ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Fundamentos e Aplicações Parte 2

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1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Fundamentos e Aplicações Parte 2 Prof. Dr. Trajano Viana trajanoviana@gmail.com CEFET/RJ Março SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Conjunto de elementos necessários para realizar a conversão direta da energia solar em energia elétrica com características adequadas para alimentar aparelhos elétricos e eletrônicos. O SFV deve fornecer energia elétrica com características adequadas para alimentar lâmpadas, motores, televisores, geladeiras e outros aparelhos. Principais componentes de um SFV: painel fotovoltaico chaves seccionadoras e disjuntores dispositivos de proteção contra surtos de tensão (DPS) condutores controlador de carga e elementos armazenadores (baterias) inversor estrutura de suporte e fundação, quando necessária. Classificação/Tipos de SFV Sistemas isolados (SFVI) Sistemas conectados à rede (SFVCR) 2

2 5.1 - Tipos de Sistemas Fotovoltaicos SISTEMAS Sistemas Fotovoltaicos FOTOVOLTAICOS Conectados à Rede SOLADOS - SFVI Elétrica - SFVCR ISOLADOS ATENDIMENTO DE LOCAIS SEM ACESSO À REDE ELÉTRICA (OU APLICAÇÕES ESPECIAIS) Geração Descentralizada de Energia Elétrica (ou Planta Centralizada) A ENERGIA GERADA É ARMAZENADA A energia gerada é injetada na rede elétrica Sistema Fotovoltaico Isolado - SFVI Características: Não possui conexão com o sistema público de fornecimento de energia elétrica. Normalmente é utilizado para atender locais sem acesso à rede elétrica ou para atender a cargas especiais. Pode atender cargas especiais em locais onde existe rede elétrica. A energia elétrica gerada normalmente é armazenada (banco de baterias). Pode ser projetado para alimentar cargas CC e/ou cargas CA. Pode atender a: - um consumidor SFVI individual ou - vários consumidores SFVI em minirrede Aplicações: - residências - ilhas - bombeamento de água (com ou sem baterias) - sistemas de comunicação - iluminação, etc. Denominações em inglês Photovoltaic off-grid system Photovoltaic stand alone system 4

3 Componentes Básicos do Sistema Fotovoltaico Isolado (SFVI) Os Sistemas Fotovoltaicos Isolados são em geral compostos de: Painel fotovoltaico Controlador de Carga Banco de Baterias e Inversor. Cargas CC Controlador de Carga Banco de Baterias Inversor CC CA Cargas CA 5 Exemplos de Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFVI) Alguma montanha nevada... Ilha do Arvoredo Santa Catarina Foto: Trajano Viana 6

4 Exemplos de Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFVI) POSTO DE ENERGIA SOLAR Baterias para armazenar energia Local que possui rede elétrica Fotos: Trajano Viana Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFVCR) São efetivamente conectados ao sistema público de distribuição de energia elétrica e não possuem elementos para armazenar energia. A energia elétrica gerada é injetada diretamente na rede elétrica sendo utilizada pelos aparelhos da edificação ou exportada para a rede da concessionária Geração Distribuída (GD) Características importantes: Na falta da rede elétrica, seja devido a desligamento para manutenção ou falha na rede, o inversor do SFVCR automaticamente se desconecta da rede, deixando de fornecer energia. Ilhamento Condição na qual uma porção da rede elétrica, contendo carga e geração, continua operando de forma isolada do restante da rede. Dispositivo anti-ilhamento Desconecta a saída do inversor da rede proporcionando segurança à rede e aos usuários. Todos os inversores para SFVCR possuem dispositivos anti-ilhamento. Quando a rede elétrica é restabelecida, o inversor do SFVCR se reconecta automaticamente e passa a fornecer energia à rede. 8

5 Componentes Básicos dos SFVCR Inversor Disjuntor Medidor de energia bidirecional Proteções Painel FV Inversor CC/CA Conexão com a rede Aplicações: residências - supermercados - centros comerciais - estádios - estacionamentos, etc. Denominações em inglês Grid connected photovoltaic system Grid tie photovoltaic system Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Geração junto ao ponto de consumo sem perdas de transmissão Gerador com operação desassistida Baixa manutenção Integrado a edificações, não ocupa espaço especial Redução do pico de consumo, pois a geração solar fotovoltaica muitas vezes coincide com a demanda da edificação ou do alimentador. Contribuição da Geração Fotovoltaica Potência (kw) Geração Convencional Geração FV Demanda Hora A curva de demanda está síncrona com a geração fotovoltaica. A geração fotovoltaica (FV) complementa a geração convencional. Redução do pico de consumo. 10

6 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Curva de Demanda Pot tência (kw) ) Hora Demanda 11 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Geração Fotovoltaica Pot tência (kw) ) Hora Geração Fotovoltaica 12

7 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica Pot tência (kw) ) Hora Demanda Geração Fotovoltaica 13 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica Pot tência (kw) ) Hora Demanda Geração Fotovoltaica Nova Demanda 14

8 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica Pot tência (kw) ) Hora Geração Fotovoltaica Nova Demanda PANORAMA ATUAL PARA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA NO BRASIL Resolução Normativa Nº 482/ANEEL - 17 de abril de 2012 Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica e o sistema de compensação de energia elétrica. 1 - Microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potencia instalada menor ou igual a 100 kw e que utilize fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras; 2 - Minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potencia instalada superior a 100 kw e menor ou igual a 1 MWpara fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras; 3 - Sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa gerada por unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída compense o consumo de energia Medidor bidirecional Normas das Concessionárias CEE, CELESC, COPEL, ELEKTRO, CPFL, LIGHT, CEMIG,... 16

9 PANORAMA ATUAL PARA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA NO BRASIL Resolução Normativa ANEEL 482/2012 GD Solar Biomassa Hidráulica Microgeração Distribuída Minigeração Distribuída Eólica GD 1MW CHP < 100 kw 100 kw 1 MW GD Potência menor que 1 MW Microgeração distribuída potência menor ou igual a 100 kw. consumidora/geradora Minigeração distribuída maior que 100 kw e menor ou igual a 1 MW. Fontes eólica; solar; biomassa; hidráulica ou cogeração conectada na rede de distribuição por meio de unidades consumidoras. Fontes incentivadas Fontes incentivadas Unidade consumidora/geradora conectada à rede da distribuidora Sistema de Compensação de Energia Unidade consumidora/geradora conectada à rede da distribuidora 17 PANORAMA ATUAL PARA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA NO BRASIL Sistema de Compensação de Energia Conexão do sistema fotovoltaico à rede ponto de conexão após o medidor REDE ELÉTRICA PÚBLICA Inversor CC => CA Medidor (kwh) Residência Consumidor OSistema de Compensação de Energia (Net t metering) ) utiliza um medidor de energia bidirecional, para sistemas com menos de 1 MW. Se houver envio de energia, como empréstimo, para a rede pública (geração maior que o consumo) haverá o crédito correspondente, em kwh. 18

10 PANORAMA ATUAL PARA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA NO BRASIL RN ANEEL 482/2012 Procedimentos e Normas das Distribuidoras Consumidor Solicitação Instalar o Solicitar de Acesso SFVCR Vistoria Regularizar Pagar Aspectos Diferença Técnicos Medição Distribuidora Emitir Parecer de Acesso Fazer Vistoria Entregar o Aprovar o Efetivação Relatório ponto de da de Vistoria conexão Conexão 30 dias* 30 dias 15 dias 7 dias 82 dias * No caso de minigeração distribuída, se houver necessidade de obras, o prazo será de 60 dias SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE RESIDENCIAL Instalação típica de entrada de energia elétrica em um residência QDG QM Fonte: Adaptado de QM Quadro de Medição QDG Quadro de Distribuição Geral Disjuntores 20

11 5.6 - SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE RESIDENCIAL Instalação típica de SFVCR - De acordo com a RN ANEEL 482/2012 e Procedimentos - Normas das Distribuidoras Módulo Fotovoltaico CC QDG INVERSOR CC/CA QM DSV Fonte: Adaptado de QM Quadro de Medição QDG Quadro de Distribuição Geral Disjuntores DSV Dispositivo de Seccionamento Visível SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE RESIDENCIAL Casa Eficiente - ELETROSUL Módulos Fotovoltaicos Coletores térmicos Aquecimento de água SFVCR - Características 30 módulos fotovoltaicos de silício policristalino (p-si) Área do painel = 22 m 2 Potência instalada = 225kWp 2,25 2 Inversores de 1 kw Geração média mensal = 220 kwh Produtividade ~ 1200 kwh/kwp/ano 22

12 SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados Munique, Alemanha Foto: Trajano Viana SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas em fachadas e telhados Freiburg, Alemanha Fotos: Trajano Viana 24

13 SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados 25 SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados Japão - Solar Town kwp França - Saint-Aunes/Montpellier - 12 coberturas 8045 m módulos (p-si) ~ 1,1 MWp - 1,42 GWh/ano - Energia para 400 residências 26

14 PLANTAS FOTOVOLTAICOS - SFVCR Geração Centralizada Módulos c-si Foto: Trajano Viana Inversor Central Alta Potência Potências de 100 kw a 1 MW 27 Projeto do CEFET SFVCR Vista aérea do CEFET/RJ Desvio azimutal = 26º W N 26º

15 Projeto do CEFET SFVCR Local para o painel fotovoltaico 29 Projeto do CEFET SFVCR Local para o painel fotovoltaico Módulos de silício i cristalino (~ 220 Wp) 3 subsistemas com 10 módulos 3x(10módulos de ~220 Wp) =~3x2,2=~6,6 kwp 30

16 Projeto do CEFET SFVCR Diagrama de Blocos Básico do Sistema Sensor de Radiação Painel Fotovoltaico T AMB T MOD Inversor Inversor CC - CA CC Inversor - CA CC - CA Medidor Medidor kwh Medidor kwh kwh Conexão com a Rede 3Ø Interna do CEFET (Fase-Fase = 220 V) Download de Dados Data Logger Memória Conexão com Internet DISPLAY Conexão com Internet 11 Projeto do CEFET SFVCR Dados de irradiação total (no plano dos módulos) H TOT Exemplos: Programa RADIASOL Desvio azimutal = 26º W (-26º) 30º H TOT = 5 kwh/m 2 /dia ~ kwh/m 2 45º H =47kWh/m TOT =4,7 2 /dia ~1.700 kwh/m 2 /ano J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D 32

17 Projeto do CEFET SFVCR Local previsto para instalar os inversores 33 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Fundamentos e Aplicações Obrigado! Prof. Dr. Trajano Viana trajanoviana@gmail.com il