Um SFCR depende de um conjunto de equipamentos que permitem transformar energia solar em energia elétrica e realizar a conexão entre a energia
produzida pelo sistema com a rede elétrica de baixa tensão, operando em paralelo com a rede de eletricidade.
Esse sistema tem por objetivo gerar eletricidade para o consumo local. Os sistemas integrados a prédios urbanos são incorporados à fachada ou ao telhado do imóvel não precisando de áreas destinadas somente para este fim, sendo o único pré-requisito uma orientação solar favorável.
Esses sistemas são constituídos basicamente por:
Módulo(s) fotovoltaico(s): responsáveis pela captação e transformação de energia solar em energia elétrica CC;
Inversor ou conjunto completo do sistema de condicionamento de potência: equipamento responsável pela transferência da energia CC produzida pelo(s) módulo(s) à rede elétrica CA, e pela operação adequada do sistema com a rede elétrica. Pode reduzir ou eliminar o consumo da rede da concessionária ou mesmo ainda gerar excedente de energia que poderá ser compensada [29] [2].
Rede elétrica: responsável pelo transporte da energia disponível pela concessionária, da energia produzida pelo SFCR e por outras fontes aos consumidores. Funciona como uma espécie de sistema de armazenamento com capacidade infinita [29];
Consumidor: utiliza a energia elétrica disponível na rede e produzida por outros geradores podendo também afetar o funcionamento do SFCR [29]. A Figura 2.17 mostra o fluxo de energia do SFCR para a rede e da rede para o consumidor.
Figura 2.17 - Ilustração de um SFCR integrado a uma edificação. Fonte: [30]
Os SFCR em edificações são basicamente constituídos por um gerador fotovoltaico, um conversor CC/CA (inversor), a rede elétrica de distribuição e as cargas CA locais. Essa configuração diminui a demanda da rede durante o dia e permite uma troca de energia entre o SFCR e a rede elétrica devido ao fluxo que irá proporcionar um atendimento continuado de energia para o consumidor sem a necessidade de baterias [29].
O gerador fotovoltaico fornece potência, tensão e corrente CC em função da radiação solar e da temperatura da célula. O inversor é responsável pela conversão da tensão e corrente CC em potência CA com Fator de Potência (FP) o mais próximo de um [29]. A Figura 2.18 mostra uma visão detalhada do sistema fotovoltaico conectado a rede elétrica.
Figura 2.18 - Visão detalhada do SFCR. Fonte: [10] p.74 Modificada.
Nos SFCR, o equipamento ou o sistema que condiciona a potência fotovoltaica para sua injeção na rede elétrica é o inversor. O inversor utilizado para essas aplicações só funciona quando ligado à rede elétrica. Os funcionamentos dos SFCR estão associados à potência, à tensão, ao modo de ligação e ao tipo de inversor empregado. O inversor irá atuar no controle do sistema e, também, como meio pelo qual a potência elétrica gerada flui para a rede elétrica da concessionária de distribuição. Ele geralmente utiliza a tensão e a frequência da rede elétrica como parâmetros de controle, assegurando que a saída do SFCR esteja totalmente sincronizada com a concessionária [29].
A variação de tensão tem limites estabelecidos pelo Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) Módulo 8.
Registra-se que a utilização de muitos SFCR instalados em um mesmo alimentador pode ocasionar um problema, ou então, se apresentarem como uma solução para o sistema de distribuição de energia, pois, essa geração deve elevar a tensão aproximando os valores desejados ou pode superar o limite admissível pela ANEEL [3].
Dependendo da potência gerada pelo SFCR e da demanda flutuante exigida pela carga da edificação, a potência CA poderá fluir para a carga, para a rede ou para ambas. Contudo, para garantir a segurança frente aos eventuais serviços de operação e manutenção, as concessionárias requerem que o SFCR desconecte-se imediatamente da rede elétrica sempre que ela falhe ou falte.
O uso dos sistemas fotovoltaicos é influenciado pelas topologias dos inversores utilizados e pelas regras ou padrões de conexão exigidos pelas concessionárias locais.
No mundo, a disseminação e a maior utilização dessa fonte geradora fizeram com que em alguns lugares fossem criadas políticas de incentivos para desenvolvimento e aplicações desse sistema, aumentando suas possibilidades de configurações e implicando em várias formas de controle e conexão com a rede. Em consequência, surgiram várias modos de se mensurar os fluxos para efeito de faturamento ou não dessa energia produzida pelo consumidor.
Como visto anteriormente, alguns componentes são importantes para a primeira ideia de um projeto de SFCR. Na sequência, será detalhada a configuração desses sistemas utilizando os elementos que são instalados para fins de análise de fluxo de potência, como pode ser visto nas figuras a seguir.
Esses elementos são:
Módulos ou Painéis fotovoltaicos: responsável pela transformação da energia do Sol em energia elétrica CC;
Quadros de proteção CC do sistema fotovoltaico: podem conter ou não alarme, além de disjuntores, fusíveis e outras proteções;
Inversor para conexão com a rede elétrica: transforma a corrente contínua CC produzida pelo gerador fotovoltaico em corrente alternada CA;
Quadros de proteção CA do sistema fotovoltaico: podem conter ou não alarme, disjuntores, fusíveis e outras proteções, além de ponte de acoplamento com a rede elétrica;
Quadro geral de entrada do consumidor: liga o consumidor e suas cargas (instalação elétrica da residência) a rede elétrica de energia;
Medidores de energia: pode ser um único para medir a energia produzida e consumida ou então podem ser dois medidores um para cada função; Rede elétrica: meio físico pelo qual a energia elétrica flui.
Figura 2.19 - Organização e componentes de um SFCR. Fonte: [2] p.153
Com base nesses elementos, várias são as possibilidades ou configurações que podem ser adotadas para que uma instalação de um SFCR seja efetivamente conectada à rede elétrica de baixa tensão. Após a resolução normativa N° 482/2012 da ANEEL, PRODIST Módulo 3, todas as configurações estão definidas de acordo com essa regulamentação e com as normas de cada concessionária local.
Também, devido a essa regulamentação um sistema de tarifação foi adotado no Brasil chamado de net metering ou medição da energia líquida.
Nesse sistema net metering o fluxo de potência e a energia podem ser registrados por um medidor que tenha a capacidade de perceber o fluxo em ambos os sentidos no ponto de conexão ou então, por dois medidores (como dito anteriormente) um medindo o consumo e outro a geração. Pelo cálculo da diferença entre consumo e geração o consumidor, no final do mês, só pagará pela quantidade excedida gasta em relação à energia gerada. Ainda de acordo com a resolução normativa da ANEEL N° 482/2012, a forma de tarifação permite ao consumidor compensar seu consumo de eletricidade com a sua geração própria num período determinado (36 meses), utilizando os créditos, se existirem, em qualquer unidade consumidora registrada em seu Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou jurídica
(CNPJ). Caso ao final desse período houver ainda créditos, eles serão perdidos sem nenhuma remuneração. As Figuras 2.20 e 2.21 ilustram esses esquemas de medição.
Figura 2.20 - Sistema de tarifação net metering com um medir bidirecional. Fonte: [2] p. 157
Figura 2.21 - Sistema de tarifação net metering com dois medidores. Fonte: [2] p. 157
Tendo como base os conceitos vistos neste capitulo, a discussão a seguir adentrará a questão da geração de energia elétrica com a utilização de sistemas fotovoltaicos tratando especificamente da cidade de Palmas, capital do Tocantins.