Dimensionamento e Análise de Viabilidade Econômica de uma Usina

165 Pages·2015·6.79 MB·Portuguese

DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE
USINA FOTOVOLTAICA EM NOVA IGUAÇU – RJ

Guilherme Trindade Martins Moreira da Silva

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento

Rio de Janeiro
AGOSTO de 2015
DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE
USINA FOTOVOLTAICA EM NOVA IGUAÇU – RJ

Guilherme Trindade Martins Moreira da Silva

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA DO PETRÓLEO DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
ELETRICISTA.

Examinada por:

Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.
(Orientador)

Prof. Elkin Ferney Rodriguez Velandia, D. Sc.

Prof. Robson Francisco de Silva Dias, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO de 2015
ii
Trindade Martins Moreira da
Silva, Guilherme

Dimensionamento e Análise de Viabilidade Econômica
de Usina Fotovoltaica em Nova Iguaçu – RJ / Guilherme
Trindade Martins Moreira da Silva. – Rio de Janeiro: UFRJ/
Escola Politécnica, 2015.
XVII, 148 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso
de Engenharia Elétrica, 2015.
Referências Bibliográficas: p. 116.

1. Introdução. 2. Energia Solar Fotovoltaica. 3.
Componentes do Sistema Fotovoltaico. 4. Aspectos
Regulatórios Da Geração Fotovoltaica No Brasil. 5. O
Projeto. 6. Estimativas De Custo Do Investimento
(CAPEX). 7. Análise De Viabilidade. 8. Conclusão. I. do
Nascimento, Jorge Luiz. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro. III. Dimensionamento e Análise De
Viabilidade Econômica de Usina Fotovoltaica Em Nova
Iguaçu – RJ

iii
AGRADECIMENTOS

Primeiramente, agradeço ao meu querido orientador Jorge Luiz do Nascimento por
ter me dado a oportunidade de realizar este projeto sendo o seu orientando, por ter me
ajudado e, ao mesmo tempo, tido paciência com as minhas dúvida e acima de tudo, por ter
me apoiado.
Agradeço a Deus e aos meus pais pelo apoio e a inspiração que me foram dados
durante esses últimos longos anos.
Agradeço ainda aos professores que tive contato durante o curso de engenharia e da
Katia, uma excelente secretária sempre disposta a ajudar a todos.
Em especial, gostaria de agradecer a minha amiga Mariana de Luca, que me deu o
privilégio de sua companhia ao estudar ao meu lado, enquanto eu redigia este projeto.

iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE
USINA FOTOVOLTAICA EM NOVA IGUAÇU – RJ

Guilherme Trindade Martins Moreira da Silva

Agosto de 2015

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento

Curso: Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta um estudo sobre um dimensionamento de uma usina
fotovoltaico em uma área rural do município de Nova Iguaçu, na Região Metropolitana do
Rio de Janeiro, além de apresentar uma análise de viabilidade econômica considerando o
custo estimado e as variáveis projetadas.
Ao longo do estudo será feito o dimensionamento dos principais componentes do
sistema fotovoltaico, levando em conta considerações técnicas e econômicas. A parte de
viabilidade será baseada a partir das estimativas do custo total de implantação e operação,
no horizonte de tempo de 25 anos. Dessa forma, será realizada a projeção dos balanços e
demonstrativos de resultados anuais e, com os valores projetados, será feita uma análise em
cima do Fluxo de Caixa Descontado. Os critérios de avaliação empregados serão: o Valor
Presente Líquido, a Taxa Interna de Retorno e o período de Payback. Com isso, será possível
avaliar sobre o ponto de vista do investidor financeiro se o investimento é justificável ou
não.

Palavras-chave: Usina Solar fotovoltaica, Custo de Operação, Estudo de viabilidade
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.

SIZING AND ECONOMIC VIABILITY ANALYSIS OF A PHOTOVOLTAIC
PLANT IN NOVA IGUAÇU - RJ

Guilherme Trindade Martins Moreira da Silva

August 2015

Advisor: Jorge Luiz do Nascimento

Course: Electrical Engineering

This Undergraduate Project presents a study on a sizing of a photovoltaic plant in a
rural area of Nova Iguaçu, in the metropolitan area of Rio de Janeiro, besides presenting an
economic feasibility analysis considering the estimated cost and other variables designed.
Throughout the study, the main components of the photovoltaic system will be sized,
taking into account technical and economic considerations. The feasibility will be based on
the estimates of the total cost of implementation and operation, considering a timeline of 25
years. Thus, the projection of the annual results will be held and, with the projected values,
will be made an analysis using the Discounted Cash Flow. For the valuation criteria, it will
be use: the Net Present Value, the Internal Rate of Return and the Payback period.
Therefore, after the Cash Flow analyses, it will be possible to determine if the investment
is worth it or not from the point of view of financial investor.

Keywords: PV Plant, PV Plant Operational Cost, Feasibility study
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Localiazação da área destinada ao projeto ....................................................... 3
Figura 2 - Crescimento acumulativo da capacidade fotovoltaica [2] ............................... 4
Figura 3 - Distribuição da capacidade fotovoltaica instalada em 2012 [3] ...................... 5
Figura 4 - Potencial de energia solar no mundo. Fonte: [4] ............................................. 5
Figura 5 - Fatores que influenciam no valor da radiação solar ao entrar em contato com a
atmosfera. [5] .................................................................................................................. 10
Figura 6 - Potencial de energia solar no Brasil [7] ........................................................ 11
Figura 7 - Componentes da Radiação Solar. [8] ............................................................. 12
Figura 8 - Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado 23,45°, indicando
as estações do ano no hemisfério sul. [9] ....................................................................... 13
Figura 9 - Conjunto de ângulos que influenciam na incidência solar. [10] .................... 14
Figura 10 – Variação das posições de nascer e pôr-do-Sol ao longo do ano. [10] ......... 16
Figura 11 – Variação da altura máxima do Sol ao longo do ano. [10] ........................... 16
Figura 12 - Distância angular percorrida pelo Sol ao longo de um dia [10] .................. 17
Figura 13 - composição da célula solar fotovoltaica [11] .............................................. 18
Figura 14 - Participação por tecnologia fotovoltaica no mundo [5] ............................... 19
Figura 15 - Painel Fotovoltaico de Silício Monocristalino (a) e policristalino (b) [14] . 20
Figura 16 – Sistemas Isolados [9] .................................................................................. 22
Figura 17 – Sistemas conectados à rede ......................................................................... 23
Figura 18 – Símbolo elétrico de painel fotovoltaico ...................................................... 24
Figura 19 - Curva característica IxV [9] ......................................................................... 25
Figura 20 - Curva típica de potência versus tensão para a célula de silício monocristalino
[5] ................................................................................................................................... 26
Figura 21 - Efeito causado pela variação da intensidade da luz na curva característica IxV
[9] ................................................................................................................................... 27
Figura 22 - Efeito causado pela temperatura da célula na curva característica IxV [9] . 28
Figura 23 – associação em série [16].............................................................................. 29
Figura 24 – associação em paralelo [16] ........................................................................ 29
Figura 25 – Associação mista - Adaptado [15] .............................................................. 30
Figura 26 – Símbolo elétrico do Inversor ....................................................................... 30
Figura 27 – Díodos de bloqueio das fileiras, fusíveis de fileira e caixas de junção do
gerador [6] ...................................................................................................................... 33
Figura 28 – Operação de um diodo de desvio [9]........................................................... 34
vii
Figura 29 – Resumo dos componentes a serem dimensionados ..................................... 42
Figura 30 – Cálculo da área total através do Google Earth Pro ..................................... 43
Figura 31 - Posição da área do projeto em relação as estações de medição de irradiação
........................................................................................................................................ 44
Figura 32 – Placa HSPV235WP-54M do fabricante Shandong Hilight Solar [23]........ 48
Figura 33 – conexão em série dos painéis fotovoltaicos ................................................ 49
Figura 34 – Representação do arranjo fotovoltaico ........................................................ 50
Figura 35 – Exemplos de fixação de módulos fotovoltaicos no solo [25] ..................... 51
Figura 36 – Arranjo fotovoltaico e estrutura de fixação projetados ............................... 52
Figura 37 - Representação dos ângulos envolvidos no cálculo da projeção de sombras 53
Figura 38 – Dimensionamento da quantidade máxima de arranjos instalados ............... 55
Figura 39 – Modelagem da sala de equipamentos para o caso A ................................... 58
Figura 40 - Visão superior do terreno para o Caso A ..................................................... 58
Figura 41 – Modelagem da sala de equipamentos para o caso B ................................... 59
Figura 42 - Visão superior do terreno para o Caso B ..................................................... 59
Figura 43 - Caixa de controle - fabricante Ingeteam [26] .............................................. 60
Figura 44 - Representação da conexão da Caixa de controle com o Arranjo fotovoltaico
........................................................................................................................................ 61
Figura 45 – Inversor Ingecon Sun Power 110TL B220 [28] .......................................... 64
Figura 46 - Inversor Ingecon Sun PowerMax 500T U X480 [29].................................. 66
Figura 47 - Interligações no Inversor Power TL [28] ..................................................... 68
Figura 48 - Interligações no Inversor PowerMax T U [29] ............................................ 68
Figura 49 – Representação dos 4 QGBTs empregados no Caso A ................................ 69
Figura 50 - Representação do QGBT empregado no Caso B ......................................... 70
Figura 51 – Transformador a seco Geafol do fabricante Siemens [30] .......................... 71
Figura 52 – Exemplo transformador ZILMER 5MVA [31] ........................................... 72
Figura 53 – Diagrama unifilar do projeto – CASO A .................................................... 75
Figura 54 – Diagrama unifilar do projeto – CASO B..................................................... 75
Figura 55 - Gráfico da geração esperada no ano ............................................................ 78
Figura 56 – Preços e taxa dos títulos públicos disponíveis no Tesouro Direto [44] .... 102
Figura 57 – Lucro Líquido, 50% do CAPEX financiado e Tarifa de R$ 273,35 ......... 112
Figura 58 - Fluxo de Caixa dos Ativos, 50% do CAPEX financiado e Tarifa de 273,35
...................................................................................................................................... 112
Figura 59 - Geração de Caixa (50% do CAPEX financiado e Tarifa de R$273,35) .... 113
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Níveis de tensão considerados para conexão de centrais geradoras - PRODIST-
ANEEL [21] ................................................................................................................... 39
Tabela 2 – Proteções mínimas em função da potência instalada - PRODIST- ANEEL
Adaptado [21] ................................................................................................................. 40
Tabela 3 – Dados de radiação diária média mensal em kWh/m2dia das cidades mais
próximas ao terreno em Nova Iguaçu [22] ..................................................................... 45
Tabela 4 - Valor do vetor normal para cada mês do ano ................................................ 46
Tabela 5 - Radiação diária média mensal em kWh/m².dia em Nova Iguaçu. ................ 47
Tabela 6 - Modelos fotovoltaicos considerados ............................................................. 47
Tabela 7 – Dados principais do painel HSPV235WP-54M [23] .................................... 48
Tabela 8 - Memória de Cálculo das grandezas do Arranjo fotovoltaico ........................ 50
Tabela 9 - Resumo das configurações da modelagem ideal (inicial) ............................. 55
Tabela 10 - Resumo das configurações da modelagem 3d ............................................. 57
Tabela 11 - Informações técnicas da Caixa de Controle [25]......................................... 61
Tabela 12 - Resumo do componentes após o dimensionamento dos Inversores. ........... 67
Tabela 13 - Resumo do componentes após o dimensionamento do QGBT ................... 70
Tabela 14 - Resumo do componentes após o dimensionamento dos Transformadores . 73
Tabela 15 – Perdas de um sistema fotovoltaico conectado à rede - Adaptado [32] ....... 77
Tabela 16 - Preço do inversor, painel solar e Caixa de controle segundo revendedores 80
Tabela 17 - Preços nacionalizados para os inversores e módulos fotovoltaicos importados
- Adaptado [20] ............................................................................................................... 81
Tabela 18 – Preço dos transformadores .......................................................................... 82
Tabela 19 – Projeção de custos de acordo com a capacidade do SF - ABINEE [20] .... 82
Tabela 20 – Interpolação linear dos custos projetados ................................................... 83
Tabela 21 – Custo total da instalação ............................................................................. 83
Tabela 22 – Representação do DRE projetado ............................................................... 85
Tabela 23 – Valores históricos IGPM - [35] .................................................................. 87
Tabela 24 – Impostos sobre Venda e Lucro Líquido - Adaptado [36] ........................... 88
Tabela 25 - Depreciação Contábil dos bens envolvidos - adaptado [42] ....................... 92
Tabela 26 – Representação inicial do Fluxo de Caixa dos Ativos ................................. 97
Tabela 27 – Valores históricos LIBOR EUR 12M - [43] ............................................... 98
Tabela 28 – Preço dos Inversores ................................................................................... 98
Tabela 29 - Depreciação dos novos inversores .............................................................. 99
ix
Tabela 30– Memória de cálculo do Beta ...................................................................... 104
Tabela 31 – WACC calculado para as diferentes linhas de crédito .............................. 105
Tabela 32 – Fundo Clima - Analise dos resultados ...................................................... 109
Tabela 33 – Financiamento Direto - Analise dos resultados ........................................ 110

x