Good Mood Eco & Art Organization

Reabilitação e expansão de sistema renovável Fotovoltaico Diesel para produção de energia elétrica Neste artigo apresenta-se a proposta de duas soluções para proceder à reabilitação dos sistemas eletroprodutores existentes nos diversos espaços da herdade detida pela organização Good Mood Eco & Art onde, de 2 em 2 anos, se realiza o Boom Festival. Edgar Franco edgar.franco@ipleiria.pt João Brito Marques jpvbrito@gmail.com Este estudo contemplou o levantamento dos componentes atualmente existentes, a obtenção do diagrama de cargas a abastecer, de dados de isolação, de preços de combustível (Diesel) e a seleção dos componentes a reaproveitar e que se propõem vir a adquirir, de modo a se obter uma solução otimizada com auxílio do software Homer. Foram consideradas as hipóteses de o sistema se encontrar totalmente isolado da Rede Elétrica de Serviço Público (RESP) ou interligado com a mesma. Por fim, realizaram-se os projetos de instalações elétricas dos dois SEH propostos, bem como as respetivas estimativas orçamentais. 1. Introdução Este trabalho foi elaborado no âmbito do relatório de estágio de João Brito Marques ex-aluno e detentor do Curso de Especialização Tecnológica em Energias Renováveis concedido pelo Instituto Politécnico de Leiria. 1.1. Apresentação da entidade acolhedora do estágio A Good Mood Eco & Art é uma organização cultural e ambiental fundada em 1997. Da sua atividade destacam-se a produção de eventos, organização de cursos, curadoria e consultoria artística, bem como o desenvolvimento de projetos ambientais. O maior evento da Good Mood é o Boom Festival, o qual tem vindo a ser realizado desde 1997. Trata-se de um evento bienal multidisciplinar e multicultural galardoado internacionalmente, por onde já passaram mais de 8500 artistas e atraiu, nas primeiras 10 edições realizadas, cerca de 150 000 pessoas de todo o mundo. Na edição de 2014, o público foi composto por pessoas de 152 nacionalidades, tornando-o no festival mais internacional do mundo. Por outro lado, o Boom Festival 2014 venceu pela terceira vez o mais prestigiado prémio internacional Greener Festival Award atribuído a festivais com elevados padrões de sustentabilidade ambiental, onde são considerados aspetos como as emissões de dióxido de carbono, tratamento de águas, gestão de resíduos, utilização de materiais reutilizáveis, promoção de transportes públicos, utilização de Fontes de Energias Renováveis (FER), entre outros. Em termos ambientais organizou os cursos Permacultura, Design e Consultadoria e Design de Ecovilas, em parceria com a Herdade do Freixo do Meio. Fundou ainda a plataforma sustentavel.org que foi impulsionadora para a crescente popularidade dos conceitos de Permacultura e Transição em Portugal. Colaborou com a Aldeia Solar Tamera no Figura 1 Planta geral da herdade da Good Mood, com a identificação dos limites e diversos espaços. desenvolvimento de um Espelho de Sheffler (forno solar) para o Boom Festival 2008. Mantém uma parceria com a ONU (através do programa UNEP) e com o Ecocentro IPEC do Brasil, entidade associada a Fundação Banco Brasil [1]. 1

A Good Mood encontra-se sediada nas proximidades da freguesia de Idanha-a-Velha, num complexo com uma área de aproximadamente de 143 000m 2, apresentando-se na Figura 1 a vista aérea com a identificação dos limites de propriedade, dos diversos espaços e das zonas envolventes. 1.2. Contexto e motivação Devido ao facto de os sistemas renováveis existentes nas diversas zonas da herdade detida pela Good Mood se encontrarem obsoletos e isolados entre si e de a maior parte da energia elétrica ser produzida através de um gerador Diesel, verificou-se a necessidade de se proceder a um estudo com o objetivo de reabilitar o sistema eletroprodutor e interligar as instalações existentes. Nesse sentido, iniciaram-se os trabalhos com o levantamento, análise e inventário dos sistemas eletroprodutores existentes, elaborando-se igualmente os respetivos esquemas elétricos. Procedeu-se ainda a estimativa do diagrama de cargas que se pretende vir a abastecer pelo sistema proposto, devido ao facto de se prever uma restruturação aos serviços existentes num futuro próximo, pelo que a medição dos diagramas de carga atualmente verificados se torna infrutífera. De seguida, partindo de dados de insolação obtidos a partir do portal PVGIS 1, dos preços médios do Diesel que têm vindo a ser cobrados a Good Mood, bem como dos custos dos componentes que se necessitam de adquirir 2, procedeu-se a determinação das soluções ótimas em termos da potência a atribuir ao gerador Fotovoltaico, com auxílio do software Homer. A determinação dessas soluções foi realizada segundo 2 hipóteses considerando que o sistema será isolado ou interligado com a RESP (este último enquadrado no regime do autoconsumo renovável), tendo-se constatado que a potência ótima do gerador fotovoltaico se mantém. Findo esse processo, procedeu-se a determinação da combinação entre a composição do gerador fotovoltaico (n.º de strings e n.º de módulos por string) e dos inversores a instalar. Elaboraram-se os projetos das instalações elétricas dos sistemas propostos, os quais contemplaram o dimensionamento das canalizações elétricas, órgãos de proteção contra sobrecargas, curtos-circuitos e sobretensões de origem atmosférica, apresentando-se os respetivos esquemas elétricos de princípio para ambas as hipóteses anteriormente enunciadas. Por fim, apresentam-se as estimativas orçamentais para as ambas as soluções propostas, bem como as ilações a retirar da realização do presente estudo. inclinação constante ao longo do ano de cerca 35º, realizando o seguimento solar de nascente até poente. Apresenta-se ainda o suprarreferido regulador de carga. Figura 2 Módulos fotovoltaicos dotados de seguidor solar e regulador de carga do sistema eletroprodutor n.º 1. Além do sistema anterior, existe ainda mais um gerador fotovoltaico dotado de 8 módulos fotovoltaicos Lorentz LA100-12s, ligados em 2 conjuntos, cada um com 4 módulos ligados em paralelo. Esse conjunto, por sua vez, liga a um terceiro regulador de carga análogo ao anteriormente apresentado. Na Figura 3, verifica-se que os referidos módulos se encontram instalados numa estrutura fixa, com um ângulo de inclinação de aproximadamente 35º. 2. Levantamento dos componentes dos sistemas eletroprodutores existentes Nesta seção apresentam-se os componentes existentes nos sistemas eletroprodutores atualmente existentes na Good Mood, incluindo imagens, breves descrições, esquemas elétricos de princípio e mapas de quantidades. 2.1. Sistema 1 Abastecimento de oficinas, armazéns e escritórios O primeiro sistema dispõe de 2 geradores fotovoltaicos, sendo que um deles é composto por 24 módulos Lorentz LA90-12S de 90Wp e 6 módulos Lorentz LA100-12s de 100Wp. Estes módulos fotovoltaicos encontram-se ligados a 2 reguladores de carga OutBack FLEXmax 80 FM80 150V DC, cada um recebendo um conjunto dispondo de 5 módulos ligados em paralelo. Na Figura 2 pode-se ainda verificar que os referidos módulos fotovoltaicos se encontram assentes numa estrutura dotada de 1 eixo, com 1 http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ 2 Serão reaproveitados alguns dos componentes existentes, pelo que não se consideraram os respetivos custos no presente estudo. Figura 3 Módulos fotovoltaicos assentes em estrutura fixa do sistema eletroprodutor n.º 1. Estes 3 conjuntos de módulos fotovoltaicos e reguladores de carga encontram-se interligados no banco de baterias de acumuladores (para armazenamento de energia elétrica), o qual é composto por 48 unidades Rolls S2-590 de 2V/550Ah ligadas em 4 strings de 12 baterias cada operando ao nível de tensão de 24V, apresentando-se na Figura 4 duas dessas strings. Por sua vez, o referido banco de baterias encontra-se ligado a 2 inversores monofásicos (para conversão de corrente contínua em corrente alternada) OutBack VFX 3024E de 24V DC e 230V AC com potência de 3000W cada, ligados na forma Master/Slave, os quais se apresentam na Figura 5. 2

Figura 4 Vista parcial sobre o banco de baterias de acumuladores do sistema eletroprodutor n.º 1. Figura 7 Esquema elétrico do sistema eletroprodutor n.º 1. Figura 5 Inversores Master e Slave do sistema eletroprodutor n.º 1. Para proceder ao abastecimento da instalação elétrica de utilização em períodos em que se verifica insuficiência de produção de eletricidade por parte dos módulos fotovoltaicos e de energia acumulada no banco de baterias, existe ainda um gerador Diesel da marca SDMO e modelo LSA 42.1 L8 C1/4. Esse gerador é trifásico e dispõe de uma potência de 42kVA e não se encontra preparado para realizar uma operação conjunta com o sistema fotovoltaico existente, pelo que a comutação entre o sistema fotovoltaico e o gerador Diesel é realizada de forma manual. Devido ao facto de os inversores serem monofásicos e a instalação elétrica ser trifásica, existe um mecanismo que interliga as 3 fases (impossibilitando assim de serem utilizados recetores trifásicos aquando da operação do sistema fotovoltaico). Aquando da entrada em serviço do gerador Diesel (e a retirada de serviço do sistema fotovoltaico), esse mecanismo desliga a referida interligação entre fases e a instalação de utilização opera com as 3 fases desfasadas 120º entre si. Na Figura 6 apresenta-se uma imagem do referido gerador Diesel. Após a análise e levantamento dos componentes anteriormente descritos, procedeu-se a elaboração do esquema elétrico do presente sistema (multifilar nos circuitos DC e unifilar nos circuitos AC), o qual se apresenta na Figura 7. 2.2. Sistema 2 Abastecimento da cozinha e refeitório comuns Tal como no sistema anteriormente apresentado, também este dispõe de 2 geradores fotovoltaicos, sendo que um deles é composto por 12 módulos fotovoltaicos SOLON Black 130/04 de 130Wp. Estes módulos fotovoltaicos encontram-se dispostos em 3 conjuntos, com 4 módulos ligados em paralelo em cada um deles. Esse conjunto, por sua vez, liga a um regulador de carga OutBack FLEXmax 80 FM80 150V DC. Na Figura 8 pode-se ainda verificar que os referidos módulos fotovoltaicos se encontram assentes numa estrutura fixa, com inclinação constante ao longo do ano de cerca 35º. Figura 6 Inversores Master e Slave do sistema eletroprodutor n.º 1. Figura 8 Módulos fotovoltaicos SOLON Black 130/04 do sistema eletroprodutor n.º 2. 3

Além do sistema anterior, existe ainda mais um gerador fotovoltaico dotado de 16 módulos BP Solar 380 de 80Wp, ligados em 4 conjuntos cada um com 4 módulos ligados em paralelo. Esse conjunto, por sua vez, liga a um regulador de carga OutBack FLEXmax 60 FM60 150V DC. Na Figura 9, verifica-se que os referidos módulos se encontram instalados numa estrutura fixa, com um ângulo de inclinação de aproximadamente 35º. 2.3. Sistema 3 Abastecimento de estação elevatória de água Existe ainda um terceiro sistema fotovoltaico que é utilizado para abastecimento de dois grupos eletrobomba vulgarmente designados por Sistemas de bombagem solar. Na prática tratam-se de 2 sistemas independentes que apenas operam (alimentando os motores dos respetivos grupos eletrobomba) quando os níveis de irradiância são suficientes para que estes iniciem o respetivo funcionamento. A sua operação é realizada sob frequência variável proporcional aos níveis de irradiância verificados, imposta pelas saídas AC dos inversores. Cada um dos sistemas é dotado de um gerador fotovoltaico composto por 10 módulos SolarWorld Sunmodule Plus SW 250 poly de 250Wp, ligados em série a entrada de um inversor Lorentz PS1800, os quais são trifásicos e dispõem de uma potência de 1800W. Conforme se pode verificar na Figura 12, ambos os sistemas partilham a mesma estrutura de suporte, a qual é fixa ao solo e com inclinação constante ao longo do ano de cerca 35º. Figura 9 Módulos fotovoltaicos BP Solar 380 do sistema eletroprodutor n.º 2. Estes 2 conjuntos de módulos fotovoltaicos e reguladores de carga encontram-se interligados no banco de baterias de acumuladores (para armazenamento de energia elétrica), o qual é composto por 12 unidades Rolls S2 590 de 2V/550Ah ligadas em 2 strings de 6 baterias cada operando ao nível de tensão de 12V. O referido banco de baterias, por sua vez, encontra-se ligado a 2 inversores monofásicos OutBack VFX 2012ET de 12V DC e 230V AC com potência de 2000W cada, igualmente ligados na forma Master/Slave, os quais se apresentam na Figura 10. Figura 12 Módulos fotovoltaicos e inversores do sistema eletroprodutor n.º 3. Após a análise e levantamento dos componentes anteriormente descritos, procedeu-se a elaboração do esquema elétrico do presente sistema (multifilar nos circuitos DC e unifilar nos circuitos AC), o qual se apresenta na Figura 13. Figura 10 Inversores do sistema eletroprodutor n.º 2. Após a análise e levantamento dos componentes anteriormente descritos, procedeu-se a elaboração do esquema elétrico do presente sistema (multifilar nos circuitos DC e unifilar nos circuitos AC), o qual se apresenta na Figura 11. Figura 13 Esquema elétrico do sistema eletroprodutor n.º 3. Figura 11 Esquema elétrico do sistema eletroprodutor n.º 2. 2.4. Inventário do material suscetível de ser utilizado na reabilitação do sistema Após o processo de levantamento dos componentes de cada um dos sistemas apresentados nas subseções anteriores, de modo a resumir as quantidades de componentes apresentadas, procedeu-se a elaboração de mapas de quantidades diferenciados em função do tipo de componente em questão. É importante realçar que os componentes presentes no sistema 3 não foram alvo de contabilização, devido ao facto de não existir o interesse de 4

desfazer os sistemas de bombagem solar existentes, pois a sua operação se tem vindo a demonstrar eficaz. Por outro lado, caso os grupos eletrobomba fossem abastecidos a partir de um dos sistemas centralizados propostos neste trabalho, verificar-se-ia a necessidade de se dispor de um equipamento eletrónico para substituir as ações levadas a cabo pelos inversores, relativas a colocação em funcionamento e a paragem dos grupos eletrobomba e a variação da frequência das tensões elétricas. Deste modo, na Tabela 1 apresentam-se, respetivamente, as listagens de módulos fotovoltaicos, reguladores de carga e inversores suscetíveis de serem reaproveitados para os novos sistemas centralizados propostos neste trabalho. Tipo de equipamento Módulos fotovoltaicos Reguladores de carga Inversores Marca/Modelo Quantidade Potência [W] Lorentz LA 90 12s 24 90 Lorentz LA 100 12s 14 100 SOLON Black 130/04 14 130 BP Solar 380 20 80 OutBack FLEXmax 80 FM80 3 1920 OutBack FLEXmax 60 FM60 2 720 OutBack VFX 3024E 2 3000 OutBack FX2012ET 2 2000 Tabela 1 Mapa de quantidades de módulos fotovoltaicos, reguladores de carga e inversores existentes nos sistemas eletroprodutores 1 e 2. Além dos componentes apresentados na Tabela 1, dispõe-se ainda de 60 baterias Rolls S2 590 de 2V/550Ah e 1 gerador SDMO LSA 42.1 L8 C1/4 trifásico de 42 kva. que os mesmos venham a assegurar a evolução de cargas expectável nos próximos anos. Deste modo, com a ajuda imprescindível do eletricista-chefe da Good Mood o qual dispõe do conhecimento da quantidade de cargas existentes e que se preveem vir a abastecer futuramente, elaborou-se um diagrama de cargas que se estima dispor de um nível de imprecisão que resulte num ligeiro sobredimensionamento dos SEH propostos, o qual se apresenta na Tabela 2. Horas do dia Fração da potência de ponta [%] Potência Ponta [kw] De Verão De Inverno 45 35 Perfil de carga de dias típicos [kw] De Verão De Inverno 00:00 às 01:00 15% 6,75 5,25 01:00 às 02:00 15% 6,75 5,25 02:00 às 03:00 10% 4,50 3,50 03:00 às 04:00 10% 4,50 3,50 04:00 às 05:00 10% 4,50 3,50 05:00 às 06:00 10% 4,50 3,50 06:00 às 07:00 35% 15,75 12,25 07:00 às 08:00 35% 15,75 12,25 08:00 às 09:00 40% 18,00 14,00 09:00 às 10:00 40% 18,00 14,00 10:00 às 11:00 40% 18,00 14,00 11:00 às 12:00 40% 18,00 14,00 12:00 às 13:00 40% 18,00 14,00 13:00 às 14:00 40% 18,00 14,00 14:00 às 15:00 40% 18,00 14,00 15:00 às 16:00 40% 18,00 14,00 3. Elaboração do diagrama de cargas Nesta seção apresentam-se os dados relativos a carga que se pretende abastecer, bem como os pressupostos considerados e respetiva justificação. Conforme suprarreferido, as instalações elétricas das zonas 1 e 2 (apresentadas, respetivamente em 2.1 e 2.2), encontram-se atualmente isoladas e abastecidas por sistemas eletroprodutores distintos. No entanto, pelo facto de se pretender realizar a sua interligação, as suas cargas foram todas elas consideradas num único diagrama. A zona de produção é o local onde se encontra a maioria dos equipamentos elétricos necessários ao funcionamento da empresa. Neste espaço situam-se escritórios, oficinas de carpintaria, serralharia e artes, uma cozinha industrial e um refeitório comum. Nos espaços circundantes existem ainda contentores de arrumação, habitações modulares, caravanas e tendas, balneários e casas de banho comuns e caminhos de acesso a s áreas envolventes, os quais dispõem igualmente de instalação elétrica. As cargas existentes nos diversos locais são essencialmente computadores, impressoras, projetores de vídeo, equipamentos de ar-condicionado, máquinas de soldar, rebarbadoras, serras elétricas, frigoríficos, televisões, micro-ondas, máquinas de café, torradeiras, entre outros equipamentos e eletrodomésticos. Inicialmente considerou-se a hipótese de proceder a medição dos diagramas de carga de consumo das instalações elétricas das zonas 1 e 2. No entanto, foi-nos comunicado que os serviços da Good Mood irão sofrer uma reestruturação, pelo que essa informação se tornaria inútil para âmbito do dimensionamento dos SEH a propor neste trabalho, já que se pretende 16:00 às 17:00 40% 18,00 14,00 17:00 às 18:00 40% 18,00 14,00 18:00 às 19:00 40% 18,00 14,00 19:00 às 20:00 40% 18,00 14,00 20:00 às 21:00 40% 18,00 14,00 21:00 às 22:00 40% 18,00 14,00 22:00 às 23:00 30% 13,50 10,50 23:00 às 24:00 30% 13,50 10,50 Energia diária [kwh] 342 266 Tabela 2 Diagrama de carga previsto para os serviços da Good Mood após a restruturação prevista. Pode-se verificar que se prevê um maior consumo energético no período de verão, o qual se deve ao facto de o dispêndio energético com as cargas de ar condicionado ser superior durante esse período do ano. 4. Levantamento dos recursos renováveis e não renováveis Na presente seção apresentam-se os dados obtidos relativos a caraterização dos recurso solar e do preço do combustível a utilizar nos geradores convencionais Diesel. 5

Não existindo nenhum registo das velocidades de vento verificadas no complexo Good Mood, adquiriu-se um anemómetro que será instalado na zona onde se prevê que futuramente se possam vir a instalar pequenos aerogeradores. 4.1. Recurso solar Os registos médios mensais de radiação média incidente por m 2 de terreno do local em estudo, em relação ao plano horizontal, a variação ao longo dos meses no ano, bem como das temperaturas médias mensais, foram obtidos a partir da plataforma PVGIS do portal JRC Europa [2] e apresentam- -se na Tabela 3. Mês Radiação [W/m²] Temperatura [ C] Radiação [kw/m²] Jan 2050 7,40 2,05 Fev 3130 9,00 3,13 Mar 4550 11,60 4,55 Abr 5450 13,70 5,45 Tal facto se deve a s baixas velocidades de vento verificadas na região, o que levou a que nunca tivesse existido o interesse em se procederem a medições que tenham vindo a ser reportadas e que se encontrem acessíveis ao público. Devido a essa inexistência de informações, e ao facto de o recurso eólico ser altamente dependente da localização geográfica (i.e. em zonas relativamente próximas podem-se verificar apreciáveis variações de velocidades de vento), optou-se por adquirir uma estação meteorológica análoga a apresentada na Figura 15. Esse equipamento dispõe de anemómetro (para medição de velocidades de vento), catavento (para medição da direção e sentido do vento), higrómetro (para medição de humidade relativa do ar) e termómetro (para medição de temperatura do ar). É dotado de um módulo fotovoltaico e 2 baterias de acumuladores, antena emissora, equipamento de receção de sinais e memória interna com capacidade para recolher dados de meia em meia hora durante cerca de 3 meses. À data da escrita do presente artigo, não tinha ainda existido oportunidade de proceder a instalação do equipamento no recinto da Good Mood, prevendo-se vir a ser instalado oportunamente. Mai 6570 17,50 6,57 Jun 7640 22,80 7,64 Jul 8010 25,10 8,01 Ago 6920 25,30 6,92 Set 5270 21,80 5,27 Out 3600 16,40 3,6 Nov 2360 11,10 2,36 Dez 1830 8,10 1,83 Ano 4790 15,80 4,79 Tabela 3 Registos médios mensais de Radiação e Temperatura [2]. 4.2. Recurso eólico Em termos históricos, os moinhos de vento nunca foram muito abundantes região, existindo apenas algumas ruínas em Monsanto e Idanha-a-Nova, localizados em pontos altos, onde beneficiaram de maiores intensidades de vento. Os poucos vestígios que restam cingem-se a estrutura de alvenaria circular, coroada por lajes talhadas que definem o perímetro sobre o qual circulavam os tacos (em madeira ou ferro) do tejadilho móvel que permitia direcionar as velas do moinho. O exemplar retratado na Figura 14 é datado de 1870 [3]. Figura 15 Estação meteorológica a instalar na herdade da Good Mood. 4.3. Recurso Diesel Os SEH são normalmente compostos por equipamentos que utilizam uma ou várias FER e, eventualmente, um ou vários grupos geradores convencionais. Os SEH propostos irão igualmente incluir o gerador Diesel existente (já apresentado na seção 2.1), para servir de apoio aos recursos renováveis e, se necessário, abastecer parte ou a totalidade da carga. O valor que tem vindo a ser cobrado a Good Mood tem sido o preço- -base de venda de uma das empresas petrolíferas portuguesas, com um desconto de 11 cêntimos por litro, pelo que o respetivo valor médio de 2015 até a data da elaboração do trabalho foi de 1,215 /litro. 5. Conceção de novos sistemas electroprodutores Nesta seção apresentam-se os passos realizados para proceder ao dimensionamento dos sistemas eletroprodutores propostos. Figura 14 Moinho de vento situado em Monsanto, Idanha-a-Nova [3]. 5.1. Apresentação dos softwares utilizados Os softwares utilizados para auxílio ao dimensionamento dos sistemas eletroprodutores propostos foram o Homer Energy versão 2.68 e a plataforma Sunny Design Web cuja apresentação e descrição de funcionalidades se apresentam, respetivamente, nas referências [4] e [5]. 6

5.2. Introdução do diagrama de cargas no software Homer Após se proceder a estimativa dos diagramas de carga para os meses de verão e de inverno previstos para a empresa Good Mood (apresentados na Tabela 2), procedeu-se a introdução dos respetivos valores nos campos da janela Primary Load Inputs do software Homer da forma apresentada na Figura 16. Para inserir os valores das temperaturas é, em primeiro lugar, necessária a introdução de um gerador fotovoltaico no sistema, sendo necessária a ativação da opção consider the effect of temperature, na respetiva janela de configuração. Depois desse passo e através da opção disponibilizada no menu Input, torna-se possível proceder a definição dos valores das temperaturas, na janela Temperature Inputs, a qual se apresenta na Figura 18. Figura 16 Janela de introdução dos valores de diagrama de carga no software Homer. 5.3. Introdução de dados relativos aos recursos renováveis e não renováveis no software Homer 5.3.1. Recurso solar e temperatura Os dados relativos a média mensal de radiação e temperatura (já apresentados na Tabela 3) foram obtidos a partir portal PVGIS, tal como já referido em 4.1. Para proceder a otimização do ângulo de inclinação, o Homer necessita ainda das coordenadas geográficas (igualmente fornecidas no portal PVGIS) e ainda da informação relativa ao fuso horário local (que em Portugal continental corresponde ao GMT). Na Figura 17 apresenta-se a introdução destes dados nos campos da janela Solar Resource Inputs. Figura 18 Janela de configuração da temperatura no software Homer. 5.3.2. Introdução de dados relativos ao recurso Diesel Na Figura 19, apresenta-se a introdução do preço pago pela Good Mood pelo Diesel utilizado nos geradores (o qual já tinha sido indicado em 4.3), na janela Diesel Inputs. Figura 19 Janela de configuração do preço do Diesel no software Homer. Figura 17 Janela de configuração do recurso solar no software Homer. 5.4. Componentes em teste para a definição do SEH Nesta seção descreve-se o processo de dimensionamento de cada um dos componentes a instalar, os respetivos custos e o processo de inserção dos dados no software Homer. Devido ao facto de uma das variáveis contempladas pelo software Homer na determinação do mix óptimo ser o investimento inicial em cada tipo de aproveitamento, verificou-se a necessidade de se pesquisarem os preços dos equipamentos necessários os SEH propostos. 7

Apesar de os referidos montantes não corresponderem com exatidão aos preços que a empresa consegue adquirir com os seus fornecedores e de alguns dos equipamentos já existirem nas instalações da empresa, julgam-se dispor de um nível de imprecisão que não compromete os resultados obtidos no processo de simulação. 5.4.1. Sistema fotovoltaico Após a realização de um processo de pesquisa de soluções e preços, verificou- -se que seria mais adequado proceder a instalação de módulos fotovoltaicos TSMC Solar CIGS Solar Module TS-165C2 de [6], para complementar os módulos já existentes nas instalações da empresa. Estes serão instalados num suporte em estrutura fixa, a construir nas oficinas da Good Mood. O gerador fotovoltaico será dividido em várias strings, cada uma dotada de vários módulos ligados em série (cuja configuração foi definida após a determinação da potência do aproveitamento fotovoltaico, obtida através das simulações realizadas pelo software Homer ) e será ligado a vários inversores Sunny Tripower da SMA de modelo a definir igualmente após o processo de simulação. Relativamente aos montantes indicativos de investimento, obteve-se o preço de 107 por módulo fotovoltaico, o que corresponde a cerca de 650 kw. Para o inversor utilizou-se o preço do modelo Sunny Tripower 20000TL, da SMA, que é 3272, o que corresponde aproximadamente a 163 /kw. Devido ao facto de se pretender que a estrutura de suporte dos módulos fotovoltaicos seja construída nas oficinas da Good Mood, apenas se considerou a adquisição dos materiais necessários para a mesma, o quais se estimam dispor de um custo de aproximadamente 5000, correspondente a cerca de 125 /kw. Os custos de O&M foram calculados na base de 2,5% do investimento inicial, correspondendo a cerca de 24 /ano/kw. Inicialmente, foi definido um intervalo de pesquisa contemplando uma gama de potências compreendidas entre 20 e 60kWp em intervalos de 0,5kWp, tendo-se verificado que o software Homer não considerava nas melhores soluções as potências abaixo de 40kWp e acima de 50kWp. Desse modo, pode-se verificar na Figura 20, que se refinou o espaço de pesquisa para uma gama de potências compreendida entre 40 e 50 kwp em intervalos de 0,25kWp. Selecionou-se ainda a opção de o sistema não dispor de seguidor solar e introduziram-se as grandezas elétricas dos módulos fotovoltaicos utilizados apresentadas na referência [6]. Os restantes parâmetros foram deixados com os valores padrão definidos pelo programa. Figura 20 Janela de configuração do gerador fotovoltaico no software Homer. 5.4.2. Gerador Diesel Neste estudo foi igualmente considerada a hipótese de se incluir o gerador Diesel já existente nas instalações da empresa (apresentado em 5.4.2) que, em caso de necessidade, deverá abastecer parte ou a totalidade das cargas previstas. A sua manutenção é realizada pelo eletricista-chefe da Good Mood, pelo que não foi considerado o montante de investimento inicial nem os custos de O&M. Na Figura 21 pode-se verificar a introdução dos referidos dados na janela Generator Inputs. Figura 21 Janela de configuração do gerador Diesel no software Homer. 5.4.3. Banco de baterias de acumuladores No presente SEH prevê-se ainda a instalação de um banco de baterias de acumuladores que permita o armazenamento de energia elétrica para possibilitar o abastecimento da carga nos momentos em que se verificam menores disponibilidades de recurso solar. Outro objetivo do mesmo é o de minimizar a operação do gerador Diesel, de modo a se economizar o máximo de combustível. Conforme referido em 2.4, atualmente dispõe-se de 60 baterias Rolls S2 590 de 2V/550Ah, as quais se encontram em avançado estado de envelhecimento prevendo-se, a data da escrita do presente artigo, que não disponham de uma durabilidade superior a 2 anos. Por esse motivo e pelo facto de a operação conjunta com baterias novas se prevê que lhes reduza consideravelmente a vida útil, propõe-se que as mesmas não sejam aproveitadas para nenhum dos novos SEH propostos. Após a realização de um processo de pesquisa de soluções e preços, verificou-se que seria mais favorável proceder a instalação de baterias da marca Hoppecke OPzS solar power 620, que dispõem de um nível de tensão de 2V aos seus terminais e uma capacidade nominal (para um ciclo de descarga de 20h) de 542Ah [7]. O nível de tensão a que o banco de baterias necessita de operar é estabelecido em função do equipamento que procede ao controlo dos processos de carga e descarga das baterias neste caso um conversor bidirecional. Conforme descrito em 5.4.4, o equipamento utilizado será um Leonics Leonics Apollo MTP-415F, o qual dispõe de um nível de tensão nominal aos terminais DC de 240V. Após a definição da marca e modelo de bateria a utilizar e do nível de tensão de operação do banco de acumuladores, reúnem-se as condições necessárias para determinar a capacidade necessária para o banco de baterias de acumuladores, a qual é obtida através da seguinte expressão e pressupostos: 8

P C = max r V bbat L d (1 A dd ) C = 45000 3 240 0,7 1 0,06 C = 805,2 Ah 30 Em que: C é a capacidade do banco de baterias [Ah]; P max é a potência de ponta da instalação [kw]; r é o período de reserva pretendido [horas]; V bbat é o nível de tensão elétrica de operação do banco de baterias [V]; L d é a profundidade de descarga da bateria (geralmente entre 0 e 1); A dd é a taxa de autodescarga diária das baterias adotadas (geralmente entre 0 e 1). E por conseguinte, o número de strings = 805,2 542 ~ 1,5 strings. Devido ao elevado custo de cada uma das baterias (cerca de 150 /cada), optou-se pela instalação de apenas uma string composta por 120 baterias ligadas em série. Deste modo, como apenas se propõe proceder a instalação de cerca de 66% da capacidade necessária para se dispor de uma reserva total de 3 horas, verifica-se que nestas condições apenas se disporá de uma margem de reserva apenas para 2 horas. Conforme suprarreferido, prevê-se que o custo de cada bateria seja de 150 e o custo O&M seja de 1 /ano/bateria, uma vez que se tratam de baterias sem manutenção. Na Figura 22 apresenta-se a seleção da bateria a utilizar, a introdução dos respetivos custos, bem como a quantidade de strings e de baterias por string no software Homer. Figura 22 Janela de configuração de banco de baterias no software Homer. 5.4.4. Conversor bidirecional Para proceder a retificação das tensões elétricas para carregamento do banco de baterias de acumuladores e a sua inversão aquando da utilização da energia armazenada nas baterias para abastecimento da carga, verifica- -se a necessidade de instalar um equipamento dotado dessa capacidade, o qual se designa por conversor bidirecional. Considerando que pode ser necessária a utilização do banco de baterias para abastecer a totalidade da carga, o conversor deve dispor de potência nominal superior a potência de ponta prevista, neste caso 45 kw. Deste modo, propõe-se a instalação de um conversor bidirecional Leonics Apollo MTP-415F, com uma potência de 45 kw [8]. Após o estabelecimento de contactos com a empresa Leonics, foi-nos indicado que o preço do referido equipamento, acrescido de portes de envio e custos aduaneiros seja de aproximadamente 18 000. Na Figura 23 apresenta-se a introdução dos respetivos dados no software Homer. Figura 23 Janela de configuração do conversor bidirecional no software Homer. 5.5. Resultados obtidos e processos de decisão Após a introdução dos dados relativos aos perfis de carga, recursos primários disponíveis e dos componentes a testar, o último passo foi proceder a simulação e escolher as melhores soluções a adotar uma delas para um sistema isolado e outra para um sistema interligado com a RESP. No processo de simulação, e após a afinação das hipóteses a analisar, o software Homer, processou 41 combinações (em ambos os sistemas, pois apenas se pretende determinar a potência ótima dos geradores fotovoltaicos). Dispondo em consideração os dados relativos aos custos de equipamentos, disponibilidade de recurso solar, custo do Diesel (1,215 /litro), e os critérios de fiabilidade que se consideram razoáveis para a operação das instalações elétricas dos serviços da Good Mood, procedeu-se a simulação de modo a se obterem as soluções otimizadas para cada um dos sistemas. Verificou-se que, para ambos os casos (sistema isolado e sistema interligado com a RESP), a solução dispondo de um gerador fotovoltaico de 46,25kW se afigura como adequada para gerar a energia elétrica necessária para os referidos serviços da Good Mood e que dispõe de índices de fiabilidade tais que se prevê que se encontrem operacionais em praticamente 100% do tempo, mesmo no sistema isolado da RESP. Em síntese, as soluções propostas contemplam a instalação de: Cerca de 46,25kWp de módulos fotovoltaicos TSMC Solar CIGS TS- -165C2 de (em ambos os sistemas); Um gerador Diesel SDMO LSA 42.1 L8 C1/4 trifásico de 42 kva (em ambos os sistemas). Um conversor bidirecional Leonics Apollo MTP-415F de 45 kw (apenas no sistema isolado da RESP); Um banco de baterias de acumuladores dotado de 120 baterias Hoppecke OPzS solar power 620 de 2V/542Ah, todas ligadas em série até perfazerem o nível de tensão de 240V (apenas no sistema isolado da RESP); 5.6. Dimensionamento e validação dos sistemas fotovoltaicos e respetivos inversores Após a realização dos processos de simulação e determinação da potência do aproveitamento fotovoltaico, encontram-se reunidas as condições para se proceder ao dimensionamento do respetivo gerador. Este processo consiste na determinação da quantidade de módulos fotovoltaicos necessários para se atingir o valor de potência necessária (neste caso 46,25kWp) e da respetiva forma de interligação, designadamente a 9

quantidade de strings necessárias e quantidade de módulos a considerar em cada uma das strings. A determinação da quantidade de strings necessárias e do número de módulos a incluir em cada uma das strings é dependente de duas restrições caraterísticas das entradas DC dos inversores selecionados, i.e., a gama de tensões admissíveis e da corrente máxima de entrada. A primeira restrição influencia os números máximo e mínimo de módulos que se poderão ligar em série em cada string, enquanto a segunda restrição influência o número máximo e mínimo de strings que podem ser ligadas a uma determinada entrada de um inversor. Contrariamente ao disposto em 5.5, a potência de 46,25kWp de módulos fotovoltaicos TSMC Solar CIGS TS-165C2, devido ao facto de a administração da Good Mood pretender que os módulos fotovoltaicos já existentes sejam integrados no novo sistema proposto. No entanto, devido ao facto de o software Homer apenas dispor da possibilidade de se simular um único tipo de módulo fotovoltaico, apenas se utilizou o módulo TSMC Solar CIGS TS-165C2 no processo de simulação por se considerar que a utilização dos restantes pouco influenciar o desempenho do sistema em termos de capacidade de geração de energia elétrica. O processo de dimensionamento pode ser realizado através de cálculo manual, ou através de softwares alguns deles disponibilizados por fabricantes de inversores. No presente caso, atendendo ao facto que o fabricante SMA dispõe de uma aplicação para o efeito, optou-se pela utilização da sua plataforma de dimensionamento Sunny Design Web 3. Atendendo a potência do gerador fotovoltaico (de 46,25kW) resultante do processo de dimensionamento, optou-se por adotar 2 inversores SMA Sunny Tripower 20000 TL [9] e 1 inversor Sunny Tripower 5000 TL [10]. Recorrendo a plataforma Sunny Design Web, o processo de dimensionamento, em termos de módulos fotovoltaicos a ligar a cada inversor, resultou nas soluções descritas nos parágrafos seguintes. Na Figura 24 apresenta-se a composição do sistema fotovoltaico que se propõe ligar ao 1º inversor de Sunny Tripower 20000 TL o qual dispõe de 2 entradas independentes [9]. Propõe-se que lhe sejam ligados apenas módulos fotovoltaicos TSMC Solar CIGS TS-165C2, em que em ambas as entradas (A e B) se propõe que sejam ligadas 7 strings, cada uma delas dotadas de 9 módulos ligados em série. Na Figura 25 apresenta-se a composição do sistema fotovoltaico que se propõe ligar ao 2º inversor de Sunny Tripower 20000 TL. Propõe-se que apenas sejam utilizados módulos fotovoltaicos TSMC Solar CIGS TS-165C2 na entrada A e que se utilizem módulos SOLON Black 130/04 130Wp na entrada B, ligados da seguinte forma: Na entrada A: 14 strings dotada de 8 módulos em série; Na entrada B: 1 strings dotada de 14 módulos em série. Figura 25 Janela do software Sunny Design Web com a validação do sistema fotovoltaico ligado ao 2º inversor. Por fim, na Figura 26 apresenta-se a composição do sistema fotovoltaico que se propõe ligar ao inversor de Sunny Tripower 5000 TL, o qual dispõe igualmente de 2 entradas distintas [10]. Propõe-se que sejam utilizados módulos fotovoltaicos Lorentz LA 90 12s 90Wp e Lorentz LA 100 12s 100Wp na entrada A e que se utilizem módulos BP solar 380 80Wp na entrada B, ligados da seguinte forma: Na entrada A: 2 strings com 19 módulos em série; Na entrada B: 1 strings com 20 módulos em série. Figura 24 Janela do software Sunny Design Web com a validação do sistema fotovoltaico ligado ao 1º inversor. 3 http://www.sunnydesignweb.com/sdweb. Figura 26 Janela do software Sunny Design Web com a validação do sistema fotovoltaico ligado ao 2º inversor. Findo o processo de dimensionamento e de validação da compatibilidade entre os sistemas fotovoltaicos que se propõem ligar a cada inversor e os níveis de tensão e de corrente de entrada dos mesmos, verifica-se que se perfez a potência de 46,25kWp do gerador fotovoltaico, já que: 10

12 Solon Black 130Wp 20 BP Solar 380 80Wp Do 3B.1.1 ao 3B.1.12 12 Lorentz LA90-12s 90Wp Do 3B.1.13 ao 3B.1.19 7 Lorentz LA100-12s 100Wp Do 3B.2.1 ao 3B.2.12 12 Lorentz LA90-12s 90Wp Do 3B.2.13 ao 3B.2.19 7 Lorentz LA100-12s 100Wp Gerador Fotovoltaico 1A.1.1 1A.1.2 1A.1.3 1A.1.4 1A.1.5 1A.1.6 1A.1.7 1A.1.8 1A.1.9 1A.2.1 1A.2.2 1A.2.3 1A.2.4 1A.2.5 1A.2.6 1A.2.7 1A.2.8 1A.2.9 1A.3.1 1A.3.2 1A.3.3 1A.3.4 1A.3.5 1A.3.6 1A.3.7 1A.3.8 1A.3.9 1A.4.1 1A.4.2 1A.4.3 1A.4.4 1A.4.5 1A.4.6 1A.4.7 1A.4.8 1A.4.9 1A.5.1 1A.5.2 1A.5.3 1A.5.4 1A.5.5 1A.5.6 1A.5.7 1A.5.8 1A.5.9 1A.6.1 1A.6.2 1A.6.3 1A.6.4 1A.6.5 1A.6.6 1A.6.7 1A.6.8 1A.6.9 1A.7.1 1A.7.2 1A.7.3 1A.7.4 1A.7.5 1A.7.6 1A.7.7 1A.7.8 1A.7.9 1B.1.1 1B.1.2 1B.1.3 1B.1.4 1B.1.5 1B.1.6 1B.1.7 1B.1.8 1B.1.9 1B.2.1 1B.2.2 1B.2.3 1B.2.4 1B.2.5 1B.2.6 1B.2.7 1B.2.8 1B.2.9 1B.3.1 1B.3.2 1B.3.3 1B.3.4 1B.3.5 1B.3.6 1B.3.7 1B.3.8 1B.3.9 1B.4.1 1B.4.2 1B.4.3 1B.4.4 1B.4.5 1B.4.6 1B.4.7 1B.4.8 1B.4.9 1B.5.1 1B.5.2 1B.5.3 1B.5.4 1B.5.5 1B.5.6 1B.5.7 1B.5.8 1B.5.9 1B.6.1 1B.6.2 1B.6.3 1B.6.4 1B.6.5 1B.6.6 1B.6.7 1B.6.8 1B.6.9 1B.7.1 1B.7.2 1B.7.3 1B.7.4 1B.7.5 1B.7.6 1B.7.7 1B.7.8 1B.7.9 2A.1.1 2A.1.2 2A.1.3 2A.1.4 2A.1.5 2A.1.6 2A.1.7 2A.1.8 2A.2.1 2A.2.2 2A.2.3 2A.2.4 2A.2.5 2A.2.6 2A.2.7 2A.2.8 2A.3.1 2A.3.2 2A.3.3 2A.3.4 2A.3.5 2A.3.6 2A.3.7 2A.3.8 2A.4.1 2A.4.2 2A.4.3 2A.4.4 2A.4.5 2A.4.6 2A.4.7 2A.4.8 2A.5.1 2A.5.2 2A.5.3 2A.5.4 2A.5.5 2A.5.6 2A.5.7 2A.5.8 2A.6.1 2A.6.2 2A.6.3 2A.6.4 2A.6.5 2A.6.6 2A.6.7 2A.6.8 2A.7.1 2A.7.2 2A.7.3 2A.7.4 2A.7.5 2A.7.6 2A.7.7 2A.7.8 2A.8.1 2A.8.2 2A.8.3 2A.8.4 2A.8.5 2A.8.6 2A.8.7 2A.8.8 2A.9.1 2A.9.2 2A.9.3 2A.9.4 2A.9.5 2A.9.6 2A.9.7 2A.9.8 2A.10.1 2A.10.2 2A.10.3 2A.10.4 2A.10.5 2A.10.6 2A.10.7 2A.10.8 2A.11.1 2A.11.2 2A.11.3 2A.11.4 2A.11.5 2A.11.6 2A.11.7 2A.11.8 2A.12.1 2A.12.2 2A.12.3 2A.12.4 2A.12.5 2A.12.6 2A.12.7 2A.12.8 2A.13.1 2A.13.2 2A.13.3 2A.13.4 2A.13.5 2A.13.6 2A.13.7 2A.13.8 2A.14.1 2A.14.2 2A.14.3 2A.14.4 2A.14.5 2A.14.6 2A.14.7 2A.14.8 2B.1.1 2B.1.2 2B.1.3 2B.1.4 2B.1.5 2B.1.6 2B.1.7 2B.1.8 2B.1.9 2B.1.10 2B.1.11 2B.1.12 3A.1.1 3A.1.2 3A.1.3 3A.1.4 3A.1.5 3A.1.6 3A.1.7 3A.1.8 3A.1.9 3A.1.10 3A.1.11 3A.1.12 3A.1.13 3A.1.14 3A.1.15 3A.1.16 3A.1.17 3A.1.18 3A.1.19 3A.1.20 3B.1.1 3B.1.2 3B.1.3 3B.1.4 3B.1.5 3B.1.6 3B.1.7 3B.1.8 3B.1.9 3B.1.10 3B.1.11 3B.1.12 3B.1.13 3B.1.14 3B.1.15 3B.1.16 3B.1.17 3B.1.18 3B.1.19 3B.2.1 3B.2.2 3B.2.3 3B.2.4 3B.2.5 3B.2.6 3B.2.7 3B.2.8 3B.2.9 3B.2.10 3B.2.11 3B.2.12 3B.2.13 3B.2.14 3B.2.15 3B.2.16 3B.2.17 3B.2.18 3B.2.19 Quadro "String Combiner SCCB-28-420" da SMA Classe II IP54 XV-K 2 6 mm² / VD Ø25 mm 2 32A 2 25A 1,2kV 5kA XV-K 2 2,5 mm² / VD Ø20 mm Quadro "String Combiner SCCB-28-420" da SMA Classe II IP54 2 32A XV-K 2 2,5 mm² / VD Ø20 mm XV-K 2 2,5 mm² / VD Ø20 mm Quadro "String Combiner 440-20-6" da Lorentz IP54 / IK04 2 16A 1,2kV 5kA Quadro "String Combiner SCCB-28" da SMA Classe II IP54 / IK04 XV-K 2 16 mm² / VD Ø32 mm 2x10A 2 50A 2 25A 1,2kV 5kA 2 25A 2 25A 2 25A 5kA 1,2kV 2 25A 1,2kV 5kA XV-K 2 6 mm² / VD Ø25 mm XV-K 2 4 mm² / VD Ø25 mm XV-K 2 4 mm² / VD Ø25 mm XV-K 2 4 mm² / VD Ø25 mm Inversor Sunny Tripower 20000TL (20kW) ESS DC IP65 PE H07V-U 1G4 mm² / VD Ø16 mm Inversor Sunny Tripower 20000TL (20kW) ESS DC IP65 PE H07V-U 1G4 mm² / VD Ø16 mm Inversor Sunny Tripower 5000TL-20 (5kW) ESS IP65 PE H07V-U 1G4 mm² / VD Ø16 mm IP65 XV-K 4 6 mm² / VD Ø32 mm XV-K 4 6 mm² / VD Ø32 mm XV-K 4 25 mm² / VD Ø40 mm XV-K 4 4 mm² / VD Ø32 mm H07V-U 1G6 mm² / VD Ø16 mm H07V-U 1G6 mm² / VD Ø16 mm H07V-U 1G4 mm² / VD Ø16 mm 4 32A 4 32A 4 80A 4 16A QUADRO ELÉTRICO AC 4 160A 4 160A 300mA 4 50A 6kA 1,2kV 5kA IP65 XV-K 4 70 mm² VD Ø40 mm Classe II 4 63A Classe II Á instalação eléctrica existente Gerador Diesel S = 42kVA U = 400V Xd'' = 10% projetos renováveis TSMC solar CIGS Solar Module TS-165C2: 238 módulos 165 Wp = 39,27kWp; Lorentz LA 90 12s: 24 módulos 90 Wp = 2,16kWp; Lorentz LA 100 12s: 14 módulos 100 Wp = 1,40kWp; SOLON Black 130/04: 14 módulos 130 Wp = 1,82kWp; BP solar 380: 20 módulos 80 Wp = 1,60kWp; Total: 310 módulos fotovoltaicos, perfazendo precisamente 46,25kWp. Para melhor elucidação acerca da forma de ligação dos diversos componentes propostos para ambos os sistemas, canalizações elétricas, órgãos de corte e proteção e ligações a terra, elaboraram-se os projetos completos das instalações elétricas dos SEH propostos. Devido a impossibilidade de apresentar a totalidade desses projetos neste documento, na seção 6 apresenta-se uma breve descrição da conceção desses sistemas, bem como os respetivos esquemas elétricos de princípio. Conforme se pode verificar no esquema elétrico de princípio do SEH isolado da rede (apresentada na Figura 27), o gerador Diesel liga diretamente ao conversor bidirecional, pelo que a sua proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos é realizada através de um quadro elétrico dotado apenas de um disjuntor tetrapolar de calibre adequado a intensidade de corrente elétrica resultante da sua potência aparente ao nível de tensão (composta) de 400V. Entre o conversor bidirecional e o banco de baterias de acumuladores, previu-se ainda um quadro elétrico dotado de um corta-circuitos fusíveis bipolar de calibre normalizado imediatamente superior a potência máxima de entrada do conversor bidirecional. Nas Figuras 27 e 28 apresentam-se os esquemas elétricos de princípio, respetivamente, dos SEH isolado e interligado com a RESP. 6. Elaboração dos projetos de instalações elétricas dos SEH propostos Conforme suprarreferido, no âmbito do relatório de estágio do qual este artigo resulta, elaboraram-se os projetos elétricos das 2 hipóteses de SEH propostos. Devido ao facto de cada um dos inversores adotados apenas dispor de 2 entradas [9, 10], verificou-se a necessidade de proceder ao agrupamento de várias strings em paralelo e de efetuar a ligação desses conjuntos aos inversores. Para tal, foram utilizados Quadros Elétricos para o efeito habitualmente designados como String Combiners. os quais são dotados de: Na recepção de cada um dos circuitos provenientes de cada uma das strings: Corta-circuitos fusíveis bipolares de calibres normalizados imediatamente superiores a s intensidades de corrente de curto-circuito dos módulos fotovoltaicos de cada string; Nas saídas para os inversores: Corta-circuitos fusíveis bipolares de calibres normalizados imediatamente superiores a soma das intensidades de corrente de curto-circuito de cada um dos módulos fotovoltaicos utilizados em cada uma das strings; Entre o corta-circuitos fusíveis das saídas para os inversores e a saída desses circuitos do respetivo quadro elétrico: Um conjunto composto por corta-circuitos fusível e descarregador de sobretensões ambos bipolares, para proteção dos módulos fotovoltaicos e da entrada do inversor contra sobretensões internas e de origem atmosférica. Para proceder a interligação das saídas de cada um dos inversores, bem como das saídas do conversor bidirecional (estes últimos apenas considerados no SEH isolado da rede), para que toda a energia gerada convirja num único ponto, propõe-se a utilização de um quadro elétrico dotado de: Na recepção de cada um dos circuitos provenientes de cada um dos componentes suprarreferidos: Disjuntores tetrapolares de calibres normalizados imediatamente superiores a s intensidades de corrente elétrica resultantes da potência aparente de saída do respetivo componente (inversor ou conversor bidirecional) ao nível de tensão (composta) de 400V; Nas saídas para os inversores (para o quadro elétrico principal da instalação de consumo dos serviços da Good Mood): Um conjunto dotado de interruptor diferencial e disjuntor tetrapolares dimensionados para a intensidade de corrente elétrica resultante da soma das potências aparentes de saída dos inversores e do conversor bidirecional ao nível de tensão (composta) de 400V; Entre o conjunto composto por interruptor diferencial e disjuntor e a saída desses circuitos do respetivo quadro elétrico: Um conjunto composto por disjuntor e descarregador de sobretensões tetrapolares, para proteção dos módulos fotovoltaicos e da entrada do inversor contra sobretensões internas e de origem atmosférica. Figura 27 Esquema elétrico de princípio proposto para o SEH isolado da RESP. Figura 28 Esquema elétrico de princípio proposto para o SEH interligado com a RESP. Conforme se pode verificar pela análise das Figuras 27 e 28, também se apresentam os condutores elétricos e respetivas tubagens dos circuitos DC, AC e de ligação a terra, cujo dimensionamento foi realizado de acordo com o disposto nas Regras Técnicas de Instalações Elétricas em Baixa Tensão, aprovada pela Portaria n.º 949-A/2006, de 11 de Setembro e recentemente alteradas pela Portaria 252/2015, de 18 de Agosto. DC AC AC AC H07V-U 1G25 mm² / VD Ø25 mm 11

Componente Marca/Modelo Qt [un] Custo unitário [ /un] Custo [ ] Componente Marca/Modelo Qt [un] Custo unitário [ /un] Custo [ ] Módulos fotovoltaicos CIGS TSMC Solar TS-165C2 238 107,00 25 466,00 Inversor (Grid-Tie) SMA STP 20000 2 3272,20 6544,40 TL-30 Inversor (Grid-Tie) SMA STP 5000 1 1 603,25 1603,25 TL-20 DC combiner box SMA SCCB-12 2 491,29 982,58 DC combiner box SMA SCCB-28 1 894,04 894,04 Conversor Bi-diretional Leonics Apollo 1 18 000 18 000 MTP 415F Baterias de acumuladores Hoppecke 120 150 18 000 6 OPzS 520 Sistema de monitorização Efergy Engage Hub 1 151,59 151,59 Canalizações elétricas XV-K 2x2,5-22,5 0,90 20,25 Canalizações elétricas XV-K 2x4-60 1,40 84,00 Canalizações elétricas XV-K 2x6-50 2,20 110,00 Canalizações elétricas XV-K 2x16-50 4,80 240,00 Canalizações elétricas XV-K 5G4-5 4,30 21,50 Canalizações elétricas XV-K 5G6-10 5,10 51,00 Canalizações elétricas XV-K 2x50-5 18,40 92,00 Canalizações elétricas XV-K 3x25 + 2G 16 Estrutura de suporte do gerador FV fixa - 5 19,48 97,40-1 5 000 5 000 Taxa legal de IVA em vigor 23% IVA 17 792,34 TOTAL 95 150,35 Módulos fotovoltaicos CIGS TSMC Solar 238 107 25 466 TS-165C2 Inversor (Grid-Tie) SMA STP 20000 2 3272,20 6544,4 TL-30 Inversor (Grid-Tie) SMA STP 5000 1 1 603,25 1603,25 TL-20 DC combiner box SMA SCCB-12 2 491,29 982,58 DC combiner box SMA SCCB-28 1 894,04 894,04 Contador de venda de eletricidade Janz A1700 1 691 691 + Modem Caixa do contador Electrorayd 1 35,85 35,85 Sistemas de monitorização (opcional) Efergy Engage Hub 1 151,59 151,59 Canalizações elétricas XV-K 2x2,5-22,5 0,9 20,25 Canalizações elétricas XV-K 2x4-60 1,4 84 Canalizações elétricas XV-K 2x6-50 2,2 110 Canalizações elétricas XV-K 2x16-50 4,8 240 Canalizações elétricas XV-K 5G4-5 4,3 21,5 Canalizações elétricas XV-K 5G6-10 5,1 51 Canalizações elétricas LXS 4x95-1000 7,25 7250 Estrutura de suporte do gerador - 1 5 000,00 5000 FV fixa Despesas de licenciamento - 1 250 250 da instalação Taxa legal de IVA em vigor 23% IVA 11 429,95 TOTAL 61 125,42 Tabela 4 Estimativa orçamental do SEH isolado da RESP. Tabela 5 Estimativa orçamental do SEH interligado com a RESP. 7. Estimativas orçamentais dos SEH propostos Após a realização do dimensionamento e do projeto de ambos os SEH propostos, o último passo do presente trabalho consistiu na realização das estimativas orçamentais dos mesmos. Devido ao facto de se pretender que os sistemas sejam executados por técnicos da Good Mood, os custos com a mão-de-obra não foram considerados no presente estudo. Por outro lado, como se pretende igualmente que as estruturas de suporte e fixação dos módulos fotovoltaicos sejam construídas por funcionários da Good Mood, apenas se consideraram os custos dos materiais necessários para o efeito. Nestes termos, nas Tabelas 4 e 5, apresentam-se as estimativas orçamentais, respetivamente, dos SEH isolados e interligados com a RESP. Conforme expectável, verifica-se que o SEH com interligação a RESP dispõe de um custo inferior ao isolado da mesma. Tal facto deve-se a não consideração do banco de baterias de acumuladores e do conversor bidirecional na configuração do mesmo. 8. Conclusões A constante procura de melhor qualidade de vida através da preservação do meio ambiente, de forma a assegurar o futuro do planeta terra e das gerações vindouras, corresponde a principal motivação na concretização deste projeto em prol da organização cultural e ambiental Good Mood. Essa organização promove o uso de energias renováveis na realização de eventos em grande escala, e que englobam um vasto leque de idades e etnias, permitindo de certa forma a reeducação de comportamentos na medida em que seja possível ao ser humano viver em harmonia com a natureza que o rodeia. O presente estudo visou a proposta de soluções que possibilitem que a energia necessária para os serviços da Good Mood disponha de uma fração renovável o maior possível dentro de critérios técnico-económicos considerados razoáveis. Os recursos renováveis são um elemento fundamental para a autossustentabilidade deste projeto. A sua caracterização é, portanto, um elemento fundamental para a conceção e dimensionamento de sistemas renováveis para abastecimento de necessidades energéticas de diversas aplicações. Por outro lado, verificou-se a necessidade de conhecerem os sistemas renováveis já existentes e de os caraterizar, de modo a se averiguarem quais os componentes suscetíveis de serem reaproveitados para os novos SEH a propor. Para que seja possível realizar o dimensionamento dos referidos SEH, procedeu-se ao levantamento das cargas a abastecer, dos recursos renováveis e dos recursos não renováveis disponíveis. O dimensionamento destes sistemas foi realizado com auxílio dos softwares Homer Energy e SMA Sunny Design Web. Para o presente projeto o software Homer, processou 41 combinações testando as várias quantidades de equipamentos possíveis de instalar. Das combinações possíveis 12

o principal fator de escolha assentou na potência do gerador fotovoltaico. O software SMA Sunny Design Web permitiu neste projeto determinar a quantidade exata de módulos fotovoltaicos, ajudar na seleção dos inversores necessários, e verificar se as restrições em termos de tensões e correntes das respetivas entradas não são violadas. Em ambos os SEH propostos, foram adotados inversores tipicamente utilizados em sistemas ligados a rede, pelo que os mesmos necessitaram de um equipamento que estabeleça as tensões da rede para que os mesmos as detetem e se sincronizem devidamente. O equipamento adotado para o efeito foi um conversor bidirecional o qual, além dessa função, permite ainda proceder ao carregamento das baterias aquando da existência de excesso de produção na rede e de injetar na rede a energia armazenada nas baterias em situações de insuficiência de produção. O conversor bidirecional permite ainda gerir as entradas e saídas de serviço de geradores Diesel (o que é útil para o presente caso), bem como de, caso necessário, servir de elo de ligação com a RESP. Outra caraterística do SEH isolado da RESP é a sua modularidade. Devido ao facto de todos os geradores renováveis injetarem a energia gerada num barramento AC é possível ir interligado mais sistemas a esse ponto (verificando sempre se existe a necessidade de reforçar condutores, barramentos e outros componentes elétricos para as intensidades de corrente elétrica máximas previstas), bem como de interligar mais conversores bidirecionais funcionando em paralelo. O SEH ligado a RESP não dispõe do conversor bidirecional nem do banco de baterias de acumuladores, dado que nos casos de excesso de produção de energia elétrica, o excesso é exportado para a RESP e, em casos de falta, o défice é fornecido pela mesma (tal como em qualquer instalação de autoconsumo ao abrigo do Decreto-Lei n.º 153/2014, de 20 de outubro). As expansões que se eventualmente venham a realizar nesse sistema também são facilmente conseguidas desde sejam igualmente acauteladas as correntes máximas previstas nos condutores e quadros elétricos. O grande problema deste tipo de sistemas, conforme se pode verificar nas estimativas orçamentais apresentadas, é ainda o elevado custo dos componentes, tornando os sistemas totalmente isolados da RESP inviáveis em termos económicos em zonas em que se dispõe de rede elétrica nas proximidades (tal como no presente caso). Foi igualmente elaborado um estudo económico para o sistema interligado com a RESP, cujos resultados foram muito semelhantes aos apresentados no artigo publicado na edição 20 desta revista, não tendo sido apresentado neste documento por esse motivo. Por fim, cabe a administração da Good Mood decidir qual dos sistemas a adotar, sendo que ambos permitem melhorar as condições de exploração das instalações de utilização de energia elétrica, bem como de diminuir a utilização do gerador Diesel existente o qual atualmente gera grande parte da eletricidade lá consumida. Referências bibliográficas [1] Good Mood Booklet 2012, http://www.goodmood.org/booklet2012, acedido em 14 de maio de 2015. [2] Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ apps4/pvest.php, acedido em 10 de abril de 2015. [3] Adufe - Revista Cultural de Idanha-a-Nova, Janeiro/Junho 2007. [Online]. Available: http:// www.cm-idanhanova.pt/media/66375/adufe_10_web.pdf. [4] Homer Energy software, http://www.homerenergy.com/software.html, acedido em 18 de maio de 2015. [5] Sunny Design Web, http://www.sma.de/en/products/planning-software/sunny-design-web. html, acedido em 18 de maio de 2015. [6] TSMC CIGS series high-efficiency solar module, http://www.hengs.com/pdf/ts_cigs_series_c2_datasheet_eu-en_01-2015.pdf, acedido em 10 de abril de 2015. [7] OPzS solar power - Hoppecke, www.hoppecke.pl/plik,115,opzs-solar-power-en.pdf, acedido em 18 de abril de 2015. [8] Leonics Apollo 410 series, http://www.leonics.com/product/renewable/inverter/dl/m-410-090.pdf, acedido em 28 de abril de 2015. [9] Sunny Tripower 20000TL / 25000TL, http://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny- -tripower-20000tl-25000tl, acedido em 12 de abril de 2015. [10] Sunny Tripower 5000TL - 12000TL, http://www.sma.de/en/products/solarinverters/sunny- -tripower-5000tl-12000tl.html, acedido em 13 de abril de 2015. Apresentação dos autores Edgar Filipe da Silva Franco edgar.franco@ipleiria.pt É licenciado em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Energia e Automação e mestre em Engenharia Eletrotécnica Sistemas de Automação, pela Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, obtendo respetivos graus em 2009 e 2011. Concluiu em Janeiro de 2013 o Curso de Doutoramento (não conferente de grau) em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores pela Faculdade de Engenharia da Universidade de Porto. Foi projetista de instalações elétricas em 2010 e bolseiro de investigação do INESC Coimbra em 2011. É docente do Curso de Especialização Tecnológica de Energias Renováveis do Instituto Politécnico de Leiria desde Janeiro de 2011. João Pedro Varela Santos Brito Marques jpvbrito@gmail.com é detentor do Curso de Especialização Tecnológica em Energias Renováveis pela Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, obtendo o respetivo grau em 2015. Dispõe ainda do Curso Técnico de Energia Solar e Eólica, obtido através do Centro de Formação Master D em Lisboa, obtido no ano de 2012. Colaborou com a Good Mood em 2012, na construção de infraestruturas de apoio ao festival Boom, o qual foi considerado o festival mais ecológico do Mundo. É atualmente técnico de AVAC numa empresa de Climatização e Energias Renováveis sediada em Marinha Grande, Leiria. Iniciou recentemente o curso de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores na Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria. 13