Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ (UNOPAR) FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA Guilherme Jurkovski Xavier Lauro Antônio Gaieski Matheus Santos da Silva Mauro Antonio Schmitz ENERGIA LIVRE SUSTENTÁVEL VIABILIDADE DE PROJETO, SISTEMA FOTOVOLTAICO ERECHIM 2020 Guilherme Jurkovski Xavier Lauro Antônio Gaieski Matheus Santos da Silva Mauro Antonio Schmitz ENERGIA LIVRE SUSTENTÁVEL VIABILIDADE DE PROJETO, SISTEMA FOTOVOLTAICO Produção Textual Interdisciplinar em Grupo (PTG) Universidade Norte do Paraná (UNOPAR) Portfolio interdisciplinar em grupo Esta temática visa trabalhar os conteúdos do semestre corrente, demostrando a relação prática das disciplinas nas atividades que serão desenvolvidas no cotidiano profissional de um Engenheiro. Professores: Hallynnee Hellenn Pires Rossetto; Diego Fogaça Carvalho; Daiany Cristiny Ramos; José Adir Lima Machado; Katielly Tavares dos Santos. ERECHIM 2020 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 4 2 VIABILIDADE DE PROJETO.................................................................. 5 2.1 Demanda mensal média.......................................................................... 5 2.2 Potência dos Inversores Autônomos....................................................... 6 2.3 Banco de Baterias.................................................................................... 7 2.3.1 Capacidade Útil........................................................................................ 7 2.3.2 Profundidade de descarga....................................................................... 7 2.3.3 Configuração dos elementos................................................................... 8 2.4 Painel Fotovoltaico................................................................................... 9 2.4.1 Disponibilidade solar................................................................................ 9 2.4.2 Potencial solar no plano do painel fotovoltaico........................................ 10 2.4.3 Cálculo e configuração de elementos...................................................... 10 2.5 Controladores de carga........................................................................... 11 3 RETORNO DO INVESTIMENTO............................................................. 12 3.1 Estimativa de investimento...................................................................... 12 3.2 Orçamento............................................................................................... 13 3.3.1 Financiamento......................................................................................... 14 3.3.2 Simulação do financiamento.................................................................... 15 4 ÍNDICES ISE E SRI................................................................................. 16 4.1 ISE (Índice de Sustentabilidade Empresarial)......................................... 16 4.2 SRI (Investimento Social Responsável)................................................... 17 5 DESCARTE DE COMPONENTES ELETRONICOS............................... 18 6 PROPRIEDADES PERIÓDICAS, RAIO ATÔMICO E ELETRONEGATIVIDA............................................................................ 19 6.1 Número de elétrons nas respectivas camadas de valência..................... 20 6.2 Subnível mais energético......................................................................... 20 6.3 Distribuição eletrônica.............................................................................. 20 7 FOLHA DE CALCULOS DE VIABILIDADE DE PROJETO.................... 21 8 CONCLUSÃO.......................................................................................... 22 9 REFERÊNCIAS....................................................................................... 23 4 1 INTRODUÇÃO Aqui vamos apresentar um levantamento completo para instalação de sistema fotovoltaico em uma residência localizada na região norte do estado do Rio Grande do Sul na cidade de Erechim, neste projeto se deseja alcançar autossuficiência, ou seja, será um sistema isolado com eletricidade livre sustentável independente da concessionária de energia elétrica, totalmente autônomo, tecnológico de baixa manutenção, com valor acessível. Ao longo de anos como empresa referência em sistemas fotovoltaicos, dizemos que desafios foram superados, como o baixo fluxo de potencial no qual requer uma grande área captadora para obter potência e também devido a variação da irradiação solar que necessita um sistema eficiente de armazenamento afim de suprir toda demanda por períodos em que não há geração pela falta de incidência solar. No sistema autônomo apresentado temos: Painéis fotovoltaicos, Controladores de Carga/Descarga das baterias, Banco de baterias, Inversores autônomos para cargas em CA – Corrente Alternada e as Cargas de corrente alternada da residência. Nossa equipe de engenheiros eletricistas desenvolveram o estudo baseando-se nas informações coletadas do consumo anual de energia elétrica registrada na fatura emitida pela concessionária fornecedora, levantando também condições climatológicas e geometria solar. 5 2 VIABILIDADE DE PROJETO Conforme a lógica de raciocínio a seguir vamos apresentar os resultados obtidos para implementação do sistema fotovoltaico autônomo: 2.1 Demanda mensal média Na Tabela 2.1 – Temos a média de consumo: 187/31= 6,10 KWh por dia. Tabela 2.1 - Ano Mês KWh Dias 2019 Agosto 209 32 Julho 202 29 Junho 177 30 Maio 214 32 Abril 165 29 Março 147 30 Fevereiro 141 28 Janeiro 172 32 2018 Dezembro 187 30 Novembro 191 32 Outubro 198 30 Setembro 239 33 MÉDIA 187 31 6 2.2 Potência dos Inversores Autônomos No levantamento de cargas da residência, na Tabela 2.2 - constata-se a necessidade de um equipamento inversor de tensão de 48v para 220v com potência de 8kva. Tabela 2.2 - Qt. Descrição Potência (W) 6 Lâmpadas de jardim (led) 9 3 Lâmpadas na garagem (led) 9 5 Lâmpadas na sala (led) 9 2 Lâmpadas na cozinha (led) 9 1 Lâmpadas na área de serviço (led) 9 2 Lâmpadas no banheiro (led) 9 2 Lâmpadas nos quartos (led) 9 1 Geladeira Duplex 500 1 Cafeteira Elétrica (Residencial) 600 1 Torradeira 800 1 Forno Elétrico Pequeno 1500 1 Forno de Micro-Ondas 2000 1 Liquidificador 200 1 Máquina de Lavar Roupa 1000 1 Aspirador de Pó 600 1 Cortador de Grama 1300 1 Ferro Elétrico 1000 1 Torneira elétrica 3500 1 Secador de Cabelo 1000 1 Chuveiro 5500 1 Notebook 65 1 Monitor de televisão 120 TOTAL 19,87kw 7 2.3 Banco de Baterias O banco está dimensionado em 48V para 12 horas, neste cálculo utilizamos os resultados de corrente do item 2.5 controladores de carga. 2.3.1 Capacidade Útil Valor ideal: 34,58*48=1659,84A 2.3.2 Profundidade de descarga Considerando 70% de descarga profunda. Valor corrigido: 1659,84/0,7=2371,2A 8 2.3.3 Configuração dos elementos Teremos células de 4 baterias ligadas em série com tensão de 48 volts, conforme cálculo do item 2.3.2 Profundidade de descarga. Tabela 2.3 - Células Paralelo Série 1 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 2 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 3 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 4 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 5 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 6 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v7 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 8 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 9 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 10 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 11 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 12 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 13 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 14 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 15 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 16 150ah 48v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v 150ah 12v TOTAL 2400A 9 2.4 Painel Fotovoltaico 2.4.1 Disponibilidade solar Estação: Erechim Município: Erechim , RS - BRASIL Latitude: 27,601° S Longitude: 52,249° O Distância do ponto de ref.( 27,633419° S; 52,273903° O) Tabela 2.4 - Ângulo Inclinação Plano Horizontal 0° N Irradiação solar diária média mensal [kWh/m2.dia] Jan 6,23 Fev 5,79 Mar 5,00 Abr 4,05 Mai 3,07 Jun 2,59 Jul 2,94 Ago 3,71 Set 3,96 Out 5,05 Nov 6,20 Dez 6,50 Média 4,59 10 2.4.2 Potencial solar no plano do painel fotovoltaico Reunindo as informações da Tabela 2.1 - demanda mensal média em conjunto a disponibilidade solar média KWh/m².dia (KiloWatt hora por metro quadrado dia) da Tabela 2.4 – realizamos o cálculo de potência em KWp (KiloWatt pico) necessária. Considera-se +25% para possíveis elementos que venham prejudicar a geração, alguns exemplos são: poeira ou sombreamento. Consumo: 6,10/4,59= 1,33KWp + 25%= 1,66KWp 2.4.3 Cálculo e configuração de elementos Nesta etapa calculamos a quantidade de painéis fotovoltaicos, estes terão potência de 250 watts com tensão de saída de 31 volts, utiliza-se o resultado obtido no item 2.3.2 Potencial solar no plano do painel fotovoltaico. Quantidade de painéis fotovoltaicos: 1660/250= 6,64 painéis. 11 2.5 Controladores de carga Os controladores de carga são do tipo MPPT (Maximum Power Point Tracking) que significa ponto rastreador de potência máxima, este equipamento busca a máxima eficiência do painel fotovoltaico. Abaixo calculamos a corrente (A-Amperes) de trabalho dos controladores, para isso utilizamos o valor 1,66KWp calculado no item 2.4.2 e também a tensão de 48v escolhida para o banco de baterias. Corrente do controlador: 1,66/48= 34,58A 12 3 RETORNO DO INVESTIMENTO Aqui serão apresentados cálculos indicando o tempo necessário para que haja retorno financeiro do investimento para implantação do sistema fotovoltaico autônomo em uma residência. 3.1 Estimativa de investimento Abaixo apresenta-se uma estimativa de investimento conforme valores pagos na fatura para concessionária de energia. Tabela 3.1 - Investimento Valor médio da conta (V) em reais R$ 53.000,00 V ≤ 130,00 R$ 109.925,90 130 < V ≤ 280,00 R$ 196.296,30 280 < V ≤ 500,00 R$ 392.592,60 V > 500,00 13 3.2 Orçamento Segue orçamento com valor aproximado de investimento para um sistema totalmente autônomo. Tabela 3.2 - Material Valor Qt. Inversor solar Off Grid híbrido 8000w 8kw Growatt 220v 48v R$ 10.099,89 1 un Bateria estacionaria 150 Ah Moura R$ 499,00 64 un Painel placa solar 250w R$ 769,95 7 un Controlador de carga solar 40a 12/24/48v Xantrex Schneider R$ 690,00 1 un Fio cabo pp elétrico cobre 2 X 10mm 50 metros R$ 30,71 50 m Cabo flex 25mm preto 750v R$ 23,35 2,56 m Terminal de cobre à compressão 25mm - Intelli R$ 2,00 128 un Gabinete armário banco para baterias 64 compartimentos R$ 2.300,00 1 un Exaustor ventilador 30 cm silencioso R$ 207,00 1 un Conduletes, eletrodutos e conexões R$ 100,00 Mão de obra R$ 200,00 2 dias TOTAL R$ 52.974,10 14 3.3 Financiamento Nesta etapa vamos calcular em quanto tempo o projeto será pago, somente efetuando o pagamento mensal médio de energia mês. Nesse cálculo utiliza-se as informações da Tabela 3.2 – Orçamento e o valor médio da Tabela Tempo de retorno do investimento: 52.974,10/135,01= 392,37 meses Tabela 3.2 - Ano Mês Valor Pago 2019 Agosto R$ 149,30 Julho R$ 144,30 Junho R$ 126,44 Maio R$ 152,87 Abril R$ 117,87 Março R$ 105,01 Fevereiro R$ 100,72 2020 Janeiro R$ 122,87 Dezembro R$ 133,58 Novembro R$ 136,44 Outubro R$ 141,44 Setembro R$ 170,73 TOTAL R$ 1.601,57 Valor Médio R$ 135,01 15 3.3.1 Simulação do financiamento Cálculo realizado no prazo escolhido de 180 meses com amortização de R$ 294,30, a juros de 0,75%am. Prazo Juros Amortização Parcela Saldo devedor R$ 52.974,10 1 R$ 397,31 R$ 294,30 R$ 691,61 R$ 52.679,80 2 R$ 395,10 R$ 294,30 R$ 689,40 R$ 52.385,50 3 R$ 392,89 R$ 294,30 R$ 687,19 R$ 52.091,20 4 R$ 390,68 R$ 294,30 R$ 684,98 R$ 51.796,90 5 R$ 388,48 R$ 294,30 R$ 682,78 R$ 51.502,60 6 R$ 386,27 R$ 294,30 R$ 680,57 R$ 51.208,30 7 R$ 384,06 R$ 294,30 R$ 678,36 R$ 50.914,00 8 R$ 381,85 R$ 294,30 R$ 676,16 R$ 50.619,70 9 R$ 379,65 R$ 294,30 R$ 673,95 R$ 50.325,40 10 R$ 377,44 R$ 294,30 R$ 671,74 R$ 50.031,09 11 R$ 375,23 R$ 294,30 R$ 669,53 R$ 49.736,79 12 R$ 373,03 R$ 294,30 R$ 667,33 R$ 49.442,49 13 R$ 370,82 R$ 294,30 R$ 665,12 R$ 49.148,19 14 R$ 368,61 R$ 294,30 R$ 662,91 R$ 48.853,89 15 R$ 366,40 R$ 294,30 R$ 660,70 R$ 48.559,59 16 R$ 364,20 R$ 294,30 R$ 658,50 R$ 48.265,29 17 R$ 361,99 R$ 294,30 R$ 656,29 R$ 47.970,99 18 R$ 359,78 R$ 294,30 R$ 654,08 R$ 47.676,69 19 R$ 357,58 R$ 294,30 R$ 651,88 R$ 47.382,39 20 R$ 355,37 R$ 294,30 R$ 649,67 R$ 47.088,09 21 R$ 353,16 R$ 294,30 R$ 647,46 R$ 46.793,79 22 R$ 350,95 R$ 294,30 R$ 645,25 R$ 46.499,49 23 R$ 348,75 R$ 294,30 R$ 643,05 R$ 46.205,19 24 R$ 346,54 R$ 294,30 R$ 640,84 R$ 45.910,89 Total Pago Total Abatido R$ 15.989,35 R$ 7.063,21 Total Juros em 24 meses R$ 8.926,14 16 4 ÍNDICES ISE E SRI 4.1 ISE (Índice de Sustentabilidade Empresarial) O ISE (Índice de Sustentabilidade Empresarial) pode se entender como uma ferramenta, ou índice, para medir o comprometimento da sustentabilidade corporativa sob a visão da eficiência econômica, equilíbrio ambiental, justiça social e governança corporativa. Quer dizer que esse índice tem por finalidade a criação de um cenário de investimento diferenciado e responsável, tornando- o compatível com o desenvolvimento sustentável da sociedade. Assim, identificam-se corporações que apresentam valores como responsabilidade ética e boas práticas em seus processos produtivos. No início de cada ano a Bolsa de Valores Oficial do Brasil B3 seleciona empresas reconhecidas em boas práticas de sustentabilidade para integrarem a carteira de investimentos do Índice de Sustentabilidade Empresarial (ISE) através do preenchimento de um questionário desenvolvido pela CES-FGV, Centro de Estudos em Sustentabilidade da Fundação Getúlio Vargas, o seu preenchimento é voluntário. As Organizações que fazem parte desse grupo são tratadas com prioridade por outros investidores por contribuírem positivamente para a sociedade. Os critérios que avaliam os setores ambiental, social e econômico financeiro, são divididos em quatro conjuntos: 1 - Políticas (indicadores de comprometimento); 2 - Gestão (indicadores de programas, metas e monitoramento); 3 - Desempenho; 4 - Cumprimento legal. 17 4.2 SRI (Investimento social responsável) Os SRI (Investimento socialmente responsável) visam promover um comportamento empresarial socialmente e ambientalmente correto. Eles evitam empresasque produzam bens que possam causar riscos para saúde ou explorar empregados nos países em desenvolvimento e selecionam empresas com registros sólidos sociais e ambientais e com boa governança corporativa, em geral os SRI esperam que as empresas se concentrem no bem-estar social além da maximização dos lucros. O mercado brasileiro identificou a possibilidade da criação de produtos que levam em consideração fatores, sociais, culturais e de sustentabilidade na captação de recursos por meio dos SRI. Cada vez mais as organizações estão preocupadas em oferecer produtos e serviços socialmente responsáveis, conseguindo atrair um maior número de investidores e um maior número de consumidores, agregando valor para suas empresas. 18 5 DESCARTE DE COMPONENTES ELETRONICOS Com o elevado uso de equipamentos eletrônicos no mundo moderno, este tipo de lixo tem se tornado um grande problema ambiental quando não descartado em locais adequados. Afinal de contas, eles são compostos por grandes quantidades de plástico, metais e vidros — matérias-primas que demoram bastante tempo para se decompor na natureza. Além disso, o lixo eletrônico (e-lixo) possui diversos contaminantes nocivos ao meio ambiente, principalmente ao solo, lençóis freáticos e a saúde humana. Algumas das substâncias constituintes dos aparelhos eletrônicos e que podem causar danos ao homem são: alumínio, arsênio, cádmio, chumbo, níquel, cobalto, vanádio e cobre, todas são substâncias cancerígenas para as pessoas. No Brasil, existem os postos coletores, mercados e revendedores de produtos eletrônicos que aceitam os lixos eletroeletrônicos. E isso graças a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), aprovada em 2010, que lançou obrigações que devem ser compartilhadas por todos os setores da sociedade. Aliás, um dos avanços mais significativos da Lei 12.305/2010, foi justamente a assinatura do acordo entre as empresas e o Governo Federal para a implantação da Logística Reversa de embalagens em geral. Esta lei dá total responsabilidade sobre os resíduos eletrônicos aos seus fabricantes, governo e sociedade em geral. Ou seja, as empresas fabricantes de novas tecnologias são responsáveis por recolher os lixos eletrônicos e dar a eles o destino correto. Já a sociedade deverá levar esses resíduos nas lojas onde comprou para que elas encaminhem aos fabricantes o lixo eletrônico. 19 6 PROPRIEDADES PERIÓDICAS, RAIO ATÔMICO E ELETRONEGATIVIDADE Propriedades periódicas se repetem em intervalos regulares com o aumento ou diminuição do número atômico. Principais propriedades periódicas: Raio atômico Eletronegatividade Eletro afinidade Energia de ionização Volume atômico Ponto de fusão e ebulição Densidade Raio atômico (r): é uma propriedade periódica e pode ser definido como a metade da distância entre os núcleos de dois átomos vizinhos de um mesmo elemento, r=d/2. Para conseguir essa medida, usa-se a técnica de difração por raios X. Na tabela periódica, o raio atômico dos elementos cresce de cima para baixo e da direita para a esquerda. Raio atômico Chumbo = 180pm; Mercúrio = 150pm. Eletronegatividade: refere-se à capacidade que o átomo possui para atrair os elétrons de ligação para a sua proximidade. Chumbo = 2,33 e Mercúrio = 2. 20 6.1 Número de elétrons nas respectivas camadas de valência Mercúrio (Hg) = 2 elétrons Chumbo (Pb) = 4 elétrons 6.2 Subnível mais energético Mercúrio (Hg) = 5d10 Chumbo (Pb) = 6p2 6.3 Distribuição eletrônica Mercúrio (Hg) = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10. Chumbo (Pb) = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p2. 21 7 FOLHA DE CALCULOS DE VIABILIDADE DE PROJETO Seguem os cálculos realizados conforme o desenvolvimento e levantamento de informações relacionadas ao projeto escolhido pelo cliente. 187kwh demanda mensal diária / 31 Dias= 6,10 KWh por dia. 6,10 KWh por dia / 4,59 kWh/m2.dia Irradiação solar média= 1,33KWp 1,33 quantidade Kwp necessária + 25% tolerância= 1,66KWp ideal 1660wp necessário / 250w do painel= 6,64 painéis fotovoltaicos 1,66Kwp ideal / 48V das baterias= 34,58A corrente produzida 34,58A corrente produzida * 48V das baterias= 1659,84A corrente necessária 1659,84A corrente necessária / 0,7 descarga profunda= 2371,2A corrente total R$ 52.974,10 orçamento / 135,01 média pagamento mensal= 392,37 meses 22 8 CONCLUSÃO Este especifico modo de operação em sistemas de energia solar fotovoltaica é viável quando a concessionária falha demais ou então, especialmente na zona rural, onde nenhuma concessionária atende. Quando as opções são, energia cara ou ficar sem energia, justifica-se investir no banco de baterias. A regra é dispensar o banco de baterias e interligar à concessionária conforme sistema On-Grid. Porém atendendo a proposta de projeto do cliente foi possível dimensionar um sistema fotovoltaico totalmente autônomo, com um valor acessível. A planta pode ser futuramente expandida para atender cargas maiores, sendo necessário revisão do sistema, ajustes no projeto e alterações na planta. 23 9 REFERÊNCIAS https://www.rge-rs.com.br/Paginas/default.aspx https://www.infoescola.com/elementos-quimicos https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/raio-atomico.htm https://brasilescola.uol.com.br/ https://www.creditodelogisticareversa.com.br/post/t-o-que-e-o-indice-de- sustentabilidade-empresarial-ise http://web.b.ebscohost.com/ Ribeiro-Santos, Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho ISBN 978-85-8482- 225-6. 3. Probabilidades. I. Título. CDD 519.5 de Carvalho Ribeiro. – Londrina : Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2015. 216 p. R484p Probabilidade e estatística / Thatiane Cristina dos Santos.