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

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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 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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA INTRODUÇÃO

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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

4 Hamakawa (2002): Total de radiação incidente na superfície da terra equivale a vezes mais do que a demanda mundial em todo o ano de INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA RADIAÇÃO SOLAR

5 Green (2003): Indústria FV – impulso crescente – 30 a 40% ao ano desde Crescimento da produção mundial FV (PV NEWS, 2004). INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA TECNOLOGIAS

6 (GOETZBERGER et al.; 2002) INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA TECNOLOGIAS

7 TECNOLOGIA: a-Si INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Anos 80: tecnologia em filmes finos; Fina camada de material semicondutor; Maior flexibilidade e variabilidade; Eficiência menor – independe da temperatura.

8 TECNOLOGIA: c-Si INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Mais tradicional e dominante; Consolidou no mercado pela confiabilidade. Eficiência duas vezes a-Si – depende da temperatura. Alto índice de eficiência;

9 TECNOLOGIA: CdTe INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Uma década – aplicações em calculadoras; Recente competidora a-Si e c-Si; Filmes finos – forma de placas de vidro; Atrativo estético.

10 TECNOLOGIA: CIS INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Disselineto de cobre e Índio; Eficiências elevadas; Excelente aparência estética; Escassez dos elementos e toxidade.

11 TECNOLOGIA: HIT INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Mais nova tecnologia; Avançadas técnicas de produção; Células cristalinas com camadas de silício amorfo; Maiores eficiência.

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; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

14 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Selecionados dois setores: residencial (Jurerê) e outro comercial (Centro). INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

15 CIDADE DE BELO HORIZONTE Selecionados três setores: central (Hiper Centro), outro residencial (Floresta) e outro misto (Santa Efigênia). INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

16 ANÁLISE DE SENSIBILIDADE AMOSTRAGEM 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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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). INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

18 INCLINAÇÃO E ORIENTAÇÃO Calculada a geração de energia FV produzida pelo sistema hipotético; Realizados três estudos de caso: estudo: coberturas na horizontal; estudo: coberturas com inclinação igual à latitude local e orientadas para o norte verdadeiro situação ideal; estudo: considera as questões reais de inclinação, orientação e sombreamento das coberturas amostra. Existência de uma variação significativa entre os casos e quantificar; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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 INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

20 CÁLCULO DE RADIAÇÃO E GERAÇÃO DE ENERGIA FV Seis tecnologias FV comercialmente disponíveis: m-Si; CdTe; a-Si CIS; p-Si; HIT. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

21 TECNOLOGIAS UTILIZADAS INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Eff depende da temperatura: recalculadas segundo N OCT.

22 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Consumo energético de cada setor: um alimentador por setor; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

23 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Curvas de pico de demanda; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

25 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Setor Jurerê INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA 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).

26 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Setor 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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

27 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Setor Centro INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Nível de penetração de 20%; Pico de geração FV:dia – pico da demanda: dia Diminuição significativa da demanda: coincidência temporal (característica típica).

28 CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Setor Centro INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA 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;

29 CIDADE DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Consumo energético de cada setor: mais de um alimentador por setor;

30 CIDADE DE BELO HORIZONTE Curvas de pico de demanda; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

31 CIDADE DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

32 CIDADE DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

33 CIDADE DE BELO HORIZONTE Quantidade de área de cobertura real; Radiação solar: - Superfícies na horizontal (1 0 caso); - Superfícies inclinadas a 20 graus e orientadas para o norte verdadeiro (2 0 caso); - Valor da relação entre caso real e caso ideal para o setor Centro da cidade de Florianópolis (3 0 caso). Percentual de suprimento do consumo. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

34 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Hiper Centro INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA 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%).

35 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Hiper Centro INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Melhor alimentador; Nível de penetração de 20%; Redução de 14%.

36 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Hiper Centro INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA 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.

37 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Floresta INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Nível de penetração de 20%; Pico de geração FV:dia – pico da demanda: noite; Aquecimento solar:deslocaria o pico para o dia.

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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

39 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Santa Efigênia INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA Nível de penetração de 20%; Pico de geração FV:dia – pico da demanda: noite; Aquecimento solar:deslocaria o pico para o dia.

40 CIDADE DE BELO HORIZONTE Setor Santa Efigênia INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA 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.

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); INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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; INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

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. INTRODUÇÃORESULTADOS OBTIDOSCONCLUSÕESREVISÃO BIBLIOGRÁFICAMETODOLOGIA APLICADA

46 FIM

47 SETOR JURERÊ

48 SETOR CENTRO


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