DIMENSIONAMENTO E ORÇAMENTO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS: APLICADOS A CASA PADRÃO CAIXA ECONÔMICA FEDERAL

Caderno de Experiências DIMENSIONAMENTO E ORÇAMENTO DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS: APLICADOS A CASA PADRÃO CAIXA ECONÔMICA FEDERAL

Madson Lucas de Souza Engenharia Civil/UFCA madson_lucas@hotmail.com

Larissa Maria Argollo de Arruda Falcão Professora/UFCA larissafalcao@cariri.ufc.br

Larissa de Moraes Rocha Engenharia Civil/UFCA larissamoraesrocha@yahoo.c om.br

1 Introdução 2 Fundamentação Teórica

As crescentes mudanças climáticas causadas pela geração de energia por meio do petróleo, do gás, do carvão e outras de fontes emissoras de CO2, obrigam governos, empresas e a sociedade a buscarem novas soluções como fontes limpas e renováveis que permitam a sustentabilidade a fim de suprir as demandas enérgicas atuais (MARCOLINO, 2011). Sabe-se que o efeito estufa, resultado da queima do petróleo, carvão mineral e gás natural, é hoje um dos principais, se não o principal, responsável pelas mudanças climáticas percebidas e discutidas na sociedade. Há consenso de que o planeta não suportará o uso de petróleo no século 21 da mesma forma que foi usado no século 20 (EXAME,2006). O considerável aumento do consumo elétrico atual, que se iniciou desde a revolução industrial, foi seguido de pesquisas que buscassem melhorar e baratear a obtenção de energia elétrica por fontes renováveis, pois não há preocupação apenas quanto a possível falta de energia, mas também, quanto à forma como ela é gerada. Diante desse cenário, pode-se apontar como alternativa o sol, pois o mesmo mostra-se como fonte de energia renovável e utilizada para produção de energia elétrica, sendo uma alternativa promissora diante de um cenário de desafios energéticos e ambientais. O Sol libera uma enorme quantidade de energia irradiada para o sistema solar. Sensores de radiação solar mostram que no espaço extraterrestre a irradiação medida entre o sol e a Terra é cerca de 1353 W/m² e parte desta energia, tipicamente 1000 W/m² incide na superfície da Terra. Ainda assim, o montante da energia do Sol que atinge a superfície da Terra a cada hora é maior do que a quantidade de energia utilizada em um ano pela população mundial. (BRUSCHI,2010). Tendo em vista essa possibilidade, pode-se absorver a Energia Solar através de painéis solares e convertê-la em Energia Elétrica, tecnologia essa, que pode ser aplicada em residências. Com isso, fez-se um orçamento tendo por base uma casa padrão da Caixa Econômica Federal, para que assim, houvesse uma análise que mostre a viabilidade desse processo, uma vez que muitas pessoas ainda pensem na Energia Solar como algo inviável. O trabalho descrito tem por objetivo mostrar um orçamento para uma casa funcionando através da Energia Solar. Para o melhor entendimento do que será discorrido fazem-se necessárias algumas definições muito importantes. Sustentabilidade e Sustentável são palavras derivadas do verbo sustentar que tem origem no latim “sustentare” que significa conservar, amparar, defender, manter, impedir que caísse (Ferreira, 1986). Segundo Capra (1997, epílogo) sustentabilidade é a combinação de cinco características básicas: “interdependência, reciclagem, parceria, flexibilidade e diversidade”. Para este autor a sustentabilidade não se refere somente à interação do homem com a preservação ou conservação para não comprometer o meio ambiente, mas é um processo que além de continuar a existir é capaz de manter um padrão de qualidade de vida, autonomia de manutenção, contar com suas próprias forças, pertencer a uma rede de coadjuvantes sustentáveis além de promover a harmonia das relações sociedadenatureza. Alguns autores como Silva 2000; Cook, 2001 e Rogers,1998; colocam que embora não exista consenso sobre o termo já se identificam etapas a serem cumpridas, ou seja, níveis de sustentabilidade, nesse processo de busca de uma arquitetura que gere menor impacto ambiental. Considerando-se no primeiro momento enfocando somente a sustentabilidade da edificação como a escolha dos materiais, consumo de água e energia. No segundo momento a preocupação com o entorno o qual a edificação está inserida, sendo maior a preocupação com os aspectos relacionados à fauna e flora, a qualidade do ar, e na comunidade em que está inserido. No terceiro momento estariam incorporadas além dos aspectos citados, mudanças estruturais profundas, vínculo com o local em que vivemos e as alterações de hábitos e estilos de vida cominaria num modo de vida sustentável. Segundo o autor do Livro “Do Pré-Sal ao Aquecimento Global”, Hércules Góes, 2009, podese definir como energia renovável aquela que é obtida de fontes naturais capazes de se regenerar, e, portanto virtualmente inesgotáveis, ao contrário dos recursos não-renováveis. São conhecidas pela imensa quantidade de energia que contêm, e

porque são capazes de se regenerar por meios naturais. Exemplos de fontes renováveis incluem a energia solar (painel solar, célula fotovoltaica), a energia eólica (turbina eólica, cata-vento), a energia hídrica (roda d’água, turbina aquática) e a biomassa (matéria de origem vegetal). A energia solar pode ser considerada inesgotável, lembrando a sua utilização para a produção de eletricidade através de painéis solares e células fotovoltaicas. O sol é fonte de energia renovável e o aproveitamento desta energia, tanto como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais promissoras para que seja possível enfrentar os desafios ambientais que aparecem a cada instante. Painel solar ou placa solar pode ser definido como uma ferramenta criada para converter a radiação solar em energia. Trata-se do método mais limpo conhecido de geração de energia, pois utiliza apenas o Sol como fonte energética. Painéis Solares pode ser divididos painéis solares fotovoltaicos e painéis térmicos. Os Painéis Solares Fotovoltaicos são conjuntos de células fotovoltaicas que convertem a luz solar em energia elétrica. Já os Painéis Solares Térmicos são os painéis para aquecimento solar. Estes não convertem a energia solar em elétrica, mas aproveitam a energia térmica gerada pelo sol, usando-a para aquecer ou até resfriar um ambiente com energia solar. Existe ainda um terceiro grupo, o dos painéis solares mistos, que são associações de painéis solares fotovoltaicos e painéis solares térmicos.

Para fazer a correta escolha de painel solar, faz-se necessário o dimensionamento de eletrodomésticos e semelhantes que serão possivelmente utilizados na residência, resultando na seguinte tabela:

Equipamento Quantidade Potência** Tempo de Uso Total KWh/Mês

Carregador de celular 04 15 W 02 hr 00 Min 3.6 Chuveiro 01 3000 W 00 hr 10 Min 15

Computador Ferro elétrico 01 01 200 W

02 hr 00 Min 1000 W 00 hr 07 Min 12 3.5

Geladeira Lâmpadas Liquidificador Rádio-relógio Sanduicheira Televisão 01 05 01 01 01 01 200 W 60 W 300 W 05 W 750 W 150 W 10 hr* 00 Min 04 hr 00 Min 00 hr 05 Min 05 hr 00 Min 00 hr 02 Min 04 hr 00 Min

60 36 0.75 0.75 0.75 18

Ventilador 02 80 W 08 hr 00 Min

38.4 Total: 188.75 *O tempo médio de 10 horas diárias para geladeira refere-se ao período em que o compressor fica ligado para manter o interior na temperatura desejada. ** A potência dos aparelhos aqui demonstrada é uma média das encontradas no mercado.

Caderno de Experiências O sistema utilizado é o Grid-Tie, onde é feito por parceria com a concessionária de Energia Elétrica, ou seja, durante o dia, a casa funcionará utilizando Energia proveniente do painel solar, quando não for suficiente para o consumo residencial ou durante o período noturno, a mesma utilizará energia da concessionária, sendo assim, não será necessária à utilização de baterias, mas de um sistema como mostrado na figura 2.

Figura 2: casa com sistema Grid-Tie

O sistema de transformação de Energia utilizado consiste em um painel fotovoltaico – parte A, figura 2 –. Fios levam a energia até o inversor de potência de 2kW que transforma a corrente contínua em corrente alternada de 220V. Junto com o painel faz-se necessário o inversor – parte B, figura 2 –, cuja função é converter essa c corrente contínua em corrente alternada para alimentar eletrodomésticos e demais equipamentos convencionais e manter sincronização com a rede. Por segurança, ele desliga a geração em casos de falhas, evitando assim, perigo de choque em funcionários da concessionária que estejam trabalhando na linha, além de um controlador de carga – parte D, figura 2 –, que mede continuamente a alimentação elétrica e um painel elétrico – parte C, figura 2 –, como um quadro de distribuição, que recebe a corrente alternada vinda do inversor. A troca de energia entre o sistema solar e a rede é constante e dispensa baterias: quando há consumo dentro de casa, a energia é usada diretamente. Quando a geração é inferior ao consumo, a energia é completada pelo fornecimento da concessionária. Em caso de geração alta e baixo consumo há injeção de energia na rede. Um medidor bidirecional contabiliza a energia consumida e a injetada, permitindo formar um saldo de energia no final do mês. Pelo dimensionamento já descrito na metodologia, a potência máxima foi de 188,75KWh/mês, equivalente a 262,15Wh, porém, devido ao uso de Energia Elétrica pela noite, em que não há transformação de Energia Solar para Elétrica e pela falta da bateria para armazenamento da mesma, considera-se que a potência que será proveniente da Energia Solar, girará em torno de 44 a 49% da total consumida.

O sistema foi selecionado conforme critérios técnicos e financeiros, buscando maior custo benefício voltado à população de renda média. Como a potencia que será fornecida pelo painel solar gira em torno de 44 a 49% da total, equivalente a 115.35 a 128,45Wh, será mais adequado um painel solar de 140Wh. Portanto, diante dos dados obtidos durante pesquisa de preço, verificou-se que o melhor custo benefício seria obtido através da compra de um Kit Solar Fotovoltaico de 140W. Descrito na tabela:

Kit Solar Fotovoltaico

Painel Solar Fotovoltaico Yingli YL140P17b (140Wp)

Controlador de Carga Epsolar Landstar LS1024 10A 12/24V

Inversor Unitron iVolt - 400W / 12Vcc / 115Vac / 60Hz

O painel solar fotovoltaico Yingli, modelo YL140p-17b, pesa 11,8Kg e tem dimensões de 1470 x 680 x 35 (mm). Este módulo fotovoltaico foi certificado pelo INMETRO,sentando eficiência de 14% e nota “A”. As células fotovoltaicas são protegidas por uma resistente camada de vidro temperado de 3,2mm e a moldura em alumínio já vem com as furações para fixação.Em condições ideais de insolação, este módulo solar fotovoltaico produz 140W, 7,77A e 18V em corrente contínua. Funciona em 12V ou 24V com detecção automática. Algorítmo de carga da bateria por PWM (Pulse Width Modulation) de alta eficiência. Controla carga com corrente máxima de 10A. Parâmetros pré-ajustáveis para baterias: selada, gel e ventilada. Compensação de temperatura. Indicadores LED para estado de carga das baterias. O inversor de 400W Unitron pode alimentar eletroeletrônicos de pequeno porte, como laptops e TVs e blu-ray player. Permite ligar aparelhos que consumam até 400W constantemente ou 800W em pico. O preço do kit descrito acima é de 949,44 reais, vale ressaltar que neste valor não estão inclusos os cabos nem a instalação do equipamento.

Além de todas as outras vantagens já citadas, temse que o painel solar não necessita de gastos extras manutenção, apenas uma simples limpeza com pano da camada de vidro, quanto aos outros componentes do kit, a manutenção equivale a de eletrônicos. Apesar de aparentemente parecer um investimento caro, no caso descrito, haverá um retorno financeiro em aproximadamente dois anos. A energia solar tem representado hoje uma das mais sustentáveis fontes de geração de energia elétrica.

Considerações Finais

A energia solar é uma fonte inesgotável e gratuita de energia. No Brasil, esta fonte de energia deve ser aproveitada ao máximo, já que está situado em zona tropical, em que dispõe de alta incidência de radiação solar. Os painéis solares, apesar de ainda não haver comercialização de forma que reduza ainda mais o custo, tendem a ser utilizado em maior escala, por serem considerados uma boa alternativa para a geração de energia limpa, além de permitirem que o consumidor consiga um retorno de investimento relativamente rápido e de representarem redução de cerca de 50% do custo da energia.

Referências

ATRIA EENERGY. Atria Eenergy. Site da Atria

Eenergy. Disponivel em: <http://atriaeenergy.com.br/services/painelfotovoltaico-residencial/>. Acesso em: 6

Novembro 2014. BRUSCHI, D. L. Desenvolvimento de células

solares em silicio tipo N com emissor

formado com boro, Porto Alegre, Janeiro 2010. CAIXA ECONÔMICA FEDERAL. Caixa Econômica Federal. Site da Caixa Econômica

Federal. Disponivel em: <http://downloads.caixa.gov.br/_arquivos/banc o_projetos/projetos_his/casa_42m2.pdf>.

Acesso em: 6 Novembro 2014. CAPRA, Fritjof. A Teia da Vida: uma nova compreensão dos sistemas vivos - Alfabetização

Ecológica . Cultrix - Amana-Key, São Paulo, 1997 COOK, Jeffrey – Millennium Measures of Sustainability: Beyond Bioclimatic

ArchitectureIn: Proceedings of PLEA 2001

Conference – The 18th International Conference on Passive and Low Energy Architecture –

Renewable Energy for a Sustainable

Development of Built Environment, November 7 to 9, 2001, Florianópolis, Brasil, p.37-44. ESTUDO sobre o uso de painéis fotovoltáicos.

Exame.

FERREIRA, A.B.H. (Coord.). Novo dicionário da língua portuguesa. 2.ed. Rio de Janeiro, Nova

Fronteira, 1986. 1838p. GÓES, H. Do Pré-sal ao aquecimento global. 1º. ed. [S.l.]: Ecoturismo, 2009. MARCOLINO, Juliane Bernardes.

Desenvolvimento de células solares com retrovisor formado por pasta de alumínio

e difusão em forno de esteira. 2011.

Dissertação (Mestrado em engenharia e tecnologia dos materiais) -Pontifícia

Universidade Católica do Rio Grande do Sul,

Porto Alegre, 2011. MINHA CASA SOLAR. Minha Casa Solar. Site da Minha Casa Solar. Disponivel em: <http://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/pr od,IDLoja,14743,IDProduto,3076363,inversorde-tensao-inversor-12v-para-110v-inversor-deenergia-de-400w-unitron-ivolt---12v-115v>.

Acesso em: 6 Novembro 2014. MINHA CASA SOLAR. Minha Casa Solar. Site da Minha Casa Solar. Disponivel em: <http://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/pr od,IDLoja,14743,IDProduto,3326489,painelsolar-fotovoltaico-painel-de-100w-a-145wpainel-solar-fotovoltaico-policristalino-de-140wyingli-solar---yl140p-17b>. Acesso em: 6

Novembro 2014. NEOSOLAR. Neosolarenergia. Site da Neosolar.

Disponivel em: <http://www.neosolar.com.br/loja/controladorde-carga-epsolar-landstar-ls1024-10a-1224v.html>. Acesso em: 6 Novembro 2014. PAINEL SOLARES. Painel Solares. Site da Painel

Solares. Disponivel em: <http://painelsolares.com/o-que-e-um-painelsolar/>. Acesso em: 6 Outubro 2014. ROGERS, Richard - Cities for a small planet; editado por Philip Gumuchdjian, Estados

Unidos da América, West view Press, 1998, 180p SILVA, SANDRA R. Mota – Indicadores de

Sustentabilidade urbanas perspectivas e as limitações de Operacionalização de um

Referencial Sustentável- Dissertação de mestrado, apresentado ao Programa de Pós-

Caderno de Experiências

Graduação em Engenharia Urbana, da

Universidade Federal de São Carlos, 2000, 260p