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Projeto de Energia Solar Fotovoltaica Arthur_Edvan_Joao Paulo_WalterTRANSCRIPT
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO RIO
GRANDE DO NORTE - IFRN
CMPUS JOO CMARA
CURSO DE TECNOLOGIA EM ENERGIAS RENOVVEIS
Arthur Fernandes da Silva
Edvan Galdino de Oliveira Filho
Joo Paulo de Albuquerque Siqueira da Silva
Walter Jefferson da Silva
DIMENSIONAMENTO DE FAZENDA SOLAR PARA O IFRN JOO CMARA
JOO CMARA
2015
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Arthur Fernandes da Silva
Edvan Galdino de Oliveira Filho
Joo Paulo de Albuquerque Siqueira Silva
Walter Jefferson da Silva
DIMENSIONAMENTO DE FAZENDA SOLAR PARA O IFRN JOO CMARA
Trabalho apresentado ao Instituto Federal
de Educao, Cincia e Tecnologia do
Rio grande do Norte (IFRN), Campus de
Joo Cmara como requisito parcial para
aprovao na disciplina Energia Solar
Fotovoltaica do Curso de Tecnologia em
Energias Renovveis.
Orientador:Prof. Alexandro V. da Rocha
JOO CMARA
2015
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RESUMO
O presente trabalho um mtodo avaliativo proposto aos alunos do Curso
Superior de Tecnologia em Energias Renovveis pelo professor e coordenador do
curso, Alexandro Vladno da Rocha.
O projeto articula teoria e prtica com o intuito de despertar o interesse dos
graduandos na criao e desenvolvimento de um projeto de instalao de uma usina
solar fotovoltaica no campus do IFRN, localizado no municpio de Joo Cmara, afim
de o campus gerar e consumir sua prpria energia.
alexandrorochaComentrio do textoNo Resumo importante colocar alguns resultados encontrados no projeto e um ideia geral dele.
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SUMRIO
1. INTRODUO ................................................................................................................ 4
2. ETAPAS PRELIMINARES .................................................................................................. 5
2.1. Avaliao do Recurso Solar ................................................................................................. 5
2.2. Localizao ......................................................................................................................... 6
2.2.1. Inclinao .............................................................................................................................. 7
2.2.2. Azimute ................................................................................................................................. 7
2.2.3. Fotos ...................................................................................................................................... 8
2.3. Escolha da Configurao ..................................................................................................... 9
2.4. Levantamento da Demanda e do Consumo de Energia ........................................................ 9
2.4.1 Estimativa da Curva de Carga ................................................................................................. 9
3. DIMENSIONAMENTO ..................................................................................................... 9
3.1. Gerador Fotovoltaico .......................................................................................................... 9
3.2. Inversor ........................................................................................................................... 10
3.3. Dispositivos de Proteo................................................................................................... 11
3.4. Cabos e Conectores .......................................................................................................... 12
4. PROJETO ELTRICO ...................................................................................................... 12
5. anlise Financeira ........................................................................................................ 13
5.1. Estimativa de Economia .................................................................................................... 13
5.2. Investimento Inicial .......................................................................................................... 14
5.3. Valor Presente Lquido (VPL) ............................................................................................. 14
5.4. Payback ........................................................................................................................... 15
6. REFERNCIAS ............................................................................................................... 16
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1. INTRODUO
A energia solar fotovoltaica uma fonte de energia que provm das radiaes
emitidas pelo sol. A palavra fotovoltaica uma juno de palavras proveniente de
palavras gregas, Foto = Luz e Volt =unidade de tenso eltrica. A obteno de tal
energia pode ocorrer de forma direta ou indireta. A forma direta se d atravs de
clulas fotovoltaicas, geralmente feitas de silcio. J na forma indireta, faz-se
necessria a construo de fazendas solares, locais so espalhadas centenas de
coletores solares, em regies com grande ndice de insolao.
A energia do sol pode ser utilizada para produzir eletricidade pelo efeito
fotovoltaico, que consiste na converso direta da luz solar em energia eltrica. Os
sistemas fotovoltaicos tm a capacidade de captar diretamente a luz solar e produzir
corrente eltrica. Essa corrente coletada e processada por dispositivos
controladores e conversores, podendo ser armazenada em baterias ou utilizada
diretamente em sistemas conectados a rede eltrica.
O presente projeto ser aplicado no campus do IFRN (Instituto Federal do Rio
Grande do Norte), situado na cidade de Joo Cmara onde o sol abundante. E ao
fim, visamos demonstrar a viabilidade na montagem da fazenda solar, pois o
investimento feito poder retornado em um prazo mdio e gerar lucros ao campus.
Ser feito todo um levantamento de dados levando em conta detalhes
tcnicos do projeto, como tambm todo o aspecto financeiro do mesmo, levando em
considerao custos e perspectivas de retorno.
alexandrorochaComentrio do textoPor fim,
alexandrorochaComentrio do textobuscou-se
alexandrorochaComentrio do textopoder ser retornado
alexandrorochaComentrio do textoa palavra levando aparece duas vezes. Melhor utilizar considerando-se...
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2. ETAPAS PRELIMINARES
2.1. Avaliao do Recurso Solar
O Rio Grande do Norte um dos estados nordestinos com melhor ndice
solar, oferecendo grande viabilidade de implantao de fazendas solares em todas
as regies do Estado.
Apesar dos avanos em tecnologia, a gerao de energia proveniente deste
recurso cara, porm devido o fato de alto ndice/potencial solar, um meio de
gerao caro, mas vivel pelo benefcio/retorno de investimento a mdio/longo
prazo.
Os ndices de potencial solar, ou ndice de raios ultravioletas (IUV), utilizado
para o dimensionamento deste projeto, referente regio da cidade Natal/RN,
capital do Estado, devido as cidades gozarem dos mesmos climas e coletas de
dados serem realizadas geralmente naquela.
Com dados coletados no perodo de 2001 2007, podemos ver a distribuio,
no grfico abaixo, dos picos de radiao entre 6:00h e 16:40h, de janeiro a
dezembro.
FIGURA 1 - Radiao Mdia entre 2001 e 2007, de janeiro a dezembro
Fonte: VARIAO DO NDICE DE RADIAO SOLAR ULTRAVIOLETA EM NATAL/RN ENTRE 2001 E 2007.
Com base nesse grfico, adotando apenas os picos (12h00min), temos um
mnimo de 7 IUV para junho e mximo de 11 em fevereiro, contando com uma
alexandrorochaComentrio do textoQue fonte esta? Um artigo? Um livro? Porque no foi referenciado?
alexandrorochaComentrio do textoFaltou explicar o que este ndice.
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margem de erro de 10% do valor (devido as mdias no terem indicaes precisas).
Somando todos os valores (7,7,8,9,10,10,10,10,11,11,11,11) e dividindo pelos
respectivos meses, podemos obter uma mdia de radiao geral de 10,4 IUV,
aproximadamente, para este horrio.
A mdia sazonal global
A mdia a sazonal de dezembro a fevereiro est entre 5,95 e 6,30 KWh/m.
A mdia a sazonal de maro a maio est entre 5,95 e 6,30 KWh/m.
A mdia a sazonal de junho a agosto est entre 5,25 e 5,60 KWh/m.
A mdia a sazonal de julho a novembro est entre 6,30 e 6,65 KWh/m.
De acordo com dados divulgados no Atlas brasileiro de energia solar
(PEREIRA, Enio, et al) a radiao solar global anual mdia nas proximidades de
Natal/RN, est entre 5,25 e 5,60 KWh/m. Adotaremos a mdia (5,42) entre estes
dois ltimos valores para fins de clculos.
FIGURA 2 Vista superior d rea do Campus, com viso do permetro onde, hoje, est em construo a rea
de Convivncia.
Fonte: Google Earth www.google.com.br - 2015
2.2. Localizao
Os painis sero instalados em cima do centro de convivncia do IFRN campus Joo cmara que encontra-se em construo, assim poderemos antecipar
um possvel reforo para o telhado, caso o peso dos painis faa exceder o limite
suportado. Os painis sero instalados voltados para o norte geogrfico e com
inclinao igual a latitude da cidade citada (aproximadamente 5). Como nos
arredores no existem rvores os edifcios que possam projetar sombra sobre os
painis, desconsideraremos os estudos de sombreamento.
alexandrorochaComentrio do textoOu
alexandrorochaComentrio do textoComo pode garantir esta orientao e ngulo de inclinao se no tem ideia de como ser o telhado da rea de convivncia?
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2.2.1. Inclinao
O ngulo de inclinao dos painis aps os clculosfica por volta dos 5
direcionados para o sentido Norte real.
FIGURA 3 - Programa SunData da CRESSESB (Centro de Referncia para Energia Solar e Elica Srgio Brito), para
clculo de irradiao solar, inclinao e sentido dos painis fotovoltaicos.
Fonte: CRESSESB - 2015
2.2.2. Azimute
O ngulo Azimutal do Sol, tambm chamado de azimute, o ngulo de
projeo dos raios solares no plano horizontal e a direo Norte-Sul (posio do
observador). (Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 2004)
Para obter o azimute diretamente em cima do IFRN Campus Joo Cmara
foi utilizado uma ferramenta online que faz os clculos com base na posio do
observador(disponvel em: www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?lang=pt),
utilizando os recursos do Google Earth (que permite a localizao de pontos, traar
rotas, coordenadas e diversas outras aplicaes). A imagem abaixo mostra a
posio do observador exatamente em cima do campus e a linha de progresso
solar durante o dia.
FIGURA 4 Viso superior do Campus e de parte da regio ao seu redor.
alexandrorochaComentrio do textoclculos fica
alexandrorochaComentrio do textofaltou o espao
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O azimute obtido foi: Nascer do Sol 05:26:47h * 88,73 e para o Pr do Sol
17:32:13h * 271.47, como podemos ver na figura abaixo, sendo que foi adotada
uma hora a menos, pelo horrio local.
FIGURA 5 Dados do azimute obtido, posio geogrfica e outros dados.
2.2.3. Fotos
FIGURA 6 Local escolhido para a implantao dos painis fotovoltaicos
2.3. Escolha da Configurao
Os painis sero instalados em cima do centro de convivncia do IFRN
campus Joo cmara que encontra-se em construo, assim poderemos antecipar
Fonte: www.sunearthtools.com - 2015
Fonte: www.sunearthtools.com - 2015
alexandrorochaComentrio do textoEm que esta informao relevante na configurao do Paineis?
alexandrorochaComentrio do textoRepetio de texto anterior.
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um possvel reforo para o telhado, caso o peso dos painis faa exceder o limite
suportado. Os painis sero instalados voltados para o norte geogrfico e com
inclinao igual a latitude da cidade citada (aproximadamente 5). Como nos
arredores no existem rvores os edifcios que possam projetar sombra sobre os
painis, desconsideraremos os estudos de sombreamento.
2.4. Levantamento da Demanda e do Consumo de Energia
Com indicao do Professor Orientador do projeto, foi adotado um consumo
de potncia pico de 100kW para o Campus. Esta demanda ser suprida por painis
fotovoltaicos de 250W (especificados e dimensionados nos prximos tpicos),
Em relao ao sol, para a gerao da energia nos painis, necessrio obter-
se o valor da radiao mdia diria do local pretendido. De acordo com as
informaes disponibilizadas por Rocha (2012), a radiao de 237,1 W/m,
resultando num total dirio de 5690,001 Wh/m, aproximadamente.
Desse modo, sabendo que a energia coletada por cada painel dada
por , temos , portanto
2.4.1 Estimativa da Curva de Carga
No foram disponibilizados dados suficientes para a obteno desta curva.
3. DIMENSIONAMENTO
3.1. Gerador Fotovoltaico
A escolha do painel/gerador fotovoltaico uma das mais importantes etapas
do projeto, pois este o piv do rendimento e custo de toda a fazenda solar.
Dentre diversas pesquisas e levando em considerao importantes referncias tericas, foi escolhido o painel fotovoltaico Painel Solar Fotovoltaico Yingli YL250P 29b (250Wp)01.008.013. Sero utilizados 400 painis fotovoltaicos para suprir a necessidade de 100KW,cujas caractersticas so especificadas em tabelas logo abaixo. Condies padres de Teste (STC*)
Mxima Potncia (Pm): 250 Watts
Tolerncia: 0 / 5 Watts
Voltagem de Mxima Potncia (Vm) : 30,4Volts
Corrente de Mxima Potncia (Im): 8.24 Amps
Voltagem de Circuito Aberto (Voc): 38.4 Volts
alexandrorochaComentrio do textoUma gerao
alexandrorochaComentrio do textofaltou espao
alexandrorochaComentrio do textoNeste caso, era para ter informado o consumo do Campus que foi disponibilizado na planilha fornecida.
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Corrente de Curto-Circuito (Isc): 8.79Amps
Voltagem Mxima do Sistema: 1000 Volts
Eficincia do Painel: 15,0%
Coeficiente de Temperatura da Potncia(Pm): -0,45 %/C
Coeficiente de Temperatura da Corrente(Isc): 0,06 A/C
Coeficiente de Temperatura da Voltagem(Voc): -0,33 V/C
Temperatura Nominal de Operao de Clula (TNOC/NOCT): 462C
* STC/CPT: Irradiao de 1.000 W/m, Espectro de Massa de Ar 1.5 e Temperatura de Clula de 25C Dimenses
Dimenses do painel: (1650 x 990 x 40) mm
Cdigo IP da caixa de juno:
IP 65
Nmero de clulas e tipo: 60, Silcio Policristalino
Peso do mdulo: 19,1 kg
Vidro, tipo e espessura: Alta Transmissividade, Baixo Ferro, Vidro Temperado 3,2mm
3.2. Inversor
No mesmo mbito do painel fotovoltaico, foi escolhido o Inversor Inversor
Fronius IG Plus 50V-1 (4.000W)03.503.012, e sero utilizados 25 inversores.
ESPECIFICAES TCNICAS DOS INVERSORES
ENTRADA Potncia mxima de entrada: 4260W
Voltagem mxima de entrada: 600Vcc
Faixa de Voltagem do MPP: (230Vcc a 500Vcc)
Voltagem mnima de entrada: 230Vcc
Voltagem para inicializao: 260Vcc
Corrente mxima de entrada: 18,6A
SAIDA Potncia nominal de sada: 4000W
alexandrorochaComentrio do textoFaltou informar a fonte desta tabela.
alexandrorochaComentrio do textoFaltou informar a fonte desta tabela
alexandrorochaComentrio do textoInversor duas vezes.
alexandrorochaComentrio do textoComo chegou a esta quantidade?
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Voltagem de sada (faixa): 180Vca a 270Vca
Frequncia de sada: 60Hz
Corrente mxima de sada: 17,4A
OUTRAS CARACTERSTICAS
Eficincia Mxima: 95,7%
Consumo interno (noite):
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3.4. Cabos e Conectores
4. PROJETO ELTRICO
Clculo da quantidade de painis e inversores
Equipamento Qtd Unidade Valor Unit. Valor Total
Fusvel CC de 15A 20 P R$15,00 R$ 300,00
Chave de Desligamento CC 100A 1 P R$135,00
R$ 135,00
Disjuntor Bipolar 30A 20 P R$8,00 R$ 160,00
Dispositivo de Seccionamento Vsivel (DSV) 100A 1 P R$150,00
R$ 150,00
DPS CC 20 P R$55,00 R$ 1.100,00
DPS CA 1 P R$80,00 R$ 80,00
DDR 1 P R$90,00 R$ 90,00
Total
R$ 2.015,00
alexandrorochaComentrio do textoFaltou a fonte desta tabela. Se do prprio projeto especificar que do projeto.Alm disto, esta tabela de valores deveria estar na parte de investimento inicial na anlise financeira.
alexandrorochaComentrio do textoFaltou a fonte desta tabela. Se do prprio projeto especificar que do projeto.Alm disto, esta tabela de valores deveria estar na parte de investimento inicial na anlise financeira.
alexandrorochaComentrio do textoEste clculo era para estar na parte do dimensionamento. O projeto eltrico o diagrama eltrico completo do sistema.O Clculo do nmero de inversores est errado e no bate com os 25 inversores informados anteriormente.
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Figura 6 Diagrama de blocos da esquematizao e ligaes das Strings de Painis Fotovoltaicos
5. ANLISE FINANCEIRA
5.1. Estimativa de Economia
Consultando as faturas dentro de um espao de 13 meses (de janeiro de
2014 a janeiro de 2015), foi feita uma mdia dos valores de potencia contratados
(kW) e os valores de custo (R$).
MS POTNCIA CONTRATADA
CUSTO MENSAL (R$)
JANEIRO (2014) 144.400 9.033,54
FEVEREIRO (2014) 163.800 12.501,25
MARO (2014) 168.840 12.624,54
ABRIL (2014) 168.000 8.012,44
MAIO (2014) 168.000 9.238,01
JUNHO (2014) 179.420 15.424,31
JULHO (2014) 168.000 10.507,68
AGOSTO (2014) 168.000 14.547,21
SETEMBRO (2014) 168.000 14.842,25
OUTUBRO (2014) 171.360 10.638,78
NOVEMBRO (2014) 176.650 14.777,87
DEZEMBRO (2014) 186.230 17.450,94
JANEIRO (2015) 168.000 8.415,75
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VALOR TOTAL (MDIA) 169.130 12.154,97
Abatendo os 100kW que sero gerados pela fazenda fotovoltaica da mdia
obtida na relao entre as faturas, teremos um abatimento de R$ 7186,76.
5.2. Investimento Inicial
O investimento inicial baseado na quantidade de equipamentos a serem
adquiridos para a implantao do projeto. A tabela a seguir especifica os valores de
cada equipamento, resultando tambm num valor final na relao quantidade/preo.
Equipamento Qtd. Valor unit. (R$) Valor Total (R$)
Painel Solar Fotovoltaico 400 959,04 383.616,00
Inversor Fronius 20 8.054,40 161.088,00
Dispositivos de proteo - - 2.015,00
Cabos/Conectores - - 5.052,50
TOTAL GERAL (*) 551.771,50
(*)O investimento inicial, que ser coberto pelo prprio IFRN Campus Joo
Cmara.
5.3. Valor Presente Lquido (VPL)
De acordo com SOUZA (2014) o valor lquido atual (VPL) tem como objetivo a
viabilidade de um projeto de investimento atravs do clculo do valor atual de todos
os seus fluxos de caixa, sendo por isso um indicador muito utilizado em estudos de
anlise de viabilidade econmica. No caso desta pesquisa, os fluxos de caixa sero
os valores da energia economizada mensalmente pela utilizao do SFCR. Por valor
atual entende-se o valor hoje de um determinado montante a obter no futuro. Como
qualquer outro investimento, o SFCR apenas gerar fluxo de caixa no futuro, sendo
necessrio atualizar o valor de cada fluxo de caixa para o presente e compar-lo
com o valor investido. No caso do valor do investimento ser inferior ao valor atual
dos fluxos de caixa, o VPL positivo, o que significa que o projeto apresenta uma
rentabilidade positiva. No caso contrrio, o VPL resultar negativo.
(
)
FCt = fluxo de caixa mensal em reais;
i = taxa de juros do capital investido;
t = tempo em meses;
I = investimento do projeto em reais;
n = vida til do SFCR em meses.
alexandrorochaComentrio do textoComo se chegou a este valor?
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Com o investimento de inicial de R$100.000,00 aps 240 meses o VLP foi
aproximado ao valor de investimento deu para pagar o investimento ter sido pago e
ainda restar R$123.382,89.
5.4. Payback
O PayBack estimado dado pela frmula
, onde Vt o Valor do
Investimento Inicial, Ec a economia mdia esperada e 12 a quantidade de meses
de um ano. Dessa forma, temos:
Logo, o sistema fotovoltaico se mantendo em pico, ter retorno em
aproximadamente 4 anos.
alexandrorochaComentrio do textoO investimento inicial no de R$ 551.771,50 ?Como se chegou a 240 meses? este valor restante refere-se ao que?
alexandrorochaComentrio do textoComo se chegou a esta economia mdia mensal?
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6. REFERNCIAS
[1]. VARIAO DO NDICE DE RADIAO SOLAR ULTRAVIOLETA EM NATAL -
RN ENTRE 2001 E 2007. SILVA, Francisco Raimundo da; OLIVEIRA, Hugo Srgio
Medeiros de; MARINHO, George Santos. Artigo Cientfico.
[2]. SUN EARTH TOOLS. Azimute. Disponvel em:
. Acesso em 15 de
mar. de 2015.
[3]. MANUAL DE ENGENHARIA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. PINHO,
Joo Tavares; GALDINO, Marco Antnio. Grupo de Trabalho de Energia Solar
GETS.
[4]. INCLINAO E SENTIDO DOS PAINIS. Disponvel em:
. Acesso em 25 de mar. de 2015.
[5]. GERAO DE ENERGIA ELTRICA ATRAVS DE PAINIS SOLARES FOTOVOLTAICOS, UM ESTUDO DE CASO E SUA POSSIBILIDADE DE APLICAO NO PROCESSO DE GERAO DE ENERGIA NA INDSTRIA PETROLFERA. SOUZA, Albrico Teixeira Canrio de.
Dissertao Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Petrleo e Gs.
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APNDICE
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ANEXO