UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO DE OBRAS
DIOGO EHLKE SCHUEDA
PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA
FOTOVOLTAICO DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA
RESIDÊNCIA – ESTUDO DE CASO
MONOGRAFIA DE ESPECIALIZAÇÃO
CURITIBA
2018
DIOGO EHLKE SCHUEDA
PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA
FOTOVOLTAICO DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA
RESIDÊNCIA – ESTUDO DE CASO
Monografia apresentada para obtenção do título de
Especialista em Gerenciamento de Obras, do
Departamento Acadêmico de Construção Civil, da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Adalberto Matoski
CURITIBA
2018
DIOGO EHLKE SCHUEDA
PROCEDIMENTOS PARA A INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM UMA RESIDÊNCIA – ESTUDO DE
CASO
Monografia aprovada como requisito parcial para obtenção do título de Especialista no Curso
de Pós-Graduação em Gerenciamento de Obras, Departamento Acadêmico de Construção
Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Campus Curitiba, pela
banca formada pelos professores:
Orientador:
_____________________________________
Prof. Dr. Adalberto Matoski,
Departamento Acadêmico de Construção Civil, UTFPR
Banca:
_____________________________________
Prof. M. Eng. Massayuki Mário Hara
Departamento Acadêmico de Construção Civil, UTFPR
_____________________________________
Prof. Dr. Cézar Augusto Romano
Departamento Acadêmico de Construção Civil, UTFPR
Curitiba, 22 de Junho de 2018.
RESUMO
SCHUEDA, Ehlke Diogo. Procedimentos para a instalação de um sistema fotovoltaico de
geração de energia distribuída em uma residência – estudo de caso. 2018. Monografia
(Especialização em Gerenciamento de Obras) – Departamento de Construção Civil -
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2018.
Cada vez mais os consumidores buscam fontes alternativas de energia, visando a
sustentabilidade e a economia, e nesse sentido a demanda pela energia solar fotovoltaica
cresce pela redução dos custos dos sistemas devido aos avanços da tecnologia, ao aumento da
conta de energia, principalmente nos períodos mais secos em que a bandeira vermelha
predomina na fatura do consumidor. O objetivo desse trabalho é a demonstração das
dificuldades relacionadas durante a instalação de um sistema de geração fotovoltaica em uma
residência. O método utilizado para elaboração deste trabalho foi o estudo de caso dos
procedimentos para a instalação de um sistema de geração fotovoltaica em uma residência
existente, tendo como resultado a demonstração das dificuldades encontradas como a falta de
aterramento e espaço no quadro de distribuição da instalação, até o estado de conservação das
telhas e falta de ponto de ancoragem para a realização de trabalhos em altura para instalação
dos painéis fotovoltaicos no telhado. Também foi demonstrado como resultado a geração de
energia do sistema desde a instalação, chegando a um valor médio de 174kWh por mês, o que
representa um retorno de investimento em aproximadamente cinco anos.
Palavras-chave: Geração distribuída. On-grid. Microgeração distribuída. Sistemas
fotovoltaicos conectados à rede. Energia Solar Fotovoltaica.
ABSTRACT
SCHUEDA, Ehlke Diogo. Procedures for the installation of a photovoltaic system of
distributed energy generation in a residence - case study. 2018. Monography
(Specialization in Construction Management) - Department of Civil Construction - Federal
Technological University Of Paraná. Curitiba, 2018.
Increasingly, consumers are looking for alternative sources of energy, aiming for
sustainability and economy, in this sense the demand for photovoltaic solar energy grows by
the reduction of the costs of the systems due to the advances in the technology, the increase of
the energy bill, mainly in the periods the red flag prevails in the consumer invoice. The
objective of this work is to demonstrate the difficulties related to the installation of a
photovoltaic generation system in a residence. The method used to elaborate this work was
the case analyze the procedures for the installation of a photovoltaic generation system in an
existing residence, resulting in the demonstration of the difficulties encountered as the lack of
grounding and space in the distribution frame of the installation, up to the state of
conservation of the tiles and lack of anchorage point for the realization of works in height for
installation of the photovoltaic panels in the roof. It has also been demonstrated as a result the
system's power generation from the installation, reaching an average value of 174kWh per
month, representing a return on investment in approximately five years.
Keywords: Distributed generation. On-grid. Distributed microgeneration. Photovoltaic
systems connected to the grid. Photovoltaic Solar Energy
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................7
1.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 9
1.2 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 9
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................11
2.1 RADIAÇÃO E IRRADIAÇÃO .............................................................................11
2.2 MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .........................................................................12
2.3 ESCOLHA DA FACE DO TELHADO E INCLINAÇÃO .....................................17
2.4 INVERSORES ...................................................................................................18
2.5 STRING BOX OU CAIXA DE CONEXÃO .........................................................19
2.6 NORMAS ...........................................................................................................19
2.7 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA.............21
2.8 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA ................................23
2.9 INCENTIVOS À GERAÇÃO FOTOVOLTAICA ..................................................24
2.10 TARIFA DE ENERGIA.....................................................................................24
3 METODOLOGIA ...................................................................................................26
3.1PAINÉIS FOTOVOLTAICOS ..............................................................................26
3.2INVERSOR E STRING BOX ..............................................................................30
3.3TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA .................................32
4 ANÁLISE DE RESULTADOS ..............................................................................34
5 CONCLUSÃO .......................................................................................................39
REFERÊNCIAS .......................................................................................................40
7
1 INTRODUÇÃO
Atualmente, tem-se buscado outras fontes de energia renováveis e que sejam
ecologicamente corretas. Como a matriz energética brasileira é proveniente,
predominantemente de geração hidrelétrica, que depende diretamente do volume de chuvas
nas regiões, além da dificuldade da geração estar próxima aos grandes centros de carga, a
geração proveniente do sol, dita geração fotovoltaica surge como alternativa.
Diariamente, incide sobre a superfície da terra mais energia vinda do sol do que a
demanda total de todos os habitantes de nosso planeta em todo um ano. Dentre as diversas
aplicações da energia solar, a geração direta de eletricidade do efeito fotovoltaico se apresenta
como uma das mais elegantes formas de gerar potência elétrica (RÜTHER, 2004).
Sem produzir ruído ou qualquer tipo de poluição, utilizando energia limpa, e
inesgotável do Sol, as células fotovoltaicas vem constituindo painéis fotovoltaicos
interligados à rede elétrica pública a fim de contribuir com a economia na geração de energia
de formas convencionais, bem como diminuir os impactos ambientais com novas construções
(NASCIMENTO, 2004) .
A geração distribuída é uma das grandes vantagens da tecnologia fotovoltaica, isso
porque esta tecnologia pode ser instalada junto à própria edificação e junto ao ponto de
consumo, ao contrário da energia hidráulica que necessita de uma área muito grande para
geração, e que geralmente se localiza longe dos pontos de consumo. (RÜTHER, 2004).
A Figura 1 ilustra o funcionamento do sistema de geração de energia solar
fotovoltaico.
Figura 1 - Funcionamento da energia solar fotovoltaica.
Fonte: SMARTENERGY
8
Conforme Nota Técnica nº 0056/2017-SRD/ANEEL, estimou-se que, até maio de 2017,
haveria 10561 conexões e micro e minigeradores, conforme Figura 2.
Entretanto, conforme relatado pela ANEEL em 25/01/2018:
o número de conexões de micro e minigeração distribuída chegou a mais de 20 mil
instalações, com atendimento a 30 mil unidades consumidoras, o que representa uma
potência instalada de 247,30 MW – suficiente para atender 367 mil residências. A
classe de consumo residencial é responsável por 48,71% de conexões, seguida da
classe comercial com 35,25% das instalações (ANEEL, 2018, p 1).
Desde abril de 2012, quando entrou em vigor a Resolução Normativa ANEEL nº
482/2012, o consumidor brasileiro pode gerar sua própria energia elétrica a partir de fontes
renováveis ou cogeração qualificada. Segundo as regras da Resolução Normativa nº
687/2015, que passaram a valer a partir de março de 2016, pode-se utilizar qualquer fonte
renovável, além da cogeração qualificada, denominada microgeração distribuída a central
geradora com potência instalada de até 75kw. No presente estudo vamos desenvolver os
trabalhos para a geração fotovoltaica.
Num determinado mês, caso a energia gerada seja superior à energia consumida no
período, é gerado um crédito que pode ser utilizado nas faturas dos próximos meses, que
expira em 60 meses. Esses créditos podem ser utilizados também para abater o consumo de
unidades consumidoras do mesmo titular (mesmo CPF ou CNPJ), da mesma área de
atendimento da mesma distribuidora. Tal modalidade de utilização de créditos foi denominada
―autoconsumo remoto‖. Isso possibilita, por exemplo, um consumidor que possui uma
chácara e mora em um apartamento, instalar um sistema de geração distribuída na chácara
Figura 2 - Número de micro e minigeradores até 23/05/2017.
Fonte: Nota Técnica nº 0056/2017-SRD/ANEEL
9
para compensar o consumo do apartamento. Também permite a compensação de créditos
gerados entre diversas unidades consumidoras de um condomínio, de acordo com um
percentual predefinido entre elas.
Entretanto, uma parcela dos interessados em instalar um sistema de geração
distribuída têm dúvidas quanto à real geração de energia, e quanto à possibilidade de
instalação de um sistema desses em seu imóvel. Por estes motivos, essa pesquisa foi realizada,
afim de demonstrar os trâmites para a instalação de um sistema, bem como a produção de
energia e o retorno do investimento previsto.
.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo principal: Relacionamento das etapas para a instalação de um sistema de
geração distribuída fotovoltaico;
1.1.2 Objetivos específicos: apresentar as dificuldades no processo de instalação em uma
residência existente; apresentar os trâmites para aprovação de um projeto de geração
distribuída junto à concessionária Copel; apresentar a geração de energia sistema para o
período analisado e o custo do sistema pela potência gerada, bem como o retorno
estimado do investimento.
1.2 JUSTIFICATIVA
Com o aumento no número de instalações de sistemas de geração de energia
fotovoltaicos, também aumentam os acidentes envolvendo essas instalações. Com o
passar do tempo, essas instalações também deverão passar por manutenções preventivas e
corretivas que irão requerer cuidados, e não foi encontrado um grande número de
bibliografia disponível que descreva o processo de instalação, bem como detalhe as
dificuldades que podem ser encontradas.
Segundo estudo sobre principais falhas e suas causas do Projeto de
1.000 sistemas fotovoltaicos (SFCR) instalados na Almenanha, entre
1991 e 2005 – período em que esse tipo de sistema ainda era
inicipiente no país (similar ao período atual do Brasil) – constatou-se
que quase 40% das falhas ocorridas foram devidas a problema na
10
instalação e outros 30% por erros de projeto. Os sistemas
fotovoltaicos instalados no âmbito do Programa Luz para Todos,
principalmente os MIGDIs, também apresentaram muitos problemas
de instalação. Esses fatos ressaltam que para um bom resultado não
são suficientes um bom dimensionamento e especificação de
equipamentos de qualidade, mas sim, o bom gerenciamento da
qualidade do projeto e da instalação como um todo; por isso é
fundamental critérios e especificações bem definidos para todas as
etapas do projeto. (PINHO; GALDINO, 2014, p. 357)
Com a realização desse estudo, é possível demonstrar as etapas para instalação de um
kit padrão disponível no mercado, bem como é possível demonstrar algumas das dificuldades
encontradas durante o processo de instalação. Também é realizada a analise de geração de
energia para o período, estimando-se o retorno de investimento da instalação.
11
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 RADIAÇÃO E IRRADIAÇÃO
Segundo NASCIMENTO (2004), A energia solar fotovoltaica tem como ―vocação‖ a
utilização em pequenas instalações (pequenas cargas) que a torna, econômica, eficiente e
segura. O Brasil dispõe de um dos maiores potenciais do mundo para o aproveitamento de
energias renováveis principalmente a energia solar, e além de ecologicamente correto, é uma
fonte inesgotável de energia.
Conforme SOUZA (2004) a radiação solar caria ao longo do dia e tem a intensidade
maior no chamado meio-dia-solar. Ela vai do mínimo, que é no momento em que o sol
aparece no horizonte até chegar ao máximo (que é o meio-dia-solar), decaindo até o valor
mínimo no final da tarde. Isso pode ser observado na Figura 3 sobre a variação de Irradiância
em um dia médio.
Esse valor é de extrema importância para o cálculo de sistemas fotovoltaicos, pois é
nessas horas que um painel fotovoltaico estará gerando o seu máximo durante o dia. As horas
de sol pico estão compreendidas entre duas a três horas antes e depois do meio-dia-solar. O
meio-dia-solar acontece quando os raios de sol estão se projetando na direção Norte-Sul, no
meridiano local. Como o meio dia solar varia ao longo do ano, na maioria das vezes será
diferente do meio dia no horário civil (SOUZA, 2004).
Figura 3 - Gráfico das horas de Sol Pico.
Fonte: SOUZA, 2004
12
2.2 MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
Conforme TONIN apud GHENSEV (2017), dentro da célula fotovoltaica, a energia
da luz que é absorvida pela célula é transferida a seus átomos e elétrons. Então, a partir dessa
energia adquirida, os elétrons desprendem-se dos átomos do material semicondutor, gerando
assim um fluxo elétrico ordenado, conhecido como corrente elétrica.
A Figura 4 abaixo ilustra o funcionamento de uma célula fotovoltaica.
As células podem ser compostas basicamente de três formas, conforme abaixo DIAS,
(2004):
Células moni-cristalinas – representam a primeira geração. Apresentando
rendimento elétrico relativamente elevado (aproximadamente 16%), mas as
técnicas de produção são complexas e caras;
Células poli-cristalinas – apresentam rendimento elétrico inferior (entre 11% e
13%) mas têm um custo de produção inferior, por necessitarem de menos
energia para fabricação;
Células de silício amorfo – apresentam custo menor, mas com rendimento entre
8% e 13%. São películas finas, o que permite a utilização como material de
construção.
Usualmente, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica utilizam painéis
fotovoltaicos equipados com células poli-cristalinas, por apresentarem a melhor relação custo-
benefício.
Atualmente, existem várias opções de módulos fotovoltaicos ou painéis solares no
mercado brasileiro, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Os módulos
Figura 4 - Esquemático da célula Fotovoltaica.
Fonte: TONIN, 2017 apud ENERGIATECSOLAR
13
comercializados no Brasil devem ser ensaiados de acordo com o RAC do Inmetro, e
possuírem a etiqueta de aprovação afixada neles, conforme figura 5.
Os módulos fotovoltaicos são vendidos com a potência em Wp (watt-pico) –
condições padrão de ensaio.
Os módulos fotovoltaicos vêm com cabo com isolamento adequado para exposição
às intempéries, bem como equipados com conectores do tipo MC4 do tipo engate rápido para
conexão entre módulos e entre módulo e inversor, conforme figura 6. Dependendo do tipo da
instalação, os módulos podem ser associados em série ou em paralelo.
Os módulos podem ser associados em série ou em paralelo, conforme o tipo de
inversor e de projeto a ser utilizado. A associação em série é feita conectando-se o terminal
Figura 5 - Etiqueta do Inmetro comprovando a eficiência energética.
Fonte: O AUTOR, 2018
Figura 6 - Conector tipo MC3 e MC4.
Fonte: SOUZA, 2004
14
positivo de um módulo ao terminal negativo de outro módulo fotovoltaico, até que se feche
um arranjo. Nesta associação as tensões dos módulos se somam e a corrente não é afetada. Os
módulos devem ser idênticos, pois se conectando um módulo diferente, com corrente menor,
todo sistema será limitado pelo módulo de menor corrente, diminuindo a eficiência do arranjo
fotovoltaico (PINHO e GALDINO, 2014). Já a associação em paralelo, quando aplicável, é
feita ligando os terminais positivos dos módulos entre si, bem como os terminais negativos
entre si. Nessa configuração, a corrente individual de cada módulo se soma.
Para a fixação dos painéis no telhado ou laje da edificação que irá receber a
instalação, existem kits disponíveis no mercado que se adequam a cada tipo de instalação.
Como o sistema é feito para ter uma vida útil superior a 25 anos, os materiais devem ser de
qualidade para que sejam duráveis. Abaixo, alguns exemplos de kits de fixação em aço
galvanizado para fixação do trilho de alumínio que fixará as placas fotovoltaicas. Existem
outras opções no mercado, os exibidos abaixo são do fabricante NHS Solar, fornecedora do
kit instalado na edificação estudada.
As figuras de 7 A 12 foram registradas durante treinamento realizado pelo Autor
sobre instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede na sede na empresa NHS
Sistemas Eletrônicos em Curitiba – PR.
A figura 7 demonstra a fixação do suporte no caibro do telhado, o perfil de aço
galvanizado e, finalmente, o trilho de alumínio afixado no suporte.
Figura 7 - Suporte para fixação em caibro de madeira e telhado em cerâmica.
Fonte: O AUTOR, 2018
15
Esse tipo de fixação garante a versatilidade da instalação, possibilitando sua
instalação com os mais variados tipos de telhas cerâmicas, bem como distâncias entre caibros.
Também garante que a água da chuva não escoe para parte inferior das telhas pelo suporte.
A figura 8 mostra a fixação no caibro do telhado.
Após a fixação dos suportes nos trilhos, o conjunto fica instalado conforme a figura
9, garantindo que não haja a entrada de água entre as telhas.
Figura 8 - Detalhe por baixo da fixação no caibro para telhado do tipo cerâmico.
Fonte: O AUTOR, 2018
Figura 9 - Suportes e trilhos montados em telhado cerâmico.
Fonte: O AUTOR, 2018
16
Após a fixação dos trilhos, respeitando a distância de aproximadamente 80cm entre
os trilhos (para uso com painéis de 270W que possuem 160cm de altura), o sistema fica
conforme a figura 10.
A fabricante NHS desenvolveu outras soluções de suportes para fixação dos trilhos
de sustentação dos painéis fotovoltaicos para outros tipos de telhados. Por exemplo, a figura
11 é um suporte para utilização em telhados de fibrocimento.
Figura 10 - Painéis fotovoltaicos afixados nos trilhos em telhado cerâmico.
Fonte: O AUTOR, 2018
Figura 11 – Suporte Fixação para telhado de fibrocimento.
Fonte: O AUTOR, 2018
17
Também foi desenvolvido o suporte para fixação do perfil de alumínio em telhados
de zinco, conforme figura 12.
2.3 ESCOLHA DA FACE DO TELHADO E INCLINAÇÃO
Conforme sugestão do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos pode-se
estimar a distância mínima que o gerador fotovoltaico deve ser colocado da doente de
sombreamento. Cabe salientar que o referido método fornece uma estimativa simples e
conservadora, pois considera que a sombra do obstáculo cobre por igual todo o gerador
fotovoltaico, o que comumente não acontece, devido aos contornos não homogêneos do
sombreamento. (PINHO; GALDINHO, 2010, p.364).
(1)
Figura 12 – Suporte para utilização em telhado de zinco. Fonte: O AUTOR
18
Também devem ser considerados outros aspectos para a instalação dos módulos
fotovoltaicos, como construção de edificações vizinhas, crescimento de vegetação, instalação
de objetos sombreadores ou mesmo vandalismo.
Conforme o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos sugere:
Para geração máxima de energia ao longo do ano, o ângulo de
inclinação do gerador fotovoltaico deve ser igual à latitude local
onde o sistema será instalado. No entanto, pequenas variações na
inclinação não resultam em grandes mudanças na energia gerada
anualmente e a inclinação do gerador fotovoltaico pode estar dentro
de 10º em torno da latitude local. . (PINHO; GALDINO, 2014, p.
367)
2.4 INVERSOR
É o equipamento responsável pela conversão da energia proveniente das placas
fotovoltaicas e, caso ela seja suficiente, ela liga o inversor para que ele passe a gerar corrente
alternada, de modo a atender as cargas ou que essa energia seja injetada na rede.
Conforme TONIN apud URBANETZ:
O inversor é um equipamento eletroeletrônico responsável pela conversão da energia
de corrente contínua (CC) dos módulos fotovoltaicos em energia de corrente
alternada (CA) a ser disponibilizado para as cargas a serem alimentadas. A tensão
Figura 13 - Fator de espaçamento versus latitude do local da instalação do
gerador fotovoltaico.
Fonte: PINHO; GALDINHO, 2010)
19
CA de saída deve ter amplitude, frequência e conteúdo harmônico adequado às
cargas a serem alimentadas e, a tensão de saída do inversor deve ser sincronizada
com a tensão da rede, no caso de sistemas conectados à rede elétrica. De acordo com
tipo do sistema fotovoltaico, conectado à rede elétrica ou isolado, escolhe-se o
inversor a ser usado, pois os inversores para SFVCR possuem características
específicas para atender às exigências das concessionárias de distribuição em termos
de segurança e qualidade de energia a ser injetada na rede.
No Brasil o inversor para conexão à rede deve atender à norma ABNT NBR
16149:2013 (ABNT, 2013b), que estabelece parâmetros como: faixas de variação de tensão e
frequência, THD, proteção contra ilhamento, fator de potência, etc. (PINHO, GALDINO,
2014, p. 239).
Para utilização em instalações conectadas à rede, os inversores devem possuir
homologação do INMETRO.
2.5 STRING BOX OU CAIXA DE CONEXÃO
É a proteção da parte de corrente contínua do sistema. Varia de acordo com cada
fabricante, deve possuir dispositivo de manobra e seccionamento e proteção contra
sobrecorrente, bem como protetor contra surtos de corrente (DPS).
2.6 NORMAS
Conforme Tiecher (2017) em seu artigo Aplicação da NR 35 no processo de
instalação de painéis fotovoltaicos em residências unifamiliares, é obrigatória a instalação de
cabo-guia ou cabo de segurança para fixação de mecanismo de ligação por talabarte acoplado
ao cinto de segurança tipo paraquedista do profissional habilitado, conforme dita a Norma
Regulamentadora 35 (NR35). O cabo de segurança deve ter sua extremidade fixada à
estrutura definitiva da edificação, por meio de espera de ancoragem, suporte ou grampo de
fixação de aço inoxidável ou outro material de resistência, qualidade e durabilidade
equivalentes. Mas, na prática, não é essa a realidade encontrada pelos instaladores. Muito
raramente são encontrados pontos seguros para ancoragens de linhas de vida para a realização
das instalações das placas fotovoltaicas.
Outro ponto que deve ser revisto é quanto à segurança das instalações elétricas dos
sistemas fotovoltaicos. Vinicius Ayrão (2017) desenvolveu um artigo sobre um acidente que
ocorreu em Uberaba em 2016 no qual houve um princípio de incêndio em um inversor
20
fotovoltaico, os bombeiros foram c Chamados e instruíram para que chamassem um
eletricista, já que a energia da residência não podia ser desligada. Por se tratar de corrente
contínua, conforme o arranjo de placas na ordem de 600Vcc, deveriam existir outras medidas
de proteção, por exemplo, no caso de um incêndio, já que os cabos entre as placas e o string
box estariam energizados se as placas expostas à irradiação solar.
Conforme sugestão do Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos para a
instalação de um sistema de geração fotovoltaico:
Para facilitar e agilizar o processo de instalação, sugere-se dividi-lo
nas fases de pré-instalação e instalação. Durante a fase de pré-
instalação, a atenção do projetista deve estar voltada para o
dimensionamento e seleção de acessórios (suportes, cabeamento,
terminais, etc.), configuração (layout) do local, pré-montagem e
estimativas de tempo para instalação, faz obras civis necessárias e
das condições climáticas no momento do trabalho. A instalação
propriamente dita envolve a montagem e o comissionamento
(inspeções e testes) do SFV, que devem ser realizados no local
definitivo, de forma rápida, eficiente e segura. A instalação bem
planejada e executada proporciona a proteção devida às pessoas e
garante aos SFVs confiabilidade e bom desempenho, resultando na
satisfação do usuário. (PINHO; GALDINO, 2014, p. 357)
No início da norma NBR16274 – SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS
À REDE – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e
avaliação de desempenho, consta: ―Apenas pelo fornecimento de documentação adequada no
início da operação do sistema é possível assegurar o desempenho de longo prazo e a
segurança do sistema fotovoltaico e/ou obras e ele relacionadas”. Essa norma determina a
documentação a ser entregue ao cliente após a conexão da unidade consumidora à rede,
prevendo:
Identificação de referência do projeto (quando aplicável);
Nome do proprietário do sistema;
Localização do sistema (endereço ou coordenadas geográficas);
Potência nominal do sistema (kWp w kVA);
Módulos fotovoltaicos e inversores – fabricante, modelo e quantidade;
Período de instalação;
Período de ensaios de comissionamento;
21
Período de avaliação do desempenho (quando aplicável)
A norma também prevê as responsabilidades do projetista, sendo necessário descrever:
Nome da empresa
Responsável técnico
Endereço postal, número de telefone e endereço de correio eletrônico;
Atividade realizada na instalação (quando aplicável)
Também exige, no mínimo, um diagrama unifilar da instalação, bem como especificação dos
arranjos fotovoltaicos, especificação dos condutores e aterramento.
A norma ainda prevê o fornecimento de informações sobre a operação e manutenção do
sistema, contemplando, pelo menos:
a) Os procedimentos para verificar o funcionamento correto do sistema;
b) Uma lista do que fazer em caso de uma falha no sistema;
c) Os procedimentos de desligamento de emergência;
d) Recomendações de manutenção e limpeza;
e) Considerações para futuras construções relacionadas ao arranjo fotovoltaico (por
exemplo, obras no telhado);
f) Documentação da garantia dos módulos fotovoltaicos e inversores;
g) Documentação de quaisquer garantias referentes à obra e/ou resistência a intempéries.
A norma também prevê uma série de inspeções na parte CC e CA da instalação
2.7 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA
Conforme Rodriguéz (2002), os sistemas fotovoltaicos conectados à rede são uma
aplicação da tecnologia solar fotovoltaica, na qual o arranjo fotovoltaico atua como fonte
complementar ao sistema elétrico ao qual está conectado. Esse sistema gera a eletricidade de
forma descentralizada, no local de consumo.
Já, conforme Freitas e Hollanda (2015):
Não há uma definição convergente. A política energética de cada país aborda - e
incentiva - este tipo de geração de maneira diversa. Em uma definição mais geral, a
geração distribuída pode ser entendida como sistemas de potência de capacidade
reduzida e que ficam alocadas próximas ao centro de consumo, sem a necessidade de
extensas redes para sua transmissão2. Em alguns países é considerado, ainda, o tipo de
tecnologia de conversão e a utilização da fonte, se intermitente, de combustível fóssil,
ou renovável. Entretanto, a definição de qual seria a potência instalada para que algum
empreendimento de geração seja considerado distribuído é função, principalmente, da
22
política energética aplicada. Há diversas opções tecnológicas para a exploração da
geração distribuída. Dentre essas, uma das que mais vêm se destacando é o
aproveitamento energético através de sistemas fotovoltaicos, principalmente pela
facilidade na instalação e pela simplicidade de operação e manutenção3. A evolução
desta fonte tem sido bastante impulsionada pela constante redução de preços dos
módulos fotovoltaicos no mercado internacional, principal insumo para tais sistemas.
No entanto, ainda carecem de incentivos para a sua adoção em maior escala.
Os sistemas conectados à rede de distribuição podem alimentar parcialmente ou
completamente a carga de onde está conectado, logicamente, devem ser providos de sistemas
de segurança para manutenção dos níveis de tensão, corrente, distorção harmônica, etc., bem
como serem equipados com um sistema chamado anti-ilhamento, o qual desliga o inversor
impedindo o envio de energia para o sistema quando detecta falta de energia na rede,
prevenindo acidentes. Ou seja, precisa, necessariamente, estar conectado à rede de
distribuição de energia, e esta precisa estar energizada.
Por serem conectadas à rede elétrica pública, estas instalações dispensam os sistemas
acumuladores de energia, reduzindo assim consideravelmente o custo total da instalação (da
ordem de 30% do custo total do sistema para sistemas com acumulação e dispensando a
manutenção e reposição requeridas por um banco de baterias. Além disto, por poderem contar
com a rede elétrica pública como back up quando a demanda excede a geração, não há
necessidade de superdimensionamento do sistema para atendimento da demanda energética
sob períodos prolongados de baixa incidência solar, como é o caso em sistemas isolados ou
autônomos, onde o dimensionamento do sistema deve levar em consideração o pior caso de
oferta solar e a sazonalidade que ocorre na maioria das regiões do globo, do que decorre que
para alguns períodos do ano o sistema autônomo frequentemente estará superdimensionado, o
que eleva os custos da instalação (RÜTHER, 2004).
Outra opção ainda não homologada, mas que certamente irá se tornar disponível em
pouco tempo são os sistemas ditos híbridos que são os quais, quando desconectados da rede
convencional, são alimentados por outra fonte de geração de energia (pode ser proveniente de
placas fotovoltaicas, baterias, entre outras). Em outras palavras, são sistemas com capacidade
de manter as cargas críticas em falta de rede da concessionária.
Verifica-se no mercado atual que os fornecedores comercializam ―kit” de gerador
fotovoltaico ao invés de venderem os componentes isoladamente. Isso é feito para que se
diminua a carga tributária que incide sobre o kit. Dessa forma, o fica isento de ICMS.
Cada ―kit” desse pode ser composto por: módulos fotovoltaicos, suportes, trilhos e
ferragens, cabos e conectores e inversor.
23
Tabela 1 - Relação de componentes do kit do estudo de caso.
Descrição do Componente Unidade Quantidade
Módulo Fotovoltaico 270 Wp, Canadian Solar 60 cells POLI SI ud 6
Inversor On Grid NHS SOLAR-1K5-GSM1 ud 1
String Box 1E 1S 1000V ud 1
Perfil de Alumínio NHS - Univ. - Multifunc. - 3 guias – 3150mm ud 4
Kit Miscelânea – Cerâmico – 3 Painéis kit 2
Cabo Flexível 6 mm PROSOLAR 1kV - Vermelho m 20
Cabo Flexível 6 mm PROSOLAR 1kV - Preto m 20
Kit Conector/Terminal Tipo WM4 para Cabo Solar - Macho/Fêmea kit 1
Adaptador WiFi ud 1
Fonte: O AUTOR (2018)
2.8 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA
Após a finalização da instalação do sistema, o sistema não pode ser energizado, uma vez
que depende da vistoria da concessionária de energia para a substituição do medidor de
energia por um do tipo bidirecional, conforme dita a Norma Técnica Copel - NTC 905200:
Todo aquele que pretender utilizar a geração própria estará
condicionado à apresentação de projeto elétrico, não sendo
permitida, em hipótese alguma, a energização das
instalações sem a análise de conformidade e a devida
liberação do projeto pela Copel, bem como o cumprimento
de todas as condições contratuais (NTC 9052CC Copel, p.
30)
Para tanto, faz-se necessário o preenchimento de um formulário de solicitação de
acesso para microgeração distribuída com potência igual ou inferior a 10kW conforme
modelo ANEXO I.
Ou seja, é necessário preencher o formulário, e desenvolver, pelo menos:
a) ART do Responsável Técnico pelo projeto elétrico e instalação do sistema de
microgeração (ANEXO II);
24
b) Diagrama unifilar contemplando Geração/Proteção(inversor, se for o
caso)/Medição e memorial descritivo da instalação) (ANEXO III);
c) Certificação de conformidade do(s) inversor(es) ou número de registro da
concessão do Inmetro para a tensão nominal de conexão com a rede (ANEXO
IV);
d) Dados necessários para o registro da central geradora conforme disponível no
site da ANEEL: www.aneel.gov.br/scg; (ANEXO V)
e) Lista de unidades consumidoras participantes do sistema de compensação (se
houver) indicando a percentagem de rateio dos créditos;
f) Cópia do instrumento jurídico que comprove o compromisso de solidariedade
entre os integrantes (se houver);
Após análise, a Distribuidora/Concessionária de energia elétrica (no caso em estudo
a Copel) emitirá o Parecer de Acesso (ANEXO VI), que é o documento no qual constam as
condições, requisitos, etapas e prazos para atendimento à conexão do acessante. O
cliente/acessante solicita e a concessionária realiza a vistoria conforme ANEXO VII. Em caso
de necessidade de correções, é emitido um relatório com as pendências constatadas. Caso não
hajam pendências, é substituído o medidor do cliente para um do tipo bidirecional, e emitido
o termo de ADESÃO AO SISTEMA DE COMPENSAÇÃO DE ENERGIA (ANEXO VIII).
2.9 INCENTIVOS À GERAÇÃO FOTOVOLTAICA
Até agora, apenas nos estados do Paraná, Santa Catarina e Amazonas não havia
isenção do ICMS para a Energia Solar. Entretanto, isso está mudando. Conforme notícia da
ABSOLAR (2018):
O Paraná aderiu ao convênio nacional que prevê a isenção do Imposto sobre
Circulação de Mercadorias e Serviços (ICMS) incidente sobre fornecimento
de energia elétrica produzida por mini e microgeração. A adesão era uma demanda
do setor produtivo estadual e, segundo perspectivas do próprio setor, deve estimular
investimentos em projetos de energia solar, eólica, hídrica e de biomassa nos
próximos anos.
25
2.10 TARIFA DE ENERGIA
Conforme verificado no site da Copel e na figura 14, o valor Kwh incluindo
impostos, sendo a consulta realizada em 13/06/2018, é de R$0,69118.
Figura 14 - Tarifa subgrupo B1.
Fonte: COPEL (2018)
26
3 METODOLOGIA
A instalação analisada foi realizada em uma residência unifamiliar em Araucária –
PR, em Fevereiro de 2018. Trata-se de uma construção em alvenaria, com idade de
aproximadamente 40 anos, sem maiores interferências no entorno. O telhado é do tipo
cerâmico, com telhas do tipo capa-canal. Foi utilizado um Kit Gerador Fotovoltaico conforme
Tabela 1.
3.1 PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
Para a instalação analisada, foram utilizados seis painéis da marca CANADIAN
SOLAR, instalados em arranjos em série. Os painéis têm especificação conforme abaixo, e
seu detalhamento técnico consta no ANEXO.
Tabela 2 - Especificação dos módulos fotovoltaicos utilizados
MODEL TYPE CS6K-270P
NOMINAL MAXIMUM POWER (Pmax) 270W
OPTIMUM OPERATING VOLTAGE (Vmp) 30.8V
OPTIMUM OPERATING CURRENT (Imp) 8.75A
Fonte: O AUTOR (2018)
Os painéis vêm com etiquetas com os dados técnicos, conforme figura 15.
Figura 15 - Especificação dos módulos fotovoltaicos utilizados.
Fonte: O AUTOR (2018)
27
Foi escolhido o telhado com a face de melhor irradiância entre as 9 e 15 horas,
conforme recomendações. Por este motivo, foi escolhido o telhado da parte frontal da
residência, conforme figura 16.
Por se tratar de uma construção antiga, não foi possível encontrar um ponto de
ancoragem para linha de vida para atendimento à Norma Regulamentadora NR 35. Foi
verificada a resistência da estrutura de madeira do telhado e, após, foram afixados os suportes
com parafusos de inox, o que pode ser visto na figura 17.
Figura 17 - Detalhe da fixação na residência do estudo de caso.
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 16 - Vista da face do telhado escolhida para instalação dos módulos
fotovoltaicos.
Fonte: O AUTOR (2018)
28
Para o telhado do nosso estudo de caso não foi necessário realizar nenhum cálculo de
sombreamento, pois inexistiam obstáculos no entorno.
Após a fixação dos suportes nos caibros, e dos trilhos nos suportes, foi feita a fixação
das placas fotovoltaicas nos trilhos. A fixação das placas no trilho se dá através de grampos,
sendo grampos terminais nas extremidades e grampos intermediários entre as placas. No caso
do kit utilizado, os parafusos são de aço inox do tipo ―T‖ M10X35 e porcas de aço inox com
flange. Isso possibilita a colocação no trilho de forma mais fácil, em qualquer posição (figura
18).
A vantagem de existir uma distância entre as telhas e a parte inferior dos módulos é a
dissipação de calor pela ação dos raios solares e das perdas pela conversão de energia. Os
grampos permitem o distanciamento entre os módulos, permitindo que estes trabalhem
conforme dilatação e contração térmica que venham a sofrer.
Após a fixação de todos os suportes nos caibros, e a fixação dos parafusos entre os
suportes e os trilhos através das porcas, os painéis foram instalados, sendo afixados pelos
grampos, conforme figuras 19 e 20.
Figura 18 - Ferragens e suportes de um kit (para três painéis fotovoltaicos)
Fonte: O AUTOR (2018)
29
Os módulos fotovoltaicos acompanharam a inclinação do telhado existente de
aproximadamente 20 graus, não sendo necessário adequar.
Após a instalação dos seis módulos fotovoltaicos nos trilhos, e conexão deles em
série, o sistema ficou conforme a figura 20:
Figura 20 - Instalação dos módulos fotovoltaicos nos trilhos de alumínio após fixação
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 19 – Grampos terminais na lateral direita e intermediários
na lateral esquerda do módulo fotovoltaico.
Fonte: O AUTOR (2018)
30
Entre os módulos fotovoltaicos e o inversor foram instalados cabos do fabricante
Conduspar modelo PROSOLAR FV diâmetro 6mm² 1 kV nas cores vermelho e preto para os
cabos positivo e negativo respectivamente.
Ao realizar a conexão dos módulos, sempre é importante que estes sejam cobertos
por algum material opaco, de forma a impedir que a radiação solar incida sobre eles. Desta
forma, eles deixam de gerar energia.
3.2 INVERSOR E STRING BOX
Por se tratar de uma instalação antiga, não existia um QDG (Quadro de Distribuição
Geral). Por este motivo, foi instalado no abrigo de automóveis, um QDG conforme diagrama
unifilar mostrado na figura 21.
Ao lado do QDG, foram instalados o inversor de 1,5kW do fabricante NHS Sistemas
Eletrônicos, juntamente com a string-box, equipada com chave seccionadora, fusíveis e DPS
de corrente contínua. Foi instalado um eletroduto aparente de PVC na cor branca para os
cabos de corrente contínua provenientes das placas fotovoltaicas conectadas em série. Por
esse motivo, desceram apenas dois cabos (um positivo vermelho e um negativo preto). Os
Figura 21 - Diagrama Unifilar do QDG.
Fonte: O AUTOR (2018)
31
cabos de aterramento foram instalados de maneira aparente até o QDG, através de spiraduto e
prensa-cabo. O cabo de corrente alternada de saída do inversor utilizado foi do tipo PP
3x4,00m² e foi instalado aparente, também com spiraduto e entrando no QDG através de
prensa-cabo, conforme figuras 22 e 23.
Figura 22 - Instalação da string box e inversor ao lado do quadro de distribuição.
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 23 - String box após conexão dos cabos provenientes dos módulos
fotovoltaicos.
Fonte: O AUTOR (2018)
32
3.3 TRÂMITES JUNTO À CONCESSIONÁRIA DE ENERGIA
O processo do sistema do estudo de caso foi apresentado na Copel em 17/01/2018 e a
conclusão da análise da Copel se deu em 02/02/2018, como projeto reprovado, devido a um
erro no item d – planilha para cadastro da central geradora. Após, foi reapresentado e
aprovado em 07/02/2018. Foi enviado ao e-mail cadastrado do proprietário o PARECER DE
ACESSO DE MICROGERAÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DA COPEL e o
RELACIONAMENTO OPERACIONAL PARA A MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA.
Após solicitação de vistoria do sistema por e-mail, através do contato
[email protected], foi agendada a vistoria para o dia 22/02/2018.
Durante a realização da vistoria, os técnicos da Copel utilizam um Relatório de
Vistoria, no qual checaram os seguintes itens:
Características dos módulos fotovoltaicos;
Características dos inversores;
Dados do medidor instalado (Concessionária) – marca, modelo, medida,
número de lacre
Existência de Placa de Advertência conforme exigência da norma NTC 905200
e figura 23;
Condições de acesso à Copel à entrada de serviço;
A figura 24 demonstra a entrada de energia existente na residência que recebeu a
placa de advertência indicando a existência de ―geração distribuída‖, conforme exigência.
Figura 24 - Placa de Advertência (210 x 100mm) conforme
Norma Técnica Copel 905200
Fonte: O AUTOR (2018)
33
Além dos itens anteriormente mencionados, são analisados outros aspectos da
instalação, como por exemplo, a existência de DPS e dispositivo de seccionamento de
corrente contínua entre os painéis fotovoltaicos e o inversor. Após a verificação e atendimento
destes itens, foram realizados testes dos níveis de tensão entre fases com o inversor
desconectado e depois com o inversor conectado. Finalmente, é testado o anti-ilhamento, que
é a capacidade do inversor perceber a ausência de tensão da rede e desligar, garantindo a
inexistência de geração de energia, o que pode ser verificado realizando-se o teste de ausência
de tensão nos bornes do disjuntor conforme figura 25.
Após a verificação e atendimento às exigências, a instalação foi aprovada e o
medidor convencional da instalação foi substituído por um bidirecional, conforme figura 26.
Figura 25 - Teste dos níveis de tensão e anti-ilhamento após substituição
do medidor pela Copel.
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 26 - Medidor bidirecional instalado pela
concessionária na entrada de energia da residência.
Fonte: O AUTOR (2018)
34
4 ANÁLISE DE RESULTADOS
O sistema instalado possui memória e capacidade para armazenar os dados de tensão,
corrente, energia gerada, total de energia, dentre outros, que pode ser acessado através de
interface web através do site http://ongrid.nhs.com.br, após criação de usuário e senha e
vinculação com o número de série do medidor para comunicação.
Ao logar no sistema, é exibida a energia gerada ao longo do dia atual. A figura 27
demonstra a potência gerada ao longo do dia 24/05/2018, onde é possível verificar que a
potência máxima do sistema é obtida próxima ao meio dia.
Na figura 28 é mostrado um resumo da geração de energia em Kwh no mês de
Fevereiro de 2018, mês da instalação do sistema. Por este motivo, a geração iniciou em
23/02/2018.
Figura 27 - Potência gerada ao longo do dia 24/05/2018.
Fonte: O AUTOR (2018)
35
A figura 29 demonstra a geração de energia em Kwh no mês de Março de 2018.
A geração de energia em kWh no mês de Abril de 2018 pode ser verificada na figura
30.
Figura 28 - Energia gerada em Fevereiro / 2018
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 29 – Energia gerada em Março / 2018
Fonte: O AUTOR (2018)
36
A figura 31 exibe os valores de energia gerada durante o mês de Maio de 2018:
A figura 32 exibe os valores de kWh gerados em cada mês.
Figura 30 - Energia gerada em Abril / 2018
Fonte: O AUTOR (2018)
Figura 31 - Energia gerada em Maio / 2018
Fonte: O AUTOR (2018)
37
Somando a energia gerada em todos os meses, o sistema gerou 559,4 kWh em 96
dias de funcionamento, uma média de 5,827Kwh por dia de geração de energia. Multiplicando
por 30, temos a geração média mensal de 174,8kWh por mês.
Ao multiplicarmos o a quantidade de energia gerada média diária pelo valor do kWh
vigente na data do estudo, desprezando a diferença de impostos para o caso de injeção de
energia na rede, ou seja, considerando que toda a energia produzida esteja sendo consumida
na residência durante a sua geração, sem a compensação e possível perda que possa haver
pela diferença de cobrança de impostos, temos uma economia média de R$4,03 por dia,
conforme tabela 3.
Tabela 3 - Economia de energia média diária
Kwh gerado
Valor Kwh
Valor / dia
5,827 0,69118 R$ 4,03
Fonte: O AUTOR (2018)
O custo total de aquisição do sistema juntamente com a adaptação das instalações
elétricas da residência foi de R$7.590,00. Dividindo o valor total de aquisição pelo valor de
economia média diária, temos 1883 dias para retorno do investimento, o que equivale à
aproximadamente 5,15 anos. Como o sistema é projetado para uma vida útil superior a 25
anos, e a energia elétrica sofre uma tendência de aumento significativo ao longo dos anos,
pode-se concluir que é um investimento interessante.
Figura 32 - Resumo da energia gerada desde a instalação.
Fonte: O AUTOR (2018)
38
Durante o processo de instalação do sistema de geração de energia fotovoltaica na
residência, foram encontradas algumas dificuldades em virtude da idade da construção. A
primeira delas foi à ausência de espaço para circuito no quadro de distribuição geral, bem
como ausência de aterramento e protetores de surto. A segunda dificuldade foi o estado de
conservação das telhas. Durante a instalação dos suportes, trilhos e painéis fotovoltaicos sobre
o telhado foram quebradas 6 telhas. A terceira dificuldade foi relacionada à segurança do
trabalho, já que, dificilmente, em um telhado de uma residência existe um ponto de
ancoragem para a realização de trabalhos em altura com segurança e conforme a Norma
Regulamentadora NR 35.
39
5 CONCLUSÃO
As dificuldades relacionadas à instalação de um sistema de geração de energia
fotovoltaica em uma residência existente foram demonstradas, como a verificação do estado
de conservação das instalações elétricas da residência, disponibilidade de aterramento,
existência de dispositivo protetor contra surtos e espaço disponível no quadro de distribuição
da instalação. Também foram verificadas as dificuldades quanto ao trabalho em altura durante
a instalação dos painéis fotovoltaicos no telhado da residência, como a falta de ponto de
ancoragem e o estado de conservação das telhas. Finalmente, foi apresentada a geração média
de energia do sistema composto por seis painéis fotovoltaicos de (1,62kWp) no período
analisado foi de 174,8kWh/mês, sendo o retorno do investimento obtido em 5,15 anos.
Uma recomendação para trabalhos futuros é o estudo da instalação em uma
residência preparada para o recebimento do sistema, com um telhado com a inclinação e
posição ideais, dotado de gancho de fixação adequado, bem como instalação elétrica
preparada para a instalação do circuito do inversor. Outra recomendação seria o estudo do
tempo médio necessário para a instalação em edificações preparadas para o recebimento de
kits padronizados, em larga escala.
40
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fotovoltaica — Terminologia. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. 11p.
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Fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de
distribuição. Rio de Janeiro: ABNT, 2013. 12p.
41
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44
ANEXO I
45
ANEXO II
46
ANEXO III
47
48
49
50
51
ANEXO IV
52
ANEXO V
53
54
55
ANEXO VI
56
57
58
59
60
61
62
ANEXO VII
63
64
ANEXO VIII
65
66
67
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