MÉTODO PARA CÁLCULO DE GERAÇÃO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA EM ÁREAS URBANAS

1. MÉTODO PARA CÁLCULO DE GERAÇÃO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA EM ÁREAS URBANAS Mestranda: Isabel Tourinho Salamoni Orientador: Ricardo Rüther, PhD. Coorientador: Paulo Knob, Dr. Ing.

2. INTRODUÇÃO Brasil: problemas com relação a questões energéticas;  Estratégia : aumentar a eficiência energética;  Sistema Fotovoltaico: - causar menor dano ambiental; - próximo ao ponto de consumo.  Conhecendo a capacidade de geração de uma planta fotovoltaica: - fonte geradora; - aumentar a capacidade da rede. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

3. OBJETIVOS Objetivo Geral - Análise entre consumo e geração: verificar o potencial de contribuição dos sistemas FV no suprimento de energia. Objetivos Específicos -Utilização de uma fonte renovável e próxima ao ponto de consumo; - Consumo energético em cada setor estudado; - Níveis de radiação, orientação e inclinação de forma a maximizar a quantidade de energia gerada pelo sol em função da área disponível; - Suficiência da área de cobertura; - Pico de demanda com geração FV. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

4. RADIAÇÃO SOLAR Hamakawa (2002): Total de radiação incidente na superfície da terra equivale a 10 000 vezes mais do que a demanda mundial em todo o ano de 2002. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

5. TECNOLOGIAS Green (2003): Indústria FV – impulso crescente – 30 a 40% ao ano desde 1996. Crescimento da produção mundial FV (PV NEWS, 2004). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

6. TECNOLOGIAS (GOETZBERGER et al.; 2002) INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

7. TECNOLOGIA: a-Si Anos 80: tecnologia em filmes finos; Fina camada de material semicondutor; Maior flexibilidade e variabilidade; Eficiência menor – independe da temperatura. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

8. TECNOLOGIA: c-Si Mais tradicional e dominante; Consolidou no mercado pela confiabilidade. Alto índice de eficiência; Eficiência duas vezes a-Si – depende da temperatura. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

9. TECNOLOGIA: CdTe Uma década – aplicações em calculadoras; Recente competidora a-Si e c-Si; Filmes finos – forma de placas de vidro; Atrativo estético. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

10. TECNOLOGIA: CIS Disselineto de cobre e Índio; Eficiências elevadas;  Excelente aparência estética; Escassez dos elementos e toxidade. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

11. TECNOLOGIA: HIT  Mais nova tecnologia; Avançadas técnicas de produção; Células cristalinas com camadas de silício amorfo; Maiores eficiência. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

12. NÍVEL DE PENETRAÇÃO  Estudos realizados por Herig e Perez (2001) consideram níveis de penetração na ordem de 1 a 15%; Potência FV instalada com relação à demanda do setor; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

13. OBJETO DE ESTUDO  Selecionadas duas capitais brasileiras: Florianópolis (SC) e Belo Horizonte (MG), com diferentes características: • Construtivas; • Consumo energético; • Radiação solar; • Latitude local; • Clima.  Selecionadas áreas urbanas denominadas setores: • Comercial: vertical; • Residencial: horizontal; • Misto: Vertical e Horizontal. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

14. CIDADE DE FLORIANÓPOLIS  Selecionados dois setores: residencial (Jurerê) e outro comercial (Centro). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

15. CIDADE DE BELO HORIZONTE  Selecionados três setores: central (Hiper Centro), outro residencial (Floresta) e outro misto (Santa Efigênia). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

16. ANÁLISE DE SENSIBILIDADEAMOSTRAGEM  Calculada a área total de cobertura das edificação. • Belo Horizonte: área das edificações cadastradas em um banco de dados  área real. • Florianópolis: medições manuais na planta de quadra área estimada  amostragem.  AMOSTRAGEM • Dez edificações de forma aleatória: valores locados na planta de quadra; • Média de área de cobertura real por edificação, média de inclinação, orientação e a média de área sombreada. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

17. PERCENTUAL DE SOMBREAMENTO  Programa lightscape: modelo tridimensional delimita a área sombreada por um elemento em diferentes épocas do ano. • Maquetes eletrônicas locadas uma ao lado da outra: três períodos do ano, solstícios e os equinócios (junho, setembro e dezembro), considerando três horários: 09, 12 e 15 h (horários notáveis). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

18. INCLINAÇÃO E ORIENTAÇÃO Calculada a geração de energia FV produzida pelo sistema hipotético;  Realizados três estudos de caso: • 10 estudo: coberturas na horizontal; • 20 estudo: coberturas com inclinação igual à latitude local e orientadas para o norte verdadeiro  situação ideal; • 30 estudo: considera as questões reais de inclinação, orientação e sombreamento das coberturas  amostra.  Existência de uma variação significativa entre os casos e quantificar; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

19. CÁLCULO DE RADIAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA FV  Cidade de Belo Horizonte: mesmo valor da relação de variação entre real e ideal para a cidade de Florianópolis; Quantidade de radiação incidente no plano do painel (dados satélite horizontais)radiasol; - orientações Sul, Sudeste e Sudoeste: desconsideradas.  Potência a ser instalada pelo sistema: Pcc = E/ Gpoa/ Nel  Área requerida para a instalação da potência: Areq =Pcc/Eff INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

20. CÁLCULO DE RADIAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA FV  Seis tecnologias FV comercialmente disponíveis:  m-Si; CdTe; a-Si CIS; p-Si; HIT. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

21. TECNOLOGIAS UTILIZADAS Eff depende da temperatura: recalculadas segundo NOCT. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

22. CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Consumo energético de cada setor: um alimentador por setor; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

23. CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Curvas de pico de demanda; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

24. CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Quantidade de área de cobertura estimada; Radiação solar: • Superfícies na horizontal (1º caso); • Superfícies inclinadas a 27 graus e orientadas para o norte verdadeiro (2º caso); • Superfícies com médias de orientação real e média de inclinação (3º caso). Percentual de suprimento do consumo; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

25. CIDADE DE FLORIANÓPOLISSetor Jurerê Nível de penetração de 20%;  Pico de geração FV:dia – pico da demanda: noite; Aquecimento solar:deslocaria o pico para o dia (BH já possui programa de GLD). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

26. CIDADE DE FLORIANÓPOLISSetor Jurerê  Variação de 43% entre caso real e caso ideal: desconsideradas as orientações S, SE e SO;  Auto suficiência – três tecnologias; Grande potencial de geração FV – área de cobertura disponível;  Mini usina geradora: redução da sobrecarga da rede. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

27. CIDADE DE FLORIANÓPOLISSetor Centro Nível de penetração de 20%;  Pico de geração FV:dia – pico da demanda: dia Diminuição significativa da demanda: coincidência temporal (característica típica). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

28. CIDADE DE FLORIANÓPOLISSetor Centro  Variação de 64% entre caso real e caso ideal: área comum ao condomínio;  Não conseguiria a auto suficiência – conseguiria nível de penetração recomendável; Grande importância para a concessionária – auxiliando na redução da curva de carga; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

29. CIDADE DE BELO HORIZONTE Consumo energético de cada setor: mais de um alimentador por setor; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

30. CIDADE DE BELO HORIZONTE Curvas de pico de demanda; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

31. CIDADE DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

32. CIDADE DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

33. CIDADE DE BELO HORIZONTE Quantidade de área de cobertura real; Radiação solar: • Superfícies na horizontal (10 caso); • Superfícies inclinadas a 20 graus e orientadas para o norte verdadeiro (20 caso); • Valor da relação entre caso real e caso ideal para o setor Centro da cidade de Florianópolis (30 caso). Percentual de suprimento do consumo. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

34. CIDADE DE BELO HORIZONTESetor Hiper Centro Nível de penetração de 20%;  Coincidência temporal (característica típica); Diminuição da curva demanda; Deslocamento do pico:incidência solar pequena e demanda alta – redução pouco intensa (5,5%). INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

35. CIDADE DE BELO HORIZONTESetor Hiper Centro Melhor alimentador;  Nível de penetração de 20%; Redução de 14%. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

36. CIDADE DE BELO HORIZONTESetor Hiper Centro Variação de 64% entre caso real e caso ideal;  Não conseguiria a auto suficiência – conseguiria nível de penetração recomendável; Grande importância para a concessionária – energia gerada, benefício ao sistema de T & D. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

37. CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Floresta Nível de penetração de 20%;  Pico de geração FV:dia – pico da demanda: noite; Aquecimento solar:deslocaria o pico para o dia. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

38. CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Floresta Variação de 64% entre caso real e caso ideal;  Conseguiria a auto suficiência (três tecnologias); Grande potencial de geração FV – área de cobertura disponível: mini usina geradora. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

39. CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Santa Efigênia  Nível de penetração de 20%;  Pico de geração FV:dia – pico da demanda: noite; Aquecimento solar:deslocaria o pico para o dia. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

40. CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Santa Efigênia Variação de 64% entre caso real e caso ideal;  Não conseguiria a auto suficiência; Grande importância para a concessionária – energia gerada; Energia próxima ao ponto de consumo – evitando grandes percursos. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

41. CONCLUSÕES FINAIS Centros Urbanos : grande potencial de geração FV; Geração FV – inúmeros benefícios: eficiência energética geração de energia e economia;  Florianópolis e Belo Horizonte: bons resultados em termos de geração de energia e redução da curva de carga;  Contribuição do sistema FV: duas formas – redução da curva de carga (setores centrais) e mini usina geradora (residencial); INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

42. CONCLUSÕES FINAIS Mini usina geradora: energia complementar – não possuem área de cobertura disponível; Setores residenciais – horizontais-grande área de cobertura-pico noturno; Setores Centrais – verticais- área de cobertura reduzida – pico diurno;  Setor Centro (Florianópolis): 12% da área de cobertura – 10% nível de penetração; INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

43. CONCLUSÕES FINAIS Setor Hiper Centro (Belo Horizonte): 10% da área de cobertura – 10% nível de penetração; Estudos nas duas regiões mostraram três casos de potencialidades – importância fundamental do estudo das características construtivas; Inclinação e orientação das coberturas: não são fatores limitantes.

44. LIMITAÇÕES DO TRABALHO Dificuldades na aquisição de informações (órgãos públicos); Florianópolis: valores precisos de área de cobertura – estudo mais elaborado – quantificar a margem de erro;  Belo Horizonte: possui banco de dados referentes à área de cobertura; valores de corrente (alimentadores individuais) – descontinuidade – comprometem a precisão. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

45. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS  Análises para qualquer centro urbano – todas as capitais do Brasil (Nordeste) – potencial energético;  Estudo preciso: metodologia de cálculo de sombreamento (cada hora do dia) – radiação varia;  Edificações de caráter público (setores estudados): quanto de energia FV seria necessária e a economia para a concessionária local. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA METODOLOGIA APLICADA RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÕES

46. FIM

47. SETOR JURERÊ

48. SETOR CENTRO