Geração de Energia Fotovoltaica

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<p>01 DE ABRIL DE 2024</p><p>CABO DE SANTO AGOSTINHO - PERNAMBUCO</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO – UFRPE</p><p>UNIDADE ACADÊMICA DO CABO DE SANTO AGOSTINHO – UACSA</p><p>DISCIPLINA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA- 2024.1</p><p>PROFº.: MARCEL AYRES DE ARAÚJO</p><p>ATIVIDADE SEMANAL 1 – AS1</p><p>GERAÇÃO FOTOVOLTAICA</p><p>Atividade apresentada à Unidade Acadêmica do</p><p>Cabo de Santo Agostinho (UACSA), da</p><p>Universidade Federal Rural de Pernambuco</p><p>(UFRPE), em cumprimento das exigências da</p><p>disciplina de Produção de Energia Elétrica,</p><p>ministrada pelo Dr. Marcel Ayres de Araújo.</p><p>Discente: Antônio Guedes Torres dos Santos</p><p>1-Geração Fotovoltaica:</p><p>1.1-Definição Geral:</p><p>A geração fotovoltaica que conhecemos hoje tem sua base no efeito fotovoltaico, onde um</p><p>material semicondutor ao ser exposto a luz solar, converte-a em energia elétrica. Em suma,</p><p>os sistemas e usinas de geração fotovoltaica utilizam painéis compostos de tais materiais</p><p>semicondutores, bem como inversores de corrente, estes responsáveis pela conversão da</p><p>corrente contínua em alternada no nível da tensão da rede elétrica local.</p><p>1.2: Tipos de geração fotovoltaica:</p><p>On-Grid: São sistemas de geração fotovoltaica que operam conectados a rede elétrica,</p><p>onde a energia gerada pelos painéis durante o dia é utilizada parte para alimentar a unidade</p><p>consumidora e o excedente é injetado na rede elétrica. Tal excedente é convertido em</p><p>créditos, que ao final do ciclo de faturamento serão abatidos no consumo da unidade. O</p><p>calculo de geração e consumo é feito através de um medidor bidirecional.</p><p>Atualmente é o sistema mais utilizado e instalado pela sua praticidade e principalmente por</p><p>não necessitar de baterias para armazenar a energia que não foi consumida. Podemos</p><p>aplica esse tipo de sistema em locais que possuam conexão com a rede elétrica, tais como</p><p>casas, prédios e industrias.</p><p>Off-Grid: São sistemas de geração fotovoltaica isolados da rede elétrica, onde a energia</p><p>gerada pelos painéis durante o dia parte é utilizada para alimentar a unidade consumidora e</p><p>o excedente é armazenado em baterias. Durante a noite ou em cenários de baixa geração,</p><p>a unidade consumidora será alimentada pelas baterias. Sua principal desvantagem é a</p><p>necessidade do uso de baterias, uma vez que estas são custosas e necessitam de</p><p>substituição após certo tempo. A aplicabilidade de tal sistema é indicada para locais que</p><p>não possuam conexão com a rede elétrica, ou aplicações remotas como torres de</p><p>telecomunicação, sistemas de sinalização, acampamentos, dentre outros.</p><p>Híbridos: Esse tipo de sistema possui características combinadas dos dois sistemas</p><p>citados anteriormente. São dotados de um inversor híbrido conectado a rede elétrica e um</p><p>banco de baterias, em caso de queda da rede elétrica, o inversor alimentará a unidade</p><p>consumidora com a energia das baterias, de maneira semelhante a um nobreak. É utilizado</p><p>por locais que necessitam de uma fonte de energia ininterrupta, ou em locais onde a rede</p><p>elétrica é pouco confiável.</p><p>2-Geração Heliotérmica:</p><p>2.1-Definição Geral:</p><p>Também conhecida como energia termossolar, diferentemente do sistema fotovoltaico, esse</p><p>tipo de geração de energia caracteriza-se pela conversão indireta, onde o calor do sol é</p><p>concentrado através de um sistema de espelhos refletores de forma a aquecer um fluido</p><p>que moverá um conjunto de turbinas acopladas a um gerador, dessa forma, fazendo a</p><p>conversão da energia térmica para energia elétrica de forma limpa e isenta de gases</p><p>causadores do efeito estufa. A Alemanha lidera na utilização deste tipo de geração de</p><p>energia, com 34,1% da fatia mundial.</p><p>Podemos catalogar 2 principais tipos de usinas de geração heliotermica que serão</p><p>explicados a seguir.</p><p>2.2: Tipos de geração Heliotérmica:</p><p>Foco linear: Este tipo de sistema é caracterizado por refletores do tipo linear que são</p><p>responsáveis por focalizar a luz do sol em tubos instalados acima deles, dessa forma</p><p>aquecendo o fluido que passa nos tubos. Depois de aquecido, o fluido segue para o sistema</p><p>de turbinas que fará a conversão da energia térmica para elétrica.</p><p>Foco pontual: Este tipo de sistema é caracterizado por possuir uma torre central e um</p><p>conjunto de painéis refletores em volta, esses são responsáveis por focalizar a luz do sol no</p><p>ponto especifico da torre, onde haverá o aquecimento do fluido e após a conversão de sua</p><p>energia térmica em elétrica.</p><p>3- Principais componentes/equipamentos/estruturas utilizadas em sistemas</p><p>fotovoltaicos:</p><p>Painel fotovoltaico: Parte principal do sistema fotovoltaico, é responsável pela captação e</p><p>conversão da luz solar em energia elétrica de corrente contínua.</p><p>Inversor: Equipamento responsável pela conversão da corrente continua gerada pelos</p><p>painéis em corrente alternada no nível de tensão, frequência e forma de onda exigidos pela</p><p>rede elétrica da concessionária.</p><p>Stringbox: Caixa responsável por abrigar as proteções contra surtos elétricos e curto</p><p>circuito (Fusíveis e disjuntores).</p><p>4- Tecnologias/tipos de painéis fotovoltaicos:</p><p>Podemos elencar os principais tipos de painéis:</p><p>Painel solar de silício monocristalino: Tecnologia mais antiga e de maior eficiência (entre</p><p>15 e 22%), contudo são mais caros e desperdiçam mais material no processo de produção.</p><p>Painel solar de silício policristalino: Semelhantes aos painéis monocristalinos, porém</p><p>menos eficientes (entre 14 e 20%) e mais baratos.</p><p>Painel solar de silício amorfo (a-Si): são utilizados principalmente em aplicações de baixo</p><p>consumo de energia (tais como relógios de pulso e calculadoras) uma vez que a sua</p><p>geração e eficiência também são baixas.</p><p>Painel solar de telureto de cádmio (CdTe): Feitos com tecnologia de filme fino,</p><p>geralmente aplicados em usinas solares de grande porte, possuem eficiência de cerca de 9-</p><p>16%.</p><p>Painel solar de seleneto de cobre, índio e gálio (CIS /CIGS): Tecnologia de filme fino</p><p>com menos cadmio que a citada anteriormente, possui eficiência na faixa de 10-12%.</p><p>5- Princípios de cálculo da potência de empreendimentos de geração fotovoltaica:</p><p>Irradiação Solar: A potência de um sistema fotovoltaico depende da quantidade de</p><p>radiação solar que incide sobre os painéis solares. Esse valor varia de acordo com a</p><p>localização geográfica do empreendimento e as condições climáticas da região.</p><p>Área Disponível: Quanto maior a área, maior será a capacidade de geração de energia.</p><p>Eficiência dos Painéis Solares: Painéis mais eficientes conseguem converter uma maior</p><p>quantidade de radiação solar em eletricidade.</p><p>Orientação e Inclinação: A orientação e a inclinação dos painéis solares afetam</p><p>diretamente a quantidade de radiação solar que eles recebem.</p><p>Perdas no Sistema: Durante a conversão da radiação solar em eletricidade, há perdas de</p><p>energia devido a vários fatores</p><p>Consumo de Energia: Isso garantirá que o sistema seja dimensionado adequadamente</p><p>para atender à demanda da unidade consumidora.</p><p>Considerando os fatores explicados anteriormente, podemos utilizar a seguinte formula para</p><p>o dimensionamento de um sistema fotovoltaico:</p><p>𝑃𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠(𝑘𝑊𝑃) =</p><p>𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 − 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑓𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒(𝑒𝑚 𝑘𝑤)</p><p>𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 × 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 × 30,4</p><p>6- Princípios para análise de viabilidade técnica, econômica e ambiental:</p><p>Para análise de viabilidade da instalação de um sistema fotovoltaico, deve-se considerar:</p><p>Quanto a viabilidade técnica: Se a edificação possui estrutura para suportar o peso dos</p><p>módulos fotovoltaicos, se os condutores da rede elétrica ao qual o sistema será conectado</p><p>estão em bom estado e possuem bitola suficiente para as correntes do projeto.</p><p>Quanto a viabilidade econômica: Deve se previamente fazer uma análise do potencial</p><p>de</p><p>geração do local a ser instalado o sistema, bem como dos custos de energia do cliente</p><p>antes da instalação e uma estimativa destes após a instalação, de forma a garantir que o</p><p>investimento na instalação será válido.</p><p>Quanto a viabilidade ambiental: deverá ser consultado as legislações locais acerca das</p><p>restrições a instalação dos módulos fotovoltaicos, bem como a eventuais licenças que</p><p>possam ser necessárias para instalação, sobretudo para medias e grandes usinas.</p><p>7- Documentação para licenciamento ambiental:</p><p>Como trata-se do uso de recursos naturais e/ou modificação do ambiente, torna- se</p><p>necessário o licenciamento ambiental junto aos órgãos do Sistema Nacional de Meio</p><p>Ambiente e Ministério do meio ambiente, conforme previsto na Lei Federal n.º 6938 de 1981</p><p>“a construção, a instalação e o funcionamento de estabelecimentos e atividades utilizadores</p><p>de recursos ambientais, efetiva ou potencialmente poluidores ou capazes, sob qualquer</p><p>forma, de causar degradação ambiental, dependerão de prévio licenciamento ambiental”.</p><p>Tal analise tem por objetivo analisar os possíveis riscos que o empreendimento trará ao</p><p>meio ambiente, de forma a propor soluções para redução dos mesmos. No Brasil, o</p><p>processo para licenciamento ambiental é composto de 3 fases, são elas:</p><p>-Licença previa: responsável por aprovar a viabilidade do projeto apresentado no local</p><p>solicitado;</p><p>- Licença de instalação: responsável por autorizar a instalação do empreendimento;</p><p>- Licença de operação: Esta autoriza o início das operações do empreendimento.</p><p>8. Documentação para licenciamento e conexão ao sistema elétrico:</p><p>A documentação necessária pode variar a depender da concessionária, no entanto são</p><p>solicidados os seguintes documentos:</p><p>9. Potencial fotovoltaico brasileiro e mundial</p><p>O Brasil possui um imenso potencial para geração de energia solar fotovoltaica,</p><p>principalmente nas regiões norte e nordeste por estarem situadas próximas a linha do</p><p>equador. No ano de 2023, segundo dados da ANEEL e ABSOLAR, a potência instalada foi</p><p>de 37,2GW, divididos entre geração distribuída (GD) e Geração centralizada (GC).</p><p>No âmbito mundial, a capacidade instalada já é superior a 1 terwatt, os países que se</p><p>destacam no uso da energia solar fotovoltaica em ordem decrescente são: China, com 392</p><p>GW, EUA com 111 GW, Japão com 78,8 GW, Alemanha com 66,5 GW, Índia com 62,8 GW,</p><p>Brasil com 37,2 GW, Austrália com 26,7 GW, Itália com 25 GW, Brasil com 37,2 GW,</p><p>Holanda com 22,5 GW e Coreia do Sul com 20,9 GW.</p><p>● Referências:</p><p>- Energia fotovoltaica – Como funciona a energia elétrica solar. Disponível em:</p><p><https://www.portalsolar.com.br/energia-fotovoltaica.html>. Acesso em 29 de março</p><p>de 2024</p><p>- SOLAR, E. DE E. DO C. Licenciamento ambiental de usinas solares fotovoltaicas.</p><p>Disponível em: <https://canalsolar.com.br/licenciamento-ambiental-de-usinas-</p><p>solares-fotovoltaicas/>. Acesso em 29 de março de 2024</p><p>- Energia heliotérmica: o que é e como funciona - eCycle. Disponível em:</p><p><https://www.ecycle.com.br/energia-heliotermica/>. Acesso em 31 de março de</p><p>2024</p><p>- Painel Solar: Saiba Tudo Aqui. Disponível em:</p><p><https://www.portalsolar.com.br/painel-solar>. Acesso em 31 de março de 2024</p><p>- A energia solar no Brasil e no Mundo | Tudo sobre energia solar fotovoltaica.</p><p>Disponível em: <https://www.portalsolar.com.br/energia-solar-no-mundo>. Acesso</p><p>em 31 de março de 2024.</p>