Instalações Solares Fotovoltaicas para Autoconsumo: Análise e Perspetivas de Aplicação

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Instalações Solares Fotovoltaicas para Autoconsumo: Análise e Perspetivas de Aplicação Jorge Daniel Martins Pereira VERSÃO FINAL Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Major Energia Orientador: Professor Doutor António Machado e Moura 25 de janeiro de 2016 ii ii © Jorge Daniel Martins Pereira, 2016 iii iii Resumo A energia solar assume atualmente uma grande importância no setor energético. Ao longo dos anos verificou-se uma evolução relativamente à sua utilização, desde os painéis solares térmicos para aquecimento de águas até aos painéis solares fotovoltaicos para produção de energia elétrica. Face às necessidades energéticas, os sistemas fotovoltaicos têm vindo a ganhar crescente importância no setor elétrico. Em Portugal, os sistemas fotovoltaicos funcionavam apenas como uma forma de produção para venda à rede. Com a aprovação, em 2014, da legislação relativa ao autoconsumo, os consumidores adquiriram a possibilidade de produzir energia para satisfazer as suas necessidades. A instalação de sistemas de autoconsumo tem como principal objetivo a redução da fatura energética do consumidor, uma vez que a produção para autoconsumo leva à diminuição das suas necessidades de alimentação por parte da rede. O trabalho realizado faz uma análise aos vários panoramas de instalação de autoconsumo, efetuando a mesma de um ponto de vista técnico e económico. De forma a auxiliar os dados que já se encontram disponíveis relativamente ao tema, foi construído um programa de cálculo para avaliação de viabilidade de uma instalação de autoconsumo. O autoconsumo aparece no enquadramento atual com elevado potencial de aplicação e crescimento, encontrando-se, no entanto, dependente da aceitação dos clientes para atingir o impacto pretendido. Palavras-chave: autoconsumo, fotovoltaico, legislação, investimento, viabilidade. iv iv v v Abstract Nowadays, solar power has great relevance in the energy sector. As the time passes by, there can be seen an evolution regarding its use, from the solar thermal panels used in heating water to photovoltaic solar panels that produce electric power. Due to energetic needs, the photovoltaic systems have been gaining growing importance in the electric sector. In Portugal, the photovoltaic systems used to work only as a way to produce power to feed the grid. In 2014, with the approval of the legislation regarding selfconsumption, consumer gained the possibility to produce power to satisfy their own energy needs. The self-consumption systems have, as main goal, the reduction of the electric bill, as the self-consumption generation leads to a reduction of the power needs from the grid This paper has the analysis to the several applications of a self-consumption system, doing so in a technical and economical perspective. As a way to aid the available data, a calculation program has been built to evaluate the viability of a self-consumption installation. The self-consumption surges in the actual scenery with a high application potential and growth, depending, however, from the acceptance from the clients to reach the expected impact. Key words: self-consumption, photovoltaic, legislation, investment, viability. vi vi vii vii Agradecimentos A realização desta dissertação contou com o apoio de diversas e importantes pessoas, cuja contribuição foi fulcral para que se tenha realizado. Para começar quero agradecer ao meu orientador, o Professor Doutor António Machado e Moura por toda a orientação, apoio, paciência, sabedoria e orientação crítica construtiva com que acompanhou todas as fases de realização deste trabalho. Agradeço aos meus pais e ao meu irmão, pelo apoio e força que sempre me deram para ultrapassar todos os obstáculos e sem os quais não estaria aqui. Agradeço-lhes também a capacidade de continuar a acreditar em mim mesmo nos momentos mais difíceis. Aos meus amigos, os verdadeiros, agradeço pela presença em todas as fases da minha vida, por todos os momentos, bons e maus, nos quais estiveram sempre lá com as palavras certas e espero que continuem a estar em todas as situações que o futuro reservar. Por último mas não menos importante quero agradecer aos meus colegas, pelos bons momentos, pelo altruísmo e que ajudaram a que este percurso fosse mais enriquecedor. viii viii ix ix Índice Resumo ............................................................................................. iii Abstract ............................................................................................. v Agradecimentos ................................................................................... vii Índice ................................................................................................ ix Lista de figuras ..................................................................................... xi Lista de tabelas ................................................................................... xv Abreviaturas e Símbolos ........................................................................xvii ........................................................................................... 1 Introdução ......................................................................................................... 1 1.1 – Enquadramento e Motivação ......................................................................... 1 1.2 – Objetivos ................................................................................................ 4 1.3 - Estrutura da Dissertação.............................................................................. 4 ........................................................................................... 5 Sistemas Fotovoltaicos .......................................................................................... 5 2.1 – Energia Solar ............................................................................................ 5 2.2 - Célula fotovoltaica .................................................................................... 9 2.3 - Painéis Fotovoltaicos ................................................................................ 15 2.4 - Inversores ............................................................................................. 24 2.5 - Baterias ................................................................................................ 25 2.6 - Reguladores de Carga ............................................................................... 33 2.7 - Tipos de Sistemas Fotovoltaicos .................................................................. 33 .......................................................................................... 37 Autoconsumo e UPP ........................................................................................... 37 3.1 - Enquadramento Legal ............................................................................... 37 3.2 – As UPP ................................................................................................. 39 3.3 – Autoconsumo ......................................................................................... 41 3.4 – O paradigma da produção distribuída ............................................................ 51 .......................................................................................... 53 Caso de Estudo ................................................................................................. 53 4.1 - Dados do Caso de Estudo ........................................................................... 53 xvi xvi Tabela 4.20 - Resultados para o sistema em maio, em € ............................................ 69 Tabela 4.21 - Resultados para o sistema em junho, em kWh ........................................ 70 Tabela 4.22 - Resultados para o sistema em junho, em € ........................................... 70 Tabela 4.23 - Resultados para o sistema em julho, em kWh ........................................ 71 Tabela 4.24 - Resultados para o sistema em julho, em € ............................................ 71 Tabela 4.25 - Resultados para o sistema em agosto, em kWh ....................................... 72 Tabela 4.26 - Resultados para o sistema em agosto, em € .......................................... 72 Tabela 4.27 - Resultados para o sistema em setembro, em kWh ................................... 73 Tabela 4.28 - Resultados para o sistema em setembro, em € ....................................... 73 Tabela 4.29 - Resultados para o sistema em outubro, em kWh ..................................... 74 Tabela 4.30 - Resultados para o sistema em outubro, em € ......................................... 74 Tabela 4.31 - Resultados para o sistema em novembro, em kWh .................................. 75 Tabela 4.32 - Resultados para o sistema em novembro, em € ...................................... 75 Tabela 4.33 - Resultados para o sistema em dezembro, em kWh .................................. 76 Tabela 4.34 - Resultados para o sistema em dezembro, em € ...................................... 76 Tabela 4.35 - Investimento inicial para instalação da UPAC ........................................ 77 Tabela 4.36 - Análise financeira para o caso de estudo .............................................. 77 Tabela 4.37 - VAL, TIR e período de amortização (anos) ............................................ 78 xvii xvii Abreviaturas e Símbolos Lista de abreviaturas (ordenadas por ordem alfabética) AC Corrente Alternada BTN Baixa Tensão Normal BTE Baixa Tensão Especial CFBE Consumo Final Bruto de Energia CIEG Custos de Interesse Económico Geral CUR Comercializador de Último Recurso DC Corrente Contínua DGEG Direção-Geral de Energia e Geologia ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos FER Fontes de Energia Renováveis FV Fotovoltaico MT Média Tensão ORD Operador da Rede de Distribuição RESP Rede Elétrica de Serviço Público SEN Sistema Elétrico Nacional SERUP Sistema Eletrónico de Registo de Unidades de Produção tep Tonelada Equivalente de Petróleo UP Unidade de Produção UPAC Unidade de Produção para Autoconsumo UPP Unidade de Pequena Produção 1 1 Introdução Este trabalho foi desenvolvido no âmbito da Unidade Curricular (UC) Dissertação do 5º ano do Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores (MIEEC), no ramo de Energia, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). No primeiro capítulo será analisado o contexto do tema da Dissertação, assim como a motivação para a realização da mesma e os objetivos a que se propõe. 1.1 – Enquadramento e Motivação Atualmente, em todo o mundo, estamos perante um crescente uso de energia nas suas várias formas. Desde a revolução industrial, no século XVIII, as principais fontes de energia têm sido os combustíveis fósseis (carvão mineral, petróleo e gás natural), que são recursos naturais não renováveis e com impacto negativo no ambiente. Por estes motivos têm vindo a ser procuradas fontes de energia alternativas, principalmente fontes de energia limpas e renováveis. As chamadas energias renováveis são na sua maioria irregulares, o que faz com que não se possa utilizar as mesmas como base de um sistema de produção de energia, uma vez que poderia colocar em causa os índices de fiabilidade e qualidade de serviço. No entanto, o facto de serem limpas e inesgotáveis torna-as cada vez mais interessantes. As políticas energéticas que têm vindo a ser seguidas em Portugal fazem com que o investimento em energias renováveis se tenha vindo a adaptar desde o investimento em grandes hídricas até ao incentivo ao investimento do consumidor em pequena produção e numa produção próxima dos locais de consumo. O impacto das energias renováveis tem crescido gradualmente ao longo dos últimos anos, tendo atingido em 2014 um valor de 5409 ktep (103 tep), que corresponde a 25,9% do total de consumo de energia primária, segundo dados da Direção-Geral de Energia e Geologia (DGEG). Para além deste crescimento verifica-se uma redução entre 2013 e 2014 de cerca de 5,8% na 2 2 utilização de petróleo. Estes dados revelam também que Portugal contraria a tendência mundial, verificando-se uma redução do consumo total de energia primária em cerca de 3,6% no mesmo período, sendo estes dados positivos que podem resultar também de um aumento de eficiência energética. Relativamente ao consumo final bruto de energia (CFBE), também se verifica que o impacto das energias renováveis tem vindo a aumentar, apresentando valores de 20,8% em 2006 e atingindo os 27,0% em 2014. O CFBE, tal como acontece com o consumo de energia primária, tem vindo a descer, apresentando uma redução de 15,2% entre 2006 e 2014. O mais recente passo dado relativamente às energias alternativas veio com o atual panorama legislativo, que permite a instalação de unidades de produção para autoconsumo (UPAC) e unidades de pequena produção (UPP) para produção de energia em pequena escala, privilegiando a produção próxima dos locais de consumo ou até mesmo nos locais de consumo. Os países da União Europeia têm uma meta a atingir em 2020 no que diz respeito à contribuição das fontes de energia renováveis (FER) no CFBE, sendo que para Portugal a meta é de 31%. Na figura 1.1 temos os dados de evolução dessa mesma contribuição [1]. Figura 1.1 – Evolução da contribuição das FER em Portugal entre 2006 e 2014 [1] A indústria solar fotovoltaica tem vindo a desenvolver-se a bom ritmo a nível mundial, apresentando tecnologias cada vez mais eficientes e a preços cada vez mais baixos, o que justifica uma análise mais aprofundada a este tipo de geração. A evolução referida também acontece em Portugal como se pode verificar na análise da tabela 1.1. 3 3 Tabela 1.1 - Produção, em GWh, em Portugal relativa a energia solar fotovoltaica entre 2006 e 2015 [1] É possível verificar também que a zona do país com maior impacto de produção é o Alentejo, atingindo aproximadamente 37,5% do total da produção fotovoltaica nacional. Figura 1.2 – Potencial de produção de energia solar fotovoltaica nos países europeus [2] Na figura 1.2 pode verificar-se que, entre os países da Europa, Portugal e Espanha são os países com maior potencial para produção de energia solar fotovoltaica, tornando este tipo de geração ainda mais interessante para ser explorada. Com esta dissertação pretende-se avaliar o potencial do autoconsumo fotovoltaico nos vários tipos de instalações, incluindo como caso de estudo a análise de instalação de uma UPAC numa instalação de média tensão (MT). 4 4 1.2 – Objetivos Este trabalho tem dois objetivos principais: 1. Analisar todos os elementos envolvidos na produção de energia solar fotovoltaica, dando principal relevância à aplicação das instalações fotovoltaicas para autoconsumo. 2. Criar um programa de simulação para verificar a viabilidade de instalação de uma UPAC em instalação MT, através da utilização de diagramas de carga para o consumo e simulação de produção com software fidedigno. A análise será feita tanto numa perspetiva energética como económica. 1.3 - Estrutura da Dissertação Esta dissertação tem uma estrutura composta por 5 capítulos. O Capítulo 1 contém uma introdução ao tema, analisando o panorama evolutivo e atual das energias renováveis em Portugal e no mundo, com especial incidência sobre a energia solar fotovoltaica. Apresentam-se também os objetivos definidos para o trabalho. O Capítulo 2 analisa os sistemas fotovoltaicos. É abordado o tema da energia solar, quais os níveis da energia solar que atingem a Terra e como esta se dispersa. É analisado o panorama para Portugal e as perspetivas de aproveitamento da energia solar. Neste capítulo verifica-se a possível constituição de sistemas fotovoltaicos, entre componentes imprescindíveis e opcionais, sendo os mesmos analisados nas várias opções que se podem tomar em relação a cada um. São considerados os tipos de sistemas fotovoltaicos que podem existir. O Capítulo 3 tem o tema “Autoconsumo e UPP”. Neste capítulo aborda-se a legislação atual relativa ao autoconsumo e UPP e são consideradas as especificações e enquadramento de cada um dos temas. O autoconsumo, como tema principal da dissertação, é analisado mais aprofundadamente e avaliado, comparando o seu contexto em Portugal com outros países. O Capítulo 4 tem o caso de estudo analisado. Neste capítulo é feita uma análise dos dados específicos de um caso de estudo e aborda-se a forma como foi construído um programa Excel para análise do mesmo. É efetuada a análise dos resultados energéticos e financeiros assim como se tiram breves conclusões relativamente aos resultados obtidos. O Capítulo 5 contém as conclusões finais do trabalho realizado, fazendo uma análise aos indicadores diretos e indiretos que resultaram do mesmo e considerando trabalhos futuros a realizar. 5 5 Sistemas Fotovoltaicos 2.1 – Energia Solar Para análise de sistemas solares fotovoltaicos é necessário entender primeiro os princípios por detrás do seu funcionamento. Para isso está implícita a compreensão dos fundamentos da energia solar. A energia solar é a energia proveniente do Sol e que chega à Terra sob forma de irradiação (kWh/m2). O Sol emite uma irradiância de 62,5 MW/m2, dos quais chega apenas 1 kW/m2 à superfície terrestre. A irradiação solar incidente pode ser dividida em três componentes, que somados resultam na chamada irradiação global [3]:  Irradiação direta – constituída por raios solares recebidos em linha reta do sol;  Irradiação difusa – procedente de todo o céu visível, excluindo o disco solar, e originada pelos raios não diretos e dispersos pela atmosfera;  Irradiação refletida no albedo – procedente do solo e com origem na reflexão da radiação incidente na superfície. Na figura 2.1 pode verificar-se como se decompõe a irradiação solar incidente. 6 6 Figura 2.1 - Várias componentes da irradiação solar incidente [3] Como foi referido no capítulo introdutório, Portugal tem um elevado potencial para aproveitamento da energia solar. Nas figuras 2.2 e 2.3 podem analisar-se os valores da irradiação para inclinação horizontal e ótima. Figura 2.2 - Irradiação global para inclinação horizontal [2] 7 7 Figura 2.3 - Irradiação global para inclinação ótima [2] A energia solar é utilizada sob forma ativa e passiva, de acordo com as diferentes formas de captura, conversão e distribuição da mesma. A utilização de painéis solares térmicos e fotovoltaicos é considerada uma forma ativa de utilização deste tipo de energia, enquanto outras formas de aproveitamento, como a orientação dos edifícios relativamente ao Sol (cada vez mais considerada nos projetos de construção), são formas passivas de aproveitamento da energia solar. A energia solar é convertida e utilizada sob duas formas: energia solar térmica e energia solar fotovoltaica. Os painéis solares térmicos são utilizados principalmente para águas quentes sanitárias (AQS) (figura 2.4) e aquecimento de piscinas. O princípio de funcionamento consiste na absorção da energia solar em coletores, que através de um líquido térmico é conduzida até um depósito acumulador, para depois ser transmitida à água de consumo ou da piscina. 14 14 Figura 2.8 - Curvas I-V de um painel fotovoltaico de silício monocristalino de 72 células para 1000 W/m2, determinadas a diferentes temperaturas [6] 2.2.2.3 – Influência da variação da resistência interna na curva I-V Relativamente às resistências internas da um célula fotovoltaica, os valores de Rs variam entre 0,01 e 0,1 Ω, enquanto que os valores de Rp variam entre 5 e 300 Ω. Ao aumentar Rs ou diminuir Rp a característica I = f(V) desce mais rapidamente, reduzindo a potência máxima. O aumento de Rs resulta numa diminuição de ISC, uma vez que a redução da queda de tensão na resistência provoca um aumento da corrente de díodo. A diminuição de Rp resulta numa diminuição de VOC. Nas figuras 2.9 e 2.10 pode verificar-se o efeito na célula da variação das resistências Rs e Rp respetivamente. Figura 2.9 - Efeito da variação de Rs na curva I-V de uma célula fotovoltaica [3] 15 15 Figura 2.10 - Efeito da variação de Rp na curva I-V de uma célula fotovoltaica [3] 2.3 - Painéis Fotovoltaicos Os painéis fotovoltaicos ou módulos fotovoltaicos são os equipamentos utilizados para conversão de energia solar em energia elétrica. Estes módulos podem ser ligados em série ou paralelo, formando um gerador fotovoltaico. Figura 2.11 - Painel fotovoltaico policristalino SolarWorld [7] 16 16 A tecnologia fotovoltaica tem vindo a desenvolver-se exponencialmente com a procura de alternativas aos combustíveis fósseis. Atualmente há no mercado diversos tipos de painéis fotovoltaicos, sendo que com o passar do tempo, há cada vez mais tecnologias de conversão, as quais cada vez mais desenvolvidas. Os processos de fabrico das células fotovoltaicas estão cada vez mais eficientes e as mesmas também são cada vez mais eficientes, ou seja, apresentam com o passar do tempo um custo inferior e um rendimento superior. 2.3.1 - Tecnologias de Conversão – Primeira Geração O silício é o material mais importante para as células solares cristalinas. Atualmente 95% de todas as células solares do mundo são de silício, podendo ser explorado uma vez que existe em quantidade quase ilimitada na Terra. Apesar de não haver limitações relativas à disponibilidade, o silício não existe na natureza enquanto elemento químico mas sim associado à areia de sílica. Para permitir a sua utilização é necessária a obtenção do elemento químico, segundo o seguinte processo:  A areia de sílica é aquecida e fundida num cadinho, juntamente com pó de carvão, de forma a separar o oxigénio indesejado do dióxido de silício. Obtém-se o silício metalúrgico, com pureza de 98%, sendo no entanto insuficiente para aplicações eletrónicas;  O silício metalúrgico é purificado através de um processo químico, sendo cuidadosamente depositado num forno com ácido clorídrico. Deste processo resultam os químicos hidrogénio e triclorosilano, este último é um líquido que ferve a 31 °C e é destilado em sucessivas etapas de forma a reduzir a sua percentagem de impurezas;  Após obtenção da pureza necessária, o triclorosilano é reduzido a silício com a ajuda do hidrogénio a 1000 °C. O silício obtido neste processo tem a qualidade necessária para aplicação eletrónica, podendo ser utilizado, por exemplo, na produção de células monocristalinas e policristalinas. 2.3.1.1 - Células de silício monocristalino As células de silício monocristalino são obtidas principalmente através do processo de Czochralski. Este processo consiste na imersão do núcleo do cristal num banho de silício fundido, a 1420 °C, e retirando o mesmo do banho enquanto se roda lentamente. São assim obtidos cristais únicos redondos com um diâmetro de 30 cm e vários metros de largura. Os cristais redondos são posteriormente estriados em barras semiquadradas e depois cortados em pastilhas de 0,3 mm. Durante o processo de estriagem dos cristais únicos e de corte das 17 17 pastilhas há uma perda de grande parte do silício em pó de serragem. A partir das pastilhas, já com impurezas positivas, produz-se a camada com impurezas negativas é produzida a camada com impurezas negativas através da difusão de fósforo, a temperaturas de 800 a 1200 °C. Após a união a camada de contacto posterior, as pastilhas são equipadas com pistas elétricas e com uma camada de anti-reflexão na parte frontal. Através deste processo as células obtidas têm uma eficiência de 15 a 18%. O silício monocristalino pode também ser obtido através do processo de zona flutuante. Este processo é utilizado para a produção de células solares de maior pureza e eficiência (1 a 2%). Para este processo, no entanto, o material bruto necessário para alcançar esta pureza, uma barra de silício cristalino de extrema pureza, é muito dispendioso. A barra de silício é reduzida através de uma espiral e fundida do fundo até à parte superior com a ajuda de um campo de altas frequências. A partir do núcleo do silício monocristalino, é produzido silício monocristalino no topo da barra, à medida que esta arrefece. O material impuro fica preferencialmente no banho de fusão [3]. Figura 2.12 – Célula fotovoltaica de silício monocristalino [8] 2.3.1.2 - Células de silício policristalino O processo mais comum de produção do silício policristalino é o de fundição de lingotes. Neste processo, o silício em estado bruto é aquecido no vácuo até uma temperatura de 1500 °C e depois arrefecido na direção da base do cadinho, a uma temperatura aproximada de 800 °C. Desta forma são criados blocos de silício de 40x40 cm2 com uma altura de 30 cm. Estes blocos são primeiro serrados em barras e posteriormente em pastilhas com espessura de 0,3 mm. Tal como para o silício monocristalino, há perda significativa de silício na forma de pó de serragem. Após introdução de impurezas de fósforo, a camada posterior de contacto é unida à pastilha. No final são fixados os contactos elétricos no lado frontal juntamente com 18 18 uma camada de anti-reflexão. Através deste processo obtêm-se células de silício policristalino com eficiência de 13 a 15% [9]. Figura 2.13 - Célula fotovoltaica de silício policristalino [8] As células POWER são constituídas por pastilhas policristalinas produzidas por fundição de lingotes. Após a obtenção das pastilhas, as mesmas são tratadas num processo estrutural mecânico, sendo polidos sulcos em ambos os lados da pastilha de silício, recorrendo a uma fresadora com uma lâmina de rotação rápida. São então criados orifícios macroscopicamente diminutos na interseção dos sulcos onde a célula é transparente, variando a transparência entre 0 e 30%, de acordo com o tamanho do orifício. Estas células terão uma eficiência de 10% para 10% de transparência e apresentam uma espessura de 0,3 mm. O padrão estrutural semelhante a cristais de gelo da célula policristalina permanece visível [9]. 2.3.1.3 - Silício monocristalino vs Sílicio policristalino O silício monocristalino e o silício policristalino dominam atualmente o mercado de células solares fotovoltaicas e é frequentemente discutida qual a melhor opção. A resposta a esta questão é muito relativa e está dependente das preferências de cada um, no entanto apresenta-se de seguida uma lista de vantagens e desvantagens de cada, que pretende dar as informações que permitam uma escolha consciente entre as opções. Sílicio Monocristalino – Vantagens:  Maior eficiência, tipicamente entre 15% e 18%;  Melhor resultado na relação espaço-eficiência, sendo que para uma mesma potência de painel ocupam menos espaço quando comparados com qualquer outro tipo de tecnologia de geração; 19 19  Maior tempo de vida, tendo na sua maioria garantias de 25 anos;  Melhores resultados que os painéis policristalinos quando expostos a situações de pouca luz. Sílicio Monocristalino – Desvantagens:  São os mais caros, podendo não compensar a sua instalação por motivos financeiros;  Se, no sistema, um painel se encontrar coberto por sujidade, neve ou sombras, pode provocar uma falha geral no circuito;  O processo de Czochralski é o processo que resulta em maiores perdas de silício. Silício Policristalino – Vantagens:  Processo de obtenção mais simples e apresenta custos inferiores;  Perdas de silício no processo de fabrico são inferiores. Silício Policristalino – Desvantagens:  Apresentam menor eficiência, tipicamente entre 13 a 15%;  Relação espaço-eficiência desvantajosa comparativamente com os painéis de silício monocristalino;  Podem ser mais desagradáveis relativamente à sua aparência devido à cor azul, enquanto os painéis monocristalinos apresentam uma aparência mais uniforme. 2.3.1.4 - Células de silício laminadas Nos processos mais utilizados para produção de células fotovoltaicas cristalinas aproximadamente metade do silício em bruto é perdido na forma de pó de serragem. Para além disso, por razões mecânicas, a pastilha cortada requer uma espessura de 0,3 mm. De forma a reduzir as elevadas perdas de material e aumentar a sua exploração foram desenvolvidos diferentes tipos de laminagem de faixas, que permitem produzir lâminas diretamente a partir do banho de fusão do silício. Estas lâminas já possuem a espessura da futura pastilha, sendo apenas necessário que a sua superfície lisa seja cortada em peças com a ajuda de raios laser. A laminagem de faixas permite um consumo menor de energia e matéria face aos processos tradicionais de produção de silício cristalino e apresenta um maior potencial de redução de custos quando comparado com os mesmos. Quatro tecnologias de laminagem de faixas prevaleceram até à fase de maturidade de produção em série e são utilizadas na produção comercial de células solares [9]. 20 20 2.3.1.4.1 - Células de silício policristalino EFG O processo EFG foi utilizado na produção industrial em série durante muitos anos. Um corpo de forma octogonal em grafite é imerso no banho de silício e retirado de seguida. Deste banho resultam tubos octogonais de 5,6 m de comprimento, com largura lateral de 10 cm e espessura média da parede de 0,28 mm. As pastilhas, prontas para ser usadas, são cortadas dos oito lados do octógono. Desta forma há uma redução nas perdas de material de 10%. Após a contaminação do material com fósforo e a união da camada de contacto posterior, as pastilhas são equipadas com contactos elétricos no lado frontal e uma camada de antireflexão. Estas células apesar de serem policristalinas assemelham-se mais a células monocristalinas na sua aparência e na sua qualidade elétrica, apresentando uma eficiência de 14%. Figura 2.14 - Célula policristalina EFG [10] 2.3.1.4.2 – Células de faixa de filamentos de silício policristalino Através da laminagem de faixas, lâminas de carbono ou de quartzo, aquecidos a altas temperaturas, são extraídas de um cadinho liso com silício fundido. O silício líquido forma uma pele entre as lâminas e cristaliza em faixas de lâminas de 8 cm de largura. Neste processo contínuo de laminagem, as lâminas são desenroladas de uma bobina e o silício em estado bruto é vertido permanentemente no cadinho, enquanto que a sua faixa que está a aumentar constantemente é cortada em fatias retangulares no seu extremo. Estas células apresentam forma retangular e eficiência de 12% [3]. 21 21 2.3.1.4.3 – Células de rede dendrítica de silício monocristalino Estas células são formadas num processo semelhante ao da laminagem de faixas, sendo extraída uma pequena faixa de 5 cm de largura do banho de silício. Neste processo, em vez de lâminas, é imerso um núcleo de cristal de silício no banho. Inicialmente é arrefecido o banho a temperaturas inferiores a 0 °C, o que faz com que o núcleo se estenda na superfície em linhas. Ao içar estas linhas lentamente, formam-se nos extremos duas peças verticais de filamentos de silício, denominadas dendrites. A estrutura apresentada pelo cristal é monocristalina. Os limites, assim como as próprias dendrites, são cortados de acordo com a largura das células e a faixa é cortada em células de 10 cm de largura. As células obtidas, devido à sua reduzida espessura, podem ser dobradas até um raio de curvatura de 15 cm. Estas células apresentam eficiência de 13% e espessura de 0,13 mm. 2.3.1.4.4 – Células policristalinas Apex As células Apex são as primeiras células resultantes de um procedimento de película fina com silício cristalino que estão preparadas para produção em série. Neste processo, um substrato condutivo de cerâmica substitui a espessa pastilha do silício e é coberta num processo horizontal e contínuo com uma fina película de silício policristalino de 0,03 a 0,1 mm como uma camada foto-ativa. Desta forma são criadas células solares em larga escala, apresentando características semelhantes às clássicas células policristalinas. O processo envolve elevadas temperaturas, variando de 900 a 1000 °C, no entanto a escassez de semicondutores de alta qualidade, assim como a elevada velocidade de produção, permitem que seja proveitoso em termos de custos. Estas células apresentam uma eficiência de 9,5%. 2.3.2 – Tecnologias de Conversão – 2ª Geração A 2ª geração de tecnologias de conversão aparece na década de 90, com o desenvolvimento dos processos de película fina para o fabrico de células solares a tornar-se cada vez mais importante. Nesta geração, os semicondutores foto-ativos são aplicados em finas camadas num substrato. Os materiais semicondutores utilizados são o silício amorfo, o telurieto de cádmio e o diselenieto de cobre. Devido à elevada absorção luminosa destes materiais, é possível com camadas de espessura inferior a 0,001 mm converter a luz solar. Comparativamente à 1ª geração, as células de película fina requerem temperaturas significativamente mais baixas, situando-se entre os 200 e os 500 °C. É possível então verificar o elevado potencial desta 2ª geração, uma vez que há um consumo menor de materiais e energia para o fabrico das células, reduzindo os custos de produção. 22 22 Os métodos envolvidos na produção das células incluem a disposição por vaporização, processos de disposição catódica e banhos eletrolíticos. Estes métodos permitem que as células de película fina não estejam restringidas aos formatos standard das pastilhas. 2.3.2.1 – Célula fotovoltaica de silício amorfo Esta tecnologia de película fina é das mais antigas. O silício amorfo, ou seja, sem forma, não forma uma estrutura regular de cristal mas sim uma rede irregular. Como resultado, ocorrem ligações livres que absorvem hidrogénio até à saturação. O processo de fabrico ocorre em vácuo, através de vaporização química e as temperaturas envolvidas são baixas, na ordem dos 200 a 250 °C. Estas células apresentam, assim, a vantagem de gastar pouco material e energia, assim como poderem ser utilizadas para criar módulos solares flexíveis sobre qualquer tipo de substrato. O silício amorfo apresenta duas desvantagens principais: a sua baixa eficiência, que varia entre 5 a 8%, e a degradação das células devido à luz nos primeiros 6 a 12 meses de funcionamento, que pode baixar ainda mais os valores de eficiência. Figura 2.15 - Célula fotovoltaica de silício amorfo [8] 2.3.2.2 – Célula fotovoltaica de Telurieto de Cádmio (CdTe) Esta tecnologia é fabricada pela FirstSolar. As células de CdTe podem ser produzidas em vários processos, podendo estar envolvida a impressão em tela, a disposição galvânica, a pirólise pulverizada ou a vaporização em vácuo. Este último processo permite criar módulos de maiores dimensões e eficiências, utilizando temperaturas aproximadas de 700 °C. Caracteriza-se por apresentar boas eficiências para a 2ª geração, na ordem dos 10%, e custos baixos para produção em massa. Apresenta a desvantagem de utilizar o material pesado Cádmio. 23 23 Figura 2.16 - Painel fotovoltaico de Telurieto de Cádmio [11] 2.3.2.3 – Célula fotovoltaica de Diselenieto de Cobre e Índio (CIS) A tecnologia envolvida na produção destas células utiliza semicondutores à base de calcopirite em alternativa ao silício. O processo de produção é o processo de disposição catódica. Os elementos cobre, índio e selénio são vaporizados simultaneamente numa câmara de vácuo a temperaturas de 500 °C. Ao contrário do silício amorfo, estas células não se degradam com a indução da luz, podendo no entanto apresentar problemas de estabilidade em ambientes quentes e húmidos. Esta tecnologia apresenta-se bastante eficaz em laboratório, tendo já atingido valores na ordem dos 20%, no entanto, os produtos fabricados apresentam apenas 12% de eficiência. Comercialmente estas células são uma solução que se encontra entre o silício amorfo e o silício cristalino, tanto a nível de preço como de eficiência. Figura 2.17 - Células fotovoltaicas CIS [12] 30 30 Figura 2.23 - Bateria de níquel-hidreto metálico [19] 2.5.5 – Baterias de Lítio O lítio apresenta, entre todos os materiais utilizados em baterias, o maior potencial eletroquímico e a maior densidade de energia por peso, para além de ser o mais leve. Vantagens:  Densidade de energia elevada;  Auto-descarga baixa;  Baixa manutenção, não sendo necessária nenhuma descarga periódica;  Não possui memória. Desvantagens:  Requer circuito de proteção;  A bateria é perigosa se sobrecarregada;  Envelhecimento precoce, se não for sujeita a condições de armazenamento favoráveis;  Elevado custo de fabrico;  Tecnologia ainda não atingiu a maturidade. 31 31 Figura 2.24 - Bateria de iões de lítio [20] 2.5.6 – Baterias Tesla Powerwall A Tesla desenvolveu recentemente a bateria Tesla Powerwall. Esta bateria foi desenvolvida especificamente para carregar quando alimentada por painéis solares fotovoltaicos, o que a torna especialmente interessante para os sistemas estudados nesta dissertação. A empresa fabricante apresenta três objetivos principais, ou três necessidades que se pretendem suprimir, com esta bateria:  Eletricidade solar durante a noite – a bateria permite acumular energia gerada durante o dia e gastar nos períodos de ponta noturnos;  Instalações de autoconsumo com injeção zero;  Backup de emergência – utilizar energia armazenada de forma a manter a instalação alimentada em caso de falha na rede. Figura 2.25 - Bateria Tesla Powerwall [21] As baterias Tesla Powerwall apresentam capacidade para acumular 7 kWh de energia no modelo de ciclo diário e 10 kWh no modelo de ciclo semanal, o que permite acumular energia suficiente para alimentar a maior parte das instalações domésticas, quando carregada durante o dia através de painéis fotovoltaicos. Está prevista a capacidade de instalação de 32 32 múltiplas baterias quando a instalação apresentar maior necessidade de energia para satisfazer o consumo. Estas baterias ainda não são comercializadas em Portugal e não há ainda uma data prevista para a comercialização. As baterias foram colocadas à venda, em 2015, por um valor de 3750 dólares para a versão de 10 kWh e 3000 dólares para a versão de 7 kWh [21]. Na figura 2.26 pode verificar-se o esquema de funcionamento previsto para este tipo de bateria. Figura 2.26 - Esquema de funcionamento da bateria Tesla Powerwall [21] 33 33 2.6 - Reguladores de Carga Os reguladores de carga são controladores responsáveis pela duração da vida útil das baterias. A sua função é a de manter as baterias dentro de determinados parâmetros e limites de carga, impedindo a ocorrência de sobrecargas ou de descargas profundas. Desta forma garante-se um maior potencial nas baterias e um armazenamento da energia com maior eficácia. Os controladores de carga possuem uma série de dispositivos que permitem o conhecimento permanente sobre o estado de carga do sistema. Os dispositivos reguladores de carga são significativamente mais utilizados nos sistemas isolados, devido à maior necessidade ou até mesmo ao caráter essencial das baterias nestes sistemas. Nestes casos, a ligação dos painéis fotovoltaicos é feita ao regulador e só depois às baterias para alimentação. Figura 2.27 - Regulador de carga utilizado em sistemas fotovoltaicos [24] 2.7 - Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos podem ser enquadrados em dois tipos: sistemas ligados à rede elétrica e sistemas isolados. 2.7.1 - Sistemas Ligados à Rede Elétrica Os sistemas ligados à rede elétrica são sistemas que podem ser de dois tipos: sistemas de produção para venda à rede ou sistemas de produção para autoconsumo. A produção para venda à rede prevê, para a instalação de uma determinada potência, que toda a energia gerada pelo sistema seja vendida à rede e todo o consumo seja abastecido através da rede. No caso de sistemas de produção para autoconsumo preveem que a 34 34 instalação seja dimensionada de acordo com as necessidades do consumidor, de forma a produzir maioritariamente um valor igual ou inferior ao consumo. Quando a produção é inferior às necessidades de consumo, a diferença entre esses valores é fornecida pela rede. Em caso de produção de energia superior às necessidades de consumo, a mesma pode ser vendida à rede. A instalação de baterias neste tipo de sistemas é facultativa, podendo ser utilizada como backup ou como forma de acumular a energia produzida para consumo em períodos de ponta. Figura 2.28 - Sistema fotovoltaico ligado à rede [22] 2.7.2 – Sistemas Isolados Os sistemas isolados são, como o nome indica, autónomos e independentes da rede elétrica. Estes sistemas são particularmente interessantes para zonas remotas, em que a ligação à rede não é possível ou implica elevados custos de investimento para permitir a alimentação das instalações. A instalação de baterias em sistemas isolados é considerada essencial, de forma a acumular a energia produzida para períodos em que não há sol. As baterias permitem que a energia gerada durante o dia possa ser utilizada a qualquer altura do dia. 35 35 O planeamento de um sistema fotovoltaico isolado deve ter em conta os seguintes fatores:  Potência necessária para a instalação;  Consumo de energia previsto;  Tipo de consumo (DC, AC, monofásico ou trifásico);  Período de utilização da energia;  Localização e clima da instalação. Figura 2.29 - Sistema fotovoltaico isolado [22] Os sistemas fotovoltaicos isolados podem ter várias aplicações:  Eletrificação rural;  Sinalização terrestre;  Telecomunicações;  Barcos ou caravanas;  Refúgios de montanha;  Instalações no espaço. Este último tipo de instalação tem vindo a ser um dos grandes impulsionadores do desenvolvimento da indústria solar fotovoltaica. As necessidades energéticas no espaço e a óbvia incapacidade de alimentação entre a Terra e as instalações espaciais fizeram com que a aposta neste tipo de tecnologia aumentasse significativamente. Pode verificar-se, na 36 36 Estação Espacial Internacional, a utilização de silício monocristalino nos painéis fotovoltaicos que garantem uma potência de 110 kW [23]. Figura 2.30 - Paineis fotovoltaicos de silício monocristalino na Estação Espacial Internacional [23] 37 37 Autoconsumo e UPP 3.1 - Enquadramento Legal O atual regime de produção distribuída surge de uma redefinição de prioridades por parte do governo português, apresentando as vantagens na figura 3.1. Figura 3.1 - Vantagens proporcionadas pelo modelo de produção distribuída [25] Com a entrada em vigor do Decreto-Lei (DL) 153/2014 de 20 de Outubro, é estabelecido um novo regime jurídico aplicável à produção de eletricidade, destinada ao autoconsumo por parte da instalação de utilização associada à respetiva unidade produtora, com ou sem 38 38 ligação à rede elétrica, baseada em tecnologias renováveis ou não renováveis, sendo as mesmas designadas como “Unidades de Produção para Autoconsumo” (UPAC). O mesmo DL estabelece ainda o regime jurídico aplicável à produção de eletricidade, vendida na sua totalidade à rede elétrica de serviço público (RESP), por intermédio de instalações de pequena potência, a partir de recursos renováveis. Estas unidades serão classificadas como “Unidades de Pequena Produção” (UPP). A publicação deste DL abre pela primeira vez as portas à possibilidade de instalação de unidades de produção para autoconsumo, algo impossível até à data, uma vez que a anterior legislação previa a venda de toda a energia produzida à RESP. A instalação de uma UP está sujeita a registo prévio e a sua entrada em exploração sujeita à obtenção de certificado de exploração, salvo em certas exceções:  Uma UPAC com potência instalada superior a 1 MW carece de licença de produção e licença de exploração;  As UPAC com potência instalada superior a 200 W e inferior a 1,5 kW ou cuja instalação elétrica de utilização não se encontre ligada à RESP, está sujeita a mera comunicação prévia de exploração;  As UPAC com potência instalada igual ou inferior a 200 W estão isentas de controlo prévio. Para além dos registos referidos anteriormente, todos os titulares de UPAC que pretendam fornecer energia elétrica não consumida à RESP, mesmo que com potência instalada inferior a 1,5 kW, estão sujeitos a registo prévio e obtenção de certificado de exploração. A legislação prevê a possibilidade de pluralidade de registos de UP em nome de um mesmo produtor, desde que a cada instalação de utilização só esteja associada uma única UP em nome de um mesmo produtor. O registo inicia-se com a formulação do pedido no Sistema Eletrónico de Registo de Unidades de Produção (SERUP) e é obrigatório para todas as unidades com potência superior a 1,5 kW, assim como para as UPAC que tenham potência inferior a 1,5 kW e pretendam fornecer a energia não consumida à RESP. O registo de uma UP torna-se definitivo apenas com a emissão do certificado de exploração. As UP terão que ser obrigatoriamente executadas por entidade instaladora inscrita no SERUP, entidade esta que deve assegurar-se de que os equipamentos a instalar estão certificados e que a UP se encontra devidamente registada nos termos da legislação. A legalização do autoconsumo através de instalações de cogeração foi aprovada mais recentemente, com o DL 68-A/2015 de 30 de abril. Este DL garante, para instalações de autoconsumo com energia produzida através de cogeração e que tenham potência elétrica de injeção inferior a 20 MW, a compra de todo o excedente por parte do comercializador de último recurso (CUR). Considera-se que a cogeração opera em modo de autoconsumo quando a energia elétrica produzida, para além de utilizada nos serviços auxiliares, se destine ao abastecimento de uma unidade de utilização associada, e a energia térmica se destine ao 39 39 próprio cogerador ou seja fornecida a terceiros. A modalidade geral do regime remuneratório associado à cogeração engloba duas submodalidades [26]:  Submodalidade A – Esta submodalidade integra as cogerações com potência de injeção à rede igual ou inferior a 20 MW que operam em modo de autoconsumo da eletricidade produzida;  Submodalidade B – Integra as cogerações que operam em regime de venda, total ou parcial, de eletricidade produzida em mercados organizados ou mediante contratos bilaterais. 3.2 – As UPP Atualmente considera-se um novo regime de pequena produção, do qual surgem as UPP. O anterior enquadramento legislativo previa dois modelos de produção em pequena escala, correspondendo ao mesmo a microprodução e a miniprodução (figura 3.2). Figura 3.2 - Enquadramento legislativo em vigor prévio à entrada do DL 153/2014 [25] Até à entrada em vigor do DL 153/2014, Portugal possuía entre micro e miniprodução uma capacidade total instalada de 135 MW. Com a legislação atual, a micro e miniprodução enquadram-se num só regime: a pequena produção. 46 46 horas em que não há sol, tornando impossível o autoconsumo nesse período e aumentando consequentemente a fatura energética. A integração de baterias de alta capacidade permite que o sistema seja sobredimensionado de forma a cobrir o consumo em grandes períodos de horas de ponta e cheias, e ainda acumular energia nas baterias para que a mesma seja gasta no período de ponta em que não há sol. Este processo, aliado ao facto de evitar a venda do excedente produzido à rede por um valor claramente baixo face ao que é pago pela aquisição de energia (cerca de 45€/MWh pela venda à rede e acima de 150€/MWh pela aquisição de energia em horas de ponta), valoriza ainda mais a energia produzida, podendo tornar bastante interessante e rentável o investimento neste tipo de tecnologia. 3.3.3 – Autoconsumo em Portugal, na Europa e no Mundo É importante, para uma análise mais aprofundada do autoconsumo, fazer-se uma análise relativa ao autoconsumo entre Portugal, a Europa (mais concretamente a União Europeia) e também de alguns outros países a nível mundial que apresentam um enquadramento diferente. 3.3.3.1 – Autoconsumo na Europa Atualmente, grande parte da legislação nos países pertencentes à União Europeia é legislação adaptada que segue normas definidas pela mesma. A União Europeia, embora já se tenha pronunciado relativamente ao autoconsumo, ainda não definiu normas para o mesmo. Assim sendo, a legislação existente é variável entre os diversos países e bastante diferente, como se irá verificar de seguida. Naturalmente, as diferenças de legislação nos países vão também ser responsáveis pelas diversas situações, seja ao nível da aposta no autoconsumo, ao impacto do mesmo no sistema ou até mesmo em redução de emissões. Relativamente à Europa optou-se por incidir mais sobre a situação relativa a Espanha, cujo mercado, em conjunto com o português, forma o MIBEL (Mercado Ibérico da Energia Elétrica), sendo posteriormente analisados casos de outros países pertencentes à União Europeia. 3.3.3.1.1 – Autoconsumo em Espanha Em Espanha, o governo tem-se apresentado bastante hostil face à produção de energia solar, sendo prova disso o DL 1699/2011 que regula as ligações à rede por parte de instalações fotovoltaicas. Esta legislação prevê inúmeros procedimentos administrativos, para além de impossibilitar a acumulação de energia em baterias, o que desincentiva a sua aplicação. Para além disto, foi recentemente aprovada em Conselho de Ministros uma nova lei, que embora ainda não esteja em vigor, prevê que todas as instalações de autoconsumo 47 47 terão de começar a pagar a chamada “taxa solar”, alegando que essa taxa serve para ajudar a suportar os custos totais do sistema elétrico. Para além disto, instalações até 100 kW não podem vender energia à rede, sendo obrigadas a doar o excedente, sem receber qualquer tipo de compensação. Esta legislação é aplicável tanto para instalações novas como para as já existentes. A falta de incentivos à produção de energia solar em Espanha fez com que este verão, a geração de energia elétrica, desta forma, alcançasse apenas 6,77% do valor de energia total necessário, correspondendo a uma descida em relação ao valor obtido no ano anterior, no qual atingiu 8,23% [29]. O facto de a nova legislação ser extremamente prejudicial ao crescimento da indústria fotovoltaica em Espanha, fez com que os players desta indústria procurassem uma forma de sobrevivência e se verificasse uma adaptação à realidade, através do investimento em instalações de autoconsumo com injeção zero (que também irão ser taxadas pela energia autoconsumida com a nova legislação). A instalação deste tipo de sistemas permite evitar muitas das burocracias necessárias para a injeção na rede e mostra-se eficiente nos setores comercial e industrial, sendo que grande parte das horas de funcionamento destes setores coincidem com as horas de sol, permitindo que a produção seja instantaneamente consumida pela instalação, com a vantagem adjacente de as horas de produção coincidirem com horas cheias e de ponta. Este tipo de instalações necessitam no entanto de um equipamento de controlo de injeção zero, fazendo com que a produção se mantenha sempre igual ou abaixo do perfil de consumo. Para os casos de instalações de autoconsumo de injeção zero, torna-se ainda mais importante o correto dimensionamento da instalação de forma a permitir a amortização do investimento a curto-prazo. Nas figuras seguintes apresentam-se situações verificadas num estudo efetuado no centro de dia Alzheimer León pela AS Solar [30]. Figura 3.9 - Consumo Total (kWh), produção fotovoltaica (kWh) e preço da energia elétrica/hora (€/kWh) [30] 48 48 Figura 3.10 - Produção Fotovoltaica vs Consumo Total [30] 3.3.3.1.2 – Autoconsumo no Resto da Europa Na Alemanha, verificou-se um incentivo ao autoconsumo desde 2011, com tarifas premium para a eletricidade autoconsumida, sendo que quanto maior fosse a taxa de autoconsumo maior a remuneração, incentivando o dimensionamento de instalações para taxas o mais altas possível. Entretanto, como o custo de geração de energia fotovoltaica tem vindo a descer, foram retiradas as tarifas premium desses mesmos incentivos. Para que as instalações fossem devidamente dimensionadas para o objetivo do autoconsumo, em 2012 foi introduzido um fator limitante para a injeção na rede. Foi definido para a Alemanha, até 2020, um objetivo ambicioso de 51,75 GWp instalados em sistemas fotovoltaicos, estando instalada até ao final de 2014 uma potência de 35,9 GWp. Na Itália, a legislação relativa ao autoconsumo corresponde ao DM 05/07/2012, que contempla o “V Conto Energia”, tratando-se este de um esquema de autoconsumo semelhante ao esquema introduzido na Alemanha em 2011. Há também o esquema “Scambio Sul” que assegura remuneração, tanto para a quantidade de energia injetada na rede como para a consumida instantaneamente. Mais recentemente, em julho de 2013, as instalações com potência inferior a 200 kW passam a injetar na rede o excesso de energia produzida ao preço de mercado (cerca de 80€/MWh), podendo este valor ser cobrado ou acumulado para o ano seguinte. Apesar da alteração, mantém-se a vantagem relativamente ao autoconsumo face à compra de energia ao comercializador. 49 49 Figura 3.11 - Casos de Estudo para instalações de autoconsumo FV em Itália e na Alemanha [31] A Dinamarca introduziu regulamentação relativa ao autoconsumo fotovoltaico em 2010, apenas para instalações domésticas, criando o “Energinet.dk”, sendo essa autoridade responsável pelo bom funcionamento do sistema. Essa regulamentação veio sofrendo adaptações e atualmente permite a inclusão de outras tecnologias renováveis no autoconsumo, excetuando a energia geotérmica. Este modelo, contudo, trouxe consequências negativas em termos de impostos e taxas, sendo que o preço de eletricidade para consumidores domésticos atingiu o topo em 2011. Devido à falta de controlo relativa à instalação de sistemas fotovoltaicos, no final de 2012 já tinham sido atingidas as metas estabelecidas para 2020 e por este motivo foram entretanto reduzidos os incentivos para novas instalações [32]. No Reino Unido o autoconsumo é permitido e apresenta um esquema atrativo e mais vantajoso relativamente à Itália e Alemanha, uma vez que inclui ainda uma tarifa de geração de energia. No entanto, têm recentemente vindo a ser sugeridos cortes nos apoios ao autoconsumo, estando prevista uma redução aos apoios de cerca de 87%. Contrariamente ao que acontece em Espanha, esta medida não prevê retroativos, ou seja, espera-se que seja aplicável apenas às novas instalações a partir de 2016, não englobando as instalações já existentes. Os cortes previstos para o Reino Unido estão relacionados também com o facto de ter sido ultrapassada a meta de produção de energia fotovoltaica até 2020, sendo que a meta definida foi de 2,68 GWp e até ao final de 2014 já havia uma potência instalada de 5,1 GWp [33]. Em França, apesar de já existirem bastantes sistemas fotovoltaicos e uma potência instalada de 5,6 GWp, ultrapassando as metas de 5,4 GWp para 2020, o autoconsumo ainda não é possível, encontrando-se em discussão a legislação para o mesmo. 50 50 Figura 3.12 - Esquemas de net-metering e autoconsumo na Europa, relativos ao ano 2013 [34] 3.3.3.2 – Autoconsumo no Mundo 3.3.3.2.1 - Estados Unidos da América Nos EUA, o autoconsumo foi implementado pela primeira vez em 1996 na Califórnia, tanto para sistemas fotovoltaicos como eólicos. Com base num acordo entre o comercializador e o consumidor, este ganha créditos pela eletricidade que injeta na rede. Assim o consumidor paga apenas a diferença entre a energia consumida e produzida, bem como uma parte dos custos de distribuição. Na Califórnia, o período de regularização é de 12 meses e a contagem é feita mensalmente em kWh, sem identificação do valor económico. Todas as instalações renováveis com potência até 1 MW têm possibilidade de entrar neste modelo. A aposta no autoconsumo neste estado é das mais fortes, havendo um objetivo de potência instalada de 12 GW até 2020. Para além da Califórnia, há políticas para o autoconsumo em mais 43 estados, variando a legislação de estado para estado. Na imagem seguinte está demonstrado o limite do sistema, em kW, para cada estado. 51 51 Figura 3.13 - Limite de potência instalada (em kW), para cada estado, nos EUA; as percentagens correspondem à procura por parte do cliente [35] 3.3.3.2.2 - México No México há uma grande aposta relativa a energias renováveis, estando prevista para 2025 uma potência instalada de 30000 MW proveniente deste tipo de energias. Prevê-se que 52% do aumento se verifique através de instalações de autoconsumo. Assim, há uma expectativa de ter em 2025 uma potência instalada em sistemas de autoconsumo de 9764 MW. No entanto, contrariamente ao que se verifica na Europa, a aposta no autoconsumo através de energia eólica corresponde a 84,6% do total, ocupando os sistemas fotovoltaicos apenas 6,1%. Apesar de estes serem valores considerados baixos em termos percentuais, os 6,1% representam um aumento de 1000% entre os valores existentes em 2012 e os esperados em 2018, e correspondem a 600 MW de potência instalada, o que significa que há um claro crescimento em termos de aposta em energia proveniente do sol [36]. 3.4 – O paradigma da produção distribuída Tradicionalmente, o desenvolvimento dos sistemas elétricos de energia (SEE) seguiu um desenvolvimento baseado numa estrutura hierarquizada, estando previstos fluxos de energia unidirecionais desde o nível superior (geração) até aos níveis inferiores (consumo). As redes de distribuição tinham como principal função, única e exclusivamente, a alimentação dos consumidores finais a partir da rede de transporte. O planeamento da rede era baseado em critérios de qualidade de fornecimento a assegurar e em função da carga. Desta forma, eram previstos investimentos regulares com vista a suportar o crescimento anual da ponta. 52 52 Os objetivos definidos pela União Europeia para 2020, aliados aos programas governamentais que procuram a redução de agentes poluentes, o aumento da eficiência energética e a diversificação do mix energético, causaram um interesse crescente na ligação de unidades de produção de energia elétrica nas redes de distribuição. A introdução da produção distribuída apresentou um impacto significativo na rede, o que provocou uma alteração no paradigma. A injeção em determinados pontos da rede de distribuição provoca a variação das tensões no sistema, congestionamento de ramos da rede e subestações, aumento dos níveis de potência de curto-circuito, perturbações na qualidade da onda, problemas de estabilidade e incertezas relativamente ao pré-despacho e despacho das unidades convencionais. A produção distribuída também tem as suas vantagens, contribuindo para suportar os consumos em determinados locais e podendo adiar a intervenção e consequente investimento no reforço da rede. A localização de unidades de produção distribuída nas zonas mais extremas das redes de distribuição, terá um maior contributo para a redução de correntes nos ramos em toda a rede, beneficiando diretamente o operador da rede de distribuição (ORD) dado que aumenta o intervalo de tempo para que seja atingida a capacidade térmica de alguns ramos. A avaliação do número de anos que a instalação de produção distribuída adia o investimento numa determinada rede é extremamente relevante para avaliar os seus benefícios. Para além de adiar o investimento, verifica-se uma contribuição significativa da presença de produção distribuída nas redes de distribuição, uma vez que reduz as perdas decorrentes do transporte de energia elétrica, devido ao aumento da proximidade entre os locais de produção e os locais de consumo. 53 53 Caso de Estudo 4.1 - Dados do Caso de Estudo O Caso de Estudo relativo a esta Dissertação foi uma confeitaria, localizada no norte do país, para a qual foi analisada a possibilidade e viabilidade de instalação de uma UPAC, de acordo com todas as suas características e condicionantes, tais como a localização, área, orientação e potência instalada. A instalação tem um tarifário em MT, com potência contratada de 290 kW. O edifício para o qual se vai considerar a instalação possui uma cobertura com área total de 1862 m2, dividida em duas partes iguais, ambas com inclinação de 20º, sendo uma parte orientada a Sul e a outra orientada a Norte. Cada parte da cobertura tem 70 m de comprimento e 13,3 m de largura, perfazendo uma área de 931 m2. Como se verificou no capítulo anterior, em Portugal a orientação preferencial dos painéis fotovoltaicos é virada a Sul, sendo que, por esse motivo, apenas se vai considerar a área disponível com orientação para Sul para efeitos de instalação dos painéis. Para se poder efetuar uma instalação responsável, foram reservados espaços da cobertura que permitam acesso no futuro quando for necessária a manutenção do sistema. Desta forma, foram obtidas 8 áreas iguais com dimensões de 17,125 m de comprimento e 6,4 m de largura, resultando uma área total máxima de instalação de 876,8 m2. Devido à inclinação da cobertura, a instalação será coplanar. Os painéis escolhidos para utilização são os painéis Sunmodule Plus SW 260 poly da marca SolarWorld, com potência unitária de 260 W e, tal como o nome indica, constituídos por células policristalinas. As dimensões destes painéis são de 1,675 m x 1 m, sendo a sua disposição feita de acordo com os seguintes cálculos. 54 54 Orientação Horizontal: 17,125 1,675 =10 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 (ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙); 6,4 1=6 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 (𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙);𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙∶10∗6=60 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠/á𝑟𝑒𝑎 Orientação Vertical: 17,125 1=17 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 (ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙); 6,4 1,675=3 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠 (𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙);𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙:17∗3=51 𝑝𝑎𝑖𝑛é𝑖𝑠/á𝑟𝑒𝑎 Os valores obtidos, considerando a totalidade da área a utilizar, são os seguintes:  Orientação horizontal: Sistema com 480 painéis;  Orientação vertical: Sistema com 408 painéis. Optou-se assim pela orientação dos painéis na horizontal, sendo o estudo feito para uma instalação de 480 painéis de 260 W, correspondente a uma potência total a instalar de 124,8 kW. Com base no valor obtido utilizaram-se dois programas para a previsão de produção fotovoltaica: o PVGIS (software livre) e o PVSOL (software pago em versão de teste). 4.1.1 PVGIS No PVGIS, efetuou-se a extração de dados de irradiação média diária para cada mês do ano, para a localização especificada e para a inclinação e orientação dos painéis (figura 4.1). Figura 4.1 - Dados introduzidos no PVGIS para obtenção da irradiação 55 55 Os dados recolhidos foram tratados, obtendo-se uma tabela de kW/m2 produzido em função do respetivo período de 15 minutos. De referir que estes valores são os ideais para um rendimento de 100%, sendo que depois serão condicionados pelo respetivo rendimento dos painéis e do sistema. Na imagem seguinte apresenta-se a tabela obtida de irradiação para a localização deste sistema. Tabela 4.1 - Dados de irradiação para o sistema, em kW/m2 Hora Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro 04:30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04:45 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 05:00 0 0 0 0 0 0,032 0 0 0 0 0 0 05:15 0 0 0 0 0,035 0,045 0,033 0 0 0 0 0 05:30 0 0 0 0 0,05 0,049 0,044 0 0 0 0 0 05:45 0 0 0 0 0,065 0,079 0,062 0,032 0 0 0 0 06:00 0 0 0 0,046 0,097 0,114 0,098 0,056 0 0 0 0 06:15 0 0 0 0,082 0,132 0,153 0,139 0,093 0,031 0 0 0 06:30 0 0 0,05 0,117 0,171 0,196 0,184 0,137 0,064 0 0 0 06:45 0 0 0,092 0,154 0,212 0,24 0,232 0,184 0,103 0 0 0 07:00 0 0 0,133 0,193 0,253 0,285 0,282 0,235 0,149 0,059 0 0 07:15 0 0,068 0,176 0,233 0,295 0,331 0,332 0,288 0,197 0,102 0 0 07:30 0 0,113 0,219 0,272 0,337 0,276 0,284 0,342 0,248 0,142 0 0 07:45 0,066 0,154 0,263 0,311 0,378 0,422 0,434 0,396 0,3 0,184 0,085 0 08:00 0,097 0,195 0,306 0,349 0,418 0,466 0,485 0,45 0,352 0,226 0,125 0,079 08:15 0,133 0,235 0,347 0,385 0,457 0,51 0,534 0,502 0,403 0,268 0,159 0,117 08:30 0,162 0,275 0,387 0,421 0,494 0,552 0,581 0,554 0,453 0,309 0,193 0,147 08:45 0,189 0,313 0,425 0,454 0,53 0,592 0,627 0,603 0,502 0,348 0,225 0,177 09:00 0,216 0,349 0,461 0,485 0,564 0,63 0,671 0,65 0,548 0,385 0,256 0,204 09:15 0,24 0,382 0,494 0,515 0,595 0,665 0,712 0,694 0,592 0,42 0,284 0,23 09:30 0,263 0,414 0,525 0,542 0,625 0,698 0,75 0,736 0,633 0,453 0,311 0,255 09:45 0,284 0,443 0,553 0,567 0,651 0,729 0,785 0,774 0,672 0,483 0,336 0,277 10:00 0,303 0,47 0,579 0,589 0,676 0,757 0,818 0,809 0,706 0,511 0,358 0,297 10:15 0,32 0,494 0,602 0,609 0,698 0,782 0,847 0,841 0,738 0,536 0,379 0,315 10:30 0,335 0,515 0,622 0,627 0,717 0,804 0,873 0,869 0,766 0,557 0,396 0,331 10:45 0,348 0,533 0,639 0,642 0,733 0,823 0,895 0,893 0,79 0,576 0,412 0,345 11:00 0,358 0,548 0,654 0,655 0,747 0,839 0,913 0,914 0,81 0,592 0,425 0,356 11:15 0,367 0,56 0,666 0,665 0,758 0,852 0,929 0,93 0,826 0,605 0,435 0,366 11:30 0,374 0,569 0,674 0,673 0,767 0,862 0,94 0,942 0,839 0,614 0,443 0,373 11:45 0,378 0,575 0,68 0,678 0,772 0,868 0,947 0,951 0,847 0,621 0,448 0,377 12:00 0,38 0,578 0,683 0,68 0,775 0,871 0,951 0,955 0,851 0,624 0,45 0,379 12:15 0,38 0,578 0,683 0,68 0,775 0,871 0,951 0,955 0,851 0,624 0,45 0,379 12:30 0,378 0,575 0,68 0,678 0,772 0,868 0,947 0,951 0,847 0,621 0,448 0,377 12:45 0,374 0,569 0,674 0,673 0,767 0,862 0,94 0,942 0,839 0,614 0,443 0,373 13:00 0,367 0,56 0,666 0,665 0,758 0,852 0,929 0,93 0,826 0,605 0,435 0,366 13:15 0,358 0,548 0,654 0,655 0,747 0,839 0,913 0,914 0,81 0,592 0,425 0,356 13:30 0,348 0,533 0,639 0,642 0,733 0,823 0,895 0,893 0,79 0,576 0,412 0,345 13:45 0,335 0,515 0,622 0,627 0,717 0,804 0,873 0,869 0,766 0,557 0,396 0,331 14:00 0,32 0,494 0,602 0,609 0,698 0,782 0,847 0,841 0,738 0,536 0,379 0,315 14:15 0,303 0,47 0,579 0,589 0,676 0,757 0,818 0,809 0,706 0,511 0,358 0,297 14:30 0,284 0,443 0,553 0,567 0,651 0,729 0,785 0,774 0,672 0,483 0,336 0,277 14:45 0,263 0,414 0,525 0,542 0,625 0,698 0,75 0,736 0,633 0,453 0,311 0,255 15:00 0,24 0,382 0,494 0,515 0,595 0,665 0,712 0,694 0,592 0,42 0,284 0,23 15:15 0,216 0,349 0,461 0,485 0,564 0,63 0,671 0,65 0,548 0,385 0,256 0,204 15:30 0,189 0,313 0,425 0,454 0,53 0,592 0,627 0,603 0,502 0,348 0,225 0,177 15:45 0,162 0,275 0,387 0,421 0,494 0,552 0,581 0,554 0,453 0,309 0,193 0,147 16:00 0,133 0,235 0,347 0,385 0,457 0,51 0,534 0,502 0,403 0,268 0,159 0,117 16:15 0,097 0,195 0,036 0,349 0,418 0,466 0,485 0,45 0,352 0,226 0,125 0,036 16:30 0,034 0,154 0,263 0,311 0,378 0,422 0,434 0,396 0,3 0,184 0,085 0,025 16:45 0,022 0,113 0,219 0,272 0,337 0,376 0,384 0,342 0,248 0,142 0,029 0 17:00 0 0,036 0,176 0,233 0,295 0,331 0,332 0,288 0,197 0,102 0 0 17:15 0 0,023 0,133 0,193 0,253 0,285 0,282 0,235 0,149 0,037 0 0 17:30 0 0 0,092 0,154 0,212 0,24 0,232 0,184 0,103 0,022 0 0 17:45 0 0 0,041 0,117 0,171 0,196 0,184 0,137 0,064 0 0 0 18:00 0 0 0,023 0,082 0,132 0,153 0,139 0,093 0,026 0 0 0 18:15 0 0 0 0,046 0,097 0,114 0,098 0,056 0,013 0 0 0 18:30 0 0 0 0,033 0,065 0,079 0,062 0,032 0 0 0 0 18:45 0 0 0 0 0,05 0,049 0,044 0,021 0 0 0 0 19:00 0 0 0 0 0,035 0,045 0,033 0 0 0 0 0 19:15 0 0 0 0 0,019 0,032 0,021 0 0 0 0 0 19:30 0 0 0 0 0 0,019 0 0 0 0 0 0 19:45 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20:00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 62 62 Tabela 4.4 – Formato de dados obtidos para o sistema, em kWh Tabela 4.5 – Formato de dados obtidos para o sistema, em € Para efeitos de análise financeira, foi elaborada uma tabela no seguinte formato (tabela 4.6): Tabela 4.6 - Formato da tabela utilizada para análise financeira Nesta análise considerou-se uma degradação da capacidade da UPAC de 1%/ano e uma inflação de 3%/ano. 4.3 - Análise de Resultados A simulação realizada permitiu uma análise do impacto a nível energético e económico para a empresa estudada. Para efeitos de análise apresentam-se os resultados finais obtidos em termos anuais e também, com maior detalhe em formato de tabela e gráfico, os resultados para cada mês. ENERGIA (kWh) Janeiro Fevereiro Março Consumo s/FV 106 176 112 442 123 029 Produção Total 8 730 10 590 15 225 Produção Autoconsumida 7 394 9 381 13 489 Produção Vendida 1 336 1 209 1 736 Consumo da Rede 98 782 103 061 109 540 CUSTO (€) Janeiro Fevereiro Março Custo s/FV 11 600,99 € 12 107,63 € 13 666,36 € Produção Autoconsumida 883,12 € 1 098,20 € 1 625,80 € Produção Vendida 62,32 € 56,40 € 80,96 € Consumo da Rede 10 717,87 € 11 009,43 € 12 040,56 € Ano Produção (kW) Poupança Receita Invest Cash-Flow Cash-Flow act Cash-Flow acum 0 0 0,00 € 0,00 € -142 975,00 € -142 975,00 € -142 975,00 € -142 975,00 € 63 63 Tabela 4.7 - Resultados anuais para o sistema, em kWh Tabela 4.8 - Resultados anuais para o sistema, em € Conforme se pode verificar, a poupança através do autoconsumo, ainda sem considerar o valor da produção vendida, traduz-se numa poupança na fatura superior a 19000€, o que equivale a 12,71%. Numa análise mais aprofundada são verificados os vários períodos horários pelos quais é distribuído o consumo e produção, obtendo-se as seguintes tabelas. Tabela 4.9 - Resultados, em kWh, para períodos de SV, V, P e C Tabela 4.10 - Resultados, em €, para períodos de SV, V, P e C ENERGIA (kWh) TOTAL Consumo s/FV 1 515 915 Produção Total 192 035 Produção Autoconsumida 165 487 Produção Vendida 26 548 Consumo da Rede 1 350 428 CUSTO (€) TOTAL Custo s/FV 152 125,49 € Produção Autoconsumida 19 342,07 € Produção Vendida 1 238,16 € Consumo da Rede 132 783,43 € Energia (kWh) Consumo Produção P. Autoconsumida P. Excedente SV 253 426 34 34 0 V 304 127 46 176 22 201 23 975 P 267 952 40 218 40 168 50 C 690 411 105 607 103 084 2 523 Valor (€) Consumo P. Autoconsumida SV 16 957,34 € 2,32 € V22 559,80 € 1 673,08 € P43 719,82 € 7 308,69 € C68 888,54 € 10 357,98 € 64 64 Na tabela 4.9 verifica-se que o dimensionamento deste sistema faz com que haja um aproveitamento baixo da produção em período de vazio, sendo mais de 50% da produção nesses períodos vendida à rede. No entanto, quase toda a produção é autoconsumida em períodos de ponta e horas cheias, aumentando o seu potencial. Como se pode ver na tabela 4.10 o valor da produção autoconsumida nesses períodos é extremamente valioso para a instalação. 65 65 4.3.1 - Janeiro Tabela 4.11 - Resultados para o sistema em janeiro, em kWh Tabela 4.12 - Resultados para o sistema em janeiro, em € Figura 4.8 - Gráfico de consumo e produção média diária em janeiro, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Janeiro Consumo s/FV 106 176 Produção Total 8 730 Produção Autoconsumida 7 394 Produção Vendida 1 336 Consumo da Rede 98 782 CUSTO (€) Janeiro Custo s/FV 11 600,99 € Produção Autoconsumida 883,12 € Produção Vendida 62,32 € Consumo da Rede 10 717,87 € 66 66 4.3.2 - Fevereiro Tabela 4.13 - Resultados para o sistema em fevereiro, em kWh Tabela 4.14 - Resultados para o sistema em fevereiro, em € Figura 4.9 - Gráfico de consumo e produção média diária em fevereiro, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Fevereiro Consumo s/FV 112 442 Produção Total 10 590 Produção Autoconsumida 9 381 Produção Vendida 1 209 Consumo da Rede 103 061 CUSTO (€) Fevereiro Custo s/FV 12 107,63 € Produção Autoconsumida 1 098,20 € Produção Vendida 56,40 € Consumo da Rede 11 009,43 € 67 67 4.3.3 - Março Tabela 4.15 - Resultados para o sistema em março, em kWh Tabela 4.16 - Resultados para o sistema em março, em € Figura 4.10 - Gráfico de consumo e produção média diária em março, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Março Consumo s/FV 123 029 Produção Total 15 225 Produção Autoconsumida 13 489 Produção Vendida 1 736 Consumo da Rede 109 540 CUSTO (€) Março Custo s/FV 13 666,36 € Produção Autoconsumida 1 625,80 € Produção Vendida 80,96 € Consumo da Rede 12 040,56 € 68 68 4.3.4 - Abril Tabela 4.17 - Resultados para o sistema em abril, em kWh Tabela 4.18 - Resultados para o sistema em abril, em € Figura 4.11 - Gráfico de consumo e produção média diária em abril, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Abril Consumo s/FV 142 635 Produção Total 17 663 Produção Autoconsumida 15 932 Produção Vendida 1 731 Consumo da Rede 126 703 CUSTO (€) Abril Custo s/FV 13 379,63 € Produção Autoconsumida 1 802,80 € Produção Vendida 80,72 € Consumo da Rede 11 576,84 € 69 69 4.3.5 - Maio Tabela 4.19 - Resultados para o sistema em maio, em kWh Tabela 4.20 - Resultados para o sistema em maio, em € Figura 4.12 - Gráfico de consumo e produção média diária em maio, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Maio Consumo s/FV 129 685 Produção Total 21 313 Produção Autoconsumida 18 055 Produção Vendida 3 258 Consumo da Rede 111 631 CUSTO (€) Maio Custo s/FV 12 315,74 € Produção Autoconsumida 2 072,87 € Produção Vendida 151,95 € Consumo da Rede 10 242,88 € 70 70 4.3.6 - Junho Tabela 4.21 - Resultados para o sistema em junho, em kWh Tabela 4.22 - Resultados para o sistema em junho, em € Figura 4.13 - Gráfico de consumo e produção média diária em junho, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Junho Consumo s/FV 123 021 Produção Total 22 728 Produção Autoconsumida 18 693 Produção Vendida 4 035 Consumo da Rede 104 328 CUSTO (€) Junho Custo s/FV 11 824,90 € Produção Autoconsumida 2 154,00 € Produção Vendida 188,18 € Consumo da Rede 9 670,90 € 71 71 4.3.7 - Julho Tabela 4.23 - Resultados para o sistema em julho, em kWh Tabela 4.24 - Resultados para o sistema em julho, em € Figura 4.14 - Gráfico de consumo e produção média diária em julho, em kWh a cada período de 15 min ENERGIA (kWh) Julho Consumo s/FV 124 604 Produção Total 24 833 Produção Autoconsumida 19 951 Produção Vendida 4 882 Consumo da Rede 104 653 CUSTO (€) Julho Custo s/FV 12 216,04 € Produção Autoconsumida 2 347,39 € Produção Vendida 227,70 € Consumo da Rede 9 868,64 € 78 78 Face aos resultados obtidos foram também calculados os valores para o Valor Atual Liquido (VAL), Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) e Período de Recuperação do Investimento (PRI), calculados da seguinte forma:  VAL: 𝑉𝐴𝐿= ∑ 𝐶𝐹𝑘 (1+𝑖)𝑘 𝑛 𝑖=0 Correspondendo CFk ao cash-flow no ano k e utilizando-se uma taxa de atualização de capital de 1%.  TIR: Para o cálculo da TIR resolve-se a seguinte equação em função de i 0=∑−𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑘 (1+𝑖)𝑘 𝑛 𝑘=0 + ∑ 𝐶𝐹𝑘 (1+𝑖)𝑘 𝑛 𝑘=1 + 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 (1+𝑖)𝑛  PRI: 𝑃𝑅𝐼= ∑𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑘 (1+𝑖)𝑘 𝑛 𝑘=0 1 𝑛∗(∑𝐶𝐹𝑘 (1+𝑖)𝑘+𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 (1+𝑖)𝑛 𝑛 𝑘=1 Tabela 4.37 - VAL, TIR e período de amortização (anos) VAL 295 576,15 € TIR 15% Amortização 6,92 79 79 4.5 - Conclusões Através da análise dos resultados obtidos para este sistema é possível tirar as seguintes conclusões:  Julho é o mês em que a UPAC tem maior impacto, apresentando uma potencial redução na fatura de 2347,39€, o que corresponde a uma poupança de 19,22%;  Dezembro é o mês em que a UPAC tem menor impacto, apresentando uma potencial redução na fatura de 810,27€, o que corresponde a uma poupança de 6,08%;  O dimensionamento da UPAC permite uma percentagem de energia autoconsumida de 86,18% face ao total de energia produzida;  A UPAC é viável, permitindo um retorno do investimento em menos de 7 anos. 81 81 Conclusões e Perspetivas Futuras Em termos gerais, pode desde já afirmar-se que, com a realização deste trabalho, se pode concluir que o autoconsumo fotovoltaico, no panorama atual, é um investimento viável e com boas perspetivas de retorno nos diversos setores. As suas implicações positivas são claras, tanto ao nível da redução da fatura do cliente como a nível ambiental e para a economia em geral. Ao contrário do que era esperado inicialmente no trabalho, não foi possível criar um programa que fosse totalmente abrangente, e isto devido a diversas condicionantes. Para além do facto de se poder instalar o autoconsumo nos diversos tarifários dos diversos escalões de potência, o que cria desde logo inúmeros cenários, há também a entrada do mercado livre de energia. Não se pode hoje em dia estabelecer um tarifário-tipo, uma vez que o tarifário varia de cliente para cliente. Para além dos tarifários, também os perfis de consumo são extremamente variáveis, assim como a área disponível para instalação do sistema, a orientação do edifício, etc. Pode daqui concluir-se que cada caso é específico e, apesar de haver variáveis comuns, tem de ser tratado como tal. No autoconsumo é essencial e determinante um dimensionamento específico para cada caso. Um mau dimensionamento compromete a viabilidade da instalação e um bom dimensionamento permite um retorno rápido e uma ótima rentabilidade. Nesta área não se pode “aproveitar o que o vizinho fez” pela especificidade de cada caso. Para um bom dimensionamento é essencial uma análise do perfil de consumo, da zona e orientação da instalação e do potencial de produção da UPAC. Numa análise superficial pode considerar-se que numa padaria ou em outros estabelecimentos que tenham os seus picos de consumo durante a noite, a instalação de UPAC não se justifica nem é viável, no entanto uma análise mais aprofundada permite saber o perfil de consumo específico e muitas vezes há aparelhos que apresentam elevados consumos durante o dia, como por exemplo as câmaras de refrigeração, o que faz com que seja justificado o investimento numa instalação de autoconsumo, desde que devidamente dimensionada para o local de consumo. 82 82 As instalações de autoconsumo que sejam consideradas viáveis para BTE e MT têm, na maioria dos casos, dimensionamento ideal para 100% da potência contratada, correspondendo para este valor o retorno mais rápido do investimento. Contudo, na maior parte dos casos, há limitações no que diz respeito à área disponível para instalação, como acontece no caso de estudo analisado, em que metade da área total da cobertura está orientada para Norte, apresentando condições desfavoráveis para a instalação de painéis na mesma. O previsível aumento do custo da energia é outra questão que pode aumentar ainda mais a viabilidade das instalações de autoconsumo, uma vez que quanto maior for a subida de preço mais rápido será o retorno do investimento. Neste estudo foi considerada uma subida de preço de acordo com uma inflação de 3%, mas, de acordo com dados estatísticos da ERSE, há a possibilidade de subidas superiores a este valor. Para valorizar devidamente o autoconsumo é importante avaliar os vários períodos (SV, V, C e P) em que a instalação tem impacto. Através do caso de estudo pode verificar-se que, para um maior impacto na fatura e nas horas cheias e de ponta, é necessário um dimensionamento em que uma parte significativa da energia produzida em horas de vazio é vendida. Considera-se que, apesar do atual investimento em UPAC ser rentável, há várias vantagens que não são reconhecidas:  O novo regime de produção distribuída, mais particularmente as UPAC, permite minimizar o paradigma da produção distribuída;  O incentivo à produção no local de consumo provoca a redução das perdas na rede;  Promoção da capacidade de produção renovável;  Redução das necessidades elétricas em ponta (solar FV);  Potencial aumento de qualidade de serviço;  Criação de empregos, promovendo as PME e as economias locais. Estas vantagens são algo que deve ser considerado, uma vez que com uma só medida se ajuda em questões essenciais para o país como o emprego e as metas de União Europeia para 2020 na integração das FER. Para trabalho futuro deve ser considerada a integração de baterias de alta capacidade nas UPAC. O desenvolvimento das baterias Tesla Powerwall é um bom ponto de partida para a valorização deste tipo de instalações. Com os equipamentos de controlo já existentes podem potenciar-se assim instalações de autoconsumo com injeção zero, aumentando ainda mais o valor da sua instalação. No caso de estudo realizado, verifica-se que o total de energia vendida à rede, e desta forma tendo o seu potencial minimizado, corresponde a 13,82% do total de energia produzida pela UPAC. Essa energia poderia ser acumulada para utilização no período de ponta em que não há sol e consequentemente não há produção, vendo o seu potencial aumentar exponencialmente. Este estudo teria de ser devidamente analisado uma 83 83 vez que, obviamente, há custos inerentes à aquisição e instalação das baterias, no entanto poderá tornar-se mais uma opção a ter em conta. 85 85 Referências [1] DGEG, “Direção Geral de Energia e Geologia,” Outubro 2015. [Online]. Available: http://www.dgeg.pt/. [2] “JRC's Institute for Energy and Transport,” 2012. [Online]. Available: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eur.htm. [3] P. C. Monteiro, “Apontamentos de Energia Eólica e Solar,” Porto, 2015. [4] “Solar Térmico - Plurienergia,” Dezembro 2015. [Online]. Available: http://www.plurienergia.pt/solucoes-aquecimento/solar-termico/. [5] “Vantagens e desvantagens da energia solar,” dezembro 2015. [Online]. Available: http://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-energia-solar/. [6] “Energia Solar: Como funciona? - O Efeito Fotovoltaico,” dezembro 2015. [Online]. Available: http://www.blue-sol.com/energia-solar/energia-solar-como-funciona-oefeito-fotovoltaico/. 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