C. S. Oliveira, J. J. A. Marques, B. F. Santos Jr., F. M. A. Linard, A. R. Almeida

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1 1 Viabilidade da Instalação de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Considerando a Readequação no Consumo de Energia Elétrica: Estudo de caso do bloco de engenharia elétrica da UFPI C. S. Oliveira, J. J. A. Marques, B. F. Santos Jr., F. M. A. Linard, A. R. Almeida Abstract In this paper, we propose a comparative study of the rates of technical and economic viability for a PV applied to the Electrical Engineering building of UFPI, considering the current situation of the plant and a future condition in which an improvement in its efficiency is achieved by retrofit directly related to the exchange of lamps and air conditioners, a reduction in the consumption forecast of approximately 27% for the lighting system and 30% of the system air conditioners. The implementation of the proposed retrofit, PV can provide up to 42% of total energy consumption required by the building. A Keywords SFCR, Efficiency, Consumption, Retrofit. I. INTRODUÇÃO TUALMENTE, a expansão acentuada do consumo de energia, embora possa refletir o aquecimento econômico e a melhoria da qualidade de vida, pode apresentar também aspectos negativos, tais como a possibilidade do esgotamento dos recursos utilizados para a produção de energia e, o impacto ao meio ambiente devido a esta atividade de produção. Uma das maneiras mais modernas e utilizadas no mundo para conter a expansão do consumo sem comprometer a qualidade de vida e o desenvolvimento econômico tem sido o estímulo ao uso eficiente da energia elétrica [1], bem como a utilização de fontes alternativas de geração. Frente a todas as possibilidades de geração alternativa de energia elétrica, o cenário energético global até 2020 indica mudanças tecnológicas, novas descobertas e a substituição dos recursos utilizados atualmente para o desenvolvimento de uma C. S. Oliveira, Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina, Piauí, Brasil, camilasoliveira@hotmail.com.br J. J. A. Marques, Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina, Piauí, Brasil, jordanjoeslley@hotmail.com B. F. Santos, Jr., Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina, Brasil, bartolomeuf@ufpi.edu.br F. M. A. Linard, Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina, Brasil, fabiola.linard@ufpi.edu.br A. R. Almeida, Universidade Federal do Piauí (UFPI), Teresina, Brasil, aryfrance@ufpi.edu.br matriz energética mais eficiente, com maior oferta de energias renováveis. De acordo com especialistas, em um prazo de 40 anos, a energia solar deverá estar consolidada no panorama energético, de modo que governos tornarão obrigatória a instalação de painéis fotovoltaicos em edifícios públicos (SENAI FIEP, 2007). Logo, a produção de energia elétrica a partir da fonte fotovoltaica surge como opção a ser analisada no Brasil e no mundo [3]. A tecnologia fotovoltaica utiliza a radiação solar como insumo, ajudando a manter o caráter renovável e sustentável da matriz energética brasileira. Comparados com outras tecnologias de geração, são de instalação relativamente rápida e simples, o que praticamente elimina os riscos de grandes atrasos nos cronogramas das obras[14]. Uma característica fundamental de sistemas fotovoltaicos instalados no meio urbano é principalmente a possibilidade de interligação à rede elétrica pública, dispensando assim os bancos de baterias necessários em sistemas do tipo autônomo e os elevados custos e manutenção decorrentes. Os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFCR) têm apresentado grande crescimento entre as fontes de geração de energias renováveis no cenário mundial, principalmente em países como Alemanha, Espanha, Japão, Itália e Estados Unidos. No Brasil, sua aplicação ainda é incipiente se comparada a estes países, porém, apresenta grande potencial de crescimento nos próximos anos. Os SFCR têm grande aplicação no ambiente urbano como geradores de energia elétrica junto ao ponto de consumo. São facilmente integrados à edificação, não necessitando de área adicional, visto que são normalmente instalados sobre a cobertura da edificação. Possuem elevada confiabilidade e operam de forma limpa e silenciosa [13]. O uso destes sistemas tem sido uma das apostas de vários países para buscar soluções que atendam aos crescentes requisitos dos serviços de energia e, ao mesmo tempo, satisfazer critérios econômicos, segurança de suprimento, saúde pública e sustentabilidade ambiental. No Brasil ainda existem poucos SFCR, e a grande maioria está instalada em universidades e centros de pesquisa. Esta situação é completamente diferente do que está ocorrendo nos

2 países desenvolvidos, onde políticas públicas permitiram a implantação em larga escala deste tipo de instalação, seja em sistemas de pequeno porte integrados a edificações urbanas, ou em fazendas solares onde grandes blocos de energia são produzidos e transmitidos até os centros de consumo [12]. Em 12 de fevereiro de 2015, foi publicada a Portaria nº 23/2015 (MPOG, 2015) que estabelece boas práticas de gestão e uso de energia elétrica e água nos órgãos e entidades da Administração Pública Federal direta, autárquica e fundacional e dispõe sobre o monitoramento de consumo desses bens e serviços. Através desta Portaria, o Governo determina, entre outras coisas, que as entidades ligadas à União (como é o caso da Universidade Federal do Piauí (UFPI), objeto de estudo desse trabalho) devem promover ações de eficiência energética e conscientização de usuários nas unidades consumidoras quanto ao uso correto de energia [9]. Neste trabalho é proposto um estudo comparativo da viabilidade de instalação de um SFCR para o bloco do curso de engenharia elétrica, considerando dois cenários de aplicação: 1. Sem a readequação do consumo de energia; 2. Com a readequação do consumo de energia elétrica, obtida a partir da implementação do retrofit de equipamentos de iluminação e condicionadores de ar. Os índices de viabilidade considerados para este estudo serão a capacidade de suprimento do SFCR e o tempo de retorno do investimento da instalação. As próximas seções deste artigo estarão organizadas da seguinte maneira: na seção 2 serão abordados os conceitos, princípios de funcionamento de um SFCR e explicado como é realizado o retrofit. Na seção 3 será apresentada a metodologia utilizada e as formulações matemáticas que fundamentam a precisão da economia constatada. A seção 4 apresentará os resultados obtidos através das análises de um SFCR com e sem retrofit. Por fim, na seção 5 estarão as considerações finais. II. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A. Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Os SFCR são constituídos basicamente por painel FV e inversor. Não são utilizados elementos para armazenar a energia elétrica. Basicamente, a rede elétrica da concessionária é vista como o elemento armazenador, pois toda a energia gerada é colocada em paralelo com a energia da rede. As principais vantagens desse tipo de sistema são a elevada produtividade (toda a energia disponibilizada pelos módulos é utilizada) e a ausência do conjunto de baterias, que apresentam baixa vida útil em relação a dos módulos fotovoltaicos e dos inversores [6]. Na configuração mais comum, estes sistemas são instalados de tal maneira que, quando o gerador solar fornece mais energia do que a necessária para o atendimento da instalação consumidora, o excesso é injetado na rede elétrica: a instalação consumidora acumula um crédito energético (o relógio contador típico é bidirecional e, neste caso, anda para trás). Por outro lado, quando o sistema solar gera menos energia do que a demandada pela instalação consumidora, o déficit é suprido pela rede elétrica. Perdas por transmissão e distribuição, comuns ao sistema tradicional de geração centralizada, são assim minimizados. Na Fig.1, é mostrado as etapas de geração de energia fotovoltaica. Fig Acessado em: <10/07/2015>. A ordem das etapas mostradas na Fig. 1, é descrita a seguir: 1. Os painéis solares são feitos com células fotovoltaicas (FV) que convertem a luz do sol em corrente contínua (CC) durante o dia. 2. O inversor FV converte a corrente CC gerada pelos painéis solares em corrente alternada (CA). 3. A corrente CA é enviada do inversor para o quadro de distribuição, alimentando assim, equipamentos e iluminação com energia solar. 4. A concessionária fará a troca do medidor para um modelo com leitura bidirecional, que registra a energia recebida da rede pública e a energia solar excedente injetada na rede, gerando assim, créditos na conta de luz. 5. Sua residência ou empresa continua conectada à rede pública. Você vai precisar dessa energia durante a noite e o custo será compensado pela energia solar excedente gerada durante o dia. 6. Nosso sistema de monitoramento mostra continuamente sua produção de energia e assegura que seu sistema FV esteja operando corretamente. B. Retrofit O termo retrofit é a conjunção dos termos retro, oriundo do latim, que significa movimentar-se para trás, e de fit, do inglês, que significa adaptação, ajuste [2]. Para o entendimento do objetivo do artigo, descreve-se retrofit como um processo de renovação completa de uma edificação ou uma intervenção a essa, na forma de alterar o antigo preservando a arquitetura original, trabalhando o conceito de sustentabilidade, que para este caso trata-se de medidas para tornar o sistema energético predial ineficiente e/ou inadequado em um mais eficiente. Para os edifícios existentes, a maneira de torná-los mais 2

3 econômicos no uso da energia elétrica, é através de medidas de conservação de energia, que vão desde adequação dos hábitos e rotinas de ocupação e usos, até intervenções ou trocas em equipamentos e sistemas [6]. Para realizar o retrofit é necessário um estudo de viabilidade prévio, destacando o objetivo e as alterações que esse recurso proporcionará para a edificação. Esse estudo de viabilização pode ser elencado em etapas a serem seguidas: Realizar um minucioso levantamento e estudo dos equipamentos, verificando se estão adequados nas áreas os quais estão instalados e propor as trocas possíveis para esses; Planejar o retrofit do sistema proposto, adotando técnicas que minimizem impactos ambientais, utilizando materiais ambientalmente corretos; Documentar em um memorial descritivo todos os procedimentos de modificações que serão ocorridas após o retrofit, para constituir um banco de dados para posterior medição e verificação (M&V) da eficiência energética alcançada; O MEC instruiu na Portaria Nº 370, de 16 de abril de 2015 aos órgãos, autarquias, fundações e empresas públicas vinculadas a este Ministério, como deverão integrar esforços para o desenvolvimento de ações destinadas à melhoria da eficiência no uso racional dos recursos públicos. Isso pode ser feito promovendo ações de eficiência energética nas edificações nas instituições federais de ensino por exemplo, buscando mecanismos que atuem nesse enquadramento e que tenham como objetivo eliminar desperdícios, que consequentemente diminuam os gastos públicos. O retrofit é uma ferramenta que pode ser utilizada para reduzir o consumo de energia elétrica, resultando em melhores índices econômicos e de eficiência energética nas edificações públicas [7]. e de 14:00h até 22:00h, o consumo dos equipamentos baseouse nas suas respectivas potências e nos seus horários de funcionamento, quantificando o consumo de energia elétrica do edifício. D. Identificação e medição de incidência solar de áreas propicias para instalação do SFCR: Com o propósito de encontrar medidas que fossem capazes de reduzir o consumo, iniciou-se o processo de seleção de locais com condições adequadas para a instalação de um sistema fotovoltaico na UFPI. O local escolhido deve ser ensolarado, sem a presença de elementos de sombreamento ou superfícies reflexivas próximas, pois podem afetar a eficiência do sistema fotovoltaico, não ocupado por alguma construção da universidade e que sofra o mínimo de dano possível com distância adequada contra contatos de animais, trânsito, lagos, entre outros. A partir dessas premissas, foram selecionadas no campus da universidade 6 áreas de estudo de instalação de SFCR, conforme marcadas na Fig 2. Após selecionadas as áreas iniciaram-se as etapas de medições de irradiação solar. Estas são feitas durante dez horas diárias, com início às 08:00h com término às 18h em intervalos de dez minutos, em dias alternados, no qual são captados os valores da irradiação incidente, com o uso de um solarímetro. A incidência solar das áreas é utilizada para prever a geração do SFCR. 3 III. METODOLOGIA Esta seção descreve em tópicos, as etapas do estudo da viabilidade de um SFCR no prédio do curso de engenharia elétrica e posteriormente a readequação do consumo com a aplicação de estudo de um retrofit nas instalações de iluminação e condicionadores de ar, na qual desenvolveu-se na seguinte sequência: Levantamento do consumo do prédio; Identificação e medição de incidência solar de áreas propícias para instalação do SFCR; Determinação da área para a instalação do SFCR; Dimensionamento do SFCR; Análise da geração do SFCR; Viabilidade econômica. C. Levantamento do Consumo do Prédio: No levantamento de cargas do Bloco de Engenharia Elétrica da UFPI, identificou-se inicialmente os equipamentos instalados no pavimento superior (salas de aula e laboratórios) e inferior (salas de professores e laboratórios) do prédio. Na contabilização dos equipamentos, percebeu-se que a carga do bloco é determinada pela iluminação, condicionadores de ar e equipamentos de laboratórios. Para o cálculo do consumo do prédio foram considerados 22 dias letivos mensais, sendo que o seu período de funcionamento se inicia às 08:00h até 12:00h Fig. 2. Áreas possíveis para instalação de SFCR, na UFPI. E. Determinação da área para a instalação do SFCR: Entre as seis áreas selecionadas no campus da universidade, foi escolhido uma área para o estudo de viabilidade do SFCR, sendo o telhado e o estacionamento do bloco de engenharia elétrica, os locais de estudo da instalação e viabilidade do SFCR. Foi dimensionado um sistema para cada área e posteriormente a interligação dos mesmos para se realizar as análises de geração de energia ao bloco. Na Tabela 1 é visto a disposição das áreas com sua capacidade de placas e o número total de placas para o sistema fotovoltaico. Sendo que o número de placas foi determinado a partir de cada área (m²) e

4 as dimensões da placa solar, vista na Fig 3. TABELA I CAPACIDADE DE PLACAS NA ÁREA DE INSTALAÇÃO DETERMINADA Dimensionamento da área para instalação do SFCR Local Área 1 - Estacionamento Largura (m) Comprimento (m) Total (m²) Nº de Placas Solares Área 2 - Telhado 8, ,6 384 Sistema Fotovoltaico ,6 699 durante 8 horas do dia a incidência era alta, superando o padrão de 1000w/m². A partir desta constatação foram considerados, para o dimensionamento da energia gerada pelos sistemas, 8 horas de irradiação diária. G. Análise da geração do SFCR A energia gerada por esse SFCR dimensionado, sofre variação a cada hora do dia, devido a irradiação solar incidente no local que se altera no decorrer do tempo. Dessa forma realizou-se uma análise na geração do sistema com base no estudo das medições da irradiação solar nas áreas de instalação do sistema fotovoltaico. O cálculo da estimativa de energia a ser produzida pelos painéis, utiliza-se (2) conforme mostrada a seguir: Sendo: E D G m * P * HSP * NCC /CA 2 4 F. Dimensionamento do SFCR: O dimensionamento da energia gerada em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede é realizado com base na seguinte equação: E G P * N * H * D Onde: E G = Energia Produzida pelo Sistema P P = Potência de Pico da Placa N p = Número de Placas H I = Quantidade de irradiação do local D = Número de dias de funcionamento P No estudo realizado considerou-se uma placa solar de 250Wp, de acordo com suas especificações técnicas, com saída de 24 Volts e dimensões mostradas na Fig. 3. P I 1 Eg - energia produzida pelo gerador fotovoltaico, em kwh. Dm número de dias, correspondente no mês. P - potência nominal do gerador fotovoltaico, em kw. HSP - número de Horas de Sol Pleno em média diária, equivalente a energia total diária incidente sobre a superfície do gerador em kwh/m², dado em horas. N CC/CA - rendimento do inversor de corrente contínua para corrente alternada. H. Aplicação do Retrofit Visando uma maior redução no consumo do bloco de Engenharia Elétrica e uma maior contribuição do SFCR ao bloco, é proposto um retrofit de sua iluminação e condicionadores de ar, substituindo os equipamentos atuais por outros mais eficientes. Nessa proposta as lâmpadas fluorescentes seriam substituídas por lâmpadas de modelo T5, que possuem um alto índice de restituição da cor, fluxo luminoso estável, vida útil maior em relação as instaladas no prédio, gerando uma economia de aproximadamente 30% no consumo de iluminação, e os ar condicionados por outros que possuam o sistema inverter, sendo mais eficientes em relação aos instalados no bloco, proporcionando aproximadamente a mesma economia de 30%. Dessa forma realizou-se um novo levantamento de carga do bloco, considerando os equipamentos a serem utilizados no retrofit. A partir de então foi possível fazer uma comparação entre os cenários do consumo do prédio com e sem aplicação do retrofit. Fig. 3. Dimensão da placa do SFCR. De acordo com atlas solarimétrico do Brasil, a incidência solar em Teresina PI são de 7 horas diárias. Porém, nas medições de irradiação na área determinada, verificou-se que I. Viabilidade econômica O orçamento para a instalação do sistema fotovoltaico descrito, com 699 placas solares de 250 (Wp), 36 inversores de 5 (kw) para conversão da energia gerada de corrente contínua para corrente alternada baseou-se na consulta de fornecedores com o menor preço encontrado. No levantamento geral dos gastos com a instalação do SFCR não considerou fretes, taxas e impostos. Em [5], os valores de mão-de-obra de pedreiros, serralheiros, engenheiros

5 e eletricistas são calculados a partir de estimativa utilizada em empresas de sistemas fotovoltaicos, que é 10% do valor total dos painéis somados com o valor do inversor. E para o custo de acessórios de conexões e estruturas, foram adicionados mais 2%, assim o valor de mão de obra, juntamente com conexões e estruturas é igual a 12% do valor total de painéis e inversores. A análise econômica consiste na obtenção de dois índices: na capacidade que o sistema fotovoltaico tem de suprir a demanda do prédio de engenharia elétrica e em quanto tempo é o período de retorno simples (payback) para recuperar o investimento realizado, considerando dois cenários, o primeiro sem o retrofit no prédio e o segundo considerando o investimento em eficiência energética. A capacidade de suprimento na edificação (Sup(%)) é realizada seguindo (3): Geraçãodo sistema fotovoltaico ( kwh/ mês) Sup (%) Consumototal do prédio ( kwh/ mês) 3 computadores presentes nos laboratórios. Estas informações são ilustradas por meio da Fig O período de retorno simples ou payback em anos é dado pela equação (4): Investimentoinicial ( R$) Payback (%) Economia por ano ( R$) A economia por ano mencionada em (5), pode ser calculada a partir da previsão de geração mensal em (kwh) do sistema fotovoltaico, em que: R$( eco) E ( ano)* T g 5 onde: R$(eco) valor em reais economizado durante um ano. Eg (ano) energia produzida pelo sistema fotovoltaico conectado à rede e que deixará de ser comprada da concessionária. T Tarifa em R$/kWh, que se paga à concessionária. IV. RESULTADOS E DISCUSSÃO J. Consumo de energia elétrica do bloco A partir do levantamento do consumo de energia do bloco 08 foram obtidos os seguintes resultados mostrados na Tabela 2. TABELA II CONSUMO DO BLOCO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Dados Consumo em KWh/mês Consumo total do bloco ,85 Iluminação 2.983,20 Ar Condicionados ,70 Pavimento Superior ,36 Pavimento Inferior ,49 Note, a partir da Tabela II que os aparelhos de arcondicionado constituem a maior carga do bloco, representando 70% do consumo total. Note também que que o pavimento inferior possui um consumo maior que o do pavimento superior, justificado pela presença de equipamentos de maior potência como motores, osciloscópios e 4 Fig. 4. Analise do consumo do bloco. K. Economia no consumo de energia elétrica do bloco A partir de (1), determinou-se a quantidade de energia elétrica mensal gerada e fornecida ao bloco pelo SFCR. A quantificação dessa energia é mostrada a seguir: EG PP * N P * H I * D E G 250Wp*699placas*8horas * 30dias E G ( kwh / mês) Obtendo a quantidade de energia mensal gerada pelo SFCR, é possível relacioná-la com o consumo mensal total do bloco e verificar o percentual de economia de energia obtida com o uso do sistema fotovoltaico. Essa relação percentual mostrada na Tabela 3. TABELA III ECONOMIA DO SFCR, AO CONSUMO DO BLOCO Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) , ,02 Note que a energia mensal gerada pelo SFCR é suficiente para atender a aproximadamente 76% do consumo do bloco de engenharia elétrica. Este percentual é significativo, mas pode ainda ser melhorado a partir de uma readequação do consumo de energia elétrica do bloco, obtida a partir da implementação de um retrofit dos sistemas de iluminação e condicionadores de ar. Os dados de consumo mensal do bloco após a aplicação do retrofit são mostrados na Tabela IV.

6 TABELA IV ECONOMIA DO SFCR, AO CONSUMO DO BLOCO Dados Consumo em KWh/mês TABELA VI PREVISÃO DE GERAÇÃO DE ENERGIA, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO 6 Consumo total do bloco ,42 Iluminação 1.868,09 Ar Condicionados ,20 Pavimento Superior ,45 Pavimento Inferior ,97 Note que com a aplicação do retrofit obteve-se uma significativa redução total de aproximadamente 60% no consumo de energia, considerando apenas os sistemas de iluminação e condicionadores de ar. Considerando-se esta nova situação de consumo eficiente, verificou-se um aumento na economia obtida a partir da aplicação do SFCR, conforme dados mostrados na Tabela V abaixo. TABELA V ECONOMIA DO SFCR, AO CONSUMO DO BLOCO COM RETROFIT Consumo Total do Bloco (KWh/mês) Produção de Energia do SFCR (KWh/mês) Relação de produção e consumo do SFCR (%) , ,02 Analisando a Tabela V é verificado, que o Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede projetado fornece uma economia de 94,02% no consumo de energia do bloco de engenharia elétrica após a aplicação do retrofit. Isto indica que apenas 6% do consumo total do bloco de engenharia elétrica será suprido pela rede de energia elétrica da concessionária local. Estes resultados indicam a possibilidade de otimizar a capacidade de suprimento de demanda de uma mesma instalação fotovoltaica por meio de uma readequação do consumo de energia elétrica. L. Capacidade de suprimento do SFCR proposto Com base nas medições de incidência solar no estacionamento e telhado do bloco 08, as áreas escolhidas para instalação do SFCR, realizou-se o dimensionamento do sistema quantificando sua geração. A previsão de geração de energia mensal do sistema fotovoltaico é mostrada na Tabela VI, sendo calculada a partir de (2). Na Tabela VII são mostrados os dados referentes à capacidade de geração do SFCR, com destaque para a relação entre a capacidade que o SFCR pode gerar em sua totalidade e a sua produção mensal de acordo com as medições de incidência solar. Percebe-se que a produção do sistema fotovoltaico depende principalmente de duas variáveis: da potência total instalada e da irradiação solar. Assim, o SFCR tem maior potencial de geração com o aumento dessas duas variáveis. Apesar da incidência solar não ser um fator constante e esse seu comportamento mensal não ser repetitivo, as medições da radiação solar influenciam na previsão de geração de energia a cada mês, informando o possível cenário do sistema fotovoltaico. Além disso, as medições são coletadas nas imediações da instalação, o que torna esses resultados da Tabela VI ainda mais fidedignos. Estabelecendo uma relação entre energia mensal que pode ser produzida pelos painéis solares e a geração nominal desse sistema fotovoltaico, pode-se observar na Tabela VII que nos sete meses, apenas dois meses não atingiu 50% de energia produzida (dimensionada através da irradiação). TABELA VII RELAÇÃO DE ENERGIA MENSAL PRODUZIDA E GERAÇÃO NOMINAL, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO Relação de energia mensal produzida e geração nominal Mês Geração Nominal (kwh)/mês Energia Mensal Produzida (kwh)/mês Relação Energia Mensal produzida e geração nominal em (%) dez/ ,23 49,3 jan/ ,58 90,4 fev/ ,98 59,5 mar/ ,58 23,9 abr/ ,26 72,9 mai/ ,26 77,8 jun/ ,43 70,5 Ainda com os dados de previsão de energia mensal, há a possibilidade de avaliar a viabilidade econômica do sistema

7 fotovoltaico. No qual se busca dimensionar o quanto a geração do sistema fotovoltaico é capaz de suprir o prédio da engenharia elétrica. Existem dois cenários propostos, o primeiro considerando o suprimento sem a realização do retrofit e o segundo considerando-o. Isso pode ser verificado nas tabelas VIII e IX, a partir da equação (3): 7 TABELA VIII SUPRIMENTO DE ENERGIA (%) SEM RETROFIT, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO Suprimento de Energia (%) - Sem retrofit Mês Consumo Total do prédio (kwh/mês) Geração do SFCR (kwh/mês) Supriment o (%) Fig. 5. Capacidade de suprimento do SFCR (%). dez/ , ,23 37% jan/ , ,58 69% fev/ , ,98 45% mar/ , ,58 18% abr/ , ,26 55% mai/ , ,26 59% jun/ , ,43 54% Temos que o sistema fotovoltaico pode ter como geração mensal nominal, (kwh/mês). Em relação a suprimento de energia nominal, o SFCR tem capacidade de suprir sem a utilização de retrofit 76% de energia consumida no bloco de engenharia elétrica. TABELA IX SUPRIMENTO DE ENERGIA (%) COM RETROFIT, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO Suprimento de Energia (%) - Com retrofit Mês Consumo Total do prédio (kwh/mês) Geração do SFCR (kwh/mês) Suprimento (%) dez/ , ,23 46% jan/ , ,58 85% fev/ , ,98 56% mar/ , ,58 23% abr/ , ,26 69% mai/ , ,26 73% jun/ , ,43 66% Nas Tabelas VIII e IX é visto que nos meses em análise, apenas dois (dezembro e março) não alcançariam 50% de suprimento, referente ao nominal. Isso significa uma alta eficiência no sistema fotovoltaico, e com o retrofit proposto a capacidade de suprimento do sistema aumenta, suprindo em até 85% do consumo total do prédio. A Fig. 5, esclarece que o consumo do prédio de engenharia elétrica tem maior capacidade de economia realizando o retrofit em paralelo com o sistema fotovoltaico. Avaliação econômica e financeira A avaliação econômica do sistema fotovoltaico compreende-se a determinar o tempo de retorno em anos, que o gasto no investimento inicial será restituído, este é o payback simples (4). Como foi proposto dois cenários: SFCR (sem e com retrofit), será calculado um payback para cada um. Para isso é necessário realizar os gastos do sistema fotovoltaico conectado à rede para implantação no prédio de engenharia elétrica, o orçamento para o SFCR sem retrofit apresenta-se na tabela X. TABELA X ORÇAMENTO, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO Orçamento Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede - (SFCR) Componentes Placa Solar (250Wp) Inversor (5kW) Mão-deobra, conexões e suportes Quant. Valor Unitário (R$) Total (R$) , , , ,00 12% do valor total de (placas + inversor) ,92 Total (R$) ,92 O retrofit baseou-se na troca da iluminação e nos condicionadores de ar, os seus respectivos orçamentos são apresentados nas tabelas XI e XII.

8 8 TABELA XI ORÇAMENTO SISTEMA PROPOSTO, PARA ILUMINAÇÃO COM RETROFIT TABELA XII ORÇAMENTO SISTEMA PROPOSTO, PARA CONDICIONADORES DE AR COM RETROFIT R$( eco) ,32 ( R$) 5 Entretanto, os dados de previsão de geração de energia do SFCR utilizando dados de medição da energia total diária incidente sobre a superfície do gerador em kwh/m² é de sete meses consecutivos, restando cinco meses para complementar o ano. Assim, o cálculo do payback referenciado a seguir, é para os dados de economia de apenas setes meses. O payback para o sistema fotovoltaico sem retrofit: Payback ( SFCR) 11anos 4 O payback para o SFCR com readequação do retrofit: Payback ( SFCR retrofit ) 12,7 anos 4 Pela análise através do payback dos setes meses abordados, a readequação do sistema fotovoltaico com o retrofit é relevante, pelo fato da diferença de tempo de retorno do investimento dos dois sistemas ser apenas um ano e sete meses. Sendo o retrofit uma ferramenta que potencializa a economia quando em conjunto com um SFCR, devido diminuir o consumo total do prédio em uma faixa de 30%. O orçamento final do sistema fotovoltaico com retrofit é composto pela soma do orçamento do SFCR, com os sistemas propostos de troca de iluminação e condicionadores de ar, mostrado na tabela XIII. TABELA XIII ORÇAMENTO, PARA O SISTEMA FOTOVOLTAICO Orçamento Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede - Com retrofit Gastos Total (R$) SFCR R$ ,92 Retrofit da iluminação R$ 2.805,45 Retrofit dos condicionadores de ar R$ ,00 Total (R$) R$ ,37 Para finalizar cálculo do payback é necessário mensurar a economia em que o SFCR proporcionou durante o ano, para isso utiliza-se (5). Para efeito de cálculos, o valor da tarifa utilizada será a de consumidores ligados à rede de distribuição da concessionária na alta tensão (13,8kV), cujo valor é de R$ 0,56792 o kwh no horário de fora ponta, pois é dentro desta faixa de horário que o SFCR gera energia. V. CONCLUSÃO Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo entre os índices de viabilidade da instalação de um SFCR, para duas situações: sem e com retrofit da instalação a ser suprida pelo sistema. Os resultados obtidos mostram uma considerável economia com relação ao consumo de energia do bloco, obtida a partir da combinação entre a aplicação de um SFCR e a técnica de retrofit. Por meio dessa expressiva economia obtida é observado a importância de não só projetar um SFCR, mas aplicar técnicas de eficiência como o retrofit como forma de medida alternativa para a redução do consumo de energia elétrica do bloco. Foi constatado nesse trabalho a viabilidade econômica de instalação de um SFCR no bloco de engenharia elétrica da UFPI, bem como índices de verificação do seu tempo de retorno e sua geração de energia elétrica. A partir dessas premissas verificou-se uma economia de 76% no consumo de energia do bloco, sendo esta ampliada para 94% com a readequação do consumo aplicando o retrofit.. VI. REFERÊNCIAS [1] ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. Geração Distribuída.Disponívelem:< as_par1_cap2.pdf>. Acesso em: 14 maio [2] BARRIENTOS, M. I. G. G. Retrofit de edificações: estudo de reabilitação e adaptação das edificações antigas às necessidades atuais f. Dissertação (Faculdade de Arquitetura e Urbanismo), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2004.

9 [3] BENEDITO, R. S. Caracterização da geração distribuída de eletricidade por meio de sistemas fotovoltaicos conectados à rede, no Brasil, sob os aspectos técnico, econômico e regulatório f. Tese (Mestrado em Ciências) - Universidade de São Paulo, São Paulo [4] CERQUEIRA, N. A.; SOUZA, V. B. de. Energia Fotovoltaica como uma solução para a crise energética. VIII Congresso Nacional Excelência em Gestão.8 e 9 junho,2012. Disponível em:. Acesso em: 27 dez [5] FIGUEIRA, F. F. Dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede para Alimentar a Sala de Computação da Escola Municipal Tenente Antônio João / Fabio Fernandes Figueira Rio de Janeiro: UFRJ/ESCOLA POLITÉCNICA, [6] - acessado em 04/07/2015. [7] Fig Acessado em: <10/07/2015>. [8] MPOG, MINISTÉRIO DE ESTADO DO PLANEJAMENTO, ORÇAMENTO E GESTÃO. Portaria nº 23, de 12 de fevereiro de Estabelece boas práticas de gestão e uso de energia elétrica e água nos órgãos e entidades da Administração Pública Federal direta, autárquica e fundacional e dispõe sobre o monitoramento de consumo desses bens e serviços. Brasília, Disponível em: < +PORTARIA+N%C2%BA% 2023_2015,%20DE+12_2_2015>. Acesso em: 21/02/2015. [9] RÜTHER, R. Edifícios solares fotovoltaicos: o potencial da geração de energia fotovoltaica integrada a edificações urbanas e interligada à rede elétrica pública no Brasil. 1. ed. Florianópolis: UFSC/LABSOLAR, [10] SERAFIM, R.M. Avaliação da redução do consumo de energia Elétrica em função do retrofit no edifício sede da eletrosul. Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civi.l Florianópolis: UFSC,2010. [11] URBANETZ, Junior, Jair Sistemas fotovoltaicos conectados a redes de distribuição urbanas [tese]: sua influência na qualidade da energia elétrica e análise dos parâmetros que possam afetar a conectividade / Jair Urbanetz Junior ; orientador, Ricardo Rüther. - Florianópolis, SC, [12] URBANETZ JUNIOR, J.; CASAGRANDE JUNIOR, E. F. Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica do Escritório Verde da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.VIII CBPE: Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, 12 a 15 janeiro Disponível em: Acesso em 21 nov [13] ZILLES, R. et al. Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica.Editora Oficina de Textos. São Paulo, Atualmente é professora do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Piauí - UFPI. Aryfrance Rocha Almeida atualmente é aluno de Doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará - UFC, na área de Sistemas de Energia Elétrica e Prof.Msc. da Universidade Federal do Piauí - UFPI, no curso de engenharia elétrica, na área de Sistemas Elétricos. Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Maranhão - UFMA na área de Automação e controle, graduado em engenharia elétrica pela Universidade Federal do Maranhão - UFMA. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Energia Solar e Eólica, Sistemas de Energia Elétrica e Processamento Digital de Sinais. 9 Camila Sousa Oliveira é graduanda do curso de Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Piauí - UFPI, com início em Tem experiência na área de Engenharia Elétrica com ênfase em Engenharia Elétrica. Tem experiência com pesquisa de sistema fotovoltaico de energia e com projetos na área de eficiência energética. Jórdan Joeslley Alves Marques é graduando do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Piauí - UFPI. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica com ênfase em Engenharia Elétrica. Atualmente exerce atividade de estágio na área de projetos de instalação e execução elétrica. Tem experiência com pesquisa de sistema fotovoltaico de energia e com projetos na área de eficiência energética. Bartolomeu Ferreira dos Santos Junior concluiu o doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina em Concluiu o mestrado e o curso de graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Maranhão em 2007 e 2005 respectivamente. Atualmente é Professor Adjunto do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Piauí. Fabíola Maria Alexandre Linard possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (2002). Concluiu mestrado em fevereiro de 2009 no curso de pós-graduação em Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Ceará. Atua na área de Eletrônica de Potência e tem como áreas de interesse conversores CC-CA, Energia Alternativa e Qualidade de Energia.