PROJETO DE UMA PLANTA ENERGIA SOLAR NO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS E DA MADEIRA

Bruno Simas Maximiano

28/11/2019

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E ENGENHARIAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS E DA MADEIRA
BRUNO SANGALI ARANTES
BRUNO SIMAS
FÉLIX QUEIROZ
JOÃO MIGUEL
NATÁLIA APARECIDA CUNHA
PROJETO DE UMA PLANTA ENERGIA SOLAR NO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS E DA MADEIRA
JERÔNIMO MONTEIRO
ESPÍRITO SANTO
2019
Sumário
1. INTRODUÇÃO 3
1.1 OBJETIVO GERAL 4
1.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 4
2. METODOLOGIA 5
2.1 LOCALIZAÇÃO 5
2.2 PROJETO DE UMA PLANTA SOLAR 7
3. ETAPAS DE EXECUÇÃO 7
4. CRONOGRAMA FÍSICO-FINANCEIRO 8
5. EQUIPE TRABALHO 8
6. ANÁLISE DO CICLO DE VIDA - ACV 8
7. LITERATURA CITADA 8
1. INTRODUÇÃO
A matriz elétrica no Brasil é vista como renovável devido a grade geração de energia elétrica pelas usinas hidrelétricas; sendo o grande crescimento da energia eólica, responsável para que a matriz elétrica continue sendo, em sua maior parte, renovável (BEN, 2018). Ainda neste estudo, a energia solar e a energia eólica, responsáveis por 6,9% da matriz elétrica brasileira em 2017.
De acordo com o Ministério de Minas e Energia – MME (2019),
“No mês de setembro de 2019, a capacidade instalada total¹ de geração de energia elétrica do Brasil atingiu 168.617 MW, considerando a geração distribuída (GD). Em comparação ao mesmo mês do ano anterior, houve um acréscimo de 7.596 MW, sendo 4.601 MW de geração de fonte hidráulica, 1.774 MW de fonte eólica e 1.732 MW de fonte solar.” (MME, Boletim Mensal de Monitoramento do Sistema Elétrico Brasileiro Setembro/2019, p. 13).
O Brasil possui expressivo potencial para geração de energia elétrica a partir de fonte solar, devido aos níveis de irradiação solar superiores aos de países onde projetos para aproveitamento de energia solar são amplamente difundidos, como Alemanha, França e Espanha (LIMP NASCIMENTO, 2017).
Ainda de acordo com Limp Nascimento (2017), em caso do efeito fotovoltaico, que foi descoberto em 1839 por Edmond Becquerel, os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica por meio do uso de células solares, visto como o processo mais comum de geração de energia elétrica a partir da energia solar e entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, são os usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, destacando-se o silício.
O estado do Espírito Santo possui boa irradiação solar por sua localização tropical e que a variação da radiação incidente no plano inclinado para o estado capixaba está entre 5,07 e 5,58 kWh/m²/dia (Agência de Serviços Públicos de Energia do Estado do Espírito Santo – ASPE, 2013). E enquanto a média anual de irradiação solar nacional varia entre 3,8 e 6,5 kWh/m²/dia.
O Departamento de Ciências Florestais e da Madeira (DCFM) faz parte do Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Universidade Federal do Espírito Santo – UFES, abrigando os cursos de graduação em Engenharia Florestal e Engenharia Industrial Madeireira, além do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, em nível de mestrado e doutorado. A estrutura comporta laboratórios com muitos equipamentos, salas de aula, salas de professores, biblioteca, marcenaria, restaurante universitário e banheiros. Aliando essa toda estrutura com o número de discentes, docentes e funcionários técnico-administrativos que frequentam o local diariamente, tem-se que o gasto com energia elétrica é elevado, sendo interessante a implantação de placas solares para geração de energia solar no DCFM.
Sendo assim, este trabalho possui como objetivo principal o desenvolvimento do projeto, com metodologia, etapas da execução e cronograma físico-financeiro da instalação de painéis fotovoltaico no DCFM.
1.1 Objetivo geral
Elaboração de uma planta de energia solar para o Departamento de Ciências Florestais e da Madeira – DCFM.
1.2 Objetivo específico
Implantar um sistema de energia solar no DCFM;
Gerar economia no consumo de energia elétrica;
Aproveitar a fonte de energia renovável.
2. METODOLOGIA
2.1 Localização
A primeira etapa é a descrição da localização do Departamento de Ciências Florestais e da Madeira - DCFM, localizado em Jerônimo Monteiro, cujo público é composto por discentes, docentes, servidores públicos e terceirizados. O mapa da localização é ilustrado pela Figura 1.

A estrutura do DCFM comporta laboratórios A Tabela 1 mostra o número de laboratórios que a estrutura do DCFM comporta por áreas de atuação:
Área de atuação Laboratórios
Administração e Logística Industrial Laboratório de Economia e Administração Florestal
Conservação da Natureza e Recursos Hídricos Laboratório de Meteorologia e Ecofisiologia Vegetal
Laboratório de Modelagem Hidrológica
Laboratório de Recursos Hídricos e Solos
Manejo Florestal Laboratório de Mecanização e Colheita Florestal
Laboratório de Incêndios Florestais
Laboratório de Mensuração e Manejo Florestal
Produtos Florestais Laboratório de Bio-Deterioração e Proteção da Madeira
Laboratório de Celulose
Laboratório de Ciência da Madeira
Laboratório de Energia da Biomassa
Laboratório de Estruturas de Madeiras
Laboratório de Mecânica e Materiais
Laboratório de Painéis
Laboratório de Processamento da Madeira
Laboratório de Qualidade da Madeira
Laboratório de Química da Madeira
Silvicultura Laboratório de Dendrologia
Laboratório de Sementes Florestais
Viveiro Florestal Universitário
Fonte:
A estrutura do DCFM ainda conta com uma estrutura de salas de aula, como mostra a Tabela 2
Salas de aula Número de lâmpadas tubular Número de ventiladores Número de ar condicionado

2.2 Consumo de energia elétrica
O DCFM possui duas instalações elétricas para atender a demanda em energia elétrica de sua estrutura, são elas: instalação 0001364687 e instalação 0001364688. Para o presente projeto, será considerado o consumo médio de energia elétrica de 2018 para a instalação 0001364687, como mostra a Tabela 3.
Tabela 3 – Consumo de energia elétrica (instalação 00013364687)
Meses Período Consumo (kW/h) Valor (R$)
Janeiro 27/12/2017 a 23/01/2018 5.036,7480 4.431,65
Fevereiro 24/01/2018 a 22/02/2018 5.982,6840 4.945,37
Março 23/02/2018 a 25/03/2018 8.557,3440 6.617,93
Abril 26/03/2018 a 25/04/2018 6.939,7440 5.507,81
Maio 26/04/2018 a 25/05/2018 5.252,8320 4.445,50
Junho 26/05/2018 a 26/06/2018 3.676,1880 3.792,12
Julho 27/06/2018 a 26/07/2018 3.554,7120 3.742,89
Agosto 27/07/2018 a 24/08/2018 3.379,0200 3.698,37
Setembro 25/08/2018 a 25/09/2018 4.708,2240 4.798,87
Outubro 26/09/2018 a 25/10/2018 7.774,9080 7.588,36
Novembro 26/10/2018 a 26/11/2018 6.905,0760 6.256,65
Dezembro 27/11/2018 a 27/12/2018 7.967,2920 6.404,94
Média 62.230,46
Para o consumo médio de energia elétrica de 2018 da instalação 0001364688, apresenta-se a Tabela 4.
Tabela 4 – Consumo de energia elétrica (instalação 00013364688)
Meses Período Consumo (kW/h) Valor
Janeiro 27/12/2018 a 23/01/2018 43.902,4320 31.050,89
Fevereiro 24/01/2018 a 22/02/2018 41.018,4600 27.785,32
Março 23/02/2018 a 25/03/2018 49.144,7880 34.751,03
Abril 26/03/2018 a 25/04/2018 38.000,6760 26.581,68
Maio 26/04/2018 a 25/05/2018 29.227,0440 20.567,91
Junho 26/05/2018 a 26/06/2018 23.371,0680 18.109,49
Julho 27/06/2018 a 26/07/2018 30.874,2000 23.721,08
Agosto 27/07/2018 a 24/08/2018 29.019,3120 23.037,91
Setembro 25/08/2018 a 25/09/2018 34.947,2070 28.830,26
Outubro 26/09/2018 a 25/10/2018 28.029,2880 25.683,29
Novembro 26/10/2018 a 26/11/2018 35.752,9200 28.498,77
Dezembro 27/11/2018 a 27/12/2018 0 2.714,15
Média 291.331,78
2.3 Incidência solar
A incidência solar é um fator muito importante para a análise da implantação de placa solar num determinado local. O primeiro passo é o dimensionamento (cálculos solarimétricos, que definem o potencial de geração elétrica com os dados de medição solar no local da planta), para isso existem programas específicos. Porém
pode ser realizado de forma direta com base nas coordenadas do município de Jerônimo Monteiro.
O programa SunData destina-se ao cálculo da irradiação solar diária média mensal em qualquer ponto do território nacional e constitui-se em uma tentativa do Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito – CRESESB de oferecer uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas fotovoltaicos.
As coordenadas do município de Jerônimo Monteiro são: Latitude (20º 47' 22" S) e
Longitude (41º 23' 42" W), ambos em graus, minutos e segundos (00°00'00"). Com base nessas informações, o programa SunData fornece as médias dos valores de Horas de Sol Pleno – HPS como mostra a Tabela 5.
Tabela 5 – Valores de HSP.
Meses Irradiação solar diária média [kWh/m2.dia]
Janeiro 6,17
Fevereiro 6,37
Março 5,23
Abril 4,58
Maio 3,95
Junho 3,71
Julho 3,78
Agosto 4,50
Setembro 5,00
Outubro 5,17
Novembro 5,07
Dezembro 5,86
Média 4,94917
O Brasil possui um potencial para instalação de placas solares, devido a boa incidência solar, ilustrado pela Figura

http://satelite.cptec.inpe.br/radiacao/
2.4 Projeto de uma planta solar
Um sistema solar fotovoltaico possui dois equipamentos principais e essenciais, são eles: as placas fotovoltaicas e o inversor. Sendo a placa fotovoltaica responsável por converter energia luminosa em energia elétrica e o inversor tem a função de inverter a corrente contínua proveniente dos painéis em correntes alternadas, tornando o uso da energia de forma adequada aos equipamentos elétricos.
Além desses, existem os dispositivos de proteção, que tem como objetivo garantir a proteção dos equipamentos, e os dispositivos de medição, que mensuram em tempo real quanto de energia está sendo gerada e consumida no local. Os equipamentos de proteção são todos armazenados dentro de uma caixa, chamada ‘StringBox'.
3. ETAPAS DE EXECUÇÃO
Para a elaboração do projeto da planta solar, serão analisadas as seguintes etapas:
Primeira etapa:
Para o painel fotovoltaico, deve-se dimensionar a quantidade de placas fotovoltaicas necessárias e a potência do inversor. O dimensionamento das placas fotovoltaicas é realizado com base na Equação 1.
〖"Potência total" 〗_"Painéis" "= " 〖"Energia " 〗_"Geração" /(〖"Tempo " 〗_"Exposição" " η" ) Equação 1
Sendo o "η" , o rendimento.
Segunda etapa:
Contabilizar e dimensionar a estrutura do DCFM.
Terceira etapa:
Listar pelo menos dois orçamento para analisar qual deles é mais viável para a implantação do projeto.
4. CRONOGRAMA FÍSICO-FINANCEIRO
5. EQUIPE TRABALHO
6. ANÁLISE DO CICLO DE VIDA - ACV
A ACV é uma técnica desenvolvida para mensuração dos possíveis impactos ambientais causados como resultado da fabricação e utilização de determinado produto ou serviço. Essa abordagem é conhecida como “berço ao túmulo”, pois são levantados e levados em consideração dados em todas as fases do ciclo de vida do produto.
Em aspectos gerais as etapas seguidas são:
Definição de objetivo e escopo;
Análise de inventário;
Avaliação de impacto;
Interpretação.
Avaliamos o ciclo de vida dos painéis fotovoltaicos que serão instalados no Departamento de Ciências Florestais e da Madeira, levando em consideração todos os processos elementares compostos de fluxos de produtos intermediários ligados entre si e que geram o produto final.
Os painéis solares são produzidos com base na tecnologia de silício policristalino. Observou-se também o balanço do sistema (BOS), cujo qual é composto pelos painéis elétricos e tudo que os cercam, como seus componentes elétricos, inversores e sistema de estrutura para montagem.
Os dados referenciais usados, tem como base estudos publicados anteriormente por pesquisadores, esses irão constituir os inventários de entrada e saída.
Os seguintes processos fazem parte do processo para confecção e funcionamento do sistema fotovoltaico:
Extração do silício;
Purificação do silício;
Produção da pastilha de silício (wafer);
Produção da célula fotovoltaica policristalino;
Produção do painél fotovoltaico policristalino;
Transportes rodoviários para o transporte das peças e do produto final;
Produção da estrutura de montagem nos telhados;
Produção do inversor;
Produção dos componentes elétricos;
Produção do sistema fotovoltaico completo, com todos os seus componentes.
A fim de descrevermos os potenciais impactos ambientais existentes no processo do produto ou serviço, utilizamos dados mensuráveis.
Avaliou-se também a vida útil do produto e sua necessidade de manutenção, a empresa que confecciona o produto sugere vida útil ou manutenção do produto de 30 anos.
Durante o processo de produção dos painéis fotovoltaicos, da sua matéria prima, até o produto final, viu-se que, no processo de montagem do equipamento e extração do silício geram gases danosos à camada de ozônio, já no processo de purificação do silício enxergou-se uma grande emissão de gases de efeito estufa.
http://www.monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10029173.pdf
http://www.monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10029488.pdf
http://www.synergiaeditora.com.br/upl/arqs/tecnonolias-de-producao-24-08-sitepdf.pdf
https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/183494/oliveira_ab_dr_bauru.pdf?sequence=1
http://www.monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10029173.pdf
7. LITERATURA CITADA
Agência de Serviços Públicos de Energia do Estado do Espírito Santo – ASPE. Energia Solar no Espírito Santo - Tecnologias, Aplicações e Oportunidades. 2013. Vitória – ES, 2013. 120 p.
Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito – CRESESB. Potencial Solar - SunData v 3.0. Disponível em: < http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=sundata>.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2018: Ano base 2017. Empresa de Pesquisa Energética. – Rio de Janeiro. 2018. Disponível em: <http://epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-303/topico-419/BEN2018__Int.pdf>. Acesso em: 30 out. 2019.
GOMES, Anny Elena. MODELO DE PROJETO DE UMA PLANTA FOTOVOLTAICA DE MICROGERAÇÃO PARA CAPACITAÇÃO EM ENERGIA SOLAR. 2017. 84 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. Disponível em: <http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10021935.pdf>. Acesso em: 25 out. 2019.
LIMP NASCIMENTO, Rodrigo. Energia solar no brasil: situação e perspectivas. Março de 2017. Consultoria Legislativa. Estudo técnico. Disponível em: < http://bd.camara.gov.br/bd/bitstream/handle/bdcamara/32259/energia_solar_limp.pdf?sequence=1>. Acesso em: 05 nov. 2019.
Ministério de Minas e Energia (MME). Boletim mensal de monitoramento do setor elétrico – setembro de 2019. Brasília: MME, 2019. Disponível em: <http://www.mme.gov.br/documents/1138781/1435504/Boletim+de+Monitoramento+do+Sistema+El%C3%A9trico+-+Set+-+2019.pdf/1368b834-34ae-4cd1-ba95-fe9a54530167>. Acesso em: 29 out. 2019.