O Estudo de viabilidade para electrificação da Sede do Posto Administrativo de Iuluti, no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula através de sistema de mini-rede fotovoltaica.

Resumo

Nos últimos anos a questão da busca por fontes alternativas e renováveis de produção de energia elétrica, já não é uma barreira para mundo e foi superada pelos países. Nestes últimos tempos o estudo da eficiência energética e qualidade no fornecimento de energia elétrica vêm aumentando significativamente, e, embora a energia também possa obter-se através de fontes diferentes, a existência do sistema solar está condicionada pela disponibilidade do recurso que pode obter-se em várias épocas, porém, o presente trabalho tem como o principal objetivo analisar a viabilidade econômica e financeira para implantação de um projeto de sistema fotovoltaico para eletrificação da Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula. Foram feitas várias análises de viabilidade do local, nas quais foram coletados dados para a confecção do projeto, tais como o levantamento da demanda, a área a ser explorada na implantação do projeto, possíveis locais de sombreamento e a mão-de-obra sazonal disponível no local. Porém, um dos fatores que mais influência na dificuldade de uma maior popularização desse tipo de energia solar é o elevado custo para a sua aquisição. Porém, é necessário que se institua algum tipo de subsídio que pode ajudar a desenvolver esta tecnologia. O trabalho tem como delimitação, o estudo para fornecimento de energia elétrica para a Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula. A escolha deste local foi devido à atual situação que este se encontra e ao fato de ser uma comunidade em franco crescimento económico e vivendo a falta de energia elétrica. O que leva ao autor a analisar até que ponto essa atividade contribui para o melhoramento das condições de vida da população residente naquela Sede do Posto. É nosso desafio, realizar um projeto com equipamentos de baixo custo num sistema totalmente eficiente, devido às demandas do local e à baixa disponibilidade de recursos.

Palavra-Chave: Sistema fotovoltaico, Eletrificação, off-grid, Energia solar

Abstract

In recent years, the issue of the search for alternative and renewable sources of electricity production is no longer a barrier to the world and has been overcome by countries. In recent times, the study of energy efficiency and quality in the supply of electricity has increased significantly, and although energy can also be obtained from different sources, the existence of the solar system is conditioned by the availability of the resource that can be obtained. at various times, however, the present work has as main objective to analyze the economic and financial feasibility for the implementation of a photovoltaic system project for electrification of the Headquarters of the Administrative Post of Iuluti in the District of Mogovolas in the Province of Nampula.

Various site feasibility analyzes were carried out, in which data were collected for the design of the project, such as the survey of the demand, the area to be explored in the implementation of the project, possible shading locations and the available seasonal labor on site. However, one of the factors that most influences the difficulty of a greater popularization of this type of solar energy is the high cost for its acquisition. However, it is necessary to institute some kind of subsidy that can help to develop this technology. The work has as its delimitation, the study to supply electricity to the Headquarters of the Administrative Post of Iuluti in the District of Mogovolas in the Province of Nampula. The choice of this location was due to the current situation it is in and the fact that it is a community in rapid economic growth and experiencing a lack of electricity. Which leads the author to analyze the extent to which this activity contributes to the improvement of the living conditions of the population residing in that Headquarters?

It is our challenge to carry out a project with low cost equipment in a totally efficient system, due to the demands of the location and the low availability of resources.

Keyword: Photovoltaic system, Electrification, off-grid, Solar energy.

Introdução (TNR, 10pts)

O presente trabalho faz alusão a um Estudo de viabilidade para eletrificação da Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula, através de sistema de mini rede fotovoltaica.Pretende-se como presente estudo efetuar uma análise clara e profunda sobre o tema em referência, visto que a Sede do Posto Administrativo de Iuluti, uma localidade potencialmente económico e rica em recurso minerais, atualmente parte insignificante da população em número de vinte e dois se encontra a beneficiar de sistemas fotovoltaicos autónomos alocados pelo Fundo de Energia no longínquo ano de 2011, daí a necessidade de se alocar um sistema de mini rede fotovoltaica off-grid para suprir as necessidades de energia naquela localidade do Distrito de Mogovolas. De acordo com o Plano Mester da Eletricidade de Moçambique, a extensão da Rede Eléctrica Nacional para a eletrificação da Sede do Posto Administrativo só será concretizada a médio prazo. Importa realçar que a energia elétrica proveniente do sol foi aproveitada pela humanidade ao longo de toda sua história, que por sua vez, vem exercendo um papel fundamental para o desenvolvimento económico de um local ou comunidade. Através dela, são supridas necessidades básicas como: bombeamento de água, iluminação, e consumo em residências como fonte alternativa, entre outras. Com esta finalidade, distingue-se esta tecnologia fotovoltaica de geração, que será abordada ao longo do presente estudo e que consiste na conversão direta da luz em eletricidade. O trabalho tem como delimitação, o estudo para fornecimento de energia elétrica para a Sede do Posto administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas, Província de Nampula. A escolha desta Sede do Posto Administrativo deveu-se a atual situação que este se encontra e ao acentuado número de problemas que tem enfrentado por falta energia elétrica da Rede Nacional.

O País por sua vez possui vastos recursos energético de fontes renováveis, apresenta um clima tropical quente, com duas estações principais: a estação quente e húmida. A sua temperatura média anual é de 23 a 26ºC nas zonas costeiras e a precipitação é por volta de 1200mm por ano. (ATLAS MOÇAMBIQUE, 2012).

De todas as formas de energia alternativas renováveis que Moçambique dispõe (exceituando a hidráulica), a solar é a mais utilizada principalmente para atender às necessidades das populações rurais com sistema fotovoltaico isolados. (Santos et al, 2013:49).

Dado ao facto deste recurso não emitir poluentes na fase de operação e pelas vantagens que estas tecnologias apresentam, fez com que o autor focalize sua atenção para a energia solar fotovoltaica como uma alternativa eficaz para suprir as necessidades elétricas na Localidade supracitada, pós esta oferece muitos benefícios para as comunidades rurais localizadas longe da rede elétrica nacional (REN), em especial para infraestruturas escolares, sanitárias, comerciais, de agroindústria, entre outras.

Com a procura cada vez mais de energia associada a fraca cobertura da Rede Eléctrica Nacional, a nível dos Postos Administrativos e Localidades, o Governo de Moçambique tem apostado muito na expansão das fontes de energia renováveis para as zonas rurais e remotas como forma de impulsionar o desenvolvimento das comunidades. O estudo da viabilidade para implantação de sistemas de mini rede fotovoltaica, isto é, geração solar representa uma solução face a problemática da falta de energia na Sede do Posto Administrativo de Iuluti, que esta por sua vez tem enfrentado dificuldades nas prestações de serviços públicos.

A partir desta constatação levanta-se o seguinte problema: Quais os impactos sócios económicos podem ser causados em resultado da falta de energia eléctrica na Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula?

Objetivo Geral

Para Findla et al. (2006, p.15), “o objetivo geral relaciona-se diretamente ao problema”.

Porém, considerando que toda atividade humana visa atingir um dado objetivo, daí que o objetivo geral do presente estudo é:

i) Estudar a viabilidade técnica e financeira com vista a instalação de um sistema de mini rede fotovoltaica para eletrificação da Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas, na Província de Nampula.

Objetivos Específicos

São considerados para este estudo, os seguintes objetivos específicos:

i) Efetuar o estudo preliminar através do levantamento das cargas, renda junto da comunidade beneficiaria;

ii) Descrever as etapas do dimensionamento do projeto e caracterizar os equipamentos que irão compor o sistema;

iii) Promover estudos dos custos e benefícios envolvidos no seu aproveitamento; iv) Propor a instalação do sistema de mini rede fotovoltaica na localidade.

2. Matérias e Métodos (Metodologia)

2.1.1. Localização do Distrito de Mogovolas

O Distrito de Mogovolas está localizado na parte sul da Província de Nampula, confinado a Norte com os distritos de Meconta e Nampula, a Sul com os distritos de Angoche, Larde e Moma a Este com os distritos de Liúpo e Oeste com os distritos de Murrupula e Gilé, este último na Província da Zambézia.A superfície do distrito é de 4.728 km2 e a sua população está estimada em cerca de 350 mil habitantes. Com uma densidade populacional aproximada de 74 hab/km2, prevê-se que o distrito em 2020 venha a atingir os 593 mil habitantes.

2.1.1.2 Relevo e Solos

A maior parte da região apresenta temperaturas médias anuais superiores a 24°C. A temperatura elevada agrava consideravelmente as condições de fraca precipitação provocando deficiências de água. Climaticamente a região é dominada por climas do tipo semiárido e sub-húmido seco.

A precipitação média anual varia de 800 a 1200mm, enquanto a evapotranspiração potencial de referência (ETo) está entre os 1300 e 1500mm. A precipitação média anual pode, contudo, localmente e mais perto da zona de transição da R7 para a R8, por vezes exceder os 1500 mm, tornando-se o clima do tipo sub-húmido chuvoso. Em termos da temperatura média durante o período de crescimento das culturas, há regiões cujas temperaturas excedem os 25ºC, embora em geral a temperatura média anual varie entre os 20 e 25ºC. A R7 constitui a área de influência dos vales dos rios Mecúburi e Lúrio. A região em direção à costa apresenta um clima do tipo sub-húmido seco, onde a precipitação média anual varia entre 800 e 1000mm e, a temperatura média durante o período de crescimento das culturas excede os 25ºC (24 a 26ºC).

A evapotranspiração potencial é da ordem dos 1400 a 1600mm. O norte de Nampula (Namapa) apresenta valores médios anuais de precipitação mais baixos, entre os 600 e 800 mm. A baixa pluviosidade associada à temperatura elevada resulta numa deficiência de água crítica para a produção agrícola através da ocorrência de secas frequentes e subperíodos secos durante o período de crescimento.

Figura 1. Mapa de localização do Posto Administrativo de Luluti no Distrito de Mogovolas

Fonte: INE

2.2. Conceitos Fundamentais

Como os dados solares métricos variam de região para região, como consequência da variação da posição relativa do sol com um ponto de terra, então no desenvolvimento deste trabalho de monografia irá se ter em consideração alguns conceitos fundamentais:

Segundo, (NEUMANN, O. et al. 2012)

O estudo sobre a energia fotovoltaica vem desde 1839 quando Edmond Becquerel verificou que placas metálicas, de platina ou prata, mergulhadas num eletrólito, produziam uma pequena diferença de potencial quando expostas à luz. Mas somente em 1954 a primeira célula solar oficialmente apresentada foi na reunião anual da National Academy of Sciences e tinha eficiência de 6% (VALLÊRA, M.; BRITO, C, 2006). Atualmente os módulos fotovoltaicos presentes no mercado apresentam em média 15% de eficiência, variando de acordo com os aspectos construtivos de cada módulo.

2.2.1. Sistema Híbrido de Energia

Um sistema híbrido gera energia combinando duas ou mais fontes de energia diferentes. Os sistemas híbridos exibem maior flexibilidade e melhor aproveitamento dos recursos e, consequentemente, a possibilidade de minimizar custos de produção relativamente aos sistemas que utilizam apenas uma fonte de energia. Se os sistemas híbridos forem otimizados adequadamente, tornam-se mais rentáveis e confiáveis VALUANO, (2016) apudREHMAN et al., (2012); NEMA et al., (2009); DUFO-LÓPEZ et al., (2011).

2.2.2. Sistema fotovoltaico centralizado autónomo

Segundo PINHO et al (2004:258), Sistema fotovoltaico centralizado autônomo consiste no atendimento, mediante a energia solar, de domicílio individual, permitindo aos moradores beneficiados ampliar seu leque de atividades, incluindo educação, lazer e produção, dentre outras. Importa referir que, o ciclo de vida de uma central fotovoltaica consiste em dois períodos chave que são a fase de construção e a fase de operação e manutenção. Os principais equipamentos constituintes de uma instalação solar fotovoltaica são: Painéis solares fotovoltaicos; controladores de carga fotovoltaica; Banco de baterias; Estrutura de suporte; e inversores.

2.2.3. Eletrificação

Na ótica do autor, eletrificação é a instalação de um sistema, ou seja, a provisão de infraestruturas para o fornecimento de energia elétrica.

2.2.4. Rede elétrica

Na perspetivada autor, a Rede elétrica é uma rede interligada para entrega da eletricidade dos fornecedores aos consumidores. E esta por sua vez é dividida em três sistemas de operações: geração, transmissão e distribuição de energia.

2.2.5. Campo fotovoltaico

No entender do autor, Campo fotovoltaico é constituído por um conjunto de painéis fotovoltaicos que transformam a radiação solar em eletricidade e a sua respectiva estrutura de suporte. Inversores de CC/CA este dispositivo permite converter a energia em corrente contínua gerada pelo campo fotovoltaico em corrente alternada.

2.2.6. Sol

“Sol é a estrela de tamanho médio cuja distância em relação à terra vária devido à eletricidade orbita Terrestre”, de acordo com LOVSETH (1978, apud Melo, 2013:3)

2.2.7. Energia Solar

Segundo CEPEL (2008, apud Daniel, 2011:2) “Energia solar é o nome dado a qualquer tipo de captação de radiação proveniente do sol e posterior transformação em alguma forma utilizável pelo homem. É a fonte de quase todos os recursos energéticos da Terra”.

2.2.7. Energia Solar Fotovoltaica

Entende-se como sendo o processo de transformação de energia solar em energia elétrica feita através de células solares integradas em módulos ou painéis fotovoltaicos, designa-se por Energia Solar Fotovoltaica.

2.2.8. Sombreamento

De acordo com Barros (2011), “A projeção de sombras sobre um sistema fotovoltaico, possui um efeito significativo em relação à redução de sua eficiência, por isso, é feito o estudo de sombreamento no sistema fotovoltaico”.

2.2.9. Ângulo Horário

Segundo MESSENGER (2004) “Define-se então, o ângulo horário (ω), o qual seria um desvio angular cujo valor é nulo quando o horário solar local é meio-dia. Considerando que a cada hora a Terra gira 15º (equivalente a 360º/24)”.

2.2.10. Declinação solar

Segundo Barros (2011), “Declinação solar é a posição angular do sol ao meio-dia solar respeito ao Equador paralelo do astro. É um dos parâmetros necessários para o cálculo da posição do sol a qualquer hora do dia, em qualquer dia do ano”.

2.2.11. Intensidade Luminosa

Segundo Barros (2011), “Intensidade luminosa é a concentração de luz numa dada direcção específica, irradiada por segundos. E, é designada por letra I”.

2.2.12. Células Solares ou Células Fotovoltaica

Segundo Barros (2011), “Células solares são dispositivos capazes de transformar a energia proveniente do sol ou de outras fontes de luz em energia eléctrica”.

2.2.13. Modulo fotovoltaico

Segundo Barros (2011), “Módulo fotovoltaico é uma junção de células solares idênticas”.

2.2.14. Gerador Fotovoltaica

Segundo Barros (2011), “Gerador fotovoltaico é um conjunto de módulos fotovoltaico, composto de células solares”.

Normalmente produzem-se módulos formados por 36 células ligadas em série e cada célula é capaz de produzir 0,6V e uma corrente entre 1.5 a 4.5 A. Por isso é importante a conexão destas células para a produção de corrente e tensões suficientes para o uso eléctricos necessários.

2.3. Analise e Interpretação de Dados e Etapas

2.3.1. Preliminares do Dimensionamento

Partindo dos dados meteorológicos e de uma boa estimativa da demanda a ser atendida, o projetista dimensiona ou especifica cada um dos blocos, além dos demais componentes necessários à operação segura e confiável de cada subsistema em partícula. (PINHO et al, 2014)

Para o projeto em causa serão representadas as principais etapas para o dimensionamento do sistema, tendo em conta os seguintes aspectos:

2.3.2. Panorama e Avaliação do recurso solar Nacional

O primeiro passo para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico é a avaliação do potencial energético solar do local do projeto, que constitui a quantidade de irradiação global incidente sobre os módulos fotovoltaicos de forma que se possa calcular a estimativa de energia gerada.

Nem sempre o país apresenta dados históricos de irradiação disponíveis na forma que precisamos para utilizá-los no dimensionamento do sistema. Por isso, muitas vezes é necessário utilizar-se métodos de tratamento de dados que permitam estimar a (s) grandeza (s) de interesse. Consultando as fontes meteorológicas disponíveis já conhecidas e consagradas.

Figura2.Mapa de recursos energéticos em Moçambique

Fonte: Atlas de Energias Renováveis de Moçambique

Na obtenção de banco de dados solar métricos e de temperatura foram pesquisados no Instituto Nacional de Meteorologia de Moçambique (INAM). O INAM realiza medições através de suas estações costeiras e do interior, abastecendo os órgãos governamentais e de pesquisa através de seu banco de dados, o que torna os seus dados oficiais.

É facilmente observável que a maior incidência solar se dá justamente nos meses mais quentes do ano (novembro e dezembro) e os mais frios (entre Junho e Julho), onde provavelmente o consumo de energia será maior em altas temperaturas, como ilustra a tabela1 abaixo: os dados de radiação solar podem estar especificados em termos de fluxo de potência (valores instantâneos) ou energia (com diversos períodos de integração) por unidade de área. A forma mais comum de apresentação dos dados de radiação é através de valores médios mensais para a energia acumulada ao longo de um dia.

Segundo a INAM, o número de Horas de Sol Pleno para a zona em estudo, a região Norte Nampula, possui uma insolação de 5.4 h/dia. O número de horas em que a radiação solar deve permanecer constante e igual a 1kW/m2 (1000W/m2) de forma que a energia resultante seja equivalente à energia acumulada para o dia e local em questão, ao longo de um dado dia. Em seguida temos um cálculo do número de HSP para este caso, em que a irradiação é:

Tabela 1 acima : Irradiação total inclinada (HTOT) nas capitais provinciais de Moçambique

Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia (INAM, 2012)

2.4. Caracterização do Local em Estudo

Mesmo dentro de uma região com recurso solar uniforme, a escolha do local em que os painéis FV serão efetivamente instalados pode ser determinante de seu desempenho. A integração com elementos arquitetônicos e a presença de elementos de sombreamento ou superfícies reflexivas próximas podem afectar a eficiência de um sistema fotovoltaico. Também a capacidade de troca de calor com o meio, impacta a eficiência do painel.

Em regiões isoladas é mais provável que se encontrem superfícies livres, sem sombreamento e com fácil circulação do ar como o caso do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas, existem campos vastos e livres com formação do solo aproveitável para implantação desses sistemas.

Tal como a Cidade de Nampula, este distrito apresenta umas temperaturas mais baixas que se registam durante os meses de abril, maio e junho, e as mais quentes durante Outubro, Novembro. Os tais elementos de sombreamento existentes nesta região irão influenciar em algum momento na incidência da radiação e no desempenho do sistema, pois aspectos como inclinação e orientação geográfica do painel são bastantes relevantes nessas regiões (instalações rurais).

2.5. Escolha da Configuração

A escolha é baseada nas características da carga e na disponibilidade de recursos energéticos segundo PINHO etal (2004, 302).

O projeto é dimensionado com base num sistema isolado (off-grid):Esse tipo de sistema tem como fonte de energia somente o sol e permite alimentar cargas tanto em momento em que há geração, como momentos em que não há geração. Para isso, o excedente de energia gerada é armazenado em baterias, que tem a função de fornecer energia para a carga quando a geração fotovoltaica for insuficiente ou inexistente, como por exemplo à noite, e também de manter a estabilidade no fornecimento de energia. Para preservar a vida útil da bateria e não a deteriorar, em grande parte desses sistemas utiliza-se um controlador de carga que parametrize a energia gerada nos níveis suportados pela bateria. Além disso como a bateria armazena energia em corrente contínua, é necessário utilizar um conversor corrente contínua – corrente alternada – CC-CA caso se deseje alimentar cargas em corrente alternada.

O dimensionamento adequado desta geradora de energia eléctrica através de fonte renovável, e a utilização de uma estratégia de operação que optimize os recursos disponíveis, tem como objectivo minimizar ou eliminar a utilização do grupo gerador a diesel que muita das vezes o país utiliza para o fornecimento de energia eléctrica nas zonas rurais onde não chegou a rede nacional, diminuindo os custos de operação e ocasionando um menor custo das visitas de manutenção.

2.6. Levantamento da demanda e do consumo de energia eléctrica

A base do dimensionamento no caso de sistemas fotovoltaicos isolados (SFIs) é entender que o sistema deve gerar mais electricidade do que o limite estabelecido para consumo. Deve-se definir um período de tempo e a produção de electricidade neste período deve ser maior do que a demanda eléctrica a ser atendida. Isto deve se repetir nos períodos subsequentes, (PINHO et al, 2014).

A especificação do valor de potência dos equipamentos a serem utilizados pelo sistema é obtida através de dados fornecidos pelo catálogo ou placa do próprio fabricante, independentemente do tipo de alimentação.

Para calcular o consumo médio de energia (W.h) de um equipamento de acordo com o seu hábito de uso, utilizou-se a seguinte Equação:

Onde: Cdiário (kWh) – consumo médio diário; Pe (W) – potência nominal do equipamento (manual do fabricante ou placa); Q – quantidade do equipamento; eNd (h/dia) – número médio de horas diárias de utilização do equipamento.

Capacidade de Produção do Sistema

Tabela 2: Levantamento de demanda.

Fonte: Autor do Trabalho

Capacidade de Produção do SistemaS=P/FP

Onde: Sistema; Potência e Fator de Potência.

S=P/FP   =  88.800W/0,8  =111kW

Atendendo o fator de margem para esse caso, o sistema de mini rede fotovoltaica da Sede do Posto Administrativo de Iuluti será calculado para uma capacidade de geração de energia de 115kWp, para atender o consumo conforme a demanda. Tabela 3: Representação do consumo diário

Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia (INAM, 2012)

2.6.1. CÁLCULO DE NECESSIDADE DE GERAÇÃO DE ENERGIA DE ACORDO COM AS HORAS DE INSOLAÇÃO

Por definição, o número de horas o Sol pleno para este caso é dado pela fórmula:

A zona em estudo é região Norte de Nampula e possui uma insolação de 5.4h/dia.

2.6.2. Montagem de Sistemas de Geração FV por Categoria das Cargas

a) Residências Singulares

Segundo o mapa de levantamento de carga em residências singulares, a potência instalada é de 76,2kW.

• Necessidade de Geração – Módulo FV

Neste caso a necessidade de geração por horas de sol é dada pela Equação:

Neste caso, serão necessários 14,1kW/h para satisfazer a demanda das residências singulares.

2.6.2.1. Quantidade de Painéis Solares

Neste caso a quantidade de painéis solares, como é achada através da Equação:

2.6.2.2. Verificação de Rendimento de sistema FV – Geração Instalada

Como a geração instalada é dada pela Equação]:

• Controlador de Carga

Como a capacidade de controlador de carga é dada pela Equação:

2.6.2.3. Quantidade de Controlador de Carga

Neste caso a quantidade de controlador de Carga é calculada pela Equação [6]

2.6.2.4. Rendimento de controlador de carga

Sendo assim, o rendimento do controlador é dado pela

• Inversor CC – CA

2.6.2.5. Demanda Máxima do Inversor

A demanda máxima é dada pela Equação:

Sendo assim, considerando o fator da demanda igual a 0.9 e o fator de potência igual a 0.8 a demanda será:

2.6.2.6. Potencia Mínima do Inversor

A fim de garantir uma maior eficiência do nosso inversor e também uma reserva estratégica, o ideal seria que o ponto de operação do nosso inversor de onda senoidal seja sempre inferior a 80%. Assim, a potência do inversor é dada pela

Quanto ao número dos inversores necessários é dada pela

No entanto, serão necessários 8 Inversores Tripower (trifásicos) de 15kW, para suprir a demanda de consumo nas horas de pico, dado que, referimo-nos de uma mini central solar off- grid.

Assim, a capacidade instalada do inversor é achada recorrendo a Equação:

2.6.2.7. Verificação de Rendimento do Inversor

Assim, a verificação de rendimento do inversor é dada pela

2.6.2.8. Banco de Baterias

Normalmente a capacidade nominal da bateria é dada pela Equação [14]: Onde: Capacidade nominal da bateria. substituindo os valores temos:

2.6.2.9. Quantidade de Baterias

Neste caso a quantidade de baterias necessárias é dada pela

Assim sendo, a capacidade instalada do banco de baterias é dada pela Equação:

2.6.2.10. Verificação de Rendimento de Baterias

A capacidade do banco de baterias a instalar é dada pela

2.3. Montagem do Sistema de Mini-Rede Fotovoltaica Centralizado Off-Grid

Segundo o mapa de levantamento de cargatotal na Sede do Posto Administrativo de Iuluti é de 88,8kW, atendendo o factor de crescimento local, da-se uma margem de projecção de 30%, situando-se a carga para 115kW.

• Necessidade de Geração – Módulo FV

Neste caso a necessidade de geração por horas de sol é dada pela Equação[2], substituindo os valores temos: NG="115000Watts/dia" /"5.4 horas de sol/dia" =21.296,29"W/h" . Neste caso, serão necessários 21,3kW/h para satisfazer a demanda de todas infraestruturas a beneficiarem do sistema de Mini-rede fotovoltaica centralizado off-grid.

2.3.1. Quantidade de Painéis Solares

Neste caso a quantidade de painéis solares, é dada pela Equação, substituindo os valores temos: Qp="115000Watts/h" /"240W" =479,16 Painéis==> 480 Painéis solares, neste caso para satisfazer a demanda será necessária a instalação de 480 Painéis solares.

2.3.4. Verificação de Rendimento de sistema FV – Geração Instalada

Como a geração instalada é dada pela Equação, substituindo os valores temos:

G_i=480×240=115200W/h ==>115,2kW

Sendo assim, o rendimento do painéis solar é dada pela Equação, substituindo os valores temos: n_p=(115200W/h)/(21.296,3W/h)=5,409 Logo, leva-nos a uma reserva de 9%.

• Controlador de Carga

Como a capacidade de controlador de carga é dada Equação, substituindo os valores temos: I_C="115200W/h" /"48V" =2400A

2.3.5. Quantidade de Controlador de Carga

Neste caso a quantidade de controlador de Carga é calculada pela Equação, substituindo os valores temos: Q_c="2400A" /"85A" =28,23 Controladores de 85A.

De acordo com o fabricante de equipamentos SMA, escolhido para presente projeto, leva-nos a concluir que serão necessários 4 inversores de painéis solares SUNNY TRIPOWER 15000W.

Como a capacidade de controlador instalada é dada pela Equação, substituindo os valores temos: C_i=28×85=2380A

2.3.6. Rendimento de Controlador de Carga

Sendo assim, o rendimento do controlador é dado pela Equação, substituindo os valores temos: n_C=2380/2400=0,991 Logo, leva-nos a uma reserva de 9,1%.

• Inversor CC – CA

2.3.7. Demanda Máxima do Inversor

Substituindo os valores na Equação, e considerando os fatores de demanda igual a 0.9 e o fator de potência igual a 0.8, a demanda máxima do inversor será:

D_"máx" =0.9×("115000" W)/0.8=129.375kW

2.3.8. Potência Mínima do Inversor

Substituindo os valores na Equação, e considerando a eficiência do inversor em 80%, temos: P_Min=129,375kW/0.8=161,718kW

Substituindo os valores na Equação [12], quanto ao número dos inversores necessários temos:〖Nº〗_Inv=(161.718 W)/(15000 W)=10,78≈11

No entanto, serão necessários 12 inversores de Baterias SUNNY ISLAND de 6000W, para suprir a demanda de consumo nas horas de pico, dado que nos referimos de uma minicentral solar fotovoltaica off-grid.

Assim, a capacidade instalada do inversor é dada pela Equação, substituindo os valores temos: P_i=11×15000=165000W.

2.3.9. Verificação de Rendimento do Inversor

Assim, a verificação de rendimento do inversor é dada pela Equação, substituindo os valores, o rendimento do inversor será: n_i=165000W/161718W=1,0202  Logo, leva-nos a uma reserva de 2,02%.

• Banco de Baterias

Normalmente a capacidade nominal da bateria é dada pela Equação, substituindo os valores capacidade nominal da bateria será: 〖In〗_B=2400x 5.4h=12960Ah.

2.3.10. Quantidade de Baterias

Neste caso a quantidade de baterias necessárias é dada pela Equação, substituindo os valores temos: Q_B=12960Ah/2500Ah=5,18  Bateria ==> 5 Banco de baterias de 2500Ah.

sendo, a capacidade instalada do banco de baterias é dada pela Equação, substituindo os valores temos: C_BI=5 x 2500Ah=12500Ah.

Verificação de Rendimento de Baterias

A capacidade do banco de baterias a instalar é dada pela Equação, substituindo os valores o rendimento de baterias será: η_B=12500Ah/12960Ah=0,96 Logo, leva-nos a uma reserva de 6,4%.

Tabela 4: Mapa de análise de equipamentos para o Sistema Centralizado Off-Grid

2.4. Secção dos Condutores

Pela corrente de serviço: Pela teoria de circuitos e Instalações eléctricas a corrente de serviço é expressa pela equação:

Corrente monofásico e/ou DC: Is=P/U ; Corrente Trifásica: Is=P/(√3 U)

Onde: P – Potência Nominal terminal da instalação [W ou Wp], U - Tensão Nominal terminal da instalação [V].

a) Queda de Tensão

Para o cálculo da secção do condutor pelo critério de Corrente do Curto-circuito e dado pela Fórmula:

S=(mρ×I_s xL)/UxΔU

Onde: m - número de fases; L – Comprimento de circuito [m]; - Resistividade do material condutor; e, - Queda de tensão.

b) Corrente Curto-circuito: Para o cálculo da secção do condutor pelo critério de Corrente do Curto-circuito e dado pela Fórmula:

S=(Icc×√t)/k

Onde: m - número de fases; k – Constate de material; e, t – Tempo de duração de curto-circuito.

c) Dispositivo de Proteção

As características de funcionamento dos aparelhos de proteção contra sobre intensidade devem satisfazer simultaneamente a seguinte condição: I_f≤1.45I_zc

• módulos fotovoltaicos

2.5. Determinação de Secção do Condutor pela Corrente de Serviço

Tendo o valor da Corrente de Serviço Is vamos a Tabela consultar a secção igual o superior a corrente de serviço Is.

Is=P/U=250/24=10,42A

Mais detalhes vide o Anexo 7: Tabela das Secções dos Cabos com capacidade de condução de corrente.

Dados da tabela em anexo esse caso temos:

Logo, pela corrente de serviço teríamos de usar condutor de 2x10mm2

2.6. Determinação de secção do condutor pela queda de tensão

Comprimento do Painel ao Barramento será de 11metrosou mais, dependendo das condições de instalação do sistema e ΔU = 3%,

Para Alumínio Temos: ρ= 0,022 ==>S=(2×0,022×10.42×11)/(24×3%)=7→S≈10mm^2

Para Cobre Temos: ρ= 0,022==>S=(2×0,017×10.42×11)/(24×3%)=5.4≈6mm^2

2.7. Determinação de secção pela corrente de curto-circuito

Para o cálculo da corrente do curto-circuito no barramento é dada pela equação:

Conclusão: será usado o cabo de cobre 2x10mm2 Determinação de dispositivos de proteção – Fusíveis

Dados tabelados

2.8. Proteção, Controle e Outros Sistemas Auxiliares

Segundo GROTH (2003), o objectivo é enumerar os componentes que proporcionam o funcionamento coreto e seguro, para equipamentos e operários de uma usina de geração fotovoltaica.

2.9. Aterramento e Sistemas de Proteção

A proteção dos módulos fotovoltaicos contra descargas atmosféricos deve ser extremamente eficiente, pois um arco eléctrico em corrente contínua não se extingue como em CA quando a curva senoidal cruzar o eixo zero, podendo ocasionar danos aos sistemas e provocar até mesmo incêndio.

3.Disjuntores e Fusíveis

São dispositivos capazes de provar simultaneamente protecção contracorrentes de sobrecarga e contracorrentes de curto-circuito. Esses dispositivos de protecção devem poder interromper qualquer sobre corrente inferior ou igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto em que o dispositivo for instalado.

4. DADOS ESTATÍSTICOS DA MONOGRAFIA

4.1. Universo ou População

Segundo Marconi & Lakatos (2001:43), “o universo ou população é um conjunto de seres animados ou inanimados que apresentam pelo menos uma característica em comum”. Para o presente trabalho, constituiu universo de pesquisa as todas famílias residentes na Sede do Posto Administrativo de Iuluti no Distrito de Mogovolas na Província de Nampula.

4.2. Amostra

Segundo Silva & Menezes (2001:32) “Amostra é parte da população ou do universo, selecionada de acordo com uma regra ou plano. A amostra pode ser probabilística e não probabilística”.

Assim, para o presente trabalho tem como amostra as famílias interessadas em beneficiar de ligação da energia a ser produzida pelo sistema de minirede fotovoltaica.

4.3. Hipóteses de Problema

Para MARCONI e LAKATOS (1990:30) “Hipótese é uma suposição que antecede a constatação dos factos e tem como características numa formulação provisória que deve ser testada para determinar a sua validade e sempre conduz a verificação empírica”.

Assim sendo, o autor destaca a seguinte hipótese:

i) Implantação de sistema de mini rede fotovoltaica isolada (off-grid);

3. Resultados (ou Resultados e Discussão)

Durante a visita de campo constatou-se que o distrito de Ilute encontra-se com falta de corrente elétrica devido a falta de fundos para a instalação de corrente, assim como a falta de concessionarias de distribuição de energia para se instalar no distrito. Consequentemente a falta de energia abrange diretamente vários sectores em prejuízo visto que o distrito tem um potencial económico bastante rico. A População local muita das vezes é tem feito o uso através de um gerador de corrente alternada, o que não faculta o bom funcionamento da mesma alem de ser agente poluente do meio ambiente.

Segundo VALUANO, V. (2012)

A energia solar fotovoltaica é a energia elétrica obtida a partir da luz solar. Esta modalidade de energia é produzida a partir do efeito fotoelétrico realizado pelos painéis solares fotovoltaicos. Estes absorvem os fotões e liberam os eletrões, que geram a corrente elétrica. A geração de energia fotovoltaica pode ocorrer de duas formas: através de uma central ou em sistemas residenciais para autoconsumo. Na primeira, a energia elétrica gerada nas centrais é enviada à rede de transmissão. Já na segunda, a eletricidade é produzida na própria casa do consumidor, sendo suficiente para suprir as suas necessidades.

4. Conclusões

Com base nas abordagens dadas ao longo do desenvolvimento do presente trabalho, conclui-se que na busca dessa qualidade de energias renováveis, foi feito um estudo com base nos dados levantados durante o estudo, que levou o autor a fazer um estudo do sistema fotovoltaico como fonte alternativa a fim de suprir com o défice da energia eléctrica.

O estudo discreto deste trabalho, possibilitou o conhecimento acerca da energia renovável especialmente a fotovoltaica, o local da implementação do projeto, os impactos ambientais, sistema de aterramento, equipamentos de proteção para transporte de energia eléctrica na operação da linha, bem como são dimensionados para o seu uso quotidiano.

Para que fosse elaborado este trabalho de pesquisa, foi necessário realizar uma série de visitas técnicas aos ambientes que apresentam os equipamentos de transporte de energia eléctrica especificamente os equipamentos de Média Tensão, estágios em empresas de transmissão de corrente eléctrica, até mesmo a recolha de dados na instituição que trabalha diretamente com energia renováveis.

Com relação ao ambiente, na geração de energia eléctrica a partir do aproveitamento solar apresenta como principal vantagem a ocorrência de poucos impactos sócio ambientais. Comparativamente às outras fontes, ela apresenta impactos sócio ambientais geralmente de baixa magnitude. Durante a geração de energia não ocorre a emissão de poluentes como o material particulado, e tampouco gases de efeito estufa como o CO2, CH4 e N2O, fato que agrega benefícios ao meio ambiente, em escala local e global. Porem, o uso do solo, a alta flexibilidade no local da instalação de usinas fotovoltaicas permite a sua implantação em variados locais, inclusive com aproveitamento de instalações existentes, como cobertura de edifícios, no solo, entre outros.

Sob o ponto de vista socioeconómico, há geração de novos empregos e de renda em regiões de baixo desenvolvimento económico é relevante, pois as obras de implantação mobilizarem um contingente considerável de trabalhadores durante a construção.

Sugestões

Atendendo o fator custos elevados de manutenção dos sistemas fotovoltaicos autónomos individuais comparativamente com reduzido custo de manutenção e facilidades de assistência, associado a não limitação das cargas no uso da energia gerada em um sistema centralizado, o autor sugere a eletrificação da Sede do Posto Administrativo de Iuluti com recurso a um sistema de Mini Rede Fotovoltaica Centralizado isolado off-grid.

• Na implantação do projeto sugere-se o aproveitamento de recursos locais de mão-de-obra, materiais e disponibilidade de equipamento de construção para tornar a obra o mais económica possível.
• Identificar os principais equipamentos e componentes utilizados em sistema fotovoltaico e as etapas do dimensionamento do projeto;
• Promover estudos dos custos e benefícios envolvidos no seu aproveitamento;
• Durante a operação da linha da concessionária deve se criar um método de um plano de manutenção de linhas principalmente a manutenção preventiva, que evita a ocorrência de falhas e acidentes e do campo fotovoltaico.
• Ao executar o projeto deve ser tal como foi dimensionado caso haja qualquer alteração deve ser consoante os cálculos, para não por em causa o bom funcionamento do sistema tanto na geração assim como na distribuição a rede consumidora.
• É de relevância importância frisar que durante a operação do sistema, deve-se informar a comunidade local de como funciona o sistema.

Agradecimentos

A elaboração deste artigo cientifico não foi marcada pela facilidade e nem pode ser admirada pelo tempo de execução, não imagino se quer como poderia ter sido possível sem a colaboração de pessoas e entidades que não cabem enumerar neste espaço;

Mas contundo agradeço à Deus, pelo dom da vida e por todo amor, graça e misericórdia a mim demonstrados.

Referências

• FUNAE. Atlas de Energias Renováveis de Moçambique. Estoril, 25 de Junho de 2015: p.13-18.
• BARBOSA, R. et al. Avaliação dos níveis de coliformes em água de viveiros de tilápias utilizadas para a irrigação do tomate cereja. Horticultura brasileira, v.20, n.2, Suplemento 2, julho. 2002.
• BELLO, J. Metodologia Científica: Manual para Elaboração de Textos Académicos, Monografias, Dissertações e Teses .Rio de Janeiro. 2007.
• SANTANA, Felippe Souza. Projeto de um sistema de geração fotovoltaica para UFRJ. Rio de Janeiro, julho 2014.
• LUQUE, António, HEGEDUS, Steven. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley and Sons, 2003.
• VALUANO, V. (2012) Estudo de viabilidade para implantação de um sistema híbrido de energiaeólica-fotovoltaico no Instituto Federal Fluminense de Macaé. Rio de Janeiro, Brasil.
• CEPEL – CRESESB, grupo de trabalho de Energia Solar – GTES. Manual de engenharia para Sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro, 2008.