Introdução à Energia Solar Fotovoltaica

Você sabe ler a sua conta de luz?

• 1Antes de explicar qualquer coisa, uma pergunta abre o módulo.
• 2Você sabe ler a sua conta de luz? O que mais confunde nela?
• 3Não há resposta errada — as respostas começam a conversa.
• 4O sistema passa a ter número: quantos módulos, de que tamanho, quanto custa.
• 5Se a conta estiver perto, repare só nos kWh do mês.

Fonte: roteiro do Módulo 3, Fase 1.

O caminho deste módulo

• 1Quantos módulos o sistema precisa?
• 2De que tamanho são esses módulos?
• 3Quanto custa o sistema?
• 4O que esse custo significa, comparado com a conta?
• 5O percurso vai da conta de luz ao custo de cada kWh.

Fonte: roteiro do Módulo 3, Fase 1.

Antes de projetar, três viabilidades

• 1Viabilidade econômica — a demanda e a disposição a investir.
• 2Viabilidade técnica — as condições do local (o sombreamento).
• 3As normas da concessionária — o que a distribuidora exige.
• 4Quanto melhor a relação entre o investimento e o que o sistema gera, maior o interesse.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 34.

A conta traz os dados da ligação

• 1A conta de luz traz os dados da ligação.
• 2Classe de consumo — rural, residencial ou comercial.
• 3Tipo de ligação — monofásica, bifásica ou trifásica.
• 4Tensão de fornecimento.
• 5São esses dados que mudam o projeto e preenchem documentos.
• 6No recorte desta conta, ficam no cabeçalho (não recortado).

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 35.

O histórico de consumo na conta

• 1A conta traz, mês a mês, o histórico de consumo (os kWh).
• 2É desse histórico que sai o consumo médio.
• 3Os meses variam: há meses maiores e meses menores.
• 4O projeto não usa o mês de maior consumo, e sim a média.
• 5A tarifa aparece fora deste quadro.

▸ kWh = a unidade da conta de luz.

Consumo médio mensal

• 1Não é o mês de maior consumo: é a média dos últimos 12 meses.
• 2Soma o consumo dos 12 meses e divide por 12.
• 3No exemplo do livro, dá 239 kWh.
• 4O sistema deve gerar esse valor por mês (os créditos compensam).
• 5O sistema é dimensionado pela média, não pelo pico.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 35-36.

E o consumo que ainda vai crescer?

• 1A média mostra o consumo de hoje; o sistema fica anos na casa.
• 2Se houver planos de aumentar o consumo, a média passada não basta.
• 3Estime um valor médio mensal para cada equipamento novo.
• 4Some esse valor ao consumo médio da casa.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 36.

O consumo mínimo: a parte que engana

• 1A concessionária pode cobrar um consumo mínimo.
• 2Consumo baixo na conta não significa consumo baixo na casa.
• 3Se existir consumo mínimo, desconte-o da energia a gerar.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 36.

A visita técnica

• 1A conta diz quanto gerar; o telhado diz onde cabe.
• 2Olha-se a estrutura, a área útil, as águas e a direção.
• 3Os módulos vão preferencialmente para o norte.
• 4Não sendo possível, há perdas que se compensam com mais módulos.

O padrão de entrada

• 1A conta diz a categoria e a tensão da ligação; confere-se com isso o padrão de entrada (medidor, disjuntor, cabo, caixa e aterramento).
• 2No exemplo: categoria B1, tensão 127/220 V (faixa de carga 12 a 18 kW).
• 3Faltando adequação, é trabalho de um eletricista.

Fonte: CPFL, reproduzida em GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 38 (quadro redesenhado).

Os documentos da contratação

• 1Três documentos: documento de identificação (RG ou CNH).
• 2A conta de energia.
• 3Procuração com firma reconhecida em cartório.
• 4Os três no mesmo nome e no mesmo CPF ou CNPJ.
• 5Se a conta for empresa (CNPJ), somam-se contrato social e cartão CNPJ.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 6, p. 38.

O recurso solar do lugar

• 1O mesmo painel gera diferente em cada lugar do Brasil.
• 2O que muda é o recurso solar do lugar.
• 3Cada região recebe uma quantidade diferente de sol ao longo do ano.
• 4O dimensionamento começa pelo recurso solar — dado público e gratuito.

▸ Recurso solar = o quanto de sol aquele lugar recebe ao longo do ano.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 39.

Irradiância: o sol no instante

• 1É preciso saber quanta luz chega ao painel.
• 2Irradiância = a potência da luz por metro quadrado, naquele instante.
• 3Mede-se em W/m²: quantos watts de sol por m² agora.
• 4Quanto maior a irradiância, mais energia cada módulo gera naquele momento.
• 5Irradiância é o sol no instante.

Fonte: MARTINS; PEREIRA, cap. 2, p. 32.

Irradiação: o sol acumulado

• 1Saber o sol do instante não basta.
• 2Irradiação = a energia que chegou por metro quadrado ao longo de um período.
• 3É a irradiância somada no tempo.
• 4Unidade usual do setor: kWh/m².dia.
• 5É a irradiação que entra no cálculo. Irradiação é o sol acumulado.

Fonte: MARTINS; PEREIRA, cap. 2, p. 32.

Irradiância × irradiação: como não confundir

• 1Duas palavras parecidas, duas coisas diferentes.
• 2Irradiância (W/m²) = a potência da luz no instante.
• 3Irradiação (kWh/m².dia) = a energia acumulada ao longo do dia.
• 4É a relação potência × energia.
• 5Dia nublado: irradiância baixa; mês de verão: irradiação alta.

Fonte: texto base, §4.1.

Onde obter o dado: o SunData

• 1O dado de irradiação é público e gratuito.
• 2Informando latitude e longitude, o SunData (CRESESB) devolve tabela e gráfico.
• 3Devolve a irradiação média diária de cada mês.
• 4Devolve também a melhor inclinação dos módulos.
• 5É esse o dado que abre a primeira conta.

▸ SunData (CRESESB) = irradiação do lugar pelas coordenadas.

As perdas que reduzem a geração

• 1Nem tudo que o sol manda chega à tomada.
• 2Comprimento dos condutores — a resistência causa queda de tensão.
• 3Temperatura de operação dos módulos.
• 4Orientação e inclinação dos módulos.
• 5As perdas que sobram se compensam com mais módulos.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 39.

A perda média de 20%

• 1Como estimar as perdas sem software? O livro responde.
• 2Em residências pequenas, rodar software de simulação não se justifica.
• 3A experiência permite estimar uma perda média de 20%.
• 4Esse 20% vira o fator 0,80 na conta.
• 5Não é norma nem tabela: é estimativa com fonte.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 39.

A perda por orientação

• 1Uma segunda perda, diferente da de 20%.
• 2Vem de o telhado não apontar para o norte.
• 3Cada direção tem a sua perda: N 0%; NE/NO 3%; L/O 6%; SE/SO 25%; S 50%.
• 4As duas perdas são diferentes, aplicadas uma depois da outra.

Como o dado do sol é feito — e por que é uma estimativa

• 1O número vem de imagens de satélite e de estações de medição.
• 2O dado é uma estimativa (distribuição, variabilidade e incertezas).
• 3O medido em superfície é o mais preciso, mas é local.
• 4O número serve para dimensionar; o contrato fala em geração prevista.

Fonte: MARTINS; PEREIRA, cap. 1, p. 18-19.

O que o Brasil tem de sol

• 1O Brasil tem dimensões continentais e, segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, excelentes condições em todo o território.
• 2O clima local define a melhor tecnologia: a fotovoltaica sofre com a temperatura do ar.
• 3Não existe região sem sol — existe telhado cuja irradiação não foi medida.

Fonte: MARTINS; PEREIRA, cap. 1, p. 17, citando o Atlas Brasileiro de Energia Solar (INPE).

O módulo escolhido: a potência máxima

• 1Falta uma informação para a conta: a potência máxima do módulo.
• 2No exemplo do livro: um módulo de 400 Wp.
• 3Essa potência vem da etiqueta (datasheet) do módulo.
• 4Responde à segunda pergunta: de que tamanho serão os módulos.

▸ Datasheet = a folha de dados (etiqueta) do módulo, com potência e dimensões.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 41.

A geração de um módulo, em palavras

• 1A conta tem duas etapas: a primeira é quanto um módulo gera por mês.
• 2Em palavras: potência × dias do mês (30,4 = 365 ÷ 12) × irradiação do lugar, menos as perdas.
• 3Descontam-se as perdas de geração (20% → 0,80) e as de orientação.
• 4O resultado é a geração mensal de um módulo, em kWh.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 41.

A equação da geração mensal

• 1A conta descrita em palavras, escrita como o livro a registra.
• 2GP = Pmáx × (1 − PG) × Dm × IRm × (1 − PO)
• 3GP = geração; Pmáx = potência; PG = perda de geração; Dm = dias; IRm = irradiação; PO = perda por orientação.
• 4No livro do IFSP, é a equação (9).

Quantos módulos?, em palavras

• 1Segunda etapa da conta: quantos módulos.
• 2Em palavras: consumo médio mensal ÷ geração mensal de um módulo.
• 3O resultado sempre arredonda para cima.
• 4Leitura rápida (o exemplo completo vem adiante): 298 ÷ 49,8 = 5,98 → 6 módulos.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 41 e p. 44.

A equação da quantidade de módulos

• 1Escrita como o livro registra.
• 2QM = CM ÷ GP
• 3QM = quantidade; CM = consumo médio mensal; GP = geração de um módulo.
• 4Divida o consumo pela geração e arredonde para cima. É a equação (10).

Duas perdas, não uma

• 1As duas perdas são diferentes.
• 2PG = perda do processo de geração (cabeamento, temperatura, sujeira): 20% → 0,80.
• 3PO = perda por orientação: 3% → 0,97.
• 4São duas coisas diferentes, aplicadas uma depois da outra.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 7, p. 39-40.

De onde vem a perda de 20%

• 1O 20% não sai de norma nem de tabela: é estimativa com fonte.
• 2Por isso o contrato fala em geração prevista, com tolerância.
• 3O cálculo de projeto é uma estimativa bem-feita, não uma promessa.

Fonte: texto base, §5.1.

O exemplo do Mococa: o consumo

• 1O exemplo completo: outra casa, outra cidade, outra orientação.
• 2Somando os 12 meses e dividindo por 12, chega-se a 298 kWh.
• 3O total dos 12 meses é 3.580 kWh.
• 4O sistema é dimensionado pela média, não pelo pico.

As coordenadas do local

• 1Para saber o sol do lugar, precisa-se das coordenadas da casa.
• 2Busca-se o endereço no mapa e leem-se latitude e longitude.
• 3É esse par que se digita no SunData.

O sol de Mococa: inclinação e irradiação

• 1Melhor inclinação para Mococa: 21°, com 5,28 kWh/m².dia.
• 2As águas do telhado apontam para noroeste e nordeste: perda de 3%.
• 3Com isso, todos os dados da conta estão reunidos.

O cálculo do exemplo, passo a passo

• 1Consumo 298 kWh; módulo 400 Wp; dias 30,4; irradiação 5,28; perdas 0,80 e 0,97.
• 2Primeira conta: 400 × 0,80 × 30,4 × 5,28 × 0,97 = 49,8 kWh por mês.
• 3Segunda conta: 298 ÷ 49,8 = 5,98 → 6 módulos.

Atenção à unidade

• 1O livro escreve o resultado da primeira conta como 49.822 W ou 49,8 kW.
• 2A unidade está trocada: potência (W) não se acumula num mês.
• 3O que a conta produz é energia: 49.822 Wh, ou 49,8 kWh por mês.
• 4O número 30,4 é a média de dias do mês: 365 ÷ 12.

Fonte: texto base, §5.2.

A área necessária × a área útil do telhado

• 1Fechado o número de módulos, falta conferir se eles cabem.
• 2Área necessária = quantidade de módulos × área de cada módulo.
• 3A área de cada um sai do datasheet (as dimensões multiplicadas).
• 4Compara-se com a área útil, por medição direta ou pelo Google Earth.

▸ Área útil = a parte do telhado que pode receber os módulos.

A conta da área, fechada

• 1Um módulo de 2,108 × 1,048 m ocupa 2,21 m².
• 2Seis módulos ocupam 6 × 2,21 = 13,26 m².
• 3O telhado do exemplo tem 28,04 m² de área útil: os seis cabem, com sobra.
• 4Sempre confira esta conta antes de fechar o orçamento: o sistema pode estar certo no papel e não caber no telhado.

Fonte: texto base, §5.3.

As estruturas de fixação por tipo de telhado

• 1Os módulos não vão soltos: a estrutura depende do telhado.
• 2Telhados cerâmicos, de fibrocimento ou metálicos.
• 3A estrutura de cerâmica serve para os outros tipos, mas não o contrário.
• 4O número de módulos é fundamental, mas há outros levantamentos.

O posicionamento dos módulos

• 1Dois cuidados na hora de posicionar: espaçamento e orientação.
• 2Deixe espaçamento para manutenção: não cubra o telhado inteiro.
• 3Na vertical, uma estrutura por módulo; na horizontal, duas.

Quantos módulos cabem em cada entrada do inversor

• 1O inversor tem entradas (MPPT); cada entrada aceita uma faixa de módulos.
• 2Calcula-se o número máximo e o número mínimo de módulos por entrada.
• 3No exemplo do livro: Qmáx = 11,3 e Qmin = 1,8.
• 4Se o número do projeto ficar entre Qmin e Qmáx, a entrada serve.

▸ MPPT = busca o melhor ponto. (Trecho de Aprofundamento — basta saber que essa conferência existe e onde ela é feita.)

O orçamento do sistema

• 1Concluído o dimensionamento, monta-se o orçamento.
• 2Detalha o custo de cada material e as taxas de engenharia.
• 3Os custos da instalação terceirizada entram no orçamento final.

Fonte: GOUVEIA; HATANAKA; OLETO, cap. 8, p. 57.

O contrato: geração prevista e tolerância de 10%

• 1Fechada a venda, firma-se um contrato.
• 2O contrato apresenta a média da geração anual prevista.
• 3Tolerância de 10%: acima ou abaixo, o contrato é cumprido.
• 4É uma segurança para os dois lados.

Fonte: texto base, §6.1.

Por que o preço sozinho não diz nada

• 1O preço do sistema, sozinho, não diz nada.
• 2Um sistema pode ser caro ou barato conforme a energia que produz.
• 3O que interessa é quanto custa cada kWh que ele produz.
• 4É isso que se compara com a tarifa da conta de luz.

Fonte: texto base, §6.

O LCOE, em palavras

• 1Existe um número internacional: o LCOE (Levelized Cost of Energy).
• 2Em palavras: o custo do sistema ÷ toda a energia da vida útil.
• 3Leva em conta o valor presente do investimento e da operação e manutenção.
• 4O LCOE é o custo do seu kWh solar.

▸ LCOE = Levelized Cost of Energy; em português, o custo nivelado da energia.

Fonte: VIAN et al., cap. 4, p. 115-116.

A fórmula do LCOE e o valor presente

• 1Escrita como o setor a registra.
• 2LCOE = (C_n + C_oper + C_an) ÷ E_prod
• 3C_n = investimento; C_oper = operação; C_an = manutenção (a valor presente); E_prod = energia total.

▸ Valor presente = quanto vale hoje um dinheiro que só entra ou sai no futuro. Aqui a fórmula é registro do setor: não é preciso calculá-la.

Fonte: VIAN et al., cap. 4, p. 115-116.

A comparação que importa

• 1O custo do seu kWh solar se compara com o R$/kWh da conta.
• 2O R$/kWh da conta é a soma de TE e TUSD, na coluna da tarifa.
• 3Se o custo solar for menor, a geração fica abaixo da tarifa naquele momento.

▸ TE = tarifa de energia; TUSD = tarifa de uso do sistema de distribuição; as duas somam o R$/kWh.

Fonte: texto base, §6.2.

Dado de hoje, com fonte e data

• 1Tarifa e preço mudam todo ano: use dado de hoje, com fonte e data.
• 2A tarifa você pega na conta (TE + TUSD); o consumo, dos 12 meses ÷ 12.
• 3Para panorama de mercado, as fontes vivas são ANEEL, EPE e ABSOLAR.
• 4O cálculo vale com qualquer tarifa.

Fonte: texto base, §6.2.

O que este módulo não promete

• 1Resposta honesta à pergunta “quanto eu economizo?”.
• 2A economia depende da tarifa que você paga e do seu consumo.
• 3Duas casas com o mesmo sistema podem economizar diferente.
• 4O material ensina o cálculo, sem prometer um número pronto nem prazo universal.

Fonte: texto base, §6.4.

A conta da sua casa: a folha-modelo

• 1O módulo termina com uma folha-modelo.
• 2Você precisa da conta de luz, do endereço e do datasheet.
• 3Não é para entregar nada: é o roteiro da sua conta.
• 4Os números de exemplo servem só de modelo.

▸ A folha-modelo segue o exemplo do Mococa (o mesmo das telas 30 a 36): no lugar destes números entram os seus.

Fonte: texto base, §7.

A folha-modelo: os passos 1 a 5

• 1Passo 1 — Consumo médio: os 12 meses somados ÷ 12.
• 2Passo 2 — Irradiação do telhado: no SunData, a média e a melhor inclinação.
• 3Passo 3 — Perda por orientação: o fator da rosa dos ventos.
• 4Passo 4 — Módulo escolhido: a potência (Wp) e as dimensões (m).
• 5Passo 5 — Geração de um módulo: potência × dias × irradiação × 0,80 × fator.

Fonte: texto base, §7.

A folha-modelo: os passos 6 a 8

• 1Passo 6 — Quantidade de módulos: consumo ÷ geração, arredondando para cima.
• 2Passo 7 — Cabe no telhado? área de um módulo × quantidade, contra a área útil.
• 3Passo 8a — Custo do seu kWh: valor do sistema (orçamento) ÷ energia da vida útil (geração mensal do sistema × meses de vida útil do orçamento).
• 4Passo 8b — Compare esse custo com o R$/kWh da sua conta (TE + TUSD).

Fonte: texto base, §7.

Antes de fechar qualquer coisa

• 1A área: os módulos cabem no telhado?
• 2O padrão de entrada da casa: precisa de adequação?
• 3A faixa de módulos que o inversor aceita.
• 4Tarifa e preço: pegue de hoje, com a fonte e a data.

Fonte: texto base, §7.

Termos e unidades para consulta

• 1Energia e potência: kWh · kWp · W e kW.
• 2Sol: irradiância (W/m²) · irradiação (kWh/m².dia).
• 3Conta e custo: R$/kWh (TE + TUSD) · LCOE.
• 4Termos do setor: consumo médio · fator de perda (20%) · perda por orientação (3%) · área útil · contrato (tolerância de 10%).

Fonte: texto base, §8.

Fechamento: o caminho percorrido

• 1O módulo começou na conta de luz e terminou no custo de cada kWh.
• 2Ler a conta → consumo médio → sol do lugar → geração e quantidade.
• 3Conferir área e entradas do inversor → orçamento → custo do kWh × tarifa.
• 4Cada etapa alimenta a seguinte; cada número tem a sua fonte.

Fonte: organização do curso.

A amarração final

• 1O sistema passa a ter número.
• 2O que este módulo não promete: um valor de economia nem um prazo prontos.
• 3O que ele ensina: o cálculo, com dado de hoje, com fonte e data.
• 4No ambiente do curso, você pratica o cálculo, discute com a turma e revisa o conteúdo.

Fonte: organização do curso.