Imagem: Solarize
As etapas do projeto
A figura acima apresenta as etapas de um projeto fotovoltaico conectado à rede. Em primeiro lugar, percebemos três fases:
- A fase da análise das informações;
- A fase do projeto técnico;
- A fase do cálculo do retorno energético e financeiro.
As etapas serão descritas em seguida, seguindo a numeração do gráfico.
(1) Análise do Consumo e Dimensionamento do Sistema
No Brasil, a geração distribuída é regida pela lei 14.300/2022 e foi regulamentada pela REN Aneel 1000/2021. O princípio mais importante permite ao usuário compensar seu consumo por meio de geração própria. No entanto, ele não poderá vender energia sobressaliente.
A meta de geração anual do futuro sistema solar corresponde, então, ao consumo dos últimos 12 meses, eventualmente corrigido por previsões sobre futuro aumento ou redução.
Para obter a estimativa correta é imprescindível conhecer a tarifação do cliente:
- De consumidores grupo B, que recebem energia em baixa tensão, é cobrada uma taxa mínima mensal (Custo de Disponibilidade);
- As contas de clientes grupo A separam a demanda contratada do consumo e são calculadas em tarifas horo-sazonais. Dependendo do negócio, o cliente ainda pode compensar impostos aplicados na tarifa, o que reduz a viabilidade do projeto;
- A potência da ligação do cliente à rede da concessionária limita a potência injetada do sistema fotovoltaico.
Uma vez estabelecida a meta de geração, usamos os dados climáticos do local para estipular a potência do sistema que, supostamente, será necessário para obter tal geração.
O dimensionamento será abordado em detalhe no capítulo 10, pois requer o entendimento da tecnologia fotovoltaica.
(2) Análise das Áreas Disponíveis
Na segunda etapa identificamos áreas adequadas para gerar energia solar no terreno do cliente, geralmente parte da cobertura ou do terreno.
A procura pelas áreas disponíveis costuma começar com estudo de imagens de satélite. Ferramentas como Google Earth permitem tomar as dimensões de forma aproximada e ajudam a ver obstáculos na superfície e ao redor. Posteriormente será necessário visitar o local e efetuar medições exatas.
Imagem: Solarize
A melhor captação da energia solar se faz quando os módulos são orientados em direção ao equador, portanto ao norte na maior parte do Brasil. Por isso, escolhemos primeiramente a face norte de um telhado, e em seguida as faces leste e/ou oeste.
A água sul também pode ser aproveitada, desde que a irradiação menor seja compensada acrescentando módulos.
Analisamos o sombreamento pela própria edificação, por prédios vizinhos, por árvores ou morros e classificamos as áreas conforme sua qualidade, como mostrado na acima.
Qual é a área necessária? Cada kW de potência, estipulada na primeira etapa, necessita 4 a 5 m² em módulos. Há acréscimos para compensar má distribuição dos painéis, sombreamento, desvios da orientação ideal, e instalação em laje ou terreno (devido aos corredores entre as fileiras).
Outras opções, mais complexas, seriam ainda um estacionamento solar, que requer um projeto físico detalhado em paralelo ao estudo solar, ou fachadas. No nosso país, cruzado pelo equador, as fachadas recebem no máximo 50% da radiação que incide sobre as coberturas. Tais projetos dificilmente se pagam pelo retorno energético, mas podem ser bastante interessantes pelo viés arquitetônico ou de marketing verde.
O resultado desta etapa é a demarcação de áreas utilizáveis para o sistema solar com classificação conforme a qualidade da captação da energia solar.
(3) Projeto Físico
Imagem: Solarize
Chegou a hora de distribuir módulos fotovoltaicos na área disponível com objetivo de tentar alcançar a potência estipulada durante a primeira etapa. A figura acima apresenta a distribuição de módulos na área classificada com A da etapa anterior, na residência do autor.
Os módulos apresentam diferentes dimensões. O desenho técnico mostra qual formato e qual posição (paisagem ou retrato) melhor se encaixa na área disponível.
Imagem: Solarize
A eficiência do módulo se traduz na quantidade de área ocupada. Portanto, é um critério mais importante em casos de área insuficiente;
A fixação dos módulos na cobertura requer um estudo adicional, porque traz riscos estruturais e/ou de infiltração, com possíveis danos de alto prejuízo. Em caso de dúvida, procure um calculista.
A estética do conjunto é um critério que pode ser mais importante do que a eficiência técnica, especialmente em residências.
(4) Projeto Fotovoltaico
Esta etapa é o coração do projeto e será detalhada nos próximos capítulos. Escolhemos um ou mais inversores que funcionam bem com os módulos escolhidos na situação encontrada.
A configuração deve preencher critérios de
- Relação da potência entre arranjo fotovoltaico e inversores;
- Compatibilidade das grandezas elétricas nas diferentes condições climáticas do local da instalação;
- Configuração da ligação série-paralelo conforme sombreamento encontrado;
- Compatibilidade com a rede elétrica que recebe a energia.
(5) Projeto Elétrico
O projeto elétrico é formado por duas partes: o lado em corrente contínua, entre o arranjo fotovoltaico e o(s) inversor(es), e a ligação do inversor à rede predial, em corrente alternada. Ambas as partes incluem
- A definição dos dispositivos de proteção e seccionamento;
- A definição dos cabos e da condução física deles pela edificação;
- O aterramento com ligação equipotencial e interligação, se necessária, com o sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA).
Como o inversor injeta energia na rede da concessionária, é necessário respeitar a norma dela e solicitar a aprovação do projeto.
(6) Geração de energia
Imagem: Solarize
A energia gerada (exemplo na figura acima) representa o benefício do sistema para o cliente. Ela pode ser estimada por uma simulação que usa os seguintes dados de entrada:
- Os dados climáticos do local da instalação;
- O sombreamento nas áreas da fixação dos módulos;
- A geração de cada módulo, considerando o sombreamento individual;
- A interligação dos módulos com os devidos efeitos elétricos;
- A conversão da energia gerada pelo inversor a cada instante, conforme curva de eficiência dele;
- As perdas dentro da instalação elétrica.
A resolução dos dados climáticos merece atenção especial, já que a oscilação dos parâmetros climáticos se propaga em todo o sistema fotovoltaico. Dados em intervalos horários (formato TMY = typical meteorological year) são necessárias para que não se percam efeitos de dias ensolarados, parcialmente nublados ou chuvosos.
Dados gerados em intervalos de minuto (softwares como PVsyst ou PV*SOL oferecem esta função) conseguem até simular a passagem de nuvens e situações de sombreamento mais complexos. Leia mais no capítulo 11.
(7) Retorno Financeiro
Imagem: Solarize
O retorno financeiro é resultado da tabela de fluxo de caixa, onde entram, para cada ano, os custos associados ao sistema fotovoltaico, e os benefícios produzidos por ele.
Do lado do custo, são contabilizados o equipamento instalado, a mão de obra, custos bancários em caso de financiamento e a previsão de operação e manutenção (O & M).
O benefício é a soma do consumo evitado de energia (Autoconsumo, veja cap. 1) e da energia injetada, ambos contabilizados com seu respectivo valor.
Benefício e custo são organizados em uma tabela de fluxo de caixa (gráfico acima), de onde os seguintes indicadores são extraídos:
- O prazo de retorno simples, quando os benefícios acumulados superam os custos;
- O prazo de retorno descontado, que informa quando o investimento no sistema fotovoltaico chega a render mais do que um investimento de comparação (ex. CDB);
- A Taxa Interna de Retorno (TIR) que informa os juros que o sistema paga sobre o investimento;
- O custo da energia ao longo da vida do projeto, um comparativo com a tarifa paga à concessionária (LCOE = levelized cost of energy).
Empresas eletrointensivas sofrem com oscilações nas tarifas e enxergam no sistema solar uma forma de se proteger contra aumentos da tarifa: uma vez instalado, o custo da energia solar é conhecido e reduz o risco tarifário.
(8) Revisão
Imagem: Solarize
Elaboramos o projeto, desde a primeira etapa, partindo de certas premissas: estipulamos a potência ideal conforme as condições climáticas e a aumentamos em decorrência de defeitos da área disponível. Depois da simulação do projeto completo, precisamos agora comparar o resultado com a meta estabelecida e ajustar todos os parâmetros para melhorar o resultado.
Aspectos estéticos ou a disposição financeira do cliente podem também exigir modificações do projeto.
É comum elaborar o projeto fotovoltaico de forma evolutiva: a primeira proposta é emitida com premissas simplificadas, ainda sem visita no local. Na medida que a negociação avança, são definidos os detalhes.
Nestas iterações, softwares profissionais mostram seu valor: a integração com mapas de satélites permite extrudar uma maquete com poucos cliques, inserir módulos e configurar inversores (veja figura acima).
Com softwares, o cálculo financeiro traz valores muito mais confiáveis.
Autor: Hans Rauschmayer
O primeiro capítulo do curso, Curso básico para instaladores: Fundamentos da energia fotovoltaica, está disponível neste link.
Hans Rauschmayer é um reconhecido especialista e pioneiro em energia solar no Brasil. Ele criou a grade educacional da Solarize Treinamentos Profissionais Ltda., da qual é sócio-gerente. Foi convidado a ministrar aulas em instituições como Sebrae e Senai, como também em diversas universidades e é frequente palestrante em eventos nacionais e internacionais.
A Solarize fez história quando conectou o primeiro sistema ongrid do Rio de Janeiro, com ampla repercussão na mídia. Ela oferece capacitação profissional desde 2008, consultoria e serviços de instalação. Além disso, trouxe para o Brasil a software PV*SOL para planejamento de projetos fotovoltaicos, que virou líder entre os integradores. Também atua em projetos sociais levando capacitação e geração de energia a comunidades carentes.
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