CONCEITOS INICIAIS PARA DIMENSIONAMENTO SISTEMA FOTOVOLTAICO EM RESIDÊNCIAS

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1 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

2 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. 2

3 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/

4 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. 4

5 HÁBITOS DE CONSUMO DA POPULAÇÃO Consumo de energia elétrica por setor: 5

6 HÁBITOS DE CONSUMO DA POPULAÇÃO Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial: 6

7 HÁBITOS DE CONSUMO DA POPULAÇÃO Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial: 7

8 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 kwh por ano, essa energia equivale a 10 mil vezes o consumo mundial de energia nesse período. 8

9 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. 9

10 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). 10

11 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. 11

12 A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Utilização de placas solares capazes de converter diretamente a luz solar em eletricidade. Energia solar anual incidente na terra ( ) em dias de céu limpo. 12

13 A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Gráfico da evolução da capacidade de geração fotovoltaica global, em GW, de 2000 a

14 A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Componentes básicos de sistemas fotovoltaicos conectados à rede: Módulos Fotovoltaicos; Inversores; Medidores de Energia. 14

15 A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Módulos Fotovoltaicos Silício monocristalino Finas fatias de silício Eficiência de 15% a 18% Células rígidas e quebráveis 15

16 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 16

17 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 17

18 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 18

19 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. 19

20 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. 20

21 A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Sistema net metering 21

22 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. 22

23 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 23

24 CASA EFICIENTE Perfis de usuários simulados na Casa Eficiente 24

25 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 25

26 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 (%): 26

27 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: 27

28 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): 28

29 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Cálculo da energia produzida e do número de painéis Painel Escolhido : 29

30 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Cálculo da energia produzida e do número de painéis Resultado dos Cálculos: 30

31 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. 31

32 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. 32

33 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Especificação do Inversor Tensão total da série de painéis (V): Variação percentual da tensão (%): 33

34 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): 34

35 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Especificação do Inversor Potência total do conjunto fotovoltaico (W): 35

36 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 36

37 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 37

38 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Análise econômica da implantação do sistema 38

39 ESTUDO DE CASO Dimensionamento do sistema fotovoltaico Análise econômica da implantação do sistema 39

40 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 40

41 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: 41

42 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. 42

43 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) 43

44 EXTRAS Nomenclatura da Equações Utilizadas neste slide: 44

45 EXTRAS Nomenclatura da Equações Utilizadas neste slide: 45