Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Um projeto de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica de distribuição, com objetivo de injetar a energia gerada na rede e compensar o consumo residencial. O texto detalha os componentes básicos do sistema, as vantagens da energia solar fotovoltaica e as características da tecnologia. Além disso, o documento discute a importância de geração distribuída de energia elétrica no contexto do consumo brasileiro e as exigências de qualidade da energia elétrica.
O que você vai aprender
Tipologia: Resumos
1 / 71
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Dedico este trabalho aos meus pais, ao meu irmão, à minha namorada e ao meu filho, que me apoiam e sempre me apoiaram incondicionalmente nesta árdua caminhada e sempre me incentivaram a seguir em frente.
Eu gostaria de agradecer... Ao meu pai, pela ajuda prestada quando eu estive ausente, pelo apoio incondicional que me permitiu estudar longe de casa e chegar a essa conquista e pelo exemplo de integridade, lealdade e honestidade. À minha mãe, por todos os sacrifícios que me permitiram estudar em uma universidade de excelência, pelas rezas às vésperas de provas, pelas boas vibrações enviadas e pela base familiar sólida que serve de porto seguro. Ao meu irmão, por todo o cuidado e preocupação que tens comigo, sempre zelando por mim. À minha namorada, que me acompanha desde o início do curso. Por você me permitir continuar os estudos, mesmo longe, e chegar aonde cheguei. A metade desta vitória é dedicada a você. Ao meu filho, pela felicidade imensa proporcionada desde o seu nascimento e pelo sorriso lindo que sempre me esperou nas sextas-feiras. Aos meus amigos, que de inúmeras maneiras tornam a minha vida interessante e especial. À Universidade Federal do Rio Grande do Sul por proporcionar um ensino público, gratuito e de excelência. Agradeço ao professor Luiz Tiarajú, por todas as valiosas orientações e ensinamentos passados durante o curso.
This work aims to present the design of a grid-connected photovoltaic power system, so that the power generated and not consumed at the time of generation is injected in the grid. This system has several advantages, including harnessing the sun's energy and reducing greenhouse gas emissions, reducing the amount of electricity bill and reduce electrical losses in the transmission due to be next generation and demand. The proposed system is designed to compensate about 90% of demand of a residence with annual consumption of 6000 kWh. The basic components and criteria for optimization of the photovoltaic system to generate electricity are detailed.
Keywords: Sun’s energy. Photovoltaic effect. Solar panel. Frequency inverter.
Figura 15 – Curva característica de módulo fotovoltaico para diferentes valores de irradiância.
Figura 27 – Produtividade de SFCR (Yf) em função do fator de dimensionamento do inversor.
AM – Massa de ar ANEEL – Agencia Nacional de Energia Elétrica CA– Corrente alternada CC – Corrente contínua ηspmp – Eficiência no seguimento do ponto de máxima potência FDI – Fator de dimensionamento do inversor FF – Fator de forma γmp – Coeficiente de temperatura no ponto de máxima potência Ht,β – Irradiância incidente no plano do gerador Href – condição de referência ID – Corrente no diodo IL – Corrente fotogerada Imp – Corrente de máxima potência Isc – Corrente de curto-circuito Rp – Resistência paralelo Rs – Resistência série Pmp – Ponto de máxima potência PnFV – Potência nominal do gerador fotovoltaico PnINV – Potência nominal do inversor PFV – Potência ativa fornecida pelo gerador fotovoltaico SFCR – Sistema fotovoltaico conectado à rede SPMP – Seguimento do ponto de máxima potência STC – Condições padrão de teste ( Standard Test Conditions) SWERA – Solar and Wind Energy Resource Assessment Ta – Temperatura ambiente Tc – Temperatura de operação da célula TNOC – Temperatura nominal de operação da célula VD – Tensão no diodo Vmp – Tensão de máxima potência Voc – Tensão de circuito aberto Wp – Watt-pico Yp – Produtividade do sistema
O Brasil é um país rico na disponibilidade de recursos naturais renováveis para o aproveitamento energético. A energia hidroelétrica é a modalidade mais comum de energia renovável, compondo a fatia principal da matriz de geração de energia elétrica do país. Além desta, as modalidades mais comuns da utilização de energia renovável são a energia solar, eólica e de biomassa (CRUZ, 2009). A matriz energética mundial é majoritariamente não renovável e baseada em derivados de petróleo. As reservas petrolíferas são recursos naturais passíveis de esgotamento e, além disso, seus derivados emitem gases poluentes na combustão. No Brasil, a matriz energética é baseada em dois sistemas principais: o petróleo e a força das águas. As hidrelétricas, embora utilizem a força da água - recurso natural renovável -, causam grande impacto ambiental e social proveniente dos alagamentos nas áreas em que são implantadas. Além disso, o setor energético brasileiro enfrenta também a alta demanda de energia, e consequente insuficiência em sua oferta, gerando crises como os “apagões”, em 2001, e problemas frequentes nos horários de pico da demanda. Somado a isto, a disposição geográfica do consumo de energia elétrica tem nos aglomerados urbanos os grandes consumidores, pois estes detêm a maior parte do consumo dos setores residencial, comercial e público, e ainda alguma parcela dos consumos industriais. Contudo, as principais centrais geradoras de energia brasileiras (hidrelétricas) estão localizadas em pontos específicos do país, o que exige uma complexa rede nacional de transmissão e distribuição de energia elétrica para que essa chegue às cidades. Assim, os custos de geração das grandes hidrelétrica acabam aumentando se considerados os custos de instalação e de manutenção das linhas de transmissão, bem como as perdas características deste sistema elétrico (ABREU, 2003). Diante dessas adversidades do setor energético, buscam-se alternativas para minimizar os impactos ao meio ambiente e garantir o fornecimento adequado de energia a toda população. Nesse sentido, estudos são conduzidos na busca por fontes alternativas de energia, propondo o uso de tecnologias diferenciadas, com baixo impacto à natureza. A geração fotovoltaica é um modo de se obter energia limpa, utilizando diretamente a irradiação solar. Sendo assim, o uso desta tecnologia permite a geração de energia de uma forma sustentável e se apresenta como uma solução para os problemas energéticos da atualidade. Os sistemas fotovoltaicos já estão tecnologicamente disponíveis para sua disseminação no mercado. Em alguns países europeus, como a Alemanha, esses sistemas já
energia no próprio local de consumo. Portanto, os estudos que envolvam o uso de sistemas fotovoltaicos são cada vez mais necessários. A necessidade de aumentar a capacidade brasileira de geração energética é uma questão atualmente importante. Tendo em vista a dificuldade de obtenção de recursos para financiar grandes obras civis, problemas socioambientais causados por grandes usinas hidrelétricas e os problemas com relação à oferta e a demanda energética no país, surge a necessidade de buscar novas fontes de energia. O sistema fotovoltaico, além de causar menor dano ambiental, permite a sua utilização em pequena escala e ainda ser instalado próximo ao ponto de consumo, de forma distribuída, minimizando as perdas por transmissão e distribuição da geração centralizada. Devido ao fato de serem conectadas à rede elétrica pública, essas instalações dispensam os sistemas acumuladores de energia (banco de baterias), utilizados nos sistemas isolados, reduzindo o custo total da instalação e dispensando a manutenção envolvida por um banco de baterias. Estes sistemas independentes envolvem um investimento ainda maior, pelo fato de necessitarem de um superdimensionamento, para garantir eletricidade durante o ano todo, independentemente dos períodos com menores níveis de radiação. De acordo com as características da tecnologia fotovoltaica, do consumo energético brasileiro e dos crescentes incentivos a este tipo de geração chegou-se à proposição do tema para este trabalho: geração distribuída baseada em um sistema fotovoltaico que seja conectado à rede de distribuição e que sirva para compensar o consumo de energia elétrica residencial.
1.2 OBJETIVO
Este trabalho tem como objetivo dimensionar e otimizar um sistema de geração fotovoltaica conectado à rede de distribuição para que possa suprir a demanda de energia elétrica de uma edificação.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente trabalho está subdividido em seis capítulos, sendo descritos a seguir: O Capítulo 1 apresenta uma introdução sobre o tema proposto, motivação, relevância e objetivos para o desenvolvimento deste trabalho. No Capítulo 2 encontra-se uma revisão bibliográfica sobre a radiação solar e sua distribuição no Brasil além de uma descrição sobre o efeito fotovoltaico e suas características elétricas.
No Capítulo 3 encontra-se uma descrição sobre o os componentes de um sistema fotovoltaico e os modelos matemáticos. No Capítulo 4 são apresentados os conceitos de geração distribuída e políticas de incentivo, até o momento, adotadas no Brasil. No Capítulo 5 são apresentados os fundamentos aplicados no dimensionamento de geração fotovoltaica e os resultados obtidos. É detalhado o sistema proposto e sua produtividade calculada através de dados climáticos e de irradiância. No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões do trabalho.
A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador (Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (δ). Este ângulo, que pode ser visto na Figura 1, varia, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes limites (CEPEL/CRESESB, 1999): - 23,45° δ23,45°. A soma desta declinação com a latitude local determina a trajetória do movimento aparente do Sol para um determinado dia em uma dada localidade na Terra. A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera solar que é uma camada tênue com aproximadamente 300 km de espessura e temperatura superficial da ordem de 5800 K (CEPEL/CRESESB, 1999). Pode-se definir um valor médio para o nível de radiação solar incidente normalmente sobre uma superfície situada no topo da atmosfera. Dados da WMO ( World Meteorological Organization ) indicam um valor médio de 1367 W/m^2 para a radiação extraterrestre. A radiação solar é radiação eletromagnética que se propaga a uma velocidade de 300.000 km/s. Em termos de comprimentos de onda, a radiação solar ocupa a faixa espectral de 0,1 μ m a 5 μ m, tendo uma máxima densidade espectral em 0,5 μ m, que corresponde ao espectro de luz verde. É através da teoria ondulatória que são definidas, para os diversos meios materiais, as propriedades na faixa solar de absorção e reflexão e, na faixa de 0,75 a 100 μ m (correspondente ao infravermelho), as propriedades de absorção, reflexão e emissão (Figura 3). Por outro lado, utilizando mecânica quântica, é determinada a potência emissiva espectral do corpo negro em termos de sua temperatura e do índice de refração do meio em que está imerso. A conversão direta da energia solar em eletricidade também é explicada por esta teoria. A potência de um feixe luminoso é descrita como o fluxo de fótons com energia unitária hf , onde f é a frequência da onda eletromagnética associada e h é a Constante de Planck (6,62 x10-34^ Js). A energia solar incidente no meio material pode ser refletida, transmitida e absorvida.
2.2 RADIAÇÃO SOLAR EM NÍVEL DO SOLO
Segundo CEPEL/CRESESB, 1999, de toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera, apenas uma fração atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Esta fração que atinge o solo é constituída por uma componente direta (ou de feixe) e por uma componente difusa.
Ainda assim, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal, haverá uma terceira componente refletida pelo ambiente do entorno (solo, vegetação, obstáculos, terrenos rochosos etc.). O coeficiente de reflexão destas superfícies é denominado de “albedo”. Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera devido aos efeitos de absorção e espalhamento. Estas modificações são dependentes da espessura da camada atmosférica, também identificada por um coeficiente denominado “Massa de Ar” (AM), e, portanto, do ângulo de incidência do Sol, da distância Terra-Sol e das condições atmosféricas e meteorológicas (CEPEL/CRESESB, 1999). A Figura 2 apresenta a distribuição espectral da radiação solar. Nota-se que apenas uma parte de toda a energia atinge às camadas superiores da atmosfera. A outra parte é refletida ou absorvida, como, por exemplo, por moléculas de CO 2 e vapor d’água. A irradiação total que atinge a superfície terrestre pode variar ainda de acordo com o coeficiente AM, conforme mostra a Figura 3.
Figura 2 – Irradiância espectral.
Fonte: ABINEE (2012).
