Análise de custo para implantação de um projeto elétrico residencial popular, utilizando energia sustentável e um
inversor grid tie
janeiro/2013
Análise de custo para implantação de um projeto elétrico
residencial popular, utilizando energia sustentável e um inversor
grid tie
Eduardo Matusiak da Motta – [email protected]
Gerência de Projetos de Arquitetura e Engenharia
Instituto de Pós-Graduação e Graduação – IPOG – Porto Alegre, julho 2012
Resumo
A pesquisa se refere a um projeto elétrico residencial com a utilização de energia
sustentável, aerogerador e placa solar com a utilização do inversor grid tie,
proporcionando uma economia na conta de luz pois o sistema irá injetar na rede
elétrica da concessionária tensão que será produzida pelo painel solar e o
aerogerador, como o inversor grid tie é inteligente ele controla a potência consumida
com a potência fornecida fazendo com que somente utilize a energia da concessionária
somente o necessário para manter a rede equilibrada. A metodologia do estudo será o
levantamento dos custos desse projeto com a utilização de uma placa solar de 85Watts
de potência e tensão de 25Volts e um aeregerador de 250Watts de potência, tensão de
com a utilização do inversor grid Tie de 300Watts de potência, tensão 25Volts. O
projeto será implantado numa residência popular de 41,87m2 com consumo mensal de
150kwh conforme a concessionária CEEE (companhia estadual de energia elétrica)
do Rio Grande do Sul. Analisaremos os resultados obtidos pela pesquisa para ver o
custo beneficio deste sistema de energia implantado.
Palavras-chave: Energia Eólica. Energia Solar. Alternativa Sustentável. Custos de
Energia. Beneficios.
1.Introdução
O Brasil é carente de políticas públicas efetivas nas áreas de saúde, meio ambiente,
educação, entre várias outras. Todas exigem investimento de longo prazo do governo.
No entanto há uma iniciativa que não depende de grandes investimentos e tem retorno
imediato para a sociedade e, que poderia mudar a vida de milhões de brasileiros que
pagam pelo serviço de energia elétrica – responsável por consumir boa parte do salário
do trabalhador brasileiro de baixa renda: a implantação de um sistema de utilização de
energia solar e eólica. O País é o detentor de um dos maiores índices de radiação solar
do mundo e ótimos ventos, no entanto, não possui uma política governamental que
incentive a produção, a industrialização e principalmente a utilização massiva da
energia solar e eólica. Uma solução que além de acessível, poderia ajudar a resolver o
problema energético brasileiro que se arrasta desde a crise do petróleo em 1973, além de
impulsionar a inclusão social das famílias de baixa renda. Com isso resolvi fazer esta
pesquisa para levantar os custos de um projeto sustentável, para ajudar famílias de baixa
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renda e com o objetivo de este projeto ser viável aos órgãos públicos para que num
futuro próximo possamos utilizar estas fontes naturais de energia.
2.Inversor Grid-Tie
Inversor grid-tie é um dispositivo elétrico que permite os usuários de energia solar ou
eólica interligar seus sistemas com a rede da concessionária. Sendo assim, o excedente
de energia produzido pelos sistemas alternativos (solar e eólico) pode alimentar outros
consumidores da rede da concessionária. Tal sistema é muito comum em países onde os
produtores dessa energia alternativa vendem a concessionária local o excedente de
produção (durante o dia, por exemplo) e compram de volta quando o consumo aumenta
(por exemplo, à noite).
O Inversor funciona convertendo a tensão e a corrente elétrica, que recebe dos painéis
solares ou mesmo turbinas eólicas (ou outra fonte de energia de corrente contínua), em
corrente alternada.
A principal diferença entre um inversor padrão e um inversor grid-tie é que este último
é capaz de se interligar com a rede da concessionária, devido a sua capacidade de
sincronizar sua freqüência (60 Hz, no Brasil) e a sua tensão de saída com a rede que se
deseja conectar. Os inversores grid-tie também são capazes de se desconectar da rede da
concessionária que esta última não está fornecendo energia (por exemplo, um blecaute
ou apagão).
2.1.Funcionamento
O inversor funciona captando a tensão fornecida por um gerador - aerogeradores,
células fotovoltaícas ou de pequenas turbinas hidroelétricas - em forma de corrente
contínua e converte para a forma de corrente alternada, podendo assim ser alimentada
diretamente na rede. O inversor deve estar também em sincronia com a frequência da
rede (60 Hz, no Brasil), usando um oscilador local e limitar a tensão para que a mesma
não seja superior à tensão da rede. Os modernos inversores têm a unidade de fator de
potência fixa, isso significa que a tensão de saída e a corrente estão perfeitamente
alinhadas, e seu ângulo de fase é de 1 grau em relação ao da rede de energia. O inversor
possui um computador de bordo que analisa a frequência da onda da rede e "corrige"
tensão e frequência provindas do gerador.
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Figura 1 – Inversor Grid-Tie
Fonte: Haikou DES New Energy Technology Co. Ltd (2012)
3.Aerogerador
Um aerogerador é um gerador elétrico integrado ao eixo de um cata-vento e que
converte energia eólica em energia elétrica. É um equipamento que tem se popularizado
rapidamente por ser uma fonte de energia renovável e não poluente.
Mas a geração de energia eólica é ainda muito pequena em relação ao consumo mundial
de eletricidade.
3.1.Tipos de rotores
Existem dois tipos básicos de rotores eólicos: os de eixo vertical e os de eixo horizontal.
Os rotores diferem em seu custo relativo de produção, eficiência, e na velocidade do
vento em que têm sua maior eficiência.
3.2.Rotores de eixo vertical
Os rotores de eixo vertical são geralmente mais baratos que os de eixo horizontal, pois o
gerador não gira seguindo a direção do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador
fica fixo, mas seu desempenho é inferior.
O rotor do tipo Savonius é um dos mais simples, é movido principalmente pela força de
arrasto do ar, sua maior eficiência se dá em ventos fracos e pode chegar a 20%.
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Figura 2- Rotor Tipo Savonius
Fonte: Internet Site Wikipédia (2012)
O rotor do tipo darrieus é constituído por 2 ou 3 pás (como as dos helicópteros),
funciona através de força de sustentação tendo assim uma eficiência melhor que a do
rotor savonius, podendo chegar a 40% em ventos fortes.
Figura 3- Rotor Tipo Darrieus
Fonte: Internet Site Wikipédia (2012)
3.3.Rotores de eixo horizontal
Os rotores de eixo horizontal são os mais conhecidos e os mais utilizados pela sua maior
eficiência, compensando o seu custo maior.
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Figura 4- Rotores Multipás e Rotores Tripás
Fonte: Internet Site Wikipédia (2012)
Os rotores Multipás são mais utilizados para bombeamento de água de poços
artesanianos, mas nada impede que sejam utilizados para geração de energia elétrica.
Impulsionados tanto por força de arrasto como por força de sustentação, esses rotores
têm seu pico de eficiência em ventos fracos, com uma eficiência de 30%.
Os rotores tripás são os mais utilizados para geração de energia elétrica em larga escala
são utilizadas como fonte de energia renovável, são impulsionados apenas pela força de
sustentação. Apesar dos rotores com 2 pás serem mais eficientes, são mais instáveis e
propensos a turbulências, trazendo risco a sua estrutura, o que não acontece nos rotores
de 3 pás que são muito mais estáveis, barateando seu custo e possibilitando a construção
de aerogeradores de mais de 100 metros de altura e com capacidade de geração de
energia que pode chegar a 5 MW (megawatts). Seu pico de geração de energia é
atingido com ventos fortes e sua eficiência pode passar dos 45%.
3.4.Aerogeradores de baixa tensão
Os aerogeradores de baixa tensão diferenciam-se dos aerogeradores de alta tensão
principalmente por terem tamanho e peso reduzidos em relação a estes, que usualmente
são instalados nos cumes das montanhas ou em grandes planícies. O peso médio de um
aerogerador de baixa tensão é de 100 kg.
Este tipo de equipamento poderá ser definido como um aerogerador doméstico, pois a
quase totalidade dos equipamentos é instalada em habitações ou micro-indústrias. Ter
um aerogerador a produzir electricidade unicamente para as nossas instalações pode ser
uma realidade.
3.5.Tipos de sistemas eólicos
Sistemas isolados - São todos os sistemas que se encontram privados de energia elétrica
proveniente da rede pública. Estes sistemas armazenam a energia do aerogerador em
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baterias estacionárias, que permitem consumir energia nas temporadas em que não se
verifique vento, evitando que a energia elétrica falhe quando o aerogerador para. Mas
para se poder consumir a energia que o aerogerador produz tem-se que a alterar, pois as
tensões produzidas não são compatíveis com os aparelhos domésticos ou industriais,
visto que a corrente produzida é contínua e a corrente pretendida é alternada. Para isso é
usado um inversor senoidal de corrente, que faz isso mesmo, transforma a corrente
contínua em corrente alterna. Este aparelho designa-se por senoidal porque a energia
consumida (na Europa) refere-se a 230 Volts 50 Hertz (para baixa tensão) ou 400 Volts
50 Hertz (para alta tensão). Estes 50 Hertz, quando analisados no osciloscópio, revelam
um gráfico com uma forma de seno. É esta a função de um inversor, converter para
estes 50 Hertz de forma a obtermos energia eléctrica igual à dos requisitos dos
equipamentos.
Sistemas híbridos - São todos os sistemas que produzem energia elétrica em
simultâneo com outra fonte eletroprodutora. Esta fonte poderá ser de origem
fotovoltaica, de geradores elétricos de diesel/biodiesel, ou qualquer outra fonte
eletroprodutora. Nestes sistemas temos o mesmo funcionamento que nos sistemas
isolados, a única alteração é que o carregamento das baterias estacionárias é feito por
mais do que um gerador.
Sistemas de injeção na rede - São todos os sistemas que inserem a energia produzida
por eles mesmos na rede elétrica pública. Neste caso, a maioria dos aerogeradores são
os de alta tensão, só uma pequeníssima minoria da totalidade de aerogeradores
instalados para este fim é deste tipo, pois a potência injectada na rede é muito menor
que um aerogerador de alta tensão.
4.Painel Solar
Painéis solares fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia da luz
do sol em energia elétrica. Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células
solares, assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol. Estas células são, por
vezes, e com maior propriedade, chamadas de células fotovoltaicas, ou seja, criam uma
diferença de potencial elétrico por ação da luz (seja do Sol ou da sua casa.). As células
solares contam com o efeito fotovoltaico para absorver a energia do sol e fazem a
corrente elétrica fluir entre duas camadas com cargas opostas.
Atualmente, os custos associados aos painéis solares, que são muito caros, tornam esta
opção ainda pouco eficiente e rentável. O aumento do custo dos combustíveis fósseis, e
a experiência adquirida na produção de célula solares, que tem vindo a reduzir o custo
das mesmas, indica que este tipo de energia será tendencialmente mais utilizado.
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Figura 5- Painel Solar
Fonte: Internet Site Wikipédia Wikipédia
Um painel solar é um conjunto de células solares. Apesar de cada célula solar fornecer
uma quantia relativamente pequena de energia, um conjunto de células solares
espalhadas numa grande área pode gerar uma quantidade de energia suficiente para ser
útil. Para receber maior quantia de energia, os painéis solares devem estar direcionados
para o Sol.
Figura 6- Uma "árvore" fotovoltaica na Áustria
Fonte: Internet Site Wikipédia (2012)
Os painéis solares contribuem ainda muito pouco para a produção mundial elétrica, o
que atualmente se deve ao custo por watt ser cerca de dez vezes maior que o dos
combustíveis fósseis. Tornaram-se rotina em algumas aplicações, tais como as baterias
de suporte, alimentação de boias, antenas, dispositivos em estradas ou desertos,
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crescentemente em parquímetros e semáforos, e de forma experimental são usados para
alimentar automóveis em corridas como a Word Solar Challenge através da Austrália.
Programas em larga escala, oferecendo redução de impostos e incentivos, têm
rapidamente surgido em vários países, entre eles a Alemanha, Japão, Estados Unidos e
Portugal.
5.Análise de Custo do Projeto
No nosso estudo de caso iremos utilizar um projeto elétrico pronto conforme abaixo
executado pela Caixa Econômica Federal, de uma residência popular de 41,87m2.
Conforme a concessionária CEEE (companhia estadual de energia elétrica) do Rio
Grande do Sul, uma família de baixa renda gasta em torno de 150kwh (kilo watt hora)
dando um valor médio mensal de R$ 50,00 (cinquenta reais) ao mês. Levantaremos os
custo diretos para implantação do projeto sustentável conforme tabela 1.
Descrição do
Produto
Aerogerador
250Watts
Quantidade
Valor
1
R$ 1950,00
Inversor Grid-Tie
300Watts
1
R$ 410,00
Painel Solar
85Watts
1
R$ 545,00
Cabo de Força
2,5mm2 flex
Terminais para
conexão
Mão de obra para
instalação
40 metros
R$ 20,00
6
R$ 30,00
1
R$ 300,00
Total
Fornecedor
Alternative
EnergySoluções em
Energias Renovaveis
Alternative
EnergySoluções em
Energias Renovaveis
Alternative
EnergySoluções em
Energias Renovaveis
Plenobras Materiais
elétricos
Plenobras Materiais
elétricos
Alternative
EnergySoluções em
Energias Renovaveis
R$3255,00
Tabela 1 – Levantamento dos Custos para implantação do sistema hibrido de energia sustentável.
Fonte: O autor (2012)
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Figura 7 – Projeto Elétrico Casa Modulada em Blocos de Concreto
Fonte: Caixa Econômica Federal (2012)
Como podemos observar o custo total médio para implantação do sistema fica em torno
de R$ 3255,00 (três mil duzentos e cinquenta e cinco reais), com uma vida útil
aproximado de 15 anos. Com a utilização do sistema integrado da placa solar de 85
Watts e o aerogerador de 250Watts com uma produção de energia estimada de 8 horas
por dia para a placa solar e 8 horas por dia do aerogerador teremos ao final do mês uma
soma de 90kwh gerado aproximadamente pelo sistema sustentável. Com base nos dados
da companhia estadual de energia elétrica do rio grande do sul o gasto mensal de uma
família de baixa renda fica em torno de R$50,00 (cinquenta reais), e vimos que o custo
do sistema é de R$3255,00 (três mil duzentos e cinquenta e cinco reais) que equivale
cinco anos de abastecimento de energia elétrica pela concessionária, como o sistema
tem vida útil de aproximadamente 15 anos, temos como ganho 10 anos de
abastecimento gerado pelo sistema hibrido com painel solar e o aerogerador. Tendo uma
redução pelos os 10 anos de abastecimento pelo sistema de energia renovável de R$
6000,00 (seis mil reais). Nas figuras abaixo mostram exemplos de como podemos
implantar este sistema hibrido de energia sustentável.
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Figura 8 – Exemplo de instalação do sistema
Fonte: Eudora Solar (2012)
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Figura 9 – Exemplo de instalação do sistema
Fonte: Neowind (2012)
Na figura acima podemos observar o aerogerador (1) gerando energia para o inversor
grid tie (2), onde que o mesmo esta ligado a rede de distribuição de energia elétrica (3).
Como podemos observar este tipo de sistema é interligado junto com o sistema de
distribuição da concessionária local, pois quando não ocorrer produção de energia pelo
aerogerador ou pela placa solar o atendimento do estabelecimento será realizado pela
concessionária (distribuidora).Quando ocorrer produção de energia pelo aerogerador e
placa solar haverá redução ou eliminação do atendimento pela concessionária
(distribuidora de energia).Caso a produção do aerogerador e placa solar seja superior a
carga total do estabelecimento, ocorrerá fluxo de energia no sentido do estabelecimento
para a rede da concessionária, podendo gerar créditos futuros para o cliente que ainda
esta aguardando regulamentação específica pela ANEEL (Agência Nacional de Energia
Elétrica).
6.Conclusão
Para implantar uma política de utilização de energia solar e energia eólica não é preciso
lei, decreto ou votação no legislativo. Basta a boa vontade das companhias de habitação
- Cohabs, da Caixa Econômica Federal (CEF), através dos órgãos que tem linhas de
financiamento habitacional, para que em todo conjunto habitacional do país seja
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obrigatório o uso de energia solar e eólica para trabalhar em conjunto com o
abastecimento das concessionarias locais. E ao contrário do que muitos imaginam, o
preço do equipamento não é mais tão alto. Vamos a uma análise de uma hipótese de
popularização da energia solar e eolica: uma casa popular custa em torno de R$25 mil,
com prestações em torno de R$80,00 conforme CEF. Cada equipamento custa R$
3255,00. Acrescentando nos custos da construção das casas, a prestação aumentaria
apenas R$16,00 mensais e a economia na conta de energia seria extremamente
significativa.
Para cada metro quadrado de utilização de energia solar e eólica, a cada ano deixa-se de
inundar 55m2 de área. Não podemos nos esquecer de que grande parte dessas áreas tem
um grande potencial agrícola. Com o uso da energia solar e eólica reduziríamos
acentuadamente os impactos, principalmente sociais, gerados pelas hidrelétricas. Além
disso, para cada metro somente de painel solar instalado economiza-se anualmente 215
m3 de lenha, 73 litros de gasolina e 66 litros de diesel.
De acordo com dados da Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do
Estado de São Paulo, CDHU, nos últimos anos foram entregues 210 mil casas. Desse
total, 81% são moradias de famílias de baixa renda, que ganham de um a três salários
mínimos. Até setembro de 2005, 246 mil casas foram financiadas pela CEF. Se em cada
uma delas fossem instalados energia solar e eólica resultaria numa transferência
imediata
de
renda,
sem
nenhum
paternalismo,
O setor industrial brasileiro consome cerca de 46% da energia elétrica total do país e
cerca de 20% é utilizado para o aquecimento de água, ou seja, no Brasil, 9,2% da
energia é utilizada pelas indústrias para aquecimento de água. Já no setor residencial,
6% é utilizado para o aquecimento. Um volume alto que necessita de grandes
investimentos. Os países desenvolvidos já atentaram para a importância de
aproveitamento da energia solar e eólica. Na Alemanha, país com 80 milhões de
habitantes e um clima extremamente frio, existem quatro milhões de m2 de coletores
solares instalados e pasmem, o Brasil, com uma população de quase 184 milhões de
habitantes, onde de acordo com ABRAVA (Associação Brasileira de Refrigeração, Ar
condicionado, ventilação e aquecimento), há apenas três milhões de m2 de coletores
solares e isso que nem se tem dados em relação a energia eólica. Atualmente, o setor
emprega aproximadamente 17 mil pessoas e a expectativa é de que até 2012 o setor
empregue 30 mil profissionais. Com uma política de melhor aproveitamento da energia
solar e eólica, o setor contrataria muito mais pessoas para instalar e dar manutenção nos
coletores. Em apenas uma iniciativa reduziríamos vários problemas que vêm
massacrando o brasileiro há anos: a má distribuição de renda, o desemprego, e até a
inflação, que é alavancada pelo custo da energia.
Referências
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1981.
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