REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7366669
Autoras:
Laudiceia Augusto Nicodemos
Valcinei Ferreira Lemos
Orientador:
João Edson Leite Júnior
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Funcionamento de um sistema off-grid 11
Figura 2 – Funcionamento de um sistema on-grid 12
Figura 3 – Diferença estrutural entre os sistemas solares on-grid e off-grid 13
Figura 4 – Módulos solares fotovoltaicos de várias potências 14
Figura 5 – Esquema de funcionamento do controlador de carga solar 15
Figura 6 – Placa de advertência 24
Figura 7 – Esquema de aterramento padrão TT 24
Figura 8 – Geração mensal de energia 27
Figura 9 – Gráfico de expectativa x realidade de geração de energia 28
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Lista de Materiais 20
Tabela 2 – Normas técnicas adotadas no projeto 21
Tabela 3 – Disposições elétricas dos módulos fotovoltaicos 22
Tabela 4 – Irradiação solar no plano inclinado – Porto Velho, RO – Brasil 25
Tabela 5 – Expectativa de geração de energia solar por mês 25
Tabela 6 – Dados reais de geração mensal de energia 26
Tabela 7 – Expectativa x realidade geração de energia 27
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABSOLAR Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CA Corrente alternada
CC Corrente contínua
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
kW Quilowatt
kWh Quilowatt-hora
kWp Quilowatt de potência de pico
MW Megawatt
NBR Norma Brasileira
PRODIST Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional
RN Resolução Normativa
W Watt
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 7
2 OBJETIVOS 8
2.1 OBJETIVO GERAL 8
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 8
3 REFERENCIAL TEÓRICO 8
3.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: BREVE HISTÓRICO 8
3.1.1 Energia solar no Mundo 9
3.1.2 Energia solar no Brasil 9
3.1.3 Energia solar em Rondônia 10
3.2 TIPOS DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS 10
3.2.1 Sistemas off-grid 10
3.2.2 Sistema on-grid 12
3.2.3 Diferenças entre os sistemas on-grid e off-grid 13
3.3 MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 13
3.4 CONTROLADORES DE CARGA 14
3.5 INVERSORES 16
3.6 BATERIAS 16
3.6.1 Bateria de chumbo-ácido 16
3.6.2 Baterias de lítio 17
3.7 NORMAS REGULAMENTADORAS 17
4 MATERIAIS E MÉTODOS 19
4.1 ÁREA DE ESTUDO 20
4.2 COLETA DE DADOS 20
4.2.1 Descrição do empreendimento 20
4.2.2 Normas técnicas 21
4.2.3 Módulos fotovoltaicos 22
4.2.4 Inversor 22
4.2.5 Dispositivos de proteção 23
4.2.6 Interligações 23
4.2.7 Aterramento 24
4.3 ANÁLISE DE DADOS 25
5 CONCLUSÃO 28
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 30
ANEXO A – Datasheet inversor Sofar 3K~7.5KTL-G2 33
ANEXO B – Datasheet módulo fotovoltaico DHM-72X10 520~550W 34
A energia fotovoltaica refere-se a transformação da radiação solar em energia elétrica. Para tanto, utiliza geradores de energia solar que são formados por quatro elementos básicos: módulos fotovoltaicos, responsáveis pela transformação da radiação solar em energia elétrica; controladores de carga, responsáveis por evitar sobrecargas ou descargas na bateria; inversores de frequência, responsáveis por transformar corrente contínua em corrente alternada e pela sincronia com a rede da concessionaria; e baterias que armazenam a energia elétrica para uso em momentos de baixa luz solar.
A utilização de fontes renováveis na geração de energia elétrica, principalmente geradas através de placas fotovoltaicas, estão em crescente ascensão mundial. Esse tipo de sistema vem se tornando uma alternativa interessante para quem busca uma fonte renovável e redução dos custos com energia elétrica.
Os últimos anos foram marcados pela maior crise hídrica brasileira, que fez com que o custo de energia elétrica aumentasse significativamente, além da implantação de novas bandeiras tarifárias, que visam auxiliar na economia de energia. Apesar de ainda ter um alto custo de instalação, a energia solar fotovoltaica é uma alternativa segura, prática e muito econômica para obter energia limpa e com baixo custo.
A utilização de energia solar não está direcionada apenas para residências, sua aplicação também pode ser vista atualmente em indústrias, projetos sociais, bombas de irrigação e em áreas rurais. Os benefícios provenientes de sistemas solares, fazem com que sejam de grande importância para aplicação em áreas desprovidas de rede elétrica acessível ou mesmo em locais onde não seria possível ficar sem alimentação elétrica.
Os benefícios da geração de energia solar são inúmeros, dentre eles se destacam a redução dos custos com energia elétrica, proveniente em sua maioria, de energia gerada em usinas hidrelétricas; fácil adaptar em regiões isoladas que não possui rede elétrica, utilizando na maioria das vezes sistemas off-grids; preservação do ambiente, com foco no desenvolvimento sustentável.
A cada ano a geração de energia fotovoltaica tem ganhado mais espaço no Brasil. No ano de 2012, através da Resolução Normativa N° 482, a ANEEL estabeleceu o marco inicial dos sistemas conectados à rede, e existiam apenas 7 sistemas instalados. Até outubro de 2022, o setor de energia solar brasileiro, possuía 1.308.028 sistemas solares fotovoltaicos que somam 13.721,3 MW de capacidade operacional, beneficiando 1.674.645 unidades consumidoras recebendo créditos pelo Sistema de Compensação de Energia Elétrica. Dessa forma, questiona-se qual a vantagem da instalação de um sistema solar fotovoltaico conectado à rede?
Realizar uma verificação em um sistema fotovoltaico instalado em uma residência no município de Porto Velho – RO.
- Discorrer sobre o conceito de sistema solar fotovoltaico bem como de seus componentes;
- Apresentar as vantagens e desvantagens da instalação dos sistemas solares;
- Demonstrar os custos com a instalação de um sistema solar fotovoltaico.
3.1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: BREVE HISTÓRICO
Segundo Pinho e Galdino (2014), a energia solar fotovoltaica pode ser definida como toda energia obtida através da conversão direta da luz solar em eletricidade. Essa conversão recebe o nome de efeito fotovoltaico, que foi relatado pela primeira vez no ano de 1839 pelo cientista francês Edmond Becquerel, que ao realizar um experimento, notou uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, quando exposta a luz.
No ano de 1876, foi construído o primeiro aparato fotovoltaico com base nos estudos da física de estado solido e somente em 1956, começou a produção industrial desses materiais e consequentemente o crescimento da área eletrônica (PINHO; GALDINO, 2014).
Conforme Cooper e Junior (2013), na década de 90, mesmo tendo passado a crise do petróleo, o desenvolvimento acelerado da indústria de células fotovoltaicas continua em crescimento, visando a ampliação da utilização de energia solar. O movimento ganha força, baseado nas medidas de proteção ao meio ambiente e desenvolvimento sustentável. Em 1998, a produção mundial passa de 1MW por ano para 10MW.
Segundo o Portal Solar (2021a), a instalação de sistemas solares em todo mundo tem crescido exponencialmente. Estima-se que até o final de 2022, o uso de energia solar poderá chegar a 30% nos países como China, Alemanha, Japão e Estados Unidos, que possuem maior capacidade instalada de geração. Em complemento a isso, a Global Solar Atlas (2022), informa que a radiação solar para o aproveitamento de energia solar no mundo apresenta altos valores, principalmente nos continentes asiático e africano, atingindo até 1424 e 2003 kWh/kWp de potencial específico, respectivamente.
Um país que tem se destacado na busca por um desenvolvimento ambiental e industrial pautado na utilização de energia solar é a Alemanha. Conforme Cooper e Junior (2013), a Alemanha foi o primeiro país a introduzir um sistema de tarifas feed-in, onde o consumidor é premiado por gerar energia limpa e exportá-la à rede, além de ser o líder em pesquisa e desenvolvimento de energia solar fotovoltaica.
O Brasil tem uma grande capacidade para geração de energia solar, e o setor vem ganhando apoio das iniciativas pública e privadas, para aumentar ainda esse potencial (PEROBELLO, 2022).
Segundo a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), o Brasil está entre os países que mais investem em sistemas fotovoltaicos com 1.308.208 unidades de geração distribuída e 13.721,3 MW de potência instalada, dados levantados até outubro de 2022. Entre os benefícios da fonte solar de energia fotovoltaica ao Brasil, foram investidos mais de R$ 104,3 bilhões em investimentos, gerando 607,4 mil novos empregos, além da arrecadação de R$ 27,6 bilhões aos cofres públicos com a arrecadação de tributos. Entre os benefícios ambientais, foram mais de 28,7 milhões de toneladas de CO2 evitados (ABSOLAR, 2022).
Atualmente, as usinas solares de grande porte são a sexta maior fonte de geração do Brasil e estão presentes em todas as regiões do País, com empreendimentos em operação em dezenove estados brasileiros (PEROBELLO, 2022).
3.1.3 Energia solar em Rondônia
O estado de Rondônia é o 21º no ranking nacional de geração distribuída, segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Até o mês de outubro de 2022, contava com 12.953 unidades de geração distribuídas, com 162.029,38 kW de potência instalada. A capital do Estado, Porto Velho, conta com 2.979 unidades, com 35.559,90 kW de potência (ANEEL, 2022b).
3.2 TIPOS DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS
Os sistemas solares fotovoltaicos são sistemas utilizados para gerar energia elétrica a partir da irradiação de raios solares. Isso somente é possível mediante um fenômeno físico chamado efeito fotovoltaico, que consiste no surgimento da tensão elétrica através de um semicondutor exposto a luz (KOVACS, 2021).
Segundo Penning, Timm e Finkler (2019), os sistemas solares fotovoltaicos são compostos por três componentes básicos: painéis fotovoltaicos, controladores de carga e inversores. Menciona ainda que os principais sistemas fotovoltaicos são os sistemas off-grid, chamados também de sistemas isolados e os sistemas on-grid, também conhecidos como sistemas conectados à rede.
Conforme da Silva et al. (2016), os sistemas off-grid, são os sistemas isolados que usam baterias para armazenamento da energia produzida, o que garante o funcionamento do sistema em períodos com pouca incidência de luz solar. Por depender de um banco de baterias, a instalação deste tipo de sistema torna-se mais cara, se comparado com o sistema on-grid, bem como os custos com manutenção.
Os sistemas isolados (FIGURA 1), são compostos por painéis fotovoltaicos, baterias e inversores. Seu funcionamento se dá pela captação de luz solar pelo painel fotovoltaico, produzindo energia em CC (corrente contínua) para ser injetada no inversor para carregamento das baterias, ao mesmo tempo que transforma essa CC em CA (corrente alternada) para que seja utilizada para consumo (PENNING; TIMM; FINKLER, 2019).
Figura 1 – Funcionamento de um sistema off-grid
Fonte: Energês (2020b).
Segundo Melo (2020), esse tipo de sistema é recomendado para áreas onde as concessionárias de energia não atendem e em locais onde a interrupção de energia não é recomendada. Lima e Moreira (2016), complementam que, embora seu custo de instalação seja relativamente alto em comparação aos sistemas on-grid, os sistemas off-grid mostram-se mais vantajosos se comparados aos custos da extensão das redes, visto serem aplicados em regiões de difícil acesso para instalação e manutenção de linhas de transmissão.
O alto custo dos sistemas isolados, não estão associados somente a sua instalação. Conforme Melo (2020), estes sistemas possuem custos associados a necessidade de baterias estacionárias, tornando o conjunto gerador mais caro em seu custo inicial e, posteriormente, na manutenção, uma vez que as baterias utilizadas têm vida útil entre 4 e 5 anos.
O princípio de funcionamento de um sistema on-grid, segundo Penning et. al. (2019), pode ser resumido em cinco etapas básicas, onde inicialmente a radiação solar incide sobre os painéis solares, gerando uma corrente contínua de energia; na segunda etapa essa corrente contínua é injetada no inversor, transformando em corrente alternada; por fim a energia é distribuída para o consumo e o restante então é injetado na rede pública, passando pelo medidor bidirecional, onde gerará créditos ao consumidor (Figura 2).
Figura 2 – Funcionamento de um sistema on-grid
Fonte: Energês (2020a).
De acordo com Melo (2020), os sistemas on-grid, possuem conexão direta com a rede de distribuição da concessionária de energia elétrica. Esses sistemas dispensam o uso de baterias e seu principal objetivo é diminuir os custos com energia elétrica, criando um saldo positivo junto a concessionária, tendo a garantia do fornecimento de energia da rede pública em momento de baixa irradiação solar.
3.2.3 Diferenças entre os sistemas on-grid e off-grid
Os sistemas on-grid e off-grid, possuem características semelhantes. Conforme o Portal Solar (2021b), o sistema on-grid, tem até 30% a mais de eficiência energética, em relação ao sistema off-grid, além de permitir o acúmulo de créditos na rede de distribuição, mas, por outro lado, não possui um sistema de armazenamento independente, sendo obrigatória a sua conexão à rede pública.
Figura 3 – Diferença estrutural entre os sistemas solares on-grid e off-grid
Fonte: Coope Solar (2017).
Enquanto o sistema on-grid é muito utilizado em meios urbanos, por necessitar de uma conexão com a rede da concessionária, o sistema off-grid é ideal para locais distantes da rede ou sem acesso à distribuição de energia, como áreas rurais, tanto em ambientes produtivos como residenciais, pois seu sistema é totalmente autônomo e não precisa estar integrado, como já dito, a rede pública (KOVACS, 2021).
A NBR 10.899 (ABNT, 2013), define módulos fotovoltaicos como a unidade básica formada por um conjunto de células fotovoltaica, interligadas e encapsulada, que tem como principal objetivo a geração de energia elétrica (Figura 3).
Figura 4 – Módulos solares fotovoltaicos de várias potências
Fonte: Rüther (2004)
Conforme Pinho e Galdino (2014), os módulos fotovoltaicos são compostos por células fotovoltaicas conectadas em uma espécie de arranjo para produzir tensão e correntes elétricas suficiente para utilização prática de energia, ao mesmo tempo que protege as células.
Em qualquer sistema fotovoltaico, a quantidade de módulos conectados em série é que irá determinar a tensão de operação do sistema. A corrente do gerador é definida pela conexão em paralelo de painéis individuais ou do conjunto de módulos conectados em série (strings). A potência instalada é dada pela soma da potência nominal dos módulos individuais (RÜTHER, 2004).
Segundo Cooper e Junior (2013), os módulos comercializados são, em sua maioria, compostos geralmente de 36, 48 ou 60 células. Isso definirá sua faixa de potência de pico, que poderá variar entre 130 e 140 W para módulos de 36 células até 240 a 250 W para módulos de 60 células.
Os sistemas fotovoltaicos off-grid devem possuir um controlador de carga. Esse dispositivo faz a conexão correta entre o painel fotovoltaico e a bateria, protegendo a bateria contra sobrecargas ou descargas excessivas. o que prolonga a sua vida útil e maximiza sua utilização. São peças importantes de um sistema fotovoltaico, pois caso estes falhem, a bateria do sistema sofrerá danos irreversíveis (PINHO; GALDINO, 2014).
Segundo da Silva (2016), os controladores de carga ficam entre os painéis e as baterias e são utilizados para controlar a voltagem de entrada nelas. Os painéis solares produzem mais ou menos energia de acordo com a quantidade de luz solar e as baterias não suportam esta variação. Para resolver este problema e para aperfeiçoar o carregamento das baterias, se utilizam os controladores de carga (Figura 5).
Figura 5 – Esquema de funcionamento do controlador de carga solar
Fonte: Tem Sustentável (2017).
Para Villalva (2012), além da função de proteção da bateria, os controladores de carga têm como objetivo gerenciar a carga da bateria, verificação do estágio de carregamento pesado, estágio de absorção e estágio de flutuação. Vale ressaltar que nem todos os controladores de carga conseguem realizar os três estágios, esses dispositivos são empregados controladores simples que fazem somente a conexão ou desconexão da fonte de energia.
Os inversores são equipamentos constituídos de dispositivos de chaveamento que fazem a conversão da corrente contínua para corrente alternada, utilizada nas redes de distribuição, estando sincronizado na mesma frequência, fase e nível de tensão (MELO, 2020).
Conforme Villalva, nos sistemas fotovoltaicos, o inversor é necessário para alimentar consumidores em corrente alternada a partir da energia elétrica de corrente contínua produzida pelo painel fotovoltaico ou armazenada na bateria. O inversor adequado deve ser escolhido para cada tipo de sistema fotovoltaico em função de seu tamanho e dos demais componentes existentes.
Cooper e Junior (2013), afirmam existir uma diferença básica entre os inversores utilizados em sistemas on e off-grid. Nos sistemas off-grid, os inversores CC-CA funcionam como fonte de tensão para os equipamentos, sendo a única fonte geradora. Já nos sistemas on-grid, cuja tensão e frequência já estão regulados, o inversor CC-CA funciona como fonte de corrente elétrica.
Conforme Villalva (2012), nos sistemas autônomos a presença de baterias é primordial para proporcionar fornecimento constante de energia em períodos em que houver pouca ou nenhuma radiação, pois evita o desperdício de energia gerada e armazena o excedente. Completa em as baterias são necessárias para estabilizar a tensão fornecida aos equipamentos ou inversor, uma vez que a tensão de saída do módulo fotovoltaico não é constante.
Existem vários os tipos de baterias comercializadas atualmente, porém, por motivos econômicos, as baterias chumbo ácidas são as mais empregadas em sistemas fotovoltaicos, ainda que outros tipos apresentem maior eficiência e vida útil, a exemplo das baterias de lítio (ALVES, 2019).
As baterias de chumbo-ácido são as mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos, por apresentarem características operacionais mais favoráveis, segundo Pinho e Galdino (2014). Apesar de apresentarem problemas com descargas profundas ou sulfatação, esse tipo de bateria tem um custo menor e possuem mais fornecedores no mercado, além da utilização em grandes sistemas.
Conforme Villalva (2012), as baterias de chumbo-ácido, possuem um eletrólito no seu interior confinado por meio de uma tecnologia em gel (gelificação) ou em AGM (manta de microfibra de vidro). As baterias em gel são indicadas para sistemas fotovoltaicos de médio e grande porte, pois possuem um funcionamento cíclico de alto rendimento. Já as baterias AGM possuem uma resistência maior aos ciclos de carga e descarga, às temperaturas extremas e aos choques mecânicos.
A bateria de lítio recebe esse nome devido à sua composição, que utiliza apenas sais de lítio dissolvido em solventes não aquosos em seu eletrólito. Por esse motivo possuem uma longa vida útil e em alguns casos, com produtos com garantia de até 10 anos. Suas principais vantagens são a alta densidade de energia, o longo ciclo de vida e a elevada eficiência (VILLALVA, 2012).
Conforme Pinho e Galdino (2014), esse tipo de bateria apresenta altas densidades energéticas, na faixa de 80-150 Wh/kg, e por esse motivo são usadas em larga escala em aparelhos eletrônicos.
Em abril de 2012, a ANEEL aprovou a Resolução Normativa nª. 482/2012 que “estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica”. Além da regulamentação, essa torna também incentiva a microgeração e a minigeração de energia elétrica com fontes renováveis em sistemas conectados à rede (VILLALVA, 2012).
A RN 482/2012, foi atualizada pela RN nº. 687 de 2015, que definiu a geração distribuída em duas categorias diferentes, classificadas de acordo com a potência instalada (ANEEL, 2015).
I – microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
II – minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.
(ANEEL, 2015, p. 1)
O anexo A desta RN fornece as diretrizes e tempos regulamentares que devem ser respeitados pelas concessionárias e pelo interessado. Define ainda, as condições que devem ser observadas no Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), que fornecem requisitos mínimos para cada faixa de potência instalada, visando à segurança e ao melhor acoplamento à rede de distribuição.
A Resolução Normativa nº 687, publicada pela ANEEL em 24 de novembro de 2015, revisou a regulamentação do segmento de geração distribuída. As regras passaram a valer a partir do dia 1º de março de 2016. O principal impacto desses novos modelos foi o surgimento de um novo grupo de consumidores, além da ampliação dos negócios no segmento de geração por micro e minigeradores distribuídos.
Em 2017, a Aneel publicou a RN 786/2017, onde insere dois parágrafos no Art. 2º, e sua principal mudança diz respeito sobre o enquadramento como microgeração ou minigeração, além de colocar algumas vedações.
§ 1º É vedado o enquadramento como microgeração ou minigeração distribuída das centrais geradoras que já tenham sido objeto de registro, concessão, permissão ou autorização, ou tenham entrado em operação comercial ou tenham tido sua energia elétrica contabiliza dano âmbito da CCEE ou comprometida diretamente com concessionária ou permissionária de distribuição de energia elétrica, devendo a distribuidora identificar esses casos.
§ 2º A vedação de que trata o §1º não se aplica aos empreendimentos que tenham protocolado a solicitação de acesso, nos termos da Seção 3.7 do Módulo 3 do PRODIST, em data anterior a publicação deste regulamento.”
(ANEEL, 2017, p. 1)
Dando sequência a cronologia da geração distribuída, temos a RN nº 1.000/2021, que estabelece as Regras de Prestação do Serviço Público de Distribuição de Energia Elétrica. Entrou em vigor em 3 de janeiro de 2022 e revogou a Resolução Normativa nº 414/2010 e demais resoluções anteriores. A Resolução estabelece os direitos e deveres do consumidor e demais usuários do serviço, tratando de temas como conexão, contratos, tarifa social, medição, faturamento, suspensão, serviço de atendimento, fornecimento para iluminação pública, ressarcimento de danos, procedimentos irregulares e veículos elétricos (ANEEL, 2022a).
Falando de regras atuais, temos no ano de 2021 a Lei 14.300 que é uma lei federal que trata sobre o Marco Legal da geração distribuída, dos componentes tarifários, transição, direito adquirido e em como esses componentes vão ter que ser valorados pela Aneel. Apesar de ter entrado em 2022, a legislação prevê um período de transição para projetos solicitados em até 12 meses contados da publicação da Lei.
Quanto à abordagem, este projeto é baseado em métodos qualitativos e quantitativos. Para Collis e Hussey (2005), a pesquisa qualitativa envolve examinar e refletir as percepções para obter um entendimento de atividades sociais e humanas. Já as pesquisas quantitativas, as investigações baseiam-se principalmente na utilização de variáveis mensuráveis e suposições prováveis. Ou seja, caracterizam-se principalmente pela utilização e instrumentos estatísticos tanto na coleta, quanto na análise e tratamento dos dados.
Em relação aos procedimentos, o utilizou-se de pesquisa bibliográfica e estudo de caso para obter as informações necessárias acerca do assunto. Quanto às pesquisas bibliográficas, Prodanov e Freitas (2013), afirma que são aquelas elaboradas a partir de material já publicado. Para estes projetos, realizou-se diversas pesquisas em artigos periódicos, revistas, livros, monografias e teses de mestrado e doutorado para sua concepção. Sobre estudo de caso, afirma que nesse tipo de pesquisa o procedimento volta-se para um caso específico com o objetivo de conhecer suas causas de modo abrangente e completo.
O sistema fotovoltaico deste projeto, visa atender área residencial na cidade de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia. O relatório apresentando destina-se principalmente a concepção de projeto do sistema de microgeração solar fotovoltaico incluindo encaminhamento, dimensionamento, especificações técnicas e desenhos que completam o perfeito entendimento da obra:
- Carga Instalada na UC em kW: 3.000 KW;
- Previsão de geração de energia em kWh/mês média: 959 kW/h.
A coleta de dados desse projeto se deu através da implantação de um sistema solar fotovoltaico em uma residência na cidade de Porto Velho – RO. Tem como objetivo desenvolver a descrição dos componentes e características construtivas do sistema de energia solar fotovoltaico na modalidade de compensação de energia elétrica de acordo com a Resolução 482/2012 da ANEEL, para uma central micro geradora de 6,05kWp para atender a demanda de consumo de energia do empreendimento. A elaboração desse projeto, tem como objetivo atender a demanda de consumo de energia elétrica de 680 kW/mês em média anual. O sistema será composto por onze módulos fotovoltaicos de 550 e um inversor de 5 kW.
4.2.1 Descrição do empreendimento
O fornecimento de energia elétrica pela concessionária local (Energisa) é em baixa tensão, 220V/127V, aéreo com três cabos até o quadro medidos, passando pelo novo medidor bidirecional até o disjuntos bipolar tipo DIM 50A. O ponto de entrega do sistema de geração de energia solar fotovoltaica será feito pelos quadros de distribuição dentro do empreendimento do cliente. O processo adotado visa uma eficiência energética próxima a demanda de consumo por energia elétrica.
Para o projeto, a lista de materiais foi resumida conforme Tabela 1.
| PRODUTO | QTD |
| DHM-72X10-550W | 11 |
| SOFAR 5 KTLM – G2 | 1 |
| Par Conector Macho/Femea – Mc4 | 4 |
| Cabo Solar 6mm-1800v Preto | 80 |
| Cabo Solar 6mm-1800v Vermeho | 80 |
| Perfil Alumínio 3,15m | 14 |
| Kit De Emendas E Parafusos Inox 8×12 | 15 |
| Kit Terminal Final 39/44mm – Baixo | 16 |
| Kit Terminal Intermediário 39/44mm | 16 |
| Kit Suporte Para Telhado De Telha Romana/Americana | 50 |
Fonte: Memorial Descritivo (2022).
A seguir serão descritos os itens formadores do sistema gerador de energia elétrica fotovoltaica, as proteções e interligações do sistema com a rede elétrica.
Os detalhes técnicos, assim como a instalação e forma de conexão entre os componentes da concessionária e do gerador solar fotovoltaicos, seguem estritamente as normas técnicas e resoluções normativas vigentes, a qual visam garantir o funcionamento correto e seguro do sistema. A Tabela 1, resume as normas técnicas adotadas no empreendimento.
Tabela 2 – Normas técnicas adotadas no projeto
| Resolução/Normativa | Descrição |
| MPN-DC-01-NDEE-01 | Fornecimento de energia em média tensão |
| MPN-DC- 01-NDEE-02 | Fornecimento de energia em baixa tensão – edificações individuais |
| NBR 5410 | Instalações elétricas de baixa tensão |
| Norma técnica para a conexão de acessantes à rede de distribuição das Distribuidoras da Eletrobras – conexão em baixa tensão | |
| PRODIST MÓDULO 3 | Procedimento de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional – acesso ao sistema de distribuição |
| Resolução Normativa 482/2012 | Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica. |
| Resolução Normativa 724/2016 | Aprova revisões dos Módulos 3 e 5 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST. |
Fonte: Memorial Descritivo (2022).
Neste projeto, serão adotados onze módulos fotovoltaicos do fabricante Dah Solar, que é homologado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), monocristalino e potência nominal de 550 Wp cada. As características desses módulos são descritas na Tabela 2.
Tabela 3 – Disposições elétricas dos módulos fotovoltaicos
| Modelo | DHM-72X10-550W |
| Pm (Wp) | 550W |
| Tolerância | ~+ 5W |
| Vm (V) | 42,40 |
| Im (A) | 12,97 |
| Voc (V) | 50,20 |
| Isc (A) | 13,78 |
| Eficiência % | 21,52 |
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
O inversor escolhido para este projeto é SOFAR 5 KTLM – G2. Esse inversor possui laudo de ensaio de sistema de anti-ilhamento, sub e sobre tensão e frequência.
4.2.5 Dispositivos de proteção
O sistema possui uma caixa de junção composta por 4 DPS Classe 2 CC 1000Vdc a 1060Vdc – In 20KA INmax 40kA e 2 disjuntores bipolares de 16 A. Também é composto por um quadro de proteção composto por 1 disjuntor bipolar de 25 A curva C para a proteção da rede de energia elétrica alimentada pelo sistema solar fotovoltaico, 2 DPS Classe II 275V 40/45 kA em comum.
A interligação entre os dispositivos, serão utilizadas as conexões conforme listadas abaixo.
a) Módulos: Serão conectados 1 x string com 5 módulos e 1 x string com 6 módulos conectados em série. Totalizando 1 x string de 11 módulos conectados em série/paralelo. Sendo potência de 2.750 Wp com corrente nominal de 12,97 A e tensão de 251 V na string 1 e 3.300 Wp com corrente nominal de 12,97 A e tensão de 301,2 V na string 2, com bitola de cobre isolação 1kV Termofixo HEPR e XLPE resistente ao Raios 470ºC #6mm². Correspondendo a 1 (um) inversor de 5 kW;
b) Módulos – Caixa de Proteção CC: As interligações dos módulos fotovoltaicos até a caixa de junção será através de conduite corrugado de Ø 1″ com 5 (cinco) cabos de cobre, isolação 1kV Termofixo HEPR e XLPE resistente ao Raios Ultravioletas 120ºC #6mm², sendo um sistema bifásico CC (+ -) com 4 (quatro) cabos, e 1 (um) cabo para a terra, conforme projeto;
c) Caixa de Proteção CC – Inversor: A interligação da caixa de junção ao inversor será através de 5 (cinco) cabos de cobre isolação 1kV Termofixo HEPR e XLPE resistente ao Raios Ultravioletas 120ºC #6mm², sendo um sistema bifásico CC (+-) com 4 (quatro) cabos, e 1 (um) cabo para a terra, conforme projeto;
d) Inversor – Quadro de Proteção: A interligação do inversor ao quadro de proteção se feita por meio de conduite corrugado de Ø 1” com 3 (três) cabos de cobre com isolação 750V PVC #4mm², sendo um sistema bifásico CA (R S) 2 (duas) fases, e 1 (um) para a terra, por inversor;
e) Inversor: A potência inserida na rede será de 5.000 Wp, totalizando 5 kWp;
f) Sinalização: Placa de advertência confeccionada com dimensões de 25cm x 18cm em PVC com espessura de 1mm conforme Figura 6.
Figura 6 – Placa de advertência
Fonte: Memorial Descritivo (2022).
De acordo com a Norma NBR 5410, o procedimento adotado para aterramento foi padrão TT e “possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodo (s) de aterramento eletricamente distinto (s) do eletrodo de aterramento da alimentação”.
Figura 7 – Esquema de aterramento padrão TT
Fonte: ABNT (2004).
Importante destacar que todas as partes metálicas de equipamentos deverão ser aterradas.
No empreendimento em questão, foram dispostos 11 módulos fotovoltaicos com uma potência de 550W, totalizando 6.050kW de potência instalada. Para o cálculo da geração esperada no empreendimento, é necessário levantar os dados da maior média anual de irradiação solar . Dessa forma, segundo dados levantados junto ao Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito, temos os seguintes dados:
Tabela 4 – Irradiação solar no plano inclinado – Porto Velho, RO – Brasil
| Mês | kWh/m².dia |
| Jan | 4,02 |
| Fev | 4,27 |
| Mar | 4,30 |
| Abr | 4,43 |
| Mai | 4,18 |
| Jun | 4,61 |
| Jul | 4,76 |
| Ago | 4,97 |
| Set | 4,84 |
| Out | 4,80 |
| Nov | 4,42 |
| Dez | 4,17 |
| Média | 4,48 |
Fonte: adaptado de CRESESB (2022).
De acordo com a Tabela 4, a cidade de Porto Velho apresenta altos níveis de incidência solar, mantendo uma média de 4,48 kWh/m².dia. De posse dos dados referentes a irradiação, é possível calcular a expectativa de geração de energia desse projeto (Tabela 5).
Tabela 5 – Expectativa de geração de energia solar por mês
| Mês | kWh/m².dia | Potência instalada | Total kWh mês |
| Jan | 4,02 | 6,05W | 729,63 |
| Fev | 4,27 | 775,005 | |
| Mar | 4,30 | 780,45 | |
| Abr | 4,43 | 804,045 | |
| Mai | 4,18 | 758,67 | |
| Jun | 4,61 | 736,715 | |
| Jul | 4,76 | 863,94 | |
| Ago | 4,97 | 902,055 | |
| Set | 4,84 | 878,46 | |
| Out | 4,80 | 871,2 | |
| Nov | 4,42 | 802,23 | |
| Dez | 4,17 | 756,855 |
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
O sistema desse projeto, foi instalado em junho de 2022, portanto as comparações serão feitas com base da instalação até o mês de outubro. Da geração mensal real, temos os dados conforme Tabela 6.
Tabela 6 – Dados reais de geração mensal de energia
| Mês | Total kWh mês |
| Jun | 483,39 |
| Jul | 704,9 |
| Ago | 709,82 |
| Set | 655,07 |
| Out | 694,72 |
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
Para melhor visualização dos dados da Tabela 6, foi gerado um gráfico, que pode ser visualizado através da Figura 8.
Figura 8 – Geração mensal de energia
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
No mês de junho, a comparação entre o esperado e o gerado, mostra grande divergência, mas essa divergência é explicada, pois o sistema só entrou em produção no dia 09 de junho, portanto, tem uma diferença de 10 dias que não foi calculada. A comparação dos meses posteriores, é possível notar que a expectativa está bem acima do real gerado. A Tabela 7, demonstra os dados de expectativa e realidade de geração.
Tabela 7 – Expectativa x realidade geração de energia
| Mês | Expectativa | Realidade | Diferença % |
| Jun | 736,715 | 483,39 | -34% |
| Jul | 863,94 | 704,90 | -18% |
| Ago | 902,055 | 709,82 | -21% |
| Set | 878,46 | 655,07 | -25% |
| Out | 871,2 | 694,72 | -20% |
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
Os dados da Tabela 8, podem ser também visualizados na Figura 9, onde é possível verificar a variação dos dados.
Figura 9 – Gráfico de expectativa x realidade de geração de energia
Fonte: elaborado pelos Autores (2022).
A variação da expectativa versus a realidade na geração de energia, tem uma médica de -24%. Nota-se uma constância na variação de energia, tendo em julho a menor variação e em setembro a maior variação. Não podemos considerar junho, visto a defasagem de 10 dias da instalação.
A conversão de energia solar em energia elétrica utilizando células fotovoltaicas se tornou uma alternativa muito viável, pois utiliza uma fonte inesgotável de energia. Além de utilizar apenas a luz solar para gerar energia elétrica, os módulos fotovoltaicos não precisam ser localizados em áreas específicas, não geram ruídos durante o processo de conversão e podem ser acoplados em edificações.
Atualmente o mundo vive uma preocupação constante relacionada ao desenvolvimento sustentável. Visa-se o uso consciente dos recursos naturais, os quais são utilizados para gerar vários tipos de energia, inclusive a elétrica, que é usada em residências e indústrias. Por conta disso, a energia solar se demostra uma ótima forma de colaboração para o futuro do planeta e para a economia. O modelo mais simples de aproveitamento da energia solar consiste em placas solares foto térmicas que atuam no aquecimento da água usada em residência.
O presente trabalho teve como objetivo discorrer sobre o conceito de sistema solar fotovoltaico, suas vantagens e desvantagens, bem como demonstrar os custos com a instalação dele. Foram levantadas todas as informações consideradas importantes e discorridas sobre elas no projeto.
Os módulos solares são formados por células solares, que captam os raios solares e transformam em energia. O inversor solar, que é um adaptador de energia, transforma a energia capturada em forma de corrente contínua para corrente alternada, que é a corrente elétrica compatível com a rede. A energia produzida pode ser consumida imediatamente e o restante será injetado na rede elétrica da concessionaria em forma de créditos, que poderá retornar em forma de desconto na conta.
Importante destacar que o Estado de Rondônia, nessa época do ano, possui um alto índice de queimadas e chuvas. Ainda que haja diminuição, não podemos considerar que as chuvas sejam um ponto negativo, pois ela ajuda na manutenção dos painéis solares, retirando a sujeira e elementos que possam impactar na operação dos painéis.
A alta das queimadas também afeta a geração de energia solar, pois o dia torna-se nublado. Mas isso não significa que os painéis deixam de produzir, na verdade eles continuam produzindo energia elétrica mesmo nesses dias ou em dias chuvosos, porque esses módulos produzem energia a partir dos raios solares e não do calor do Sol. Isto posto, podemos justificar uma baixa na produção de energia elétrica nos meses de setembro e outubro.
Observando os dados projetados versus os dados reais, é possível concluir que, mesmo com um grande investimento para implantação de um sistema solar, a energia elétrica utilizada na residência proveniente do sistema, será praticamente gratuita e a economia será presente enquanto o sistema estiver ativo. Além de todos os benefícios econômicos, ainda podemos citar os benefícios ecológicos, visto a energia solar ser limpa e renovável.
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ANEXO A – Datasheet inversor Sofar 3K~7.5KTL-G2
ANEXO B – Datasheet módulo fotovoltaico DHM-72X10 520~550W
