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ANÁLISE DA PARTICIPAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A

REDE: ESTUDO DE CASO PARA UM CONSUMIDOR RESIDENCIAL

Carolina Teresinha Costa Karen Renata Gonçalves Dias

Orientador: Prof. Dr. Roberto Akira Yamachita Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)

Resumo – Este artigo apresenta um estudo de caso para

instalação de sistemas de geração de energia

fotovoltaica, em consumidores residenciais de Itajubá

conectados à rede, analisando questões técnicas e

econômicas, considerando os índices de irradiação

solar, posse e hábitos de utilização das cargas

instaladas. Além disso, a análise de viabilidade

financeira dos sistemas monofásico e bifásico, através

das ferramentas Payback e VPL; verificando a

influência do ICMS na rentabilidade dos projetos.

Palavras-Chave: energia fotovoltaica, irradiação

solar, viabilidade.

I – INTRODUÇÃO

O uso da energia solar vem crescendo no cenário

brasileiro e tornando uma grande aliada quando se trata

de questões ambientais e da escassez de recursos para a

geração de energia elétrica, uma vez que o Brasil tem em

sua grande maioria, geração provinda de usinas

hidrelétricas. Essa fonte renovável se mostra bastante

promissora no país, além do mais, apresenta um cenário

favorável com grande incidência de radiação solar o que

estimula a geração fotovoltaica. [1]

No que tange às outras formas de geração de energia

elétrica, a geração provinda da energia solar vem sendo

incentivada cada vez mais entre os consumidores no país,

tanto para os grandes como para o residencial.

Em contra partida ao grande potencial para usufruir da

fonte de energia solar, o Brasil se demonstra tímido a este

recurso em comparação com países que apresenta um

cenário bastante diferente ao brasileiro quando se trata de

níveis de radiação solar. [2]

Este artigo tem como intuito analisar a viabilidade do uso

da geração fotovoltaica em clientes residenciais. Estudos

realizados mostram que a expansão do mercado da

energia fotovoltaica impacta nos custos, estimando uma

possível redução de até 40% no custo total da instalação

desse sistema. [3] Este dado auxilia na justificativa da

importância da aplicação em residências comuns.

De forma sucinta e objetiva, o estudo de caso foi feito em

residências, uma delas monofásica e outra bifásica,

através de um levantamento de posse e hábitos de

utilização da carga no período de 24 horas. Com base nos

dados levantados, foi obtida a quantidade média

necessária de geração de energia provinda dos painéis

fotovoltaicos, e, por fim, foi realizada uma análise de

viabilidade econômica para implantação do projeto

considerando a influência do Imposto sobre Circulação de

Mercadorias e Prestação de Serviços (ICMS).

II – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

II.1 – Definição

O efeito fotovoltaico pode ser entendido como o

surgimento de uma tensão elétrica em um material

semicondutor, quando é exposto à luz visível. [4]

Dentre as alternativas de microgeração distribuída, a

energia fotovoltaica apresenta grande destaque, visto o

índice elevado de irradiação solar no território brasileiro.

Não se bastando aos aspectos meteorológicos, essa nova

tecnologia é de fácil instalação, não polui o meio

ambiente e pode ser instalada em lugares isolados de

difícil acesso. [3]

Os módulos ou painéis fotovoltaicos que ficam no

telhado de uma casa ou no topo de um edifício, coletam a

radiação solar e a transformam em eletricidade. O

inversor transforma a corrente contínua gerada nos

painéis em corrente alternada para que possa ser utilizada

nos equipamentos domésticos e industriais, além de

interligar a rede elétrica. Com o sistema de

monitoramento, que é um equipamento de automação

acoplado ao inversor, é possível controlar a produção e o

rendimento, além de identificar qualquer anomalia que

exista, permitindo ações preventivas e reparações

imediatas a fim de evitar perdas de energia. Para a

TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO

JUNHO/2016

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

ENGENHARIA ELÉTRICA

2

instalação do sistema, é necessária a troca do medidor

para um modelo com leitura bidirecional que registra a

energia recebida da distribuidora e a energia solar que é

injetada na rede elétrica, para garantir a compensação de

créditos de energia em sua fatura.

Dentre os vários benefícios de geração de energia solar

destaca-se a não poluição durante a sua utilização, e

também, com o desenvolvimento tecnológico, observa-se

a redução dos custos para a sua implementação.

II.2 – Contexto histórico

Pinho e Galdino (2014) descrevem no Manual de

engenharia para sistemas fotovoltaicos, diversas questões

ligadas à tecnologia solar fotovoltaica. Segundo eles, a

palavra “fotovoltaica” vem do grego photos, que significa

luz, e de Volta, nome do físico italiano que, em 1800,

descobriu a pilha elétrica. [1]

Em meados do século XIX, o francês Edmund Bequerel

realizou o experimento do efeito fotovoltaico utilizando

dois eletrodos metálicos em uma solução condutora. O

efeito fotovoltaico em sólidos de selênio foi descoberto

por Willoughby Smith em 1873. Já em 1923, o físico

Albert Einstein recebeu o seu primeiro Nobel, ao publicar

um artigo sobre o efeito fotovoltaico. [1]

O efeito fotovoltaico, primeiramente descoberto por

Edmond Becquerel, em 1839, implica no aparecimento de

uma diferença de potencial nos terminais de uma célula

eletroquímica causada pela absorção de luz. Em 1876 foi

concebido o primeiro aparato fotovoltaico advindo dos

estudos da física do estado sólido e, apenas em 1956,

iniciou-se a produção industrial, seguindo o crescimento

da área de eletrônica. [1]

Inicialmente, o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se

na busca, por empresas do setor de telecomunicações, de

fontes de energia para sistemas instalados em localidades

remotas. O segundo agente impulsionador foi a chamada

“corrida espacial”. A célula fotovoltaica era, e continua

sendo, o meio mais adequado (menor custo, peso e

segurança) para fornecer a quantidade de energia

necessária para longos períodos de alimentação de

equipamentos eletroeletrônicos no espaço. [1]

A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da

conversão direta da luz em eletricidade (Efeito

Fotovoltaico), sendo a célula fotovoltaica, um dispositivo

fabricado com material semicondutor, a unidade

fundamental desse processo de conversão. [1]

As principais tecnologias aplicadas na produção de

células e módulos fotovoltaicos são classificadas em três

gerações. A primeira geração é dividida em duas cadeias

produtivas: silício monocristalino (m-Si) e silício

policristalino (p-Si), que representam mais de 85% do

mercado, por ser considerada uma tecnologia consolidada

e confiável, e por possuir a melhor eficiência

comercialmente disponível. [1]

A segunda geração, comercialmente denominada de

filmes finos, é dividida em três cadeias produtivas: silício

amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS) ou

disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de

cádmio (CdTe). Esta geração apresenta menor eficiência

do que a primeira e tem uma modesta participação do

mercado, competindo com a tecnologia c-Si3. Existem

dificuldades associadas à disponibilidade dos materiais,

vida útil, rendimento das células e, no caso do cádmio,

sua toxicidade, que retardam a sua utilização em maior

escala. [1]

A terceira geração, ainda em fase de Pesquisa e

Desenvolvimento (P&D), testes e produção em pequena

escala, é dividida em três cadeias produtivas: célula

fotovoltaica multijunção e célula fotovoltaica para

concentração (CPV – Concentrated Photovoltaics),

células sensibilizadas por corante (DSSC – Dye-

Sensitized Solar Cell) e células orgânicas ou poliméricas

(OPV – Organic Photovoltaics). A tecnologia CPV, por

exemplo, demonstrou ter um potencial para produção de

módulos com altas eficiências, de maneira a aproveitar o

maior potencial que a luz solar possa oferecer através de

lentes que potencializam a luz solar que incide na célula

ou por meio de um conjunto de espelhos que concentram

a energia do sol nas células do sistema. Embora o seu

custo ainda não seja competitivo com as tecnologias que

atualmente dominam o mercado. [1]

II.3 – Tipos de conexões

O sistema fotovoltaico apresenta três tipos de conexão, os

quais podem ser classificados conforme sua ligação com

a rede, ou seja, com o sistema elétrico. [1]

II.3.A– On-Grid (Conectados a Rede)

Nos sistemas interligados à rede, se faz a conversão da

energia solar em elétrica, esta é injetada na rede de

distribuição diretamente, com a dependência da tensão

para o seu funcionamento. Sendo assim, havendo a

interrupção na rede elétrica da concessionária, o sistema

de geração solar será interrompido, ou seja, desligado.

Esse tipo de sistema deve obedecer a regulamentação da

Aneel para conexão à rede de distribuição. [5] Os

componentes que compõem o sistema são: As Placa

Solares, o Inversor e o Medidor Bidirecional. Para que

haja a transformação da tensão contínua para alternada, é

necessário que se tenha inversores, de modo que as

formas de onda sejam compatíveis com a forma de onda

disponível pela rede de distribuição. [6] Na Figura 1 é

apresentado um sistema ligado à rede elétrica.

Figura 1 – Sistema fotovoltaico interligado a rede

elétrica (On-Grid)

3

O Sistema On-Grid de micro e minigeração distribuída

possui os seguintes componentes:

1. Painéis Fotovoltaicos: Convertem a irradiação

solar em energia elétrica;

2. Inversores Grid-Tie: Transformam a corrente

contínua fornecida pelos módulos fotovoltaicos

em corrente alternada;

3. Estrutura para os painéis: Suporte e fixação para

os painéis, normalmente aço ou alumínio;

4. Cabeamento e conectores: Utilizados para

conexões entre anel, inversor e rede elétrica;

5. Dispositivos de proteção: O padrão de entrada

deve conter um elemento de interrupção

automática de corrente gerada ou consumida

pela unidade consumidora e dispositivos de

seccionamento visível;

6. Medidor bidirecional: Compete a ele fazer a

medição tanto da energia fornecida pela rede,

quanto da energia injetada na mesma. [1]

II.3.B-Off –Grid (Sistemas Isolados)

No sistema Off-Grid, a única fonte de eletricidade é a

energia fotovoltaica gerada. [7] O Sistema Isolado,

armazena a energia por meio de um banco de baterias,

necessitando de controladores de carga, sendo

considerados duráveis e de baixa manutenção. [5] Este

sistema utiliza inversor do tipo autocomutado, o qual

realiza o processo de inversão, por meio de um oscilador

responsável pelo controle de fase e frequência da tensão

de saída. [6] A Figura 2 apresenta os componentes de um

sistema Off-Grid:

Figura 2 – Sistemas Isolados (Off-Grid).

Este sistema é composto basicamente por 4 elementos:

1. O Painel ou Placa Fotovoltaivo, que converte a

irradiação do sol em corrente contínua;

2. As Baterias, que armazenam a energia elétrica

produzida para utilização em períodos de baixa

ou nenhuma produtividade;

3. O Controlador, que aumenta a vida útil das

baterias e seu desempenho, pois evita

sobrecargas de grandes descargas;

4. Inversor, transforma a corrente contínua advinda

das baterias em alternada. [8]

II.3.C-Sistemas Híbridos

Este tipo de sistema é considerado mais complexo porque

faz com que a geração fotovoltaica interligue as

diferentes formas de geração. [9] A Figura 3 ilustra o

sistema híbrido.

Figura 3 – Sistema Híbrido.

II.4- Principio de Funcionamento da Célula fotovoltaica

A célula fotovoltaica é o dispositivo que transforma a

energia luminosa em energia elétrica. [1] Os tipos de

células fotovoltaicas são separadas a partir do modo de

fabricação, que são: silício monocristalino, policristalino

ou amorfo. As células de silício monocristalino, por meio

de fornos especiais são produzidas a partir de barras de

silício e sua eficiência é superior a 12%. [10] A Figura 4

mostra o modelo de uma célula fotovoltaica.

Figura 4 – Célula Fotovoltaica.

A célula fotovoltaica tem como base seu funcionamento

no princípio do efeito fotoelétrico. É constituída de

material semicondutor, sendo mais usual o silício.

Apresenta duas partes de silício em sua estrutura, dopadas

com dois materiais: o Fósforo e o Boro. O silício quando

dopado de Fósforo transforma em um material portador

de cargas negativas (silício tipo N), e quando dopado de

Boro em um material com cargas positivas (silício tipo

P). Onde há o encontro dos dois materiais há a formação

da junção PN, semelhante a um diodo.

4

Nesta junção PN, é gerado um campo elétrico. E ao

incidir luz na célula fotovoltaica, ocorre a colisão dos

fótons com os elétrons, dando-lhes energia, fazendo com

que estes fluam da camada “P” para a “N”. As duas

camadas conectadas entre si por meio de condutores,

ocorre a formação de um fluxo de elétrons, ou seja, a

corrente elétrica, que se mantem enquanto houver luz

incidente na célula. A Figura 5 mostra uma ilustração

deste efeito. [2]

Figura 5 – Funcionamento de Célula Fotovoltaica.

II.5 Relações entre temperatura, corrente, tensão elétrica

e irradiação solar

Pode-se observar a variação da corrente elétrica gerada

em função da tensão para uma determinada condição

externa, ou melhor, ambiental, na qual a célula está

introduzida, por meio da curva VxI de uma célula

fotovoltaica.[1] A Figura 6 mostra esta curva:

Figura 6 – Tensão Elétrica x Corrente Elétrica

ISC: Corrente de curto circuito;

VOC: Tensão de circuito aberto;

PMP: Potência máxima ou potência de pico;

IMP: Corrente no ponto de máxima potência;

VMP: Tensão no ponto de máxima potência.

A variação da irradiação solar afeta a curva V x I de uma

célula fotovoltaica, sob uma temperatura de 25º C, a qual

está ilustrada na Figura 7. Sendo que a corrente elétrica

gerada aumenta proporcionalmente conforme a irradiação

solar e a tensão de curto circuito aumenta em escala

logarítmica. [1]

Figura 7 – Influência da irradiação solar

A fim de estudos, um fator que deve ser levado em

consideração, é a temperatura na qual a célula se

encontra, sendo que o aumento desta resulta numa queda

na tensão de curto circuito e na potência gerada, ilustrada

na Figura 8. A temperatura da célula depende da

irradiação solar, da temperatura ambiente e da velocidade

do vento. [1]

Figura 8 – Influência da temperatura da célula

A Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

realizou um estudo que evidenciou a influência da

temperatura da célula na potência gerada. Através de

simulação, obteve-se um resultado semelhante ao

anterior, afirmando que a potência é inversamente

proporcional à temperatura da célula fotovoltaica. O

resultado da simulação pode ser observado na Tabela 1.

[11]

Tabela 1 – Potência gerada por uma célula

fotovoltaica em função da temperatura

Observa-se então que, a potência gerada aumenta com a

irradiação, porém, ela é menor para uma temperatura de

operação maior da célula.

5

II.6 – No Brasil

O Brasil considera-se privilegiado por sua grande

extensão territorial com cerca de 8.515.767,049 km2 [12]

, apresentando índice de irradiação solar com um patamar

dos mais altos do mundo, levando em consideração que

ele se situa próximo da linha do Equador este índice não

sofre grandes variações durante o dia. Sendo assim, o uso

de sistemas de geração fotovoltaica é um aliado de

influência no país. Ficando o maior índice de irradiação

solar para a região Nordeste, a qual se encontra mais

próxima da linha do Equador, estimando entre 5.700 e

6.100 Wh/m² dia.[13]

Na Figura 9 é apresentado o índice de irradiação solar por

ano no território brasileiro. O menor índice pertence à

região sul do país que recebe em torno de 1642 [kWh/m2]

por ano, sendo superior ao índice apresentado na área de

maior incidência solar no território da Alemanha (maior

geradora mundial de energia solar), que conta com apenas

1300 [kWh/m2] por ano. [9]

Figura 9 – Irradiação Solar no Brasil [kWh/m²/ano].

A geração fotovoltaica apresenta grande destaque em

muitos países como Alemanha, China, Austrália, entre

outros, com estimativa de que em 2020, cerca de 60% da

geração fotovoltaica mundial seja correspondente aos

consumidores residenciais e comerciais. [14]

O Brasil possui grande potencial para geração

fotovoltaica em todo o seu território, destacando-se os

estados localizados na região nordeste do país que

recebem mais de 2.200 horas de insolação, com

equivalente a 15 trilhões de MWh. [15]

Além da vantagem geográfica que resulta em abundância

de irradiação solar, onde o sol aparece em média 280 dias

por ano, o Brasil é detentor de uma das maiores reservas

de silício no mundo, material utilizado na fabricação de

painéis solares. [1]

II.7 – Medições simultâneas

Medições simultâneas são adotadas quando deseja-se ter

informações mais precisas sobre o consumo de energia e

a produção do sistema fotovoltaico. A medição de energia

consumida pela unidade consumidora e a medição da

energia gerada pelo sistema fotovoltaico são

independentes. Na medição simultânea, toda a energia

gerada é medida, assim como toda a energia consumida.

Este é um tipo de medição simultânea prevista na

regulamentação da Aneel (Agência Nacional de Energia

Elétrica). A Figura 10 ilustra como é a medição

simultânea.[1]

Figura 10 – Medição simultânea.

II.8- Regulamentação ANEEL

De acordo com a Aneel a diretoria aprovou no dia

24/11/2015, aprimoramentos na Resolução Normativa nº

482/2012 que criou o Sistema de Compensação de

Energia Elétrica, permitindo que o consumidor instale

pequenos geradores (tais como painéis solares

fotovoltaicos e microturbinas eólicas, entre outros) em

sua unidade consumidora e troque energia com a

distribuidora local com objetivo de reduzir o valor da sua

fatura de energia elétrica. [16]

De acordo com as novas regras, que passarão a ter

validade a partir de 1º de março de 2016, permitir-se-à o

uso de qualquer fonte renovável, além da cogeração

qualificada, denominando-se microgeração distribuída a

central geradora com potência instalada até 75 kW e

minigeração distribuída aquela com potência acima de 75

kW e menor ou igual a 5 MW (sendo 3 MW para a fonte

hídrica), conectadas na rede de distribuição por meio de

instalações de unidades consumidoras. [16]

Se a energia consumida naquele tempo for inferior a

energia gerada, o consumidor terá créditos que poderão

ser utilizados para diminuir a fatura dos próximos meses.

Segundo novas regras, o prazo de validade dos créditos

passou de 36 para 60 meses, podendo ser usado também

para abater o consumo de unidades consumidoras do

mesmo titular situadas em outro local, desde que seja na

área de atendimento de uma mesma distribuidora. Dando-

se o nome de utilização de “autoconsumo remoto”. [17]

Não compete a Aneel a cobrança de impostos e tributos

federais e estudais, ficando a responsabilidade da Receita

Federal do Brasil e às Secretarias de Fazenda Estaduais.

[18]

O ICMS é o Imposto sobre Circulação de Mercadorias e

Serviços, o qual cada estado dita o seu tributo sobre a

energia elétrica. Este é calculado com base na energia

total que o cliente, ou consumidor, recebe da

6

distribuidora não levando em consideração qualquer tipo

de compensação provinda da microgeração. Sendo assim,

o ICMS é o imposto aplicável sobre a energia total

consumida no mês. Se tratando de Minas Gerais, o estado

estabelece que o ICMS seja cobrado no caso em que a

diferença entre energia consumida e injetada for positiva,

num prazo de cinco anos, pela Lei nº 20.824, de 31 de

julho de 2013. [18] Tal imposto tem seu valor de alíquota

de 30% para os consumidores residências. [19]

III – ESTUDO DE CASO EM UM

CONSUMIDOR RESIDENCIAL

Este artigo tem por finalidade analisar a viabilidade do

uso da geração fotovoltaica em consumidores

residenciais. Para isso, fez-se o levantamento de carga de

duas residências em Itajubá, uma bifásica e outra

monofásica, no período de 24 horas.

Através de análise gráfica, do comportamento da carga e

com base no orçamento do sistema fotovoltaico, no final

deste estudo obter-se-a o resultado de sua viabilidade.

Assim, o estudo de caso apresenta as seguintes etapas:

levantamento de carga, análise da irradiação solar em

Itajubá, orçamento financeiro do sistema que será

instalado nas duas residências em questão.

III.1 – Levantamento de carga para residência

monofásica

Através do levantamento de posse e hábitos de consumo

de energia elétrica, no intervalo de 24 horas, obteve-se o

consumo em kWh que cada residência consome. Na

Figura 11 a seguir, foi feita para residência monofásica.

Figura 11 – Consumo diário para carga monofásica

Após a análise do gráfico de levantamento de carga, fez-

se o cálculo da energia consumida, para posteriormente

comparar com o dado da CEMIG. A média mensal da

casa foi obtida com o levantamento de posse e hábitos de

utilização das cargas e a média da CEMIG através dos

dados de 12 meses.

ΔEresidencial = 168 [kWh/mês]

ΔECEMIG = 176 [kWh/mês]

III.2 – Levantamento de carga para residência bifásica

A Figura 12 mostra o levantamento de carga para a

residência bifásica.

Figura 12 – Consumo diário para carga bifásica

Analisando-se o gráfico da Figura 12, calculou-se a

energia média mensal consumida pela residência e depois

comparou-se com a média da CEMIG, a qual foi obtida

através dos dados dos 12 meses.

ΔEresidencial = 125 [kWh/mês]

ΔECEMIG = 135 [kWh/mês]

III.3 – Análise da irradiação solar em Itajubá

Para uma melhor análise, utilizou - se os dados de

irradiação solar incidente em Itajubá, disponibilizado pelo

Instituto de Recursos Naturais de Itajubá (IRN) da

Universidade Federal de Itajubá. Os dados foram tratados

de forma a dar o índice médio de irradiação solar nas

quatro estações e no ano de 2015, conforme apresenta as

Figuras 13 a 17. Vide que a Figura 13 ilustra a irradiação

solar anual média de 2015, comparando-se com o

consumo diário para cada residência.

Figura 13- Irradiação Solar Anual Média de 2015

Figura 14- Irradiação Solar Verão de 2015

7

Figura 15- Irradiação Solar Outono de 2015

Figura 16- Irradiação Solar Inverno de 2015

Figura 17- Irradiação Solar Primavera de 2015

Analisando os gráficos, observa-se que o maior consumo

das residências se dá em período diferente de mais

irradiação solar, e que esta, apresenta variações durante

as estações do ano, com uma melhor irradiação durante o

verão e primavera e uma menor incidência de irradiação

durante o inverno. Desta forma, para o dimensionamento

de sistemas fotovoltaicos, recomenda-se utilizar dados de

irradiação média com dados anuais.

III.4 – Análise dos Resultados

III.4.A – Ferramentas de análise de investimento

O primeiro método utilizado de avaliação da viabilidade

do projeto foi o Payback,é o tempo que leva para que o

investimento inicial seja recuperado. [20]

Importantes pontos fracos a serem considerados; pois este

método não considera alterações de montante financeiro

no tempo em questão, valorização ou desvalorização do

dinheiro com o tempo, rentabilidade e exige um limite

arbitrário para tomada de decisão. [21]

Entretanto, com base nas limitações desta ferramenta

optou-se por adotar mais uma ferramenta de apoio à

análise de viabilidade do projeto, o VPL – Valor Presente

Líquido. Esta é uma das análises mais utilizadas para

análise de investimento de um projeto. É a soma dos

valores presentes de cada um dos fluxos de caixa, tanto

positivos como negativos, que ocorrem ao longo da vida

do projeto. [22]

A Equação (1) utilizada para o cálculo é a seguinte: [23]

(1)

onde:

𝐼= investimento inicial;

𝐹𝐶n = fluxo de caixa do período 𝑛; 𝑛 = tempo total do projeto (anos);

𝑖 = taxa de desconto considerado.

Se o valor do VPL for positivo, o valor do investimento é

considerado rentável.

A fim de se obter a análise econômica e sua viabilidade

de implantação do sistema fotovoltaico, consultou-se uma

empresa de sistemas renováveis no sul do estado de

Minas Gerais, obtendo o orçamento para as duas

residências, monofásica e bifásica. Para cada um dos

tipos de residência fez-se uma análise econômica

utilizando os seguintes critérios: o Payback e o Valor

Presente Líquido.

III.4.B – Residência Monofásica

Na residência monofásica, o seguinte orçamento foi

fornecido, vide Tabela 2, para 6 módulos fotovoltaicos de

260Wp e 1 inversor PHB 1500-SS:

Tabela 2- Residência Monofásica

Equipamento R$ 12.609,78

Serviço R$ 7.000

Total R$ 19.609,78

Para a realização dos cálculos e análise deste método é

necessário a adoção de algumas premissas e coleta de

dados específicos da CEMIG, empresa fornecedora da

energia no estado de Minas Gerais, onde o estudo foi

conduzido. Adotou-se um aumento na tarifa de energia de

10% ao ano. Com relação aos valores obtidos na medição

do consumo da residência monofásica, chega-se a um

gasto mensal médio de R$ 140,25 e consumo médio de

175,24 kWh/mês. A tarifa da CEMIG na data de

realização do estudo é de R$ 0,80 para cada kWh. Neste

caso a geração média de energia é de 205,92 kWh

mensais, e será utilizado 6 módulos fotovoltaicos.

Para o cálculo do Payback, há a garantia de 25 anos para

o módulo fotovoltaico, quando ocorre perda da eficiência

em 20% do total da vida útil. Os dados de eficiência

energética são fornecidos pelo fabricante.

8

O cálculo de geração anual é feito com a fórmula: 12

(Meses) * Eficiência Energética FV (%) * Geração

estimada (módulo)(kWh) * Número de módulos (Quant).

A Tarifa a ser cobrada para cada kWh com o passar dos

anos é o resultado da Taxa da distribuidora ($)

adicionando-se a Previsão de reajuste da tarifa nos anos,

adotado como 10% a.a. Além disso, foi desconsiderado o

valor do ICMS, adotado como 30%, e também, 5% das

tarifas dos impostos federais e 5% de outros encargos

compõem tal valor. A coluna da Economia anual

estimada demonstra o valor da Geração anual

multiplicado pela tarifa. Por fim, o resultado gera o fluxo

de caixa acumulado, descontando-se do valor inicial de

investimento cada um dos retornos anuais. Por exemplo,

no ano 1, a tarifa é a eficiência energética de 100%

multiplicada pela tarifa distribuidora de R$0,80

descontando 30% de ICMS, 5% de impostos federais

(PIS e COFINS) e 5% de encargos, chegando ao valor de

0,62[R$/kWh]. Os demais cálculos para os anos seguintes

podem ser vistos na Tabela 3.

Tabela 3 – Payback com ICMS para monofásico

A cotação com a empresa para implantação do sistema,

contendo equipamentos e serviços diversos, descreveu o

investimento inicial em R$ 19.609,78. Assim, com base

no Payback, o retorno do investimento será em 10 anos.

Para a utilização da ferramenta VPL, sabe-se que o

projeto tem uma estimativa de vida útil de 25 anos. Foi

importante, nos cálculos de investimento, adotar uma taxa

média de 10% ao ano. O tempo de vida útil do

equipamento, como mencionado para o cálculo de

Payback, é de 25 anos. O Investimento inicial permanece

em R$ 19.609,78. Os fluxos de caixa são descritos na

coluna Economia Atual Estimada da Tabela 3. O

resultado do VPL pode ser visto na Tabela 4.

Tabela 4 – VPL para monofásico

Por esse critério, tem-se que o investimento é

economicamente atrativo, no período de análise

considerado, já que o valor do VPL é positivo, de

R$6.892,87 confirmando o resultado obtido na

ferramenta Payback. Vale ressaltar que nenhuma

comparação com outros tipos de investimento foi

realizada neste estudo, como cadernetas de poupança,

ações ou imóveis, por exemplo, e que são sugestões para

trabalhos futuros de forma a evidenciar se este

investimento seria o melhor do ponto de vista de ganhos

financeiros.

Adotando os mesmos dados e premissas anteriores para a

residência monofásica, foi feito uma análise do efeito

causado pelo ICMS na viabilidade do projeto. Assim,

desconsiderando o valor de 30% nas taxas referentes ao

ICMS, tem-se os novos valores listados nas Tabelas 5 e 6.

Tabela 5 – Payback sem ICMS para monofásico

9

Tabela 6 – VPL sem ICMS para monofásico

Considerando que não houve o desconto de 30% na taxa

de ICMS, tem-se que o Payback diminuiu de 10 para 8

anos e o VPL aumentou em R$13.251,32. O projeto

continua viável, entretanto ele melhorou muito sua

rentabilidade ao desconsiderar o ICMS.

III.4.C – Residência Bifásica

Para residência bifásica, foram feitos os mesmos cálculos

para a análise de investimento. O orçamento fornecido foi

o seguinte, vide Tabela 7, para 5 módulos fotovoltaicos

de 260Wp e 1 inversor PHB 1500-SS:

Tabela 7 - Residência Bifásica

Equipamento R$ 10.498,92

Serviço R$ 7.000

Total R$ 17.498,92

A partir das mesmas premissas utilizadas para rede

monofásica, realizou-se e analisou-se os cálculos para a

residência bifásica. O gasto mensal médio é de R$108,11

e consumo médio de 135,08 kWh/mês. Para esta

residência, a geração média de energia é de 171,6kWh

mensais e utiliza-se 5 módulos fotovoltaicos. O resultado

gerado estão tabulados na Tabela 8.

Tabela 8 –Payback com ICMS para bifásico

A empresa inicialmente sugeriu um investimento de

R$17.498,92. E após a análise da Tabela 8, concluiu-se

que o Payback terá um retorno de investimento em 11

anos.

Tomando como base as premissas utilizadas para o

cálculo da residência monofásica, o mesmo será feito

com a residência bifásica. O Investimento inicial

permanece em R$ 17.498,92. Os fluxos de caixa são

descritos na coluna Economia Atual Estimada da Tabela

8. O resultado do VPL pode ser visto na Tabela 9.

Tabela 9 – Cálculo do VPL

Pelo critério do VPL, o investimento mostrou-se atrativo

economicamente, já que o seu valor é positivo de

R$4.586,62, confirmando o resultado obtido na

ferramenta Payback.

Desconsiderando a taxa de 30% de ICMS, calculou-se

novamente o Payback e o VPL para residência bifásica.

Vide Tabela 10 e Tabela 11.

Tabela10 – Payback sem ICMS para bifásico

10

Tabela 11 – VPL sem ICMS para bifásico

Verificou-se então que o Payback diminuiu de 11 para 8

anos e o VPL aumentou em R$11.042,77. Assim,

desconsiderando os 30% de ICMS, o projeto continua

viável, além de ser possível observar a melhora em sua

rentabilidade.

III.4.D – Análise do ICMS no Estudo de Viabilidade

Considerando a análise do investimento nas residências

do estudo, observou-se que ao descontar-se o valor do

ICMS, em ambos a rentabilidade é aumentada. Na Tabela

12 é possível encontrar os valores para o Payback e VPL

para os sistemas monofásico e bifásico, de acordo com a

ausência ou acréscimo de 30% de ICMS.

Tabela 12 – Análise Financeira considerando o ICMS

IV. CONCLUSÃO

Na atual conjuntura onde se buscam novas fontes

renováveis de geração de energia elétrica, os painéis

fotovoltaicos podem ser uma opção financeiramente

viável e, devido ao baixo impacto ambiental, uma

alternativa em tempos de escassez de água, o que a torna

um meio de minimização de emissões de poluentes da

geração de energia elétrica.

Analisando o levantamento de posses e hábitos de

utilização das cargas instaladas, observou-se que o

consumo das residências se mostra mais significativo

durante o período de baixa irradiação ou até mesmo

irradiação zero. Desta forma, verifica-se a importância

dos sistemas de geração de energia fotovoltaico estarem

conectados na rede.

Do ponto de vista de viabilidade financeira para o estudo

de caso realizado nas residências monofásica e bifásica,

através das ferramentas Payback e VPL, foi comprovado

que a implantação do sistema fotovoltaico é rentável. Este

cenário permanece mesmo com a incidência do imposto

estadual de Minas Gerais, o ICMS. Entretanto, a

rentabilidade de cada um dos projetos é ampliada

grandemente quando não há a cobrança desta taxa.

Levando em consideração que o estado mencionado

concede isenção do ICMS para produtores de energia

elétrica gerada a partir de fontes renováveis, se seu

consumo exceder sua geração, e será cobrado apenas em

cima dessa diferença, caso seja positiva, há grandes

possibilidades de que a rentabilidade seja elevada. Logo,

a instalação do sistema fotovoltaico se mostra favorável

para aplicação.

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Fotovoltaica na Geração de Energia Elétrica no Rio

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11

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de Computadores Major Energia. Faculdade de

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Lavras. Lavras, 2004.

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Administração.

[23] EPE. Empresa de Pesquisa Energética. Inserção da

Geração Fotovoltaica Distribuída no Brasil –

Condicionantes e Impactos. Rio de Janeiro, 2014.

BIOGRAFIA:

Carolina Teresinha Costa Nasceu em São José dos Campos

(SP), em 1990. Ingressou na

UNIFEI em 2011, no curso de

Engenharia Elétrica. Durante a

graduação realizou trabalho como

monitora de inglês no CAAI -

Curso Assistencial Amigos de

Itajubá e foi membro da Comissão de formatura 2015.

Atualmente é estagiária na Elektro Eletricidade e

Serviços S.A. em Campinas.

Karen Renata Gonçalves

Dias Nasceu em Itajubá (MG), em

1990. Ingressou na UNIFEI em

2011, no curso de Engenharia

Elétrica. Atuou no grupo de

coordenação da Pastoral

universitária Católica nos anos

de 2011 a 2015, realizando diversos eventos de cunho

religioso, encenações teatrais, ações sociais e liderando

grupos de discussão.