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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
RODRIGO DE BASTOS LIZZI
ENERGIA SOLAR: UMA ESTIMATIVA DE ECONOMIA GERADA COM A IMPLANTAÇÃO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS NA UFMT-CUA-CAMPUS II
BARRA DO GARÇAS - MT
	2018	
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
RODRIGO DE BASTOS LIZZI
ENERGIA SOLAR: UMA ESTIMATIVA DE ECONOMIA GERADA COM A IMPLANTAÇÃO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS NA UFMT-CUA-CAMPUS II
Monografia apresentada ao Instituto de Ciências Exatas e da Terra do Campus Universitário do Araguaia, da Universidade Federal de Mato Grosso, como requisito parcial para conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil.
Orientador: Vinicius Borges de Moura Aquino
BARRA DO GARÇAS - MT
2018
OFEREÇO
À minha família
Por todo amor, compreensão e apoio que deram a mim.
DEDICO
À minha mãe Cleonice Silvestre de Bastos, meu irmão Jonatan Bastos Lizzi, meu padrasto José Nilson Rodrigues e ao meu orientador Vinicius Borges de Moura Aquino
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus e à minha mãe Cleonice, que nunca mediu esforços para que eu pudesse sempre ter condições de estudar. Em segundo à minha família que sempre acreditou em mim. Ao professor Rogers Oliveira Zoccoli, que seria o professor orientador deste trabalho e que por motivos externos não pôde continuar a exercer o cargo. Ao meu orientador Vinícius B. de M. Aquino, que mesmo antes de aceitar este desafio já era um grande amigo que a faculdade me deu. A todos os técnicos e funcionários da Universidade que me auxiliaram em vários momentos na realização desse trabalho. Ao engenheiro eletricista Humberto Gouveia, que muito me auxiliou em várias partes desse projeto, servindo como um coorientador deste Trabalho de Conclusão.Aos meus amigos presentes nessa caminhada desde 2013: Cézar, Luiz H. Gustavo, Lucas R., Lucas N., Lucas H., Cleudimar, Thaís C., Jonas, Thássios, Luiz E, João H., Yuri, Murillo, Matheus M, Iury, Matheus B., Kamilla, Jackson, Moisés, Andrezza, Luciano, entre outros que foram muito importantes para que eu pudesse chegar até aqui. Aos amigos que mantenho desde o ensino médio e estão sempre presentes: Douglas H., Adailton, Tarcísio, Luana G., Adriano, Wemerson. E a todos os amigos que encontrei ao longo dos anos: Andressa, Laura, Larissa, Gean, Eric, Thalita, Janaina, Alice, Ediálida, Letícia L., Júlia P., Júlia A., Flavia R., Layla, Melissa, Flavia G., Leticia O., Douglas R., Rafael G., Raphael T., Hugo, David, Lidiane, Brandew, Karolina, Izabela, João Pedro, Raquel, Arthur, Túlio, e aos demais que por ventura possam ter sido esquecidos ou não citados.
Só existe uma coisa a se fazer nessa nossa vazia existência: preenchê-la. A vida fica mais cheia aprendendo o máximo que você puder, sobre o máximo que puder.
				Tim Minchin
RESUMO
Nos auges da globalização, com toda a preocupação em relação ao futuro do planeta, o pensamento sustentável tem crescido muito. Com isso, o uso de fontes renováveis de energia vem recebendo cada vez mais incentivos e enfoques no cenário energético mundial, enquanto as fontes não renováveis tem se enfraquecido. Portanto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma alternativa de geração de energia elétrica classificada como limpa: a energia solar fotovoltaica. Contabilizando os custos de instalação e fazendo uma estimativa da provável economia gerada pelo sistema a ser instalado, através de métodos de cálculo de matemática financeira, verificou-se que a construção de uma mini usina geradora é viável e ainda mostrou índices satisfatórios de retorno.
Palavras-Chave: Energia Solar; Geração de Energia; Energia Elétrica.
ABSTRACT
At the height of globalization, with all the concern about the future of the planet, sustainable thinking has grown a lot. As a result, the use of renewable energy sources is receiving every day more incentive and focus in the world energy level, while those from non-renewable energy sources have been weakening. The aim of this work is to present an alternative for generation of electric energy classified as clean: the photovoltaic solar energy. Counting the installation costs and estimating the probable savings generated by the system to be installed, through financial mathematical calculation methods, it was verified that the construction of a mini electrical plant is viable and still showed satisfactory rates of return.
 
Keywords: Solar Energy; Energy Generation; Electric Energy.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Variação da Radiação Solar no Brasil	13
Figura 2 – Gráfico da Produção de Energia Elétrica no Brasil	17
Figura 3 – Retrato da Patente da Primeira Célula Solar Fotovoltaica	20
Figura 4 – Esquema de Funcionamento de uma Célula Fotovoltaica	21
Figura 5 – Foto do Módulo CS6P-270P	26
Figura 6 – Especificações Geométricas do Módulo CS6P-270P	26
Figura 7 – Planta de Localização do Bloco 2, Dentro da Quadra 2	28
Figura 8 - Planta de Localização do Bloco 3, Dentro da Quadra 3	28
Figura 9 - Planta de Localização do Bloco 5, Dentro da Quadra 4	29
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Resumo Geral Para Dimensionamento da Estimativa de Geração de Energia	30
Tabela 2: Demonstrativo do Cálculo de Geração de Energia no mês de Janeiro de 2016	31
Tabela 3: Precisão Anual Entre a Energia Produzida e a Estimativa	31
Tabela 4: Estimativa de Geração de Energia no Período de 21 Meses	32
Tabela 5: Economia Estimada no Período de 21 Meses	33
Tabela 6: Economia Gerada Pela Mini-Usina em 20 Anos	34
LISTA DE ABREVIATURAS
ANEEL	 Agência Nacional de Energia Elétrica
CRESESB	Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito
eV		Elétron-volt
kW		Quilowatt
kWh		Quilowatt-hora
TIR 		Taxa Interna de Retorno
UFMT 	CUA: Universidade Federal do Mato Grosso- Campus Universitário do Araguaia
VPL 		Valor Presente Líquido
INTRODUÇÃO
Em uma sociedade preocupada cada vez mais com o futuro das próximas gerações, faz-se necessária uma análise geral do uso consciente dos recursos disponíveis no planeta. Com isso, as antigas fontes de energia baseadas na queima de combustíveis fósseis estão perdendo gradativamente seu espaço para as chamadas fontes de energia renováveis; as quais se destacam Energia Eólica, Biomassa e Energia Solar.
Para Santana (2014), um dos maiores benefícios das fontes de energia renováveis, como Energia Solar e Eólica, é o fato dessas formas de geração não emitirem gases como o CO₂ e outros poluentes, levando em consideração que 59,7% da produção de energia elétrica mundial provêm da queima de combustíveis fósseis.
Por ter um vasto território e um manancial superficial admirável, compreendendo vários rios, lagos e lagoas, a energia elétrica consumida no Brasil é,em sua grande maioria, originada a partir de usinas hidrelétricas. Porém, Morais (2015), salienta o fato de que a geração de energia por estas usinas fica comprometida nos períodos de estiagem, quem vem sendo mais frequente a partir de 2013. Este fato acaba por tornar indispensável o acionamento de usinas termoelétricas para auxiliar as principais fontes de geração, suscitando despesas maiores que, consequentemente, são transferidas aos consumidores.
Uma saída para se reduzir os custos seria a geração da própria energia, ou pelo menos uma fração dela, por parte dos consumidores, aliviando o cenário de geração do país, e tornando assim o preço pago pela energia elétrica, mais econômico tanto para o consumidor, quanto para os responsáveis pela geração.
Partindo da premissa de substituição de combustíveis fósseis e buscando novas fontes de geração de energia elétrica, uma das alternativas mais limpas,eficientes e que não causam grandes estragos ao meio ambiente é a construção de usinas de geração solar através de placas fotovoltaicas.
Segundo reportagem da revista Exame (2016), o país que mais produz energia elétrica a partir da geração fotovoltaica é a Alemanha, consumindo um total 19 TWh em 2011 provindos desse método de geração e concentrando 34,1% de toda a produção mundial desse tipo de energia.Logo atrás aparece a Itália, consumindo em 2011 o equivalente a 9,4 TWh, e uma fatia de 16,9% do mercado mundial. Aparecem ainda na lista outros países europeus, como Espanha, República Tcheca, França e Bélgica, e integrando a lista também, temos Japão, China e EUA.
Devido à uma ótima localização do território nacional em relação à Linha do Equador, o Brasil conta com uma incidência de luz solar maior do que em vários outros países, criando assim um cenário bastante favorável para o uso de fontes solares de geração de energia.
Figura 1–Variação da Radiação Solar no Brasil
Fonte: ANEEL, 2007.
Em zonas mais próximas à latitude zero (mais próximas ou sobre passadas pela Linha do Equador), a incidência de radiação solar é maior devido à disposição geográfica, ocasionando assim um melhor cenário para um possível uso de energia solar em comparação a localidades com maior latitude. “A região mais favorecida em termos de radiação solar na Alemanha apresenta, aproximadamente, 1,4 vezes menos radiação do que a região menos ensolarada do Brasil” (FEITOSA, 2010).
Por essas razões o Brasil se situa em uma posição de excelência para a geração da energia solar, apresentando uma radiação variando entre 8 a 22 MJ/m² (megajoules por metro quadrado), com menor incidência nos meses de maio a julho, com índices de 8 a 18 MJ/m², como visto na Fig. 1 (ANEEL, 2008).
Outro fator importante na utilização deste sistema energético no Brasil é em relação à substituição de linhas de transmissão de energia por placas fotovoltaicas. Como o país tem um território extremamente extenso e com regiões de difícil acesso.
No presente trabalho será abordado o uso de painéis fotovoltaicos para a geração de energia elétrica com o intuito de ressaltar a importância do uso de fontes de energia tidas como renováveis e incentivar a pesquisa e desenvolvimento das mesmas para que elas se tornem mais acessíveis a toada a população.
Já existem inúmeras pesquisas referentes a esse tema no Brasil, onde podemos citar, por exemplo, Dazcal e Júnior (2008), com a implementação de uma usina em um prédio do Instituto Presbiteriano Mackenzie em Fortaleza – CE, Santana (2014) propuseram um sistema de geração para a Universidade Federal do Rio de Janeiro, Wanderley e Campos (2013) estudaram as perspectivas de inserção da energia solar fotovoltaica na geração de energia elétrica do Rio Grande do Norte, Papini (2016) analisou o potencial de geração de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos na região de Barra do Garças – MT, Filho et al (2015) elaborou um estudo sobre os impactos ambientais e políticas públicas relacionadas a expansão do uso da energia solar fotovoltaica no Brasil, e Shayani (2006) comparou o custo de geração de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos com fontes convencionais de geração, entre vários outros estudos e pesquisas em desenvolvimento nessa área no país, refletindo assim o grande interesse do país em deixar de ser tão dependente das energias não renováveis.
OBJETIVOS
GERAL
Estudar a viabilidade técnica e econômica da instalação de painéis solares na Universidade Federal de Mato Grosso, Campus Universitário do Araguaia, Campus II. 
ESPECÍFICO
Realizar uma análise orçamentária de todos os custos da instalação de painéis solares fotovoltaicos em blocos específicos da Universidade Federal do Mato Grosso, Campus Universitário do Araguaia, Campus II.
Verificar a estimativa de economia gerada para a Universidade por essa instalação em um período de até 20 anos.
REVISÃO DA LITERATURA
CONCEITO DE ENERGIA
De acordo com Farias e Sellitto (2011), podemos definir energia como a capacidade de transmitir calor ,e/ou gerar trabalho. No decorrer das eras, o ser humano foi aperfeiçoando e moldando a energia para que a mesma gerasse o trabalho na forma necessária ou desejada, facilitando assim sua vida ao longo dos tempos.
Visando suprir as carências primordiais, como alimentar-se, esquentar-se do frio e ainda a luz noturna tanto para proteção contra animais quanto para a realização de tarefas neste período do dia, o ser humano domina o uso do fogo possibilitando assim a criação e o aperfeiçoamento da agricultura e pecuária.
ENERGIA ELÉTRICA
O grande avanço tecnológico ocorreu após 1882, quando Thomas Alva Edison projetou e construiu a primeira usina termelétrica que fornecia eletricidade em corrente contínua para lâmpadas no distrito de Nova York, EUA(WALTER, 2010).
Segundo Battaglin e Barreto (2011), em 1887, George Westhinghouse, em parceria com Nikola Tesla, cria um novo sistema mais eficiente de geração, distribuição e transmissão de eletricidade: o sistema de corrente alternada, que possibilitou a chegada de energia elétrica a distâncias maiores que o modelo proposto por Edison.
Graças a esses modelos iniciais de produção, transmissão e distribuição, tornou-se possível o uso de energia elétrica da forma que conhecemos e empregamos em nosso cotidiano.
Conforme Farias e Sellitto (2011, apud WALTER, 2010):
Sua facilidade de transporte e de conversão direta, em qualquer outro tipo de energia, conferiu a energia elétrica o posto de principal insumo da presente era. Sua importância pode ser comprovada pelo fato dos países mais industrializados duplicarem seu consumo de energia elétrica a cada dez anos. Atualmente, a produção de eletricidade é responsável por aproximadamente um terço do consumo de energia primária mundial.
De acordo com dados divulgados pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica, 2017), 61,2% da energia elétrica gerada no Brasil origina-se de usinas hidrelétricas, 16,6% derivam-se de combustíveis fósseis, 7% provém de fontes eólicas, 8,6% são produzidas em usinas de biomassa, 5% da energia produzida é importada, 1,3% é de origem nuclear, e apenas 0,1% de toda a energia produzida no país emanam de fontes solares.
Figura 2– Gráfico da Produção de Energia Elétrica no Brasil
Fonte: ANEEL, 2017
Conforme Martins (2004), apesar de a maior parte da geração de energia elétrica no Brasil ser produzida por chamadas fontes limpas, o uso de energia provinda de usinas hidrelétricas traz consigo um grande estrago no contexto ambiental, pois mesmo que não lance gases nocivos ou gere resíduos tóxicos, a desapropriação das áreas para a construção das usinas gera um impacto significativo na fauna e flora daquela região. 
Segundo Camargo (2004), a energia elétrica é considerada uma energia secundária, obtida através da conversão de uma energia primária, tal como a conversão da energia potencial da água pelas usinas hidrelétricas, da energia atômica através das usinas nucleares e/ou da energia térmica através da queima de combustíveis fósseis e biomassa.
RADIAÇÃO SOLAR
Bertoli (2012) conta que a história da humanidade está diretamente relacionada ao Sol, que serviu como base para a definição dos períodos da noite e do dia, para dar o calor necessário à sobrevivência, possibilitou a agricultura etc. Sua luz é a fonte de energia predominante na superfície terrestre. Tendo o Sol derivado todas às outras matrizes energéticas do planeta, tal como o petróleo, o gás natural, a madeira e o carvão, que são obtidos através de profundos processos físicos e químicos de fotossíntese, até as marés e os ventos possuem relação direta com o Sol, visto que são causados pelas variações de temperaturas nos diferentes lugares do globo.
A energia solar que incide sobre a superfície mundial sofre uma série de variações ao redor do planeta devido a diversos fatores tais como a latitude da região, nebulosidade e umidade relativa do ar, hora do dia e dia do ano, entre outros(WANDERLEY, 2013).
O Sol envia para a Terra anualmente cerca de 3xJoules, algo em torno de 9,5x Terawatts de energia solar, aproximadamente 10.000 vezes o consumo mundial (MACHADO, 2015).
É possível classificar a energia solar segundo o ponto de vista da engenharia em energia solar térmica e energia solar fotovoltaica. A primeira está relacionada ao calor absorvido por um corpo, proveniente da radiação solar que reflete sobre o mesmo, nesse caso o importante não é apenas captar a energia, e sim captá-la e conservá-la, para isso são utilizados mecanismos chamados de coletores solares, podendo variar de uma temperatura média de 60°C para usos residenciais até 400°C quando usados para aquecimentos de turbinas a vapor. O segundo grupo consiste na transformação direta da luz solar em eletricidade através de uma célula fotovoltaica, que atualmente é feita a base de silício (PINHO, 2014).
Outro fator importante na utilização deste sistema energético no Brasil é em relação à substituição de linhas de transmissão de energia por placas fotovoltaicas. Como o país tem um território extremamente extenso e com regiões de difícil acesso, essa substituição encerraria com os empecilhos na construção destas linhas.
O uso da energia solar fotovoltaica se torna interessante, também, quando usado como fonte auxiliar de geração, atuando em conjunto com o fornecimento de energia elétrica pela concessionária distribuidora.
HISTÓRIA DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
O primeiro registro na humanidade sobre a possibilidade da conversão de energia solar em elétrica se remete a 1839, quando o físico francês Edmond Becquerel verificou que, ao expor um material semicondutor a luz solar, percebia-se uma diferença de potencial nas extremidades da estrutura. A energia solar ganhou mais destaque em 1883, quando o americano Charles Fritts construiu a primeira bateria solar usando selênio, que mesmo tendo uma eficiência de conversão elétrica de apenas 1%, fez com que as pessoas começassem a crer que era possível, mesmo sem a queima de combustíveis, gerar energia elétrica (BERTOLI, 2012).
Em 1877, W. G. Adams juntamente com R. E. Day, apropriando-se do princípio semicondutor do selênio, que possui uma eficiência energética de 0,5%, apresentaram um dos primeiros mecanismos capazes de gerar eletricidade quando submetido a luz. O estudo sobre a energia fotovoltaica teve avanços significativos a partir da explicação de Albert Einstein em 1905 sobre o efeito fotoelétrico (VALLERA, 2006).
Apenas em 1954, com a publicação do primeiro artigo em relação a células fotovoltaicas a base de silício, por parte do pesquisador norte americano Bell Laboratory, liderado por D. M. Chapin, entraram com o registro de patente de uma célula com eficiência de cerca de 4,5% (BRITO, 2006).
Figura3– Retrato da Patente da Primeira Célula Solar Fotovoltaica
Fonte: Brito, 2006.
PRINCÍPIO DO FUNCIONAMENTO DE UMA PLACA SOLAR FOTOVOLTAICA
As células fotovoltaicas têm seu funcionamento definido, basicamente, como equipamentos capazes de converter a energia luminosa solar em energia elétrica, quando a mesma é captada por materiais semicondutores (FALCÃO, 2005).
O funcionamento da placa se dá pelo princípio dos semicondutores, que são materiais caracterizados por possuírem uma banda de valência completamente preenchida por elétrons e uma banda de condução sem elétrons na temperatura do zero absoluto (0 K). Comportando-se como um isolante a essa temperatura. Os principais elementos semicondutores são: o Carbono (C), o Silício (Si), Germânio (Ge), Arsênio (As), Fósforo (P), o Selênio (Se) e o Telúrio (Te), elementos localizados nos grupos 14 a 16 da tabela periódica (PINHO, 2014).
As células são constituídas principalmente por um par de camadas (uma chamada p e a outra n), conforme Fig.4, feitas de materiais semicondutores de dois tipos diferentes. Estas células, quando atingidas por fótons em sua camada absorvedora, geram e separam pares de elétron-buraco através de um campo elétrico embutido, fazendo assim com que os elétrons fiquem na camada superior e os buracos na camada mais abaixo, gerando assim uma diferença de potencial entre as camadas da célula, que está relacionada diretamente a intensidade luminosa daquela área (PAPINI, 2016).
Figura 4– Esquema de Funcionamento de uma Célula Fotovoltaica
	
Fonte: Falcão, 2005
Como a maior parte da radiação solar não absorvida pelas camadas atmosféricas terrestres compõe-se em grande parte de luz visível, o importante para o desempenho da placa fotovoltaica são fótons com comprimento de onda variando do visível até o infravermelho, que em termos de comprimento de onda variam de 390 a 1100 nm e em termos de energia, 1,1 a 3,1 eV. Tendo como principais materiais semicondutores apresentando energia de banda entre essa faixa:o Silício (Si), o Arsenieto de Gálio (GaAs), o Telureto de Cádmio (CdTe) e o Disseleneto de Cobre Índio – CIS (CuInSe₂), sendo esses os mais utilizados na fabricação de painéis solares fotovoltaicos (FALCÃO, 2005). 
PREÇO DO kWh E BANDEIRAS TARIFÁRIAS
De acordo com a concessionária fornecedora de energia elétrica para o estado de Mato Grosso, a UFMT – CUA se enquadra no grupo de consumo denominado Serviço Público Federal, em que o preço do kWh atualmente, está na faixa de R$ 0,49827 no horário fora de ponta, enquanto o custo do kWh sobe para algo em torno de R$ 2,125no horário de pico (ENERGISA, 2018).
Frisando que não se deve confundir Quilowatt-hora (kWh), que é uma medida de energia que relaciona a geração ou consumo de 1 kW continuamente durante 60 minutos, com Quilowatt (kW), que é uma medida de potência que geralmente determina o tamanho de um sistema solar (PORTAL SOLAR, 2018).
A partir de 2015 foi introduzido um novo método na cobrança das contas de energia: o Sistema de Bandeira Tarifário, que com base nas cores do semáforo indica aos consumidores o atual panorama da geração de energia elétrica no Brasil. Se as condições forem favoráveis, a bandeira é verde e a tarifa não sofre nenhuma alteração, se as condições forem um pouco menos favoráveis, diz-se que está na bandeira amarela e a tarifa sofre um acréscimo de R$ 0,010 para cada kWh consumido, já a bandeira vermelha se divide em dois patamares, o patamar 1 é quando as condições de geração já estão com um custo elevado e a tarifa é acrescida de R$ 0,030 a cada kWh consumido, e o patamar 2 são acrescidos R$ 0,050 para cada kWh consumido, com condições de geração com custos ainda mais elevados (ANEEL, 2018).
HORÁRIO DE PICO E HORÁRIO FORA DE PONTA
Horário de pico ou horário de ponta é aquele compreendido entre as 17:30h e 20:30h.É quando o consumo de energia elétrica aumenta e as concessionárias de energia elétrica tem que fornecer sua maior demanda. É também o horário em que a maioria das pessoas estão chegando em suas casas e ligando seus aparelhos domésticos (tais como chuveiros, lâmpadas entre outros), e que boa parte da indústria ainda está em funcionamento. Tendo assim uma tarifa mais elevada, diferente daquela cobrada no restante do dia que compreende o horário fora de ponta (VOLPE ELETROPOSTES, 2015).
MODELO FOTOVOLTAICO
O sistema fotovoltaico de geração de energia elétrica pode ser classificado em dois tipos: autônomo e interligado a rede. O primeiro modelo, de geração autônoma, consiste em, além do uso das placas fotovoltaicas; equipamentos complementares como inversores, onde são utilizados para alternar a eletricidade que é gerada pelas placas em corrente contínua para corrente alternada podendo assim alimentar qualquer equipamento elétrico; controladores de carga, que são instalados entre as placas; e as baterias que são responsáveis por não deixar que as baterias descarreguem nem sofram sobrecarga, e um banco de baterias para armazenar a energia produzida, podendo assim ser aproveitada em dias nublados ou no período noturno, porém a capacidade de geração nesse modelo se limita pela capacidade das baterias.
No segundo modelo de geração, as placas atuam como uma fonte auxiliar de geraçãode energia, sendo o fornecimento da concessionária de energia elétrica a fonte principal. Este modelo não faz uso de bateria, pois toda a energia gerada é aproveitada de alguma maneira, e a energia excedente gerada durante o dia que não é aproveitada pela residência/comércio/indústria geradora é devolvida a rede concessionária e, ao final do mês, é debitada da energia fornecida pela concessionária em períodos nublados ou noturnos (SOLENERG, 2018).
MATERIAIS E MÉTODOS
O CRESESB E PROGRAMA SUNDATA
O Centro de Referência para Energia Solar e Eólica no Brasil, Sérgio de Salvo Brito, tem como principal objetivo difundir o desenvolvimento, a ampliação e o estímulo ao uso das energias solar e eólica. Ele surgiu em abril de 1994, após o Encontro para Definição das Diretrizes para o Desenvolvimento das Energias Solar e Eólica no Brasil. Contando com uma quantidade significativa de entidades de diversos setores da sociedade, e que teve como resultado um documento chamado Declaração de Belo Horizonte, na qual a mesma identifica a necessidade de um centro de referência. O Centro leva o nome do engenheiro pós-graduado em energia nuclear, Sérgio de Salvo Brito, falecido precocemente, que enquanto vivo, foi um dos primeiros a defender o uso de energias renováveis no Brasil, tornando-se conhecido e respeitado tanto no país como fora dele neste ramo (CRESESB, 2018).
O programa SunData é uma iniciativa do CRESESB para proporcionar suporte ao dimensionamento de sistemas fotovoltaicos, e tem por finalidade o cálculo da irradiação solar diária média mensal, em cada ponto do território nacional. Ele é atualizado com o banco de dados do Atlas Brasileiro de Energia Solar - 2ª Edição, elaborado pelo Centro de Ciência do Sistema Terrestre (CCST) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), por meio de seu Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia (LABREN) (CCST/LABREN/INPE, 2017) (CRESESB, 2018).
ROTEIRO DE PESQUISA
O trabalho realizado usará como base um modelo de placa solar fotovoltaica utilizado por uma determinada empresa da região que faz sua instalação em diversas residências e empresas, onde será analisada a capacidade média aproximada de geração de um painel no período de maior incidência solar na cidade de Barra do Garças – MT (período a ser analisado das 08:00h às 17:00h), e multiplicado pela quantidade de painéis que seriam possíveis de serem instalados no telhado de alguns dos blocos (Bloco 2 na quadra 2, Bloco 3 na quadra 3, e Bloco 5 na quadra 4 - explicitados no anexo A) da entrada da UFMT-CUA, localizada na rodovia BR 070, S/N, frente ao posto Premium, km 3,5.Desta forma será descoberta a capacidade de geração diária da mini usina instalada e, consequentemente, a geração mensal.
Tendo em visto que a o fabricante das placas garante um desempenho mínimo de geração de 80% após um período de 25 anos de uso dos painéis, será utilizada a fórmula de decaimento radiativo, segundo Gallas (2018), para que possa ser verificada a capacidade de geração ao longo desse tempo.
Simultaneamente, será calculado o custo da futura instalação dos painéis solares, tal qual os suportes para os mesmos, os relógios medidores e o custo da mão-de-obra necessária para a instalação da mini usina geradora.
Após ser calculada a capacidade de geração de energia elétrica da mini usina solar no prazo de 20 anos, os custos de instalação da mesma e a quantidade de energia elétrica consumida pela Instituição nesse período, será possível estimar a economia gerada para a Universidade com a implantação da mesma.
ESPECIFICAÇÕES DO MÓDULO
Para a produção deste estudo de caso, inicialmente foi se fez necessária uma pesquisa sobre o tema em questão, bem como uma entrevista com um profissional atuante na área e que executa serviços no ramo de instalações de painéis solares na região de Barra do Garças - MT. Após esta pesquisa inicial, obteve-se o modelo de placa a ser adotada, o módulo CS6P-270P da empresa Canadian Solar®, que se trata do modelo de painel utilizado pelo engenheiro eletricista entrevistado.
O módulo possui dimensões externas de 982 mm de largura, 1638 mm de comprimento e 40 mm de espessura, com peso aproximado de 18kg, a eficiência da placa (h) em torno de 16,79%, potência máxima de pico (Pmáx) igual a 270W, voltagem de máxima potência (Vmp) de 30,8V, com corrente de máxima potência (Imp) de 8,75A, tensão de circuito aberto (Voc) de 37,9V, corrente de curto circuito (Isc) de 9,32ª, e temperatura de funcionamento entre -40ºC e +85ºC (CANADIAN SOLAR INC, 2016).
Figura5–Foto do Módulo CS6P-270P
	Fonte: CANADIAN SOLAR INC. 2016
Figura 6–Especificações Geométricas do Módulo CS6P-270P
Fonte: CANADIAN SOLAR INC. 2016
DEFINIÇÕES DO PROJETO
Definido como escolha inicial do autor, a área a ser utilizada para a instalação da mini usina se dará pela área de cobertura do telhado de três blocos de salas de aula, próximos a entrada da UFMT – CUA, a fim de otimizar o uso de um espaço ocioso, em prol do desenvolvimento e sustentabilidade.
Utilizando as áreas das coberturas dos telhados dos blocos 2, 3 e 5, tentando buscar um aproveitamento máximo e respeitando um espaçamento mínimo de 60 cm entre cada linha de painéis para futuras manutenções, bem como reparos ou possíveis trocas de placas, e seguindo também uma inclinação de 13º em relação a horizontal, para uma melhor absorção da radiação solar, com os módulos voltados sempre para a fachada norte, foi possível a locação de um total de 676 placas, dispostas da seguinte maneira: os blocos 2 e 3 receberam 225 placas cada, sendo uma linha com 6 painéis, 5 linhas contendo 42 painéis e outra linha com 9 painéis, conforme mostra a Fig. 7 e Fig. 8;o bloco 5, por apresentar uma pequena diferença geométrica dos demais, apresentou uma capacidade de alojamento de 226 placas, sendo duas linhas de 7 painéis, 4 linhas com 38 painéis e outras 2 linhas de 30 painéis, ilustrado na Fig. 9.
Depois de calculado os custos de instalação das placas solares, o próximo passo foi verificar a possível energia gerada pela mesma, levando em conta dados de radiação solar obtidos no site da CRESESB e a geração do mesmo modelo da placa adotada nos diferentes meses do ano, obtidos através de um sistema instalado em uma residência na cidade de Barra do Garças, localizada próxima ao Campus II.
Figura7– Planta de Localização do Bloco 2, Dentro da Quadra 2
Fonte: O Autor
Figura8 -Planta de Localização do Bloco 3, Dentro da Quadra3
Fonte: O Autor
Figura9 - Planta de Localização do Bloco 5, Dentro da Quadra4
Fonte: O Autor
Tendo em vista o grande consumo de energia elétrica da Universidade, a proposta do projeto insiste em usar a energia gerada pela mini usina a fim de debitar da energia consumida no horário fora de ponta, que é o horário com maior consumo de energia elétrica nas dependências da faculdade, principalmente devido a quantidade de alunos de cursos nos períodos matutinos e vespertinos.
RESULTADOS
ENERGIA E ECONOMIA GERADA
Para os cálculos a seguir, foram utilizados dados de geração obtidos através da mediação de um sistema fotovoltaico em funcionamento desde o mês de janeiro de 2016, medidos pelo engenheiro eletricista (e dono da residência com o sistema) Humberto Gouveia, no qual foi verificada a leitura da energia total gerada em torno de 4,37 MWh ou 4370 kWh em um período de 21 meses (janeiro de 2016 a setembro de 2017), mostrada pelo inversor fotovoltaico de um sistema de geração composto por 6 placas fotovoltaicas (do mesmo modelo da adotada neste trabalho) instaladas em uma residência localizada na rua Dona Delvita Galvão, quadra 178, lote 16, aproximadamente 2km da UFMT-CUA. Dividindo pela quantidade de placas do circuito (seis), e relacionando com a irradiação solar diária média (obtidos no site da CRESESB através do programa SunData), multiplicando pela quantidade de dias naquele determinado mês, obtêm-se a irradiação mensal. Com os valores da irradiação mensal divididos pelo somatório total de irradiação seobtém a porcentagem de energia gerada pela irradiação mensal.
Em seguida, a porcentagem é multiplicada pela quantidade de energia gerada por metro quadrado no período total e então dividia pela irradiação total no período, assim obtendo a capacidade de geração mensal por metro quadrado a cada mês. Após isso, multiplicando-se pela área do conjunto de placas, se obtêm a capacidade de geração de energia mensal, que subtraída da energia consumida pela Universidade naquele mês no horário fora de ponta, resta apenas a quantidade que a faculdade teria que repassar a concessionária de energia elétrica. 
A Tabela 1 define os parâmetros básicos utilizados para estimar a energia gerada em determinado mês dentro do período de análise de 21 meses. A irradiação total é obtida através do somatório das irradiações diárias médias mensais no período analisado, como mostrado na Tabela 4.
Tabela1: Resumo Geral Para Dimensionamento da Estimativa de Geração de Energia
	Energia total gerada (kWh)
	Quantidade de placas
	Área do conjunto de placas (m²)
	Energia/Área das placas (kWh/m²)
	Irradiação total em 21 meses (kWh/m²)
	4370
	6
	9,65
	452,79
	110,29
Fonte: O Autor
A Tabela 2 exemplifica o critério usado para estimar a capacidade de geração de energia no mês de janeiro de 2016, de acordo com os dados do programa SunData fornecidos pela CRESESB e os dados fornecidos pelo proprietário do sistema de geração já implantado, em uma localidade próxima a UFMT-CUA-CAMPUS II.
	Tabela 2: Demonstrativo do Cálculo de Geração de Energia no mês de Janeiro de 2016
	Irradiação diária (kWh/m²·dia)
	Dias 
	Irradiação mensal (kWh/m²)
	% total de irradiação
	Energia/m² (kWh/m²)
	Energia gerada estimada (kWh)
	5,47
	31
	169,57
	5,046
	22,848
	220,51
Fonte: O Autor
A Tabela 3, mostra um índice de precisão anual de aproximadamente 80% entre os resultados calculados com os valores de irradiação obtidos pelo programa SunData (CRESESB, 2017), e a quantidade de energia gerada pelo conjunto de seis placas na residência utilizada como base.
Tabela 3: Precisão Anual Entre a Energia Produzida e a Estimativa
	Mês/Ano
	Média de irradiação solar diária (kWh)
	Projeção da energia gerada (kWh)
	Energia gerada pelo sistema (kWh)
	Precisão (%)
	jan/16
	5,47
	220,51
	131
	59,41
	fev/16
	5,62
	211,94
	123
	58,03
	mar/16
	5,30
	213,66
	175
	81,91
	abr/16
	5,31
	207,16
	180
	86,89
	mai/16
	4,93
	198,74
	161
	81,01
	jun/16
	4,62
	180,24
	153
	84,89
	jul/16
	4,88
	196,73
	171
	86,92
	ago/16
	5,41
	218,09
	171
	78,41
	set/16
	5,43
	211,84
	174
	82,14
	out/16
	5,51
	222,12
	134
	60,33
	nov/16
	5,33
	207,94
	126
	60,60
	dez/16
	5,51
	222,12
	136
	61,23
	Média
	5,37
	211,89
	157
	79,71
Fonte: O Autor
Com isso, substituindo a área das 6 placas (9,65m²), pela área das 676 placas (aproximadamente 1087,36 m²) que serão usadas na universidade, é possível estimar a energia que seria gerada pela mini usina da Universidade neste mesmo período. E, posteriormente, sendo subtraído da energia consumida no horário fora de ponta, restaria o total que a faculdade teria que pagar, caso o consumo total da Universidade for maior que a geração, ou restaria uma forma de crédito da Universidade com a concessionária de energia elétrica caso a geração seja maior que o consumo total.
A Tabela 4 nos mostra o cálculo da estimativa de energia que seria gerada no período de 21 meses na Universidade, utilizando um conjunto de placas fotovoltaicas de mesmo modelo da placa empregada na residência base.
Tabela 4: Estimativa de Geração de Energia no Período de 21 meses
	Mês/Ano
	Irradiação diária (kWh/m²*dia)
	Irradiação mensal (kWh/m²)
	Porcentagem de irradiação total
	Energia estimada mensal (kWh/m²)
	Energia gerada estimada (kWh)
	jan/16
	5,47
	169,57
	5,046
	22,85
	24844,40
	fev/16
	5,62
	162,98
	4,849
	21,96
	23878,87
	mar/16
	5,3
	164,3
	4,889
	22,14
	24072,27
	abr/16
	5,31
	159,3
	4,741
	21,46
	23339,70
	mai/16
	4,93
	152,83
	4,547
	20,59
	22391,75
	jun/16
	4,62
	138,6
	4,124
	18,68
	20306,85
	jul/16
	4,88
	151,28
	4,501
	20,38
	22164,65
	ago/16
	5,41
	167,71
	4,991
	22,60
	24571,88
	set/16
	5,43
	162,9
	4,847
	21,95
	23867,15
	out/16
	5,51
	170,81
	5,082
	23,02
	25026,07
	nov/16
	5,33
	159,9
	4,758
	21,55
	23427,60
	dez/16
	5,51
	170,81
	5,082
	23,02
	25026,07
	jan/17
	5,47
	169,57
	5,046
	22,85
	24844,40
	fev/17
	5,62
	162,98
	4,849
	21,96
	23878,87
	mar/17
	5,3
	164,3
	4,889
	22,14
	24072,27
	abr/17
	5,31
	159,3
	4,741
	21,46
	23339,70
	mai/17
	4,93
	152,83
	4,547
	20,59
	22391,75
	jun/17
	4,62
	138,6
	4,124
	18,68
	20306,85
	jul/17
	4,88
	151,28
	4,501
	20,38
	22164,65
	ago/17
	5,41
	167,71
	4,991
	22,60
	24571,88
	set/17
	5,43
	162,9
	4,847
	21,95
	23867,15
Fonte: O Autor
Adotando o preço do kWh atual para horários fora de ponta (R$ 0,49827)para o cálculo da estimativa de economia e considerando um cenário onde apenas seria empregado a bandeira verde, e ignorando a carga tributária incidente sobre o mesmo, estamos analisando, assim, o pior cenário em termos de geração de energia elétrica, lembrando que nos meses em que houver acréscimo de bandeira, a universidade pagaria ainda menos devido a energia gerada por ela própria, e qualquer alteração nos fatores modificaria a estimativa tanto a favor como contra a economia.
A Tabela 5 apresenta o que seria gerado de economia para a Universidade em cada um dos 21 meses do período analisado, com a energia consumida em cada mês no período, juntamente com a estimativa de geração de energia mensal em torno de 23860 kWh, e um consumo médio na faixa de 77300 kWh, gerando assim uma economia total no período equivalente a R$ 245.325,61, com média de R$ 11.892,28 de economia por mês.
Tabela 5: Economia Estimada no Período de 21 Meses
	Mês/Ano
	Energia gerada estimada (kWh)
	Energia consumida no horário fora de ponta (kWh)
	Energia a pagar (kWh)
	Valor a pagar aprox. R$0,49827 kWh (R$)
	Economia por mês (R$)
	jan/16
	24844,40
	58377
	33532,60
	16.708,29
	12.379,22
	fev/16
	23878,87
	83958
	60079,13
	29.935,63
	11.898,12
	mar/16
	24072,27
	92278
	68205,73
	33.984,87
	11.994,49
	abr/16
	23339,70
	96774
	73434,30
	36.590,11
	11.629,47
	mai/16
	22391,75
	105265
	82873,25
	41.293,25
	11.157,14
	jun/16
	20306,85
	69720
	49413,15
	24.621,09
	10.118,30
	jul/16
	22164,65
	60900
	38735,35
	19.300,66
	11.043,98
	ago/16
	24571,88
	76440
	51868,12
	25.844,33
	12.243,43
	set/16
	23867,15
	89880
	66012,85
	32.892,22
	11.892,28
	out/16
	25026,07
	94500
	69473,93
	34.616,77
	12.469,74
	nov/16
	23427,60
	67620
	44192,40
	22.019,74
	11.673,27
	dez/16
	25026,07
	77280
	52253,93
	26.036,56
	12.469,74
	jan/17
	24844,40
	66360
	41515,60
	20.685,98
	12.379,22
	fev/17
	23878,87
	57960
	34081,13
	16.981,61
	11.898,12
	mar/17
	24072,27
	84420
	60347,73
	30.069,47
	11.994,49
	abr/17
	23339,70
	105420
	82080,30
	40.898,15
	11.629,47
	mai/17
	22391,75
	75600
	53208,25
	26.512,07
	11.157,14
	jun/17
	20306,85
	86940
	66633,15
	33.201,30
	10.118,30
	jul/17
	22164,65
	75180
	53015,35
	26.415,96
	11.043,98
	ago/17
	24571,88
	65100
	40528,12
	20.193,95
	12.243,43
	set/17
	23867,15
	93240
	69372,85
	34.566,41
	11.892,28
Fonte: O Autor
Fazendo uma projeção de aumento de 1% da energia consumida anualmente pela Universidade para os próximos 20 anos, e utilizando a estimativa de geração no primeiro ano com as placas funcionando em 100% de sua capacidade e após 20 anos funcionando em 80%, como garante o fabricante, adotando o consumo médio no período analisado como o mensal, e considerando a média anual de irradiação diária como a mesma pelos próximos anos seobtém a economia no período de 20 anos.
A Tabela 6 nos mostra a estimativa de economia para a Universidade no período inicial de 20 anos, de quase R$ 2,7 milhões, mantendo uma média de R$ 10.600,00 de economia mensal para a Universidade em valores na cotação atual, sem levar consideração o aumento da carga tributária e da inflação.
Tabela6: Economia Gerada Pela Mini Usina em20 Anos
	Ano
	Estimativa de consumo (kWh)
	Estimativa de geração (kWh)
	Energia paga anualmente (kWh)
	Economia anual (R$)
	2018
	927.360,00
	286.405,80
	640.954,20
	142.707,42
	2019
	936.633,60
	283.228,13
	653.405,47
	141.124,08
	2020
	945.999,94
	280.085,72
	665.914,22
	139.558,31
	2021
	955.459,94
	276.978,17
	678.481,77
	138.009,91
	2022
	965.014,53
	273.905,10
	691.109,44
	136.478,69
	2023
	974.664,68
	270.866,12
	703.798,56
	134.964,46
	2024
	984.411,33
	267.860,87
	716.550,46
	133.467,03
	2025
	994.255,44
	264.888,95
	729.366,49
	131.986,22
	2026
	1.004.197,99
	261.950,01
	742.247,98
	130.521,83
	2027
	1.014.239,97
	259.043,68
	755.196,30
	129.073,69
	2028
	1.024.382,37
	256.169,59
	768.212,78
	127.641,62
	2029
	1.034.626,20
	253.327,39
	781.298,81
	126.225,44
	2030
	1.044.972,46
	250.516,73
	794.455,73
	124.824,97
	2031
	1.055.422,18
	247.737,24
	807.684,94
	123.440,04
	2032
	1.065.976,41
	244.988,60
	820.987,80
	122.070,47
	2033
	1.076.636,17
	242.270,46
	834.365,72
	120.716,10
	2034
	1.087.402,53
	239.582,47
	847.820,07
	119.376,76
	2035
	1.098.276,56
	236.924,30
	861.352,26
	118.052,27
	2036
	1.109.259,32
	234.295,63
	874.963,69
	116.742,48
	2037
	1.120.351,92
	231.696,12
	888.655,80
	115.447,23
	2038
	1.131.555,44
	229.125,45
	902.429,98
	114.166,34
	Economia total
	
	
	
	2.686.595,36
Fonte: O Autor
CUSTOS DE INSTALAÇÃO
Foram realizados dois orçamentos em diferentes empresas da cidade de Barra do Garças – MT com um intuito de se fazer uma melhor análise dos custos.
Verificou-se que o custo total de instalação da mini usina geradora pela empresa denominada como “Empresa A” seria algo em torno de R$ 890.442,00. Desse valor, um total de R$ 677.598,00 seria destinado a compra dos módulos, geradores, do frete e de outros equipamentos necessários, e os outros R$ 212.844,00 se referem a elaboração do projeto e do serviço de montagem dos equipamentos. A “Empresa A” oferece também uma opção de pagamento a vista, onde haveria desconto de 5%, caindo assim o preço total para R$845.920,00 e também oferece uma opção de pagamento em 36 vezes com parcelas de R$ 24.583,68, e uma entrada de 13% igual a R$ 114.078,00, o que aumentaria o custo total para R$ 999.090,31.
A segunda empresa que realiza este tipo de serviço no município de Barra do Garças – MT e fez uma análise orçamentária da instalação, denominada “Empresa B”, com custo de R$ 542.954,68 referente a todos os equipamentos, incluindo o frete, e um total de R$ 217.594,64 referente aos custos de elaboração de projeto e instalação dos equipamentos, perfazendo um total de R$ 760.540,31 para pagamento a vista. A Empresa B não repassou um valor de orçamento parcelado.
VPL
O método do Valor Presente Líquido, considerado por muitos o método mais correto da engenharia econômica, traz todos os fluxos de caixa para a data zero a fim de somá-los ao investimento inicial, para descobrir a viabilidade econômica de determinado projeto, sendo considerados viáveis, investimentos com VPL com valores maiores que 0 (zero) (WR PRATES, 2016).
Para cálculo da atratividade e viabilidade da instalação do projeto, será usado o Valor Presente Líquido (VPL) de acordo com Stieler (2018), comparando o custo da instalação do sistema, também chamado de investimento (i), tanto pela Empresa A, quanto pela Empresa B. Os valores de economia anual presentes na Tabela 6 serão considerados como Fator de Capital (FC), a taxa de juros da inflação (j) é a proposta pelo Banco Central, fixada em 5%.
Desse modo, obtemos um VPL de R$ 787.243,55 para a Empresa A e para a Empresa B um VPL de R$ 868.557,54 para a forma de pagamento a vista de ambos, e para a forma de pagamento parcelado da Empresa A o VPL é de R$ 641.367,06.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho, os resultados de um sistema solar fotovoltaico já instalado em uma residência no município de Barra do Garças - MT foram comparados com dados obtidos pelo programa SunData do CRESESB, a fim de obter uma estimativa da provável geração de energia obtida por um sistema instalado na UFMT-CUA. Com esses dados, foi verificada a possível economia gerada em um período de 20 anos.
Ao mesmo tempo, foram executados orçamentos em duas empresas da cidade que realizam esse tipo de trabalho, para verificar o custo de instalação do sistema de geração fotovoltaico. Valores esses, tanto os de instalação, quanto os da possível economia que iria ser gerada, quando aplicados ao VPL, se mostraram um bom investimento, com boa margem de retorno para ambas as empresas analisadas.
Futuros trabalhos poderão calcular a quantidade de placas necessárias para suprir toda a demanda de energia elétrica da UFMT-CUA, bem como apresentar outras propostas de locais para a instalação da mini usina, dentro das dependências da universidade.
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BATTAGLIN, P. D.; BARRETO, G. Revisitando a História da Energia Elétrica Revista de Ensino de Engenharia, v. 30, n. 2, p. 49-58, 2011
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CRESESB Potencial Solar – SunData Disponível em:<http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=sundata>. Acesso em 18 jan. 2018
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DAZCAL, R. G.: JÚNIOR, A. G. M. Estudo da Implementação de um Sistema de Energia Solar Fotovoltaica em um Edifício da Universidade Presbiteriana Mackenzie Instituto Presbiteriano Mackenzie, Escola de Engenharia, Fortaleza, 2008
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ANEXO A
Distribuição de Quadras do Campus II – UFMT – Barra do Garças - MT