RELATÓRIO TÉCNICO FINAL ( )PPI ( X )PPA ( )PPE

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1 RELATÓRIO TÉCNICO FINAL ( )PPI ( X )PPA ( )PPE I. Informações sobre o Projeto de Pesquisa 1.1. Número do Protocolo do Projeto de Pesquisa: 1.2. Título do PPI, PPA ou PPE: Análise de desempenho de painéis solares e geradores eólicos na Região de Guarapuava Dados cadastrais do proponente/coordenador (nome, endereço, telefone, e coordenação): Proponente (s): Edson Luiz Schultz (coor.engeletrica@unigua.edu.br) Lilian Rosana Kremer Schultz (liliankremer@yahoo.com.br) Fone: (42) cel: (42) End.: Rua Tiradentes, nº 195, Trianon Guarapuava/PR Coordenador ou Líder do Grupo de Pesquisa:Lilian Rosana Kremer Schultz Coordenação de Curso de lotação:edson Luiz Schultz 1.4. Período de execução do PPI, PPA ou PPE:17/03/2014 a 16/03/ Número da resolução de aprovação do Projeto de Pesquisa: 03/ CONSAD 1.6. Área e subárea de pesquisa, segundo a tabela do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico, CNPq: Área ; Subárea Grupo de Pesquisa: GRUPO I 1.8. Linha de Pesquisa: Geração de Energia Elétrica 1

2 II. Resumo A pesquisa tem como objetivo específico analisar o desempenho de um painel fotovoltaico montado sobre um mecanismo que mova esse painel de forma a mantê-lo perpendicular aos raios solares. A pesquisa apontará se existe um maior desempenho potencial do painel fotovoltaico, com a adoção de um mecanismo rastreador. Em relação à geração de energia elétrica através de geradores eólicos, o objetivo da pesquisa é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias empregadas em sistemas de geração eólica conectados em redes de distribuição de energia elétrica durante perturbações na velocidade do vento e contingências elétricas. Para avaliação da proposta do sistema de painel fotovoltaico, será observado o funcionamento de um sistema fixo e um sistema móvel. A localização geográfica do município de Guarapuava/PR será captada através da utilização de um instrumento específico (GPS), bem como, os dados da altitude em relação ao nível do mar. O painel fixo será montado sobre um suporte mecânico padrão, direcionado para o Norte Solar, permitindo o ajuste manual da inclinação ao longo do ano. A coleta dos dados será realizada sempre em um mesmo horário durante os vários meses da pesquisa, servindo como base para verificar o desempenho do painel solar nas várias estações do ano. Serão verificadas também, as diferenças no desempenho de painéis com células monocristalinas e policristalinas. Para avaliação da proposta do sistema de geração eólica, será observado o funcionamento de um sistema fixo. Assim como, no sistema de energia fotovoltaica, a localização geográfica e os dados de altitude serão registrados através de equipamento específico. Os dados coletados serão comparados com dados de aero geradores da região. O projeto está na etapa de coleta dos dados dos painéis solares e do gerador eólico, para posterior análise e conclusões a respeito das condições da região de Guarapuava para o fornecimento de energia elétrica renovável e alternativa. 2

3 III. Conteúdo 1. Introdução: 1.1. Contextualização: A eletricidade é hoje o principal suprimento energético indispensável e estratégico para o desenvolvimento social e econômico. No entanto para a geração de energia elétrica na maioria dos países se utiliza como fonte primária de energia o carvão e o petróleo, fontes não renováveis e principais agentes poluidores da atmosfera. A geração de eletricidade através dos ventos e/ou através de painéis solares representam uma das principais alternativas em substituição às fontes não renováveis, devido a seu baixo impacto ambiental, menor tempo de implantação e uma grande disponibilidade de áreas para a instalação de parques eólicos e solares (Villalva, 2012). A energia elétrica é uma das formas mais versáteis e convenientes de energia, sendo recurso indispensável e estratégico para o desenvolvimento das populações. Apesar dos avanços tecnológicos e benefícios proporcionados pela eletricidade, cerca de um terço da população mundial ainda não tem acesso a esse recurso, e uma parcela considerável dos dois terços restantes é atendida de forma muito precária. No Brasil, a situação é menos crítica, mas ainda preocupante. Embora exista abundância de recursos energéticos, há grande diversidade regional e uma forte concentração de pessoas e atividades econômicas em regiões com problemas de suprimento energético (ATLAS, 2005). Para atingir populações isoladas ou em regiões de difícil acesso às redes de distribuição convencionais, a energia solar fotovoltaica e a energia eólica apresentamse como uma solução emergente. Segundo a Empresa de Pesquisa Energética, através do Plano Nacional de Energia 2030 (Brasil, 2007), a energia fotovoltaica é uma grande promessa para a geração distribuída. Um dos aspectos importantes ressaltados é que o seu emprego tem contribuído para normalizar questões essenciais da geração distribuída, nos aspectos da qualidade, segurança e proteção. Outro fator importante na expansão do uso da tecnologia fotovoltaica e da tecnologia eólica é o apelo ambiental, pois estes sistemas têm como características a não modificação do equilíbrio térmico da Terra, operando sem emissão de gases de efeito estufa ou de gases ácidos, não sendo necessária a formação de lagos para reservatórios, e o desmatamento só ocorre em grandes instalações, as quais, muitas vezes são construídas em áreas desérticas ou semi-áridas. Pesquisas que buscam o aumento da eficiência nos sistemas fotovoltaicos e nos sistemas eólicos têm sido desenvolvidas e 3

4 enfocam diferentes alternativas para alcançar este objetivo. As variadas tecnologias de construção das células fotovoltaicas têm resultado em melhor eficiência na conversão da energia solar. Nas últimas três décadas, avanços significativos no desenvolvimento de materiais permitiram o aumento da eficiência dos painéis, com diminuição de custos, tornando a tecnologia acessível a uma maior parcela da população. Eficiências superiores a 20% têm sido obtidas com células de silício produzidas em larga escala. O uso de posicionadores automáticos para os painéis solares é uma alternativa para oferecer maior quantidade de energia solar ao painel, permitindo maior geração de potência elétrica. Já em relação à energia eólica um dos aspectos críticos desta modalidade de geração de energia elétrica está na sua baixa eficiência de produção. Embora em condições favoráveis como regime anual de ventos e altas disponibilidades de operação os sistemas eólicos apresentam, de uma maneira geral, baixo desempenho na sua produção. A necessidade de utilização da energia elétrica em localidades não atendidas pelas redes convencionais de distribuição, com eficiência, confiabilidade e custo acessível, motivou a realização desta pesquisa, cujo enfoque principal são os sistemas fotovoltaicos e os geradores eólicos, na busca por um melhor desempenho destes sistemas a partir de estratégias de posicionamento dos painéis solares em direção ao Sol e áreas com velocidade de ventos com poucas perturbações. Este trabalho visa o desenvolvimento de um conjunto posicionador para painéis fotovoltaicos e a avaliação do desempenho deste conjunto, considerando-se o aumento na geração de energia e seus custos de implantação, bem como, o estudo da produção de energia elétrica através dos geradores eólicos Problema: O sistema de transformação de energia solar em elétrica, através de placas fotovoltaicas, é uma forma instantânea de adquirir energia elétrica através do sol. As placas fotovoltaicas se utilizam da radiação solar como fonte de energia natural, que se tem como a mais limpa e abundante, transformando-a em energia elétrica. Atualmente, os elementos fotovoltaicos existentes, têm sua capacidade de transformação de energia solar em elétrica, bem a baixo do que se espera, isto é fato característico, não existindo ainda tecnologias que possam melhorar sua capacidade. Com isso, propõem-se adequar de maneira diferente os elementos de captação solar, de forma que os raios solares incidam perpendicularmente nas placas, durante o dia todo. Obtendo, com isso, uma constante potência máxima das células fotovoltaicas. 4

5 Para que os sistemas de captação de energia solar utilizando placas fotovoltaicas permaneçam sempre perpendiculares aos raios do sol, é imprescindível o uso de elementos que controlem automaticamente a sua movimentação, com intuito de rastrear o sol Objetivos: A pesquisa tem como objetivo específico analisar o desempenho de um painel fotovoltaico montado sobre um mecanismo que mova esse painel de forma a mantê-lo perpendicular aos raios solares. A pesquisa apontará se existe um maior desempenho potencial do painel fotovoltaico, com a adoção de um mecanismo rastreador. Em relação à geração de energia elétrica através de geradores eólicos, o objetivo da pesquisa é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias empregadas em sistemas de geração eólica conectados em redes de distribuição de energia elétrica durante perturbações na velocidade do vento e contingências elétricas. 2. Resultados/Produtos e Discussões: Os resultados ainda são parciais. As etapas realizadas até o momento foram: 1. Estudo bibliográfico realizaçãode pesquisas bibliográficas com o objetivo de verificar o estado da arte em relação às inovações tecnológicas nas áreas de estudo (energia fotovoltaica e eólica). As pesquisas visam verificar também, as tecnologias em relação a produção de energia elétrica sustentável utilizadas na região do município de Guarapuava/PR. 2. Aquisição de equipamentos e insumos foram realizados estudos financeiros para a compra de equipamentos e outros materiais necessários para o desenvolvimento dos protótipos. A instituição adquiriu dois painéis solares, sendo um de células monocristalinas e outro de policristalinas, bem como, um gerador eólico. Foi realizado um estudo do melhor local para sua instalação. 3. Implantação dos Sistemas será montado e instalados os painéis solares e gerador eólico dentro do terreno da FG. 4. Testes e discussão de resultados após a instalação dos sistemas, será realizado testes para a verificação do desempenho dos sistemas estudados. No início do próximo ano será realizada a coleta dos dados para posterior análise. 5

6 5. Apresentação de resultados em eventos da área os resultados parciais foram apresentados, durante o desenvolvimento do projeto, em eventos técnico-científicos, tais como o SEPEX. 6. Implantação dos Painéis e Gerador. dados. No final de novembro os painéis foram instalados para iniciar as coletar dos 7. Coleta de dados PAÍNEL SOLAR DIA HORÁRIO LUX VENTO TEMP. HUMIDADE CORRENTE TENSÃO 18/nov 11: KM/H 28 o C 34,80% 4,0 A 23,5 18/nov 16: KM/H 24o C 40,00% 3,22 A 22,9 19/nov 11: ,1 KM/H 27 o C 52,60% 4,15 A 23,2 19/nov 16: KM/H 31 o C 34,80% 2,36 A 21,4 20/nov 10: KM/H 22 o C 69,00% 4,0 A 27,5 20/nov 16: KM/H 20 o C 66,00% 1,1 A 21,6 nublado 21/nov 11: KM/H 20 o C 65,00% 4,05 A 22 24/nov 16: KM/H 24 o C 47,90% 3,85 22,1 nublado 24/nov 10: KM/H 28 o C 42,00% 4,05 A 23,1 25/nov 10: ,1 KM/H 28 o C 40,10% 3,9 A 22,6 25/nov 16: ,1 KM/H 24 o C 57,00% 3,56 A 22,5 26/nov 10: KM/H 22 o C 57,00% 2,76 A 20,5 nublado 26/nov 16: ,2 KM/H 23 o C 67,70% 3,0 A 21,6 27/nov 11: ,7 KM/H 25 o C 37,20% 3,87 A 22,6 27/nov 16: KM/H 24 o C 53,00% 4,0 A 23,3 1/dez 11: ,5 KM/H 20 o C 71,50% 1,87 A 21,5 nublado 6

7 1/dez 16: ,7 KM/H 21 o C 59,60% 2,4 A 22,9 2/dez 11: ,2 KM/H 25 o C 59,60% 4,4 A 24,1 2/dez 16: KM/H 24 o C 49,50% 4,15 A 23,9 3/dez 11: KM/H 26 o C 36,00% 3,98 A 23,6 3/dez 16: ,8 KM/H 23 o C 37,80% 3,05 A 23,1 4/dez 11: ,8 KM/H 28 o C 52,60% 3,88 A 22,9 4/dez 16: ,9 KM/H 22 o C 34,80% 3,19 A 22,8 5/dez 10: KM/H 23 o C 51,20% 3,3 A 23,8 5/dez 16: KM/H 19 o C 39,50% 3,15 A 22,9 8/dez 11: ,8 KM/H 26 o C 66,60% 1,89 A 21,5 nublado 8/dez 16: ,5 KM/H 22 o C 68,70% 2, 17A 21,9 nublado 9/dez 10: ,2 KM/H 22 o C 47,60% 3,98 A 23,6 9/dez 16: KM/H 23 o C 51,50% 3,56 A 23,1 10/dez 10: ,5 KM/H 26 o C 48,70% 3,26 A 23,1 10/dez 16: ,2 KM/H 21 o C 67,70% 1,89 A 21,6 nublado 11/dez 11: ,1 KM/H 25,6 o C 48,20% 3,77 A 23,8 11/dez 16: ,7 KM/H 22 o C 51,50% 3,16 A 23,7 12/dez 11: KM/H 26 o C 51,50% 4,15A 23,9 13/dez 12: ,5 KM/H 22,5 o C 48,60% 3,98 A 23,4 PAÍNEL SOLAR DIA HORÁRIO LUX VENTO TEMP. HUMIDADE CORRENTE TENSÃO 18/nov 11: KM/H 28 o C 34,80% 3,7 A 20,8 18/nov 16: KM/H 24o C 40,00% 3,6 A 20,2 19/nov 11: ,1 KM/H 27 o C 52,60% 3,65 A 21,2 19/nov 16: KM/H 31 o C 34,80% 3,15 A 21,05 20/nov 10: KM/H 22 o C 69,00% 2,36 A 18,4 20/nov 16: KM/H 20 o C 66,00% 1,1 A 21,6 nublado 21/nov 11: KM/H 20 o C 65,00% 3,5 A 20,6 24/nov 16: KM/H 24 o C 47,90% 2,6 A 20,2 nublado 24/nov 10: KM/H 28 o C 42,00% 4,05 A 23,1 25/nov 10: ,1 KM/H 28 o C 40,10% 3,9 A 22,6 25/nov 16: ,1 KM/H 24 o C 57,00% 3,56 A 22,5 26/nov 10: KM/H 22 o C 57,00% 2,76 A 20,5 nublado 26/nov 16: ,2 KM/H 23 o C 67,70% 3,0 A 21,6 27/nov 11: ,7 KM/H 25 o C 37,20% 3,25 A 21,05 27/nov 16: KM/H 24 o C 53,00% 4,0 A 20,95 1/dez 11: ,5 KM/H 20 o C 71,50% 1,87 A 20,8 nublado 1/dez 16: ,7 KM/H 21 o C 59,60% 1,98 A 20,95 nublado 7

8 2/dez 11: ,2 KM/H 25 o C 59,60% 4,10 A 24,1 2/dez 16: KM/H 24 o C 49,50% 3,7 A 22,15 3/dez 11: KM/H 26 o C 36,00% 2,95 A 20,85 3/dez 16: ,8 KM/H 23 o C 37,80% 2,98 A 21,2 4/dez 11: ,8 KM/H 28 o C 52,60% 3,15 A 20,85 4/dez 16: ,9 KM/H 22 o C 34,80% 2,97 A 21,6 5/dez 10: KM/H 23 o C 51,20% 3,05 A 21,8 5/dez 16: KM/H 19 o C 39,50% 2,96 A 21,05 8/dez 11: ,8 KM/H 26 o C 66,60% 1,75 A 19,8 nublado 8/dez 16: ,5 KM/H 22 o C 68,70% 1,89 A 20,5 nublado 9/dez 10: ,2 KM/H 22 o C 47,60% 3,08 A 21,9 9/dez 16: KM/H 23 o C 51,50% 3,15 A 22,05 10/dez 10: ,5 KM/H 26 o C 48,70% 3,3 A 22,15 10/dez 16: ,2 KM/H 21 o C 67,70% 1,58 A 20 nublado 11/dez 11: ,1 KM/H 25,6 o C 48,20% 3,56 A 21,6 11/dez 16: ,7 KM/H 22 o C 51,50% 3,05 A 21,2 12/dez 11: KM/H 26 o C 51,50% 3,7 A 21,8 12/dez 12: ,5 KM/H 22,5 o C 48,60% 2,98 A 20,9 PAÍNEL EÓLICO (NÃO FOI POSSÍVEL COLETAR DADOS) JUSTIFICATIVA O painel foi instalado em um local onde a incidência de vento prejudica a sua ação. GERADOR EÓLICO DIA VENTO TEMP. HUMIDADE CORRENTE TENSÃO 8

9 8) Próximas etapas. A coordenação do Curso de Engenharia Elétrica, sugere realizar as seguintes etapas para finalização do projeto. a) Deslocar o painel eólico para outro lugar onde o gerador consiga vencer a inércia. b) Instalar as Baterias e o inversor de Frequência. c) Mudar a iluminação externa da entrada secundária para Lâmpadas LED. 3. Referências: ATLAS de energia elétrica do Brasil. 2. ed. Brasília, DF: Agência Nacional de Energia Elétrica, p. BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Plano nacional de energia Brasília, DF, Disponível em: < Acesso em: 08 mai VILLALVA, M. G. Energia solar fotovoltaica: conceito e aplicações. 1ed. São Paulo: Érica, BRASIL. Operador Nacional do Sistema Elétrica (ONS). Procedimento de rede Requisitos técnicos mínimos para conexão à rede básica Submódulo 3.6 Revisão Disseminação: Apresentação de resultados em eventos da área os resultados parciais foram apresentados, durante o desenvolvimento do projeto, em eventos técnico-científicos, como o Seminário de Iniciação Científica, Pesquisa e Extensão da Faculdade Guarapuava, no ano corrente (2014), sendo também os resultados publicados como resumo expandido nos anais do evento. 9