TCC - Engenharia de Energia

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia de Energia

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Influence of Operating Temperature on the Performance of Photovoltaic Solar Tile (BIPV) for the Western Region of Paraná
(2019-07-05) Becerra Díaz, Cristóbal Alfredo; Ando Júnior, Oswaldo Hideo
The efficiency of photovoltaic solar cells decreases linearly with increasing temperature, fundamentally due to the increase in the concentrations of the charge carriers, causing fluctuations in the operating temperature and consequently in the photovoltaic conversion process, affecting the efficiency of the cell. In this paper, a study is presented on the phenomenon of temperature decrease applied in integrated photovoltaic cells - also called Building Integrate Photovoltaics - dimensioned on a photovoltaic solar tile with an superimposed photovoltaic arrangement model, in conditions of simulation of Standard Test Conditions for 1000 W/m2 irradiation, for maximum and minimum Summer temperatures of Foz do Iguaçu during 2017-2018. The simulation was performed with Comsol Multiphysics® software and used as a constituent material of the photovoltaic solar tiles Concrete, Polypropylene and PVC. The study compares the effect of varying efficiency with varying temperatures and tile designs for a 16% efficiency value of the datasheet, resulting in a maximum decrease of 12.53% in the cell at 30.6°C, and reduction of linear efficiency of approximately 0.05%/°C for the proposed models. Also, a comparison was made to verify how they influence the materials in the civil-structural characteristics of the roof. Hereafter, the simulated system is compared with the polycrystalline, monocrystalline and CIS photovoltaic systems in some cases with the literature, comparing the decrease of efficiency and power with the temperature in the same conditions of the study, obtaining a divergence between 0.05%/°C and 0.24%/°C.
Projeto e dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico conectado à rede: estudo de caso Empresa de Fertilizantes
(2017-12-20) Sylvestrin, Giovane Ronei; Ando Júnior, Oswaldo Hideo; Ledesma, Jorge Javier Gimenez
O presente trabalho tem como objetivo apresentar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede para uma empresa de fertilizantes localizada na cidade de Foz de Iguaçu - PR, visando suprir parte da demanda energética, que teve um grande crescimento após uma expansão fabril. O estudo visa aproveitar à grande área de telhados que a empresa dispõe, separados em dois barracões com cerca de 2.000m² e orientação ao norte geográfico. Analisou se a viabilidade técnica e econômica da implementação de geração distribuída fotovoltaica, cuja economia estaria vinculada ao sistema de compensação disposto pela Resolução Normativa da ANEEL n° 482/2012. O dimensionamento do sistema ocorreu primeiramente pelo levantamento de dados da empresa, obtendo-se sua localização, perfil de consumo elétrico, condições das instalações elétricas e área disponível para instalação do sistema. Considerando o máximo aproveitamento da área de telhados orientados ao norte, analisou-se dois arranjos fotovoltaicos, cada um empregando um dos módulos fotovoltaicos pré-selecionados da marca Canadian, policristalinos, de 60 células (CS6P-270P), e 72 células (CS6X-320P), com potências de 270Wp e 320Wp, respectivamente. O inversor selecionado para ambos os arranjos foi da PHB Solar, PHB20KDT, com potência nominal de 20kW. A seleção dos equipamentos deu-se de acordo com as características técnicas, eficiência, e disponibilidade de preços no mercado. Para realizar a estimativa de geração de energia utilizou-se de método analítico (método da insolação) e uma ferramenta computacional para convalidação. Com base nos dados fornecidos pela empresa quanto à demanda horária típica e, na previsão anual de geração, determinou-se o autoconsumo de energia, que possibilitou inserir na análise financeira a parcela da energia gerada que seria injetada na rede elétrica e que assim teria tributação imposta sobre ela. A seleção do arranjo final do sistema ocorreu pelo critério financeiro, através do estudo de viabilidade pela determinação dos indicadores econômicos VPL (Valor Presente Líquido), TIR (Taxa Interna de Retorno) e Pay-Back Descontado, considerando um horizonte de 25 anos, com cerca de 88% da geração garantida devido a degradação dos módulos estimada em 0,5%a.a. A análise foi realizada para três cenários, obtidos pela relação entre a tarifa de energia elétrica e a inflação ao longo dos últimos 20 anos: (i) crescimento da tarifa de eletricidade superior ao crescimento da taxa de inflação (10,67%a.a nominal), (ii) ajuste tarifário abaixo da inflação (4,50%a.a nominal) e (iii) ajuste proporcional à inflação (6,71%a.a nominal). Cada cenário foi analisado considerando o montante de investimento inicial sendo obtido por financiamento bancário ou por recursos próprios da empresa. Os resultados do trabalho apontaram viabilidade econômica para os dois arranjos de sistema propostos nos cenários de crescimento superior e proporcional à inflação, com um tempo de retorno de 13,41 anos para o primeiro cenário, cenário padrão, sem financiamento. Através da análise técnica e financeira selecionou-se o sistema composto por 816 módulos Canadian CS6X-320P, e 12 inversores PHB20K-DT, com geração de energia estimada para o primeiro ano de operação de 356,68MWh, suprindo cerca 71% da demanda de energia elétrica da empresa de fertilizantes, proporcionando uma economia anual média de R$ 147.309,90. O custo total de implantação foi estimado em R$ 1.605.608,65.
Projeto e dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico isolado/conectado à rede para atender a demanda de irrigação de UVA
(2017-11) Valverde Jiménez, Jonathan Paúl; Ando Júnior, Oswaldo Hideo; Frigo, Jiam Pires
Nos dias atuais, a irrigação constitui a maior fonte de consumo de água no planeta e, em geral, é realizada com o uso de motobombas e com grande desperdício de água e energia. Diante deste cenário, este projeto tem por objetivo contribuir para o desenvolvimento sustentável do país através da popularização dos sistemas de pequeno porte para bombea- mento de água com energia solar fotovoltaica. Para isto, realizou-se um estudo de caso em uma propriedade de agricultura familiar, localizada na cidade de Salto do Lontra – PR, com 0,5 hectares de cultivo de uva irrigada por gotejamento através de uma motobomba de 7,5 CV alimentada por uma rede elétrica monofásica. A metodologia utilizada neste projeto consiste em, inicialmente, conferir se a motobomba atual foi corretamente dimensionada, empregando estimativas do consumo diário de água da cultura para cada mês, pelo método da evapotranspiração de referência da Embrapa Uva e Vinho, e a configuração do sistema hidráulico de irrigação. Com resultado negativo, foi proposta uma nova motobomba (2CV) a partir da qual dimensionou-se os Sistemas Fotovoltaicos (SFVs), isolado e conectado à rede, para atender a demanda de irrigação e sua viabilidade de execução foi avaliada sob os critérios técnico, econômico e ambiental. Para dimensionar os SFVs foram comparadas duas metodologias, uma proposta pelo CRESESB e a outra consiste na simulação computacional usando o software SAM. O Sistema Fotovoltaico Isolado (SFI) foi proposto com 14 placas de 260Wp cada uma (3640Wp de PIT - potência instalada total), um banco de baterias com 18 elementos tipo chumbo-ácido com capacidade nominal total de 47,52kWh em 24V (para dois dias de autonomia) e um investimento inicial de 62.679,93 R$; enquanto que o Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR) foi composto por 6 placas de 315Wp cada (1890W de PIT) e um investimento de 16.407,69 R$. Na avaliação econômica, considerando a troca da motobomba e a instalação do SFV com financiamento para 20 anos, o SFI resultou inviável (VPL de -26.128,72 R$ e TIR de 5,46%). Enquanto que o SFCR apresentou um VPL de 35.397,54 R$ e um Payback de 1 ano, porém, analisando unicamente o SFCR sem a troca da motobomba, o VPL é de -1.023,20 R$ e a TIR é 9,41%, o que torna o investimento inviável. Analisando a relevância ambiental, o SFI evita a emissão de 5,46 tCO2, o SFCR evita 3,32 tCO2 e a troca da motobomba reduz em 6,91 toneladas o CO2 emitido. Os resultados confirmam a hipótese de que em zonas atendidas pela rede elétrica a melhor opção é o SFCR utilizando-se o sistema de compensação das concessionárias. No entanto, o baixo custo da eletricidade em zonas rurais conectadas à rede faz com que os SFVs ainda não sejam economicamente atraentes, porém, os SFCR apresentam uma alternativa promissora para irrigação quando o objetivo é aumentar a segurança do abastecimento de água e contribuir na mitigação da contaminação ambiental.
Propuesta de un Sistema Eólico con Ducto Direccionador para el Aprovechamiento de la Energía Residual de una Avícola
(Ana Carolina Souto Etchamendi, 2019-08-19) Souto Etchamendi, Ana Carolina; Ando Júnior, Oswaldo Hideo; Frigo, Jiam Pires
Con este artículo se presenta una propuesta para contribuir a la eficiencia energética de una avícola localizada en Cascavel, ciudad situada en el Estado de Paraná, Brasil. La propiedad agroindustrial consta de dos galpones donde se realiza la crianza de pollos y para ello requiere un alto consumo energético, por lo tanto, se propone aprovechar la energía residual disponible en el viento proveniente de los extractores encargados de llevar a cabo la ventilación del lugar generando energía eléctrica a partir de dicho recurso. Además, este trabajo se destaca por proponer una optimización del sistema eólico mediante la modificación de los tubos direccionadores de los extractores de aire, colocando tubos de Venturi con geometría modificada y determinando una distribución específica de dichos equipos que optimiza el sistema. Logrando de esta forma obtener reducciones considerables en el consumo eléctrico de los establecimientos de hasta el 22% del consumo en ventilación e iluminación y el 12 % del consumo total y consecuentemente, de los costos operacionales a partir de un sistema eólico optimizado.
Redução de custos com energia elétrica pela migração ao mercado livre de energia
(2018) Queiroz, Tales de Souza; Gimenez Ledesma, Jorge Javier; Ando Júnior, Oswaldo Hideo
Neste trabalho é analisado e sugerido como pri- meira aproximação, modificações na contratação de energia elétrica, estimando as economias obtidas, por parte de duas unidades consumidoras pertencentes à mesma pessoa jurídica, ambas localizadas no estado do Paraná, Brasil. Para fornecer os fundamentos teóricos necessários, discorreu-se sobre o setor de energia elétrica brasileiro, mapeando-se as principais instituições do setor e os seus segmentos, caracterizando o ambiente de contratação regulada no que diz respeito: ao fornecimento de energia elétrica, enquadramento tarifário e composição da tarifa; também caracterizou-se o ambiente de contratação livre no que concerne: aos requisitos, os passos para realizar a migração, o processo de contabilização, o mercado de curto prazo, e entre outros. Posteriormente, partiu-se para o estudo de caso avaliando os dados de consumo e demanda de energia elétrica dos últimos 23 meses. Após isso, foram explorados quatro cenários: no primeiro, levantou-se os custos no ambiente de contratação regulada. No segundo a estimou-se a demanda ideal a ser contratada e no terceiro calculou-se os custos no ambiente de contratação livre. Logo comparou-se os cenários 2 e 3 com o de referência e determinou-se que com a demanda ideal, poderia ser alcançado uma economia ao redor de 7%, enquanto que na migração para o mercado uma economia de 24% poderia ser alcançada. No quarto cenário, projetou-se o consumo e a demanda faturada para o período de abril de 2019 a março de 2020, calculou-se os custos para cada ambiente de contratação e apreciou-se uma economia ao migrar para o mercado livre de 22%

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