CONCEITOS INICIAIS PARA DIMENSIONAMENTO
SISTEMA FOTOVOLTAICO EM RESIDÊNCIAS
Introdução a Engenharia
Professores: Márcio Zamboti Fortes e Vitor Hugo Ferreira (UFF)
Bruno Henriques Dias e Flávio Gomes (UFJF)
09 de julho de 2013
SUMÁRIO
I.
Introdução;
II.
O Recurso Solar;
III. Casa Eficiente e a Resolução 482/2012;
IV. Projeto Básico de Sistema Fotovoltaico para Residências;
V. Passo a Passo do Dimensionamento;
VI. Elaboração de seu caso;
VII. Apresentação de resultados.
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INTRODUÇÃO
 Consideração inicial: Crescimento da população brasileira e aumento
da demanda de energia elétrica. Necessidade de expansão do parque
gerador para atendimento a demanda.
 O uso total de energia no Brasil cresceu mais de 250% desde a
década de 70 até hoje, cujo valor baseia-se na rápida industrialização e
pelos crescentes serviços energéticos residenciais e comerciais.
 Motivação: Estudo de utilização de sistemas fotovoltaicos residenciais
para geração distribuída de energia, levando em consideração práticas
de eficiência energética no consumo da energia gerada e a
operacionalização da resolução No 482/2012.
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INTRODUÇÃO
 Objetivo: Apresentar aos alunos do 1º semestres dos cursos de
Engenharia Elétrica da UFF e da UFJF conceitos iniciais de sistemas
fotovoltaicos e sua aplicação em residências.
 Motivar os alunos a analisar a viabilidade do uso de energia
fotovoltaica em sua residência e despertar para o entendimento do
consumo eficiente.
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HÁBITOS DE CONSUMO
DA POPULAÇÃO
 Consumo de energia elétrica por setor:
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HÁBITOS DE CONSUMO
DA POPULAÇÃO
 Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial:
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HÁBITOS DE CONSUMO
DA POPULAÇÃO
 Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial:
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O RECURSO SOLAR
 O Sol é uma fonte inesgotável de energia para a Terra, tanto como
fonte de calor quanto de luz. Estima-se que a energia irradiada pelo Sol
que chega a Terra seja da ordem de 1,5 x 1018 kWh por ano, essa
energia equivale a 10 mil vezes o consumo mundial de energia nesse
período.
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O RECURSO SOLAR
 A radiação solar é a energia proveniente das reações de fusão
ocorridas no Sol ao converter massa em energia que se irradia para
todas as direções.
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O RECURSO SOLAR
 A irradiação solar é a energia solar acumulada em uma área e é,
normalmente, expressa em unidades de área (Wh/m²). Já a irradiância
solar é a intensidade de energia solar em uma área e expressa em
unidades de potência por unidade de área (W/m²).
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O RECURSO SOLAR
 Para se implementar um sistema de geração fotovoltaico ou de
aquecimento de água por meio da energia solar, devem-se obter
informações sobre os dados de irradiação solar de uma determinada
localidade, realizando uma análise rigorosa dessas informações, afim de
se garantir a disponibilidade energética e térmica.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Utilização de placas solares capazes de converter diretamente a luz
solar em eletricidade.
 Energia solar anual incidente na terra (1983-2005) em dias de céu
limpo.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Gráfico da evolução da capacidade de geração fotovoltaica global, em
GW, de 2000 a 2011.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Componentes básicos de sistemas fotovoltaicos conectados à rede:
• Módulos Fotovoltaicos;
• Inversores;
• Medidores de Energia.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Módulos Fotovoltaicos
• Silício monocristalino
Finas fatias de silício
Eficiência de 15% a 18%
Células rígidas e quebráveis
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Módulos Fotovoltaicos
• Silício policristalino
Finas fatias de silício compostas
por pequenos cristais
Eficiência de 13% a 15%
Painel azulado e não uniforme
Custo menor de fabricação
Células rígidas e quebráveis
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Módulos Fotovoltaicos
• Filmes Finos - Silício Amorfo
Tecnologia mais recente
Deposição de finas camadas de materiais
sobre uma base rígida ou flexível
Material semicondutor
Produzidos em qualquer dimensão
Baixa eficiência, em torno de 5% e 8%.
Painel azulado e não uniforme
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Módulos Fotovoltaicos
• Filmes Finos - CdTe e CIGS
Tecnologia mais recente
Material semicondutor
Produzidos em qualquer dimensão
Baixa eficiência, em torno de 8,5%.
Materiais mais raros
Custo elevado
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Inversores
• Convertem a corrente CC em corrente CA;
• Disponíveis em diversas classes de potência;
• Recurso de rastreamento da máxima potência;
• Eficiência alta, atingindo cerca de 91% nos
inversores menores de 1kW e cerca de 98%
nos inversores de maior porte.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Medidores de Energia
• Medem a energia que entra e sai do ramal do consumidor.
• Sistema net metering
 Mais utilizados sistemas fotovoltaicos
residenciais conectados à rede;
 Medidor bidirecional;
Tarifa de consumo deve ser a mesma
que o pagamento pela geração enviada à rede;
 Modelo adotado pela ANEEL.
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A ENERGIA SOLAR
FOTOVOLTAICA
 Sistema net metering
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RESOLUÇÃO 482/2012

A ANEEL, por meio da Resolução Normativa N° 482, de 17 de Abril
de 2012, estabeleceu as condições gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição
de energia elétrica, assim como as disposições gerais para o sistema
de compensação de energia elétrica e outros pontos relacionados.
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CASA EFICIENTE
Parceria entre ELETROSUL, ELETROBRAS/PROCEL e a UFSC
Possui aproveitamento da energia solar térmica para aquecimento de
água e da energia solar luminosa para geração de eletricidade através de
um painel fotovoltaico interligado a rede.
Equipada com um amplo sistema de monitoramento termo-elétrico
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CASA EFICIENTE
 Perfis de usuários simulados na Casa Eficiente
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
• Especificação do inversor
• Especificação do medidor de energia
• Análise econômica da implantação do sistema
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Energia produzida pelo sistema com um painel (kWh/dia):
 Eficiência de conversão do painel (%):
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Energia mensal produzida pelo sistema com um painel (kWh):
 Número de painéis necessários:
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Área total ocupada pelos painéis (m²):
 Peso total dos painéis (Kg):
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Painel Escolhido :
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Resultado dos Cálculos:
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Gráfico comparativo da energia anual produzida por 6 painéis
com o consumo médio anual.
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Cálculo da energia produzida e do número de painéis
 Gráfico comparativo da energia anual produzida por 7 painéis
com o consumo médio anual.
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
 Tensão total da série de painéis (V):
 Variação percentual da tensão (%):
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
 Variação da tensão por efeito da temperatura (V):
 Tensão total da série de painéis corrigida pelo efeito da
temperatura (V):
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
 Potência total do conjunto fotovoltaico (W):
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do Inversor
 Resultado dos Cálculos:
 O inversor adotado no estudo de caso foi o SMA Sunny Boy
1700, que possui uma tensão máxima contínua aplicável de 400
V e suporta uma potência de até 1,85 kW
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Especificação do medidor de energia
De acordo com a Resolução N° 482 da ANEEL, os custos de
adequação da medição para a implantação do novo sistema
deverão ser custeados pelo cliente.
A concessionária ficará responsável pelos custos de eventuais
manutenções e, se necessário, uma troca futura do equipamento
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Análise econômica da implantação do sistema
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ESTUDO DE CASO
 Dimensionamento do sistema fotovoltaico
• Análise econômica da implantação do sistema
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TAREFA
 Você deve fazer o projeto de análise de viabilidade da instalação de
geração solar fotovoltaica em sua residência.
 Para facilitar sua tarefa, elaboramos um passo a passo:
1) Levantamento da Carga
2) Cálculo da área disponível
3) Cálculo da Irradiância
4) Levantamento dos custos dos equipamentos e instalação
5) Análise da viabilidade econômica
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TAREFA
 OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Dicas para cada passo
1) Levantamento da Carga
Estimativa de 12 meses de consumo através de conta de energia da
concessionária local
2) Cálculo da área disponível
Caso você more em apartamento, imagine uma residência com a
mesma dimensão do seu apartamento. Estime a área disponível para
instalação dos painéis fotovoltaicos
3) Cálculo da Irradiação
Deve ser calculada para o local em que será instalada. Para este
passo sugerimos a busca no seguinte site:
http://www.cresesb.cepel.br
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TAREFA
 OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Dicas para cada passo
4)
Levantamento dos custos dos equipamentos e instalação
Procurar os principais fabricantes e quais atendem no Brasil.
5)
Análise da viabilidade econômica
Neste caso, lembrar que o crédito de energia gerada vale por 36
meses e a vida útil estimada do equipamento é de 25 anos. O custo da
energia, deve ser consultado na própria conta de energia.
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TAREFA
 GRUPO DE TRABALHO: Até 5 alunos
 Data de Entrega: 30 de Julho
 Entregar o trabalho impresso e realizar a apresentação da solução
encontrada (tempo de apresentação: 10 minutos)
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EXTRAS
 Nomenclatura da Equações Utilizadas neste slide:
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EXTRAS
 Nomenclatura da Equações Utilizadas neste slide:
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EXTRAS
 Explicações Importantes a respeito das Equações:
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EXTRAS
 Dúvidas:
Prof. Bruno Dias: [email protected]
Prof Flávio Gomes: [email protected]
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