Dimensionamento do sistema fotovoltaico on-grid: estudo de caso de uma residência unifamiliar na cidade de Cruz das Almas - BA

Abstract

RESUMO: No decorrer dos anos, a geração de energia elétrica desenvolveu-se e aperfeiçoou recursos para obter uma melhor qualidade de vida, assim passando por vários avanços tecnológicos que paralelamente despertou a preocupação para reduzir os impactos ambientais, em parte provocada pela emissão de gases de efeito estufa (CO2), bem como impulsionadas pelo protocolo de Quioto, no ano de 2005 e Acordo de Paris em 2015. Desse modo, a demanda energética se desloca para fontes alternativas de geração de energia limpa e renovável, tornando o cenário atual de energia solar positivo e otimista tanto para o presente quanto para o futuro, possibilitando a instalação do sistema fotovoltaico, que é a conversão direta da radiação do sol em eletricidade. Nessa perspectiva, o objetivo geral dessa pesquisa é analisar um estudo prático de dimensionamento do sistema fotovoltaico on-grid para reduzir os custos das mensalidades de consumo da rede elétrica, em uma residência unifamiliar na cidade de Cruz das Almas–BA; e como objetivos específicos, compreender os custos do projeto de um sistema fotovoltaico on-grid, orientação adequada do posicionamento dos painéis solares, o tempo de retorno do investimento, o balanço entre a energia produzida e a energia consumida da residência. Trata-se de um estudo de caso com abordagem qualitativa, realizada em uma residência no município de Cruz das Almas no recôncavo da Bahia. Para realizar o dimensionamento do sistema fotovoltaico foram coletados a área disponível para instalação e posicionamento dos painéis solares, a quantidade de irradiação solar diária média mensal na região da unidade consumidora, pelo programa sundata que é disponibilizado no site da CRESESB (Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sergio Brito) e o perfil de consumo energético do cliente em KWh/mês. Em seguida, com essas informações extraídas, torna-se possível realizar o dimensionamento do sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR). Para isso, foi dividido em dez etapas indispensáveis para o projeto que, também, permitem uma melhor compressão de cada parte do dimensionamento de energia solar fotovoltaica. Com base nos resultados, pode-se concluir que a quantidade necessária para suprir a demanda energética do cliente são 12 módulos solares de 360W e 3 microinversores de 1200W. Além disso, a orientação adequada dos painéis é aquela que maximize a exposição das placas à radiação solar, sendo preferencialmente direcionada para o norte magnético e com inclinação igual a latitude de 13º N. Os custos do projeto são avaliados nos requisitos de viabilidade econômica do sistema fotovoltaico, o qual obteve um tempo de retorno do investimento previsto em torno de 4 anos, 5 meses e 9 dias, considerando que os painéis solares têm vida útil média de 25 anos e os microinversores de 12 anos. Destaca-se, por fim, que o balanço energético foi positivo e então proporcionará créditos de energia elétrica ao cliente, podendo ser consumida no período noturno, chuvoso e de baixa geração em até 60 meses. _______________________________________________________ ABSTRACT: Over the years, an electric power generation developed and perfected to obtain a better quality of life, going through several technological advances that simultaneously raise the concern to reduce environmental damage, partly caused by the emission of greenhouse gases (CO2) , as well as driven by the Kyoto Protocol in 2005 and the Paris Agreement in 2015. In this way, energy demand moves to alternative sources of clean and renewable energy generation, making the current scenario of solar energy positive and optimistic for both the present and the future, enabling the installation of the photovoltaic system, which is the direct conversion of the sun's radiation into electricity. In this perspective, the general objective of this research is to analyze a practical study of dimensioning of the on-grid photovoltaic system to reduce the costs of electricity consumption monthly, in a single-family residence in the city of Cruz das Almas – BA; and as specific objectives, to understand the costs of designing an on-grid photovoltaic system, adequate orientation of the positioning of the solar panels, the return on investment, the balance between the energy produced and the energy consumed in the residence. This is a case study with a qualitative approach, carried out in a residence in the municipality of Cruz das Almas in the recôncavo da Bahia. In order to realize or dimension the photovoltaic system, an amount of monthly average daily solar radiation in the region of the consumer unit was collected in the area available for installation and positioning of the solar panels, in the sundata program that is available on the CRESESB website (Reference Center for Solar and Wind Energy Sergio Brito) and the customer's energy consumption profile in KWh/month. Then, with this information extracted, it becomes possible to design the grid connected photovoltaic system (SFCR). For this, it was divided into ten essential steps for the project that, also, allow a better compression of each part of the photovoltaic solar energy dimensioning. Based on the results, it can be concluded that the quantity needed to supply the customer's energy demand are 12 360W solar modules and 3 1200W microinverters. In addition, the proper orientation of the panels is that which maximizes the exposure of the plates to solar radiation, being preferably directed towards magnetic north and with a slope equal to 13º N latitude. The project costs are evaluated according to the economic viability requirements of the photovoltaic system, which obtained an expected return on investment of around 4 years, 5 months and 9 days, considering that the solar panels have an average useful life of 25 years and 12- year-old microinverters. Finally, it is noteworthy that the energy balance was positive and will therefore provide electricity credits to the customer, which can be consumed in the night, rainy and low generation periods in up to 60 months.