Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR CÂMPUSPROFESSOR FRANCISCO GONÇALVES QUILES
Departamento Acadêmico de Engenharia de Produção
Simone dos Santos Lara
A ABORDAGEM DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA APLICADOS EMSISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE NO MUNICÍPIO DE
CACOAL E PIMENTA BUENO - RO
Cacoal – RO
2018
1
Simone dos Santos Lara
A ABORDAGEM DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA APLICADOS EMSISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE NO MUNICÍPIO DE
CACOAL E PIMENTA BUENO - RO
Trabalho de conclusão de curso apresentado aodepartamento de Engenharia de Produção daFundação Universidade Federal de Rondônia,Campus Francisco Gonçalves Quiles.
Orientador: Prof. Dr. André Jun Miki.
Área de concentração: Gestão Ambiental dosProcessos Produtivos.
Cacoal - RO
2018
2
3
Agradecimentos
Dedico este trabalho primeiramente а Deus por ser essencial em minha vida,
mеυ guia, socorro presente na hora da angústia, ао mеυ pai Sebastião Gonçalves
Lara, minha mãe Arlete dos Santos Lara aos meus irmãos, cunhadas e sobrinhas.
Ao Curso de Engenharia de Produção е às pessoas com quem convivi nesse
espaço ао longo desses anos. А experiência de υmа produção compartilhada em
especial ao meu grande amigo e parceiro para todas as horas Patrick Jeckson
Cunha que tornou minha caminhada na universidade mais alegre e produtiva. Aos
meus parceiros de sala que colaboraram para minha formação nos encontros de
grupos de estudo, Camila Otto, Cristina Santos, Débora Zerbinato, Diego Ajala,
Diego Alves, Lucas Oliveira, Marcelo Garrido, Marly Ágatha, Thálita Freitas, Wesley
Gonçalves. Em especial dedico a conclusão deste trabalho aos meus amigos
Marcelo Garrido e Ágatha que enfrentaram ao meu lado uma parte digamos especial
da caminhada.
Ao meu professor e orientador André Jun Miki pela orientação, apoio e
confiança, agradeço a todos os professores por proporcionar o conhecimento não
apenas racional, mas a manifestação do carácter e afetividade da educação no
processo de formação profissional em especial aos professores Alessandro,
Carlaile, Edimar, Graziela, Priscilla, Tatiane.
Para trilhar o caminho na universidade é essencial que tenhamos apoio de
amigos do lado de fora com isso sempre pude contar com pessoas especiais minhas
amigas Solange Cristina e Gabriela Deina.
E agora no final e não deixando de ser essencial para minha formação, a
pessoa que vamos dizer entrou nos últimos minutos do jogo e fez o gol da vitória,
meu namorado e parceiro Jenerson Marcos Polinski, sem ele talvez seria mais difícil
chegar até aqui, com sua parceria pude abastecer minhas energias e finalmente
concluir o curso.
A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram parte dа minha formação, о mеυ
muito obrigado.
Resumo
O propósito deste estudo foi avaliar o emprego da avaliação do ciclo de vida de umsistema fotovoltaico conectado à rede numa residência Solar Home System compotência instalada de 2,6 kWp no município de Cacoal – RO e numa indústriaenvasadora de água mineral e refrigerantes, com potência instalada de 500 kWp;Analisar comparativamente as diferentes causas e fatores para os sistemas degeração fotovoltaica como: a) nível da irradiação solar; b) eficiência dos módulos desilício monocristalino e policristalino; c) tipos de instalação; d) tecnologia demanufatura; e) ganho da irradiação solar pelos países, com sistema empregado nacidade de Manaus e na comunidade isolada de Sobrado/AM, que influenciam naobtenção do tempo de payback da energia EPBT e as taxas de emissão de CO2. Apesquisa adotou o estudo de caso de dois sistemas de geração fotovoltaicaconectados à rede, representando o constructo de uma investigação inédita para aelaboração de uma monografia científica, envolvendo dois sistemas de geraçãofotovoltaica o primeiro em uma residência Solar Home System de 2,6 kWp instaladano município de Cacoal - RO e em uma planta industrial com uma potência instaladade 500 kWp de Pimenta Bueno - RO, em se tratando de caso crítico adequado paratestar uma teoria em relação à aplicação das subcategorias dos impactos ambientaisda ACV para sistemas de geração fotovoltaica conectado à rede, em consonânciacom as REN da ANEEL 687/2015, pelos incisos I e II. A geração fotovoltaica, a partirda residência do tipo Solar Home System de 2,6 kWp, resultou em um EPBT de 2,36anos e uma taxa de emissão de CO2 em 0,063 kgCO2-eq./kWh. E para uma indústriade manufatura de refrigerante e envase de água mineral, com uma planta degeração fotovoltaica de 500 kWp, obteve um EPBT estimado entre 4,36 a 3,98 anos,com uma taxa de emissão em CO2 de 0,080 kgCO2 eq./kWhel. A análise comparativapara o EPBT, evidencia outras plantas de geração fotovoltaica com uso de silíciomonocristalino (mc-Si) para um SAPV de 4,2 kWp na Espanha, SAPV de 16,8 kWppara a CI de Sobrado-AM, e para uma residência Home Office de 10 kWp emManaus - AM, demonstrou uma progressiva redução do payback de energia pelaaplicação do método de produção anual de energia elétrica (8,99 – 2,99 home office– 2,84 anos) e pelo método do consumo anual de eletricidade (9,08 – 7,45 – 3,07 –1,46 anos). A abordagem do ciclo de vida ambiental, demonstrou um resultadopertinente para o decréscimo das taxas de emissões de CO2 estimada em (kgCO2-eq/kWh), por meio do método de consumo e produção anual de energia elétrica com(0,131kg – 0,129kg para SAPV 4,2 kWp); (0,107kg – 0,044kg – 0,041kg para oSAPV de 16,8 kWp) e (0,023kg para SIGFV de 10 kWp), em relação a equivalênciaa um sistema diesel-elétrico isolado com 1,270 kg. E com isso estabelece se umhorizonte promissor de no cenário energético mundial, nacional e regional para osmunicípios de Cacoal e Pimenta Bueno, no Estado de Rondônia, com um tempo dopayback de energia cada vez mais reduzido, assim como reduzidas taxas deemissões de CO2, contemplando os parâmetros recomendados pela abordagem daavaliação do ciclo de vida para sistemas de geração fotovoltaicas conectado à redee autônomos, de acordo com os Quadros 1 e 2 da literatura científica da seção 3,referente a metodologia.
Palavras – chaves: Avaliação do ciclo de vida, Sistemas de geração fotovoltaica,Energy payback time, Taxa de emissão de CO2, Sistemas fotovoltaicos on grid e offgrid.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Macroetapas do planejamento e condução do estudo de caso................24
Figura 2 - Quadro de referência metodológica da ACV.............................................25
Figura 3 - Rendimento mensal mês de janeiro de 2017............................................42
Figura 4 - Rendimento mensal mês de fevereiro de 2017.........................................43
Figura 5 - Rendimento mensal mês de março de 2017.............................................43
Figura 6 - Rendimento mensal mês de abril de 2017................................................44
Figura 7 - Rendimento mensal mês de maio de 2017...............................................45
Figura 8 - Rendimento mensal mês de junho de 2017..............................................45
Figura 9 - Rendimento mensal mês de julho de 2017...............................................46
Figura 10 - Rendimento mensal mês de agosto de 2017..........................................47
Figura 11 - Rendimento mensal mês de setembro de 2017......................................47
Figura 12 - Rendimento mensal mês de outubro de 2017.........................................48
Figura 13 - Rendimento mensal mês de novembro de 2017.....................................49
Figura 14 - Rendimento mensal mês de dezembro de 2017.....................................49
Figura 15 - Comparativo de medição acumulada mensal do ano de 2017...............50
Figura 16 - Rendimento de geração ano de 2017.....................................................51
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Análise das publicações sobre a avaliação do ciclo de vida dos sistemas
de geração fotovoltaica conectado à rede..................................................................27
Quadro 2 - Análise das publicações sobre ACV e AACV referente a sistemas de
geração fotovoltaica autônomos e conectados à rede, para os anos de 2009 (a) e (b)
a 2015..........................................................................................................................29
LISTA DE GRÁFICO
Gráfico 1 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-RO.....................................37
Gráfico 2 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-RO.....................................38
Gráfico 3 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-RO.....................................38
Gráfico 4 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO.......................39
Gráfico 5 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO.......................40
Gráfico 6 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO.......................41
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 : Balanço de massa em (kg) e energia incorporada em (MWhth) para o
Cálculo do EPBT para a instalação fotovoltaica conectado à rede para uma
residência do tipo Solar Home System de 2,6 kWp....................................................52
Tabela 2 - Massa especifica dos componentes eletroeletrônicos (Módulos FVe BOS)
.....................................................................................................................................55
Tabela 3 - Cálculo do EPBT para instalação fotovoltaica conectado à rede para uma
indústria de manufatura de refrigerante e envase de água mineral, com uma
potência instalada de 500 kWp, no município de Pimenta Bueno - RO.....................58
Tabela 4 -mostra a massa de CO2 incorporada para os componentes
eletroeletrônicos do sistema de geração fotovoltaico conectado à rede de uma
indústria com uma potência instalada de 500kWp, situada no município de Pimenta
Bueno - RO..................................................................................................................60
Tabela 5 - Resultados da ACV para sistemas FV’S...................................................65
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AACV: Avaliação Ambiental do Ciclo de Vida.
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACV: Avaliação do Ciclo de Vida.
ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica.
CRESESB: Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de Salvo
de Brito.
CA: Corrente Alternada.
CB-Solar: Centro Brasileiro para o Desenvolvimento da Energia Solar fotovoltaica.
EPA: Environmental Protection Agency.
EPBT: Energy Pay-Back Time.
FV: Fotovoltaica
GEE: Gases de Efeito Estufa.
GHG: Green House Gases.
GHGPV: Emissões totais dos GEE referente ao balanço de massa para as emissões
de CO2, para os módulos fotovoltaicos.
GHGBOS: Emissões totais dos GEE referente ao balanço de massa para as emissões
de CO2, para os componentes eletroeletrônicos, cabos e suportes de estruturas metálicas.
GN: Gás Natural.
IEA: International Energy Agency.
ISO: International Organization for Standardization.
ONS: Operador Nacional do Sistema.
ONUDI: Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial
REN: Renewable Energy Network.
RO: Rondônia
RPS: Renewable Portfolio Standards.
SAPV: Stand-Alone Photovoltaic Systems.
SETAC: Society of Environmental Toxicology and Chemistry.
SIN: Sistema Interligado Nacional.
UF: Unidade Funcional.
UNDP: United Nations Development Programme.
UNEP: United Nations Environment Programme.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................111.1 Problema..............................................................................................................131.2 Objetivos..............................................................................................................141.2.1 Objetivo geral.....................................................................................................141.2.2 Objetivos específicos.........................................................................................141.3 Justificativa..........................................................................................................15
2 REFERENCIAL TEÓRICO......................................................................................172.1 Fontes renováveis de energia............................................................................172.2 Energia Fotovoltaica e sistema fotovoltaico....................................................182.2.1 O sistema fotovoltaico no Brasil e no mundo....................................................182.2.2 Vantagens de utilização do sistema fotovoltaico...............................................202.3 Sistema fotovoltaico conectado à rede.................................................................212.3.1 Sistemas distribuídos conectados à rede..........................................................212.3.2 Sistemas centrais conectados à rede................................................................222.4 Avaliação do ciclo de vida de sistemas de geração de energia fotovoltaica.....................................................................................................................................22
3 METODOLOGIA......................................................................................................243.1 Avaliação de impacto ambiental da ACV para emissões de CO2 do sistemaFV conectado à rede no município de Cacoal-RO e para a planta industrial demanufatura em refrigerante e envase de água mineral em Pimenta Bueno - RO.....................................................................................................................................35
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................................364.1 Balanço de massa e energia incorporada para o cálculo do EPBT da instalação fotovoltaica conectado à rede em uma residência do tipo Solar Home System de 2,6 kWp no município de Cacoal - RO......................................514.2 Avaliação do Ciclo de Vida – Impacto Ambiental - Cálculo das Taxa de Emissões de Gases de Efeito Estufa, por CO2.......................................................544.3 Cálculo da taxa de emissão de CO2 em (kgCO2 – eq./kWh) para a residência Solar Home System de 2,6 kWp em Cacoal – RO..................................................564.4 Balanço de massa e energia incorporada para o cálculo do EPBT da instalação fotovoltaica conectado à rede em uma indústria de manufatura de refrigerante e envase de água, com potência instalada de 500 kWp no município de Pimenta Bueno - RO..........................................................................57
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................69
APÊNDICES................................................................................................................73
1 INTRODUÇÃO
A geração de energia elétrica no cenário mundial, nacional e regional é
realizada pela predominância dos sistemas de geração baseados, em combustíveis
fósseis, conduzindo a uma crescente elevação de custos na geração de eletricidade,
remetendo a necessidade de alternativas energéticas para a obtenção de
eletricidade por fontes renováveis de energia, em que a diversidade tecnológica, ,
inclui as energias eólica, fotovoltaica, biomassa e hidro cinéticos considerados como
tecnologias de geração consolidadas que encontram-se no contexto de
desenvolvimento de novos materiais e possui uma aderência incremental por
tecnologias que já alcançaram a fase comercial, a exemplo do crescente mercado
de geração distribuída por sistemas de geração Fotovoltaico (FV) conectado à rede
elétrica das concessionárias de energia no Brasil segundo Goldemberg (2006),
(UNDP, 2004; IEA, 2015) (ANEEL, 2015).
Os fatores determinantes para o uso da energia solar fotovoltaica, com a
finalidade de atender a autoprodução de energia elétrica na modalidade de geração
distribuída, tem sido demonstrado pelo decréscimo do payback de energia dos
sistemas de geração fotovoltaica on-grid, por meio da integração da Avaliação do
Ciclo de Vida (ACV) para a obtenção de indicadores quantitativos, conforme a
abordagem da metodologia de pesquisa adotado pelo presente estudo, de acordo o
limite do sistema (system boundary), desde a extração da matéria-prima até a fase
de descomissionamento dos componentes eletroeletrônicos da usina de geração
fotovoltaica, a partir da avaliação ambiental do ciclo de vida (AACV), com foco
específico dos impactos ambientais pertinentes nas emissões de gases de efeito
estufa (GEE) por CO2, em comparação ao uso de geradores diesel elétricos.
Assim, os resultados são adequados às características de geração e
distribuição de energia elétrica para uma residência com um sistema Solar Home
System de 2,6 kWp no município de Cacoal - RO e uma indústria de água e
refrigerantes de Pimenta Bueno - RO, com uma potência instalada de 500 kWp, que
mesmo sendo atendida por uma rede elétrica convencional integrada ao Sistema
Interligado Nacional – SIN, os custos elevados da tarifa de energia elétrica
comercializada pela concessionária Eletrobrás Distribuição Rondônia, no município
de Cacoal e Pimenta Bueno, justifica a necessidade de ter alternativas de
autoprodução de eletricidade a um custo reduzido com a vertente de abater o
14
excedente de geração de eletricidade pelo próprio consumidor por possuir um
sistema de geração FV conectado à rede da própria concessionária. Em que o
abatimento da energia elétrica comercializada pela concessionária no município de
Cacoal, recebe benefícios pela autoprodução de eletricidade da própria unidade
consumidora, por meio da geração distribuída, conforme a alteração pela Resolução
Nº 687, de 24 de novembro de 2015, Art. 1º Alterar o art. 2º da Resolução Normativa
nº 482, de 17 de abril de 2012, que passa a vigorar com a seguinte redação,
conforme inciso I, em que é considerada a micro geração distribuída: central
geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que
utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes
renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de
instalações de unidades consumidoras.
No presente estudo foi incluído a Avaliação do Ciclo de Vida – ACV, de um
sistema de geração fotovoltaica conectado à rede, com uma potência instalada de
500 kWp, em uma indústria de água mineral e refrigerantes situada no município de
Pimenta Bueno a 41,40 km de Cacoal – RO, com a finalidade de atender as
necessidades energéticas da planta industrial.
E com a potência de geração em 500 kW, devidamente qualificada com o
inciso II, conforme a disposição da Resolução Normativa Nº 687/2015, sendo
classificado como minigeração distribuída a central geradora de energia elétrica,
com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes
hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme
regulamentação da ANEEL, incluindo as demais fontes renováveis de energia
elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades
consumidoras.
A planta de geração fotovoltaica está em fase final de implementação, com a
instalação concluída dos arranjos fotovoltaicos com os módulos e, em fase de
conclusão dos circuitos elétricos de conexão com os (05) cinco inversores trifásicos
de 100 kW, dispostos em configuração paralela de conexão elétrica pela rede de
baixa tensão, sem a necessidade de adição de transformadores para adequação da
tensão de distribuição, totalizando a potência nominal de saída em corrente
alternada de 500 kW.
O dispositivo de conexão elétrica com a rede da concessionária é um inversor
solar fotovoltaico, do modelo Fronius Agilo 100.0.0 – 3, com uma tensão trifásica de
15
corrente alternada em paralelismo com a concessionaria de energia ajustada em
220 Volts / 60 Hz, no barramento primário de baixa tensão do transformador da
empresa de 625 kVA, além da instalação e teste do aplicativo de gerenciamento da
energia, por meio do sunny portal e o aguardo da licença de operação da
concessionária CERON - Centrais Elétricas de Rondônia de Pimenta Bueno – RO.
1.1 Problema
O tema abordado sobre a Avaliação do Ciclo de Vida para sistemas FV
conectados à rede, em uma residência Solar Home System de 2,6 kWp no município de
Cacoal e em uma indústria Pimenta Bueno, uma potência instalada de 500 kWp, se
mostra um estudo desafiador visto que o seu marco regulatório de adequação para
certificar a utilização desta modalidade de geração distribuída só surgiu, a partir da
Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, de acordo com as disposições
gerais do artigo 1o: Que estabelece as condições gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribuídas aos sistemas de distribuição de energia
elétrica e o sistema de compensação de energia elétrica. Sendo atualizado e
alterado os parâmetros sobre as condições gerais para o acesso de microgeração e
minigeração pela Resolução Normativa Nº 687, de 24 de novembro de 2015,
definindo novas faixas de potências por meio do artigo 2o (Incisos I e II), que trata a
microgeração e minigeração distribuída na forma de central geradora de energia
elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e para potências instaladas
superiores a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual
a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, incluindo
as demais fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição
por meio de instalações de unidades consumidoras. E de acordo com o uso de
fontes renováveis de energia, incluindo o sistema de geração fotovoltaica conectada
à rede de distribuição em baixa tensão, a partir do alimentador de baixa tensão da
própria instalação elétrica das unidades consumidoras, desonerando os custos
envolvidos em uma nova instalação elétrica para o cliente usuário desta modalidade
de utility. E em conformidade, com os autores de periódicos científicos consultados
na base Qualis Capes da Plataforma Sucupira no Brasil e no âmbito regulatório,
demonstram que a geração FV no Brasil, no Estado de Rondônia e no município de
Cacoal e em uma indústria em Pimenta Bueno, apresenta uma incógnita e uma
16
diversidade de informações a serem desveladas em relação, aos tipos de módulos
FV’s usados no município e os inversores bidirecionais utilizados para a geração de
energia elétrica, a adequação ao ilhamento em relação aos harmônicos provenientes
da rede de distribuição da concessionária de energia elétrica, o payback e retorno de
investimento realizado na aquisição do sistema de geração FV conectado à rede, o
payback de energia, as taxas de emissões de CO2 entre o sistema autônomos de
geração FV e sistemas conectados à rede elétrica da concessionária, conforme a
metodologia empregada por García-Valverde et al. (2009), Peng et al. (2013) e Miki
e Yang (2015).
O foco central do problema é desvelar porquê o sistema de geração
fotovoltaico conectado à rede se contrapõe ao elevado custo da tarifa de energia
elétrica? Seria devido a grande participação dos sistemas de geração termoelétrica
acionado óleo diesel assim como, o seu enfoque ambiental considerando de 20 a 30
anos de emissões evitadas de CO2 contabilizando baixas emissões liquidas de
carbono durante o seu ciclo de vida total, considerando impacto ambiental da ACV
proposta no enfoque do problema.
1.2 Objetivos
No presente tópico serão apresentados o objetivo geral e os objetivos
específicos da pesquisa, como os elementos de condução do estudo para a sua
análise e conseguinte resultado.
1.2.1 Objetivo geral
Avaliar o método do ciclo de vida de um sistema fotovoltaico conectado à rede
em uma residência Solar Home System com potência instalada de 2,6 kWp no
município de Cacoal – RO e em uma indústria envasadora de água mineral e
refrigerante, com potência instalada de 500 kWp.
1.2.2 Objetivos específicos
a) Realizar o levantamento bibliográfico acerca da utilização de uso dos sistemas
fotovoltaicos conectados à rede no mundo, no Brasil e em Rondônia nos municípios
de Cacoal e Pimenta Bueno;
17
b) Identificar a sazonalidade dos ganhos de radiação solar no Município de Cacoal e
Pimenta Bueno, de acordo com as estações chuvosas e as perdas na geração
fotovoltaica pelo acréscimo de espessamento das nuvens;
c) Analisar o payback de energia de um sistema fotovoltaico conectado à rede dos
sistemas de geração fotovoltaica de 2,6 kWp e 500 kWp na cidade de Cacoal e
Pimenta Bueno;
d) Analisar os ganhos da geração fotovoltaica conectado à rede, para a residência
Solar Home System de 2,6 kWp em Cacoal - RO, por meio do gerenciador de
energia sunny portal, em um horizonte de um ano;
e) Analisar os impactos ambientais pelas emissões de gases de efeito estufa por CO2,
incluindo as fases de construção e descomissionamento dos sistemas de geração
fotovoltaica, módulos, inversores, suportes e estruturas metálicas e cabos elétricos;
f) Comparar os resultados obtidos em relação ao tempo do payback de energia
(EPBT) e para as taxas de emissões por CO2 da residência Solar Home System de
2,6 kWp e de uma indústria com potência instalada de 500 kWp, analisando as
diferentes causas e fatores para os sistemas de geração FV como o nível da
irradiação solar, eficiência dos módulos, tipos de instalação, sistemas On-Grid e Off-
Grid (SAPV), tecnologia de manufatura, ganho da irradiação solar para os diferentes
países, assim como para a cidade de Cacoal e Pimenta Bueno - RO, que
influenciam na obtenção dos diferentes tempos de payback da energia EPBT e as
taxas de emissão de CO2 em (kgCO2 eq. - /kWhel).
1.3 Justificativa
A justificativa descrita para a geração de eletricidade por sistemas FV em
contraposição aos sistemas de geração diesel-elétrico acionado por combustíveis
fósseis é compensado por não emitir GEE durante a fase de operação com a
geração de eletricidade com o uso efetivo de todos os componentes
eletroeletrônicos da planta de geração FV, como ocorre nos sistemas de geração
fotovoltaica conectado à rede (On Grid e/ou Grid Tie). Com 20 a 30 anos de
emissões evitadas de CO2, contabilizando baixas emissões líquidas de carbono
durante o seu ciclo de vida total, considerando o impacto ambiental da ACV,
demonstrado por García-Valverde et al. (2009), Peng et al. (2013) e Miki (2015).
18
A importância energética estratégica para o cenário regional no município de
Cacoal, é precípua por ser atendida por uma rede convencional de energia elétrica
integrada ao Sistema Interligado Nacional (SIN), o que maximiza a possibilidade de
novas opções de autoprodução de energia elétrica pela própria unidade
consumidora desta utility, além de proporcionar a comercialização do excedente de
eletricidade gerada, com o abatimento da conta de energia pelo cliente da unidade
de consumo, em que a rede elétrica de distribuição da concessionária funciona
como um acumulador de energia elétrica. Estes condicionantes proponentes da
pesquisa conduzem o constructo teórico norteadores desta pesquisa,
desencadeando os futuros gateways científicos e tecnológicos para obtermos uma
energia mais disponível de acordo com as condições do ganho de irradiação solar
média no município de Cacoal-RO de 4,75 kWh/m2.dia, para os doze meses do ano
o que propicia a consolidação dos empreendimentos no segmento de energia
fotovoltaica.
O crescimento econômico e humano do município de Cacoal - RO, está ligado
efetivamente a quantidade dos recursos energéticos disponíveis, e ainda, pela
disponibilidade entre a fonte renovável de energia solar radiante, geração
fotovoltaica e o ponto de consumo, garantindo a flexibilidade e a confiabilidade no
suprimento de eletricidade, por meio da microgeração distribuída pela própria
unidade consumidora.
O presente estudo tem como finalidade, analisar um sistema fotovoltaico
conectado à rede, em que os dados irão ser coletados no município de Cacoal– RO
e obter a clareza necessária sobre as características de geração e armazenamento
do excedente de eletricidade gerado na própria rede elétrica de distribuição da
concessionária energia, demonstrado a partir dos gráficos de geração fotovoltaica.
Como a energia fotovoltaica é considerada uma energia renovável, um dos
possíveis resultados dessa pesquisa é demonstrar as características do sistema,
seu tempo de retorno em termos de investimento, sua capacidade de reserva de
energia e seu baixo custo a longo prazo, sem a utilização de combustíveis fósseis
durante o período de geração de eletricidade em horizonte de 20 anos.
19
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Fontes renováveis de energia
De acordo com o Atlas Brasileiro de Energia Solar (2017), o desenvolvimento
e a disseminação da tecnologia solar fotovoltaica na modalidade de micro geração
distribuída têm sofrido atualizações para a potência instalada por unidade
consumidora com a ampliação da faixa de potência instalada do sistema de geração
fotovoltaica pela Resolução 687/2015 com um acréscimo de 4.000 kWp, em relação
a Resolução 482/2012, em que o limite de potência instalada era de apenas 1.000
kWp por unidade consumidora, sendo correspondente ao consumo médio de mais
de mil residências de classe média no Brasil. E os créditos de energia injetados na
rede elétrica têm validade de 60 meses para serem compensados. A evolução no
marco regulatório das Resoluções Normativas da ANEEL 482/2012 para a 687/2015
ampliando a faixa de potência instalada, demonstra a exigência na qualidade e
segurança energética do novo perfil de consumidores residências, demandando por
um serviço de utility, em que a sua essência está focada na ampliação do consumo
de energia elétrica, aliada ao baixo custo tarifário, satisfazendo as suas
necessidades inerentes a utilização desses recursos. A concepção do
desenvolvimento energético sustentável integrado ao cenário de microgeração
distribuída, converge para a vertente resultante de um processo de análise dos
impactos ambientais e do playback de energia, com um decréscimo progressivo de
tempo de 9 anos para 7 anos e consequentemente caminhando para 5 anos.
Segundo Miki e Yang (2015), os marcos de contextualização histórica para o
ano de 2012 foi a declaração realizada pela Assembleia Geral das Nações Unidas
como o ano internacional da energia sustentável, incluindo a expansão dos sistemas
de geração fotovoltaica conectado à rede elétrica e conforme REN 21/2017 para os
indicadores de energia renovável 2015 e 2017, temos a crescente capacidade
instalada de sistemas fotovoltaicos com um incremento de 228 GW para 303 GW.
Para a presente pesquisa consideraremos os marcos históricos mais
pertinentes para a contextualização do referencial teórico envolvendo o conjunto
temático das fontes renováveis de energia, de acordo com Goldemberg (2006), a
estimativa de crescimento acerca das energias renováveis nas próximas décadas
está em torno de 10% a 20% do consumo de energia do mundo. Essa estimativa,
20
impulsionará as energias renováveis como um segmento essencial para a indústria
mundial de energia no que tange um futuro energético sustentável.
Os dados do IEA - International Energy Agency (2015), no balanço do
consumo final de energia no período de 1973 a 2013 (40 anos) foi apontado um
crescimento de 8,6% no consumo de eletricidade global. Foi analisada também a
diminuição do uso de combustíveis fósseis a partir do petróleo em (8,4%) e carvão
em (2,1%) e aumentada em 1,1% a utilização de gás natural. Também foi
identificado uma diminuição no uso de biocombustíveis em (0,9%) bem como o
aumento de 1,7% em outras fontes renováveis de energia, englobando entre elas a
energia eólica, solar, térmica, fotovoltaica e geotérmica.
2.2 Energia Fotovoltaica e sistema fotovoltaico
A energia fotovoltaica é considerada um serviço moderno de utility (Energia
Elétrica), em que a sua geração é pertinente para os sistemas elétricos isolados, a
exemplo de comunidades isoladas que não possuem o suprimento de energia
elétrica garantido, por meio de uma rede elétrica convencional, necessitando de
sistemas de geração autônomos, implementando a melhoria na qualidade de vida de
inúmeros habitantes (em grande parte de comunidades desprovidas do acesso à
energia elétrica. Esse tipo de sistema é de extrema importância para o
desenvolvimento socioeconômico das comunidades remotas/isoladas pelo sistema
fotovoltaico de geração, possuir um horizonte de 20 a 30 anos de emissões de CO2
evitadas, quando comparado a fontes de geração de energia fósseis como os
geradores diesel elétrico.
De acordo com Tiepolo (2013), às regiões com grande irradiação solar
tendem a ser priorizadas com investimentos da tecnologia fotovoltaica. A área
destinada a esse tipo de geração de energia (fotovoltaica) é geralmente inclinada
por uma angulação de 10o a 13o e a área destinada a geração fotovoltaica deve ser
essencialmente livre do comprometimento por sombreamentos de coberturas
vegetais, residências e edificações prediais
2.2.1 O sistema fotovoltaico no Brasil e no mundo
Os dados da ONUDI (2013), demonstram o avanço tecnológico no âmbito dos
sistemas de geração fotovoltaica, por meio da concordância de variados fatores,
21
como: o crescimento da capacidade global de fabricação, maturidade tecnológica
dos componentes do sistema, programas de fomento de alguns países
(principalmente europeus), e outros fatores, como por exemplo, a alta no preço do
petróleo, foi-se possível o desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos de geração
distribuída.
De acordo com a evolução da distribuição geográfica, houve também uma
evolução de fabricação de células solares no mundo. Em 2011, de acordo com o
acelerado crescimento de novos mercados, havia um domínio asiático
(principalmente chinês) no que tange à fabricação de células. Enquanto em 2006 o
principal produtor de células era o Japão, com 37% do total, e a Europa, com 28%,
em 2008 a China já produzia 32,7% (uma de cada três células), e em 2011 chegava
a 57%.
De acordo com o roteiro da IEA - International Energy Agency e REN21
(2017) há uma perspectiva de crescimento da geração fotovoltaica em todo o mundo
incluindo países da Ásia, após os da América Latina e da África, com um adicional
de 75 GW de potência fotovoltaica instalada, correspondendo a capacidade
fotovoltaica de 31.000 painéis solares fotovoltaicos instalados a cada hora em todo o
mundo.
Segundo dados do REN - Renewable Energy Policy Network (2014) os dados
de crescimento da capacidade total instalada de geração fotovoltaica no mundo:
a) 3,70 GW em 2004;
b) 70 GW em 2011;
c) 139 GW em 2013 (crescimento dado a partir da consolidação da Índia e China
como potências globais em tecnologias fotovoltaicas)
Segundo EPA (2002) e UNDP (2012) o perfil padrão de renováveis (RPS)
determina que uma porcentagem do somatório de eletricidade gerada deve derivar
de fontes renováveis de energia, como hidrelétrica, energia solar fotovoltaica, eólica,
térmica, gás de aterros sanitários, geotérmica e biomassa. No Brasil, através do
programa Luz para todos é utilizada uma política pelo governo Federal onde os
entraves de mercado relacionados a tecnologias em energia fotovoltaica (renovável),
o que garante um cenário de concorrência no que tange a geração de energia
elétrica.
22
De acordo com dados da ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico
(2009), da capacidade total instalada no SIN (Sistema integrado Nacional), os
sistemas autônomos de geração fotovoltaicas estão inseridos na capacidade
instalada de 20 MW e representando 0,02%, da capacidade instalada de geração de
energia no Brasil, essa taxa de geração vista pela ótica global é pequena, porém é
de grande importância para comunidades isoladas.
Segundo dados do IEA (2010), o Brasil é um país de destaque pela utilização
de sistemas fotovoltaicos para a eletrificação rural que propiciam bombeamento de
água e iluminação pública em comunidades rurais de baixa renda, desempenhando
dessa forma, papel relevante para a elaboração em tecnologias fotoelétrica. Ainda,
versa que o apesar de o mercado brasileiro de tecnologia fotovoltaica ser
assegurado por multinacionais, em 2004 foi criado o Centro Brasileiro para o
Desenvolvimento da Energia Solar fotovoltaica (CB - Solar), com o apoio do governo
federal que já desenvolveu uma planta piloto para a fabricação de módulos
fotovoltaicos e células solares de silício em escala, com a viabilização dos custos de
fabricação.
A disponibilidade do potencial de geração por sistemas de geração
fotovoltaica, conforme REN21 (2016), a capacidade mundial instalada relacionada a
energia fotovoltaica cresceu cerca de 25% no ano de 2014, elevando, dessa forma,
a capacidade de 138 GW (2013 e 2014) e de 177 GW (2015) para 227 GW em 2016.
De acordo com o grande crescimento global, impulsionado grande parte pelo
aumento do custo-competitividade, a energia fotovoltaica teve grande contribuição
em seu aumento através de mercados emergentes, apesar de que ainda, a China, o
Japão e os Estados Unidos novamente representaram a maioria da capacidade
adicional.
2.2.2 Vantagens de utilização do sistema fotovoltaico
De acordo com Das e Balakrishnan (2012), Miki e Yang (2015) uma das
vantagens provenientes da adoção de energias sustentáveis é a criação de uma
nova gama de emprego e postos de trabalho pela introdução dos empregos verdes
(green jobs), o que, além de empregar uma grande quantidade de cidadãos, pode
contribuir para a resolução de problemas de igualdade socioeconômica pelo acesso
à energia em comunidades isoladas.
23
Segundo Tiepolo (2013), o fato de as maiores fontes geradoras de energia
encontrarem-se em bacias hidrográficas específicas, normalmente distantes dos
centros de consumo, gera perdas elétricas expressivas durante sua transmissão.
Como vantagem do sistema fotovoltaico pode-se citar o fato do mesmo poder ser
instalado próximo ao próprio ponto de consumo (principalmente em regiões
urbanas), diminuindo significativamente, avarias entre o ponto de geração de
energia elétrica e o consumidor final.
De acordo com Onudi (2013), a energia solar fotovoltaica utiliza-se de
vantagens frente às outras fontes energéticas, vantagens essas, cujo algumas delas
podem ser citadas a seguir:
g) As suas unidades exigem um baixo nível de manutenção;
h) É uma tecnologia que vem se desenvolvendo de maneira rápida, ocasionando
painéis mais evoluídos e ao mesmo tempo, competitivos, o que gera custos de
aquisição mais baixos – abre portas para ser cada vez mais uma alternativa de
produção de energia viável;
i) É mais estável frente aos aumentos das tarifas de energia;
j) Pelo fato de o sol ser um recurso por definição interminável, a energia proveniente
dele é renovável;
k) Reduz o desperdício das perdas elétricas nas linhas de transmissão, pois os painéis
podem ser instalados no local do abastecimento de energia;
l) É uma energia renovável e sem emissão de poluentes.
2.3 Sistema fotovoltaico conectado à rede
De acordo com Alsema e Nieuwlaar (2000), os sistemas fotovoltaicos
conectados à rede (elétrica) são divididos em dois tipos: sistemas centrais e
sistemas distribuídos. Esses sistemas são viáveis do ponto de vista energético pois
a energia que foi utilizada para a fabricação desses sistemas é gerada nos primeiros
dois a três anos após a sua entrada em operação - em uma região com grande
incidência solar. Considerando que a vida útil destes sistemas é de 25 a 30 anos, e a
eficiência energética varia de 10% a 14%, conforme a composição de materiais
semicondutores, como (InGa). Porém, além desses sistemas serem bastante
utilizados, ele vem gradativamente reduzindo o tempo de payback
24
de energia. Segundo Oliver e Jackson (1999), há perspectivas de o
mercado de sistemas fotovoltaicos integrados à rede se tornar economicamente
viável por volta dos anos
2010, dependendo ainda, de decisões políticas.
2.3.1 Sistemas distribuídos conectados à rede
De acordo com Oliver e Jackson (1999), uma parcela grande da demanda por
energia elétrica é proveniente de prédios conhecidos como BIPV (Building Integrated
PhotoVoltaics) sendo assim, os mesmos se tornam um dos lugares mais apropriados
para instalar sistemas fotovoltaicos a fim de suprir esta demanda. Esse tipo de
sistema pode ser montado anexado a parte de seu revestimento (fachadas,
coberturas, etc) ou pode ser integrado a um prédio já existente. Esse tipo de sistema
distribuído (conectado à rede), é atualmente, a maior aplicação de energia
fotovoltaica.
Através do aprimoramento das tecnologias fotovoltaicas e da incorporação
dos custos ambientais, em relação às outras tecnologias de geração de energia
elétrica já existentes, a distribuição do mercado de sistemas fotovoltaicos
conectados à rede poderá se tornar viável de médio a curto prazo.
2.3.2 Sistemas centrais conectados à rede
Segundo Oliver e Jackson (1999), no que tange a prédios, os sistemas que
contemplam essas plantas, são sistemas fotovoltaicos centrais. No entanto, a
energia gerada em nesse tipo de sistema não será capaz de competir com outras
tecnologias como, por exemplo, energia nuclear. Além dessa limitação, as redes
elétricas não estão preparadas para administrar uma porcentagem maior do que
15% a 20% de energia fotovoltaica, pois nesse tipo de energia não há uma previsão
concreta de comportamento estimado em relação a quantidade de energia (variável)
e a mesma requer uma capacidade estocástica de grande escala. Para a evolução
desse tipo de sistema fotovoltaico, é necessário o desenvolvimento de tecnologias
viáveis de armazenamento de energia em larga escala e de uma redução dos custos
da energia fotovoltaica, porém, isso será possível com o aprimoramento das
tecnologias existentes ou a introdução de novas tecnologias, como a de células que
utilizem o fenômeno de “multiplicação das portadoras”.
25
2.4 Avaliação do ciclo de vida de sistemas de geração de energia fotovoltaica
É importante realizar uma análise do ciclo de vida (ACV) para geração de
energia fotovoltaica com o objetivo de analisar a eficácia do sistema, suas
características e seus impactos ambientais gerados ao longo do ciclo de vida, sendo
possível ainda, comparação de suas características com outras tecnologias.
De acordo com Varun (2009), essa análise é uma técnica que possui como
principal objetivo, avaliar características relacionadas com o desenvolvimento de um
produto ou serviço (no caso do presente estudo, energia) e o seu potencial impacte
durante a sua vida. De acordo com o autor, a ACV (análise do ciclo de vida) possui
de maneira intrínseca a vantagem de poder ser alterada quando são encontrados
novos dados científicos ou as tecnologias do estudo em causa são melhoradas.
26
3 METODOLOGIA
A presente pesquisa adotou o estudo de caso de dois sistemas de geração
fotovoltaicos conectados à rede, em conformidade com Yin (2001), por apresentar
características peculiares de um estudo revelatório, pela situação representar o
constructo de uma investigação inédita para a elaboração de uma monografia
científica, envolvendo dois sistemas de geração fotovoltaica o primeiro em uma
residência Solar Home System de 2,6 kWp instalada no município de Cacoal - RO e
em uma planta industrial com uma potência instalada de 500 kWp de Pimenta Bueno
- RO, em se tratando de caso crítico adequado para testar uma teoria em relação à
aplicação das subcategorias dos impactos ambientais da ACV, de acordo com as
recomendações da UNEP/SETAC (2013), para sistemas de geração fotovoltaica
conectado à rede, em consonância com as Resolução da ANEEL 482/2012 e
687/2015. A realização do estudo de caso utilizou o protocolo proposto por Miguel
(2007), segundo a Figura 1.
Figura 1 - Macroetapas do planejamento e condução do estudo de caso
Fonte: Yin (2001); Forza (2002); Souza (2003); Croom 2005; Miguel (2007)
O estudo de caso, conforme Yin (2001); Forza (2002); Souza (2003); Croom
(2005); Miguel (2007), investiga a natureza empírica de um determinado fenômeno
27
habitualmente contemporâneo, inerente a um contexto cotidiano da vida real na
ocasião, em que o limiar entre o fenômeno e o contexto no qual está inserido não
está claramente esclarecido, demandando-se de um aprofundamento analítico de
um ou mais objetos (casos), proporcionando expandir o conhecimento. E de
acordo com Mattar (2014), o objetivo é penetrar o conhecimento sobre um problema
que não foi exaustivamente definido, com a intenção de motivar a compreensão,
assim como desenvolver uma nova teoria.
A ACV no Brasil manifestou-se, de acordo com as recomendações da
Organização Internacional de Padronização - (International Organization for
Standardization), pela ISO 14040, publicada no Brasil pela Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT) (WILLERS, 2013).
A ACV para Willers (2013) é uma metodologia usada para comparar, analisar
a energia requerida pela Unidade Funcional de Produção e os impactos ambientais
associados com o desenvolvimento de produtos ao longo do seu ciclo de vida. A
ACV é composta por quatro estágios distintos que se intercomunicam a partir do: i)
objetivo e definição do escopo; ii) análise de inventário; iii) avaliação e iv)
interpretação do impacto.
Os respectivos estágios encontram-se de acordo com as recomendações a
partir da ISO 14040, juntamente com os seus princípios normativos e pela estrutura
teórica com a ISO 14041, que estabelece os objetivos e a definição do escopo pela
ISO 14042, para a avaliação de impacto ambiental do ciclo de vida é proposto pela
ISO 14043, na interpretação do ciclo de vida com a integração dos autores
especializados em sistemas de geração fotovoltaica. É ilustrada pela Figura 2
(WILLERS e PENG et al. 2013).
Fonte: ISO 14040, (1997); ISO 14040, (1998); ISO 14042, (2000); ISO 14043, (2000); JUNGBLUTH,
28
Figura 2 - Quadro de referência metodológica da ACV.
N. (2005); REBITZER et al., 2004; ISO 14040 (2006).A abordagem do ciclo de vida inclui as especificações técnicas dos
componentes eletroeletrônicos, entradas e saídas de matérias-primas, energias
térmicas e elétricas, assim como a avaliação dos impactos ambientais, a partir do
balanço de massa e energia para as emissões CO2, considerando os GEE, com o
foco principal na unidade funcional componentes do sistema de geração fotovoltaica,
de acordo com as principais recomendações elaboradas por Garcia-Valverde et al.
(2009); Traverso et al.(2012); Becalli et al.(2014) e Yang et al.(2015).
A abordagem do ciclo de vida para sistemas de geração fotovoltaica
conectada à rede considerou o balanço de massa e energia para concepção dos
módulos fotovoltaicos, inversores bidirecionais, cabos, conectores elétricos, de
acordo com as principais recomendações formuladas por Garcia-Valverde et al.
(2009); Traverso et al. (2012); Becalli et al. (2014) e Yang et al. (2015).
O impacto ambiental focou as emissões de gases de efeito estufa por meio de
CO2, em conformidade com as recomendações de (Fthenakis e Alsema, (2006);
Peng et al. (2013), em se fazer a comparação com os outros sistemas de geração a
exemplo dos geradores diesel elétrico que emitem CO2 desde a extração da sua
matéria prima para a fabricação do motor diesel e gerador elétrico até a chegar ao
processo de reciclagem “do berço ao túmulo”, com uma atenção especial as taxas
de emissões comparativas de CO2 para os sistemas diesel elétrico e entre sistemas
conectados à rede e isolados de geração fotovoltaica.
A função do objetivo e da definição do escopo, conforme Willers e Valdivia et
al. (2013) é a de determinar o objetivo da pesquisa e os limites dos sistemas e/ou
fronteiras do sistema (systems boundaries). A fase de interpretação da ACV aplicado
ao sistema de energia fotovoltaica é fundamentado teoricamente pelos critérios
metodológicos recomendados para a fase de avaliação ambiental, considerando o
consumo de energia, matérias-primas e as emissões de poluentes pela emissão de
CO2 (WILLERS; VALDIVIA et al., 2013).
A avaliação ambiental do ciclo de vida compreende o balanço de massa e a
energia requerida no processo de manufatura dos componentes físicos e
eletroeletrônicos do sistema de geração fotovoltaica, em que compreende os
sistemas de geração conectados à rede elétrica da concessionária de energia,
conforme os autores das literaturas científicas mostradas nos Quadros 1 e 2
29
(GARCIA-VALVERDE et al. 2009; TRAVERSO et al. 2012; WILLERS; VALDIVIA et
al., 2013; BECALLI et al. 2014 e YANG et al. 2015).
Quadro 1 - Análise das publicações sobre a avaliação do ciclo de vida dos sistemas degeração fotovoltaica conectado à rede.
Autores Assunto abordado no periódico
Periódico/Congresso Ano
PALZ e ZIBETTA Payback de energia para módulos FV`s
International Journal of Sustainable Energy
1991
SCHAEFER et al Características ambientaiscorrelacionadas com a geração de energia FV
Renewable Energy 1992
WILSON e YOUNG
Payback de energia para instalação FV`s Integrada a arquitetura predial
Bullding and Environment 1996
KATO et al. Payback de energia e o ciclo de vida das emissões de CO2 dos módulos de silício em sistemas FV`s residenciais
Progress in Photovoltaics Research and Applications
1998
ALSEMA et al. Payback de energia em sistemas FV`s de geração distribuída: o estado da arte e as perspectivas para o futuro
2nd World Conference onPhotovoltaic Solar EnergyConversion
1998
DONES e FRISCHKNECHT
Avaliação do ciclo de vida dos sistemas FV`s: resultados de estudos nas cadeias de energiada suíça
Progress in Photovoltaics Research and Applications
1998
KNAPP e JESTER
Investigação empírica do payback de energia para módulos FV`s
Solar Energy 2001
MEIJER et al. Avaliação do ciclo de vida dos módulos fotovoltaicos: Comparação dos módulos FV (monoc-Si),(InGaP) e (InGaPmulticr-Si)
Progress in Photovoltaics: Research and Applications
2003
30
JAHN e NASSE Desempenho operacional de sistemasFV`s conectados à rede elétrica em edifícios na Alemanha
Progress in Photovoltaics: Research and Applications
2004
JUNGBLUTHAvaliação do ciclo de vida com o uso do banco de dados (ecoinvent) dos módulosFV`s cristalino
2005
ALSEMA et al. Impactos ambientais na produção de módulos FV`s por meio do silício cristalino
Proceedings of Materiais Research Society Fall Meeting
2005
KORONEOS etal.
ACV de sistemas FV`s de silício multicristalino: a situação presente e perspectivas futuras
International Journal of LifeCycle Assessment
2006(a)
KORONEOS etal.
ACV de sistemas FV`s de silício multicristalino: aplicações em ilhas de economia
International Journal of LifeCycle Assessment
2006(b)
KANNAN et al. Estudo da avaliação do ciclo de vida de sistemas FV`s de 2,7 kWp para geração distribuída em Singapura
Solar Energy 2006
NAWAZ e TIWARI
Análise de Energia incorporada em Macro eMicro Sistemas FV`s
Energy Policy 2006
FTHENAKIS e ALSEMA
Payback de energia dos sistemas FV`s e a avaliação ambiental do ciclo de vida pela emissão de gases deefeito estufa
Progress in Photovoltaics: Application and Research
2006
STOPPATO Avaliação do ciclo de vida da geração de eletricidade FV
Energy 2008
31
WILD- SCHOLTEN
Payback de energia para módulos e sistemas FV`s
Workshop Photovoltaik- Modultechnik Koin
2009
Fonte: autores de periódicos científicos, conforme Qualis Capes Plataforma Sucupira.
Quadro 2 - Análise das publicações sobre ACV e AACV referente a sistemas de geraçãofotovoltaica autônomos e conectados à rede, para os anos de 2009 (a) e (b) a 2015
Autores Assunto abordado no periódico
Periódico/Congresso Ano
ALSEMA et al Diretrizes metodológicas sobre a avaliação do ciclo de vida sobre a eletricidade gerada por sistemas FV`s
IEA PVPS Task 12,Subtask 20, LCA Report
2009(a)
FTHENAKIS et al. Diretrizes metodológicas sobre a avaliação do ciclo de vida sobre a eletricidade gerada por sistemas FV`s
2nd ed, IEA PVPS Task 12
2009(b)
GARCÍA-VALVERDE et al.
Avaliação do ciclo de vida de um sistema autônomo de geração FVde 4,2 kWp
Solar Energy 2009
KALDELLIS et al Análise do payback de energia dos sistemas autônomos de geração FV
Renewable Energy 2010
SHERWANI et al Avaliação do ciclo de vida de sistemas autônomos de geração FV`s: uma revisão de literatura
Renewable and Sustainable Energy Reviews
2010
FTHENAKIS e KIM Análise do ciclo de vida dos Sistemas FV`s
Solar Energy 2011
FTHENAKIS et al Avaliação do ciclo de vida e o inventário do ciclo de vida dos Sistemas FV`s
International EnergyAgency (IEA) PVPS Task12
2011
32
SUMPER et al. Avaliação do ciclo de vida de um sistema FV na Catalunha (Espanha)
Renewable and Sustainable Energy Reviews
2011
DUFO-LÓPEZ etal
Avaliação Tecno- econômico de um sistema FV de geração, com acesso a eletricidade e
Applied Energy 2012
equipamentos elétricos para cocção de alimentos em área rurais de países em desenvolvimento
TRAVERSO et al. A avaliação de sustentabilidade do ciclo de vida: na implementação dos Módulos FV`s
International Journal of Life Cycle Assessment
2012
PENG et al. Revisões de literatura sobre a avaliação do ciclo de vida: payback deenergia e emissão de gases de efeito estufa desistema FV`s
Renewable and Sustainable Energy Reviews
2013
TURCONI et al. Avaliação do ciclo de vida das tecnologias de geração de eletricidade: Visão geral, comparabilidade e limitações
Renewable and Sustainable Energy Reviews
2013
BECALLI et al. Avaliação de desempenho do ciclo de vida de pequenos sistemas solares térmicos de refrigeração,assistidas por plantas convencionais de geração FV
Solar Energy 2014
33
YANG et al. Avaliação do ciclo de vida do silício multicristalino para módulos FV`s na China, considerando o comérciointernacional
Journal of Cleaner Production
2015
Fonte: autores de periódicos científicos, conforme Qualis Capes Plataforma Sucupira.
A avaliação do ciclo de vida, é realizada a partir do cálculo do Energy Pay-
Back Time (EPBT), envolvendo a energia requerida no processo de manufatura dos
componentes eletroeletrônicos fornecida pela base de dados do fabricante, sendo
aderente de acordo com os autores dos periódicos, mostrados pelos Quadros 1 e 2,
com destaque para Fthenakis e Alsema (2006); Stoppato (2008); Wild-Scholten
(2009); García-Valverde et al. (2009); Kaldellis et al. (2010); Sumper et al. (2011);
Peng et al. (2013); Traverso et al.(2012); Becalli et al.(2014) e Yang et al.(2015).
Estes autores ponderam o conjunto de componentes eletroeletrônicos utilizados no
sistema de geração fotovoltaica, compostos por módulos FV’s, inversores
bidirecionais, estruturas metálicas e acessórios utilizados para a montagem dos
módulos FV’s, cabos elétricos de força e dados dos sistemas de gerenciamento da
qualidade de energia, além do banco de baterias e controlador de carga e inversor
para geração autônoma, em se tratando de sistemas conectados à rede e isolados
instalados em comunidades isoladas e/ou remotas.
A avaliação do impacto ambiental do ciclo de vida dos sistemas fotovoltaicos
enfocou:
a) A emissão dos gases de efeito estufa por CO2 para a fase de construção e
descomissionamento.
O inventário do ciclo de vida determina o balanço de massa e energia e as
suas relações de causa-efeito para os diferentes problemas ambientais, tais como o
potencial de aquecimento global, acidificação do solo, destruição da camada de
ozônio, ecotoxidade e outros condicionantes de impacto ambiental; mas nesta
pesquisa delimitamos a abordagem dos impactos ambientais da avaliação do ciclo
de vida, na análise das taxas de emissões dos gases de efeito estufa por CO2,
como emissão gasosa contribuinte para o potencial de aquecimento global
34
(FTHENAKIS; ALSEMA, 2006; STOPPATO, 2008; GARCÍA-VALVERDE et al. (2009);
TRAVERSO et al. 2012).
A descrição do inventário do ciclo de vida contabiliza os balanços de massa e
de energia, para entrada de matérias-primas. Com relação ao balanço de energia é
incluída o mix de energéticos utilizados como o carvão mineral, óleo diesel, GN e
energia elétrica, assim como a energia requerida para o processo de manufatura dos
componentes eletroeletrônicos do sistema de geração fotovoltaica, composta pelos
módulos fotovoltaicos e o inversor bidirecional conectado à rede elétrica da
concessionária.
O cálculo do payback de energia demonstrado pela (Equação 1), é utilizado
para o sistema fotovoltaico de uma residência Solar Home System de 2,6 kWp
conectado à rede no município de Cacoal – RO e para a planta industrial de 500
kWp em Pimenta Bueno - RO, em que apenas a residência possui o
gerenciador de energia sunny portal em plena operação com o banco de
dados da medição da energia elétrica produzida anualmente para o ano de
2017 e dando continuidade na progressão das medições com o registro no
banco de dados para o ano de 2018, pois a indústria de manufatura de
refrigerantes e envase de água mineral com a potência instalada de 500 kWp
ainda não esta em fase de operação quanto a geração e gerenciamento de
medição e armazenamento de dados da produção anual de energia elétrica,
de acordo com a razão (EEMB, el / EUSE, el). Em que a aplicação desta
metodologia para o Cálculo do EPBT é aderente para a realidade do município de
Cacoal e Pimenta Bueno no Estado de Rondônia, considerando o ganho de
irradiação solar para a baixa e a alta estação de pluviométrica, em que contribui
significativamente para a geração FV conectado à rede, conforme a Equação 1.
Eq. (1)
Assim, a equação 1 considera a energia térmica incorporada (EEMB), por
meio da conversão de eficiência termelétrica considerando ɳth-el ≈ 35%, sendo
resultante na energia elétrica equivalente para o sistema fotovoltaico representado
pelo termo componente da equação (EEMB, el) tendo como unidade o (MWhel) e
35
consequentemente para efeito de cálculo converte-se para (kWhel). Dessa forma, o
termo (EPBT) é a razão entre (EEMB, el / EUSE, el), ou seja o EEMB, el
corresponde a energia incorporada no processo de manufatura dos módulos
fotovoltaicos e do balanço do sistema (Balance of System - BOS) que inclui os
componentes eletroeletrônicos como o inversor solar bidirecional, cabos elétricos e
suporte e estruturas metálicas e o EUSE, el, representa a eletricidade gerada
anualmente pela instalação fotovoltaica caso o sistema de geração possua um
software aplicativo de gerenciamento de energia em operação como o sunny portal,
proporcionando a utilização de valores de geração medidos e armazenados na
forma de banco de dados.
E caso o sistema de geração fotovoltaica não esteja em operação com a
presença de um gerenciador de energia em condições de executar e a armazenar os
parâmetros anual de produção de eletricidade da usina, pela mesma estar em fase
de construção / instalação opta-se pelo o uso da Eq. 2, a partir da expressão (
EUSE , pr=PRHi PSTC
GSTC), para se estimar o tempo por meio do payback de energia.
Dessa forma, a partir da Eq. 2 é possível estima-se a eletricidade que será
gerada anualmente pelo sistema fotovoltaico conectado à rede usado para calcular o
tempo de payback de energia do sistema de geração fotovoltaico conectado à rede,
aplicado no município de Cacoal em uma residência do tipo Solar Home System de
2,6 kWp conectado à rede elétrica da concessionária Eletrobrás de Cacoal – RO e
para uma indústria de manufatura de refrigerantes e envase de água mineral com
uma planta de geração com potência instalada de 500 kWp, em fase final de
implementação das instalações elétricas de cabeamento para a conexão no
barramento de baixa tensão, em uma voltagem trifásica de 220 V / 60 Hz, conforme
a metodologia elaborada por García-Valverde et al. (2009); Peng et al. (2013) e
Becalli et al. (2014), Yang et al. e Miki (2015) para sistemas de geração fotovoltaica
conectado à rede elétrica da concessionária.
O segundo método utilizado para o cálculo do payback de energia ponderou a
produção anual de energia elétrica pelo uso da equação (2) e (1), sendo (EPBT)
EEMB, el / EUSE, pr, com o uso das especificações técnicas do fabricante dos
36
módulos fotovoltaicos e os inversores bidirecionais para sistemas de geração
conectado à rede.
Eq. (2)O termo Hi corresponde ao ganho de irradiação solar anual recomendada
pelo atlas de energia solar 2017 com o uso indicado para a geração fotovoltaica,
GSTC é a irradiância na condição padrão de teste (1,00 kW/m2) e PSTC
corresponde a potência nominal do gerador fotovoltaico, ponderando o máximo
ponto de potência para voltagem (Vmpp) e amperagem (Impp), em que (STC -
Standard Test Conditions) representa condições padrões de teste, ou seja
corresponde ao produtório do número total de módulos, Vmpp: máximo ponto de
tensão, Impp: máximo ponto de corrente. A produção anual de energia elétrica
(EUSE,pr) é determinada pelo fator de desempenho (Performance Ratio - PR), em
que é usualmente menor para os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica,
destinados a residência do tipo Solar Home System, devido à inexistência do banco
de baterias e os controladores de carga, mesmo incluindo na contabilização o
inversor solar bidirecional, suportes e estruturas metálicas de montagem dos
módulos fotovoltaicos, cabos elétricos de força e controle para os sistemas
fotovoltaicos conectados à rede elétrica da concessionária como ocorre no estudo
de caso no município de Cacoal-RO e para uma indústria com uma potência de
geração instalada em 500 kWp, destinada a manufatura de refrigerantes e envase
de água mineral localizada na cidade de Pimenta Bueno - RO.
O método de cálculo pela estimativa de produção anual da eletricidade
(EUSE,pr) para o sistema fotovoltaico, ocorre a partir de um valor atribuído ao fator
de desempenho PR, apresentado pela equação (2) sobre a (EUSE, pr), para a
geração fotovoltaica de 2,6 kWp na modalidade conectado à rede elétrica em Cacoal
– RO e em uma indústria com uma potência de geração instalada em 500 kWp,
destinada a manufatura de refrigerantes e envase de água mineral localizada na
cidade de Pimenta Bueno - RO.
O gerenciador de energia fotovoltaica encontra-se em operação somente para
a residência Solar Home System, pois a indústria de Pimenta Bueno – RO, ainda
encontra-se em fase final de instalação dos sistemas de geração, proporciona
37
medições da energia produzida no sistema de geração fotovoltaica por meio do
gerenciador de energia Sunny Portal User instalada na residência Solar Home
System em Cacoal - RO, com o envio dos parâmetros de geração, mediada por um
software computacional chamado Sunny Portal User, permitindo o monitoramento
direto da energia solar gerada diariamente, mensalmente e anualmente, assim como
a eletricidade em CA fornecida à carga, o que permite determinar o melhor fator de
desempenho médio PR a ser usado, conforme 0,77b, adequado para as instalações
fotovoltaicas conectadas à rede elétrica da concessionária (GARCÍA-VALVERDE et
al., 2009; NREL, 2015b; YANG et al. e MIKI, (2015).
3.1 Avaliação de impacto ambiental da ACV para emissões de CO2 do sistema
FV conectado à rede no município de Cacoal-RO e para a planta industrial de
manufatura em refrigerante e envase de água mineral em Pimenta Bueno – RO
A avaliação de impacto ambiental do ciclo de vida é realizada a partir da
análise dos GEE pela taxa de emissão de CO2, proposta pela comparação com
outros sistemas de geração de energia elétrica, como a equivalência termoelétrica
adotada mesmo para a geração hidroelétrica pelo acréscimo da geração térmica por
grupos geradores diesel elétrico, adotado pelas concessionárias de energia no
cenário nacional e pelas empresas que atuam regionalmente como a Eletrobrás
Cacoal e Pimenta Bueno - RO. A avaliação pode ser realizada através de outras
fontes renováveis com baixa emissão de CO2, a exemplo dos sistemas fotovoltaicos
conectados à rede, que não contribuem para o aumento do potencial de
aquecimento global, pela emissão de CO2 na fase de operação da mini usina FV
instalada na residência, sendo uma opção mais adequada para o município de
Cacoal-RO, recomendadas por García- Valverde et al. (2009); Peng et al. (2013);
Becalli et al. (2014); Miki (2015). O cálculo para as taxas de emissões em CO2 foi
adequado para sistemas fotovoltaicos residenciais, na modalidade de microgeração
conectados à rede no município de Cacoal - RO, com uma potência instalada de
geração de 2,6 kWp em uma residência do tipo Solar Home System e em uma
indústria de manufatura de refrigerantes e envase de água mineral, com uma
potência instalada de 500 kWp, no município de Pimenta Bueno - RO, comparando
os resultados obtidos com os sistemas de geração na fotovoltaica de outras
localidades do continente, comunidades isoladas do Estado do Amazonas, pela
38
aplicação da Equação 3, de acordo com García-Valverde et al. (2009); Peng et al.
(2013); Becalli et al. (2014); Miki (2015).
Eq. (3)
Em que o GHGe-rate corresponde a taxa de emissão dos GEE por CO2,
através da eletricidade gerada pelos sistemas fotovoltaicos, representada em (kg
CO2- eq./kWh); GEEe-total corresponde a quantidade total de emissões por GEE
em todo o ciclo de vida discriminada em (kg CO2-eq.); ELCA-output é a energia
elétrica total gerada pelo sistema fotovoltaico durante o seu ciclo de utilização,
estimado em horizonte de tempo de 20 anos livre de emissões de CO2 em (kWh).
A terminologia GHGpv corresponde às emissões totais dos GEE referente ao
balanço de massa para as emissões de CO2, para os módulos fotovoltaicos;
GHGBoS caracteriza o balanço de massa para as emissões de CO2, incluindo todos
os componentes eletroeletrônicos, como inversor bidirecional, cabos elétricos,
suportes e estruturas metálicas para a montagem dos arranjos fotovoltaicos.
As considerações finais da estrutura conceitual-teórica da ACV para o sistema
fotovoltaico conectado à rede no município de Cacoal, proporciona a identificação do
potencial de redução dos impactos ambientais negativos pela aplicação do método
proposto por García-Valverde et al. (2009); Peng et al. (2013); Miki (2015), sobre o
meio ambiente pela redução das taxas de emissão de CO2, em conformidade com
as recomendações (UNEP/SETAC, 2009; 2011; 2013; MIKI, 2015).
Na presente pesquisa, a metodologia da ACV foi usada para avaliar e
comparar os benefícios do sistema fotovoltaico, pelas necessidades de demanda por
eletricidade no município de Cacoal - RO pelo consumidor residencial urbano com
uma potência instalada de 2,6 kWp e por uma indústria de manufatura de
refrigerantes e envase de água, com uma planta de geração de 500 kWp no
município de Pimenta Bueno - RO, na modalidade de microgeração e minigeração
distribuída, conforme a Resolução 687/2015 compondo uma central geradora de
energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW, pela redução no
consumo de combustíveis fósseis destinados a geração termelétrica (UNEP/SETAC,
2009; 2011; 2013; MIKI, 2015; ANEEL, 2015).
39
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A pertinência do ganho de irradiação solar no plano horizontal para a geração
fotovoltaica conectado à rede para as plantas de geração de 2,6 kWp e 500 kWp de
Cacoal e Pimenta Bueno – RO é demonstrado pelo acesso ao aplicativo on line do
CRESESB SUN DATA, por meio do Centro de Referência para as Energias Solar e
Eólica Sérgio de Salvo de Brito, em que proporcionou a coleta de dados realizadas
para a pesquisa conforme o monitoramento via satélite no município de Cacoal - RO
e Pimenta Bueno - RO, para as três distâncias georeferenciadas pelo satélite,
primeiro para uma latitude de 11, 4° voltadas para ao sul, e 61, 449° ao oeste com
uma distância de 4,3 Km do satélite até a coordenada de medição. O Gráfico 1
corresponde a progressão dos 12 meses para o ganho de irradiação solar diária
média, com a unidade de medição da irradiância solar no plano horizontal em:
[kWh/m2.dia] em Cacoal/RO, sendo para o mês de janeiro 4,34; fevereiro 4,36;
março 4,48; abril 4,52; maio 4,14, junho 4,39; julho 4,54; agosto 4,96; setembro 4,92;
outubro 5,11; novembro 4,97 de dezembro 4,74.
Gráfico 1 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-RO
Fonte: adaptado CRESESB, 2018.
O Gráfico 2 corresponde a segunda medição que foi realizada com uma
latitude de 11,501° voltadas para o sul, e 61,449° ao oeste com uma distância de 6,9
Km do satélite até a coordenada de medição. A segunda medição demonstra a
progressão dos 12 meses para o ganho de irradiação solar diária média, com a
unidade de medição da irradiância solar no plano horizontal em [kWh/m2.dia] em
Cacoal/RO, sendo para o mês de janeiro 4,39; fevereiro 4,39; março 4,50; abril 4,51;
40
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4
4,24,44,64,8
55,25,4
4,34 4,364,48 4,52
4,14
4,394,54
4,96 4,925,11
4,97
4,74
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximas
Irrad
iaçã
o (K
Wh/
m2.
dia
maio 4,16; junho 4,40; julho 4,52; agosto 4,96; setembro 4,90; outubro 5,11;
novembro 4,98 e dezembro 4,75.
Gráfico 2 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-ROFonte: adaptado CRESESB, 2018.
No Gráfico 3 corresponde a terceira medição onde a latitude foi de 11,4°
voltadas para o sul, e 61,349° ao oeste com uma distância de 11,5 Km do satélite
até a coordenada de medição. A terceira medição demonstra a progressão dos 12
meses para o ganho de irradiação solar diária média, com a unidade de medição da
irradiância solar no plano horizontal em [kWh/m2.dia] em Cacoal/RO, sendo para o
mês de janeiro 4,42; fevereiro 4,40; março 4,45; abril 4,51; maio 4,17; junho 4,41;
julho 4,54; agosto 4,99; setembro 4,94; outubro 5,11; novembro 4,98 e dezembro
4,76.
41
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4,00
4,20
4,40
4,60
4,80
5,00
5,20
4,39 4,394,50 4,51
4,16
4,404,52
4,964,90
5,11
4,98
4,75
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximas
Irrad
iaçã
o (K
Wh/
m2.
dia)
Gráfico 3 - Irradiação solar plano horizontal em Cacoal-RO
Fonte: adaptado CRESESB, 2018.
As análises das medições do ganho de irradiação solar monitorado via satélite
também foram utilizadas para o município de Pimenta Bueno - RO, pois neste
estudo corroborou para discutir os dados a respeito da instalação de placas
fotovoltaicas numa indústria de manufatura de refrigerantes e envase de água
mineral, com uma potência instalada de 500 kWp, situada neste município, o projeto
ainda está em fase final de implementação, mesmo assim identificamos a
pertinência desta discussão, já que são essenciais para o cálculo do EPBT e a
determinação das Taxas de Emissões, por CO2.
A partir do acesso ao portal CRESESB foi monitorada as três distâncias
georreferenciadas pelo satélite, primeiro para uma latitude de 11, 701° voltadas para
ao sul, e 61, 149° ao oeste com uma distância de 5,8 Km do satélite até a
coordenada de medição. O Gráfico 4 corresponde a progressão dos 12 meses para
o ganho de irradiação solar diária média, com a unidade de medição da irradiância
solar no plano horizontal em [kWh/m2.dia] em Pimenta Bueno/RO, sendo para o mês
de janeiro 4,43 kWh/m2.dia; fevereiro 4,41; março 4,55; abril 4,51; maio 4,19, junho
4,40; julho 4,55; agosto 5,00; setembro 4,89; outubro 5,09; novembro 4,98 de
dezembro 4,82.
42
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4,00
4,20
4,40
4,60
4,80
5,00
5,20
4,42 4,40 4,454,51
4,17
4,414,54
4,99 4,94
5,114,98
4,76
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximasIrr
adia
ção
(KW
h/m
2.di
a)
Gráfico 4 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO.
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2
5,4
4,43 4,414,55 4,51
4,19
4,44,55
54,89
5,094,98
4,82
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximasIrr
adia
ção
(KW
h/m
2.di
a)
Fonte: adaptado CRESESB, 2018
O Gráfico 5 corresponde a segunda medição que foi realizada com uma
latitude de 11,701° voltadas para o sul, e 61,249° ao oeste com uma distância de 6,8
km do satélite até a coordenada de medição. A segunda medição demonstra a
progressão dos 12 meses para o ganho de irradiação solar diária média, com a
unidade de medição da irradiância solar no plano horizontal em [kWh/m2.dia], para o
município de Pimenta Bueno/RO, sendo para o mês de janeiro 4,42; fevereiro 4,41;
março 4,53; abril 4,58; maio 4,23; junho 4,39; julho 4,55; agosto 4,97; setembro 4,89;
outubro 5,07; novembro 4,95 e dezembro 4,65.
Gráfico 5 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2
5,4
4,42 4,414,53 4,58
4,234,39
4,55
4,974,89
5,074,95
4,65
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximas
Irrad
iaçã
o (K
Wh/
m2.
dia)
Fonte: adaptado CRESESB, 2018
43
O Gráfico 6 corresponde a terceira medição em que a latitude foi de 11,601°
voltadas para o sul e 61,149° ao oeste com uma distância de 9,3 km do satélite até a
coordenada de medição. A terceira medição demonstra a progressão dos 12 meses
para o ganho de irradiação solar diária média, com a unidade de medição da
irradiância solar no plano horizontal em [kWh/m2.dia], para o município de Pimenta
Bueno/RO, sendo para o mês de janeiro 4,46; fevereiro 4,43; março 4,55; abril 4,50;
maio 4,17; junho 4,39; julho 4,55; agosto 5,00; setembro 4,92; outubro 5,12;
novembro 5,00 e dezembro 4,66.
Gráfico 6 - Irradiação solar plano horizontal em Pimenta Bueno-RO.
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
5,2
5,4
4,46 4,434,55 4,5
4,17
4,394,55
54,92
5,125
4,66
Irradiação solar no plano horizontal para localidades próximas
Irrad
iaçã
o (K
Wh/
m2.
dia)
Fonte: adaptado CRESESB, 2018
Finalizando a análise discursiva dos resultados sobre o ganho de irradiação
para as duas localizadas do Estado de Rondônia, Cacoal e Pimenta Bueno, a
próxima discussão será sobre os parâmetros de geração do sistema fotovoltaico
conectado à rede com potência de 2,6 kWp numa residência do tipo Solar Home
System situada no município de Cacoal/RO, com gerenciamento da energia gerada
44
por meio do sunny portal e para a indústria de manufatura de refrigerantes e envase
de água mineral em fase final de instalação do sistema fotovoltaico de 500 kWp,
localizada no município de Pimenta Bueno.
A partir de dados coletados por meio do sunny portal estabelecemos a
discussão do histórico geração do sistema fotovoltaico conectado à rede com uma
potência instalada de 2,6 kWp numa residência do tipo Solar home System instalada
no município de Cacoal - RO, ao qual a analise refere-se à geração diária e mensal
entre os períodos de janeiro a dezembro de 2017.
O demonstrativo de geração do sistema fotovoltaico conectado à rede para o
mês de janeiro de 2017 representa o rendimento total de geração, nesse mês
somente será verificado o percentual de produção a partir do dia 23/01/2017, pois foi
neste dia que entrou em operação o sistema de geração fotovoltaico conectado a
rede, juntamente com controle de monitoramento do perfil de geração mensal e
anual, no entanto, os registros do histórico de geração mensal e anual revelaram
variações entre a meta programada pelo sistema sunny portal, embora não
houvesse o registro de alcance para a potência de 15 kWh/dia, em que o dia mais
significativo foi 30/01/2017 com geração de 14 kWh/dia e com isso a medição anual
correspondente ao mês de janeiro foi registrada em 90 kWh/mês. Conforme a Figura
3 e a Figura 15 da página 51.
Este sistema de medição gerenciada da produção de energia elétrica pelo
sunny portal atribui uma estimativa de geração mensal que nem sempre
corresponde a sua meta de geração, podendo ficar abaixo da meta estabelecida ou
acima da meta estabelecida.
45
Figura 3 - Rendimento mensal mês de janeiro de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo de geração do sistema fotovoltaico conectado a rede para o
mês de fevereiro de 2017 representa o rendimento total de geração, com o alcance
da meta de geração no dia 20/02/2017 em 16 kWh/dia o segundo dia mais
expressivo de geração foi no dia 03/02/2017 atingindo 14 kWh/dia. E com isso o
registro da medição anual correspondente ao mês de fevereiro resultou numa
geração de 275 kWh/mês. Conforme a Figura 4 e a Figura 15 da página 51.
Figura 4 - Rendimento mensal mês de fevereiro de 2017.
46
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo de geração do sistema fotovoltaico conectado a rede para o
mês de março de 2017 representa o rendimento total de geração, por ultrapassar a
meta de 15 kWh/dia no dia 04/03/2017, sendo a segunda medida de maior destaque
de geração correspondente foi registrada no dia 27/03/2017, alcançando 15
kWh/dia, a partir da terceira medição destacam se valores mais expressivos para os
dias 01, 03, 21, 22, 25 e 26/03/2017 alcançando 14 kWh/dia de geração. E com isso
na representação do computo da medição anual para o mês de março resultou
numa geração de 320 kWh/mês. Conforme a Figura 5 e a Figura 15 da página 51.
Figura 5 - Rendimento mensal mês de março de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo de geração para o mês de abril de 2017 representa o
rendimento total de geração, contudo nesse mês houve um problema no registro de
47
geração, havendo o cadastro do histórico de geração registrado somente a partir do
dia 15/04/2017, com o destaque por ter ultrapassado a meta programada pelo sunny
portal de 14 kWh/dia nos dias 24, 25 e 29/04/2017, nos dias 26/04/2017 e
30/04/2017 atingiram exatamente 14 kWh/dia, os próximos dias com valores
considerados bons foram 16, 17, 18, 19 e 28/04/2017 com um valor aproximado de
13 kWh/dia de geração. E com isso a medição anual correspondente ao mês de abril
resultou numa geração de 180 kWh/mês. Conforme a Figura 6 abaixo e a Figura 15
da página 51.
Figura 6 - Rendimento mensal mês de abril de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo de geração para o mês de maio de 2017 representa o
rendimento total de geração, por ter ultrapassado a meta estabelecida pela
programação da rotina de geração do sunny portal, alcançando 13 kWh/dia nos dias
02, 04, 06, 07, 10, 11, 12, 18 e 26/05/2017, a segunda medição mais expressiva
aconteceram nos dias 05, 13 e 25/05/2017 com valor aproximado de 12 kWh/dia,
com isso a medição anual correspondente ao mês de maio resultou numa geração
de 340 kWh/mês. Conforme a Figura 7 e a Figura 15 da página 51.
48
Figura 7 - Rendimento mensal mês de maio de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo para o mês de junho de 2017 representa o rendimento total de
geração, com a ultrapassagem da meta que é 12 kWh/dia para os dias 03, 06, 07,
08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 e
30/06/2017 nos dias 02, 04 e 19/06/2017 a geração foi de 12 kWh/dia. Com isso a
medição anual correspondente ao mês de junho resultou numa geração de 400
kWh/mês. Conforme a Figura 8 e a Figura 15 da página 51.
Figura 8 - Rendimento mensal mês de junho de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
49
O demonstrativo para o mês de julho de 2017 representa o rendimento total de
geração, em que os únicos dias que não atingiram a meta programada pelo sunny
portal foram os dias 15/06/2017 e 22/06/2017 com isso a medição anual
correspondente ao mês de julho resultou numa geração de 420 kWh/mês. Conforme
a Figura 9 e a Figura 15 da página 51.
Figura 9 - Rendimento mensal mês de julho de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo para o mês de agosto de 2017 representa o rendimento total
de geração, com a ultrapassagem da meta que é 14 kWh/dia nos dias 15, 19, 22, 26,
27 e 31/08/2017 nos dias 01, 02, 04, e 05 a geração foi de exatamente 14 kWh/dia a
terceira medição com valor expressivo foram os dias 03, 06, 08, 09, 16, e
28/08/2017com aproximadamente 13 kWh/dia com isso a medição anual
correspondente ao mês de agosto resultou numa geração de 380 kWh/mês.
Conforme a Figura 10 e a Figura 15 da página 51.
50
Figura 10 - Rendimento mensal mês de agosto de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo para o mês de setembro de 2017 representa o rendimento total
de geração, com a ultrapassagem da meta programada pelo sunny portal de 14
kWh/dia nos dias 06, 17, e 18/09/2017. E nos dias 05, 16, e 30/09/2017 a geração
foram de aproximadamente 14 kWh/dia e o terceiro valor mais expressivos foi do dia
12/09/2017 alcançando mais de 13 kWh/dia. E com isso a medição anual
correspondente ao mês de setembro resultou numa geração de 370 kWh/mês.
Conforme a Figura 11 e a Figura 15 da página 51.
Figura 11 - Rendimento mensal mês de setembro de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
51
O demonstrativo para o mês de outubro de 2017 representa o rendimento total
de geração, com a ultrapassagem da meta de 15 kWh/dia para os dias 02, 04, 05,
15, 19, 27 e 31/10/2017 e dos dias 01 a 16/10/2017 a geração foi de 15 kWh/dia.
Neste mês apresentou a terceira medição mais expressiva para o dia 06/10/2017
alcançando 14 kWh/dia. E com isso a medição anual correspondente ao mês de
outubro, registrada pelo sunny portal foi de 390 kWh/mês. Conforme a Figura 12 e a
Figura 15 da página 51.
Figura 12 - Rendimento mensal mês de outubro de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo para o mês de novembro de 2017 representa o rendimento
total de geração, com a ultrapassagem da meta programada pelo sunny portal de 15
kWh/dia no dia 27/11/2017 e para os dias 07, 12 e 23/11/2017 a geração foi de 14
kWh/dia. E com isso a medição anual correspondente ao mês de novembro resultou
numa geração de 330 kWh/mês. Conforme a Figura 13 e a Figura 15 da página 51.
52
Figura 13 - Rendimento mensal mês de novembro de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
O demonstrativo para o mês de dezembro de 2017 representa o rendimento
total de geração, com a ultrapassagem da meta de 15 kWh/dia para o dia
05/12/2017 e nos dias 29 a 31/12/2017 a geração foi de 14 kWh/dia. Este mês
apresentou uma terceira medição expressiva referente aos dias 02 e 17/12/2017
alcançando o valor aproximado de 13 kWh/dia. E com isso a medição anual
correspondente ao mês de dezembro resultou numa geração de 300 kWh/mês.
Conforme a Figura 14 e a Figura 15 da página 51.
Figura 14 - Rendimento mensal mês de dezembro de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
53
Comparativo de geração de energia do mês de janeiro ao mês de dezembro
de 2017, a Figura 15 ilustra a geração alcançada juntamente com a geração
prevista. Conforme ilustrado o mês de junho alcançou 400 kWp/mês e julho 420
kWp/mês esses foram os meses que obtiveram maior geração durante o ano de
2017 seguido do mês de outubro 390 kWp/mês e agosto com uma geração de
380kWp/mês.
Figura 15 - Comparativo de medição acumulada mensal do ano de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
A Figura 16 reproduz o rendimento anual de geração de energia no ano de
2017, conforme a projeção de geração do sunny portal em 5000 kWh/ano, contudo o
valor anual da energia elétrica gerada registrada pelo gerenciador de energia foi de
3900 kWhel/ano, vale ressaltar que a medição ocorreu a partir do dia vinte e três de
janeiro do respectivo ano de 2017. O registro da medição do mês de abril com a
falha decorrente no sistema de ilhamento do inversor bidirecional com a rede da
concessionária Eletrobrás Rondônia Energia, foram referentes do dia primeiro ao
décimo quarto dia do mês de abril de 2017. Dessa forma, no gráfico abaixo plotado
pelo programa do sunny portal incorporou todos estes déficits de geração para o ano
de 2017, no sistema de geração conectado à rede da residência do tipo Solar Home
System com a potência instalada de 2,6 kWp.
54
Figura 16 - Rendimento de geração ano de 2017.
Fonte: Sunny Portal, 2017.
4.1 Balanço de massa e energia incorporada para o cálculo do EPBT da
instalação fotovoltaica conectado à rede em uma residência do tipo Solar
Home System de 2,6 kWp no município de Cacoal - RO.
O Cálculo do tempo de payback de energia (energy pay-back time – EPBT) é
definido pela razão da energia incorporada, que conforme os autores da literatura
científica dos Quadros 1 ao 2 da seção 3, de acordo com a metodologia, conforme a
Equação 1, EPBT=EEMB , thȠth−el
EUSE ,el.
A partir do cálculo da energia total incorporada do sistema de geração Solar
Home System de 2,6 KWp, ou seja, incluindo todos os componentes
eletroeletrônicos como os (08) oito módulos fotovoltaicos de silício policristalinos
(Poly - Si), modelo CS6U325P da Canadian Solar, com potência nominal máxima:
325 W, tensão operacional ideal Vmpp: 37,0 V, corrente operacional ideal Impp: 8,78
A, eficiência do módulo FV em η=16,72% , massa específica do módulo: 22,4 kg
e com dimensões de: 1.960 x 992 x 40 mm.
E um inversor trifásico de 5,0 KWp, modelo Fronius IG Plus 55 V-3 da Fronius
Brasil, com as seguintes especificações elétricas: fator de potência cos ⱷ = 0,85,
eficiência máxima η=95,9% , tensão de conexão: 230/400V, frequência: 50/60 Hz,
massa especifica do inversor: 49,2 kg e com dimensões de: 1263 x 434 x 250 mm.
A Tabela 1, corresponde a energia incorporada de todos os componentes
eletroeletrônicos do sistema de geração FV de 2,6 kWp, incluindo os (08) oito
55
módulos fotovoltaicos, (01) inversor, suportes e estruturas metálicas e cabos
elétricos de força e de dados.
Tabela 1 : Balanço de massa em (kg) e energia incorporada em (MWhth) para o Cálculo doEPBT para a instalação fotovoltaica conectado à rede para uma residência do tipo Solar
Home System de 2,6 kWp.
Fonte: dados da Fronius Brasil.
A energia incorporada total de todos os componentes da planta de geração FV,
com potência instalada de 2,6 kWp, da residência Solar Home System de Cacoal
-RO, corresponde a 26,35 MWhth pelos processos empregados na transformação e
elaboração de materiais semicondutores, utilizarem rota tecnológica metalúrgica e
são energointensiva em energia térmica e de acordo com García-Valverde et al.;
NREL e Miki, (2009; 2015), recomenda-se o uso do fator de conversão da eficiência
termoelétrica em Ƞth−el em 35%, de acordo com a Tabela 1 acima, em que a
Energia Incorporada Total para os componentes Eletroeletrônicos da residência do
tipo Solar Home System com uma potência instalada de 2,6 kWp, com um inversor
trifásico de 5,00 kW, com uma tensão elétrica de saída para a conexão para a rede
da concessionária em baixa tensão de 220 Volts e fator de potência de cos ⱷ = 0,85.
Todos os valores contidos na Tabela 1, foram calculados conforme as
recomendações da literatura científica pelos autores referenciados na seção 3 da
metodologia, por meio dos Quadro 1 e 2 e pela NREL (2018).
Dessa forma, consideramos a energia incorporada total dos componentes
eletroeletrônicos sendo 26,35 MWhth. E para efeito de cálculo do EPBT (Energy
Payback Time), consideramos a (Eq.1) a baixo, em que convertemos em (kWhth)
obtendo 26.350 kWhth e, por meio da conversão termoelétrica de eficiência de 35%
obtemos 9.222,50 kWhel e a produção anual de energia elétrica estimada pela
literatura científica tomando como base uma planta de geração de 4,2 kWp para a
56
Componentes eletroeletrônicos Massa (kg) Energia incorporada (MWhth)
Módulo FV 179
,00 22,27
Inversor 5KW-3F 49
,20 1,66
Suporte de estrutura 277
,00 1,58
Cabos elétricos 27
,26 0,84
Total 532,46 26,35
residência Solar Home System de 2,6 kWp no município de Cacoal –RO, sendo
estimado como EUSE,el = 3.112, 72 kWhel/ano, obtendo o EPBT(1) de 2,96 anos. E pela
substituição da Equação 2 na Equação 1 obtemos o EPBT(2) de 2,70 anos e com o
uso do valor medido e registrado pelo gerenciador de energia do sunny portal, temos
EUSE,el,md = 3.900 kWhel/ano, obtendo o EPBT(3) de 2,36 anos.
EPBT(1)=EEMB ,thȠth−el
EUSE , el =
9.222,50 kWhel3.112, 72kWhel /ano
= 2,96 anos.
(Eq. 1);
Considerando a Eq. 2, para obter EPBT(2), temos EUSE=PRHi PSTC
GSTC para a
Geração Anual de Eletricidade estimada pela instalação da residência Solar Home
System de 2,6 kWp no município de Cacoal –RO. Abaixo representamos os termos
da (Eq. 2) e os valores numéricos correspondentes, conforme o Laboratório Nacional
de Energia Renovável (National Renewable Energy Laboratory - NREL), foram
calculados conforme as recomendações da literatura científica de García-Valverde et
al.; NREL e Miki, (2009; 2015).
PR=0,77 (National Renewable Energy Laboratory – NREL);
ConformeHi=1701 kW h /m2/ano−1
¿ Atlasde EnergiaSolar ,2017 ¿ ;
Vmpp: 37,00 Volts (CS6U325P - Canadian Solar Data Sheet);
Impp: 8,78 Amperes (CS6U325P - Canadian Solar Data Sheet);
PSTC = No. Total de Módulos x Vmpp x Impp = 8 x 37,0 x 8,78 = 2.599 W ≈ 2.600 W
ou 2,6 kW;
GSTC= 1.000 W/m2 ou 1,0 kW/m2 (Baixa irradiação para a Condição Padrão de Teste,
MA: Massa de Ar: 1,5 a 25oC).
EUSE , pr=PRHi PSTC
GSTC =
3.405,40201
= 3.405,402 kWh/ano-1
Para o cálculo do EPBT com o uso da Eq. 2, substitui-se a Eq. 2 na Eq. 1 é
obtemos:
57
EPBT(2)=EEMB ,thȠth−el
EUSE , pr =
9.222,503.405,402
= 2,70 anos.
O cálculo do EPBT, considerando o valor medido de pelo gerenciador de energia
do sunny portal EUSE,el,md = 3.900 kWhel/ano, substituindo diretamente na Equação 1.
EPBT (3)=EEMB ,thȠth−el
EUSE , el ,md =
9.222,503.900
= 2,36 anos.
Na seção 4.2 tratará do impacto ambiental da avaliação do ciclo de vida, a partir
das taxas de emissões de CO2, considerando a fase de construção até o
descomissionamento dos sistemas de geração fotovoltaica de uma planta de
geração de 2,6 kWp, em uma residência Solar Home System instalada no município
de Cacoal - RO e em uma indústria de manufatura de refrigerantes e envase de
água mineral, com potência instalada de 500 kWp, no município de Pimenta Bueno –
RO.
4.2 Avaliação do Ciclo de Vida – Impacto Ambiental - Cálculo das Taxa de
Emissões de Gases de Efeito Estufa, por CO2
O impacto ambiental da avaliação do ciclo de vida, tem a função de determinar
as taxas de emissão dos gases de efeito CO2, incorporados nos componentes
eletroeletrônicos (módulos fotovoltaicos e pelo BOS - Balance of System – Balanço
do Sistema aos demais componentes como inversor e cabos elétricos e os
acessórios do sistema de geração fotovoltaica como estruturas e suportes metálicos
incluindo parafusos, porcas, arruelas, arruelas de pressão, abraçadeiras de aço
zincado, em uma residência do tipo solar home system de 2,6 KWp em (Kg),
conforme a Eq. 03, para os dados enunciados na Tabela 2.
Em que, GHGe-rate é a taxa de emissão dos GEE por CO2, pela energia
elétrica gerada por sistema FV (em kg CO2-eq./kWh); GEEe-total é a quantidade
total de emissões de GEE em todo o ciclo de vida em (kg CO2-eq.); ELCA-output é
a energia elétrica total gerada pelo sistema FV durante seu ciclo de vida, estimado
em 20 anos (em kg CO2-eq./kWh), conforme a literatura cientifica dispostas nos
Quadros 1 e 2 na seção 3 da metodologia.
O termo GHGpv corresponde às emissões totais de GEE em relação ao
balanço de massa para as emissões de CO2, referente aos módulos FV; GHGBoS
representa o balanço de massa para as emissões de CO2, incluindo todos os
58
componentes eletroeletrônicos, como controlador de carga, banco de baterias,
inversor, cabos elétricos, suportes e estruturas metálicas para a montagem dos
arranjos FV’s, conforme a literatura cientifica dispostas nos Quadros 1 e 2 na seção
3 da metodologia.
GHGPV+GHGBOS∗¿
ELCA−output
GHGe−rate=GHGe−Total
ELCA−output
=¿
Eq. 3
Todos os valores contidos na Tabela 2, foram calculados conforme as
recomendações da literatura científica pelos autores referenciados na seção 3 da
metodologia, por meio dos Quadro 1 e 2 e pela NREL (2018).
Tabela 2 - Massa especifica dos componentes eletroeletrônicos (Módulos FVe BOS)Componentes Eletroeletrônicos deInstalação
Fase de construção (Kg)
Fase de descomissionamento (Kg)
Total(Kg)
Moldura de Alumínio 363,30 27,30 390,60
Moldura FV 3220,33 ─3220,3
3Inversor 48,71 ─ 48,71Suporte e Estruturas Metálicas 240,62 158,16 398,78Cabos elétricos 133,37 108,66 242,03
Total 4006,33 294,124300,4
5
Fonte: dados da Fronius Brasil.
Considerando a Eq. 3, substituímos a Eq.2 no denominador sendo ELCA –
output, para obter GHGe−rate , temos GHGe−rate=PRHi .PSTC .20
GSTC para a geração
de eletricidade estimada com 20 anos de emissões CO2 evitadas pela instalação da
residência Solar Home System de 2,6 kWp no município de Cacoal –RO. Sendo os
componentes da Eq. 2, o termo (PR): corresponde ao Fator de Desempenho
(Performance Ratio); (Hi): corresponde ao ganho de irradiação solar anual
recomendada pelo atlas de energia solar 2017, com o uso indicado para a geração
fotovoltaica; (GSTC): é a irradiância na condição padrão de teste (1,00 kW/m2) e
(PSTC): corresponde a potência nominal do gerador fotovoltaico, ponderando o
máximo ponto de potência para voltagem (Vmpp) e amperagem (Impp), em que
(STC - Standard Test Conditions) representa condições padrões de teste, ou seja
59
corresponde ao produtório do número total de módulos, Vmpp: máximo ponto de
tensão, Impp: máximo ponto de corrente e (GEEE): corresponde a 20 anos de
emissões evitadas de CO2 pela geração de energia elétrica pelo sistema fotovoltaico.
De acordo com, na literatura cientifica com 20 anos de tempo médio de vida para os
módulos. Abaixo representamos os termos da (Eq. 3) e os valores numéricos
correspondentes, conforme o Laboratório Nacional de Energia Renovável (National
Renewable Energy Laboratory - NREL), foram calculados conforme as
recomendações da literatura científica de García-Valverde et al.; Miki e NREL, (2009;
2015; 2018).
4.3 Cálculo da taxa de emissão de CO2 em (kgCO2 – eq./kWh) para a residência
Solar Home System de 2,6 kWp em Cacoal – RO.
GHGPV+GHGBOS∗¿
ELCA−output
GHGe−rate=GHGe−Total
ELCA−output
=¿
( 3.220,33 kg+363,30 kg+27,30 kg¿+(48,71 kg+398,78 kg+242,03 kg)
GHGe−Total=(3.610,93 kg )+(689,52 kg)=4.300,45kg
ELCA−output=PRHi .PSTC .GEEE
GSTC
PR=0,77 (NREL)
Hi=1.701 kWh /m2/ano →Atlasde Energia Solar 2017
GSTC=1.000W /m2=1,0 kW /m2 - (Baixa irradiação para a Condição Padrão de
Teste, MA: Massa de Ar: 1,5 a 25oC).
PSTC=N ° .Total .Mod .×Vmpp×Impp=8,00×37,0(V )×8,78(A)=2.598,880W
GEEE=20 anos (Geração de Eletricidade comEmissão Evitadas por 20anos )→Tempode vidaestimado em20 anos .
ELCA−output=EUSE=PR×Hi× PSTC×20
GSTC
0,77×1.701×2,6×(20)1,0
=68108,04 kWh/ano
0,063141591 kgCO2−eq ./kWh→63,14 gCO2−eq/kWh
60
GHGe−rate=4300,45 (kgCO2)
68108,04 kWh /ano=0,063141591 kgCO2−eq /kWh , donde
GHGe−rate=0,063 kgCO2−eq/kWh
Dessa forma, obtemos a taxa de emissão de CO2 considerado o balanço de
massa da taxa de emissão dos GEE por CO2, pela energia elétrica gerada por
sistema FV no horizonte de 20 anos de emissões evitadas em (0,063 kgCO2-
eq./kWh); com EPBT (Energy Payback Time) estimado com o uso da Eq. 1 e Eq. 2
em (2,96 anos e 2,70 anos) e o EPBT medido pelo gerenciador de energia do sunny
portal é de (2,36 anos), para uma planta de geração de 2,6 kWp para a residência
Solar Home System no município de Cacoal –RO.
4.4 Balanço de massa e energia incorporada para o cálculo do EPBT da
instalação fotovoltaica conectado à rede em uma indústria de manufatura de
refrigerante e envase de água, com potência instalada de 500 kWp no
município de Pimenta Bueno - RO.
O cálculo do tempo de payback de energia (energy pay-back time – EPBT) é
definido pela razão da energia incorporada, que conforme os autores da literatura
científica dos Quadros 1 e 2 da seção 3, de acordo com a metodologia, conforme a
Equação 1, sendo: EPBT=EEMB , thȠth−el
EUSE ,el, para uma indústria de manufatura de
refrigerante e envase de água, com potência instalada de 500 kWp no município de
Pimenta Bueno – RO.
A partir do cálculo da energia total incorporada do sistema de geração FV, com
potência instalada de 500 kWp, ou seja, incluindo todos os componentes
eletroeletrônicos como os (1.540) hum mil e quinhentos e quarenta módulos
fotovoltaicos de silício policristalinos (Poly - Si), modelo CS6U325P da Canadian
Solar, com potência nominal máxima: 325 W, tensão operacional ideal Vmpp: 37,0 V,
corrente operacional ideal Impp: 8,78 A, eficiência do módulo FV em η=16,72% ,
massa específica do módulo: 22,4 kg e com dimensões de: 1.960 x 992 x 40 mm.
Com (05) cinco inversores trifásicos de 100,0 kWp, totalizando 500 kWp,
conformo o modelo FRONIUS AGILO 100.0-3, fabricado pela Fronius Brasil, com as
seguintes especificações elétricas: com range de ajuste do fator de potência em
cos ⱷ = 0,80 a 1,00, grau de eficiência máxima η=97,2% , com range da tensão
61
de conexão: 3 F + NPE 230 a 400V, com range de frequência ajustável de: 45 a 65
Hz, calibrado em 60 Hz, massa especifica do inversor: 834 kg e com dimensões de:
1.800 x 1.100 x 700 mm.
Todos os valores contidos na Tabela 3, para o cálculo do EPBT foram
calculados, conforme as recomendações da literatura científica pelos autores
referenciados na seção 3 da metodologia, por meio dos Quadro 1 e 2 e pela NREL
(2018).
Tabela 3 - Cálculo do EPBT para instalação fotovoltaica conectado à rede para uma indústriade manufatura de refrigerante e envase de água mineral, com uma potência instalada de 500
kWp, no município de Pimenta Bueno - RO.
Fonte: dados da Fronius Brasil.
O cálculo do EPBT considerou a energia incorporada, por meio da conversão da
eficiência termoelétrica ɳth-el ≈35%, para energia incorporada correspondente ao
equivalente elétrico em (MWhel), para uma instalação FV industrial com uma
potência instalada de 500 kWp, tem-se EEMB,th ηth−el=¿ 7.457,24 (MWhth) x 0,35 =
(2.610,034000(MWhel), para efeito de cálculo do EPBT, converte-se (MWhel em
kWhel), resultando em EEMB,th ηth−el=¿ 2.610.034,000 kWhel).
A produção anual de energia elétrica adotada nesta pesquisa foi estimada, em
5.028,24 kWhel/ano, com base na literatura científica, a partir de uma planta de
geração de 4,2 kWp, conforme a literatura científica presentes nos Quadros 1 e 2, da
seção 3, ao qual trata da abordagem metodológica da ACV, proposta para esta
pesquisa, sendo replicável para uma planta de geração de 500 kWp, instalada no
município de Pimenta Bueno – RO.
EPBT (1)(500 kWp)=EEMB , thɳ th−el
EUSE ,el
=2.610.034,000 kW hel
598.600,000kW helano−1
=4,360230538anos .
62
Componentes Massa(Kg)
Energia incorporada(MWhth)
Módulos Fotovoltaicos CS6U325P 34496,00 6813,10Inversor FRONIUS AGILO 100.0-3 834,00 98,81
Suporte e Estruturas Metálicas 66913,10 383,33
Cabos Elétricos 5244,05 162,00
Total 107487,15 7457,24
EPBT(1)(500 kWp) = 4,36 anos.
O presente estudo de ACV prevê a utilização da Eq. (2), EUSE , pr=PR .Hi . PSTC
GSTC,
para calcular a eletricidade anual gerada pelo sistema fotovoltaico, pois a planta de
geração FV de 500 kWp da indústria de Pimenta Bueno – RO, ainda se encontra em
fase final de construção e instalação, não sendo possível o acesso a medição pelo
gerenciamento de energia, por meio do sunny portal, fazendo necessário estimar o
cálculo do EPBT, por meio da substituição da Eq. 2 na Eq. 1 pela inclusão da
eletricidade gerada anualmente diretamente na Eq. (1), sendo o cálculo do
EPBT=EEMB , thɳ th−el
EUSE ,elepr
.
O Cálculo do EUSE, pr para indústria de água mineral e refrigerante, com sistema
conectado à rede de 500 kWp é discriminado pelos seguintes termos.
PR=0,77 (National Renewable Energy Laboratory – NREL);
Hi=1.701 kW h /m2/¿ ano Conforme¿
Atlasde EnergiaSolar ,2017 ¿ ;
GSTC=1.000W /m2=1,0 kW /m2 .
PSTC=N ° .Total .Mód .×Vmpp×Impp=1540×37,0(V )×8,78 ( A )=500.284,40 (W )emkilowatts1000
, donde PSTC=500 kW
EUSE , pr=PR .Hi . PSTC
GSTC
=0,77×1.701 x500
1
EUSE , pr=654.885,0000 kW hel /ano
EEMB,th ηt h−el=¿ 2.610.034,000 kWhel
EPBT (2 )(500kW)=2.610 .034,000 kW hel
654885,000 kW hele/ano= 3,985484474 anos
EPBT(2)(500kWp )=3,98anos .
Na seção 4.5 tratará do impacto ambiental da avaliação do ciclo de vida, a
partir das taxas de emissões de CO2, considerando a fase de construção até o
descomissionamento dos sistemas de geração fotovoltaica de uma planta de
63
geração de 500 kWp, em uma indústria de manufatura de refrigerantes e envase de
água mineral instalada no município de Pimenta Bueno - RO.
4.5 Cálculo da taxa de emissão de CO2 em (KgCO2 – eq./kWh) para uma
indústria de manufatura de refrigerante e envase de água, com potência
instalada de 500 kWp em Pimenta Bueno – RO.
Tabela 4 -mostra a massa de CO2 incorporada para os componentes eletroeletrônicos dosistema de geração fotovoltaico conectado à rede de uma indústria com uma potência
instalada de 500kWp, situada no município de Pimenta Bueno - RO.
Componentes Eletroeletrônicosda instalação 500kWp
Fase de Construção (kg)
Fase de descomissionamento (kg) Total (kg)
Molduras de Alumínio 293.450,00 5.246,43 298.696,43
Módulos FV (Poly-Si) 619.294,05 ─ 619.294,05
Inversor 9.367,86 ─ 9.367,86
Suportes e Estruturas Metálicas 46.273,81 30.415,48 76.689,29
Cabos Elétricos 25.648,81 20.896,43 46.545,24
Total 994.034,53 56.558,34 1.050.592,87Fonte: dados da Fronius Brasil.
Considerando a Eq. 3, substituímos a Eq.2 no denominador sendo ELCA –
output, para obter ELCA−output , temos ELCA−output=PRHi .PSTC .20
GSTC para a geração
de eletricidade estimada com 20 anos de emissões em CO2 evitadas pela instalação
da indústria de manufatura de refrigerantes e envase de água mineral, com potência
instalada de 500 kWp no município de Pimenta Bueno –RO. Sendo os componentes
da Eq. 2, o termo (PR): corresponde ao Fator de Desempenho (Performance Ratio);
(Hi): corresponde ao ganho de irradiação solar anual recomendada pelo atlas de
energia solar 2017, com o uso indicado para a geração fotovoltaica; (GSTC): é a
irradiância na condição padrão de teste (1,00 kW/m2) e (PSTC): corresponde a
potência nominal do gerador fotovoltaico, ponderando o máximo ponto de potência
64
para voltagem (Vmpp) e amperagem (Impp), em que (STC - Standard Test
Conditions) representa condições padrões de teste, ou seja corresponde ao
produtório do número total de módulos, Vmpp: máximo ponto de tensão, Impp:
máximo ponto de corrente e (GEEE): corresponde a 20 anos de emissões evitadas
de CO2 pela geração de energia elétrica.
A literatura cientifica referência 20 anos de tempo médio de vida para os
módulos FV. Abaixo representamos os termos da (Eq. 3) e os valores numéricos
correspondentes, conforme o Laboratório Nacional de Energia Renovável (National
Renewable Energy Laboratory - NREL),foram calculados conforme as
recomendações da literatura científica de García-Valverde et al.; NREL e Miki, (2009;
2015).
GHGPV+GHGBOS∗¿
ELCA−output
GHGe−rate=GHGe−Total
ELCA−output
=¿
GHGPV=619294,05+293450,00+5246,43=917.990,48 kg
GHGBOS=9367,86+76689,29+46545,24=132.602,39 kg
GHGe−rate=917.990,48+132.602,39=1.050.592,87 kg
ELCA−output=EUSE=PRHi . PSTC .GEEE
GSTC
PR=0,77−National Renwable Laboratory−NREL (2017 ) .
Hi=1.701 kWh /m2/¿ ano−Atlasde EnergiaSolar (2017 ) .
PSTC=N ° .Total .Mód .×Vmpp×Impp=1.540×37,0(V )×8,78 ( A )=500.284,4000 (W )emkilowatts1000
, donde PSTC=500 kW
GSTC=1,0kW /m2 - (Baixa irradiação para a Condição Padrão de Teste, MA:
Massa de Ar: 1,5 a 25oC – STC: Standard Test Conditions).
GEEE=20 anos (Geraçãode Eletricidade comEmissãoevitadas por 20anos)→Tempomédiodevida estimado em20anos .
ELCA−output=0,77×1.701×500×(20)
1,0
ELCA−output=13.097.700,00 kWh.
65
Eq. 3
GHGe−rate=1.050.592,87 (kgCO2)
13.097 .700,00 kWh
GHGe−rate=0,080212012 kgCO2−eq ./kWh
GHGe−rate=0,080 kgCO2−eq ./kWh
Dessa forma, obtemos a taxa de emissão de CO2 considerado o balanço de
massa da taxa de emissão dos GEE por CO2, pela energia elétrica gerada por
sistema FV no horizonte de 20 anos de emissões evitadas em (0,080 kgCO2-
eq./kWh); com EPBT (Energy Payback Time) estimado com o uso da Eq. 1 e Eq. 2
em (4,36 anos e 3,98 anos), para uma planta de geração de 500 kWp para uma
indústria de manufatura de refrigerante e envase de água mineral localizada no
município de Pimenta Bueno – RO.
4.6 Análise comparativa dos resultados obtidos pela aplicação da abordagem
da ACV em sistemas fotovoltaicos de geração para os diferentes países e para
os municípios de Cacoal e Pimenta Bueno no Estado de Rondônia.
A análise comparativa dos resultados obtidos em relação ao tempo do payback
de energia (EPBT) e para as taxas de emissões por CO2 da residência do tipo Solar
Home System, com uma potência instalada de 2,6 kWp e de uma indústria de
manufatura de refrigerantes e envase de água mineral, com potência instalada de
500 kWp, demonstra as diferentes causas e fatores para os diferentes sistemas de
geração FV, como o nível da irradiação solar, eficiência dos módulos, tipos de
instalação, sistemas On-Grid e Off-Grid (SAPV). E de como as diferentes
tecnologias de manufatura de módulos fotovoltaicos e ganho da irradiação solar para
os diferentes países, assim como para a cidade de Cacoal e Pimenta Bueno - RO,
que influenciaram na obtenção dos diferentes tempos de payback da energia EPBT
e nas taxas de emissão de CO2 em (kgCO2 - eq./kWhel).
A Tabela 5 considera diferentes causas e fatores para os sistemas de geração
FV como o nível da irradiação solar, eficiência dos módulos, tipos de instalação,
tecnologia de manufatura, ganho da irradiação solar pelos países, para os
municípios de Cacoal e Pimenta Bueno no Estado de Rondônia, que influenciam na
66
obtenção de diferentes tempos de payback da energia EPBT e as taxas de emissão
de CO2.
A tecnologia do silício policristalino (Poly-Si), utilizada no município de
Cacoal -RO, em uma residência do tipo Solar Home System, com potência instalada
de 2,6 kWp, demonstra o seu resultado no item (11.a), com o tempo de payback de
energia EPBT em (2,96; 2,70 e 2,36) anos, em que variação dos tempos em (anos),
corresponde ao emprego do método cálculo por estimação da geração de energia e
pela utilização da equação de energia produzida EUSE , pr=PR .Hi . PSTC
GSTC dos
módulos fotovoltaicos, considerando os termos como: o fator de desempenho (PR)
em 0,77; ganho anual de irradiação solar (Hi: 1.701 kWh/m2/ano), segundo o Atlas
de Energia Solar 2017, PSTC: o produto No Total de Módulos; Vmpp: máximo ponto de
potência da tensão; Impp: máximo ponto de potência da corrente do módulo e o GSTC
sendo 1,0 kW/m2, considerando a baixa irradiação para a condição padrão de teste,
MA: Massa de Ar em: 1,5 a 25oC e para a produção anual de energia elétrica em
2017, medida pelo gerenciador de energia, sunny portal em 3.900 kWh/ano,
resultando em um menor tempo de payback de energia, com 2,36 anos e para a
taxa de emissão de CO2 não houve variação pois consideramos a (Eq. 3)
GHGe−rate=GHGe−Total
ELCA−output , resultando em 0,063 kgCO2-eq./kWhel, para uma
estimativa média de 20 anos de vida para os módulos fotovoltaicos, de acordo com
os autores das literaturas científicas.
A tecnologia do módulo fotovoltaico de silício policristalino (Poly-Si), também foi
utilizada no município de Pimenta Bueno - RO, em uma indústria de manufatura de
refrigerantes e envase de água mineral, com potência instalada de 500kWp,
demonstra o seu resultado no item (11.a), com o tempo de payback de energia
EPBT em (4,36 e 3,98) anos, em que variação dos tempos em (anos), corresponde
ao emprego do método cálculo por estimação da geração de energia e pela
utilização da equação de energia produzida EUSE , pr=PR .Hi . PSTC
GSTC dos módulos
fotovoltaicos, considerando os termos como: o fator de desempenho (PR) em 0,77;
ganho anual de irradiação solar (Hi: 1.701 kWh/m2/ano), segundo o Atlas de Energia
Solar 2017, PSTC: o produto No Total de Módulos; Vmpp: máximo ponto de potência
67
da tensão; Impp: máximo ponto de potência da corrente do módulo e o GSTC sendo
1,0 kW/m2, considerando a baixa irradiação para a Condição Padrão de Teste, MA:
Massa de Ar em: 1,5 a 25oC e para a taxa de emissão de CO2 não houve variação
pois consideramos a (Eq. 3) GHGe−rate=GHGe−Total
ELCA−output , resultando em 0,080 kgCO2-
eq./kWhel, considerando uma estimativa média de 20 anos de vida para os módulos
fotovoltaicos, de acordo com os autores das literaturas científicas.
E para o Sul da Europa resultou em um payback de energia de 1,75 anos, com
uma estimativa de 30 anos de geração para os módulos FV’s. O EPBT mais longo
foi encontrado no Reino Unido para o resultado (1) em um intervalo de 7,40 anos até
12 anos, com 20 anos de geração por módulos FV, não aplicado a estimação da
emissão de CO2.
O resultado (9) representa a comunidade isolada de Sobrado/AM com a
obtenção do EPBT em 7,45, 3,07 e 2,84 anos, pela aplicação do método de
produção e consumo anual de energia elétrica, com uma taxa de emissão de CO2 de
0,107 kg, 0,044 kg e 0,041 kg, com uma estimativa de geração para módulos FV’s
em 20 anos, com a substituição das baterias de chumbo ácido por
descomissionamento de 8 a 10 anos para o SAPV.
O EPBT de 2,50 anos corresponde ao resultado (8) com uma emissão de
0,050 kgCO2eq./kWhel, para sistemas de geração FV de grande escala destinados
para as regiões desérticas da China. O número de resultado (10.a e 10.b)
representa a cidade de Manaus/AM com o EPBT de 2,99 a 1,46 anos, resultante de
um sistema FV conectado à rede elétrica de 10kWp, com uma estimativa de geração
de 20 anos.
O EPBT obtido no Japão, pelo resultado (2), corresponde a 8,90 anos com uma
taxa de emissão de 0,061 kgCO2-eq./kWhel, pela aplicação do método de produção
anual de energia elétrica, para 20 anos de geração para os módulos FV’s.
Os componentes da planta de geração FV, com potência instalada de 2,6 kWp,
da residência Solar Home System de Cacoal -RO, utilizou molduras em alumínio
produzido pela indústria Fronius Brasil fabricadas com silício policristalino, vale
ressaltar caso o fornecedor das placas seja diferente da pesquisa os valores podem
sofrer alterações, pois na pesquisa foi levado em consideração o clima, o ganho de
68
irradiação, caso seja submetida outro tipo de placa os valores serão alterados a
pesquisa adotou somente um fabricante.
A instalação industrial de água mineral e refrigerantes de 500 kWp em Pimenta
Bueno – RO utilizou estruturas de aço galvanizado produzido pela indústria Fronius
Brasil, caso os valores adotados forem de outros fornecedores os tempos também
serão modificados.
69
Tabela 5 - Resultados da ACV para sistemas FV’S
Fonte: Adaptado de Miki (2015).
70
De forma similar, para a universidade de Murcia corresponde ao número de
resultado (7.a pela aplicação do método da produção anual de eletricidade e 7.b
pela aplicação do método de consumo anual de energia elétrica), com um EPBT de
9,08 anos e 0,131 kgCO2-eq./kWhel e, 8,99 anos com uma emissão de 0,129 kgCO2-
eq./kWhel, com o ciclo de vida da geração dos módulos estimado em 20 anos.
O resultado (3) para o Sul da Europa obteve um EPBT de 2,60 anos com uma
emissão de CO2 de 0,041 kgCO2-eq./kWhel e o resultado (4) para o mesmo país é
de 0,035 kgCO2-eq./kWhel, com um EPBT de 2,10 anos, já o resultado (5)
corresponde a um EPBT de 3,30 anos para 30 anos de geração por módulos (mc-
Si), não aplicado a estimação da emissão de CO2.
Dessa forma, os resultados obtidos para o tempo de payback da energia e para
as taxas de emissão de CO2 para o Estado de Rondônia para os municípios de
Cacoal e Pimenta Bueno, após análise comparativa comprovaram a importância da
deste estudo, por demonstrar o reduzido tempo de payback, em relação ao sistema
de geração fotovoltaica conectado à rede para empreendimentos residências de
2,6 kWp a industrias de manufatura de refrigerantes e envase de água mineral, com
potência instalada de 500 kWp, com tempo significativamente decrescente quando
pode se utilizar um valor medido da produção anual de energia elétrica pelo sistema
de geração fotovoltaica, com EPBT de 2,36 anos e taxa de emissão de CO2 em
0,063 kgCO2-eq./kWh e para uma planta indústria com sistema de geração
conectado à rede de 500 kWp, tem-se um EPBT estimado entre 4,36 a 3,98 anos,
com uma taxa de emissão em CO2 de 0,080 kgCO2 eq./kWhel.
71
5 CONCLUSÃO
A demonstração da produção anual de energia elétrica pela usina fotovoltaica, a
partir da residência do tipo Solar Home System, com potência instalada de
2,6 kWp, confirmou que a utilização do gerenciamento de energia, com a medição e
registro em banco de dados do sunny portal, demonstrou o melhor prospecto para o
tempo de payback de energia, a partir do valor da geração anual correspondente a
3.900 kWh/ano para o ano de 2017, mesmo com uma implementação da geração ter
sido feita apenas no 22o dia do mês de janeiro de 2017, além da interrupção na
geração pelo problema de calibração do sistema de ilhamento com a rede elétrica da
concessionária Eletrobras Cacoal Energia, registrando a geração somente a partir
do 15o dia do mês de abril de 2017, resultando em um EPBT de 2,36 anos e taxa de
emissão de CO2 em 0,063 kgCO2-eq./kWh.
E quanto a indústria de manufatura de refrigerante e envase de água mineral,
com uma planta de geração fotovoltaica de 500 kWp, como o sistema de geração
fotovoltaica ainda esta em fase final de instalação sem a operação de um sistema de
gerenciamento de energia, como na residência Solar Home System, os valores de
EPBT e as taxas de emissão de CO2, resultou em um EPBT estimado entre 4,36 a
3,98 anos, com uma taxa de emissão em CO2 de 0,080 kgCO2 eq./kWhel.
A análise comparativa para o EPBT, evidencia outras plantas de geração
fotovoltaica para um SAPV de 4,2 kWp na Espanha, SAPV de 16,8 kWp para a CI
de Sobrado-AM, e para uma residência Home Office de 10 kWp em Manaus - AM,
demonstrou uma progressiva redução do payback de energia pela aplicação do
método de produção anual de energia elétrica (8,99 – 2,99 home office – 2,84 anos)
e pelo método do consumo anual de eletricidade (9,08 – 7,45 – 3,07 – 1,46 anos).
A abordagem do ciclo de vida ambiental, demonstrou um resultado pertinente
para o decréscimo das taxas de emissões de CO2 estimada em (kgCO2-eq/kWh),
por meio do método de consumo e produção anual de energia elétrica com (0,131kg
– 0,129kg para SAPV 4,2 kWp); (0,107kg – 0,044kg – 0,041kg para o SAPV de 16,8
kWp) e (0,023kg para SIGFV de 10 kWp), em relação a um sistema diesel-elétrico
isolado com 1,270 kg.
E com isso estabelece se um horizonte promissor no cenário energético
mundial, nacional e regional para os municípios de Cacoal e Pimenta Bueno, no
Estado de Rondônia, com um tempo do payback de energia cada vez mais reduzido,
72
assim como reduzidas taxas de emissões de CO2, contemplando os parâmetros
recomendados pela abordagem da avaliação do ciclo de vida para sistemas de
geração fotovoltaicas conectado à rede e autônomos, de acordo com os Quadros 1
e 2 da literatura científica da seção 3, referente a metodologia.
73
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALSEMA, E. A.; NIEUWLAAR, E. Energy viability of photovoltaic systems.Energy Policy, v. 28, p. 999-1010, 2000.
ALSEMA, E. A.; WILD-SCHOLTEN, M. J. Environmental impacts of crystallinesilicon photovoltaic module production. In: Proceedings of Materials ResearchSociety Fall Meeting. Boston, nov.29-Dec2, 2005.
ALSEMA, E.; FRAILE, D.; FRISCHKNECHT, R.; FTHENAKIS, V.; HELD, M.;KIM, H.C. et al. Methodology guidelines on life cycle assessment of photovoltaic electricity. IEA PVPS Task 12, Subtask 20, LCA Report, October, 2009(a).
ALSEMA, E.A.; FRANKL, P.; KATO, K. Energy pay-back time of photovoltaicenergy systems: present status and prospects. In: Presented at the 2nd WorldConference on Photovoltaic Solar Energy Conversion. Vienna, p. 6–10, July, 1998.
ANEEL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Disponível em:http://www2.aneel.gov.br/arquivos/PDF/RELATORIO%20BRASIL_IASC%202015.
ATLAS BRASILEIRO DE ENERGIA SOLAR. PEREIRA, Enio Bueno. MARTINS, Fernando Ramos. GONÇALVES, André Rodrigues. COSTA, Rodrigo Santos. LIMA, Francisco J. Lopes. RUTHER, Ricardo. ABREU, Samuel Luna. TIEPOLO, Gerson Máximo; PEREIRA, Silvia Vitorino. SOUZA, Jefferson Gonçalves. 2.ed. São José
dos Campos: INPE, 2017. 88p.: il. (E‐BOOK). ISBN 978‐85‐17‐00089‐8.
BECALLI, M; CELLURA, M; FINOCCHIARO, P; et al. Life cycle performanceassessment of small solar thermal cooling systems and conventional plantsassisted with photovoltaics. Solar Energy, 104, 93-102, 2014.
CRESESB. Centro de Referência para as Energias Solar e Eólica Sérgio de S.Brito.Disponível em: http://www.cresesb.cepel.br/index.php#data.
DAS, A.; BALAKRISHNAN, V. Sustainable energy future via grid interactiveoperation of spv system at isolated remote island. Renewable and SustainableEnergy Reviews, 16, 5430 – 5442, 2012.
DONES, R.; FRISCHKNECHT, R. Life-cycle assessment of photovoltaicsystems: results of swiss studies on energy chains. Progress in PhotovoltaicsResearch and Applications. 6, p. 117–25, 1998.
DUFO-LÓPEZ, R.; ZUBI, G.; FRACASTO, G. V. Tecno-economicassessment of anoff grid PV-powered community kitchen for developing regions. Applied Energy, 91, 255-262, 2012.
74
EPA - Environmental Protection Agency. Renewable Portfolio Standards. US.Available. Disponível em: http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/UniqueKeyLookup/SHSU5BVPC6/$File/renewablesportfoliostandards.pdf,2002. Acesso em:06 de outubro de 2017.FTHENAKIS, V. M.; ALSEMA, E. A. Photovoltaics energy payback times,greenhouse gas emissions and external costs: 2004 early 2005 status. Progressin Photovoltaics Research and Applications, 14, p. 275–280, 2006.
FTHENAKIS, V. M.; KIM, H. C. Photovoltaics: Life-cycle analysis. Solar Energy.85, 1609-1628, 2011.
FTHENAKIS, V.; FRISCHKNECHT, R.; RAUGEI, M.; KIM, H. C.; ALSEMA, E.;HELD, M. et al. Methodology guidelines on life cycle assessment ofphotovoltaic electricity. 2nd ed, IEA PVPS Task 12, International Energy AgencyPhotovoltaic Power systems Programme, 2009(b).
FTHENAKIS, V.; KIM, H. C.; FRISCHKNECHT, R.; RAUGEI, M.; SINHA, P.;STUCKI, M. Life cycle inventories and life cycle assessment of photovoltaicsystems. International Energy Agency (IEA) PVPS Task 12, Report T12-02, 2011.
GIL, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. – 4. ed. – 8. reimpr. – São Paulo:Atlas, 2002.
GOLDEMBERG, J. The promise of clean energy. Energy Policy, 34, 2185– 2190,2006.
IEA - International Energy Agency. Key World Energy Statistics OECD/IEA 2015, 9,rue de la Fédération, 75739 Paris Cedex 15, France, 2015. Disponível em:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/ KeyWorld2015 .pdf.Acesso em: 05 de outubro de 2017.
IEA - International Energy Agency. Technology roadmap solar photovoltaicenergy. Vision for PV deployment and CO2 abatement potential. IEA Publications,15, 8 - 14, 2010.
JAHN, U.; NASSE, W. Operational performance of grid-connected PV systemson buildings in Germany. Progress in Photovoltaics Research and Applications. 12,(6), p. 441–448, 2004.
JUNGBLUTH, N. Life cycle assessment of crystalline photovoltaics in the Swissecoinvent database. Progress in Photovoltaics Application and Research. 13, (5), p.429–446, 2005.
KALDELLIS, J. K.; ZAFIRAKIS, D.; KONDILI, E. Energy payback period Analysisof stand-alone photovoltaic systems. Renewable Energy, 35, p. 1444– 1454,2010.
KANNAN, R.; LEONG, K. C; OSMAN, R.; HO, H. K.; TSO, C. P. Life cycleassessment study of solar PV systems: An example of a 2.7 kWp distributed solar PV system in Singapore. Solar Energy, 80, p. 555–563, 2006.
75
KATO K.; MURATA A.; SAKUTA K. Energy pay-back time and life-cycle CO2emission of residential PV power system with silicone PV module. Progress inPhotovoltaics Research and Applications, 6, 105 – 115, 1998.
KNAPP, K.; JESTER, T. Empirical investigation of the energy payback time forphotovoltaic modules. Solar Energy. 71, (3), p. 165–172, 2001.KORONEOS, C.; STYLOS, N.; MOUSSIOPOULOS, N. LCA of multicrystalline silicone photovoltaic systems. The International Journal of Life Cycle Assessment,11, 129 - 136, (2006a).
KORONEOS, C.; STYLOS, N.; MOUSSIOPOULOS, N. LCA of multicrystalline silicon photovoltaic systems: application on an island economy. International Journal of Life Cycle Assessment. 11(3):183–188, (2006b).
LAKATOS, E. M., MARCONI, M. A. Metodologia científica. – 5. ed. – 2. reimpr. – São Paulo: Atlas, 2008.
MEIJER, A.; HUIJBREGTS, A. J.; SCHERMER, J. J.; REIJNDERS, L. Life-cycle assessment of photovoltaic modules: comparasion of mc-Si, InGaP and InGaP/mc-Si solar modules. Progress in Photovoltaics: Research and applications, 11, 275-287, 2003.
MICHEL, M. H. Metodologia e pesquisa científica em ciências sociais. São Paulo: Atlas, 2005.
MIKI, André Jun. 2015. Geração e o uso da energia fotovoltaica em comunidadeisolada no estado do Amazonas, com a abordagem do Ciclo de Vida.
MIKI, André Jun, at al. Guia para elaboração de trabalhos técnicos e científicos: projeto de pesquisa, monografias, relatórios entre outros trabalhos acadêmicos, conforme a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Cacoal: Biblioteca Central UNIR, 2017.
NAWAZ, I.; TIWARI, G.N. Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) systembased on macro and micro-level. Energy Policy. 34, 3144-3152, 2006.
OLIVER, M.; JACKSON, T. The market for solar photovoltaics. Energy Policy, v. 27, p. 371-385, 1999.
ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico. Histórico da Operação. Rio de Janeiro. http://www.ons.org.br/historico/,2009. Acesso em: 07 de outubro de 2017.
ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS PARA O DESENVOLVIMENTO INDUSTRIAL (ONUDI) - OBSERVATÓRIO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS PARA AAMÉRICA LATINA E O CARIBE – Energia e Mudança Climática. Programa deCapacitação em Energias Renováveis. 2013.
PALZ, W.; ZIBETTA, H. Energy pay-back time of photovoltaic modules. International Journal of Solar Energy. Francis & Taylor, 10, p. 211–216, 1991.
PALZ, W.; ZIBETTA, H. Energy pay-back time of photovoltaic modules.
76
International Journal of Solar Energy. Francis & Taylor, 10, p. 211–216, 1991.
PENG, J.; LU, Lin; YANG, H. Review on life cycle assessment of energy paybackand greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems. Renewable andsustainable energy reviews,19, 255-274, 2013.
REN – Renewable Energy Policy Network 21st Century. Renewables 2014 globalstatus report. Renewable Energy Network, 4, 47 - 50, 2014.
REN21 – Renewables 2016 Global Status Report. Paris, 2016. Disponível em:http://www.ren21.net/. Acesso em: 29 setembro de 2017.
SCHAEFER, H.; HAGEDORN, G.; HIDDEN. Energy and correlated environmentalcharacteristics of PV power generation. Renewable Energy, 2, p. 159-166,1992.
SHERWANI, A. F.; USMANI, J. A.; VARUN. Life cycle assessment of solar PVbased electricity generation systems: a review. Renewable and SustainableEnergy Reviews. 14, p. 540–564, 2010.
STOPPATO, A. Life cycle assessment of photovoltaic electricity generation.Energy, 33, 224-232, 2008.
SUMPER, A.; ROBLEDO-GARCÍA, M.; VILLAFÁFILA-ROBLES, R.; BERGAS-JANÉ, J.; ANDRÉS-PEIRÓ, J. Life-cycle assessment of a photovoltaic system inCatalonia (Spain). Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15, p. 3888–3896,2011.
SUNNY PORTAL. Disponível em: https://www.sunnyportal.com/FixedPages/Dashboard.aspx.
TIEPOLO, G. M.; CANCIGLIERI, O.; URBANETZ, J. Inserção da energiafotovoltaica na matriz elétrica do estado do Paraná:Análise do Potencial Produtivo.Revista SODEBRAS, v. 8, n. 87, mar. 2013.
TRAVERSO, M.; ASDRUBALI, F.; FRANCIA, A.; FINKBEINER, M. Towardslife cycle sustainability assessment: an implementation to photovoltaicmodules. The International Journal of Life Cycle Assessment, 17, 1068-1079, 2012.
TURCONI, R.; BOLDRIN, A.; ASTRUP, T. Life cycle assessment (LCA) ofelectricity generation technologies: Overview, comparability and limitations.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 28, 555 – 565, 2013.
UNDP - United Nations Development Programme. Decade of Sustainable Energyfor All 2012. Disponível em: http://www.undp.org/content/undp/em/home/ourwo rk/environmentandenergy/focus_areas/sustainable-energy/2012-sustaiable-energy- for-all.html. Acesso em: 11 de outubro de 2017.
WILD-SCHOLTEN, M. J.; Energy payback times of PV modules and systems. In:Workshop Photovoltaik-Modultechnik. Köln, 26–27, 2009.
77
WILSON R, YOUNG A. The embodied energy payback period of photovoltaicinstallations applied to buildings in the UK. Building and Environment, 4, 299–305, 1996.
YANG, D.; LIU, J.; YANG, J.; DING, N. Life-cycle assessment of China's multi-crystalline silicon photovoltaic modules considering international trade.Journal of Cleaner Production. 94, 35 – 45, 2015.
78
APÊNDICES
79
Apêndice A
Ao proprietário da residência que será base dessa pesquisa serão feitas asseguintes perguntas:
1 - O que levou você escolher o sistema fotovoltaico mesmo com a existência de uma rede elétrica convencional integrada ao SIN?
a) Questão Ambiental;b) Pela modularidade do sistema de geração fotovoltaica;c) Redução no custo da tarifação de energia elétrica;d) Sistema de geração eficiente;e) Todas as questões anteriores;
2 – Qual a perspectiva de economicidade pela penetração da geração fotovoltaica em relação a energia elétrica fornecida pela concessionaria Eletrobrás Rondônia:
a) Com a penetração de100% de geração fotovoltaica para a residência;b) Com a penetração de 80% de geração fotovoltaica para a residência;c) Com a penetração de 50% de geração fotovoltaica para a residência;d) Somente pensei na questão ambiental;
3 – Qual foi o fator principal na tomada de decisão para a aquisição de um sistema fotovoltaico de geração conectado a rede:
a) Por meio de empresas sediadas no município de Cacoal - RO;b) Através do proprietário da Neon Solarc) Em pesquisas de energia sustentável;d) Objetivo de implantação para redução do custo de tarifação praticado pelaconcessionaria de energia na cidade de Cacoal;e) Pela facilidade na integração da arquitetura predial da residência;
4 – Qual foi o principal benefício após a instalação do sistema fotovoltaico conectadoà rede:
a) Redução na tarifa em 80%;b) Redução na tarifa em 75%;c) Redução na tarifa em 60%;d) Redução na tarifa em 50%;e) Redução na tarifa em 35%;
80
Apêndice B
Ao proprietário da Neon Solar que será base dessa pesquisa serão feitas as seguintes perguntas:
1 - O que levou você escolher trabalhar com energia fotovoltaica:
a) Energia sustentável, o meio ambiente é meu principal foco de proteção;b) Devido representar um nicho de mercado pelo preço da alta tarifação deenergia elétrica praticado pela concessionária em relação a redução dos custosmostrados nos componentes eletroeletrônicos de geração fotovoltaica conectado arede;c) Questão econômica, somente pensei nos ganhos, minha lucratividade é o principal foco do meu trabalho;d) Quero andar junto com os novos métodos de energia sustentável;e) O sonho da energia sustentável sempre foi minha meta de vida;f) Nenhuma das alternativas anteriores;
2 - Qual sua perspectiva para o crescimento e expansão de mercado na venda e instalação dos sistemas de geração fotovoltaica no município de Cacoal – RO:
a) Pretendo atingir 30% da população Cacoalense;b) Pretendo atingir 15% da população Cacoalense;c) Pretendo atingir 5% da população Cacoalense;d) Não pensei em meta a ser atingida;e) Nenhuma das alternativas anteriores;
3 – Em relação ao sistema fotovoltaico conectado a rede:
a) Prefiro trabalhar com sistema isolado;b) Prefiro trabalhar com sistema Home Office para as residências atendendo a microrregião de Cacoal ;c) É o melhor sistema a ser trabalhado;d) Trabalho com ambos os sistemas sem restrição na escolha de um ou de outro;e) Minha meta é somente a lucratividade, trabalho com ambos os sistemas;
4 – A nível de Rondônia qual a perspectiva da empresa Neon Solar em expandir sua rede de clientes:
a) Em 10 anos atingir todo o estado com implantação do sistema fotovoltaico;b) Em 5 anos atingir a maior quantidade de municípios do estado;
81
c) Não temos perspectivas de crescimento elevado, já que o sistemafotovoltaico é novo e necessita de muito investimento por parte dos clientes;d) Trabalhamos conforme a demanda, não almejamos grandes expansões;
e) Nenhuma das alternativas anteriores;
82
83