Estudo de caso. Exemplo da viabilidade da energia solar.

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Estudo de caso. Exemplo da viabilidade da energia solar.

  1. 1. ACTA IGUAZU Dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede para uma residência unifamiliar na região urbana de Cascavel-PR Robson Josué Molgaro1 , Ricardo Benassi Cortina1 , Janaina Bedin1 , Wellington Lucas Tondo1 , Evandro Luiz Volpato1 , Jair Antonio Cruz Siqueira1 1 Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE, PPGEA – Programa de Pós Graduação em Energia na Agricultura – Nível Mestrado - Rua Universitária nº 2069, 85819-110, Cascavel – PR. rjmolgaro@gmail.com, ricardobenassi@gmail.com, jana_bedin@hotmail.com, wltparana@yahoo.com.br, evandro40@hotmail.com, jacs1111@gmail.com Resumo: O território brasileiro possui um dos maiores potenciais do mundo para a utilização da energia solar. O Sol fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5.1018 kWh de energia. Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10.000 vezes o consumo mundial de energia neste período, indicando que há um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia, seja ela térmica ou elétrica. Sistemas de geração distribuída de energia elétrica vêm se disseminando no Brasil, principalmente após a aprovação da Resolução Normativa nº 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que estabelece as diretrizes para a implantação de micro e minigeração distribuída de eletricidade no país. Diante disso, o presente trabalho apresenta uma metodologia de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição de eletricidade, avaliando economicamente a viabilidade do investimento. Observa-se um período demasiadamente alto para retorno financeiro, influenciado principalmente pelo alto investimento inicial. Palavras chave: Energia Solar, Sistema Fotovoltaico, Geração Distribuída. Sizing a photovoltaic system connected to the network for a single family residence in the urban area of Cascavel – PR Abstract: The Brazilian territory has one of the world's greatest potential for solar energy utilization . The Sun provides annually to the Earth's atmosphere 1,5.1018 KWh of energy. It is of considerable value , corresponding to 10.000 times the world energy consumption in this period , indicating that there is a huge potential for utilization through capture and conversion into another form of energy systems , either thermal or electrical . Systems for distributed generation of electricity have been spreading in Brazil, especially after the approval of Normative Resolution nº 482/2012 of the National Electric Energy Agency (ANEEL), which establishes guidelines for the deployment of micro and minigeneration distributed electricity in the country. Therefore, this paper presents a methodology for sizing connected to the electricity distribution grid photovoltaic systems, evaluating the economic viability of the investment. Observed an excessively high period for payback, influenced mainly by the high initial investment. Keywords: Solar Power, Photovoltaic System, Distributed Generation.
  2. 2. 2 Introdução A energia solar, juntamente com a energia eólica, são fontes alternativas promissoras para suprimento da demanda energética num futuro próximo (PATROCINIO, 2010). Segundo Kehl (2004), o território brasileiro, devido as suas proporções continentais e localização tropical, possui um dos maiores potenciais do mundo para a utilização de energia solar, como forma alternativa de energia. O Sol fornece anualmente 1,5.1018 KWh de energia para a atmosfera terrestre (CRESESB, 2008). Trata-se de um valor considerável, correspondendo a 10000 vezes o consumo mundial de energia neste período. Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela manutenção da vida na Terra, a radiação solar constitui-se numa inesgotável fonte energética, havendo um enorme potencial de utilização por meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia (térmica, elétrica, etc.). Os sistemas de geração distribuída de energia elétrica em baixa tensão vêm se disseminando no Brasil, principalmente após a recente aprovação da Resolução Normativa nº 482 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que estabelece as diretrizes para a implantação da micro e da minigeração distribuída de eletricidade no país. A geração distribuída é caracterizada pelo uso de pequenos geradores descentralizados permitindo a produção de eletricidade próxima aos pontos de consumo. Além de ampliar a oferta de eletricidade no país, o estabelecimento da micro e da minigeração distribuídas traz inúmeros benefícios, como a pulverização de investimentos em geração de energia e a movimentação de economias locais. Além disso, ao gerar a eletricidade no mesmo local em que ela vai ser consumida, aumenta-se a eficiência energética e reduzem- se as perdas com transmissão e distribuição. Metodologia Para apresentação da metodologia, foram utilizados dados reais de consumo de eletricidade de uma residência unifamiliar localizada na cidade de Cascavel, latitude -24.95 e longitude -53.45. Em geral, o valor da latitude local é usado como ângulo de inclinação do módulo fotovoltaico. O ângulo com a maior média diária anual de irradiação solar costuma ser usado quando se deseja a maior geração anual de energia, o que seria o caso de aplicações de sistemas fotovoltaicos conectadas a rede de distribuição. Os dados solarimétricos, obtidos do SUNDATA (CRESESB, 2013), para o local mencionado, para uma inclinação de 22º N, são mostrados na tabela 1 e na figura 1.
  3. 3. 3 Tabela 1. Horas de sol por dia (HSP) Mês Jan. Fev. Mar. Abr. Mai. Jun. Irradiação 5,20 5,63 5,47 5,27 4,8 4,05 Mês Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. Média Irradiação 4,68 4,64 4,42 5,38 5,44 5,75 5,06 Fonte: (CRESESB, 2013) Figura 1. Horas de sol por dia no plano inclinado. Fonte: (CRESESB, 2013) Os dados de consumo, obtidos diretamente da agência eletrônica da COPEL, são apresentados na tabela 2 e na figura 2. Tabela 2. Dados de consumo de eletricidade da residência Jan. Fev. Mar. Abr. Mai. Jun. 128 166 139 148 157 171 Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. Média 196 177 158 146 150 161 108,08 Fonte: (COPEL, 2013) 5,2 5,63 5,47 5,27 4,8 4,05 4,68 4,64 4,42 5,38 5,44 5,75 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
  4. 4. 4 Figura 2. Consumo mensal de energia elétrica (KWh). Fonte: (COPEL, 2013) Para consumidores residenciais e propriedades rurais (Grupo B), paga-se mensalmente uma taxa mínima, referente ao custo da disponibilidade da energia à unidade consumidora. Essa taxa, expressa em termos de KWh, varia de acordo com a categoria de fornecimento contratada, conforme tabela 3. Tabela 3. Taxa de disponibilidade de acordo com a categoria de fornecimento Categoria Custo da disponibilidade Monofásica 30 KWh Bifásica 50 KWh Trifásica 100 KWh Fonte: (COPEL, 2013) A unidade consumidora em questão possui fornecimento bifásico, sendo faturada no mínimo em 50KWh/mês, ao valor de R$0,3962/KWh. Levando-se em consideração que a tarifa de disponibilidade é um custo fixo na fatura de energia elétrica, optou-se na metodologia de cálculo em descontar tal valor do consumo médio mensal, ficando o consumo de acordo com a tabela 4. 128 166 139 148 157 171 196 177 158 146 150 161 Jan. Fev. Mar. Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez.
  5. 5. 5 Tabela 4: Custo líquido médio com de energia Mês Jan. Fev. Mar. Abr. Mai. Jun. R$ médio Anual KWh 128 166 139 148 157 171 R$62,64 Taxa mínima -50 -50 -50 -50 -50 -50 R$19,81 KWh fotovoltaico 78 116 89 98 107 121 R$42,83 Mês Jul. Ago. Set. Out. Nov. Dez. KWh Médio Anual KWh 196 177 158 146 150 161 158,08 Taxa mínima -50 -50 -50 -50 -50 -50 -50 KWh fotovoltaico 146 127 108 96 100 111 108,08 Fonte: (do autor) Adota-se o valor de 108,08 KWh por mês como sendo a energia que o sistema fotovoltaico deve fornecer, esperando-se assim uma economia média na fatura da ordem de R$42,83 por mês. Com base nos valores encontrados de irradiação solar e de consumo mensal de energia elétrica, pode-se dimensionar o sistema fotovoltaico que atenda a referida edificação. O sistema é dimensionado como segue (VILLALVA, 2012): ( ) ( ) ( ) ( ) O parâmetro PMGD fornece o embasamento quantitativo a respeito da potência que o sistema fotovoltaico terá que disponibilizar diariamente para suprir as necessidades energéticas da carga. Nesse caso, o sistema fotovoltaico deve fornecer em média 0,712 KW por dia. Um sistema fotovoltaico básico conectado à rede é basicamente formado pelos painéis fotovoltaicos e pelo inversor grid-tie, que é o responsável pelo interfaceamento entre o sistema fotovoltaico e a rede de distribuição pública, conforme ilustra a figura 3.
  6. 6. 6 Figura 3. Componentes do sistema fotovoltaico integrado à rede de distribuição. Fonte: (NEOSOLAR, 2013) Módulos fotovoltaicos são ofertados em potências que vão desde os 30W até os 300W aproximadamente, com uma gama crescente de fabricantes fornecendo tais equipamentos em território nacional. A figura 4 mostra a folha de dados dos módulos solares selecionados para atender ao dimensionamento citado. Figura 4. Características elétricas do módulo fotovoltaico selecionado Fonte: (BOSCH, 2013) Inversores comuns no mercado nacional iniciam na faixa dos 200 W e vão até os 3Kw para aplicações residenciais. Os de potências menores geralmente são monofásicos, e na medida em que potências maiores vão sendo requeridas, naturalmente os inversores
  7. 7. 7 disponibilizados passam a ser trifásicos, tipicamente para aplicações superiores a 2 KW. No site da COPEL é possível consultar os inversores homologados para aplicações on-grid em sua área de concessão. A figura 5 mostra a folha de dados do inversor utilizado no dimensionamento objeto deste trabalho. Figura 5. Folha de dados do inversor selecionado. Fonte: (EUDORA SOLAR, 2013) Com base nos equipamentos selecionados, dimensionou-se o sistema como mostrado na tabela 5. Tabela 5: Componentes selecionados para o sistema fotovoltaico Equipamento Modelo Potência Quant R$ Unit Pot. Total Custo Módulo Fotovoltaico Bosch M240-3BB 240W 04 R$1.235,00 960W R$4.940,00 Inversor Enphase M215 215W 04 R$1242,00 860W R$4.968,00 Total R$9.908,00 Fonte: (do autor)
  8. 8. 8 Adotou-se numero superior de módulos e de inversores prevendo um aumento gradual da demanda no decorrer do tempo, bem como as perdas de rendimento. O investimento total em módulos e inversores fica da ordem de R$9.908,00. Num dimensionamento mais apurado, deve-se ainda levar em consideração demais componentes, tais como cabos, conexões, quadros de interligação, entre outros, desconsiderados no trabalho. Resultados e Discussão O sistema proposto tem por finalidade equacionar o consumo de eletricidade da concessionaria com a geração fotovoltaica, considerando períodos de apuração anuais, ficando o consumidor ainda dependente da concessionaria, e, portanto, sendo onerado mensalmente com a taxa de disponibilidade da energia, no valor de R$19,61, que corresponde a 50 KWh/mês. As considerações econômicas sobre o sistema devem levar em conta a taxa de reajuste anual da energia elétrica. Nos últimos cinco anos, o reajuste médio para consumidores do grupo B atendidos pela Copel Distribuição (COPEL, 2013) foi de 7,12% ao ano. Esse valor será considerado como a taxa de juros para cálculo do retorno do investimento do sistema. O fluxo de caixa, apresentado na figura 6, traz o desembolso inicial de R$9.908,00 referentes à infraestrutura, e a receita gerada pelo não pagamento da eletricidade à concessionária, em períodos anuais, considerando o reajuste médio de 7,12%. Figura 6. Fluxo de caixa do investimento no sistema. Fonte: (do autor) R$(9.908,00) R$522,98 R$688,60 R$906,67 R$1.114,45 R$1.683,78 R$2.374,86 1 6 11 16 21 26
  9. 9. 9 A análise econômica é realizada pela análise do payback descontado e do VPL (Valor Presente Líquido), considerando a taxa de juros correspondente a um investimento na caderneta de poupança, de 6% ao ano. O Payback descontado é ilustrado na tabela 6. Tabela 6: Tabela para análise do Payback descontado Ano Capital Valor Presente Acumulado 0 -R$ 9.908,00 -R$ 9.908,00 -R$ 9.908,00 1 R$ 522,98 R$ 493,38 - R$ 9.914,62 2 R$ 560,22 R$ 498,59 - R$ 8.916,06 3 R$ 600,10 R$ 503,86 - R$ 8.412,20 4 R$ 642,83 R$ 509,18 - R$ 7.903,02 5 R$ 688,60 R$ 514,56 - R$ 7.388,46 6 R$ 737,63 R$ 520,00 - R$ 6.873,90 7 R$ 790,15 R$ 525,49 - R$ 6.348,41 8 R$ 846,41 R$ 531,05 - R$ 5.817,36 9 R$ 906,67 R$ 536,66 - R$ 5.280,70 10 R$ 971,23 R$ 542,33 - R$ 4.738,37 11 R$ 1040,38 R$ 548,06 - R$ 4.190,31 12 R$ 1.114,45 R$ 553,85 - R$ 3.636,46 13 R$ 1.193,80 R$ 559,70 - R$ 3.076,76 14 R$ 1.278,80 R$ 565,61 - R$ 2.511,15 15 R$ 1.369,85 R$ 571,59 - R$ 1.939,56 16 R$ 1.467,38 R$ 577,63 - R$ 1.361,93 17 R$ 1.571,86 R$ 583,73 - R$ 778,20 18 R$ 1.683,78 R$ 589,90 - R$ 188,30 19 R$ 1.803,66 R$ 596,13 R$ 407,83 Fonte: (do autor) Constata-se que o retorno do investimento se dá entre o 18º e 19º ano. Considerando- se a vida útil de 25 anos do sistema, ter-se-ia o beneficio econômico real de 06 anos apenas. O VPL do investimento, que é a soma de todos os fluxos de caixa trazidos ao instante inicial, representa um saldo de R$ 3.891,26. Esse valor, sendo maior que zero, indica que o investimento é viável, atestado pelo retorno antecipado ao fim da vida útil.
  10. 10. 10 Conclusão Sistemas fotovoltaicos conectados à rede apresentam uma solução tecnicamente viável para o suprimento de eletricidade residencial, com uma variedade cada vez maior de fornecedores de equipamentos nacionais. A resolução nº 482/2012 representa um marco regulatório na inserção da micro e minigeração, pois com o sistema de compensação da energia, traz-se o custo do KWh da fonte solar aos patamares do valor que o consumidor paga pela energia elétrica à concessionaria. Observa-se que, embora seja viável economicamente, pois apresenta tempo de retorno do investimento inferior ao tempo de vida útil, os sistemas fotovoltaicos oneram em muito o consumidor no ato da instalação, obtendo retorno desprezível ao longo do tempo, podendo ser considerada uma barreira a inserção de tais sistemas, pois, culturalmente, o brasileiro prefere observar resultados econômicos de curto prazo. A estratégia adotada de descontar o custo com a taxa de disponibilidade dos cálculos de dimensionamento do sistema contribui para a redução do custo de implantação. Tal procedimento é justificado pelo fato de que, mesmo que o consumidor seja autossuficiente, ele terá que pagar tal taxa. Deve-se observar também a tecnologia térmica solar, que apresenta custo de implantação menor, e pode servir como complemento a fim de viabilizar a independência energética da residência. Por fim, conclui-se que à medida que os sistemas fotovoltaicos se consolidarem no mercado nacional, espera-se que ocorra queda nos preços dos equipamentos. Somando-se isto ao aumento frequente do preço da eletricidade, é de se esperar que o retorno dos investimentos apresente considerável queda num futuro próximo. Referências ANEEL. Resolução Normativa nº 482/2012. Disponível em <http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf> acesso em 01 dez. 2013. ______. Energia Solar. Disponível em <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/03- Energia_Solar(3).pdf> acesso em 02. Dez. 2013. BOSCH. Folha de dados painel solar Bosch M240-3BB. Disponível em < http://www.bosch- solarenergy.com/media/remote_media_se/alle_pdfs/technische_dokumente_1/datenblaetter/kristalline _module_/eu_1/m_60_eu30014_1/Bosch_Solar_Module_c_Si_M_60_EU30014_pt.pdf > acesso em 03. Dez. 2013.
  11. 11. 11 COPEL. Agência virtual de atendimento. Disponível em <http://agencia.copel.com/AgenciaWeb/autenticar/loginCliente.do> acesso em 01. Dez. 2013. CRESESB. Tutorial de Energia Solar Fotovoltaica. Disponível em <http://www.cresesb.cepel.br/content.php?cid=301> acesso em: 27 out. 2013. _________. SUNDATA. Disponível em <http://www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php#sundata> acesso em: 28 nov. 2013. EUDORA SOLAR. Folha de dados inversor Enphase M215. Disponível em < http://www.eudorasolar.com.br/catalogos/2%20-%20Inversor%20Grid-Tie/Enphase_M215.pdf> acesso em 04. Dez. 2013. KEHL, F. Projeto de Um Sistema de Aquecimento Solar de Água Para República de Estudantes da UFRGS. 2004. 25f. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004 NEOSOLAR ENERGIA. Sistemas de energia solar fotovoltaica e seus componentes. Disponível em < http://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-mais/sistemas-de-energia-solar- fotovoltaica-e-seus-componentes> acesso em 05. Dez. 2013. PATROCINIO, A. O. T.; MURAKAMI IHA, N. Y. Em busca da sustentabilidade: células solares sensibilizadas por extratos naturais. Química Nova, São Paulo, v. 33, n. 3, 2010. VILLALVA, M. G.; GAZZOLI, J. R. Energia Solar Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações. Sistemas Isolados e Conectados à Rede. São Paulo: Érica, 2012.

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