Resumo

Tendo em vista o grande crescimento de estudos na área de energia solar, o trabalho em questão tem como objetivo principal dimensionar um sistema fotovoltaico conectado à rede a ser implementado na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira, no município de Malta-PB, a fim de estimar a energia necessária para suprir seu consumo médio energético e saber se é possível instalar o sistema dimensionado nos telhados da edificação. Foi realizado o levantamento e a análise do consumo energético da escola, levantada a área dos telhados, verificado os valores de irradiação solar, determinada a melhor inclinação e orientação dos módulos solares e dimensionado o sistema fotovoltaico. Os resultados indicaram que a energia necessária é de 90,88 kWh/dia e que existe área suficiente nos telhados da escola para instalar um sistema fotovoltaico que gere energia suficiente para o seu consumo médio. Dessa forma, foi possível concluir que o aproveitamento energético fotovoltaico na referida escola se mostra como uma ótima alternativa para geração de energia.

Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica. Sistema fotovoltaico. Sistema conectado à rede. Dimensionamento.

Abstract

In view of the great growth of studies in the area of ​​solar energy, the main objective of this work is to dimension a photovoltaic system connected to the grid to be implemented in the municipal school Cônego Joaquim de Assis Ferreira, in the municipality of Malta-PB, in order to to estimate the energy needed to supply its average energy consumption and to know if it is possible to install the dimensioned system on the roofs of the building. A survey and analysis of the school's energy consumption was carried out, the roof area was surveyed, the solar irradiation values ​​were verified, the best inclination and orientation of the solar modules was determined and the photovoltaic system was dimensioned. The results indicated that the energy required is 90.88 kWh/day and that there is enough area on the roofs of the school to install a photovoltaic system that generates enough energy for its average consumption. In this way, it was possible to conclude that the use of photovoltaic energy in that school is shown to be a great alternative for energy generation.

Keywords: Photovoltaic solar energy; photovoltaic system; system connected to the network; sizing.

Introdução

A procura por fontes de energias renováveis nos últimos anos está sendo um grande desafio enfrentado pela humanidade, visto que, de acordo com Tavares (2004) a temperatura da Terra vem aumentando, pois mais energia é armazenada do que irradiada para o espaço. Isto é, parte do calor é retido, aquecendo o planeta. Isso está acontecendo o tempo todo devido ao aumento dos gases produzidos pelas atividades humanas, agravando o efeito estufa natural; com isso, a procura por fontes renováveis de energia vem ganhando maior importância, com o intuito de amenizar esse efeito. Uma das formas mais favoráveis para contornar essa problemática é a energia proveniente do sol, mais conhecida por energia solar; essa intensa fonte de luz e calor, gera eletricidade através da célula fotovoltaica. Assim, a energia solar fotovoltaica é uma alternativa, por ser renovável e inesgotável, e principalmente por não ser poluente.

O crescimento econômico de um país está vinculado ao potencial de energia disponível. A energia é a força essencial para todo o funcionamento de uma economia e o desenvolvimento de uma sociedade. Com a crise do petróleo na década de 70, grande parte do mundo, inclusive o Brasil passou por dificuldades econômicas e energéticas, uma vez que em sua matriz energética havia a predominância de derivados desse composto.

Nesse cenário, as fontes de energia renováveis tornaram-se uma ótima alternativa, adquirindo destaque nas políticas públicas no setor energético, visando à diminuição da dependência dos derivados de petróleo.

Problema de pesquisa

 É possível instalar um sistema solar fotovoltaico na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira, no município de Malta-PB, que atenda sua necessidade energética?

Objetivos

Nesta seção são apresentados os objetivos geral e específicos do trabalho, relativos ao problema anteriormente apresentado.

Objetivo geral

Este trabalho objetiva dimensionar um sistema fotovoltaico conectado à rede a ser implementado na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira, no município de Malta-PB, a fim de estimar a energia necessária para suprir seu consumo energético médio.

Objetivos específicos

• Levantar e analisar o consumo energético da escola no período de um ano;
• Levantar a área dos telhados;
• Analisar valores de irradiação diária na cidade de Malta-PB, fornecidas pelo CRESESB;
• Determinar a inclinação e orientação dos módulos fotovoltaicos;
• Dimensionar o sistema fotovoltaico.

Justificativa

A razão principal ao se optar pelo uso de sistemas fotovoltaicos para gerar energia é a redução de custo da produção de energia, como também o fato de ser uma fonte limpa e renovável. A energia mundial provém, ainda, majoritariamente de fontes não renováveis, e tem no petróleo e carvão mineral suas principais matrizes. Por não serem energias limpas, discussões tem sido levantadas, como a intensificação do efeito estufa e o fato de serem finitas, coloca em risco o futuro da matriz energética mundial, que fez com que o homem buscasse alternativas viáveis e menos poluentes para geração energia, entre elas, a solar. Sendo o Brasil um país parcialmente dependente de combustíveis fósseis em sua matriz energética, torna-se crucial o uso da energia solar fotovoltaica, sabendo que o recurso solar é o maior recurso energético e uma das melhores opções em fontes alternativas existentes, além de ser inesgotável.                   

  Dessa forma, a  crescente demanda por energia e o aumento do custo de geração de eletricidade acabam levando a uma maior necessidade de formas alternativas e mais baratas de produção de energia. Entre elas, a geração de energia fotovoltaica por meio de projetos de instalações fotovoltaicas acopladas a edificações e conectadas à rede. A popularização de tais projetos, com o auxílio da resolução normativa 482/2012 da ANEEL, foi o principal impulso para este trabalho. Além disso, a escolha dessa tecnologia justifica-se, também, pela crescente utilização das células fotovoltaicas na geração de energia elétrica, além de que o horário de pico de demanda do local do estudo coincide com horários de maior incidência solar.

Dado a importância que as fontes alternativas desempenham na atualidade, o interesse em utilizar a energia solar fotovoltaica na escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira surgiu da possibilidade da escola produzir sua própria energia, além de ser uma fonte limpa e renovável de energia.

Estrutura do trabalho

Capítulo 1 - Introdução: Introdução geral, problema de pesquisa, objetivos gerais e específicos, e a justificativa;

Capítulo 2 - Referencial Teórico: São abordados os principais conteúdos a serem utilizados ao longo do trabalho.

Capítulo 3 - Metodologia:  São apresentadas as características do local de estudo, análise do consumo de energia elétrica, o levantamento das áreas disponíveis para instalação dos módulos, coleta de dados de irradiação, a orientação e orientação dos módulos, e o dimensionamento do sistema fotovoltaico.

Capítulo 4 - Resultados: São apresentados os resultados obtidos no trabalho.

Capítulo 5 - Conclusão: Considerações finais, análise dos objetivos atingidos, e recomendações para estudos futuros. 

Referencial teóricO

Energia solar 

Em primeiro lugar, pode-se definir o sol como a fonte de energia primordial na Terra. (VITAL, 2019). Dessa forma, a energia solar corresponde a luz e o calor advindos do sol que chegam a terra através da radiação solar.

O sol fornece energia suficiente todos os dias para atender às necessidades de energia do mundo e ainda deixa uma quantidade absurda de energia não captada. (GOMES, 2022). Logo, a disponibilidade de sol na terra é tão alta que super ultrapassa a demanda de energia elétrica global.

A energia solar, segundo o Portal Solar, é proveniente da luz e do calor do sol, além de ser uma fonte de energia alternativa e sustentável que pode ser utilizada para gerar eletricidade e aquecer água. Além disso, a energia solar é comumente associada à geração limpa, através de painéis fotovoltaicos, que convertem a luz do sol em eletricidade.

A energia solar atinge a superfície da terra de maneira não uniforme. Ela depende de vários fatores, incluindo latitude, estação do ano e condições atmosféricas. (BEZERRA, 2021). Sendo assim, a incidência solar sofre variações dependendo dos fatores listados anteriormente. A Figura 1 ilustra a distribuição incidente da energia solar na superfície da Terra.

Figura 1 — Incidência da energia solar na superfície da terra.

United... (2018).

A energia solar disponível na superfície da Terra excede a demanda de energia elétrica global. Segundo Bezerra (2021) à medida que as tecnologias que aproveitam a energia solar se tornam mais competitivas em relação a outras opções, a participação dessa fonte de energia na matriz elétrica tende a crescer. Isto é, a partir da competitividade entre as tecnologias, a utilização da fonte solar para geração de energia tem crescido significativamente na matriz elétrica.

Radiação solar

A radiação solar pode ser definida como toda e qualquer forma de energia proveniente do sol que atinge a superfície terrestre por meio da propagação de ondas eletromagnéticas. (MOLINA, 2017). Dessa forma, a radiação é definida como o processo mais importante de transferência de calor, pois é através dela que o calor do sol chega à terra.

Da Graça (2020) afirma que a radiação solar é influenciada por condições climáticas e atmosféricas, através de manifestações como reflexão, dispersão e absorção. Assim sendo, por ser afetada pelas condições climatológicas e atmosféricas, apenas uma parte de radiação chega à superfície da terra.

Para Lange (2012) a quantidade de radiação que chega à terra ainda é modificada pelas características do terreno; a altura, a inclinação e a orientação de uma superfície afetam o ângulo em que os raios solares alcançam a superfície. Desse modo, após ser mudada por características topográficas, a parcela de radiação que atinge a terra e o ângulo em que a luz solar atinge a superfície são alterados.

Segundo Dias et al (2017) a alta incidência de radiação solar no país contribui para o seu crescimento, pois a radiação média anual varia entre 1.200 e 2.400 kWh/m2, valores superiores aos países desenvolvidos. A partir desses valores, é notável o crescimento de tecnologias como a fotovoltaica, que necessitam essencialmente, de bons níveis de radiação para funcionarem com êxito.

O Nordeste tem um dos melhores índices de radiação do país e é considerado um oásis no Brasil, o que atualmente tem chamado a atenção de construtoras de usinas solares de todo o mundo. (VITAL, 2019). Por ter índices tão bons de radiação, o Nordeste vem se destacando com a construção de usinas solares.

Irradiação solar no Brasil

Segundo Varejão (2006) a radiação solar é o principal fator que produz energia solar, e através do efeito fotovoltaico é definida como a energia propagada  na ausência de um meio físico. Em outras palavras, o termo radiação é usado para designar o processo de propagação de energia sem necessitar de um meio material.

Já a irradiação solar é a parte de radiação incidente em uma área e integrada em um período de tempo, este critério é usado em cálculos para estimação da capacidade de geração dos sistemas fotovoltaicos (BRAUN-GRABOLLE, 2010). Dessa forma, a irradiação solar é a quantidade de radiação que atinge determinada superfície durante um intervalo de tempo.

Para ajudar na obtenção desse critério, foi publicado no Brasil, o Atlas Brasileiro de Energia Solar, escrito por Pereira et al. (2017) que afirma que o nordeste brasileiro apresenta valores elevados de irradiação, com média anual de 5,52 kWh/m². dia e baixíssima variabilidade interanual, tornando-se assim, adequada para geração de energia fotovoltaica. A figura a seguir mostra o mapa com a média anual de irradiação solar recebida no território brasileiro.

Figura 2 — Média anual de irradiação no Brasil

Pereira (2017).

Observa-se que, as médias anuais de irradiação solar são altas em todo o país, apesar da variação global entre as regiões. O maior valor de irradiação global ocorre na região nordeste, e o menor na região sul. Tais dados demonstram o grande potencial de irradiação solar brasileiro. 

"A região Nordeste apresenta os maiores valores de irradiação solar global, com a maior média e a menor variabilidade anual entre as regiões geográficas." (EPE, 2012, p.27). Dessa maneira, o Nordeste encontra-se como uma das regiões mais interessantes para a disseminação da energia solar fotovoltaica. 

Energia solar fotovoltaica

A energia solar fotovoltaica, segundo Imhoff (2007) procede da conversão direta da luz solar em eletricidade. Dessa forma, entende-se que essa tecnologia é obtida pelo aproveitamento dos raios solares que são convertidos em energia elétrica. 

A energia fotovoltaica se destaca das demais por ter praticidade em converter a energia solar em energia elétrica, visto que, as placas individuais ou associadas atendem ao consumo de diversos tipos de consumidores. (BEZERRA, 2021). Logo, apesar de existirem outras formas de gerar energia através da fonte solar, a tecnologia fotovoltaica é a que mais tem se destacado. 

A principal vantagem da tecnologia fotovoltaica é o uso de energia limpa e renovável, que por se localizar próximo à carga, aumenta a percepção de uso consciente de energia limpa entre os que aderem ao sistema. (MAGOGA, 2019). Isto é, a utilização dessa tecnologia renovável entre os cidadãos e por ser próximo a eles, educa-os para um consumo mais controlado de energia.

Como aponta Molina (2017) a geração de energia elétrica a partir da tecnologia fotovoltaica, nos dias de hoje é uma das melhores alternativas para geração de energia elétrica. Logo, além de não causar grandes danos ao meio ambiente, a tecnologia fotovoltaica pode ser instalada em diversos locais com incidência solar, sejam eles residenciais, comerciais ou até mesmo industriais.

"A participação da fonte solar na geração de energia elétrica mundial, correspondente a 2,68% em 2019, embora ainda tímida, cresce exponencialmente. Com efeito, a capacidade instalada de energia solar no mundo alcançou 586,4 GW no final de 2019, montante 20,0% superior ao verificado no ano precedente e aproximadamente 15 vezes maior do que o observado em 2010. No decênio 2010-2019, a capacidade instalada de geração de energia elétrica a partir da fonte solar cresceu, em média, 30,8% ao ano no mundo." (BEZERRA, 2021, p.3)

Ademais, percebe-se como a geração de energia elétrica a partir da fonte solar fotovoltaica tem crescido e alavancado no mundo todo. O gráfico a seguir mostra a evolução da capacidade instalada de geração fotovoltaica no mundo, nos principais países e no Brasil.

Gráfico 1 — Evolução da capacidade instalada de geração fotovoltaica no mundo

Renewable Energy (2020).

Pode-se observar no gráfico que a posição do Brasil ainda é pouco expressiva, representando, em números de 2019, apenas 0,4% da capacidade instalada de geração fotovoltaica mundial. Apesar disso, a geração fotovoltaica tem crescido de forma bem positiva nos últimos anos no Brasil.

Células fotovoltaicas

Baptista e Santos (2010) afirmam que as células fotovoltaicas são unidades básicas dos SF, responsáveis ​​por converter a radiação solar em energia elétrica, gerando 1,5Wp de energia que corresponde à uma tensão de 0,5 V e 3A. Logo, as células fotovoltaicas são essenciais no processo de conversão de energia.

"Para alcançar um potencial satisfatório, as células precisam encontrar-se associadas entre si para instituírem um painel solar." (VITAL, 2019, p.18). Ou seja, para converterem a energia do sol em eletricidade, elas precisam estar ligadas entre si. Pode-se observar a hierarquia da célula fotovoltaica a seguir:

Figura 3 — Hierarquia da célula solar

Carneiro (2010).

 Como observado na figura acima, as células são conectadas em série e/ou paralelo formando módulos que interligados formam painéis ou arranjos fotovoltaicos.

Segundo Suzuki e Rezende (2013) entre os materiais utilizados para fabricação das células, destacam-se os da tecnologia de silício cristalino (c-Si), que podem ser dos tipos: silício monocristalino (mc-Si) e silício policristalino (pc-Si). Dessa maneira, tais materiais presentes nas células fotovoltaicas convertem a luz solar em corrente elétrica por meio do efeito fotovoltaico.

"O efeito fotovoltaico é o fenômeno físico que permite a conversão direta da luz em eletricidade." (CAMARGO, 2017, p.49). Logo, esse fenômeno ocorre quando a radiação incide sobre uma célula composta de materiais semicondutores, que é fundamental no processo de conversão de energia.

• Silício cristalino

O Silício cristalino, segundo Castro (2011) destaca-se como uma das tecnologias mais consolidadas do mercado e representa 85% do mercado fotovoltaico. À vista disso, esta tecnologia tem divisão em dois tipos: silício monocristalino e o silício policristalino.

De acordo com Da Graça (2020) as células monocristalinas (m-Si) são obtidas a partir do corte de um lingote de um monocristal de silício puro, têm formato de finas pastilhas com espessura de 0,4 – 0,5 mm. Além disso, possuem estrutura uniforme por serem obtidas a partir de um cristal único, o que as torna ideal para o efeito fotovoltaico.

"As células policristalinas (p-Si) são obtidas por meio de um lingote de silício originado por fusão de silício puro, em moldes especiais, arrefecidos lentamente e depois cortadas em finas bolachas. As células p-Si são menos eficientes, porém são mais baratas, uma vez que a perfeição cristalina é menor que a do silício monocristalino e o processamento mais simples. Nesta tecnologia, os átomos organizam-se em cristais com espaços de separação, dando origem a descontinuidade da sua estrutura molecular que dificulta o fluxo de elétrons, reduzindo assim, a potência de saída. Apesar da sua eficiência ser menor, a sua participação no mercado tem vindo a aumentar." (DA GRAÇA, 2020, p.33)

Apesar das células policristalinas (p-Si) serem menos eficientes que as monocristalinas (m-Si), por serem mais acessíveis estão tornando-se mais participativas no mercado.

• Película fina

"A principal característica desta tecnologia é a alta capacidade de absorção da radiação solar tendo como consequência espessuras finas, em torno de 1μm". (CASTRO, 2011). Dessa forma, a película fina demonstra ser uma ótima opção visto que a tecnologia tem uma grande capacidade de absorção de radiação solar.

As células de película fina são obtidas através da deposição de finas camadas de material semicondutor em vidro, metal e plástico; um dos materiais utilizados por essa tecnologia é o silício amorfo (a-Si). (DA GRAÇA, 2020). Ou seja, é depositando finas camadas de material fotovoltaico em um substrato, como vidro, plástico ou metal, que a célula de película fina é alcançada.

Módulos fotovoltaicos

 Pinho e Galdino (2014) afirmam que os módulos fotovoltaicos são formados por células fotovoltaicas conectadas em arranjos para produzir tensão e corrente suficientes para a utilização prática da energia e  promover a proteção das células. Desse modo, também conhecidos como painéis solares fotovoltaicos, são dispositivos utilizados para converter a energia solar em eletricidade. Os módulos fotovoltaicos são compostos de células fotovoltaicas e recebem esse nome porque geralmente captam a luz solar.

"Normalmente um módulo fotovoltaico é constituído por cerca de 33 a 36 células ligadas em série, resultando em tensão suficiente para alimentar uma bateria de 12V." (Imhoff, 2007, p.41). Porém, esse número de células no módulo fotovoltaico depende dos requisitos de tensão e corrente da carga a ser fornecida.

De acordo com Carneiro (2010) o agrupamento de módulos fotovoltaicos do mesmo tipo pode ser feito por ligações em série, paralelo ou mista para obter valores diferentes de tensão ou corrente. Assim sendo, este processo permite controlar a quantidade de energia que o painel produz. A figura a seguir representa o símbolo do módulo fotovoltaico.

Figura 4 — Representação esquemática do símbolo do módulo fotovoltaico

Carneiro (2010).

É importante ressaltar que, ao associar módulos fotovoltaicos, é imprescindível a utilização de módulos do mesmo tipo, a fim de minimizar as perdas de potência no sistema.

Inclinação e orientação

De acordo com (VILLALVA; GAZOLI, 2012), duas orientações básicas devem ser seguidas para a instalação adequada dos módulos solares no hemisfério Sul:

1. Orientar, sempre que possível, o módulo com a face para o norte geográfico, pois isso aumenta a produção média diária de energia;

2. Ajustar o ângulo de inclinação correto do módulo em relação ao solo para otimizar a produção de energia o ano todo. Para isso, a latitude deve ser levada em consideração no local de instalação do sistema.

Dessa forma, para que os módulos solares aproveitem o máximo do recurso solar, é preciso orientá-los corretamente, como também ajustar o ângulo de inclinação de acordo com a latitude geográfica do local.

Um ângulo com inclinação não ideal implicaria no não total aproveitamento do recurso solar, conforme é mostrado na figura 5. O ângulo em questão depende da latitude em que se encontra o local de instalação do sistema fotovoltaico. Latitudes maiores implicam em ângulos de inclinação maiores.

Figura 5 — Demonstração do ângulo favorável para inclinação de painéis solares

Villalva (2012).

Conforme demonstrado na Figura 5, um ângulo de inclinação abaixo do ideal significa que o recurso solar não será totalmente utilizado. Os ângulos em questão dependem da latitude em que o sistema fotovoltaico está instalado. Maior latitude significa maior inclinação.

Sistemas fotovoltaicos

Para Braun Grabolle (2010) os módulos fotovoltaicos podem ser interligados eletricamente para aumentar a potência elétrica final e fornecer apenas uma única saída de corrente elétrica formando um arranjo fotovoltaico. Logo, os sistemas fotovoltaicos são constituídos a partir da interligação de vários módulos fotovoltaicos afim de ampliar a potência final.

Os sistemas fotovoltaicos, de acordo com Jucá e Carvalho (2013) podem ser classificados em duas principais categorias:

1.  Sistemas conectados à rede
2. Sistemas isolados ou autônomos

As opções para as configurações acima dependem da aplicação do sistema e da disponibilidade de energia. Cada configuração varia em complexidade e pode usar diferentes números de componentes e fontes geradoras.

Urbanetz (2010) afirma que os sistemas fotovoltaicos possuem inúmeras vantagens, dentre elas: uma enorme sustentabilidade e aproveitamento da energia solar para fornecer energia elétrica. Além de possibilitar a integração com a rede de distribuição, a aplicação e instalação dos sistemas no meio urbano.

Por outro lado, uma das desvantagens dos sistemas fotovoltaicos que está diminuindo a cada dia é o alto custo de instalação, que ainda está fora do orçamento da maioria (Aneel, 2015). Isto é, apesar dos sistemas fotovoltaicos possuírem muitas vantagens, o alto custo de aquisição apresenta-se como uma desvantagem, visto que é inviável no orçamento da grande parte das pessoas.

Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica

Suzuki e Rezende (2013) afirmam que os sistemas fotovoltaicos conectados à rede, estão diretamente ligados à concessionária local de energia. Dessa maneira, um SFCR nada mais é do que um conjunto de dispositivos que converte a energia advinda do sol em eletricidade e "alimenta" a rede elétrica de energia.

Nesse tipo de sistema, não há necessidade de acumular energia e complementar a geração de energia da rede à qual está conectado. (JUCÁ; CARVALHO, 2013). Pois, por ser conectado à rede, nos horários em que o sistema não produzir energia, é utilizada energia da distribuidora.  A Figura 6 mostra a configuração de um sistema conectado à rede.

Figura 6 — Demonstração de um sistema fotovoltaico conectado à rede

Rüther (2007).

Percebe-se a partir da demonstração acima, que um SFCR é composto por painéis fotovoltaicos ligados a um inversor que é conectado à rede elétrica.

"O inversor usado neste caso é especifico para este fim, pois quando não está conectado à rede ele não converte a corrente contínua em corrente alternada. Ele deve possuir um dispositivo anti-ilhamento, pois caso haja uma interrupção no fornecimento de energia pela concessionária, o inversor se desligará automaticamente." (SUZUKI e REZENDE, 2013, p.35)

Dessa forma, o anti-ilhamento nada mais é que um mecanismo utilizado para interromper a produção de energia. Basicamente, o mecanismo é projetado para detectar mudanças de frequência, mudanças de fase ou quedas de tensão. Essas alterações acionam o mecanismo anti-ilhamento, que é crucial para a operação segura de inversores conectados à rede, evitando possíveis acidentes. A Aneel (2017) estabeleceu a detecção de ilhamento como uma função de proteção obrigatória. Por isso, a medida de segurança usada para evitar esse fenômeno é chamada de proteção anti-ilhamento.

As principais vantagens dos (SFCR) são: a redução de perdas, por ser produzida próximo ao consumidor, a diminuição de investimentos em linhas de transmissão e a melhora da qualidade dos recursos energéticos distribuídos (CÂMARA, 2011). Além disso,  não precisam de armazenamento.

Sistemas fotovoltaicos isolados

Os sistemas fotovoltaicos isolados, de acordo com Alves (2019) são sistemas que trabalham de forma autônoma e são conhecidos também como sistemas não conectados à rede elétrica. Dessa maneira, sistemas como este são independentes, isto é, não trabalham em sincronia com a rede convencional de energia.

"Os sistemas fotovoltaicos isolados ou autônomos são caraterizados por não dispor de qualquer ligação com a rede pública de energia. Tais sistemas operam para fins locais, alimentando diretamente as cargas. Sendo assim o sistema requer um dimensionamento preciso para assegurar o abastecimento em qualquer altura do ano. É um sistema propício para as regiões remotas, onde a eletricidade é de pouco acesso ou inexistente. Em períodos de boa radiação solar, o excesso é armazenado em baterias para dias nublados." (DA GRAÇA, 2019, p.47) 

Dessa forma, os sistemas isolados necessitam de um banco de baterias para armazenar a energia que é usada em locais remotos, onde não possui eletricidade. O funcionamento básico de um sistema desse tipo é esquematizado na Figura a seguir:

Figura 7 — Demonstração de um sistema fotovoltaico autônomo isolado

Rüther (2007).

Como visto na figura acima, um sistema fotovoltaico isolado é composto pelos itens: painel fotovoltaico, controlador de carga, baterias e inversor. Todos esses itens são necessários para o bom funcionamento do sistema.

Mercado da energia solar fotovoltaica

O mercado de energia fotovoltaica é o que mais cresce no Brasil nos últimos anos, sobretudo no nordeste. O sertão tem um alto potencial para geração fotovoltaica, visto que possui bons índices de irradiação. (VITAL, 2019). Assim, por ter níveis favoráveis de irradiação, a região nordeste caracteriza-se por ter uma significativa geração fotovoltaica. O gráfico abaixo mostra o crescimento da energia fotovoltaica nos últimos anos.

Gráfico 2 — Evolução da fonte solar fotovoltaica no Brasil

Absolar.

O gráfico demonstra em potência instalada (MW) o crescimento da energia solar fotovoltaica no Brasil. Percebe-se que a geração fotovoltaica no Brasil é predominantemente geração distribuída. A tendência de crescimento da energia fotovoltaica no Brasil é ganhar cada vez mais espaço e conquistar múltiplos usuários em todo o país, principalmente em residências e comércios. (VITAL, 2019). Logo, por serem as principais fontes de desenvolvimento, as residências e os comércios estão à frente do crescimento da tecnologia solar fotovoltaica.

Custo da energia fotovoltaica

Segundo Vital (2019) o custo da energia fotovoltaica vem diminuindo nos últimos anos. É importante ressaltar que, a produção dos módulos tem sofrido grande interferência governamental a partir de incentivos fiscais e ambientais. A partir disso, a energia fotovoltaica vem se tornando mais viável. Logo, o aumento da produção destes componentes tem reduzido os custos para a efetivação do sistema (PINHO, 2014). Ou seja, com a redução dos custos, a aquisição de sistemas fotovoltaicos torna-se mais acessível. O gráfico a seguir mostra a evolução do preço, em (MWh) da energia solar fotovoltaica em leilões de energia no mercado.

Gráfico 3 — Evolução do preço da energia solar fotovoltaica

Absolar.

Percebe-se que o custo da energia solar fotovoltaica tem reduzido com o passar dos anos. Os valores vão depender da potência (KWh) do gerador solar e se o sistema está em ambiente residencial, comercial ou industrial. (VITAL, 2019). Além disso, a variação de preço entre os fornecedores vai depender qualidade dos equipamentos e da complexidade da instalação.

Energia solar fotovoltaica na Paraíba

Segundo o Portal Solar, o estado da Paraíba, apesar de estar atrasado em relação a outros estados com grande potencial energético, tem grande vantagem para a geração de energia fotovoltaica devido à sua alta incidência solar. Além disso, o clima é bastante favorável ao aproveitamento do potencial energético da região, com temperaturas em torno de 28ºC e pouca cobertura de nuvens.

Segundo o Atlas Solar Brasileiro (publicado pelo INPE 2017), o estado da Paraíba possui uma das maiores incidências de radiação solar do Brasil, chegando a mais de 2.200 kWh/m2 por ano na parte oeste do estado. Nesse sentido, a alta incidência solar favorece a geração de energia fotovoltaica na Paraíba. O índice de radiação pode ser observado na Figura 8.

Figura 8 — Índice de radiação na Paraíba

Pereira (2006).

O sol forte é a característica marcante da região do sertão da Paraíba. Assim, a forte incidência de raios solares no Sertão paraibano é considerado bom para a captação de energia solar, pois além de ser forte são intermitentes durante o dia com uma constância significativa. (DUARTE et al, 2019). Dessa forma, a captação de energia através de painéis fotovoltaicos, se torna além de uma fonte alternativa, também uma maneira rentável para a implantação desse sistema nas residências nessa localidade.

"Sétimo colocado no ranking de usinas de grande porte, o estado da Paraíba conta com 135 MW de potência instalada, visto que uma parcela já se encontra em operação e a outra está em construção. Além disso, atualmente, possui 20,3 MW operacionais em geração distribuída solar e fotovoltaica, o que corresponde a mais de R$ 120 milhões de investimentos feitos por consumidores e pelo setor energético." (PORTAL SOLAR)

Dessa forma, atualmente a Paraíba conta quatro principais investimentos em geração de grande carga através da fonte solar, que são:

1.  Coremas I, II e III
2.  Malta
3. Angicos I
4.  Neoenergia Luzia

A usina solar em Coremas, conta com três usinas, denominadas de complexo solar Coremas. É a primeira usina solar do país que terá capacidade de 300 MWp, sendo 93 MWp com entrada em operação comercial em 2018 (RIO ALTO, 2018). Isto é, o projeto aborda um complexo com 10 usinas, gerando ao todo, 300MWp, porém, até o momento foram construídas três, que juntas geram 93MWp.

Logo, as três usinas juntas são capazes de gerar energia elétrica para mais de 150 mil pessoas. (PORTAL SOLAR). Além disso, a incidência solar em Coremas é considerada uma das maiores do Nordeste, contribuindo consideravelmente em pesquisas e estudos.

A Paraíba também conta com a usina solar Malta, e a usina solar Angicos I, que fazem parte do complexo solar Malta, localizadas na cidade de Malta. Ambas usinas possuem capacidade de 27,2 MW, totalizando 54 MW. (PORTAL SOLAR). Assim, as duas usinas solares da cidade de Malta-PB, formam o complexo solar Malta e possuem juntas, 54MW de potência instalada.

A usina fotovoltaica entrou em operação comercial no segundo semestre de 2018, logo após a instalação de 27 unidades geradoras de 1.000 MW,  (TERRA, 2018). Dessa forma, cada unidade geradora é formada por um gerador, uma turbina e seus equipamentos auxiliares.  

O parque solar Luzia, localizado no município de Santa Luzia (PB), a cerca de 300 quilômetros da capital João Pessoa, é uma usina solar fotovoltaica que faz parte do complexo renovável Neoenergia. A usina conta com 228 mil painéis fotovoltaicos e potência instalada de 149,2 MWp. A energia gerada será destinada ao Ambiente de Contratação Regulada (ACR) e ao Ambiente de Contratação Livre (ACL), alinhado com a estratégia de posicionamento na liberalização do mercado de energia brasileiro.  (NEOENERGIA, 2023)

Geração distribuída   

A geração distribuída (GD) caracteriza-se pela produção de energia elétrica próxima ao consumo, dispensando linhas de transmissão e sistemas complexos de distribuição para atender ao consumidor final (SILVA, 2013). Assim, por ser conectada diretamente à rede de distribuição e não necessitar de linhas de transmissão, as perdas e os custos nesses sistemas são reduzidas,  e a estabilidade do serviço elétrico melhora.

A GD é o oposto da geração centralizada. Na centralizada, as usinas alimentam cargas a grandes distâncias. Porém, ultimamente vem crescendo a geração distribuída, onde as instalações são menores. (MAGOGA, 2019). Dessa forma, a partir da combinação dos dois modelos é formado uma rede bidirecional esquematizada na Figura 9, onde o fluxo de energia elétrica é representado pela seta.

Figura 9 — Funcionamento do sistema distribuído

Pacto Energia (2018).

 A imagem acima demonstra o funcionamento de um gerador distribuído, um sistema fotovoltaico instalado nos telhados de uma residência para seu autoconsumo de energia. À vista disso, a geração distribuída pode empregar várias formas de geração de energia, dentre elas, a solar. Nesse sentido, entende-se que o sistema distribuído acima funciona durante o dia gerando, consumindo e injetando na rede quando o sistema produz mais energia que consome, e a noite, que não tem geração, utiliza-se a energia da rede de distribuição. Para um melhor entendimento do princípio da GD e uma melhor visualização do novo conceito de sistemas elétricos com GD, observa-se na Figura a seguir dois sistemas: (TREVISAN, 2011)

Figura 10 — Sistema elétrico tradicional e sistema elétrico com geração distribuída

Trevisan (2011).

Dessa maneira, pode-se observar que na figura "a" estão os sistemas convencionais de energia, onde a geração, transmissão, distribuição e consumo de energia são facilmente separados e identificáveis; e na figura "b" um sistema elétrico “moderno”, que opera em paralelo com outras fontes de geração conectadas ao nível do consumidor.

Segundo Dias et al (2017) a utilização da fonte fotovoltaica aplicada na geração distribuída mostra-se interessante, pois é estimado que o Brasil possua 664 MWp de capacidade instalada de geração fotovoltaica até 2023. Nesse sentido, com o crescimento no Brasil, a GD passou a ser analisada como uma alternativa para aumentar e diversificar a matriz elétrica brasileira, que encontra-se atualmente assim: 

Figura 11 — Matriz Elétrica Brasileira

Absolar.

Como mostra na figura acima, a matriz elétrica brasileira já soma 206.212 MW de potência instalada, sem incluir a importação. A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) estima que até 2050 serão instalados 78 GWp em sistemas de geração distribuída, com foco na microgeração residencial. (Portal Solar). Logo, percebe-se como o potencial da geração distribuída tem a crescer ainda no Brasil.

Resolução Normativa n.º 482/2012   

Em 17 de Abril de 2012, foi publicada a Resolução Normativa (RN) n° 482, que estabelece as condições para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica. (ANEEL, 2012). Por isso, partir do conceito de Geração Distribuída, é atribuído as vertentes: microgeração, minigeração e sistema de compensação de energia.

"Essa resolução autoriza o sistema de compensação de energia, que permite ao consumidor instalar geradores fotovoltaicos conectados à rede." (CAMIOTO e GOMES, 2018, p.6). Dessa forma, um consumidor pode instalar um pequeno gerador em sua unidade consumidora e trocar energia com a distribuidora local. Logo, consumidores que instalam micro ou minigeração distribuída, inicialmente cuidam dos custos de adequação do sistema de medição necessário para implantar o sistema de compensação.

De acordo com a RN n° 482/2012 e suas atualizações posteriores, as RNs n°

687/2015 e 786/2017, os conceitos de microgeração, minigeração distribuída e sistema de compensação de energia ficaram definidos como:

I - Microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;

II - Minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 5MW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;

III - Sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa injetada por unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa; (ANEEL, 2012, p.2).

Além disso, os consumidores podem fornecer o excedente da produção à rede de distribuição, beneficiando-se do sistema de 'compensação' destinado a reduzir o custo do consumo de energia elétrica medido pela concessionária (ANEEL, 2012). Por essa razão, essa medida impulsiona o crescimento do mercado de fontes limpas, como a energia solar.

O conceito envolve armazenar o excesso de energia na rede produzido na forma de créditos durante o dia e, durante a noite, que o gerador é incapaz de trabalhar por falta de luz solar, a rede supre a demanda.

metodologia

Este estudo pode ser classificado como pesquisa descritiva, e foi realizado em seis etapas: (1) Descrição do local de estudo, (2) Análise do consumo energético da escola, (3) Levantamento da área dos telhados, (4) Verificação da irradiação solar, (5) Determinação da inclinação e orientação dos módulos fotovoltaicos, (6) Dimensionamento do SFCR através dos parâmetros: horas de sol pleno (HSP), energia necessária, potência de geração, potência de geração corrigida, número de painéis necessários, escolha do módulo fotovoltaico e do inversor solar.

considerações iniciais

O Quadro 1, a seguir, exibe o as etapas desenvolvidas no trabalho:

descrição do local de estudo

O local de estudo é uma escola pública nomeada de Escola Municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira, situada no município de Malta, no sertão Paraibano. Essa escola é destinada a alunos da pré-escola até o 5º ano do ensino fundamental.

Figura 12 — Local de estudo

Google Maps.

A figura acima mostra a frente da escola do estudo em questão.

O local disponível para a instalação dos módulos fotovoltaicos é de topologia inclinada, neste caso, o telhado da edificação, representado na figura a seguir: 

Figura 13 — Local de instalação dos módulos

Google Earth Pro.

A partir da imagem de satélite retirada do Google Earth Pro pode-se visualizar os telhados da referida escola.

Consumo de energia elétrica

Para dimensionar o sistema fotovoltaico é necessário conhecer a demanda energética do local. Assim, foram solicitados os dados do consumo de energia elétrica da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira e analisadas as faturas de energia de um ano de consumo, referentes aos últimos (4) meses de 2021 e os (8) primeiros meses de 2022.

A escola recebe energia elétrica da rede pública de distribuição, sob a forma de corrente alternada trifásica, em 220V. As necessidades energéticas são supridas, meramente pela concessionária de energia elétrica local – ENERGISA. Sendo assim, não utiliza-se nenhuma outra fonte de alimentação externa ou interna como emergência ou como backup.

Levantamento da área dos telhados 

 Um dos fatores mais influentes na geração de energia elétrica em um sistema fotovoltaico é o posicionamento dos painéis e a ocorrência de sombreamento. Além disso, outro fator muito importante para implementação de um sistema solar, é a disponibilidade do local de instalação, ou seja, das áreas disponíveis, que neste caso, são os telhados da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira. Portanto, para obter a maior eficiência do sistema, é necessário analisar bem o local de instalação. Neste estudo, considerou-se apenas o posicionamento, isto é, a orientação e inclinação dos módulos fotovoltaicos, bem como, se a área disponível nos telhados é suficiente para atender a quantidade de módulos necessários para suprir a demanda de energia da edificação.

Sendo assim, por ser uma análise em um local relativamente pequeno foi utilizado o método da seleção manual, utilizando a ferramenta régua da plataforma online Google Earth Pro, a fim de saber a área dos telhados da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira. A Figura 14 mostra a utilização da ferramenta régua.

Figura 14 — Utilização da ferramenta régua para dimensionar a área dos telhados

Google Earth (2019).

Irradiação solar 

A irradiação solar do local de estudo é outra característica importante para o dimensionamento ideal do sistema fotovoltaico. O Brasil apresenta médias anuais relativamente altas em todo o seu território, inclusive no estado do Paraíba.

Pôde-se observar através do aplicativo GOOGLE MAPS que a escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira está situada nas coordenadas geográficas: latitude 6°54'14.7" Sul e longitude 37°31'04.2" Oeste. Porém, como a escola localiza-se no município de Malta, foram utilizados os dados solares referentes ao município.

A irradiação solar pode ser obtida de forma gratuita e confiável através da base dados do software SunData, disponibilizada pelo site do CRESESB (Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de S. Brito). 

A partir destes dados, observou-se que em Malta, o valor da irradiação solar diária média mensal é de 6,03 kWh/m².dia, com relação ao ângulo igual a latitude.

Na Tabela 1 são mostrados os dados de insolação solar média ao longo dos meses obtidos pelo site, e o gráfico 4 ilustra graficamente esses dados.

Tabela 1 — Médias diárias mensais de irradiação solar em Malta-PB

(CRESESB).

Observa-se que os valores da tabela são considerados o plano horizontal (0ºN), o ângulo igual a latitude (7ºN), o ângulo de maior média anual (5ºN), e o ângulo maior mínimo mensal (17ºN).

Gráfico 4 — Irradiação solar em Malta - PB

(CRESESB).

O gráfico acima demonstra os valores de irradiação solar no município de Malta-PB. Os meses com maior irradiação são outubro, novembro, atingindo o pico em setembro. O mês com menor irradiação solar é o mês de junho pois é o mês que começa o inverno. O solstício de inverno acontece em uma época do ano em que um hemisfério recebe mais luz do que o outro. Nesse período, as noites ficam mais longas, logo, o dia fica mais curto, diminuindo assim a irradiação solar.

Inclinação e orientação

Para o correto dimensionamento de um sistema fotovoltaico, além da irradiação no local de instalação, também é necessário levar em consideração a orientação e inclinação do módulo fotovoltaico, para uma geração mais eficiente.

De acordo com os dados de irradiação solar extraídos do site da CRESESB, observou-se que em Malta, o ângulo de inclinação é de 7º, neste caso, o ângulo igual a latitude do local, ou seja, o mais indicado para uma maior eficiência de geração nesta localidade.

Com relação à orientação do módulo, como a cidade de Malta está localizada no hemisfério Sul, então, a melhor maneira de instalar painéis é orientando com a face voltada para o Norte geográfico. Essa orientação melhora o aproveitamento da luz do sol ao longo do dia, como os raios solares incidem sobre o módulo ao longo do dia, há um máximo ao meio-dia solar (VILLALVA; GAZOLI, 2012). Isso porque o caminho que o sol percorre sofre uma leve inclinação ao longo do dia, para o Norte, sendo mais acentuada ao meio dia. 

Figura 15 — Movimento do sol

Portal Solar.

Considerando que o sol nasce no Leste, se inclina para o Norte e se põe a Oeste, conforme mostra a Figura 14, a orientação mais recomendada é o Norte.

Dimensionamento do sistema fotovoltaico

Em primeiro lugar, uma instalação solar fotovoltaica ligada a uma edificação e conectada à rede elétrica é composta basicamente por:

• Módulos fotovoltaicos;
• Inversor (conversor CC-CA);
• Sistema de fixação ao envoltório da edificação;
• Fusíveis e disjuntores;
• Cabos elétricos.

Para realizar o dimensionamento do sistema, utilizou-se uma adaptação das equações de Pinho e Galdino (2014). 

Neste caso, foram utilizadas algumas equações para obter o número total de painéis fotovoltaicos necessários para atender à demanda de energia da escola em questão. 

Horas de sol pleno (HSP)

Para determinar as horas de sol pleno (HSP), ou seja, o número de horas por dia em que a irradiação solar deve permanecer constante e igual a 1kW/m², utilizou-se a Equação 1.

Energia necessária

Para determinar a energia necessária para a geração em um dia foi utilizada a Equação 2.

Potência de geração sem perdas

A Equação 3 dá o valor da potência total de geração sem perdas, a partir da energia necessária para a geração em um dia e as horas de sol pleno (HSP). 

Potência de geração corrigida

Todo sistema está sujeito a perdas de energia em seus componentes, por esse motivo é necessário corrigir a potência de geração a partir de um fator de perdas, como mostra a Equação 4:

Número de painéis necessários

Logo, finalmente, o número de painéis necessários pode ser determinado, dividindo a potência de geração diária corrigida pela potência dos painéis fotovoltaicos. 

A potência do painel fotovoltaico depende da escolha do painel e suas características.

Escolha do módulo fotovoltaico

Para o dimensionamento do sistema fotovoltaico é necessário a escolha de um módulo solar. Dessa forma, decidiu-se utilizar um módulo solar de 270Wp.

O módulo solar é do modelo Canadian CSI CS6K-270P, fabricado pela Canadian Solar, cujas especificações são mostradas na figura 16. 

Figura 16 — Especificações elétricas do módulo CSI CS6K-270P

Canadian Solar (2016).

Esse modelo foi escolhido por ser de silício policristalino, o que o faz ter um melhor rendimento (16,50%), em relação ao de silício monocristalino, porém a um preço mais acessível.

Escolha do inversor

Em seguida, realiza-se a escolha do modelo e o dimensionamento do inversor, importante dispositivo que converte a corrente contínua gerada pelos módulos, em corrente alternada, afim de atender as condições da rede elétrica pública e se fazer possível a conexão à rede. Com o valor da potência total de geração do sistema pode-se escolher o inversor a ser utilizado.

 É importante levar em consideração as características como a eficiência do inversor; qualidade para garantir a segurança da rede da concessionária; assim como a compatibilidade com o painel fotovoltaico, considerando que a tensão máxima do painel fotovoltaico não pode ser maior que a tensão nominal de entrada do inversor.

Neste caso, optou-se por um único inversor solar que consiga suportar a potência dos painéis. O inversor escolhido foi o modelo MID20KTL3-XL da marca GROWATT, de potência 20kW e com quatro entradas MPPT. Suas especificações são mostradas na figura a seguir:

Figura 17 — Especificações elétricas do inversor MID20KTL3-XL

NHS solar.

O inversor solar GROWATT é um dos melhores do mercado pois conta com  98.6% de eficiência.

RESULTADOS

Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos.

Análise do consumo de energia elétrica  

Na tabela a seguir, observa-se a contabilização do consumo de energia elétrica da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira no período de Setembro de 2021 a Agosto de 2022, totalizando um ano de consumo.

Pode-se observar que o consumo anual foi de 32.717,00 kWh, com uma média mensal de 2.726,41 kWh. As principais cargas de consumos energéticos da edificação são: iluminação, ar condicionado, e computadores.

Também é possível perceber a evolução do consumo energético. Como pode ser verificado na Tabela 2, o consumo é mais acentuado nos meses março, abril, julho e agosto, atingindo o pico em maio. Segundo a diretora dessa escola, isto se explica pelo mês de maio ser marcado por atividades acadêmicas, e também pelo uso dos diversos equipamentos, por estar na época avaliações e atividades que consomem energia. E os meses com menores valores correspondem a janeiro e fevereiro, equivalentes as férias letivas.

Área dIsponível

Na escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira, existe a possibilidade de instalar os módulos fotovoltaicos no telhado da edificação. Pode-se visualizar o telhado proposto na Figura a seguir:

Figura 18 — Telhados propostos para instalação dos módulos fotovoltaicos

Google Earth Pro (modificado).

Assim, com a utilização da ferramenta régua do Google Earth Pro, foram medidas as áreas dos telhados para a instalação dos módulos fotovoltaicos. Pode-se observar o resultado das medições na tabela abaixo:

Como visto na tabela acima, obteve-se a partir das medições, aproximadamente, 621 m² de área disponível nos telhados da escola.

Dimensionamento do sistema fotovoltaico

A análise da irradiação solar na cidade de Malta é o primeiro passo para o dimensionamento do sistema fotovoltaico, visto que este fator influenciará diretamente na performance do mesmo. Por meio da Tabela 1, presente na Metodologia, analisando o plano inclinado, de 7ºN, podem ser identificados como os meses de maior e menor incidência de irradiação solar, o mês de Setembro, com 6,58 kWh/m².dia e o mês de Junho, com 5,16 kWh/m².dia, respectivamente. 

Nos seguintes cálculos, porém, foi utilizado o valor médio de irradiação, 6,03 kWh/m², com relação ao ângulo igual a latitude. Assim, foi possível calcular a quantidade de horas de sol pleno (HSP), utilizando a Equação 1; a energia necessária para suprir a demanda da escola, utilizando a Equação 2, e dados do consumo energético médio do ano de 2021/2022; a potência de geração de energia necessária por dia, utilizando a Equação 3; e a potência de geração corrigida, considerando um acréscimo de 20%, 25% e 30% devido a eventuais perdas do sistema, como por exemplo nos cabos e inversores e na conexão. Estas porcentagens variam de acordo com a orientação das placas, sendo referentes ao Norte, Leste/Oeste, e Sul respectivamente. Os resultados dos cálculos são apresentados na Tabela a seguir:

Posteriormente, foi feita a escolha do tipo de painel mais adequado para compor o sistema fotovoltaico. Assim, foi escolhido um de silício poli-cristalino, potência nominal igual a 270Wp, com rendimento de (16,50%) e dimensões: comprimento 1650 m, largura 992 m e espessura de 40 mm. 

Assim, após escolhido o modelo do painel, foi feito o cálculo para a determinação do número de painéis necessários para suprir a demanda energética da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira, utilizando a Equação 5, sendo a razão entre a potência de geração e a potência do painel escolhido. A potência de geração foi corrigida considerando uma perda de 20%, relativo a perdas no inversor e cabos, por exemplo, e neste caso seriam necessários 70 painéis de 270Wp.

Após determinado a quantidade de painéis necessários, foi possível determinar a área necessária para a instalação dos mesmos, utilizando as dimensões do painel escolhido multiplicado pela quantidade de painéis necessários, obteve-se 114,576 m². Como visto, a escola possui 621,00 m² de área disponível nos telhados, portanto, é possível instalar a quantidade de painéis necessários para suprir o consumo energético da escola Cônego Joaquim De Assis Ferreira e ainda sobra espaço nos telhados.

O cálculo foi feito de considerando o consumo médio mensal da escola, de 2.726,41kWh, porém no período que foi analisado, existem meses que consomem muito mais, como exemplo o mês de maio 2022 que consumiu 6.257,00 kWh. No entanto, nos horários em que o sistema não gere ou quando o consumo for maior que a geração, a demanda pode ser suprida normalmente pela concessionária de energia local.

conclusão

Este estudo apresentou uma metodologia para dimensionamento de sistemas fotovoltaicos e a aplicou na escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira, no município de Malta, Paraíba. Objetivou-se a partir deste estudo, estimar a energia necessária para suprir o consumo médio energético da escola em questão através do dimensionamento do sistema fotovoltaico.

Antes de realizar o dimensionamento, alguns passos precisaram ser executados. A metodologia aplicada foi realizada em seis etapas.

A primeira etapa constituiu-se em descrever o local de estudo e suas principais características

Na segunda etapa foi levantado e analisado o consumo energético da escola, em que o consumo anual foi de 32.717,00 kWh e a média mensal 2.726,41 kWh.

A terceira etapa foi constituída em levantar a área dos telhados, que foram medidos a partir da ferramenta régua do Google Earth Pro, que resultou em aproximadamente, 621 m².

Na quarta etapa foram verificados os valores de irradiação solar no município de Malta, pelo site da CRESESB. A partir da análise desses dados, observou-se que os meses de maior e menor incidência solar, são: setembro, com 6,58 kWh/m².dia e junho, com 5,16 kWh/m².dia, respectivamente. Porém nos cálculos para o dimensionamento do sistema fotovoltaico utilizou-se a irradiação média, com relação ao plano inclinado, que é de 6,03 kWh/m².dia. em Malta.

Logo em seguida, na quinta etapa, foi verificado a melhor inclinação e orientação dos módulos fotovoltaicos. Dessa forma, a partir dos dados de irradiação da CRESESB, foi determinado que a melhor inclinação e orientação é de 7º ao Norte geográfico, inclinação de 7º por ser o ângulo igual a latitude, que é o mais recomendado para uma melhor geração nessa região e orientação para o Norte geográfico por ser a melhor orientação para países que se localizam no hemisfério sul.

Enfim, na sexta e última etapa, a partir das equações de Pinho e Galdino (2014), simplificadas, o sistema foi dimensionado e foram alcançados os seguintes resultados: 6,03 h/dia de horas de sol pleno (HSP); 90,88 kWh/dia de energia diária necessária, potência de geração total de 15,071 kW; potência de geração corrigida 18,83 kW, considerado 20% de perdas ao Norte; e o número de painéis necessários, que neste caso foram 70 painéis para suprir o consumo energético médio da escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira.

A partir do desenvolvimento do presente trabalho, foi possível concluir que é possível instalar um sistema solar fotovoltaico na escola Cônego Joaquim de Assis Ferreira que atenda sua necessidade média energética. Este estudo considerou o consumo médio mensal para o cálculo de dimensionamento, porém, existem meses que consomem muito mais energia, neste caso, se utilizaria a energia da concessionária, da mesma forma a noite ou em dias chuvosos, em que o sistema não produza.

Deste modo, foi dimensionado o sistema fotovoltaico conectado à rede na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira e descoberto que a energia necessária para suprir seu consumo médio é de 90,88 kWh/dia, sendo possível instalar os painéis para suprir este consumo nos telhados da escola.

Então, foi dimensionado o sistema fotovoltaico conectado à rede e foi verificado que há disponibilidade de espaço ao desenvolvimento da instalação do sistema dimensionado, em que, caso haja interesse e recursos financeiros suficientes por parte da prefeitura municipal de Malta para implementação do projeto, é possível concretizá-lo.

Logo, este trabalho mostrou que sistemas fotovoltaicos para a geração de energia elétrica são viáveis, em termos técnicos, na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira.

Por fim, é importante ressaltar a relevância do desenvolvimento de um trabalho como este, no sentido da disseminação desta tecnologia, bem como das fontes renováveis de energia em geral. Espera-se que este estudo abra portas para estudos futuros e, finalmente, a implantação de um sistema como o proposto na escola municipal Cônego Joaquim de Assis Ferreira. 

Com o intuito de aperfeiçoar o estudo realizado, para futuros trabalhos, sugere-se: 

a) Analisar a viabilidade econômica do sistema fotovoltaico;

b) Analisar o sombreamento; 

c) Analisar as condições físicas dos telhados da edificação.

d) Expandir o sistema fotovoltaico, de modo a minimizar a energia consumida junto da concessionária. 

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