REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8010295
João Paulo Cavalcante Ferreira;
Joelma de Oliveira Serra;
José Antônio de Castro Silva.
RESUMO
A pressão da sociedade pela sustentabilidade na construção civil desenvolveu a busca por métodos construtivos que primam pela utilização de tecnologias voltadas à redução de consumo dos recursos naturais e, por conseguinte, dos custos dos serviços oferecidos pelas concessionárias de energia elétrica e água tratada em edificações unifamiliares. O presente trabalho teve por objetivo dimensionar um sistema fotovoltaico de energia elétrica domiciliar conectado à rede de distribuição pública – on grid – e de captação de águas pluviais para usos que não requeiram a potabilidade da água. O estudo teve caráter exploratório com apresentação de análises qualiquantitativa baseadas em cálculos e estudos semelhantes já realizados. Para analisar a viabilidade ambiental e econômica do sistema fotovoltaico foi adotada a metodologia da pegada ecológica proposta por Wackernagel & Rees (1996) que calcula a biocapacidade do planeta e do saldo ecológico. Ficou comprovado que o sistema fotovoltaico para uma residência unifamiliar de 4 pessoas é economicamente viável pois, apesar do alto custo de implantação o sistema se paga no período de 4 anos e 6 meses e chega a gerar um lucro de R$ 36.770,78 após 10 anos de funcionamento. A viabilidade ambiental, através do cálculo da pegada ecológica demonstrou um saldo ecológico negativo de (-0,523), tornando o sistema fotovoltaico insustentável ecologicamente para a unidade familiar analisada e a captação de água para usos gerais que não exijam a potabilidade da água, pode atingir uma redução de 40% no consumo de água potável que refletirá na conta de água, demonstrando grande relevância para a sustentabilidade urbana. Palavras chave: Sustentabilidade; Sistema fotovoltaico; Captação de água.
ABSTRACT
Society’s pressure for sustainability in civil construction has led to the search for construction methods that focus on the use of technologies aimed at reducing the consumption of natural resources and, therefore, the cost of services offered by electricity and treated water concessionaires in single-family buildings. The objective of this work was to design a photovoltaic system for domestic electricity connected to the public distribution network – on grid – and for capturing rainwater for uses that do not require potable water. The study was exploratory in nature with the presentation of qualitative and quantitative analyzes based on calculations and similar studies already carried out. To analyze the environmental and economic viability of the photovoltaic system, the ecological footprint methodology proposed by Wackernagel & Rees (1996) was adopted, which calculates the planet’s biocapacity and the ecological balance. It was proved that the photovoltaic system for a single-family house of 4 people is economically viable because, despite the high cost of implementation, the system pays for itself in the period of 4 years and 6 months and generates a profit of R$ 36,770.78 after 10 years of operation. The environmental viability, through the calculation of the ecological footprint, showed a negative ecological balance of (-0.523), making the photovoltaic system ecologically unsustainable for the analyzed family unit and the capture of water for general uses that do not require potable water, can reach a 40% reduction in potable water consumption that will be reflected in the water bill, demonstrating great relevance for urban sustainability.
Keywords: Sustainability; Photovoltaic system; Water catchment.
1. INTRODUÇÃO
A sustentabilidade pode ser definida como a utilização dos recursos naturais para o desenvolvimento das atividades humanas sem, no entanto, resultar em seu esgotamento para as gerações futuras. Tendo em vista que os recursos naturais são finitos, a construção civil tem se desdobrado no sentido de adotar métodos construtivos que venham produzir moradias cada vez mais sustentáveis e que atenda aos anseios e a pressão que a sociedade desenvolveu.
A maioria das residências unifamiliares não foram construídas visando a redução dos impactos ambientais nas fases de planejamento e edificação. No entanto, passam a desempenhar seu papel sustentável ao unir conservação ambiental ao desenvolvimento socioeconômico, com a adoção de tecnologias que promovam a redução dos impactos ambientais, como a diminuição da energia distribuída pela rede em função da energia fotovoltaica e captação de águas pluviais para aproveitamento em usos não potáveis em edificações construídas pelos métodos convencionais.
De acordo com Pereira (2009), as soluções arquitetônicas e construtivas para aproveitamento das energias renováveis nos edifícios e para redução de consumos, a integração de equipamentos de produção de energia renovável nas edificações e nas áreas urbanas são fundamentais para a determinação das edificações sustentáveis.
Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), a matriz energética representa o conjunto de fontes de energia disponíveis para o desenvolvimento de atividades como a movimentação de veículos, preparação de alimentos no fogão e geração de eletricidade, enquanto a matriz elétrica é formada pelo conjunto de fontes disponíveis exclusivamente para a geração de energia elétrica.
Ainda de acordo com a EPE, a matriz energética mundial é composta majoritariamente por fontes não renováveis como petróleo e derivados, carvão mineral e gás natural. As fontes renováveis de energia como a eólica, solar e geotérmica, juntas correspondem a apenas 2% e se somadas à energia hidráulica e de biomassa as renováveis totalizam aproximadamente 14% do total.
Já a matriz energética brasileira difere da mundial pois apesar do consumo de fontes não renováveis de energia ainda ser maior que as renováveis, quase metade é composta por fontes renováveis de energia que, ao se somarem, totalizam 48,3 %, segundo dados do Balanço Energético Nacional (BEN, 2021).
Quanto à matriz elétrica, formada pelo conjunto de fontes disponíveis apenas para geração de energia elétrica em um determinado local, estado ou país, a mundial é baseada em combustíveis fósseis enquanto a brasileira (83%) é ainda mais renovável que a matriz elétrica mundial (27%) (BEN, 2021).
A maior parte da energia brasileira é proveniente de usinas hidrelétricas, 65,2% (BEN, 2021), no entanto, outras fontes como a eólica e a solar crescem com o despontar de tecnologias mais sustentáveis, consideradas limpas como alternativas viáveis para a geração de energia elétrica.
Os impactos socioambientais decorrentes da implementação de usinas hidrelétricas, como a expulsão de comunidades, alagamentos de extensas áreas, que podem gerar desequilíbrio do ecossistema local, dentre outros impactos negativos que nem sempre são mitigáveis e, embora a energia gerada seja classificada como energia limpa por lançar menor volume de poluentes na atmosfera e apresentar baixos custos operacionais, sua implantação e operação resulta em significativos impactos ambientais nos meios físico, biótico e socioeconômico.
Para Medeiros (2012, p. 27) a energia solar pode ser utilizada de três maneiras diferentes: “aquecimento de água para banho; aquecimento de ambiente e obtenção de energia elétrica”. Para obtenção de energia elétrica e melhor rendimento da usina é necessário o uso de placas fotovoltaicas para converter energia solar em energia elétrica.
Deve-se buscar sempre a posição das placas em que haja maior incidência solar durante todo o dia. A edificação deve possuir uma inclinação de 30 a 40º na cobertura, e estar afastada de outras construções para não comprometer a melhor incidência da luz solar.
A captação e armazenamento de águas pluviais para usos que não exijam potabilidade da água como descarga sanitária, irrigação de jardins, lavagem de veículos e pisos, entre outros, é uma alternativa viável tanto para a redução do consumo de água potável quanto para redução de custos com a conta de água.
Segundo Annechini (2005), 40% do total da água que é consumida em uma residência unifamiliar é destinada a fins não potáveis. De modo que, estabelecendo um modelo de abastecimento de rede duplo de água, composto de uma rede de água potável e outra de água de reuso, a conservação da água, através da redução do consumo de água potável, seria garantida.
O reaproveitamento de águas pluviais, além de minimizar a dependência de água potável, reduz o escoamento superficial, reduzindo os problemas com enchentes, buscando garantir a sustentabilidade urbana (ANNECCHINI, 2005).
O aumento populacional e a crescente demanda por produtos e serviços elevaram consideravelmente o consumo de energia elétrica e água potável. Tendo em vista que a energia no local escolhido é proveniente de fonte hidrelétrica, principal componente da matriz elétrica brasileira e, embora tratar-se de fonte renovável de energia elétrica, provoca relevantes impactos ambientais em suas fases de implementação e operação. É possível reduzir os gastos com a conta de energia elétrica com a implantação de um sistema fotovoltaico domiciliar conectado à rede de distribuição pública – on grid – e o consumo de água potável com a captação de águas pluviais para usos não potáveis?
O presente estudo visou apresentar aos usuários de energia elétrica proveniente da rede de distribuição local o dimensionamento de um sistema de energia fotovoltaica on grid para uma moradia unifamiliar de 4 pessoas, demonstrar a eficiência da utilização de tecnologias sustentáveis para redução do consumo de energia elétrica e apresentar uma alternativa de redução do consumo de água através da captação de águas pluviais para usos gerais para subsidiar a tomada de decisão quanto à adoção de medidas ambiental e socioeconomicamente sustentáveis.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Este trabalho teve como objetivo dimensionar um sistema de geração de energia fotovoltaica para uma residência unifamiliar como fonte auxiliar de energia renovável e projetar um sistema de captação de águas pluviais para reuso em fins não potáveis da residência.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Comparar a eficiência e a economia que a adoção de um sistema de energia fotovoltaico on grid apresenta em relação a energia distribuída pela rede;
- Demonstrar a importância e eficácia da captação de águas pluviais para o meio ambiente e a economia que o sistema apresenta em relação ao consumo exclusivo da rede de distribuição;
- Demonstrar as vantagens e desvantagens ambientais e econômicas desses sistemas de geração de energia elétrica e captação de águas pluviais para reuso em atividades que não exijam a potabilidade da água.
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1 SUSTENTABILIDADE
O desenvolvimento das atividades humanas teve seu ritmo acelerado nos últimos séculos. Para tanto, a exploração de fontes de energia necessária a tal desenvolvimento até então não estava atrelada a visão de que os recursos naturais seriam finitos. Em decorrência desse modo de pensar e agir alguns episódios de desastres ambientais como os ocorridos nas décadas de 50 e 60 foram presenciados, como a contaminação da água por mercúrio na Baía de Minamata, que até dezembro 1974 havia provocado 107 mortes além de quase 3000 casos aguardando verificação (HOGAN, 2007).
Além deste, outros episódios contribuíram para que um novo pensamento surgisse em que a ocupação desordenada e exploração desenfreada não poderiam continuar, é onde inseriu-se o pensamento eco desenvolvimentista. Esse pensamento, está baseado no termo sustentabilidade que começou a ser traçado no ano de 1972 em Estocolmo, na Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano e cunhado pela norueguesa Gro Brundtland no Relatório “Nosso Futuro Comum” (1987), em suma esse pensamento entende que o desenvolvimento sustentável deve usufruir dos recursos naturais de modo que as necessidades presentes não afetem a garantia das necessidades futuras (GURSKI; GONZAGA; TENDOLINI, 2012).
3.2 TECNOLOGIAS SUSTENTÁVEIS
As tecnologias estão presentemente constantes e intrinsecamente ligadas a vida do ser humano, a ponto de causar dependência. Em virtude das mais variadas definições do termo tecnologia e da constante comparação com o conceito de ciência VERASZTO
(2009, p.20), define tecnologia como “um conjunto de saberes derivados do desenvolvimento e geração dos instrumentos (artefatos, sistemas, processos e ambientes) criados pelo homem com o passar do tempo para atender suas necessidades e pretensões pessoais e coletivas”.
Nesse sentido, entende-se por tecnologias sustentáveis um agrupamento de ideias desenvolvidas a partir da vivência e empregadas por meio de instrumentos que visam atender as necessidades da geração atual, sem comprometer a disponibilidade das gerações futuras (FERREIRA, 2018, p. 5).
3.3 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A energia elétrica gerada pela fonte solar é possível devido ao efeito fotovoltaico que nada mais é do que a geração de um fluxo de elétrons (corrente elétrica) através da incidência de luz sobre a célula fotovoltaica. Para que isso ocorra a célula fotovoltaica deve ser composta por material semicondutor, ou seja, um material que contém características que variam entre um condutor e um isolante. O material semicondutor mais utilizado é o silício, cujas principais tecnologias são divididas em três gerações. A primeira é dívida em duas categorias produtivas: Silício monocristalino (m-Si) e silício policristalino (p-Si) que constituem mais de 85% do mercado, por se tratar de uma tecnologia consolidada e confiável. A segunda geração, denominada na área comercial de filmes finos, é dividida em três cadeias de produção: silício amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS) ou disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe) (PINHO; GALDINO, 2014).
A terceira geração é baseada em um único band-gap eletrônico, ou seja, para que um elétron do material semicondutor em que está presente a banda de estrutura eletrônica possa sair da sua camada de valência, é necessária uma determinada absorção de energia, levando-o a atingir um nível mais alto de energia de condução. Tal geração é elaborada com utilização de materiais não tóxicos e abundantes, com ampla escala de produção. Tendo por objetivo alcançar níveis maiores de eficiência, onde as vantagens da primeira e segunda geração serão incorporadas (DE OLIVEIRA SOBRINHO, 2016).
Há ainda as células orgânicas, com grande interesse comercial em sua produção, porém as eficiências alcançadas ainda estão em um patamar inviável para que possam ser produtivas (DE OLIVEIRA SOBRINHO, 2016).
1.SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Existem três tipos de sistemas fotovoltaicos, o híbrido que, desconectado da rede convencional, apresenta várias fontes de geração de energia, o tipo off-grid, que é um sistema isolado da rede indicado para áreas remotas, onde a geração é armazenada em baterias e o tipo on-grid representado pela figura 1, quando o sistema é conectado à rede pública de distribuição de energia e o excedente da geração de energia é introduzido na rede ao qual está conectado (CAMPOS et al., 2014).
1.PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
Os painéis fotovoltaicos desempenham a função de converter a radiação solar em energia, são compostos de células fotovoltaicas, que tem a sensibilidade de absorver a energia solar e gerar a eletricidade.
Figura 1. Sistema fotovoltaico on-grid
Fonte: JJ engenharia, 2021.
INVERSORES
Os inversores são dispositivos responsáveis por transformar a energia elétrica de corrente contínua (c.c.) para energia elétrica de corrente alternada (c.a.). A corrente contínua quando o sistema fotovoltaico é do tipo conectado à rede, é proveniente dos módulos fotovoltaicos, e a tensão c.a. de saída do inversor deve ser sincronizado com a tensão da rede.
3.4. ASPECTOS LEGAIS
Em relação a legislação, a partir de 2012 por meio da resolução N° 482 da ANNEL foi possível estabelecer as condições gerais que permitiram o acesso de micro e minigeração distribuída (MMGD) aos sistemas de distribuição de energia elétrica. O fato de a resolução garantir que os sistemas fotovoltaicos podem ser conectados à rede elétrica, possibilitaram maior viabilidade de utilização para o usuário final, além disso permitiu um incentivo de investimento do setor empresarial nessa modalidade de MMGD.
Durante a concepção desse trabalho foi sancionada a Lei Federal n° 14.300, de 06 de janeiro de 2022, que instituiu o Marco Legal da micro e minigeração distribuída, o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE) e o Programa de Energia Renovável Social (PERS), cujo transcurso do período de transição estava em andamento.
A ocorrência desse fato provocou um aumento significativo na procura por empresas especializadas desse segmento visando o enquadramento no regime atual de compensação, no qual o consumidor-gerador teria um prazo de 12 meses, contados a partir da data de publicação da Lei, para solicitar o acesso de unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída.
As solicitações de acesso realizadas depois desse prazo, é que entrarão no período de transição, previsto até 2028, que elevará progressivamente a cobrança de parte da tarifa e encargos na conta de energia, como o Fio B referentes aos custos da operação da distribuidora de energia.
Todos os projetos em GD já instalados e os demais cuja solicitação de acesso que ocorrerem até o dia 7 de janeiro de 2023, continuarão inclusos nas atuais regras de compensação dispostas na Resolução 482/2012 até 31 de dezembro de 2045.
A progressão do pagamento está projetada para aumentar 15% em 2023, 30% em 2024, 45% em 2025, 60% em 2026, 75% em 2027 e 90% em 2028. Art. 27, incisos I a VI da Lei n° 14.300/2022.
Tratando-se ainda das diferenças constantes na Lei n° 14.300 em relação a resolução normativa N° 482 da ANEEL está na mudança da potência instalada da minigeração distribuída de 5 MW para 3 MW, isso apenas para fontes não despacháveis como é o caso da energia solar fotovoltaica.
No momento da conclusão desse trabalho o prazo para que os mini e micro geradores entrassem com o protocolo de solicitação de acesso junto à distribuidora havia sido prorrogado para julho do corrente ano enquanto o prazo para as PCHs foi prorrogado até julho de 2024.
3.5. VIABILIDADE ECONÔMICA E AMBIENTAL DA ENERGIA FOTOVOLTAICA EM RESIDENCIA UNIFAMILIAR
A análise da viabilidade econômica e ambiental de qualquer empreendimento que gere transformações ao meio no qual está inserido é de grande relevância, visto que tais transformações geram impactos não só no aspecto ambiental como também no aspecto socioeconômico.
Na utilização da energia fotovoltaica a análise da viabilidade tanto econômica quanto ambiental está estritamente atrelada ao dimensionamento do sistema, que deve considerar a localidade, orientação e consumo médio de energia elétrica de uma edificação para que as potencialidades do sol sejam melhor exploradas (PASSOS, 2021).
Passos (2021), indica a necessidade de se obter uma projeção da quantidade de tempo necessário para recuperar os custos investidos no projeto na avaliação da viabilidade econômica.
Para Dantas (2018), na averiguação da viabilidade para adoção do sistema fotovoltaico por consumidores residenciais, dois pontos principais devem ser considerados: o custo da energia produzida pelo sistema implantado e o custo da energia fornecida pela concessionária no local em questão, considerando os custos dos equipamentos e da instalação e a incidência solar de cada município brasileiro.
3.6. PEGADA ECOLÓGICA
Segundo Lied et al. (2019), a metodologia da Pegada Ecológica (PE) consiste em calcular o tamanho da área bioprodutiva indispensável para a produção de recursos e assimilação das emissões de Dióxido de Carbono (CO2) produzidas pela população em estudo.
A pegada ecológica parte do pressuposto que as edificações humanas se localizam nas regiões mais férteis do país e, por esse motivo estabelece que o fator de equivalência para área construída é o mesmo para área de cultivo e são os mesmos para todos os países. Um fator de equivalência de área de cultivo igual a 2,51, significa que, cada hectare real cultivado equivale a 2,51 hectares globais e indica que a produtividade média mundial de áreas de cultivo é mais que o dobro da produtividade média mundial para todas as áreas (SOUZA, 2021).
Souza (2021), define biocapacidade como uma área determinada para atender as necessidades de consumo e absorção dos resíduos dos seus habitantes, aquilo que cada ecossistema é capaz de fornecer, também conhecida como capacidade biológica.
3.7. CAPTAÇÃO DE ÁGUA DA CHUVA
A água é um elemento de grande importância, sua presença abrange aproximadamente 70% da superfície do planeta, e a manutenção de nutrientes aproveitados por organismos vivos está condicionada ao transporte que ocorre pela água durante o ciclo hidrológico. A vida só é possível em virtude da água, visto que a partir da água são desenvolvidas inúmeras funções essenciais como: transportar substâncias indispensáveis à vida, manter as células com o tamanho e forma adequados, compor todos os líquidos orgânicos (sangue, urina, suor, etc); regular a temperatura do corpo e intervir em todas as transformações que ocorrem no interior do organismo (CHAVES NETO, 2005).
Embora a presença da água se dê em grande extensão, a parte que supre o consumo humano está restrita a uma pequena porção. Pois, a água destinada a atender as necessidades humanas não pode conter alto teor de salinidade. Nesse sentido, a água apropriada deve ser doce. A importância da água doce é notória para todos os processos biológicos, porém esta se apresenta como a menor fração do quantitativo hidrológico mundial. Apontam-se que 97,5% das águas planetárias correspondem a oceanos, mares e lagos salgados, sendo impróprias para o consumo. Apenas 2,5% das águas do Planeta são doces. Do total de água doce, 68,9% são encontradas em geleiras, neves eternas ou calotas polares (Antártida e Groenlândia) que possuem difícil acessibilidade, 29,9% estão presentes em lençóis subterrâneos onde sua exploração pede mais cautela já que demandam alto investimento e se tratam de um recurso que leva grande tempo para ser recarregado. Ademais 0,9% estão presentes em pântanos, e a parcela que é encontrada em estado livre fluindo em rios, lagos e oásis, de maneira mais acessível em termos da satisfação das necessidades das coletividades, representa pequena porcentagem do estoque hídrico mundial. Apenas 0,3% dos 2,5%, ou seja: 0,015% das águas do mundo (WALDMAN, 2013).
Pelo exposto, é possível entender a importância da água para manutenção de processos inerentes a sadia qualidade de vida. Nesse sentindo, a necessidade de adoção de tecnologias sustentáveis como a captação de água das chuvas para fins não potáveis como forma de minimizar a crescente escassez de água potável.
Tanto a falta de água quanto o seu excesso são problemas sérios que podem ser minimizados com a implantação da captação de águas pluviais, na medida em que a água da chuva captada de forma correta por meio de calhas e armazenada em cisternas permite suprir as necessidades de atividades que não exigem água potável e, além disso reduzir o volume que não irá sobrepesar as galerias pluviais ou escoar pela superfície, acumulando-se nas partes baixas e gerando as inundações (CAMPOS, et al., 2008, p. 230).
3.8. SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA DA CHUVA
Segundo Giacchini (2010), um sistema de captação e armazenamento da água de chuva é formado por uma área de captação, que pode ser representado tanto pela cobertura da edificação quanto pela área livre que contorna a residência, no caso da cobertura fazem parte ainda do sistema os equipamentos de transporte representados pelas calhas e condutores verticais e o reservatório para armazenamento das águas pluviais.
Quanto às orientações de projeção e dimensionamento de um sistema de captação de águas pluviais pode se encontrar instruções na NBR 15527/07, que aborda o aproveitamento de coberturas, ou seja, à área, em metros quadrados, projetada na horizontal da superfície impermeável da cobertura onde será coletada a água de chuva. A norma faz referência ainda que os equipamentos de coleta e condução da água de chuva, representados pelas calhas e condutores horizontais e verticais devem atender à ABNT NBR 10844. Além disso devem ser instalados filtros para remoção de detritos e um dispositivo que retire o fluxo inicial da água de chuva (GIACCHINI, 2010).
4. MATERIAL E MÉTODOS
4.1. MÉTODOS APLICADOS
O estudo teve caráter exploratório com dimensionamento de um sistema fotovoltaico complementar de energia elétrica conectado à rede e apresentação de análises qualiquantitativas baseadas em cálculos e estudos semelhantes já realizados e de um sistema de captação de águas pluviais projetados para o consumo de 04 pessoas em uma residência unifamiliar com área construída de 101,39 m2 localizado no bairro Novo Horizonte, Marabá-PA.
De acordo com Rangel, Rodrigues e Mocarzel (2018), a abordagem quantitativa é aquela que possibilita a realização de análises de dados de investigações, pretendendose mensurá-los e dimensioná-los em que se pretende analisar, não só seus fundamentos e características, como alguns aspectos que podem ser referenciais de comparações com pesquisas qualitativas, observando-se também, numa perspectiva de complementaridade, a opção qualiquantitativa.
A representação gráfica da planta baixa da residência unifamiliar foi construída com o auxílio do software Autodesk Revit 2023 Architecture, ilustrada na figura 2.
Figura 2: ILUSTRAÇÃO DA PLANTA BAIXA DA RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR
Fonte: Autores, 2023.
No Plano Diretor Municipal de Marabá, instituído pela Lei nº 17.846, de 29 de março de 2018, na subseção III, do zoneamento do núcleo cidade nova, consta que o bairro Novo Horizonte integra o Setor Consolidado correspondente aos bairros Cidade Nova, Agrópolis do Incra e Novo Horizonte, Liberdade, caracterizados pelo predomínio dos usos de comércio, serviços e institucional (Art. 30). As tecnologias propostas por este estudo foram idealizadas para atender uma residência unifamiliar que comporta uma família de 04 pessoas, e considerou: uma sala de estar, uma sala de jantar, uma varanda, dois dormitórios, um banheiro, uma cozinha e uma vaga de garagem.
Quanto ao nível de aprofundamento teve caráter exploratório e, de acordo com Martelli et al. (2020) a pesquisa exploratória pode ser definida como um estudo exploratório que objetiva a identificação da variável de estudo da mesma forma como ele se apresenta, sua significância e o contexto no qual está inserido.
E quanto aos procedimentos foram de levantamento bibliográfico e, segundo Martelli et al. (2020), o estudo exploratório tem o intuito de proporcionar ao autor a familiaridade com a área de estudo na qual está interessado, de modo que seja possível definir a delimitação da pesquisa, para que o problema seja elaborado com clareza e exatidão.
A pesquisa foi aplicada com realização de estudo de caso e comparação do resultado obtido com estudos semelhantes por intermédio da realização do dimensionamento proposto e averiguação da viabilidade econômica e ambiental com possibilidade de aplicações futuras em moradias unifamiliares em condições similares.
Barros e Lehfeld (2012) afirmam que a pesquisa aplicada é aquela em que o pesquisador é inspirado pela necessidade de conhecer para aplicação imediata dos resultados e contribuir para fins práticos, objetivando a solução mais ou menos instantânea do problema encontrado na realidade.
Para análise da viabilidade ambiental e econômica do sistema fotovoltaico do estudo proposto, foi adotada a metodologia da pegada ecológica realizada a partir do cálculo da biocapacidade, e do saldo ecológico proposta por Wackernagel & Rees (1996).
4.2. METODOLOGIA DE CÁLCULO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
A realização da metodologia de cálculo do sistema fotovoltaico foi realizada conforme descrito por Carvalho e Lage (2019) e, para tanto, foi necessário informar dados como consumo médio, custo mínimo, equações de dimensionamento fotovoltaico e descrição dos valores somados nas contas de energia elétrica.
4.2.1. MÉDIA DE CONSUMO.
A média de consumo foi extraída das contas, dos últimos 12 meses, de energia elétrica em que aos valores mensais foram somados e divididos por 12 obtendo assim a média anual.
4.2.2. LOCAL DE IMPLANTAÇÃO DAS PLACAS
A vistoria na residência é necessária pois o posicionamento das placas interfere no desempenho do sistema para verificação de fatores como pontos de sombreamento e inclinação do telhado.
4.2.3. CUSTO MÍNIMO
O sistema on grid, conectado à rede, gera um custo mensal à concessionária local, a Equatorial Energia. As ligações podem ser monofásicas, bifásicas e trifásicas, mas o dimensionamento unifamiliar foi bifásico com conexão de 127V e 220V. Além do custo adicional de Contribuição de Iluminação Pública (CIP) que independe de o sistema gerar 100% do consumo residencial.
4.3. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
4.3.1 CÁLCULO DA POTÊNCIA
A saída de energia foi obtida pelo produto da potência do aparelho pelo seu tempo de uso, descrito na conta de luz como consumo, dado pela equação (01):
Em que:
E = Energia (kWh)
P = Potência (kW)
T = Tempo (h)
Na geração de energia fotovoltaica a equação foi aplicada conforme a equação (02):
Em que:
Eg = Energia de geração (kWh)
Ptp = Potência total dos painéis (kW)
Te = Tempo de exposição ao sol (h)
Para obtenção da potência mínima instalada isola-se o termo potência conforme a equação (03):
Entretanto como no sistema fotovoltaico também ocorre perda de energia sejam por painéis, cabos ou inversores foi adicionado outro termo à equação: Rendimento (Nr). Equação (04):
Em que:
Nr = Rendimento (%)
Ptp = Potência Total dos Painéis (kW)
Eg = Energia de geração (kWh)
Te = Tempo de exposição ao sol (h)
4.3.2 CÁLCULO DA ENERGIA DE GERAÇÃO
O objetivo do dimensionamento da energia de geração é a obtenção do menor custo de investimento e a maior redução da conta de energia e para alcançá-lo foi feito o cálculo pela equação (05), onde L é o valor do custo da disponibilidade mínima de energia, que no caso de ligação bifásica corresponde a 50 kWh:
Em que:
Eg = Energia de geração (KWh/mês)
Cm = Consumo médio (KWh/mês)
L = Disponibilidade mínima de energia (bifásica)
Calcula-se esse valor em dia, para a produção média diária durante o ano como disposto na equação (06):
Em que:
Egd = Energia de geração por dia (kWh/dia)
Eg = Energia de geração (kWh/mês)
4.3.3 POTÊNCIA PICO
O tempo de exposição foi obtido com base nos dados solarimétricos do município de Marabá/PA por intermédio do programa SunData disponível no Centro de Referência para as energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito (CRESESB) onde podem ser obtidas a irradiação média de qualquer ponto do Território Nacional a partir das coordenadas geográficas. No site da CRESESB foi possível identificar a irradiação solar diária e média mensal (kwh/m2 X dia). O HSP- Horas de Sol Pleno de cada mês, no município, estão no plano horizontal e na equação foi utilizado o HSP médio conforme figura 3.
Figura 3: Irradiação solar no plano inclinado, Marabá- PA/ Brasil.
Fonte: CRESESB, 2022.
Assim sendo a potência pico é calculada pela equação (07):
Em que:
Ppico = Potência pico (KWp)
Egd = Energia de geração por dia (kWh/dia)
HSP = Horas de sol pleno (h/dia)
4.3.4 NÚMERO DE PAINÉIS
Para o cálculo da quantidade de painéis serão selecionadas dentre as marcas mais utilizadas em residências e dividir a potência total dos painéis pela potência como exposto na equação (08):
Em que:
Nm = Número de módulos que serão usados no sistema
Ppico = Potência de pico do sistema em (kWp) Wp = Potência de pico do módulo (Wp)
4.3.5 ESCOLHA DO INVERSOR
O inversor foi escolhido, entre vários modelos, de modo a suportar a potência pico do sistema para que faça a conversão das correntes contínuas (CC) em correntes alternadas (CA), de maneira que o valor do inversor poderá se assemelhar ao da potência pico.
4.3.6 CÁLCULO DO RENDIMENTO
De acordo com Almeida (2012), para que um sistema fotovoltaico seja eficaz deve apresentar um rendimento (Nr) de 75% e considerar os 25% restantes como perda total de energia. Para esse trabalho levou-se em consideração esta referência.
4.3.7 CÁLCULO DA POTÊNCIA DOS PAINÉIS
Para a obtenção da potência total dos painéis por meio da equação 09, será feito a substituição dos valores encontrados anteriormente. Esse valor determinará a potência mínima necessária para a geração de energia local pretendida. Equação (09):
Em que:
Ptp = Potência total dos painéis (kW)
Egd = Energia de geração por dia (kWh/dia)
Te = Tempo de exposição ao sol (h)
4.4. ENERGIA GERADA PELO SISTEMA
Conforme Nascimento (2021), para estimar a geração de energia mês a mês do sistema fotovoltaico, basta usar a equação (10) acrescentando o número de dias de cada mês. Encontrados os valores realizou-se o somatório dos resultados obtendo a energia produzida pelo sistema no período dos 12 meses estudados. De posse desses valores foi possível montar um quadro para representar a estimativa do valor de energia em reais economizados, utilizando-se a equação (10):
Em que:
Ptp = Potência total dos painéis (kW)
HSP = Horas de sol pleno (h)
TD = Taxa de desempenho
4.5 PRAZO DE RETORNO DO INVESTIMENTO
O prazo para o retorno do investimento em geração de energia fotovoltaica, chamado payback corresponde ao tempo necessário para cobrir o valor da instalação e comece a trazer lucro para o investidor. Para a realização desse cálculo foi necessário fazer o levantamento do custo total do investimento e dividir pela economia proporcionada mensalmente, conforme equação (11):
O retorno depende de fatores como a tarifa de energia elétrica praticada pela concessionária local, fornecedor e tamanho do sistema que influenciarão o payback para mais ou para menos.
4.6. METODOLOGIA DE CÁLCULO DA PEGADA ECOLÓGICA
Para a análise ambiental, após o dimensionamento e realização de um comparativo entre geração e consumo, foi aplicada a metodologia da pegada ecológica, proposta por Wackernagel & Rees (1996), realizada a partir do cálculo da biocapacidade e do saldo ecológico.
A pegada ecológica utiliza como unidade de medida “hectare global” para demonstrar a pegada ecológica que a princípio, é adequado para a avaliação de medidas de política energética em relação ao desenvolvimento e a descrição quantitativa da exploração excessiva do meio ambiente (WACKERNAGEL; REES, 1996). O fator de equivalência (FE), será fornecido pela metodologia, neste caso para área construída.
O planeta está sob uma constante degradação que causa muitos impactos na diversidade das espécies, na qualidade dos habitats e no funcionamento dos ecossistemas. Tal degradação está ligada a superexploração e a constante expansão da agricultura que são impulsionadas pelo consumo humano descontrolado.
É possível observar o ritmo dessa degradação ao se analisar o fato de nos últimos 50 anos, a Pegada Ecológica – um indicador de consumo de recursos naturais – ter aumentado cerca de 190% (RELATÓRIO PLANETA VIVO – WWF, 2018). O cálculo da biocapacidade é realizado através da equação (12):
Em que:
B = Biocapacidade
A = Área (m2)
FE = Fator de Equivalência
H = Habitantes
A biocapacidade foi obtida ao se comparar com o valor da pegada ecológica. Se for menor que a pegada ecológica, o projeto não será sustentável, pois indicará que a natureza não terá capacidade de produzir recursos naturais suficientes para o sistema implantado (WACKERNAGEL; REES, 1996).
A pegada ecológica foi obtida pela equação (13):
Em que:
PE = Pegada Ecológica
C = Consumo
P = Produção
FE = Fator de Equivalência
H = Habitantes
E para averiguar se a área em estudo é sustentável foi aplicada a equação (14):
Em que:
SE = Saldo Ecológico
B= Biocapacidade
PE = Pegada Ecológico
Se o saldo ecológico for negativo significa que os habitantes da área não são sustentáveis, apresentando um déficit ecológico.
4.7 SISTEMA DE CAPTAÇÂO DE ÁGUAS PLUVIAIS
O sistema de captação de águas pluviais é composto pelas equações de consumo diário, de volume de caixa d’água, reservatório e área de captação conforme Siqueira; De Souza; Bedin (2019). O consumo diário foi obtido adotando-se um consumo diário de água de 150 L dia-1 hab-1, que conforme Tomaz (2000) aplica-se a edificações residenciais, dessa forma utilizou-se a equação 15:
Em que:
C = consumo diário (L/dia);
P = População (hab);
q =consumo per capita (L/ dia× hab).
Os critérios adotados para o cálculo do reservatório superior estão estabelecidos na NBR 5626 (ABNT, 1998) que dispõe que o reservatório total não potável não pode ser inferior ao consumo diário e não deve ultrapassar em duas vezes o consumo diário. Será adotado um acréscimo de 25% no volume do reservatório de água não potável que será calculado pela equação 16:
Em que:
CR= consumo diário acrescido de 0,25 (L/dia)
CD = consumo diário (L/dia)
Para o dimensionamento do reservatório inferior foi adotada a equação de volume de chuva aproveitável de acordo com o método prático inglês expressa pela equação 17:
Em que:
P = Precipitação média anual (mm);
A = Área de coleta em projeção (m2);
V = Volume de água aproveitável e o volume de água da cisterna (l).
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
A partir de dados obtidos na fatura do usuário, em orçamento dos gastos com materiais/equipamentos e mão de obra em uma loja especializada local, e em informações provenientes do site da CRESESB (Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S. Brito) e, de acordo com Carvalho & Lage (2019) obteve-se os quadros da energia de geração diária, potência pico, potência total dos painéis, quantidade de painéis necessários e o demonstrativo do retorno financeiro estimado no período de 10 anos.
Os quadros foram organizados com a finalidade de facilitar o entendimento dos passos utilizados para dimensionar o projeto. Primeiramente, foi apresentado o quadro do índice de radiação solar através do site da CRESESB, que varia de uma cidade para outra e posteriormente, obteve-se todos os valores mensais e sua média será determinante para os cálculos.
Quadro 1: Índice de radiação solar.
| Índice de radiação solar | ||||||||||||
| Jan | Fev | Mar | Abri | Mai | Jun | Jul | Ago | Set | Out | Nov | Dez | média |
| 4,57 | 4,71 | 4,71 | 4,79 | 4,69 | 5,01 | 5,14 | 5,51 | 5,33 | 4,89 | 4,74 | 4,49 | 4,88 |
Fonte: CRESESB, 2022.
Posteriormente, foi identificada a média do consumo mensal, cujos dados encontram-se na fatura de energia do usuário. Com o consumo médio e o tipo de ligação, também expressos na fatura, obteve-se a energia de geração mensal e diária, como também a produção média diária.
Quadro 2: Média do consumo mensal
| Média do consumo mensal | ||||||||||||
| Jan | Fev | Mar | Abr | Mai | Jun | Jul | Ago | Set | Out | Nov | Dez | Média |
| 344 | 413 | 370 | 353 | 410 | 222 | 349 | 369 | 364 | 429 | 365 | 360 | 362,33 |
Sabendo-se que a fatura estudada é do tipo Bifásica, subtraiu-se 50 kWh do consumo médio anual que corresponde a 362, 33 kWh, de modo encontrar a energia de geração ideal, através da equação 05 temos: Eg = 312, 33 kWh/mês.
Podemos transformar o valor da energia de geração que está ao mês para ao dia utilizando a equação 06:
OBSERVE O QUADRO DE ENERGIA DE GERAÇÃO DIÁRIA:
Quadro 3: Geração diária.
| Consumo médio do cliente | 362,33 |
| Ligação residencial bifásica | 50 |
| Energia de geração (Kwh/mês) | 312,33 |
| Energia de geração por dia (Kwh/dia) | 10,411 |
| Produção média diária | 0 |
Fonte: Autores, 2023.
Com a média do índice de radiação solar e a energia de geração diária, encontra-se a potência pico.
Quadro 04: Potência pico.
| Horas de sol pico (HSP) | 4,88 |
| Potência pico (Ppico em kWp) | 2,133 |
Fonte: Autores, 2023.
Adotando-se um rendimento de 75% do sistema, e mediante a energia de geração diária e o tempo de exposição obteve-se a potência total dos painéis. Com a potência total dos painéis foi possível obter o número de painéis necessários para suprir a demanda de consumo.
Quadro 05: Potência dos painéis.
| Energia de geração | 10,411 |
| Tempo de exposição ao sol | 4,88 |
| Rendimento | 0,75 |
| Potência total dos painéis | 2,845 |
Fonte: Autores, 2023.
Assim sendo, para atender a demanda de consumo de 362,33 kWh/mês, faz-se necessária a utilização de no mínimo 6 painéis no sistema fotovoltaico. No entanto, com vista a suprir um possível aumento futuro do consumo da residência foi adotado um sistema com 7 painéis que comportará uma potência instalada de 3.850 Wp.
Quadro 06: Quantidade dos painéis.
| Painel escolhido para residência (W) | 550 |
| Potência total | 2,845 |
| Quantidade de painéis | 6 |
Fonte: Autores, 2023.
5.2 ANÁLISE DA VIABILIDADE ECONÔMICA
Com o intuito de se obter o valor do investimento foi realizada uma pesquisa de orçamento junto a uma empresa que presta serviços de energia solar. O valor do investimento com descrição dos materiais/equipamentos necessários a potência demandada pelo cliente já com a mão de obra inclusa ficou no valor de R$ 17.876,26. Abaixo estão discriminados os materiais/equipamentos do projeto.
Quadro 07: Componentes do gerador de energia fotovoltaico de 3,85 kWp.
| COMPONENTES DO GERADOR DE ENERGIA FOTOVOLTAICO DE 3,85 kWp |
| • 4 STAUBLI CONECTOR MC4 320016P0001-UR PV-KBT/611-UR ACOPLADOR FÊMEA; |
| • 4 STAUBLI CONECTOR MC4 320017P0001-UR PV-KST/611-UR ACOPLADOR MACHO; |
| • 1 INVERSOR SOLAR GROWAT ON GRID MIC3000TK-X 3KW MONOFÁSICO 220 IMPPT MONITORAMENTO; |
| • 2 ESTRUTURA SOLAR ROMAGNOLE 412135 RS-327, 2 PARES PERFIL DE ALUMÍNIO 2,40 M, 4 PAINÉIS PRATIC LITE; |
| • 2 ESTRUTURA SOLAR ROMAGNOLE 412210 RS-223, KIT FIXAÇÃO, 4 PAINÉIS DE TELHA FIBROCIMENTO, PARAFUSO MADEIRA; |
| • 50 CABO SOLAR FOTOVOLTAICO FLEXÍVEL 6 MM 1,8KV CC RL 50 PRETO; |
| • 50 CABO SOLAR FOTOVOLTAICO FLEXÍVEL 6 MM 1,8KV CC RL 50 VERMELHO; |
| • 7 PAINEL SOLAR JINKO JKM550M-72HL4-V TIGER PRO 550W 144 CEL MONO HALF CELL 21,33% EFICIÊNCIA. |
Fonte: Autores, 2023.
O quadro 08, apresenta a produção de energia mês a mês, considerando o período de 12 meses, com os valores de radiação do ano de 2022, sendo assim o somatório de energia produzida nesse período é de 5.145,47 kWh/ano, valor equivalente à aproximadamente 5,145 MWh/ano. Desse modo o valor médio estimado para produção de energia desse sistema no período de 12 meses será de 428 kWh/mês. Cabe mencionar: que os valores de radiação não são fixos, ou seja, podem sofrer variações.
O retorno do investimento é baseado na compensação energética anual em relação ao gasto atual com a concessionária de energia. É possível verificar no quadro 08, os valores gastos atualmente usando a energia fornecida pela rede Equatorial energia S.A., desconsiderando taxas e tributos.
Quadro 08: Estimativa da produção de energia do sistema no período de 12 meses.
| Mês | Dias | Potência instalada (kW) | Radiação solar (kWh/m2) | Rendimento 75% | Energia mensal produzida (kWh) | |
| Julho | 31 | 3,85 | 5,14 | 0,75 | 460,09 | |
| Agosto | 31 | 3,85 | 5,51 | 0,75 | 493,21 | |
| Setembro | 30 | 3,85 | 5,33 | 0,75 | 461,71 | |
| Outubro | 31 | 3,85 | 4,89 | 0,75 | 437,72 | |
| Novembro | 30 | 3,85 | 4,74 | 0,75 | 410,60 | |
| Dezembro | 31 | 3,85 | 4,49 | 0,75 | 401,91 | |
| Janeiro | 31 | 3,85 | 4,57 | 0,75 | 409,07 | |
| Fevereiro | 28 | 3,85 | 4,71 | 0,75 | 380,80 | |
| Março | 31 | 3,85 | 4,71 | 0,75 | 421,60 | |
| Abril | 30 | 3,85 | 4,79 | 0,75 | 414,93 | |
| Maio | 31 | 3,85 | 4,69 | 0,75 | 419,81 | |
| Junho | 30 | 3,85 | 5,01 | 0,75 | 433,99 | |
| Somatório da energia produzida pelo sistema no período de 12 meses em Kwh | 5145,47 | |||||
| Valor médio de energia produzida no período de 12 meses | 428,79 | |||||
Fonte: Autores, 2023.
O quadro 09 demonstra que o valor do investimento para aquisição do sistema fotovoltaico foi de R$ 17.876,26, com uma estimativa de retorno do investimento após o período de 4 anos e 6 meses, e geração de lucro com estimativa de saldo após dez anos de R$ 36.770,78. O valor do kWh foi considerado de R$ 0,77 referente ao mês de junho de 2022 dados da fatura da unidade unifamiliar alvo do estudo, e projeção de reajuste anual de 7% no valor do kWh.
Quadro 09: Demonstrativo do retorno financeiro estimado no período de 10 anos.
| Ano | Preços (kWh) | Produção Média (kWh) | Economia Mensal (R$) | Economia Anual (R$) | Valor do Investimento | Payback |
| 2022 | 0,77 | 428 | 329,56 | 3954,72 | 17876,26 | 13921,54 |
| 2023 | 0,82 | 428 | 350,96 | 4211,52 | 17876,26 | 9710,02 |
| 2024 | 0,88 | 428 | 376,64 | 4519,68 | 17876,26 | 5190,34 |
| 2025 | 0,94 | 428 | 402,32 | 4827,84 | 17876,26 | 362,5 |
| 2026 | 1,01 | 428 | 432,28 | 5187,36 | 17876,26 | -4824,86 |
| 2027 | 1,08 | 428 | 462,24 | 5546,88 | 17876,26 | -10371,74 |
| 2028 | 1,16 | 428 | 496,48 | 5957,76 | 17876,26 | -16329,5 |
| 2029 | 1,24 | 428 | 530,72 | 6368,64 | 17876,26 | -22698,14 |
| 2030 | 1,32 | 428 | 564,96 | 6779,52 | 17876,26 | – 29477,66 |
| 2031 | 1,42 | 428 | 607,76 | 7293,12 | 17876,26 | -36770,78 |
| Obs.: Com reajuste na tarifa de energia de 7% ao ano. | ||||||
Fonte: Autores, 2023.
Um esclarecimento que deve ser feito ao usuário é que o valor da fatura jamais virá inteiramente zerado, pois faz-se necessário o pagamento mínimo de disponibilidade da rede, o equivalente a 100 kWh, assim como as despesas referentes à taxa de iluminação pública e bandeiramento.
5.3 CÁLCULO DA PEGADA ECOLÓGICA
A sustentabilidade do projeto foi calculada a partir análise da pegada ecológica. O quadro 10 apresenta o resultado da biocapacidade do sistema, a pegada ecológica e saldo ecológico e indica o impacto do projeto no meio ambiente, ou seja, o quanto se utilizará de terra e água para implantação do sistema. Foi considerado para o cálculo um fator de equivalência de 2,51, referente à área construída. Para a moradia no tamanho de 115,8 m² de área de cobertura em que o projeto de energia solar fotovoltaica deverá atender uma família com 4 integrantes, considerou-se um consumo mensal médio de energia de 428,79 kW que ao ano soma 5.145,48 kW para esse cálculo.
Quadro 10: Resultados dos cálculos da Biocapacidade, Pegada Ecológica e Saldo. Ecológico.
| Categoria | Valores |
| Área atendida (ha) | 0,01158 |
| Fator de equivalência | 2,51 |
| Quantidade de moradores | 4 |
| Consumo dos moradores (kWh/ano) | 4347,96 |
| Produtividade estimada do projeto (kWh/ano) | 5145,47 |
| Biocapacidade (ha/pessoa) | 0,0073 |
| Pegada ecológica (ha/pessoa) | 0,530 |
| Saldo ecológico | -0,523 |
Fonte: Autores, 2023.
A finalidade da pegada ecológica utilizada neste trabalho foi a de avaliar se os recursos provenientes do espaço ecológico necessário são capazes de sustentar o sistema ou unidade. É uma ferramenta que contabiliza as entradas e saídas de matéria e energia de um sistema econômico, dividindo-os em áreas, convertendo-os em área apropriada de água e terra que serão necessários para sustentar o sistema.
O cálculo da pegada ecológica considerando os 4 integrantes da família, foi de 0,530 hectare por pessoa e a biocapacidade 0,0073 hectare por pessoa, o que tem como consequência o saldo ecológico negativo (-0,523), tornando o projeto insustentável, pois indica que a natureza não terá capacidade de produzir recursos naturais suficientes para o sistema implantado.
O modelo de cálculo modificado da pegada ecológica introduzido é, a princípio, adequado para a avaliação de medidas de política energética em relação ao desenvolvimento e a descrição quantitativa da exploração excessiva do meio ambiente.
A pegada ecológica negativa tem consequência a longo prazo para humanidade, pois ao se consumir mais recursos do que o planeta é capaz de produzir, no futuro enfrentar-se-á uma grande crise ambiental, devido à escassez de recursos naturais e a acelerada redução da biodiversidade. Devido ao atual consumo humano exagerado de recursos naturais, estima-se que para se conseguir manter o atual padrão de vida ao qual se está acostumado, seria necessário, algo em torno de um planeta e meio.
5.4 SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS
Primeiramente realizou-se os cálculos que serviram de base para o desenvolvimento do projeto. Com isso, foi obtido o consumo diário de água aplicandose a Equação 15, sendo o valor obtido de 600 L dia-1, deste valor 240 L dia-1 (40%) são estimados para descarga sanitária e cálculo do reservatório para coleta de águas pluviais. O volume do reservatório elevado para água não potável foi obtido a partir da Equação 16, sendo o valor necessário de 300 litros. A NBR 5626 (ABNT, 1998) recomenda que no caso de residência de pequeno tamanho, a reserva mínima seja de 500 L. Para 2 (dois) dias de consumo considerou-se um reservatório com capacidade de comportar 600 litros, porém conforme disponibilidade comercial, optou-se por um reservatório elevado de água não potável com 750 litros de capacidade.
Em relação a capacidade de captação de água de chuva, aplicou-se a equação 17, para uma precipitação média anual de 1.786,5 mm, sendo assim a captação deverá ser de 10.343 litros. Optou-se por instalar uma cisterna de 7500 litros para atender ao armazenamento da água da chuva, que quando cheia poderá atender a demanda de 31 dias. Em períodos de estiagem a rede de descarga poderá ser ligada a rede de distribuição de água da concessionária, tendo funcionamento normal. Neste caso pode-se considerar uma economia de 40% da água potável distribuída pela concessionária, visto que nas épocas de disponibilidade de chuva esta água poderá ser substituída pela água da chuva.
Foi elaborado com o auxílio do software Autodesk Revit 2023 Architecture, um esquema representativo do sistema de captação de águas pluviais conforme figura 4.
Figura 4: Esquema representativo do sistema de captação de águas pluviais.
Fonte: Autores, 2023.
Em períodos de menor pluviosidade a rede de descarga poderá ser conectada à rede de distribuição de água da concessionária, normalizando a operação. Dessa forma pode-se considerar uma redução de 40% do consumo de água potável distribuída pela concessionária que trará certa economia, assim sendo, nas épocas de maior precipitação, este consumo poderá ser substituído pelas águas pluviais.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Concluiu-se com a realização do estudo que o sistema fotovoltaico para uma residência unifamiliar de 4 pessoas é economicamente viável pois, apesar do alto custo de implantação o sistema se paga no período de 4 anos e 6 meses e chega a gerar um lucro de R$ 36.770,78 após 10 anos de funcionamento.
Quanto à eficiência do sistema, embora fossem necessários no mínimo 05 painéis fotovoltaicos para atender a demanda do consumo, o acréscimo de dois painéis manteve a viabilidade do projeto e elevou a potência instalada e a capacidade de geração proporcionando segurança em caso de aumento do consumo da unidade familiar.
Se for do interesse do usuário, além do payback, outros indicadores de análise de viabilidade financeira podem ser utilizados objetivando o esclarecimento do retorno do investimento como o Valor presente Líquido (VPL) juntamente com o custo de energia, o Levelized Cost of Electricity (LCOE) uma avaliação econômica que faz uma relação do valor real do custo de produção expresso em moeda por quilowatt-hora, e a Taxa Interna de Retorno (TIR) que representa o desconto no fluxo de caixa que iguala o VPL a zero, como parâmetros, com o intuito de obter os resultados sobre a viabilidade econômica do projeto.
As análises de viabilidade econômica supracitadas poderiam ser realizadas na íntegra em trabalhos futuros conforme a solicitação do usuário.
Em relação à viabilidade ambiental o cálculo da pegada ecológica demonstrou um saldo ecológico negativo de (-0,523), tornando o sistema fotovoltaico insustentável ecologicamente para a unidade familiar analisada, pois de acordo com os resultados obtidos são consumidos pelos moradores da residência recursos naturais acima da biocapacidade do planeta, mesmo sem a produção de poluentes e gases do efeito estufa.
A captação de água para fins não potáveis gera uma redução de 40% do consumo de água potável fornecida pela concessionária de água, conforme comprovação em estudos realizados anteriormente, demonstrando grande relevância para a sustentabilidade tanto pela redução do consumo de um bem natural finito, cada vez mais escasso e que é essencial para vida quanto pela contribuição para a redução do escoamento superficial em áreas pavimentadas em zonas urbanas que podem ocasionar enchentes.
De modo que, conquanto a adoção de tecnologias sustentáveis e aprimoramento dos métodos construtivos convencionais resulte em acréscimos no orçamento na fase de instalação, a longo prazo proporciona retorno financeiro aos usuários dos serviços fornecidos pelas companhias de energia elétrica e de água e ao serem adotadas medidas preventivas e corretivas socioeconomicamente sustentáveis embora em pequena escala para a sustentabilidade urbana.
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Joelma de Oliveira Serra: Graduanda do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária; e-mail: joelma.serra@aluno.uepa.br
José Antônio de Castro Silva: Graduado em Engenharia Mecânica e Mestrado em Engenharia Mecânica; e-mail: joseantonio.silva@uepa.br