ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Fundamentos e Aplicações Parte 2 Prof. Dr. Trajano Viana trajanoviana@gmail.com CEFET/RJ Março - 2014 5 - 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
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 3 5.2 - 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
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
Exemplos de Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFVI) POSTO DE ENERGIA SOLAR Baterias para armazenar energia Local que possui rede elétrica Fotos: Trajano Viana 7 5.3 - 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
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 9 5.4 - 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) 1200 1000 800 600 400 200 0 Geração Convencional Geração FV Demanda 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 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
Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Curva de Demanda 1200 1000 800 Pot tência (kw) ) 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Demanda 11 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Geração Fotovoltaica 1200 1000 800 Pot tência (kw) ) 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Geração Fotovoltaica 12
Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica 1200 1000 800 Pot tência (kw) ) 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Demanda Geração Fotovoltaica 13 Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica 1200 1000 800 Pot tência (kw) ) 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Demanda Geração Fotovoltaica Nova Demanda 14
Benefícios da Geração Distribuída com SFVCR Contribuição da Geração Fotovoltaica 1200 1000 800 Pot tência (kw) ) 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Geração Fotovoltaica Nova Demanda 15 5.5 - 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
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
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. 19 5.6 - SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE RESIDENCIAL Instalação típica de entrada de energia elétrica em um residência QDG QM Fonte: Adaptado de www.solardirect.com/pv QM Quadro de Medição QDG Quadro de Distribuição Geral Disjuntores 20
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 www.solardirect.com/pv QM Quadro de Medição QDG Quadro de Distribuição Geral Disjuntores DSV Dispositivo de Seccionamento Visível 21 5.6 - 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
SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados Munique, Alemanha Foto: Trajano Viana - 2007 23 SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas em fachadas e telhados Freiburg, Alemanha Fotos: Trajano Viana 24
SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados 25 SFVCR INTEGRADOS A EDIFICAÇÕES Geração Distribuída Sistemas sobre telhados Japão - Solar Town www.ombriere-solaire.fr/ombriere-solaire-parking-leclerc-saint-aunes/ 237 kwp França - Saint-Aunes/Montpellier - 12 coberturas 8045 m 2-5472 módulos (p-si) ~ 1,1 MWp - 1,42 GWh/ano - Energia para 400 residências 26
PLANTAS FOTOVOLTAICOS - SFVCR Geração Centralizada Módulos c-si Foto: Trajano Viana - 2010 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
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
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) Inclinação @ 30º H TOT = 5 kwh/m 2 /dia ~ 1.800 kwh/m 2 /ano @ 45º H =47kWh/m TOT =4,7 2 /dia ~1.700 kwh/m 2 /ano 6 5 4 3 2 1 0 J F M A M J J A S O N D 6 5 4 3 2 1 0 J F M A M J J A S O N D 32
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