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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU CURSO DE GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ALINE MORAES DOS SANTOS PROJETOS EM ENERGIA SOLAR ON-GRID RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO I VITÓRIA DA CONQUINTA 2023 ALINE MORAES DOS SANTOS PROJETOS EM ENERGIA SOLAR ON-GRID CENTRO UNVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU Relatório apresentado ao Curso de Graduação de Engenharia Elétrica do centro universitário Maurício de Nassau do estado da Bahia, como requisito para obtenção de nota da disciplina Estágio Supervisionado I, sob orientação da Professora Msc. Emmanuelle Maria Gonçalves Lorena. VITÓRIA DA CONQUISTA 2023 IDENTIFICAÇÃO DO CAMPO DE ESTÁGIO Identificação da Empresa Nome: SolarSeg Geração de Energia LTDA. CNPJ: 24.772.925/0001-19 Bairro: Nossa Senhora de Fátima CEP: 45604-100 Endereço: AV. Juracy Magalhães 1468 Cidade: Itabuna/BA Telefone: (73)9 8111-1194 Área na empresa onde foi realizado o estágio: Setor de Projetos fotovoltaicos Data de início: 04/09/2023 Data de término: 13/10/2023 Duração em horas: 180 horas (30 dias). SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 05 07 3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 09 3.1. ADEQUAÇÃO DO RAMAL DE ENTRADA DE ENERGIA 09 3.2. HOMOLOGAÇÃO DE PROJETO E EXECUÇÃO 10 3.3. PLANTAS DE EXECUÇÃO 11 4. CONCLUSÃO 16 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 17 5 1. INTRODUÇÃO Este relatório de estágio tem como objetivo entender o processo de elaboração de projetos fotovoltaicos conectados na rede elétrica. Os profissionais que trabalham nessa área têm a oportunidade de mergulhar em um campo inovador e sustentável. Trabalhar em projetos de energia solar proporcionou a compressão prática do funcionamento desses sistemas bem como suas tecnologias em armazenamento de energia na rede elétrica e suas práticas de instalação. Além disso, o estágio ofereceu uma visão valiosa sobre os desafios e avanços na transição para uma matriz energética brasileira mais limpa e renovável no qual ao longo dessa experiência foi possível contribuir para o desenvolvimento de soluções energeticamente eficientes e ambientalmente. Durante todo o período de vivência na empresa SolarSeg prestadora de serviços em energia solar e elaboração de projetos; foi fundamental compreender todos os tramites para homologação de um projeto e sistema conectado na rede elétrica (on- gri) de acordo aos procedimentos de segurança estabelecido pela concessionária local e normas vigentes. Foi permitido acompanhar desde a etapa de dimensionamento do um sistema on- grid até o procedimento final que é onde o mesmo entra em funcionamento. Na primeira etapa fez-se necessário calcular a quantidade de módulos fotovoltaicos e a potência desejada do inversor para que atendesse a demanda de consumo do cliente. Após realizado o dimensionamento fez-se necessário a visita técnica ao local de instalação avaliando as inconformidades elétricas para que o projeto fosse aprovado na concessionária. Caso contrário, era necessário fazer adequações de acordo a norma local de fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Secundária de Distribuição a Edificações Individuais. Na maioria dos casos o cliente precisou fazer toda a atualização do padrão de entrada de energia para que seu projeto fosse aprovado, pois eram instalações antigas e em sua maioria cheia de irregularidades. No meio desse processo de regularização e adequação também foi acompanhado as solicitações Coelba de: ligação nova, pedido de aumento de carga instalada, troca de titularidade, entre outros serviços nos quais antecediam o pré-projeto. O contato direto realizado com a concessionária de energia para atendimento desses pedidos agregou muito conhecimento sobre os prazos e sobre conhecimento prévio 6 das normas técnicas como por exemplo as que regulam os tipos de ligações: monofásicas, bifásicas e trifásicas em baixa tensão. A Coelba companhia de eletricidade da Bahia dispõem em sua plataforma todos os requisitos e procedimento para projetos de microgeração, incluindo as normas técnicas, prazos e procedimentos necessárias ao pré-projeto. Isso facilitou no aprendizado e otimizou o tempo nas buscas das informações para elaboração do projeto. Todo o procedimento de projeto em energia solar se resume ao dimensionamento dos sistemas, adequação do padrão de entrada, homologação de projeto, vistoria e monitoramento, respectivamente. Cada etapa acima foi acompanhada sobre a supervisão do engenheiro eletricista Antônio Eduardo de Souza no qual experimentei na prática todos os cálculos baseados na engenharia de energia solar. A etapa de homologação e vistoria foram realizados através do portal de micro geração distribuída onde criou-se senha e login para efetuar o procedimento em projetos em baixa tensão até 75KVa de potência instalada, chamados de micro geração. Uma vez o projeto já aprovado elaboramos os desenhos das plantas de execução com os devidos cálculos de tensão e corrente para dimensionar os dispositivos de segurança. Após a etapa de instalação e sistema em funcionamento, aconteceram muitos entraves como problemas de geração e atrasos nos relatórios de faturamento mensal enviado pela concessionária que descriminava a energia consumida, a injetada, o crédito energético gerado e o faturado. Situações problemáticas como essas demandaram muito tempo na resolução pois foi preciso refazer os cálculos de geração e consumo, rever as plantas e alguma vezes tirar as medições de tensão CC e CA no local de instalação para entrar em contato com a equipe de suporte dos equipamentos caso fosse necessário ou até mesmo confrontar a concessionária. Tal feito, exigiu muito conhecimento sobre as disciplinas cursadas no curso de engenharia elétrica como por exemplo: circuitos elétricos, medidas em engenharia elétrica e afins. Em suma, o estágio obrigatório I foi uma experiência singular na vivencia do curso de graduação em engenharia elétrica possibilitando conciliar a teoria com a prática. Foi notório fazer uma prévia do que será vivenciado após o termino do curso. Importante ressaltar também que o objetivo desse relatório formalizou e registrou os principais feitos dentro da estimada empresa SolarSeg. 7 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Projetos de energia solar on-grid envolvem compreender os princípios básicos da energia solar fotovoltaica e sua integração na rede elétrica. A energia solar fotovoltaica é uma fonte de energia renovável que converte a luz do sol em eletricidade por meio de células fotovoltaicas pelo efeito fotovoltaico. Esse fenômeno ocorre quando fótons de luz solar atingem as células criando corrente elétrica ao liberar elétrons nas camadas do material condutor. Essas células são compostas por material semicondutor como o silício nos quais são agrupadas em módulos ou painéis solares. A localização geográfica do sistema solar afeta a quantidade de radiação solar que pode ser capturada. A análise da incidência solar de um espaço que será instalado é essencial para otimizar sua eficiência. Locais que tem sombra de objetos como árvores e edifícios podem reduzir a eficiência dos painéis solares. Portanto, a orientação correta deles e a minimização de sombras são importantes. A eletricidade que é gerada pela célula fotovoltaica é em corrente contínua (CC), mas a maioria das aplicações requer corrente alternada (CA). Essa conversão é realizada pelo inversor que é um componente crítico de um projeto de energia solar que converte em uma corrente compatível a da rede elétrica. Existe inversores de corda única (string inverters) e inversores de otimização de potência (power optimizers) estes, usados nos sistemas on-grid. Além dos módulos e inversores osistema on-grid possui o medidor bidirecional que registra a quantidade de eletricidade produzida. Qualquer excesso de eletricidade gerada pelos painéis solares pode ser enviado de volta para a rede, muitas vezes em troca de créditos ou compensação na fatura final do consumidor. A implementação bem sucedida de um sistema solar conectado na rede requer um entendimento aprofundado desses elementos tal como do local que será instalado, considerando a disposição, inclinação e orientação dos painéis com o objetivo de maximizar da captação de energia. A recomendação é que tais painéis solares sejam instalados em ângulos e orientação ideais ajustado para a localização geográfica norte. Outro ponto é que, o tamanho do sistema deve ser dimensionado de acordo com as necessidades de consumo de energia. Isso envolve considerar o 8 consumo médio, as variações sazonais e as metas de produção mensal. Sistemas integrados com a rede elétrica permite que a eletricidade gerada seja vendida ou usada no local de sua instalação. A conexão desses sistemas na rede elétrica envolve vários passos e requisitos, a começar pelo projeto criado com base na demanda de energia e nas suas condições locais com o objetivo de ter a aprovação da concessionária e permissões necessárias. Após os tramites de dimensionamento, execução e aprovação o sistema passa por testes e inspeções para garantir que está funcionando corretamente e se atende aos padrões de segurança. A regulamentação e os incentivos em projetos de energia solar variam de acordo com o país e a região. No entanto, alguns aspectos gerais que podem ser considerados incluem: incentivos fiscais, tarifas de alimentação, Net metering, leis, subsídios e programas de financiamento, normas e regulamentações e certificação e padrões de qualidade que juntos, desempenham um papel importante na viabilidade financeira de projetos solares on-grid. Sendo assim, muitos países oferecem incentivos fiscais, como créditos e impostos, isenções fiscais ou deduções para projetos de energia solar. Isso pode reduzir significativamente os custos iniciais do projeto. Algumas regiões estabelecem tarifas de alimentação que garantem preços fixos e favoráveis para a energia solar conectada na rede elétrica, tornando os projetos bem mais atrativos no ponto de vista financeiro. Em sistemas de Net metering a energia solar gerada em excesso pode ser injetada na rede e o produtor recebe créditos ou compensação pelo excedente. Também é importante citar as normas e regulamentações de conexão a rede como requisito técnico e regulatório para conectar sistemas. Cumprir as normas e padrões de qualidade é fundamental para garantir a segurança e eficiência do sistema solar além de acessar alguns incentivos. 9 3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS A SolarSeg geração de energia LTDA é uma empresa prestadora de serviços em de energia solar fotovoltaica. Basicamente formada pelo setor comercial e o setor de engenharia no qual foram realizadas as atividades de estágio. O setor comercial está envolvido somente na parte de vendas, orçamentos, negociação, emissão de nota fiscal, rastreio de compras, etc. Já no setor técnico de projeto e execução cabe a elaboração de projetos (on-grid) e homologação, solicitação de vistoria, dimensionamento das plantas para a equipe de instalação, apoio técnico junto a concessionária para casos de solicitações extra projeto, monitoramento on-line dos sistemas que já foram instalados entre outros serviços que serão discriminados ao longo desse relatório. 3.1 ADEQUAÇÃO DO RAMAL DE ENTRADA DE ENERGIA Uma vez que o cliente assina o contrato de prestação de serviço no setor comercial, esse cliente passa para o setor de engenharia onde começam os estudos de viabilidade de projeto visando se o mesmo precisará fazer adequação no padrão de energia ou não. As adequações e regularização de inconformidades são realizadas antes de homologar o projeto, pois a própria concessionária envia uma equipe de campo para vistoriar o local exigindo que o cliente se adeque a norma vigente de Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Secundária de Distribuição a Edificações Individuais (DIS-NOR-030-REV03). Desenvolvi essa função primeiramente analisando a fatura de energia desse cliente considerando o tipo de ligação (monofásica, bifásica ou trifásica). Após verificar essa informação é preciso consultar a carga instalada que nada mais é do que a declaração da potência de todos os aparelhos eletrodomésticos no ato do pedido de ligação. Essa carga fica no sistema Coelba até que o cliente resolva fazer alterações. No caso de uma instalação de energia solar, é obrigatório por norma que essa carga instalada seja igual ou superior ao tamanho do sistema que será instalado. Feito isso partimos para a homologação de projeto preenchendo alguns formulários com dados do cliente, equipamentos, e documentos pessoais. Segue 10 3.2 HOMOLOGAÇÃO DE PROJETO E EXECUÇÃO abaixo um exemplo de projeto que foi dado entrada durante o período de estágio, começando pelo preenchimento dos formulários da concessionária que também são disponibilizados no site bem como o desenho elaborado para a equipe de campo executar. Seguindo essa ordem, após instalação do sistema pela equipe, foi solicitado a vistoria que é a substituição do medidor convencional(unidirecional) pelo medidor específico de micro geração(bidirecional) no qual mede o fluxo de energia da rua para a unidade consumido e vice-versa. FIGURA 1 - Formulário de solicitação para micro geração até 75KVa 11 3.3 PLANTAS DE EXECUÇÃO Os formulários são de preenchimento obrigatório para solicitação de conexão de uma micro usina de energia solar, bem como outras fontes renováveis como a biomassa e eólica. Existe também o memorial descritivo e o diagrama unificar que é gerado automaticamente pela plataforma nos preenchimentos dos dados. Todos esses arquivos podem fazer downloads em versão de PDF que é encaminhado para cliente assinar. Uma vez o projeto aprovado, partimos para o desenho com os dimensionamentos de strings e mppt’s seguindo sempre as informações dos datasheets dos equipamentos disponibilizados pelo fornecedor e suporte técnico. Também podemos encontrar essa folha de dados via internet. A parte CA (corrente alternada) é dimensionada pela faixa de tensão em que o inversor opera considerando a tensão do módulo em circuito aberto. No caso desse cliente foi foram feitos os seguintes cálculos: DADOS: 12 CÁLCULOS: 1°) Correção da tensão de operação do módulo pelo fator de temperatura FIGURA 2 – Datasheet do módulo modelo: DHM-72X10-555W VOC = voc - [[(voc * - coeficiente de temperatura voc)] * (7)] VOC = 47,3 - [[47,3 x (-0,31 /100)] x (7)] VOC = 47,3 - [[47,3 x -0,0031] x (7)] VOC = 47,3 - [(-0,1466) x (7)] VOC = 47,3 - [-1,0264] VOC = 47,3 - [-1,0264] VOC = 48,32 A tensão considerada para dimensionar a quantidade de módulos que conectado em cada MPPT do inversor será de 48,32V por módulo. Sendo assim, foi verificado na folha de dados do inversor qual a tensão nominal de funcionamento do MPPT para quantificar os números de módulos fotovoltaicos em série. (em série soma-se a tensão). 2°) Dimensionando os módulos de acordo a tensão do inversor FV Para o dimensionamento do inversor é necessário considerar várias informações no 13 qual estão destacadas em amarelo para poder quantificar o número de módulos arranjados em cada MPPT. A faixa de tensão do inversor limita a quantidade de módulos que é ligado em série. No caso do cliente em questão a faixa de tensão considerada é de 180-1000V(mppt voltage range). Verifica-se também que o número de entradas(mppt) são 4(number of mppt trackers)e em cada uma pode colocar 2 arranjos(numer of DC imputs). FIGURA 3 – Datasheet do inversor modelo: CSI-30K-T220GL03-E O inversor é um equipamento monofásico 220V, ou seja, a tensão F-F é 220V. Nesse caso o cliente precisa ter uma ligação de entrada bifásica ou trifásica 127V ou monofásica 220V. Esse tipo de ligação vai depender da cidade. No caso do cliente o tipo de ligação é a trifásica/220V. Na aba Grid connection type (tipo de conexão na rede) informa que precisa ser instalado as 3 fases + o neutro + terra, pois o equipamento também é trifásico. Já o dimensionamento dos dispositivos de segurança foi considerado a máxima corrente de saída do inversor que é de 86,6A. Essa amperagem passará pelo condutor que será conectado diretamente no quadro de distribuição geral ou nas fases de saída do medidor. Em resumo segue alguns cálculos considerados para esse dimensionamento. 14 N° total de módulos = 143 Quantidade de Entradas = 4 Arranjos por entrada = 2 Dimensionamento: 143 / (4*2) = 17,8 ou seja, uma série com 17 módulos e 7 séries de 18 módulos. Logo: MPPT 1: 1 série de 17 + 1 série de 18 MPPT 2: 1 série de 18 + 1 série de 18 MPPT 3: 1 série de 18 + 1 série de 18 MPPT 4: 1 série de 18 + 1 série de 18 Para comprovar se a quantidade de módulos dimensionada acima está de acordo com a tensão nominal do estabelecida pelo fabricante do equipamento então calcula-se: DADOS Tensão da série de 17 módulos = (VOC*17) = 48,32*17 = 821,44 Volts Tensão da série de 18 módulos = (VOC*18) = 48,32*18 = 869,76 Volts Faixa de tensão por entrada = de 180 até 1000 Volts Logo, a quantidade de módulos arranjados em série está dentro da faixa de operação do fabricante. Depois de fazer todo o cálculo necessário foi construído o desenho com as informações de tensão, corrente, arranjos, disposição dos módulos para que a equipe de campo execute. Abaixo, segue o modelo de desenho disponibilizado para a equipe. 15 FIGURA 4 – Desenho dos esquemas de ligação para equipe de campo 16 3. CONCLUSÃO O contato que o aluno tem com a área de atuação é de extrema importância para a formação do profissional. O mercado de trabalho está cada vez mais exigente a procura de profissionais bem entendidos e muitas empresas até solicitam a experiencia como um item de admissão. Pensando nessa vertente podemos concluir que o estágio na fase final do curso de graduação auxilia na formação do conhecimento prático em um curso de graduação. Ao logo dessa experiência foi possível lapidar conceitos que pareciam intuitivos na teoria, mas que na prática era irrelevante. Em contra partida percebe-se que ter uma boa base sobre os principais conceitos do curso de engenharia elétrica faz com que o aluno se torne mais eficiente na tomada de soluções. Isso foi possível analisar a partir da vivencia na resolução de problemas que aconteciam ao decorrer do estágio. Muitos entraves na área de projeto em energia solar faziam parte do processo. É bem notório nessa área acontecer problemas como disjuntor termomagnético atuando sendo que no projeto os cálculos demonstravam como dimensionamento correto do mesmo. Neste caso a busca do problema-solução demandava tempo e um certo conhecimento sobre assuntos primordiais da elétrica. Nem sempre as soluções aconteciam tão rápido e nesse sentido fez-se necessário recorrer ao engenheiro de mais experiência para direcionar o trabalho a ser realizado. Outros problemas também surgiram ao longo do período e isso possibilitou uma gama de conhecimento incomparável. A tomada de decisões, a análise do problema, identificar as possíveis soluções com certeza é um dos pontos mais forte a serem somados em um estágio supervisionado. 17 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Villalva, M.G. Energia solar Fotovoltaica: conceitos e aplicações/Marcello Grandella Villalva.- 2. ed. ver. e atual. – São Paulo: Érica,2015. Kalogirou, S.A. Engenharia de energia Solar: processos e sistemas/Soteris A. Kalogirou;[tradução Luciana Arissawa]. – 2. ed. – Rio de Janeiro: Elsevier,2016.
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