiores incidências de raios do mundo, sendo que este é também uma das maiores causas de acidentes em nosso país. Isso devido ao clima tropical, propiciando a tempestades 18 NORMAS REGULAMENTADORAS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: NBR 5410/2004, impõe o uso de DPS em duas situações: • Em edificações alimentadas total ou parcialmente por rede aérea as quais estejam sujeitas há mais de 25 dias de trovoadas por ano. • Em edificações com SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas) –para-raios. • NBR 5419/2015 norma brasileira de SPDA, também impõe o uso do DPS. O Que é DPS: DPS é a sigla para dispositivo de proteção contra surtos, também conhecido como supressor de surtos e protetor contra surtos elétricos. Classe de DPS: CLASSE I :DPS ensaiado em condições de corrente que melhor simule o PRIMEIRO impacto da descarga atmosférica, sob carga, (efeitos diretos do raio). CLASSE II: DPS ensaiado em condições de correntes que melhor simulemos IMPACTOS SUBSEQUENTES das descargas atmosféricas e as condições de influências indiretas nas instalações, (efeitos indiretos dos raios e manobras). CLASSE III: Por ser um dispositivo atenuador de ajuste de tensão, utilizado em NÍVEIS INTERNOS DE PROTEÇÃO este DPS é ensaiado com forma de onda combinada, isto é, comum “gerador combo” que com circuito aberto, aplica o DPS um impulso de tensão, eu um impulso de corrente, em curto circuito. 19 4.5. Inversor O inversor solar é o equipamento usado para converter a energia gerada pelos painéis solares de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA), possibilitando o uso da energia elétrica gerada pela energia solar fotovoltaica 4.6. Medidor de Energia Bidirecional O medidor bidirecional é um componente fundamental para os sistemas de energia solar fotovoltaica conectados à rede das concessionárias de energia elétrica. Ao contrário do medidor convencional, conhecido também como relógio, o medidor bidirecional mede não só a energia consumida por uma instalação, mas também mede a quantidade de energia injetada na rede elétrica. No caso de uma casa que possua energia solar, o medidor bidirecional fará a medição de toda a energia em kWh que foi injetada na rede pela usina fotovoltaica instalada naquele imóvel, assim como, a energia que foi consumida e, que em outras palavras, foi vendida pela concessionária. 20 5. Legislação Para iniciar a produção de energia solar, todos precisamos conhecer as regras da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL)> Resolução Normativa 482 da ANEEL – Normas para Energia Solar. Em 17 de abril de 2012 que houve a possibilidade da autogeração de energia elétrica se tornou realidade. Isso graças a publicação da Resolução Normativa 482 da ANEEL, que definiu as regras do segmento de geração distribuída, com isso pessoas físicas (CPF) ou pessoas jurídicas (CNJP) foram autorizadas a instalr micro ou minigeradores para produção de energia elétrica. O que é Microgeração e Minigeração de Energia? Microgeração Distribuída: Central geradora de energia elétrica cuja potência instalada é de até 75 kW. Os custos para a adequação do sistema de medição são de responsabilidade da EDP. Minigeração Distribuída: Central geradora de energia elétrica cuja potência instalada é superior a 75 kW e menor ou igual a 5 MW. Os custos para a adequação do sistema de medição são de responsabilidade do consumidor. 21 6. Conclusão Com esse projeto foi possível compreender como a demanda por energia solar vem crescendo ao longos dos últimos anos. É notório que a procura por esse tipo de energia vem aumentando, pois no momento estamos passando por uma crise energética não só nacional, como mundial. Devido ao reflexo da pandemia, a demanda por “commodities”, como gás natural, carvão e petróleo aumentaram, porém não acompanhando a oferta e isso encareceu esses tipos de energias. No Brasil, a crise energética se dá principalmente pelos fatores climáticos: Reservatórios com baixos níveis de águapor conta da falta de chuvas, o que nos levou a crises históricas de falta de energia elétrica em alguns locais, nas quais poderiam ter sido evitadas se houvessem uma boa administração. Atualmente, estamos vivendo uma outra crise energética mundial, dessa vez não por causa apenas da pandemia, mas sim pela guerra da Russia x Ucrânia, que nos mostra o quão somos dependentes ainda de fontes não renováveis e o quanto as restrições referentes a elas nos impactam economicamente. Diante desses fatos, podemos notar o quão seria benéfico utilizarmos mais fontes de energias renováveis, como a solar. Através do apoio de legislações e incentivos financeiros, as energias renováveis estão ganhando espaços nas matrizes energéticas. Portanto, conseguimos entender o importante papel da energia solar na matriz energética que contribuí com a sustentabilidade, o desenvolvimento social e a economia e que a crise energética mundial é uma “ótima” oportunidade para investirmos em energias limpas e inesgotáveis, como a solar. 22 7. Bibliografia https://repositorio.ifg.edu.br/bitstream/prefix/268/4/tcc_reuler%20pereira.pdf https://www.scielo.br/j/ea/a/HRtVCv9DddGGWWD3ZGmHvfK/?lang=pt https://www.aedb.br/seget/arquivos/artigos17/15125141.pdf https://www.portalsolar.com.br/aneel-energia-solar https://www.portalsolar.com.br/energia-solar-no-brasil.html https://www.portalsolar.com.br/a_regulamentacao_dos_creditos_de_energia.html https://luzsolar.com.br/como-funciona-o-sistema-fotovoltaico/ 23 https://repositorio.ifg.edu.br/bitstream/prefix/268/4/tcc_reuler%20pereira.pdf https://www.scielo.br/j/ea/a/HRtVCv9DddGGWWD3ZGmHvfK/?lang=pt https://www.aedb.br/seget/arquivos/artigos17/15125141.pdf https://www.portalsolar.com.br/aneel-energia-solar https://www.portalsolar.com.br/energia-solar-no-brasil.html https://www.portalsolar.com.br/a_regulamentacao_dos_creditos_de_energia.html https://luzsolar.com.br/como-funciona-o-sistema-fotovoltaico/
Compartilhar