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Figura 36 - Dados de irradiação solar em Natal/RN.

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Em relação à temperatura, foram obtidos os valores máximos, médios e mínimos para cada mês do ano através do Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais (SONDA), vinculado ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), a partir da Estação Climatológica de Natal, que fica no campus central da UFRN, localizado próximo ao Condomínio Residencial Green Woods. O período mais quente ocorre entre janeiro e março, quando a temperatura média fica próxima de 27 ºC, mas podendo atingir 30 °C ou mais. Os meses mais frios são julho e agosto, com médias de temperatura de 24 °C, mas atingindo valores próximos de 20 °C. Os dados completos são apresentados na Tabela 7.

Tabela 7 - Dados de temperatura (°C) em Natal/RN.

Mês Mínima Máxima Média

Janeiro 24,0 31,2 27,0 Fevereiro 23,8 30,5 27,2 Março 23,3 30,3 27,0 Abril 22,8 29,8 26,6 Maio 22,3 29,1 26,0 Junho 21,5 28,2 24,9 Julho 20,8 27,7 24,3 Agosto 20,7 27,9 24,3 Setembro 21,8 25,6 25,1 Outubro 22,7 29,5 26,0 Novembro 23,1 29,7 26,4 Dezembro 23,6 30,2 26,7

Fonte: Adaptado de SONDA (201-).

3.6 Levantamento da velocidade média dos ventos

Para a escolha do aerogerador ideal e o cálculo da sua capaciade de geração de energia elétrica faz-se necessária a obtenção da velociade média diária dos ventos da região a uma determinada altura.

Através do banco de dados do INMET foi possível obter a velociade média do vento a 10 m de altura em Natal durante todos os dias do período entre 01/09/2018 e 31/08/2019, cujo registro foi feito pela Estação Climatológica de Natal. A Figura 37 apresenta a frequência de distribuição da velocidade do vento em classes. Todos os valores podem ser vistos no Anexo A deste trabalho.

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Figura 37 - Gráfico de distribuição de frequência do vento.

Fonte: Adaptado dos dados da rede do INMET (2019).

Entretanto, caso o aerogerador escolhido tenha altura diferente de 10 m será necessário calcular a velocidade do vento para a altura dele, sabendo que ela diminui conforme a altura diminui, devido a vários fatores explanados anteriomente. Para isso utiliza-se a Lei de Prandtl, que é calculada pela Equação 1 e correlaciona a velocidade do vento a uma certa altura com a velocidade de atrito e a rugosidade do terreno.

𝑢(𝑧) =𝑢 ∗ 𝑘 ln

𝑧

𝑧 (1)

No qual:

𝑢(𝑧): velocidade média do vento à altura z; 𝑢 ∗: velocidade de atrito;

k: constante de Von Karman, vale 0,4;

𝑧 : comprimento característico da rugosidade do solo.

Segundo Castro (2009), a velocidade de atrito é um parâmetro difícil de ser calculado, portanto, a Equação 2 é mais utilizada na prática.

𝑢(𝑧) 𝑢(𝑧 )=

ln _𝑧𝑧

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No qual:

𝑢(𝑧 ): velocidade média à altura de referência 𝑧 ; 𝑢(𝑧): velocidade média do vento à altura z;

𝑧 : comprimento característico da rugosidade do solo.

Segundo Custódio (2013), Troen e Pettensen (1989) fizeram uma classificação das superfícies quanto à rugosidade, propondo quatro classes, as quais têm sido vastamente utilizadas em trabalhos e pesquisas no setor eólico, tanto no meio acadêmico quanto no comercial. Neste trabalho foi utilizado o coeficiente de rugosidade igual a 0,4 de acordo com a Tabela 8.

Tabela 8 - Classificação da superfície quanto à rugosidade.

Classe 𝒛_𝟎 (m) Tipo de área

0 0,0002 Com água, tais como mares e lagos.

1 0,03 Aberta com poucos quebra-ventos, plana ou levemente ondulada, podendo apresentar simples fazendas e árvores ou arbustos. 2 0,1 Terrenos de fazendas com quebra-ventos afastados a mais de 1.000 m

entre si, e algumas construções espalhadas; caracterizados por grandes áreas abertas entre alguns quebra-ventos, o terreno pode ser plano ou

ondulado.

3 0,4 Áreas urbanas, florestas e terras de fazenda com muitos quebra-ventos, a área da fazenda é caracterizada por muitos quebra-ventos aglomerados,

com separação média de poucas centenas de metros.

Fonte: Adaptado de Custódio (2013).

3.7 Seleção do módulo fotovoltaico

Para o sistema fotovoltaico foi utilizado o módulo CS6U-350P High Efficiency Pole Module da Canadian Solar, empresa canadense fundada em 2001 que figura na terceira posição entre as maiores fabricantes do mundo, com ampla entrada no Brasil, possuindo escritório em São Paulo/SP. A escolha por este módulo se deu principalmente pelo fato dos produtos da Canadian Solar serem encontrados com mais facilidade nas lojas físicas e online brasileiras quando comparado aos produtos de outras fabricantes.

Algumas especificações técnicas podem ser vistas na Tabela 9, o catálogo completo do produto pode ser visto no Anexo B. A Figura 38 ilustra o módulo escolhido.

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Tabela 9 - Especificações técnicas do módulo escolhido.

Fabricante Canadian Solar

Modelo CS6U-350P High Efficiency

Dimensões 1960 mm x 992 mm x 35 mm

Peso 22,4 kg

Tipo de Célula Policristalino, 6”

Potência Nominal Máxima 350 W

Eficiência do Módulo 18,00%

Coeficiente de Temperatura -0,38 %/ °C

Fonte: Adaptado de Canadian Solar (2019).

Figura 38 - Módulo fotovoltaico CS6U-350P High Efficiency Pole Module.

Fonte: Canadian Solar (2019).

3.8 Seleção do inversor solar

O inversor selecionado para ser utilizado no sistema fotovoltaico foi o Inversor Fronius Symo de 15,0 kW. O equipamento possui Wi-Fi integrado e permite o monitoramento da geração de energia e de outros dados importantes através de aplicativo para smartphone e tablet ou pelo computador. As especificações completas do produto podem se vistas no Anexo C.

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A Fronius foi fundada em 1945 na Áustria e trabalha desde 1992 com energia solar, possuindo escritórios em mais de 20 países, inclusive no Brasil desde 2003. Está em quinto lugar no ranking das principais marcas de invesores solares no mundo, além de possuir a maior participação no mercado de energia solar no Brasil.

Figura 39 - Inversor Fronius Symo de 15,0 kW.

Fonte: Fronius (201-).

3.9 Seleção do aerogerador

O aerogerador escolhido para ser usado no sistema eólico foi o ELV-H16.5 – 50 kW, cujas especificações técnicas podem ser vistas na Tabela 10, fabricado pela Eletrovento. A curva de potência do aerogerador pode ser vista na Figura 40.

A Eletrovento é uma empresa brasileira de energia alternativa, localizada na cidade de Mairinque em São Paulo, que oferece soluções em energia elétrica utilizando geradores eólicos de pequeno porte e sistemas fotovoltaicos, sua fundação ocorreu em 2002.

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Tabela 10 - Especificações técnicas do aerogerador escolhido.

Fabricante Eletrovento Potência Nominal 50.000 W Potência Máxima 50.000 W Diâmetro das Pás 17 m Rotação das Pás 85 rpm Vento de Partidas 3 m/s Altura da Torre 30 m Peso do Sistema 4.000 kg

Fonte: Adaptado de Eletrovento (2019).

Figura 40 - Curva de potência do aerogerador ELV-H16.5 - 50 kW.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Verificação das áreas disponíveis

4.1.1 Áreas disponíveis para instalação dos módulos fotovoltaicos

O local escolhido para a instalação dos módulos fotovoltaicos foi a cobertura dos prédios da área comum do condomínio. Existe uma vantagem por esses prédios se localizarem próximos uns aos outros, pois economiza-se com o uso de longos cabos para interligação do sistema. A área disponível em cada cobertura pode ser vista na Tabela 11 e a vista aérea dos prédios foi apresentada na Figura 31 do item 3.2. Destaca-se que a cobertura da guarita e do anexo lazer é composta por laje impermeabilizada, enquanto que o salão de festas possui cobertura em telha cerâmica.

Tabela 11 - Área disponível para colocação dos módulos fotovoltaicos.

Prédio Área (m²) Salão de festas 92,00 Guarita 95,00 Anexo lazer 215,00 Total 402,00 Fonte: Autora (2019).

4.1.2 Áreas disponíveis para instalação do aerogerador

O local escolhido para a instalação do aerogerador foi a área próxima ao Salão de Festas demarcada na Figura 41, a qual possui mais de 450,00 m², tendo espaço mais que suficiente para sua instalação. Como a turbina produz baixo ruído, então ela pode ser instalada em local próximo às casas dos moradores.

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Figura 41 - Área disponível para instalação do aerogerador.

Fonte: Google Earth (2019).

4.2 Energia produzida pelos sistemas energéticos

4.2.1 Energia produzida pelo sistema fotovoltaico

O dimensionamento do sistema fotovoltaico foi feito pelo software PVsyst a partir da área disponível na cobertura dos prédios (402,00 m²) para colocação dos módulos fotovoltaicos. Com o valor de 402,00 m², o programa calculou que a potência instalada do sistema pode ser de, no máximo, 72,5 kWp.

O dimensionamento dos inversores deve ser realizado de modo que eles não trabalhem por muito tempo em potências demasiadamente abaixo da nominal nem sejam sobrecarregados, por isso, utilizam-se inversores de menor capacidade para um determinado sistema fotovoltaico. Essa prática, além de reduzir os custos de investimento, aumenta a eficiência do sistema. Portanto, costumam-se utilizar inversores com potência que se situam na faixa de 75% a 85% da potência do sistema fotovoltaico. Nesse caso, essa faixa vai de 54,38 kW a 61,63 kW, logo, a potência dos inversores será de 60 kW, sendo necessário o uso de 4 equipamentos de 15 kW (PINHO; GALDINO, 2014).

Assim, usando módulos e inversores conforme especificados no item 3 deste trabalho, de acordo com o dimensionamento realizado pelo software PVsyst (Figura 42) foi necessário 204 módulos fotovoltaicos, sendo 12 cadeias de módulos com 17 unidades ligadas em série em

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cada. Pode-se ver que a área total ocupada pelos módulos será de 397,00 m², a qual é inferior à área disponível de 402,00 m². O Anexo D apresenta o relatório detalhado com o dimensionamento do sistema fotovoltaico gerado pelo PVsyst.

Figura 42 - Dimensionamento do sistema fotovoltaico.

Fonte: Adaptado de PVsyst v.6.8.5 (2019).

Por fim, a energia produzida mensalmente pelo sistema fotovoltaico calculada através do software PVsyst pode ser vista na Tabela 12. Ressalta-se que esses valores são calculados a partir da multiplicação entre a potência nominal do sistema e a irradiação solar diária média do local aplicando-se uma taxa de desempenho mensal que o programa determina em função das perdas inerentes ao processo.

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Tabela 12 - Energia produzida mensalmente pelo sistema fotovoltaico.

Mês Energia Produzida (kWh) Janeiro 10.610 Fevereiro 9.770 Março 11.090 Abril 10.050 Maio 9.810 Junho 8.860 Julho 9.360 Agosto 10.720 Setembro 10.750 Outubro 11.070 Novembro 10.730 Dezembro 10.550 Média 10280,83 Ano 123.370

Fonte: Adaptado de PVsyst v.6.8.5 (2019).

A Figura 43 apresenta uma comparação entre a energia total consumida pelo condomínio e a energia produzida mensalmente pelo sistema fotovoltaico. Pode-se ver que a energia gerada não é suficiente para suprir totalmente o consumo de energia elétrica, mas uma grande parte dela. Considerando que a energia consumida pelo condomínio no último ano foi 169.389 kWh, então o sistema fotovoltaico compensará 72,83% desse total.

Figura 43 - Comparação entre a energia consumida e a energia produzida.

Fonte: Autora (2019). 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

En er gi a (k W h) Meses do ano