Glauco Duarte Diniz – como calcular energia solar fotovoltaica
Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, consumidores do grupo A são aqueles que possuem alimentação em média tensão (superior a 2,3 kV). Enquadram-se nessa categoria os consumidores de médio e grande portes como indústrias, shopping centers, universidades, supermercados e grandes propriedades rurais, entre outros.
Esses clientes recebem energia elétrica em média tensão e possuem transformador próprio para rebaixar em 127 V, 220 V ou 380 V – baixa tensão, níveis em que ocorre o consumo de fato.
Clientes do grupo A têm sua conta dividida em duas partes, pois pagam pela energia consumida (variável) e pagam também pela demanda contratada (fixa).
As tarifas de energia e demanda contratada podem variar de acordo com o período do dia em que houve o consumo ou a demanda, os chamados postos tarifários (horário de ponta e horário de fora ponta).
Muitas pessoas confundem demanda contratada com energia consumida. Por isso, é importante lembrar que demanda contratada é potência (medida em kW).
Essa potência está relacionada com a carga instalada do consumidor, ou seja, com a quantidade e a potência dos equipamentos que o consumidor possui. Por outro lado, a energia consumida é medida em kWh. A energia está associada ao consumo mensal do consumidor.
O consumidor do grupo A paga pelas duas coisas, pelo direito de ter uma demanda contratada (kW), que garante que todos os seus equipamentos e máquinas poderão ser ligados, além de pagar pela energia consumida mensalmente, que é um valor variável.
Resoluções Normativas 482 e 687 da ANEEL
Essas duas resoluções da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) determinam alguns pontos importantes para consumidores do grupo A que querem instalar um SFV (sistema fotovoltaico):
O limite de potência do sistema fotovoltaico que pode ser instalado pelo cliente é igual ao valor da demanda contratada (potência) em kW;
O consumidor sempre pagará a demanda contratada, independentemente de quanta energia consumir no mês;
A compensação da energia injetada deve ocorrer primeiramente no posto tarifário em que ocorreu a geração. Em outras palavras: a compensação dos créditos de energia deve ser prioritariamente feita com o valor da energia no horário em que ela foi produzida. No caso dos sistemas fotovoltaicos a geração se dá durante o dia, no horário fora de ponta (período em que há mais luz solar). Isso é um pouco ruim para os sistemas fotovoltaicos, pois eles geram durante o dia (quando a energia é mais barata), mas gostaríamos de usar a energia compensada no horário da noite (quando pagamos mais caro pela energia);
A compensação da energia consumida no horário de ponta se dará somente após a compensação total da energia consumida no horário fora de ponta (posto tarifário no qual a geração de energia ocorreu). Essa compensação será feita de acordo com o fator de correção dado pelas tarifas de energia no horário de ponta e fora de ponta (TE Ponta / TE Fora Ponta);
Consumidores livres – consumidores que compram energia no Mercado Livre – não podem participar do sistema de compensação de energia. Isso não os impede de instalar um sistema fotovoltaico, mas as regras e variáveis são outras.
Essas regras precisam levadas em consideração para se fazer o correto dimensionamento do SFV.
Demanda contratada
Um fator importante ao dimensionar o sistema fotovoltaico é a demanda contratada, uma vez que a potência AC do sistema (soma das potências máximas CA dos inversores) está limitada a este fator.
Por exemplo, um consumidor com demanda contratada de 200 kW pode instalar um sistema solar com potência AC de no máximo 200 kW.
Caso a potência AC do projeto ultrapasse a demanda contratada, o consumidor deve solicitar o aumento dessa demanda junto à concessionária de energia.
Essa solicitação de aumento deve ocorrer antes da instalação do sistema fotovoltaico. Somente após a reposta da concessionária sobre o aumento da demanda é que o consumidor tem certeza se poderá instalar o sistema fotovoltaico desejado.
Em alguns casos, o aumento da demanda é negado pela concessionária por razões técnicas. Em muitos casos o aumento da demanda vem acompanhado da troca do transformador e da reforma da cabine de força do cliente, o que gera custos adicionais ao projeto fotovoltaico.
Um consumidor com demanda contratada de 200 kW, por exemplo, que agora planeja conectar um sistema fotovoltaico com uma potência CA de 250 kW, deverá neste caso solicitar um aumento de demanda contratada para pelo menos 250 kW.
Deve-se ter em contato que o consumidor paga pela demanda. Normalmente o retorno do sistema fotovoltaico compensa o custo adicional do aumento da demanda contratada.
O aumento de demanda contratada fica condicionado à estrutura física da concessionária e também do consumidor, sobretudo à potência do(s) transformador(es) de conexão com a rede de distribuição.
Por exemplo, um consumidor que possui um transformador de 225 kVA não pode pleitear uma demanda contratada de 250 kW, pois o seu transformador não suportaria 250 kW de potência ativa.
Neste caso, antes de seguir com o aumento da demanda contratada, o consumidor precisará fazer um aumento de carga – aumento da potência do transformador e possivelmente adequação de cabos de entrada, proteção e medição.
Em resumo, a instalação e a solicitação de acesso do sistema fotovoltaico serão possíveis somente após o aumento (troca) do transformador e da autorização de aumento de demanda contratada pela concessionária.
Via de regra, as concessionárias permitem que os processos de aumento de carga e aumento de demanda contratada ocorram simultaneamente. Já a solicitação de acesso do sistema fotovoltaico, em geral, só é possível após a conclusão do aumento de demanda contratada.
Disponibilidade de espaço físico
Outro fator que pode limitar a potência de instalação é a disponibilidade de área para a instalação dos painéis. Nessa análise, deve-se confrontar a área que o cliente tem disponível (em telhado ou solo) com a área demandada pela instalação dos painéis, levando em conta o tipo de estruturas de fixação e o espaçamento entre as linhas de painéis, necessário para permitir a manutenção do sistema fotovoltaico.
No caso de instalação em solo, tem que se levar em conta ainda a área de corredor (espaço entre as fileiras de painéis), a área das ruas que circundam a usina solar e a área ocupada por eletrocentros e inversores. Vamos ver a seguir alguns exemplos de dimensionamento de SFV para consumidores do grupo A.
Dimensionamento para a compensação total de energia sem aumento de demanda contratada
Vamos levar em consideração um consumidor localizado na área de concessão da CPFL Paulista, localizado em Campinas (SP), com a seguinte fatura de energia.
Tipo tarifário: Horo sazonal verde [1];
Tarifa TE Ponta: R$ 0,530 [2];
Tarifa TE Fora Ponta: R$ 0,337 [3];
Demanda Contratada: 700 kW [4];
Consumo Médio Ponta: 4.912 kWh [5];
Consumo Médio Fora Ponta: 47.782 kWh [6].
Com os dados acima podemos calcular a potência necessária para o atendimento do consumo total deste cliente:
Potência CC do sistema FV = Geração necessária / (Irradiância x (1 – Perdas)
Na equação acima temos as seguintes definições:
Potência CC: Potência do sistema FV na saída dos inversores (kW);
Geração necessária: quantidade de energia que o cliente precisa gerar mensalmente (kWh por mês). Esse valor é a média dos consumos mensais extraídos da fatura de energia elétrica do cliente, com a aplicação do fator de correção que leva em conta os horários de ponta e fora de ponta;
Irradiância: valor da energia solar disponível, obtida de uma base de dados ou mapa solarimétrico (kWh/m2 por dia);
Perdas: perdas envolvidas no sistema, normalmente em torno de 15% (perdas térmicas, perdas de eficiência do inversor, etc).
A geração necessária será igual ao consumo médio mensal, levando-se em consideração o fator de correção (FC) para compensação no horário de ponta:
FC = TE Ponta / TE Fora Ponta = 0,530 / 0,337 = 1,573
Assim, podemos determinar a geração necessária:
Geração necessária = Consumo Médio Fora da Ponta + (FC x Consumo Médio na Ponta)
Para efeitos de cálculo, transformamos a geração necessária, aqui expressada na base de tempo mensal para uma base de tempo diária, bastando dividir esse valor pelos 30 dias de um mês.
Voltando à equação inicial, considerando perdas do sistema de 15% e substituindo os valores encontramos a potência necessária:
Potência CC do sistema FV = 1850 / [4,91 x (1 – 0,15) ] = 443,27 kWp
O valor da potência CC calculado acima deve ser ajustado de acordo com a potência dos painéis fotovoltaicos escolhidos para compor o sistema. Por exemplo, podemos utilizar painéis de 370 W, o que nos possibilitaria utilizar 1.200 painéis, com a potência total do sistema de 444 kWp.
A potência de painéis fotovoltaicos utilizadas no sistema é também chamada de potência CC do sistema (potência em corrente contínua) ou potência de pico do sistema FV.
Precisamos também definir qual é a potência CA do sistema FV, que é a potência total nas saídas dos inversores utilizados no sistema. A potência total de saída dos inversores, pode ser calculada utilizando-se um fator de overload de 25% (valor típico):
Potência CA do sistema FV = Potência CC do sistema FV / 1,25
No exemplo considerado temos:
Potência CA do sistema FV = 355,2 kW
De forma análoga ao ajuste feito na potência CC, fazemos o mesmo ajuste na potência CA. Levando-se em consideração um inversor com potência CA de 60 kW, por exemplo, podemos utilizar 6 inversores, o que nos daria uma potência CA total de 360 kW.
Como vimos anteriormente, a potência máxima do sistema fotovoltaico é limitada pela demanda contratada. Desta forma comparamos a potência CA do sistema (360 kW) com a demanda contratada (700 kW). Neste caso, vemos que a potência CA do sistema é menor que a demanda contratada, e a instalação é possível sem qualquer alteração neste sentido. Deve-se também verificar se o cliente possui área disponível para instalar o sistema fotovoltaico proposto.
Dimensionamento para a compensação total de energia com aumento de demanda contratada
Vamos fazer agora o dimensionamento do sistema cuja fatura de energia é vista abaixo, de um cliente que também está localizado na região de Campinas (SP).
Temos as seguintes informações:
Tipo tarifário: Horo sazonal verde;
Tarifa TE Ponta: R$ 0,560;
Tarifa TE Fora Ponta: R$ 0,362;
Demanda Contratada: 200 kW;
Consumo Médio Ponta: 8.500 kWh;
Consumo Médio Fora Ponta: 70.000 kWh.
Com todas essas informações basta aplicar as mesmas equações apresentadas no caso anterior e teremos a seguinte configuração:
FC = TE ponta / TE fora da ponta = 0,560 / 0,362 = 1,547
Vamos considerar mais uma vez perdas do sistema de 15%. Somente por questões didáticas e para nos exercitarmos de uma forma diferente, iremos utilizar uma base temporal mensal ao invés da diária que foi empregada no cálculo anterior. Para isso basta multiplicar a irradiância diária de 4,91 kWh/m2 por 30, encontrando 147,3 kWh/m2 por mês.
Potência CC do sistema FV = 83150 / [147,3 x (1 – 0,15) ] = 664,11 kWp
Mais uma vez, vamos utilizar os mesmos painéis de 370 Wp e ajustar o valor da potência CC (de pico) do SFV de acordo com a quantidade de painéis necessária. Deste modo poderíamos utilizar 1,8 mil painéis, com uma potência total do sistema de 666 kWp.
Agora que já conhecemos a potência CC (valor de pico da potência dos painéis solares, kWp) vamos calcular a potência CA do sistema fotovoltaico (potência de saída dos inversores):
Potência CA dos sistemas FV = Potência CC do sistema FV / 1,25 = 666 / 1,25 = 533 kWp
Vamos utilizar os mesmos inversores de 60 kW usados no exemplo anterior, o que nos possibilita utilizar 9 inversores, tendo uma potência CA total de 540 kW. Neste estudo de caso realizado, vemos que a potência CA do sistema FV (540 kW) é muito superior à demanda contratada (200 kW).
Essa instalação será possível somente se houver um aumento de demanda contratada para pelo menos 540 kW. Neste caso, é provável que seja necessário o aumento de carga.
Depois de dimensionado o sistema FV de acordo com a geração necessária, como fizemos até agora, deve-se também verificar se o cliente possui área disponível para instalar o sistema fotovoltaico proposto.
Dimensionamento pelo limite da demanda contratada
Quando o cliente não recebe autorização da concessionária para o aumento da demanda ou quando o cliente não quer fazer aumento de carga (troca do transformador e readequação do padrão de entrada), uma alternativa é dimensionar o sistema no limite da demanda contratada existente.
Neste caso, fazemos o cálculo de forma inversa, começando pela potência CA. A potência CA máxima será igual a 200 kW, por exemplo (demanda contratada atual do cliente), e a potência CC será dada por:
Potência CC do sistema FV = Potência CA do sistema FV x 1,25 = 225 kWp
Obviamente, com uma potência menor, o sistema irá gerar menos energia, que é calculada da seguinte forma:
Geração = Potência CC do sistema FV x Irradiância x (1 – Perdas)
Neste exemplo teremos:
Geração = 28171 kWh/mês
Vale lembrar que o FC (fator de correção) para compensação no horário de ponta, depende única e exclusivamente das TE’s (ponta e fora ponta), e não das tarifas cheias (tarifas cheias são compostas por TE’s e TUSD’s.
