Introdução A utilização de fontes de energia renováveis na matriz energética mundial é interesse prioritário para que os países continuem a crescer

Transcrição

1 Introdução A utilização de fontes de energia renováveis na matriz energética mundial é interesse prioritário para que os países continuem a crescer economicamente, sem trazer prejuízos ao meio ambiente e sem depender de fontes de energia não renováveis, as quais estão mais escassas a cada dia. Devido a estes fatores, mais o barateamento dos painéis solares, o investimento em energia solar está ocupando cada vez mais espaço no cenário mundial. O vasto território brasileiro que se encontra majoritariamente na zona intertropical é favorecido pela incidência de altos índices de radiação solar durante praticamente o ano todo, contribuindo para um grande potencial de utilização da energia solar, ainda pouco explorado. No Brasil, com o aumento no valor da tarifa de energia elétrica devido à crise hídrica, à crise econômica e com o contínuo aumento da demanda

2 energética vivenciada, a energia fotovoltaica surge como uma alternativa energética viável. A região de Presidente Prudente, localizada no extremo oeste do estado de São Paulo, está dentro da região com maiores índices de radiação solar (5,401 kwh/m²dia) do estado, trazendo consistência ao desenvolvimento da proposta de implantação de um sistema solar fotovoltaico no Laboratório de Caracterização e Gestão de Resíduos Sólidos. O prédio deste laboratório, em fase de licitação, será construído na FCT UNESP (Faculdade de Ciência e Tecnologia). Objetivo do Trabalho Dimensionar e avaliar os custos de implantação de um sistema fotovoltaico para o Laboratório de Caracterização e Gestão de Resíduos Sólidos da FCT/UNESP Etapas do trabalho As principais etapas do trabalho foram: realizar um levantamento bibliográfico sobre a energia solar fotovoltaica no Brasil e no Estado de São Paulo, dimensionar e analisar as características de todos os dispositivos elétricos necessários à implantação do sistema fotovoltaico, comparar os resultados obtidos de forma teórica com os resultados utilizando o software Solergo e em seguida avaliar a viabilidade econômica e o tempo de retorno do investimento para a implantação do sistema fotovoltaico. Por último, foi calculada a representação percentual da produção média do sistema dimensionado no consumo anual médio de energia elétrica da FCT/UNESP. Materiais e Métodos Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica para aprofundamento dos temas relacionados ao trabalho de graduação. Após o embasamento teórico, foram realizadas visitas técnicas à empresa Matsuda Equipamentos Energia Solar, localizada em Álvares Machado, São Paulo. Esta empresa instala os sistemas fotovoltaicos residenciais e empresariais, utilizando para o dimensionamento um programa (Software Solergo), comprado e de uso exclusivo da empresa. O estágio na empresa envolveu várias etapas, como conhecer o sistema, como e onde instalar para obtenção de melhor rendimento, como são feitos os cálculos e como funciona o programa utilizado. O técnico que nos atendeu durante todo o estágio, também nos mostrou como analisar a planta baixa do laboratório

3 visando determinar a área útil da cobertura do prédio e determinar a melhor disposição dos módulos fotovoltaicos. O dimensionamento do sistema fotovoltaico, em geral, é feito baseado no consumo do prédio onde será instalado. No presente trabalho, o dimensionamento do sistema fotovoltaico foi feito a partir da área útil do telhado uma vez que não temos os dados do consumo do prédio ou da relação de equipamentos que serão instalados nele. Portanto, como alternativa viável, estudou-se a implantação do maior número de módulos no telhado do laboratório para a maior geração de energia possível. O sistema fotovoltaico apresenta, basicamente, três opções de funcionamento. A mais simples é gerar e consumir diretamente, a segunda é gerar consumir parcialmente e acumular o excesso em baterias, para uso noturno como, por exemplo, em sistemas de iluminação noturna. Na terceira opção, mostrada no esquema abaixo, o sistema produz energia, parte é consumida e quando a excedente ele é injetado na rede elétrica da empresa de distribuição, acarretando descontos no consumo total do geador/consumidor. Do ponto de vista da UNESP, este sistema é muito interessante considerando que, grande parte do ano (feriados, finais de semana e férias) o consumo é baixo e, dependendo da dimensão do sistema fotovoltaico mplantado, uma grande parte da energia produzida é injetada na rede, diminuindo as despesas com energia elétrica da universidade.

4 Utilizando informações obtidas na bibliografia citada foram feitos os cálculos para o dimensionamento do sistema e elaboração do projeto. Inicialmente, pesquisou-se o módulo que aliasse menor preço e maior potência. A partir disso, com as dimensões do módulo determinou-se o espaçamento entre as fileiras de módulos para não ocorrer o sombreamento dos mesmos. Com o espaçamento e a largura das placas, pode-se encontrar o número de fileiras ao longo da largura do telhado. E multiplicando-o pelo número de módulos dispostos lado a lado ao longo do comprimento do telhado encontrou-se a quantidade total de placas fotovoltaicas. Exemplo de fileiras de placas com espaçamento entre elas e inclinação. Outra etapa do dimensionamento foi a escolha do inversor que deve ser adequado às características de potência, corrente e tensão do sistema, além de estar de acordo com as especificações da concessionária local. Após a determinação do inversor, foram determinados os arranjos do sistema, ou seja, as conexões em série e em paralelo dos módulos em cada inversor. Além dos módulos e inversores, também foi dimensionado todos os cabeamentos e dispositivos de proteção do sistema de acordo com a NBR 5410 Instalações elétricas de baixa tensão. E como etapa final do dimensionamento, obteve-se a geração do sistema fotovoltaico considerando as horas de sol pleno e eficiência do sistema. Para analisar a viabilidade do sistema proposto realizou-se uma análise econômica, compreendendo o custo economizado (benefício), orçamento, tempo de

5 retorno (payback) e a contribuição do sistema fotovoltaico na economia atual da fatura de energia da FCT-UNESP. Posteriormente, foi utilizado o software Solergo disponibilizado pela empresa Matsuda, a qual possui a sua licença de operação. O software fornece um relatório completo do dimensionamento do sistema, mas também tem a capacidade de fornecer dados mais robustos como, por exemplo, a redução de emissão de poluentes quando comparado a termoelétricas, diagramas elétricos e até mesmo gráficos da radiação local incidente. Apesar de não ter sido desenvolvido um cálculo específico para algumas características fornecidas pelo software, citadas anteriormente, foi possível comparar os resultados do dimensionamento obtidos de forma teórica com os obtidos a partir do software Solergo. Conclusão O dimensionamento manual, utilizando equações para os cálculos, do sistema foi semelhante ao dimensionamento obtido utilizando o software Solergo. Apesar da não acessibilidade ao software devido ao custo de sua licença operacional, o embasamento teórico demonstrou que é possível realizar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico de forma manual, obtendo-se resultados bem próximos e confiáveis em relação aos apresentados pelo programa. Em relação ao projeto, a análise do tempo de retorno demonstrou que o sistema fotovoltaico dimensionado é viável economicamente. Apesar do alto investimento inicial para sua implantação, estimado em R$ ,91 (no período de elaboração do trabalho), existe a garantia do retorno de capital em aproximadamente seis anos. Quando comparado à vida útil dos componentes do sistema, o payback se torna ainda mais relevante, visto que os módulos conseguem ter uma vida útil, aproximada, de 25 anos e os inversores podem operar sem falhas por até 15 anos. Ainda se tratando das vantagens do sistema, o software Solergo demonstrou uma redução anual da emissão de poluentes na atmosfera. Comparando a produção do equivalente de energia de uma termoelétrica, o sistema fotovoltaico em questão reduzirá a emissão de aproximadamente 40 toneladas de dióxido de carbono, além de outros poluentes e poeiras. Em termos de produção de energia, o sistema fotovoltaico projetado também se mostrou satisfatório gerando aproximadamente 73 MWh de energia ao ano. Tal produção poderá apresentar uma economia de energia à FCT-UNESP da ordem de R$

6 22.000,00 anualmente, podendo representar uma contribuição de 3,6% na fatura atual de energia da FCT. Considerando que a área de telhado utilizada é pequena (380 m 2 ), em relação a área total de telhado da FCT, que os painéis estão dispostos em filas inclinadas e fixas, com necessidade de espaço entre elas para evitar sombreamento e para manutenção, um investimento para um sistema dez vezes maior, equivaleria a aproximadamente a conta anual de energia da FCT com uma economia da ordem de 36% nas despesas de energia elétrica. Acreditamos que este trabalho e os resultados obtidos, servem de modelo para uma avaliação da viabilidade de implantação de sistemas fotovoltaicos em muitas unidades da UNESP, principalmente as do oeste do estado, onde a incidência solar anual é maior.