AVALIA‡ƒO DO POTENCIAL DE GERA‡ƒO DE ENERGIA .avalia‡ƒo do potencial de gera‡ƒo de energia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PPRROOGGRRAAMMAA DDEE PPSS--GGRRAADDUUAAOO EEMM EENNGGEENNHHAARRIIAA CCIIVVIILL

MMIINNTTEERR

AVALIAO DO POTENCIAL DE GERAO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA COBERTURA

DAS EDIFICAES DO CAMPUS I - CEFET- MG, INTERLIGADO REDE ELTRICA

Autora: Ftima Oliveira Takenaka

Orientador: Ricardo Rther, Ph.D

Florianpolis, Julho de 2010.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PPRROOGGRRAAMMAA DDEE PPSS--GGRRAADDUUAAOO EEMM EENNGGEENNHHAARRIIAA CCIIVVIILL

MMIINNTTEERR

AVALIAO DO POTENCIAL DE GERAO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA COBERTURA

DAS EDIFICAES DO CAMPUS I - CEFET- MG, INTERLIGADO REDE ELTRICA

Autora: Ftima Oliveira Takenaka

Orientador: Ricardo Rther, Ph.D

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Uni-versidade Federal de Santa Catarina, como parte dos requisitos de obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia Civil.

Florianpolis, Julho de 2010.

AVALIAO DO POTENCIAL DE GERAO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA COBERTURA DAS

EDIFICAES DO CAMPUS I - CEFET- MG, INTERLIGADO REDE ELTRICA.

Ftima Oliveira Takenaka

Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil

pelo Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Prof. Ricardo Rther, Ph.D

Orientador

Prof. Humberto Ramos Roman, Dr. Coordenador do Minter UFSC/CEFET-MG

Profa. Janade Cavalcante Rocha, Dra.

Coordenadora PPGEC-UFSC

Banca Examinadora:

Profa. Dra. Antnia Snia Cardoso Diniz, Ph.D (PUCMINAS)

Prof. Dr. Roberto Lamberts, Ph.D (PPGEC UFSC)

Prof. Dr. Fernando Ruttkay Pereira Ph.D (PosARQ UFSC)

Florianpolis, Julho de 2010.

Eis que amontoei e acumulei mais sabedoria que todos os que me precederam em Jerusalm. Por-que meu esprito estudou muito a sabedoria e a cincia, e apliquei o meu esprito ao discernimen-to da sabedoria, da loucura e da tolice. Mas che-quei concluso de que isso tambm vento que passa. Porque no acmulo da sabedoria, acumu-la-se tristeza, e quem aumenta a cincia, aumen-ta a dor.

Eclesiastes 1:16 -18.

OFERECIMENTO

A Lourdes, minha me, a quem eu devo TUDO,

Minhas filhas, Camila e Iza-bela, MEUS AMORES,

A Paty e Paul, meus irmos,

A Marg, minha tia,

Ao Eduardo, que faz com que os meus dias sejam mais FELIZES.

AGRADECIMENTOS

A Deus,

Em especial ao CEFET-MG e ao CPEI-MG,

Aos meus estimados colegas do mestrado,

Ao Prof. Ricardo Rther pela orientao,

A Isabel Salamoni pela dedicao e pacincia,

A querida Cristina Csar Guimares pelo apoio e amizade,

Aos membros da banca pela especial participao e contribuio,

A todos aqueles que de uma forma ou de outra estiveram ao

meu lado e colaboraram para eu levar a termo esse projeto.

SUMRIO

1. INTRODUO ................................................................... 1

1.1. APRESENTAO DO PROBLEMA ............................. 5

1.2. JUSTIFICATIVA ........................................................... 7

1.3. OBJETIVOS ................................................................. 8

1.3.1. Objetivo Geral ....................................................... 8

1.3.2. Objetivos Especficos ............................................ 8

1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO ..................................... 9

2. REVISO BIBLIOGRFICA ............................................ 11

2.1. INTRODUO ........................................................... 11

2.2. CONTEXTO HISTRICO-AMBIENTAL DO CENRIO ENERGTICO .................................................................. 11

2.2.1. Cenrio Energtico Mundial ................................ 12

2.2.2. Cenrio Energtico Brasileiro .............................. 14

2.3. REGULAMENTAO DO SETOR ENERGTICO .... 17

2.3.1. Estrutura Tarifria no Brasil ................................. 17

2.3.2. Componentes Tarifrios da Demanda de Potncia ...................................................................................... 18

2.3.3. A Composio de Valores Calculados na Tarifao ...................................................................................... 19

2.3.3.1. A tarifa convencional ........................................ 20

2.3.3.2. A tarifa horo-sazonal ......................................... 20

2.4. IMPACTOS AMBIENTAIS .......................................... 21

2.5. A GERAO FV NA GERAO DISTRIBUDA ..... 22

2.5.1. Aplicaes FV no Mundo ..................................... 23

2.5.2. Aplicaes FV no Brasil ....................................... 25

2.6. TECNOLOGIAS FOTOVOLTAICAS .......................... 26

2.6.1.Silcio monocristalino (c-Si) e Silcio policristalino (p-Si).................................................................................. 28

2.6.2. Silcio Amorfo Hidrogenado (a-Si)........................ 28

2.7. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS .................................. 29

2.8. VIABILIDADE ECONMICA PARA A GERAO FV 34

2.9. BENEFCIOS DOS SISTEMAS FV ............................ 36

2.9.1. Benefcios para o Setor Eltrico .......................... 36

2.9.2. Benefcios para o Setor Ambiental....................... 36

2.9.3. Benefcios para o Setor Socioeconmico ............ 37

2.9.4. Benefcios para o Setor Arquitetnico .................. 37

2.10. O PAPEL DAS INSTITUIES DE ENSINO SUPERIOR (IES) RUMO AO DESENVOLVIMENTO ........ 38

2.10.1. Educao para o Desenvolvimento Sustentvel 38

2.10.2. Exemplos de IES Atuando na Sustentabilidade . 39

2.10.3. Usos Finais de uma Instituio de Ensino ......... 40

3. METODOLOGIA .............................................................. 43

3.1. INTRODUO ........................................................... 43

3.1.1. Fluxograma ......................................................... 43

3.2. OBJETO DE ESTUDO DA PESQUISA - Campus I, CEFET-MG ....................................................................... 45

3.3. LEVANTAMENTO DOS DADOS ............................... 50

3.3.1. Consumo de Energia das Edificaes ................. 50

3.3.2. reas de Cobertura das Edificaes ................... 52

3.3.3. Irradiao Solar de Belo Horizonte ...................... 54

3.4. DISPOSIO DOS MDULOS FV............................ 56

3.4.1. Orientao e Inclinao dos Mdulos FV ............ 56

3.5. SIMULAES DO POTENCIAL DE GERAO FV .. 57

3.6. AVALIAO ECONMICA ........................................ 61

4. RESULTADOS ................................................................. 63

4.1. INTRODUO ........................................................... 63

4.2. PRIMEIRO CASO: SIMULAO DE UM SISTEMA FV PARA SUPRIR 100% DO CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA, UTILIZANDO-SE TRS TECNOLOGIAS ...... 64

4.2.1. Anlise do Consumo de Energia Eltrica das Edificaes .................................................................... 64

4.2.2. Clculo das reas de Cobertura das Edificaes 66

4.2.3. Anlise dos Dados da Memria de Massa do Medidor ......................................................................... 67

4.2.4. Traado das Curvas de Irradiao Solar para a Cidade de BH ................................................................ 70

4.2.5. Clculo da Potncia FV ....................................... 72

4.2.6. Traado das Curvas de Potncia FV ................... 74

4.2.7. Sobreposio das Curvas de Potncia FV e Demanda ....................................................................... 77

4.3. SEGUNDO CASO: SIMULAO DE UM SISTEMA FV UTILIZANDO 100% DAS REAS DE COBERTURA DAS EDIFICAES ................................................................. 80

4.3.1. Anlise Histrica do Consumo de Energia Eltrica ...................................................................................... 80

4.3.2. Clculo da Potncia FV considerando toda a rea til. ................................................................................ 82

4.3.2.1. Estudo do Prdio Escolar (A) - (Inclinao 20 e zero grau). ..................................................................... 82

4.3.2.2. Estudo do Prdio Administrativo (B) - (Inclinao 20 e zero grau). ............................................................. 84

4.3.2.2.1. Estudo do Sombreamento no Prdio Administrativo (B) .......................................................... 85

4.3.2.3. Estudo do Prdio da Mecnica (C) - (Inclinao 20 e zero grau). ............................................................. 87

4.3.2.4. Estudo do Prdio do Ginsio (D) - (Inclinao 20 e zero grau). .................................................................. 89

4.3.2.5. Quantificao da Potncia FV por sistema ....... 90

4.3.2.6. Anlise dos Sistemas para as Tecnologias Selecionadas ................................................................. 91

4.3.3. Clculo da Gerao Solar FV .............................. 92

4.3.4. Avaliao Econmica .......................................... 94

5. CONCLUSES .............................................................. 105

5.1.