estudo econÔmico de painÉis solares em residencial
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
WANDERSON DE FREITAS SOUSA
ESTUDO ECONÔMICO DE PAINÉIS SOLARES EM
RESIDENCIAL MULTIFAMILIAR NO MUNICÍPIO DE
BARRA DO GARÇAS - MT
Barra do Garças - MT
2019/1
WANDERSON DE FREITAS SOUSA
ESTUDO ECONÔMICO DE PAINÉIS SOLARES EM
RESIDENCIAL MULTIFAMILIAR NO MUNICÍPIO DE
BARRA DO GARÇAS - MT
Trabalho de conclusão de curso apresentado como parte
dos requisitos necessários à obtenção da graduação em
Engenharia Civil, à Universidade Federal de Mato
Grosso, Campus Universitário do Araguaia-MT.
Orientador: Prof.° MSC. Wagner Mendonça Alves
Aguiar
Barra do Garças
2019/1
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer primeiramente a Deus que me possibilitou cursar a faculdade e
me deu força, saúde e sabedoria para poder concluir mais uma etapa da minha vida.
Ao meu pai Sebastião e minha mãe Moazilda quero agradecer imensamente, pois
desde o início até a conclusão do curso sempre me deram apoio e força para continuar,
mesmo quando pensei em desistir. Ao meu irmão Leandro que sempre me ofereceu
suporte todas as vezes que precisei de sua ajuda. A minha família que sempre estiveram
ao meu lado me incentivando e apoiando em todas minhas decisões.
Ao meu orientador Wagner que sempre esteve disposto a me ajudar durante o
trabalho. A todos os professores do curso com quem tive a oportunidade de aprender e
contribuíram para a minha formação acadêmica.
A todos meus amigos e colegas que sempre estiveram do meu lado ajudando
sempre que possível para minha vida, tanto pessoal como profissional.
" Aprendi o silêncio
com os faladores, a
tolerância com os
intolerantes, a
bondade com os
maldosos; e, por
estranho que
pareça, sou grato a
esses professores. "
Khalil Gibran
RESUMO
Com o crescente aumento populacional no mundo o uso de fontes renováveis de
energia vêm se tornando cada vez mais importante no atual cenário elétrico mundial. A
substituição de combustíveis fosseis por fontes renováveis e inesgotáveis se torna a cada
dia mais importante Este trabalho teve como objetivo apresentar uma análise econômica
para a aquisição de um sistema fotovoltaico em um residencial multifamiliar semelhantes
ao entregue no programa minha casa minha vida, foi feito um estudo sobre a tarifação de
energia elétrica, o dimensionamento dos módulos, sua orientação, além de definir o
consumo médio residencial para o estudo da viabilidade econômica. O trabalho buscou
demostrar o quanto o sistema é atrativo para as famílias, mostrando índices satisfatórios
de retorno.
Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica; Viabilidade econômica; Geração de energia
elétrica.
ABSTRACT
Due to the population increase in the world, the use of renewable energy sources
has been becoming increasingly important in world’s current electric scenario. The
replacemente of fossil fuels for renewable and inexhaustible energy sources becomes
more important each day. This paper aimed to present an economic analysis for a
photovoltaic system purchase in a housing development, similar to “Minha Casa, Minha
Vida” projects. An analysis was made about the charging of electricity, the modules
sizing, orientation, besides defining the average residential consumption for the economic
viability study. The paper objective is to show to families how attractive the system
implementation is, by demonstrating satisfying return indices.
Keywords: Photovoltaic Solar Energy, Economic viability, Electrical energy
production.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Variação da Irradiação Solar no Brasil ........................................... 15
Figura 2 - Demanda energética brasileira. ...................................................... 19
Figura 3 - Média da radiação solar no território brasileiro. ............................ 22
Figura 4 - Demonstração do efeito fotovoltaico.............................................. 23
Figura 5 - Imagem da patente da primeira célula solar. .................................. 24
Figura 6 - Maiores geradores de energia solar. ............................................... 25
Figura 7 - Sistema Off-Grid ............................................................................ 26
Figura 8 - Sistema On-Grid ............................................................................. 27
Figura 9 - Processo de Czochralski. ................................................................ 29
Figura 10 - Painel solar policristalino. ............................................................ 30
Figura 11 - Painel de filme-fino. ..................................................................... 30
Figura 12 - Controladores de carga em série. .................................................. 31
Figura 13 - Controlador montado em paralelo. ............................................... 32
Figura 14 - Controlador MPPT. ...................................................................... 32
Figura 15 - Layout do primeiro pavimento. .................................................... 36
Figura 16: Fluxograma metodológico do trabalho .......................................... 37
Figura 17 - Vista superior dos painéis solares................................................. 41
Figura 18 - Valor Presente Líquido ao longo da vida útil do sistema. ............ 46
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Tarifas vigentes para consumidores residenciais grupo B1. .......... 38
Tabela 2 - Irradiação Solar Diária Média Mensal [kWh/m2.dia] em Barra do
Garças – MT. .................................................................................................................. 39
Tabela 3 - Cálculo da rentabilidade média ao ano da caderneta de poupança
entre janeiro de 2015 a dezembro de 2018. .................................................................... 42
Tabela 4 – Geração e consumo de energia ao longo do primeiro ano de utilização
do sistema. ...................................................................................................................... 43
Tabela 5 - Energia e consumo ao longo da vida útil do sistema. .................... 45
LISTA DE SIGLAS
ANNEL Agência Nacional de Energia Elétrica
BEN Balanço Energético Nacional
CA Corrente alternada
CC Corrente continua
CRESESB Centro de Referência para Energia Solar e Eólica
EPE Empresa de Pesquisas Energéticas
KWh Quilowatt-hora
MPPT Maximum Power Point Tracking
MWP Watt-pico
TIR Taxa Interna de Retorno
TMA Taxa Mínima de Atratividade
ÚNICA União da Industria de Cana-de-açúcar
VPL Valor Presente Líquido
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 14
2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 16
2.1 Objetivo geral ............................................................................................... 16
2.2 Objetivo específico ....................................................................................... 16
3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 17
4 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................ 18
4.1 Fontes renováveis de energia ........................................................................ 18
4.1.2 Energia eólica ........................................................................................ 19
4.1.3 Energia hídrica ....................................................................................... 20
4.1.4 Energia da biomassa .............................................................................. 20
4.1.5 Energia geotérmica ................................................................................ 21
4.1.6 Energia solar .......................................................................................... 21
4.2 Radiação solar ............................................................................................... 21
4.2.1 Capacidade brasileira para a produção de energia solar ........................ 22
4.3 Histórico da energia fotovoltaica .................................................................. 23
4.3.1 Efeito fotovoltaico ................................................................................. 23
4.3.2 História da energia fotovoltaica ............................................................. 24
4.4 Sistemas de energia solar fotovoltaica .......................................................... 25
4.4.1 Sistemas autônomos ou isolados (OFF GRID) ...................................... 25
4.4.2 Sistemas ligados à rede (ON GRID) ...................................................... 26
4.4.3 Sistemas híbridos ................................................................................... 27
4.5 Vantagens do Sistema Fotovoltaico .............................................................. 27
4.5.1 Desvantagens do sistema fotovoltaico ................................................... 28
4.6 Componentes de um sistema de energia solar fotovoltaica .......................... 28
4.6.1 Painéis Solares ....................................................................................... 28
4.6.1.1 Painel solar monocristalino ............................................................... 29
4.6.1.2 Painel solar policristalino ................................................................. 29
4.6.1.3 Painel de filme-fino .......................................................................... 30
4.6.2 Controladores de carga .......................................................................... 31
4.6.3 Inversores ............................................................................................... 33
4.6.4 Baterias .................................................................................................. 33
4.7 Viabilidade econômica ................................................................................. 34
4.7.1 Valor presente líquido ............................................................................ 34
4.7.2 Taxa interna de retorno .......................................................................... 34
4.7.3 Payback descontado ............................................................................... 35
5 METODOLOGIA ............................................................................................. 36
5.1 Tarifa da energia para residências em Mato Grosso ..................................... 38
5.2 Redução na eficiência dos módulos solares .................................................. 38
5.3 Manutenção do sistema ................................................................................. 38
6 DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ......................................... 39
6.1 Radiação solar ............................................................................................... 39
6.2 Estimativa da potência instalada para o dimensionamento do sistema
fotovoltaico ..................................................................................................................... 40
6.3 Especificações do módulo ............................................................................ 40
6.4 Especificações do inversor ........................................................................... 42
6.5 Valor da taxa mínima de atratividade ........................................................... 42
6.5 Custos de instalação ..................................................................................... 43
6.7 Geração de energia esperada......................................................................... 43
7 CONCLUSÃO .................................................................................................... 48
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 49
ANEXO – A Especificações do módulo ................................................................ 53
ANEXO B – Especificações do inversor ................................................................ 55
14
1 – INTRODUÇÃO
Com a crescente demanda de casas nos centro urbanos e com o alto custo gerado
para produzir energia elétrica, os painéis solares podem ser uma grande fonte de energia
elétrica, sendo considerada uma fonte inesgotável, de grande potencial e extremamente
produtiva, uma vez implantado, o sistema de energia solar, gera energia elétrica sem
custo, pois o sol é uma fonte limpa e gratuita, levando a benefícios tanto econômicos
quanto ambientais (MAGALHÃES, 2018).
Apesar da energia solar não se encontrar dentre as maiores matrizes energéticas
mundiais ela vem apresentando um grande crescimento em países em desenvolvimento.
Os líderes em energia solar atualmente são liderado por China, Japão, Alemanha, Estados
Unidos e Itália (SOLAR, ATP, 2018).
Uma vez que a geração de energia elétrica a partir de fontes de energia renováveis,
como a energia solar e eólica, não emitem gás carbônico ou outros tipos de poluentes na
atmosfera, sua utilização acarreta em benefícios tanto para a sociedade quanto para o meio
ambiente, tendo em vista que aproximadamente 60% da produção de energia elétrica
global é proveniente de combustíveis fósseis, prejudiciais ao meio ambiente (SANTANA,
2014).
Localizado na América do Sul, o Brasil possui um excelente posicionamento em
relação a Linha do Equador apresentando um excelente potencial para a utilização de
painéis fotovoltaicos por suas altas taxas de radiação solar, como indica a Figura 1
(BRAGA, 2008).
A utilização de energia solar é uma boa opção para a geração de energia elétrica
através de fontes renováveis. A energia fotovoltaica é produzida a partir dos raios solares
e transformada em eletricidade através de um sistema composto por painéis solares,
controlares de carga, inversores e baterias (SOLAR, PORTAL, 2018).
15
Figura 1 - Variação da Irradiação Solar no Brasil
Fonte: ANEEL (2007).
16
2 - OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Analisar a viabilidade econômica de implantação de painéis solar fotovoltaico
para a geração de energia elétrica em residencial multifamiliar no município de Barra
do Garças - MT.
2.2 Objetivo específico
• Calcular a economia gerada com a implantação desse sistema;
• Determinar o tempo estimado de retorno do dinheiro investido;
• Estimar a quantidade de energia a ser gerada;
• Realizar orçamentos para a implantação de painéis solares em um
empreendimento multifamiliar em Barra do Garças.
17
3 - JUSTIFICATIVA
As fontes de energias renováveis vêm ganhando espaço a cada dia no atual cenário
energético global e não é de hoje que a busca dessas fontes tem se tornado uma importante
alternativa para diminuir os impactos ambientais da produção convencional de energia no
mundo. As formas de energias renováveis, como as provenientes do sol, vento e recursos
hídricos, são capazes de suprir a alta demanda de energia, atualmente gerada através do
uso de combustíveis fósseis (ANNEL, 2002).
A importância do uso de fontes renováveis está relacionada tanto quanto a
vantagens socioambiental quanto a econômicos, por ser tratar de uma fonte limpa,
reaproveitável e abundante, o uso desses recursos traz consigo grandes benefícios
(BENEVENUTO, 2016).
Nesse sentido, estudos que busquem demonstrar a viabilidade econômica da
implantação de painéis fotovoltaicos em residências multifamiliares são importantes a
fim de demonstrar a economia gerada pela implantação do sistema e com isso fomentar
políticas públicas de incentivo a sua implementação.
Por apresentar ótimas taxa de irradiação, o município de Barra do Garças tem
enorme potencial para a instalação de sistemas fotovoltaicos, assim e possível instalar um
sistema capaz de suprir o consumo das residências.
18
4 - REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 Fontes renováveis de energia
A utilização de fontes renováveis de energia não é algo novo, séculos atrás
buscavam-se meios de aproveitar a energia dessas fontes promissoras, como por exemplo
a energia solar e eólica. Porém, ainda nos dias atuais, a parcela de energia elétrica
produzida por fontes renováveis é pequena em relação à outras fontes (DUPONT;
GRASSI; ROMITTI, 2015).
O Brasil se destaca como sendo um dos países pioneiros na utilização de energias
renováveis do mundo, dados do ano de 2003 demostra que uma grande parcela da energia
consumida no país era de fontes não poluentes, cerca de 44% da energia consumida era
produzida a partir de fontes renováveis, por meio das hidrelétricas, energia eólica,
biomassa dentre outras. Destaca-se que o Brasil é o maior gerador de energia eólica da
América Latina (VERDE, 2013).
Em desenvolvimento, a energia solar vem ganhando seu lugar na matriz energética
nacional. Estimativas da Empresa de Pesquisas Energéticas (EPE) indicam que no ano
2050, 13% das residências do País estarão abastecidas com energia elétrica provenientes
de placas fotovoltaicas (MME, 2015).
19
Figura 2 - Demanda energética brasileira.
Fonte: BEN (2018).
Dados divulgados pelo Balanço Energético Nacional (BEN) em 2018 (ano base
2017), indicam que aproximadamente 81% da energia elétrica consumida no Brasil foi
produzida a partir de fontes renováveis, sendo a maior parte vindo das fontes hídricas. A
figura 2 apresenta a oferta energética no Brasil por fonte (EPE, 2018b).
O uso de fonte renováveis se torna a cada dia uma excelente alternativa para a
geração de energia limpa, além de ser uma fonte que existe em abundância ela é capaz de
substituir fontes de produção poluidoras como as provenientes de combustíveis fosseis.
Dentre essas fontes renováveis podemos destacar: energia eólica, hídrica, biomassa,
geotérmica e solar.
4.1.2 Energia eólica
Também considerada como uma fonte de energia limpa, a energia eólica ganhou
bastante espaço no cenário elétrico atual. Designa-se energia eólica toda energia gerada
por correntes de ar, ela e obtida através de turbinas eólicas que convertem energia cinética
em energia elétrica. Para sua implantação ser considerada vantajosa considera-se que a
velocidade média dos ventos seja de, no mínimo, entre 7 e 8 m.s-1 em uma altura de 50
20
m. No Brasil as usinas de energia eólica se concentram na região Nordeste, com
estimativa de produção de 60000 MW (ANNEL, 2002).
4.1.3 Energia hídrica
Uma das fontes geradoras de energia não poluente, a energia hídrica, tem sua
participação na matriz energética mundial pouco utilizada. Segundo a Key World Energy
Statistics da International Energy Agency a produção de energia elétrica a partir de usinas
hidrelétricas teve um decréscimo de 2,2% para 1,8% no cenário mundial no período de
2008 (IEA, 2008). A energia elétrica gerada em hidrelétricas é criada pela rotação de pás
instaladas em grandes turbinas, essa pá é rotacionada pela força da água, que faz com que
a energia cinética provocada pela rotação das turbinas seja transformada em energia
elétrica (ANNEL, 2008b).
Uma consequência negativa referente a energia hídrica é o impacto
socioambiental na região da hidrelétrica ocasionado pelo acúmulo de água retido. O Brasil
se apresenta como o país com maior potencial hídrico do mundo, devido às extensas
bacias hídricas em seu território, sendo capaz de produzir 260 GW, as hidrelétricas de
Itaipu e de Belo Monte destacam-se entre as maiores geradoras de energia no Brasil
(ANNEL, 2008b).
4.1.4 Energia da biomassa
Entre as fontes de energia limpa, também se ressalta a biomassa, com uma alta
taxa de crescimento no mercado e com um grande potencial elétrico, ela é constituída por
qualquer material orgânico, seja proveniente de resíduos vegetal ou animal (ANNEL,
2008a).
No Brasil a energia elétrica proveniente da biomassa da cana-de-açúcar, vem
tendo enorme destaque. Conforme a União da Indústria de Cana-de-Açúcar (UNICA) o
Brasil é o país que mais produz cana-de-açúcar no mundo (UNICA, 2017). Segundo
Ripolli (1999) a cultura canavieira apresenta enorme potencial para o aumento da
biomassa na matriz elétrica brasileira, sendo possível a transformação em energia elétrica
a partir do bagaço e da palha originado da colheita.
21
4.1.5 Energia geotérmica
Produzida a partir do calor do interior da terra a energia geotérmica é uma fonte
de energia limpa e sustentável, gerada por vapor quente oriundo do interior da terra. O
vapor é utilizado para movimentar grandes turbinas instaladas nas usinas termelétricas
gerando energia elétrica, porém essa matriz energética teve pouco desenvolvimento e
chamou menos atenção no mercado mundial (ANEEL, 2008).
4.1.6 Energia solar
Em países tropicais em que a incidência de raios solares é alta, como por exemplo
o Brasil, a utilização de energia solar é altamente rentável e de grande economia. Utilizada
há mais de 100 anos a energia fotovoltaica ajudou a levar energia elétrica a milhares de
casas, principalmente em regiões de acesso difícil. A utilização de energia solar gera
benefícios tanto socioeconômicos, quanto ambientais (SOLAR, PORTAL, 2018).
Considerada uma fonte inesgotável, limpa e gratuita a energia solar vem ganhando
espaço no atual cenário elétrico mundial. A transformação dos raios solares em energia
elétrica é obtida por meio de um sistema fotovoltaico. O sistema utiliza placas de silício,
que são capazes de criar um campo elétrico, permitindo a geração de eletricidade, esse
sistema e capaz de produzir eletricidade até em dias com pouca radiação solar (ANEEL,
2008).
Os sistemas fotovoltaicos podem ser utilizados tanto conectados à rede elétrica ou
por armazenamento em baterias e posterior utilização pelo usuário. O seu uso atende
desde o consumo em pequenas residências, a grandes demandas, por meio de usinas
geradoras instaladas que podem atender uma indústria.
4.2 Radiação solar
Os raios solares que atingem a superfície terrestre, podem sofrer alterações de uma
região para outra. Essas mudanças geralmente ocorrem por fatores como a nebulosidade,
latitude, época do ano, hora do dia, entre outros fatores (WANDERLEY, 2012).
Anualmente toda a extensão do planeta recebe cerca de 3 x 1024 Joules de energia,
algo que gira aproximadamente em torno de 9,5 x 104 Terawatts de energia solar. Esse
22
valor ultrapassa 10000 vezes o consumo elétrico mundial, sendo capaz de suprir toda a
demanda energética (MACHADO; MIRANDA, 2015).
4.2.1 Capacidade brasileira para a produção de energia solar
Por ser um pais quase todo tropical o Brasil apresenta bons índices para a geração
de energia solar em toda sua extensão, tendo médias de irradiação solar entre (1500-2.500
KWh.m-²) são valores maiores aos principais países da Europa, como Alemanha (900-
1250 Wh.m-²), França (900 - 1650 Wh.m-²) e Espanha (1200-1850 Wh.m-²), países aonde
a geração de energia solar é alta (PEREIRA et al. 2006). A figura 3 representa a radiação
solar global média no Brasil.
Figura 3 - Média da radiação solar no território brasileiro.
Fonte: Pereira et al. (2006).
Conforme observado na figura 3, as regiões com maior potencial para a geração
de energia fotovoltaica se encontram no Goiás, Tocantins, Minas Gerais e na região
Nordeste. Mesmo apresentando um bom índice para a geração de energia solar, o Brasil
no final de 2016, só utilizava cerca de 81 MWp de energia fotovoltaica, apresentando
uma parcela de pouco mais de 0,05% da produção total de energia gerada no país (MME,
2015).
23
4.3 Histórico da energia fotovoltaica
4.3.1 Efeito fotovoltaico
A energia solar fotovoltaica é gerada a partir da conversão de radiação solar em
eletricidade por auxílio de materiais semicondutores, fenômeno conhecido como efeito
fotovoltaico. Esse fenômeno caracteriza-se por materiais que possuem uma banda de
energia totalmente preenchidas por elétrons (banda de valência) é outra completamente
vazia (banda de condução) (CARMARGO, 2017).
Atualmente o material, mais utilizado em semicondutores é o silício. Os átomos
são formados por quatro elétrons que fazem a ligação com os vizinhos, criando um
conjunto cristalino. Quando o mesmo é dopado com material tipo o fósforo, que tem cinco
elétrons de ligação, ocorre a sobra de um elétron, assim esse excesso cria uma pequena
energia térmica, tornando o fósforo um doador de eletros, criando um dopante tipo n
(CÂMARA, 2011).
Quando utilizado o boro, que possui três elétrons, ocorre a falta de um elétron para
suprir as ligações com os átomos da rede. Esse efeito é conhecido como buraco ou lacuna,
fazendo com que ocorra pouca energia térmica, ocasionando o deslocamento deste
buraco. Quando utilizado materiais assim é denominado um dopante p. Quando utilizado
metade do átomo de boro, a outra metade de fósforo, e criado a junção pn. A figura 4
retrata o efeito fotovoltaico (CÂMARA, 2011).
Figura 4 - Demonstração do efeito fotovoltaico.
Fonte: Câmara (2011).
24
4.3.2 História da energia fotovoltaica
O efeito fotovoltaico foi constatado por Edmond Becquerel em 1839 ao perceber
que quando um material semicondutor era exposto a luz, gerava uma pequena diferença
de potencial. Em 1883, Charles Fritts desenvolveu a primeira bateria solar utilizando
selênio, mesmo tendo um pouco mais de 1% de eficiência energética, tornando um grande
avanço na época para a geração de energia solar (BERTOLI, 2012).
Em 1877, W. G. Adams junto com R. E. Day, desenvolveram o primeiro
dispositivo capaz de gerar eletricidade quando expostos a luz, utilizando dos princípios
fotocondutores de selênio, apresentaram dispositivos com uma baixa eficiência energética
algo em torno de 0,5%, mas eram capazes de gerar energia elétrica. Em 1905, Albert
Einstein contribuiu para o desenvolvimento da energia fotovoltaica explicando o efeito
fotoelétrico contribuindo para melhoria da tecnologia solar (VALLÊRA, 2006).
Somente em 1954, foram divulgados os primeiros resultados dos estudos feitos
em laboratório sobre as células fotovoltaicas a base de cilicio, juntamente com os
resultados apresentados, Chapin e seus colabores apresentaram a primeira célula
fotovoltaica (Figura 5) constatando uma eficiência de cerca de 4,5% (BRITO, 2006).
Figura 5 - Imagem da patente da primeira célula solar.
Fonte: Brito (2016).
A indústria fotovoltaica obteve crescentes resultados na produção de painéis
solares. No ano de 1978 a produção já excedia a marca de 1 MWp.ano-1, sendo os Estados
Unidos, um dos líderes mundiais na produção fotovoltaica na década de 90. Em 1998
25
alcançou a marca de fabricação mundial de 150 MWp.ano-1 de células fotovoltaicas
(GTES, 2004).
Figura 6 - Maiores geradores de energia solar.
Fonte: MME (2017).
Nos últimos anos a Energia Solar vem ganhando espaço no mercado mundial
(Figura 6), principalmente em países da Europa e Ásia. Os países pioneiros na utilização
de energia solar do mundo como Alemanha, Itália, EUA a China foi o que obteve o maior
investimentos no ramo, se tornando o maior gerador de energia solar do planeta (MME,
2017).
4.4 Sistemas de energia solar fotovoltaica
Os sistemas fotovoltaicos podem ser montados de três formas diferentes: isolados,
híbridos e interligados a rede. O uso de cada sistema é escolhido de acordo com a
necessidade do projeto, da avaliação financeira, etc.
4.4.1 Sistemas autônomos ou isolados (OFF GRID)
Esse tipo de sistema não necessita da energia elétrica convencional para funcionar
(Figura 7). Ele pode ser usado de duas maneiras: com armazenamento e sem
26
armazenamento. O primeiro é empregado em iluminação pública e em aparelhos que
utiliza pouca energia, para a utilização em grandes potencias é inviável, pois necessita de
grandes baterias, deixando economicamente caro sua implantação. Já o segundo toda
energia produzida é consumida instantaneamente, assim não é necessário utilizar baterias
para o armazenamento da energia produzida, tornando o sistema mais econômico, esse
modelo é constante utilizado para bombear água (PEREIRA & OLIVEIRA, 2011).
Esse tipo de sistema não é muito utilizado por necessitar acumular energia, para o
uso a noite ou em dias com baixa irradiação solar, esse sistema necessita de uma grande
área para a instalação de baterias, além de ter uma grande perda de energia por meio de
calor, essa perca acontece especialmente no verão. (PERLOTTI, 2012).
Figura 7 - Sistema Off-Grid
Fonte: NeoSolar (2017a).
4.4.2 Sistemas ligados à rede (ON GRID)
É um sistema que trabalha junto a rede elétrica (Figura 8). De forma básica a
energia elétrica gerada pelos painéis em corrente contínua, depois que transformada é
introduzida a rede elétrica, o que se torna desnecessário o seu armazenamento em baterias.
Essa conversão é realizada por um inverso de frequência, que liga o sistema elétrico com
o painel, esse tipo de sistema exige pouca manutenção (PEREIRA & OLIVEIRA, 2011).
27
Figura 8 - Sistema On-Grid
Fonte: NeoSolar, (2017a).
4.4.3 Sistemas híbridos
A fusão de outras fontes de energia com o sistema fotovoltaico constitui-se o
sistema híbrido. Tem como principal vantagem possibilitar energia elétrica (armazenada
em baterias) em dias com baixa ou até mesmo nenhuma geração de energia, ocasionado
em dias com baixa luminosidade. Porém é um sistema bastante complexo, pois necessita
agregar outras formas de geração de energia elétrica como motor a diesel (PEREIRA &
OLIVEIRA, 2011).
4.5 Vantagens do Sistema Fotovoltaico
Entre as vantagens empregando o uso do sistema fotovoltaico pode-se citar:
• Uma fonte limpa e renovável. Sendo que a produção dos aparelhos implantados
no sistema existe um rigoroso processo de fiscalização, visando o mínimo de
poluição ao meio ambiente (CEZAR & SANTOS, 2010).
• Exige pouca manutenção durante sua vida útil.(RÜTHER, 2004).
• É um sistema em que não polui o meio ambiente e não emite barulho durante a
geração de energia (RÜTHER, 2004).
• A cada ano os painéis solares veem tendo uma crescente evolução tecnológica,
produzindo sistemas com mais eficiência e diminuindo o seu custo de produção
(ENERGIA, 2017).
28
• Proporciona uma excelente economia, em comparação com o valor investido
apresentando um ótimo retorno financeiro, já que após instalação a economia na
conta de energia é alta e gastos com manutenção é mínima (ENERGIA, 2017).
• É uma ótima opção para a geração de energia elétrica em baixa escala para regiões
de difícil acesso (ECOA, 2019).
4.5.1 Desvantagens do sistema fotovoltaico
Entre as desvantagens da utilização desse sistema pode-se citar:
• Existe uma oscilação de energia produzida pelos painéis solares em dias com
pouca radiação solar, chuva e durante a noite não há geração de energia
(ENERGIA, 2017).
• Por apresentar pouca disponibilidade no mercado, a aquisição de um sistema
fotovoltaico (desde o projeto até a instalação) se torna um pouco caro
(ELEKTSOLAR, 2019).
• Apesar do avanço tecnológico no desenvolvimento dos painéis solares eles possui
um rendimento de 25% (ECOA, 2019).
• O Brasil apesar de possui excelentes taxas de irradiação solar, não há incentivos
(financeiros e fiscais) do governo para o uso dessa fonte (SOLAR, 2018).
4.6 Componentes de um sistema de energia solar fotovoltaica
4.6.1 Painéis Solares
O painel solar é o componente essencial quando se fala em geração de energia
fotovoltaica. O componente é composto de células fotovoltaicas, que quando exposto a
luz cria uma diferença de potencial elétrico gerando uma corrente elétrica, geralmente
essas células é colocada em série ou em paralelo de acordo com as tensões ou correntes
exigidas. O aglomerado destas células é denominado gerador fotovoltaico (PEREIRA &
OLIVEIRA, 2011). Os painéis solares geralmente são formados por um ou mais painéis,
sendo dimensionado de acordo com a necessidade de consumo elétrico (NEOSOLAR,
2019 b).
29
Atualmente encontram-se três tecnologias no mercado buscando aperfeiçoar a
produção de células fotovoltaicas, a maior parte é de silício.
4.6.1.1 Painel solar monocristalino
Os painéis monocristalino são produzidos por um único cristal de silício (silício
puro), sendo o mesmo introduzido no silício fundido, esse procedimento é conhecido
como processo Czochralski (Figura 9). Sendo um dos painéis com maior eficiência do
mercado, cerca de 15 a 22%. Durante o processo é inserido uma pequena parcela de boro
no cristal, tornando ele um semicondutor dopado do tipo p. No decorrer do procedimento
é formado um lingote, sendo o mesmo separado em pequenas parcelas, o mesmo é
introduzido a uma grande temperatura, também é inserido fósforo, assim é criado a junção
p-n1 (MACHADO; MIRANDA, 2015).
Figura 9 - Processo de Czochralski.
Fonte: Machado & Miranda (2015)
4.6.1.2 Painel solar policristalino
Nesse modelo não é utilizado o método de Czochralski, o silício policristalino
(Figura 10) possui uma eficiência menor que o monocristalino algo em torno de 13 a
16,5%, apesar de ser produzido pela mesma matéria prima, ele é constituído de vários
cristais, diferente do método anterior que utiliza somente um (BENEVENUTO, 2016).
30
Figura 10 - Painel solar policristalino.
Fonte: Portal Solar (2017).
4.6.1.3 Painel de filme-fino
Cerca de 12% da fabricação mundial é feita pela tecnologia de filmes-finos
(Figura 11), essa tecnologia é produzida pela pulverização de finas camadas de silício
sobre uma base rígida ou flexível, por consumir uma quantidade menor de material o seu
custo para fabricação é baixo, sua produção em larga escala é facilitada, quando
comparada a outros materiais. Porém, ao se comparar com o silício cristalino, esse
sistema, possui uma eficiência menor, necessitando de maiores áreas para gerar a mesma
energia que o sistema cristalino, elevando seu custo de instalação (VILLALVA;
GAZOLI, 2012).
Figura 11 - Painel de filme-fino.
Fonte: Portal Solar (2017).
31
4.6.2 Controladores de carga
Utilizados principalmente nos sistemas isolados, aonde a variação da energia
produzida é maior. Os controladores são responsáveis por fazer o controle de carga que é
armazenado nas baterias, impedindo as descargas e sobrecargas geradas pelo sistema,
tornando o tempo de vida útil das baterias maior (WANDERLEY, 2012).
No mercado encontra-se diferentes tipos de controladores de cargas, um dos
modelos mais desenvolvidos possui o MPPT (Maximum Power Point Tracking –
rastreamento do ponto de máxima potência). Esse mecanismo tem fundamental
importância para o sistema fotovoltaico, pois a partir dele é possível obter um rendimento
maior das placas, obtendo resultados melhores na transformação de energia solar em
elétrica para o consumidor, outras maneiras de também evitar sobrecargas nas baterias e
assim prolongar sua vida útil são: interromper o circuito dos geradores é curto-circuitando
os painéis (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Nos controladores tipo em série é possível desligar o sistema das baterias quando
elas atingem seu nível máximo de carga, isso é feito através de uma chave instalada no
sistema, conforme apresentado na figura 12 (ANTONIO, 2010).
Figura 12 - Controladores de carga em série.
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
Já nos controladores montado em paralelo dispõe de uma chave instalada no
início das placas fotovoltaicas, dessa forma quando alcançado a tensão máxima na bateria,
os painéis recebem um curto-circuito, conforme demostrado na figura 13. Esse sistema é
o mais utilizado nos sistemas fotovoltaicos, pois possui um rendimento maior com as
baterias e tem um baixo consumo de energia (ANTONIO, 2010).
32
Figura 13 - Controlador montado em paralelo.
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
No sistema que utiliza os rastreadores MPPT, é instalado um conversor CC-CC
no início dos painéis, nesse modelo através de um sistema de rastreio, é possível obter o
melhor funcionamento do sistema fotovoltaico, fazendo com que se tenha um
desempenho melhor em relação aos outros modelos, sendo a saída do conversor regulada
para a tensão de carga da bateria, conforme demostrado na figura 14 abaixo. Por ser um
sistema mais complexo esse tipo de controlador é mais caro do que os outros modelos
mostrados anteriormente. (ANTONIO, 2010).
Figura 14 - Controlador MPPT.
Fonte: TEMsustentável (2019).
33
4.6.3 Inversores
Os inversores têm como principal função transformar a corrente continua (CC)
em corrente alternada (CA), garantindo que o sistema transforme a energia solar gerada
pelos painéis em energia elétrica com total proteção, além de fazer a inversão das
correntes o mesmo também aferi a energia produzida pelo sistema (SOLAR, PORTAL,
2019).
Atualmente no mercado existe vários tipos de inversores disponíveis, sendo que o
modelo escolhido deve atender as necessidades de cada sistema fotovoltaico, dentre esses
inversores podemos destacar os que são mais utilizados: on-grid (inversor utilizado em
sistema conectados à rede elétrica), off-grid (utilizado em sistema que utiliza baterias para
o armazenamento de energia), inversor híbrido (trabalha em conjunto com a rede elétrica
e com o banco de baterias) (SOLAR, 2019).
4.6.4 Baterias
Utilizadas principalmente no sistema off-grid, e nos sistemas híbridos a bateria
permite que a energia transformada durante o dia seja armazenada, possibilitando que
durante as horas em que não haja a transformação de energia solar em eletricidade (a
noite) seja mantido o fornecimento elétrico. Na maioria dos sistemas fotovoltaicos
empregasse as baterias de chumbo-ácido, cuja sua vida útil é maior que as demais
existentes no mercado (Carvalho, 2013). Atualmente no mercado existem modelos de
baterias mais sofisticados que também são empregados nos sistemas fotovoltaicos como
por exemplo íon de lítio, Níquel-Cádmio, Níquel-hidreto, porém por apresentar um alto
valor comercial se torna improprio sua utilização nos sistemas residenciais (GTES, 2004).
As baterias de chumbo-ácido são bastante empregadas no sistema fotovoltaico por
apresentar um baixo valor é por encontrar vários tipos de modelos existentes no mercado.
Esse tipo de bateria pode ser selada (VRLA) ou abertas. As baterias do tipo seladas não
se fazem necessários a verificação do nível de água durante sua vida útil, assim há pouca
manutenção. Diferentemente das baterias de chumbo-ácido aberta que necessita de
manutenção com frequência para a verificação do nível de eletrólito, prolongando sua
vida útil (GTES, 2004).
34
4.7 Viabilidade econômica
4.7.1 Valor presente líquido
O valor presente líquido (VPL) é utilizado em projetos fotovoltaicos para somar
os valores de fluxo de caixa, que ocorrem durante a vida útil do sistema, sendo usado na
tomada de decisão sobre investimentos. Na equação 1 abaixo é possível calcular o VPL
do sistema fotovoltaico. Para saber se o sistema é viável, calculasse o VPL e se o resultado
for maior ou igual a zero se torna viável a execução do sistema, se o resultado for menor
que zero não se torna viável a execução do projeto (ROSS, S. A, 2007).
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = −𝐹𝐹𝐹𝐹0 + �
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹(1 + 𝑖𝑖)𝑘𝑘
𝑁𝑁
𝐾𝐾=1
(1)
Onde:
FC0 = Valor do investimento inicial
FCk = Valores de entrada ou saída do caixa em cada período de tempo
k = Período de tempo
i = taxa mínima de atratividade do projeto
4.7.2 Taxa interna de retorno
A taxa interna de retorno (TIR) é utilizada para determinar quando o valor inicial
aplicado no sistema será zero, na equação 2 abaixo é possível calcular o TIR. Para a
tomada de decisão é necessário comparar o valor do TIR com o taxa mínima de
atratividade (TMA), sendo que se o TMA for maior significa que é economicamente
atrativo executar o projeto, quando menor não se torna viável sua execução (Gitman,
2007).
35
0 = −𝐹𝐹𝐹𝐹0 + �
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹(1 + 𝑖𝑖)𝑘𝑘
𝑁𝑁
𝐾𝐾=1
(2)
Onde:
FC0 = Valor do investimento inicial
FCk = Valores de entrada ou saída do caixa em cada período de tempo
k = Período de tempo
4.7.3 Payback descontado
O payback descontado será utilizado nesse trabalho para determinar quanto tempo
será necessário para que o valor do capital investido no sistema seja recuperado. Segundo
Gitman (2007) o payback descontado é o tempo necessário para que o valor investido no
sistema possa ter retorno, onde o valor do dinheiro varia de acordo com o tempo.
36
5 - METODOLOGIA
O trabalho utilizará como base um modelo de complexo multifamiliar semelhantes
aos entregues no programa Minha Casa Minha Vida, os dados técnicos desse complexo,
representado na Figura 15. Por apartamento são:
• sala, cozinha, varanda, dois quartos e banheiro social. • área interna de cada apartamento com 47,92 m2. • área do apartamento com 56,5 m2.
Figura 15 - Layout do primeiro pavimento.
Fonte: Autor (2019).
37
Esse trabalho consiste em um estudo de viabilidade econômica com a implantação
de um sistema fotovoltaico em um conjunto multifamiliar no município de Barra do
Garças-MT, este estudo foi desenvolvido através da realização de várias etapas assim
exemplificado no fluxograma da figura 16 e baseados no referencial teórico abordado.
Figura 16: Fluxograma metodológico do trabalho
Fonte: Autor (2019).
O residencial foi planejado para ter um total de 16 apartamentos distribuídos em
quatro pavimentos, sendo quatro apartamentos por andar. A figura 15 apresenta o layout
de um pavimento, sendo os outros pavimentos iguais.
O presente trabalho utilizara um modelo de painéis solares utilizados por uma
empresa da região que faz o uso da mesma em projetos residenciais e comerciais na
cidade, será feito um levantamento provável de geração de energia solar por uma placa
no horário de maior incidência solar em Barra do Garças-MT, após feito essa estimativa,
foi multiplicada pelo total de placas solares instaladas na cobertura do provável
residencial, sendo possível desta maneira obter a capacidade de geração diária da mini
usina, e consequentemente a geração mensal e anual do sistema instalado.
Depois de dimensionar as placas na área de cobertura disponível e calcular os
gastos para a implantação do sistema fotovoltaico, o próximo procedimento foi fazer um
levantamento da possível energia elétrica gerada pelos painéis solares e
consequentemente foi possível fazer um levantamento da estimada economia gerada pelo
sistema. Tendo em vista que esses apartamentos são utilizados por famílias de baixa renda
Etapa 1:Levantamento e
Revisão Bibliográfica
Etapa 2:Coleta de Dados
Etapa 3:Calculo dos
dados
Etapa 4:Resultados e Conclusões
38
a proposta desse trabalho tem como finalidade mostrar a possível economia gerada para
as famílias com a energia elétrica gerada pelo sistema implantado.
5.1 Tarifa da energia para residências em Mato Grosso
Segundo a Energisa (2019), as tarifas vigentes para os consumidores estão
exibidas na tabela 1.
Tabela 1 - Tarifas vigentes para consumidores residenciais grupo B1.
TARIFA CLASSES CONSUMO (R$/kWh)
B1
Residencial sem benefício 0,62684 Residencial Br – consumo até 30 kWh 0,19770
Residencial Br – consumo de 31 a 100 kWh 0,33892 Residencial Br – consumo de 101 a 220 kWh 0,50839 Residencial Br – consumo acima de 220 kWh 0,56488
Fonte: adaptado Energisa (2019).
Para a simulação de cálculo do valor da energia, foi usado o valor da tarifa de
(consumidores residenciais do grupo B1 da classe Residencial Br – consumo de 101 a
220 kWh).
5.2 Redução na eficiência dos módulos solares
Segundo Pinho e Galdino (2014), a eficiência dos módulos varia de acordo com
sua vida útil, essa redução no desempenho do sistema varia entre 0,5% a 1% ao ano. Para
o estudo desse caso foi aplicado uma redução no desempenho do sistema de 1% ao ano.
5.3 Manutenção do sistema
Segundo Souza (2015) ao longo de sua vida útil do sistema é necessário fazer
algumas manutenções preventivas para manter o bom funcionamento do sistema, essa
manutenção varia anualmente entre 0,5 a 1% do valor inicial do sistema. Para o estudo
desse trabalho foi utilizado o valor de 1%.
39
6 - DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
6.1 Radiação solar
Para a realização do projeto é necessário obter o histórico de irradiação mensal na
região de Barra do Garças – MT, assim será possível obter o máximo de aproveitamento
anual que o sistema será capaz de gerar. Nesse trabalho foram utilizados os dados de
irradiação solar do site da CRESESB por meio do programa SunData, conforme a Tabela
2.
Tabela 2 - Irradiação Solar Diária Média Mensal [kWh/m2.dia] em Barra do Garças – MT.
Ângulo/Mês Plano
Horizontal Ângulo igual a
latitude Maior média
anual Maior mínimo
mensal 0° 15° N 17° N 9° N
Janeiro 5.47 5,07 5,00 5,26 Fevereiro 5.62 5,40 5,35 5,52
Março 5.30 5,34 5,33 5,36 Abril 5.31 5,70 5,73 5,58 Maio 4.93 5,63 5,70 5,38 Junho 4.62 5,43 5,51 5,14 Julho 4.88 5.67 5,75 5,39
Agosto 5.41 5,97 6,02 5,78 Setembro 5.43 5,61 5,61 5,57 Outubro 5.51 5,37 5,34 5,46
Novembro 5.33 4,99 4,93 5,15 Dezembro 5.51 5,06 4,98 5,26
Média 5,28 5,44 5,44 5,40 Fonte: SunData.
Seguindo as orientações de uma empresa especializada em painéis fotovoltaicos
da cidade, nesse trabalho foi utilizado a maior média anual fornecido pelo SunData, sendo
utilizado uma inclinação de 17° N, assim é possível obter uma maior geração de energia
além de obter maior rentabilidade do sistema ao longo de sua vida útil.
40
6.2 Estimativa da potência instalada para o dimensionamento do sistema
fotovoltaico
Para o correto dimensionamento do sistema fotovoltaico é necessário ter o
consumo médio de energia elétrica das residências, segundo o Anuário Estatístico de
Energia Elétrica de 2018, ano base 2017 o consumo médio de energia elétrica residencial
no estado de Mato Grosso em 2017 foi de 214.3 Kwh mês-1, para o estudo desse trabalho
foi utilizado esse consumo médio da EPE (EPE, 2018a).
De acordo com a proposta desse estudo o conjunto habitacional contara com um
total de 16 famílias, totalizando um consumo final de 41145.6 Kwh ano-1.
6.3 Especificações do módulo
Para a realização desse trabalho foi utilizado o módulo CS6X-335P da empresa
Canadian Solar® (Anexo A), com dimensões de 1,971 m de comprimento por 0,995 m de
largura, uma voltagem de máxima potência (Vmp) de 37,4 V, corrente máxima potência
(Imp) de 8,96 A, peso aproximado de 27,5 kg, tensão de circuito aberto (Voc) de 45,8 V,
corrente de curto circuito (Isc) de 9,54 A, eficiência de 17,16% e temperatura de
funcionamento entre -40 a 85 °C (CANADIAN SOLAR INC, 2019).
Para dimensionar a quantidade de painéis solares (NP) necessário para a geração
de energia solar é preciso levar em conta dados como a radiação solar da região, o
consumo anual de energia elétrica consumida, o modelo de placas solares escolhida
quanto a sua eficiência e sua área, os quais serão demostrados na equação 3.
𝑁𝑁𝑉𝑉 =𝐹𝐹𝐶𝐶
𝑀𝑀𝐶𝐶 × 𝐴𝐴𝐴𝐴 × 𝐸𝐸𝐴𝐴 × 𝐸𝐸𝐸𝐸 × 𝐷𝐷
(3)
Sendo:
Ca = Consumo anual de energia
Ma = Maior média de irradiação solar
Ap = Área do painel
Ep = Eficiência do painel
Es = Eficiência do sistema
41
D = dias ensolarados no ano
Utilizando a equação acima e substituindo pelos valores especificados, temos que
o resultado será de 77 painéis, dispostos como apresentado na figura 16.
Figura 17 - Vista superior dos painéis solares.
Fonte: Autor (2019).
Utilizando a área de cobertura do residencial escolhido como modelo a fim de
utilizar um espaço ocioso e buscando aproveitar da melhor maneira a área disponível,
obedecendo um espaçamento de 40 cm entre cada linha de painéis para manutenções,
como consertos ou possíveis trocas de placas, e um espaçamento de 40 cm em relação ao
beiral e seguindo uma inclinação de 17° em relação a horizontal, (conforme a orientação
passada por uma empresa da região que trabalha com painéis solares), para um melhor
absorvimento da radiação solar, com os módulos sempre voltados para o norte, foi
possível fazer a implantação de 77 painéis, colocados da seguinte maneira: 12 linhas com
42
6 placas cada, 1 linhas com 3 placas e 1 linha com 2 placas, conforme mostrado na figura
16.
6.4 Especificações do inversor
Para a realização desse trabalho foi usado o inversor FRONIUS ECO, além da
escolha atender as necessidades do sistema esse modelo de inversor é utilizado pela
empresa que projeta e executa sistemas fotovoltaicos na região. O modelo de inversor é
o FRONIUS ECO 27.0-3-S (Anexo B) de dimensões de 0,725 x 0,51 x 0,225 m, eficiência
máxima de 98,3%, máxima corrente de entrada (Idc max) 47,7 A, máxima corrente de saída
(Iac nom) 39,0 A.
6.5 Valor da taxa mínima de atratividade
Usualmente a taxa mínima de atratividade (TMA) para pessoas físicas são
calculadas nos valores de rendimento da caderneta de poupança, para esse trabalho a
definição do TMA foi baseada nos rendimentos no período de janeiro de 2015 a dezembro
de 2018. Na tabela 3 abaixo foi calculado os TMA para os 48 meses.
Tabela 3 - Cálculo da rentabilidade média ao ano da caderneta de poupança entre janeiro de 2015 a dezembro de 2018.
Mês/Ano 2015 2016 2017 2018 Janeiro 0,5882% 0,6327% 0,6708% 0,3994%
Fevereiro 0,5169% 0,5962% 0,5304% 0,3994% Março 0,6302% 0,7179% 0,6527% 0,3885% Abril 0,6079% 0,6311% 0,5000% 0,3715% Maio 0,6159% 0,6541% 0,5768% 0,3715% Junho 0,6822% 0,7053% 0,5539% 0,3715% Julho 0,7317% 0,6629% 0,5626% 0,3715%
Agosto 0,6876% 0,7558% 0,5512% 0,3715% Setembro 0,6930% 0,6583% 0,5000% 0,3715% Outubro 0,6799% 0,6609% 0,4690% 0,3715%
Novembro 0,6303% 0,6435% 0,4273% 0,3715% Dezembro 0,7261% 0,6858% 0,4273% 0,3715%
Acumulado 7,7899% 8,0045% 6,422% 4,5308% Fonte: Adaptado da BACEN, 2019.
43
A rentabilidade média para os 48 meses foi de 6,6868% para o presente trabalho
foi adotado um TMA de 7%.
6.5 Custos de instalação
Foi realizado um orçamento numa determinada empresa na região de Barra do
Garças – MT com o intuito de verificar a análise de custos do sistema a ser instalado no
estudo de caso desse trabalho. A empresa realizou um orçamento no valor de R$
94.750,00. Desse valor, um total de R$ 68.211,00 seria destinado a compra dos módulos
geradores e outros componentes do sistema, e os outros R$ 26.539,00 seria destinado ao
pagamento da mão de obra e a elaboração do projeto. A empresa ofereceu uma forma de
pagamento dividida em 3 vezes, sendo uma entrada de R$ 68.211,00 uma parcela com 30
dias de R$ 13.269,50 e outra parcela com 60 dias de R$ 13.269,00, essa forma de
pagamento oferecida pela empresa não cobra juros, a empresa também ofereceu auxílio
para a obtenção de outra linha de financiamento oferecida por outras instituições.
6.7 Geração de energia esperada
A geração de energia gerada mensal (Em) equação 4 ao longo do primeiro ano de
funcionamento do sistema é representada na Tabela 4, sendo o cálculo dado em função
da eficiência do painel (Ep), eficiência do sistema (Es), área do painel (Ap), radiação solar
de cada mês (Rm), do número de dias ensolarados do mês (Nd) e o número de painéis
(Np).
𝐸𝐸𝐸𝐸 = 𝐸𝐸𝐴𝐴 × 𝐸𝐸𝐸𝐸 × 𝐴𝐴𝐴𝐴 × 𝑅𝑅𝐸𝐸 × 𝑁𝑁𝑁𝑁 × 𝑁𝑁𝐴𝐴 (4)
Na tabela 4 é possível observar a relação de energia gerada pelo sistema é
consumida pelos moradores, durante seu primeiro ano de utilização o sistema é suficiente
para atender toda a demanda de consumo elétrico dos moradores.
44
Tabela 4 – Geração e consumo de energia ao longo do primeiro ano de utilização do sistema.
Mês Energia Gerada Estimada (kwh)
Estimativa da Economia
com Energia Gerada (R$)
Energia Consumida em (kwh)
Energia Consumida em
(R$))
Janeiro 3213,21 1.633,05 3428,80 1.743,16 Fevereiro 3105,41 1.578,76 3428,80 1.743,16
Março 3425,28 1.741,38 3428,80 1.743,16 Abril 3563,55 1.811,67 3428,80 1.743,16 Maio 3663,06 1.862,26 3428,80 1.743,16 Junho 3426,73 1.742,11 3428,80 1.743,16 Julho 3695,19 1.878,59 3428,80 1.743,16
Agosto 3868,70 1.966,81 3428,80 1.743,16 Setembro 3488,92 1.773,73 3428,80 1.743,16 Outubro 3431,71 1.744,64 3428,80 1.743,16
Novembro 3066,02 1.558,73 3428,80 1.743,16 Dezembro 3200,35 1.627,03 3428,80 1.743,16
Já na Tabela 5 foi realizada uma projeção no aumento de consumo elétrico de 2%
ao ano para consumo residencial, uma perca de eficiência do sistema de 1% ao ano e um
aumento de 7% ao ano no valor da inflação da energia elétrica.
45
Tabela 5 - Energia e consumo ao longo da vida útil do sistema.
Ano Energia Gerada (kwh)
Energia Gerada (R$)
Energia Consumida
(kwh)
Energia Consumida (R$)
1 41148,18 20.915,62 41145,60 20.914,30 2 40736,70 22.156,69 41968,51 22.826,67 3 40329,33 23.471,67 42807,88 24.914,18 4 39926,04 24.861,94 43664,03 27.189,59 5 39526,78 26.336,69 44537,32 29.675,21 6 39131,51 27.900,77 45428,06 32.390,20 7 38740,20 29.554,89 46336,62 35.350,20 8 38352,79 31.307,38 47263,36 38.581,08 9 37969,27 33.166,15 48208,62 42.110,22 10 37589,57 35.131,21 49172,80 45.956,89 11 37213,68 37.213,68 50156,25 50.156,25 12 36841,54 39.420,45 51159,38 54.740,53 13 36473,13 41.758,08 52182,56 59.743,81 14 36108,39 44.236,39 53226,22 65.207,44 15 35747,31 46.861,15 54290,74 71.169,73 16 35389,84 49.637,79 55376,56 77.671,16 17 35035,94 52.581,94 56484,09 84.771,32 18 34685,58 55.701,57 57613,77 92.521,95 19 34338,72 59.004,23 58766,04 100.977,68 20 33995,34 62.503,83 59941,36 110.208,18 21 33655,38 66.210,24 61140,19 120.281,09 22 33318,83 70.136,14 62363,00 131.274.,11 23 32985,64 74.293,56 63610,26 143.269,38 24 32655,78 78.700,45 64882,46 156.366,72 25 32329,23 83.367,38 66180,11 170.658,64
Fonte: autor, 2019.
Na tabela 6, estão os dados relativos econômicos do projeto, sendo que esses
valores foram obtidos nas equações 1 e 2, considerando o aumento da tarifa de energia
elétrica ao longo da vida útil do sistema, além do aumento no consumo elétrico das
residências, foi também considerado a perca de eficiência do sistema de 1% ao ano. No
fluxo de saída foi considerado os gastos com manutenção de 1% do investimento sendo
reajustado a cada ano na mesma proporção da tarifa da energia elétrica.
46
Tabela 6- Análise econômica do sistema fotovoltaico instalado.
Ano Economia de energia gerada
Gasto com manutenção
Fluxo de caixa Fluxo de caixa descontado
VPL
1 R$20.915,62 R$0 R$20.915,62 R$19.547,31 R$-75.202,69 2 R$22.156,69 R$ 1.013,82 R$21.142,87 R$18.466,98 R$-56.735,71 3 R$23.471,67 R$ 1.084,79 R$22.386,88 R$18.274,36 R$-38.461,35 4 R$24.861,94 R$ 1.160,72 R$23.701,22 R$18.081,55 R$-20.379,80 5 R$26.336,69 R$ 1.241,97 R$25.094,72 R$17.892,19 R$-2.487,61 6 R$27.900,77 R$ 1328,91 R$26.571,86 R$17.705,95 R$15.218,34 7 R$29.554,89 R$1.421,94 R$28.132,95 R$16.547,62 R$31.765,96 8 R$31.307,38 R$1.521,47 R$29.785,91 R$17.335,67 R$49.101,63 9 R$33.166,16 R$1.627,98 R$31.538,17 R$17.154,67 R$66.256,30
10 R$35.131,21 R$1.741,94 R$33.389,27 R$16.973,41 R$83.229,71 11 R$37.213,68 R$1.863,87 R$35.349,81 R$16.794,44 R$100.024,15 12 R$39.420,45 R$1.994,34 R$37.426,11 R$16.617,64 R$116.641,79 13 R$41.758,08 R$2.133,95 R$39.624,13 R$16.442,61 R$133.084,40 14 R$44.236,39 R$2.283,32 R$41.953,07 R$16.270,12 R$149.354,52 15 R$46.861,15 R$2.443,16 R$44.417,99 R$16.099,12 R$165.453,64 16 R$49.637,79 R$2.614,18 R$47.023,61 R$15.928,52 R$181.382,16 17 R$52.581,94 R$2.797,17 R$49.784,77 R$15.760,58 R$197.142,74 18 R$55.701,57 R$2.992,97 R$52.708,60 R$15.594,57 R$212.737,31 19 R$59.004,23 R$3.202,48 R$55.801,75 R$15.429,65 R$228.166,96 20 R$62.503,83 R$3.426,65 R$59.077,18 R$15.266,67 R$243.433,63 21 R$66.210,24 R$3.666,52 R$62.543,72 R$15.105,13 R$258.538,76 22 R$70.136,14 R$3.923,18 R$66.212,96 R$14.945,14 R$273.483,90 23 R$74.293,56 R$4.197,80 R$70.095,76 R$14.786,48 R$288.270,38 24 R$78.700,45 R$4.491,65 R$74.208,80 R$14.630,01 R$302.900,39 25 R$83.367,38 R$4.806,06 R$78.561,32 R$14.474,86 R$317.375,25
Fonte: Autor, 2019.
Na Figura 17 é possivel ver que o VPL se torna possitivo a partir dos 6 anos de
utilização do sistema. Portanto, indica que o valor investido após os 6 anos é recuperado.
Figura 18 - Valor Presente Líquido ao longo da vida útil do sistema.
Já o payback conforme mostrado na figura 17 mostra que o tempo de retorno do
capital inserido começou a ser recuperado a partir de 5,16 anos, o que mostra que o
-100.000,00
0,00
100.000,00
200.000,00
300.000,00
400.000,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Valor Presente Liquido (VPL)
Anos
47
sistema retornará o dinheiro investido num tempo rápido, e levando em consideração que
o sistema tem uma vida útil de 25 anos, demostra ser um bom investimento.
Como o trabalho foi desenvolvido para um residencial multifamiliar a
distribuição da energia gerada pelo sistema ocorrera da seguinte maneira. Cada
apartamento vai ter seu próprio padrão, e toda a energia gerada pelo sistema será injetada
na rede elétrica pública, e será distribuída igualmente entre todos os apartamentos do
residencial, assim evitara que algum apartamento consuma mais que os outros, dessa
forma cada apartamento terá sua conta de luz separada e caso o consumo seja maior que
a geração do sistema irá pagar pelo excedente de energia separado.
48
7 - CONCLUSÃO
Este trabalho demostrou que, no caso estudado, o sistema fotovoltaico se tornou
rentável a partir dos 5,16 anos de utilização, demostrando ter um rápido retorno do
dinheiro investido, o sistema apresentado no caso atendeu quase que totalmente o
consumo elétrico das famílias durante os primeiros anos de uso.
Assim, é possível perceber que a implantação de sistemas fotovoltaicos em
residências multifamiliar pode representar um investimento positivo. Como a expectativa
de vida útil do sistema é de 25 anos de vida útil do sistema, gerando uma considerável
economia de longo prazo, sua aplicação pode ser considerada uma opção adequada
inclusive para famílias de baixa renda, foco deste tipo de moradia.
Sugere-se como pesquisas para futuros trabalhos, o estudo de implantação de um
sistema fotovoltaico para um condomínio multifamiliar, semelhantes aos entregues pelo
governo federal através do programa minha casa minha vida.
49
8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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53
ANEXO – A Especificações do módulo
54
55
ANEXO B – Especificações do inversor
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