ANÁLISE DE VIABILIDADE DO MODELO ENERGÉTICO FOTOVOLTAICO PARA IRRIGAÇÃO NO AGRONEGÓCIO

1. RESUMO

O trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto conceitual/preliminar de um fornecimento de energia solar para o agronegócio, motivada pelo crescente interesse mundial no desenvolvimento e utilização de fontes limpas e renováveis de energia. O projeto terá como âmbito de atuação a cidade de Euclides da Cunha, na Bahia e o cultivo apresentado é o milho (Zea mays L.) para silagem de um hectare. De posse dos resultados do projeto, comparações e sugestões serão feitas para analisar a viabilidade da implementação dessa fonte energética alternativa.

Palavras-chaves:  Energia solar fotovoltaica, agronegócio, estudo energético.

ABSTRACT

The paper presents the development of the conceptual / preliminary project of a solar energy supply for agribusiness, motivated by the growing worldwide interest in the development and use of clean and renewable sources of energy. The project works in the city of Euclides da Cunha, in Bahia, and the crop is corn (Zea mays) for silage of one hectare. In the possession of the project, comparisons and suggestions are made to analyze the viability of the alternative energy source.

Keywords: Photovoltaic solar energy, agribusiness, energy study.

2. INTRODUÇÃO

Ao longo da história da humanidade houve momentos de necessidade do consumo da energia, seja na pré-história para o aquecimento a partir do fogo e proteção contra predadores. Logo após, surgiu a era da industrialização se utilizava do carvão e do petróleo para geração de energia através da queima gerando vapores. De tal forma que a indústria teve um crescimento, aumentando a necessidade do consumo de energia.

Tendo em vista o fornecimento de água às populações, pode-se verificar que o abastecimento hídrico está diretamente associado a disponibilidade de recursos energéticos. Comumente, as únicas fontes de energia utilizada para o agronegócio são a rede elétrica e tecnologias baseadas em geradores a diesel. Sendo assim, em muitas regiões haverá a inexistência de rede elétrica, a irregularidade e os custos do fornecimento de combustível, que motivam a introdução de sistemas de bombeamento baseados em recursos energéticos disponíveis localmente, como podem ser a tecnologia eólica e solar fotovoltaica.

A eletricidade é considerada a energia mais versátil e que melhor se adapta às necessidades dos seus consumidores. Onde, praticamente todos os equipamentos tecnológicos são projetados para serem alimentados a partir dessa energia elétrica, envolvendo todos os setores da sociedade. Principalmente os setores da indústria e agronegócio.

O maior peso na matriz energética do país é proveniente da hidroeletricidade, porém, possui um déficit nos últimos anos devido à estiagem e baixo volume de chuvas no país, principalmente nas regiões sul e sudeste. Assim, a matriz energética brasileira precisa ser reforçada com fontes de energia provenientes do carvão, biomassa e petróleo. Na apresentação Dos Anexos 1 e 2, pode-se verificar a oferta interna de energia no Brasil por fonte primária e suas respectivas emissões, onde verifica-se que para poder produzir energia elétrica é gerado uma grande quantidade de emissão do gás dióxido de carbono (CO₂) entre os anos de 1990 até 2016.

Nesse contexto, as usinas de que são acionadas para suprir a necessidade energética impacta diretamente no valor das tarifas médias. Em fevereiro de 2015a a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) deliberou a Revisão Tarifária Extraordinária e como resultado, as tarifas de energia de 58 concessionárias sofreram um reajuste médio de 23,4%. Além disso, há o efeito das bandeiras tarifárias, quando vermelhas é adicionada a fatura mensal do consumidor.

Frente a situação, e reconhecendo que a questão em foco é o acesso à água potável por parte do agronegócio voltado para o cultivo do milho para silagem[1], que apresenta um certo grau de carência em termos de energia, principalmente na função de bombeamento de água. A solução deste problema pode estar associada à introdução de sistemas autônomos de geração de energia fotovoltaica, uma vez que a extensão de redes de distribuição de energia elétrica às localidades distantes dos centros geradores pode ser muito mais onerosa do que outras alternativas.

A ênfase na análise do potencial de inserção da tecnologia fotovoltaica de geração de energia para o bombeamento de água deu-se por inúmeros fatores, dentre eles destaca-se o fato de ser uma tecnologia que utiliza uma fonte inesgotável e acessível de energia[2] que apresenta-se em abundância e com boa distribuição em todo o território nacional e principalmente no estado da Bahia[3], conforme apresentado a Figura 3; além disso, não emite poluentes na geração, apresentando um alto índice de confiabilidade com baixa necessidade de manutenção assegurando uma certa independência do usuário.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. Energia elétrica no meio rural e seus benefícios

A energia elétrica no cenário rural está atribuída um papel importante do desenvolvimento social e econômico de muitas regiões. Proporcionando um suprimento de água, melhora as condições de higiene, evitando grandes índices de doenças associadas ao acesso inadequado da mesma. Reduz a migração humana para grandes centros populacionais, lembrando-se que a falta do acesso a água é um dos principais motivos para a migração nos períodos de estiagem.

Segundo uma publicação do Fundo Internacional de Emergência para a Infância das Nações Unidas - UNICEF (2017), conforme citado pelo diretor-geral da Organização Mundial da Saúde - OMS, Tedros Adhanom Ghebreyesus (2017), “Ter acesso a água potável, saneamento e higiene em casa não deveria ser um privilégio apenas dos ricos ou dos que vivem em centros urbanos”. “Esses são alguns dos serviços mais básicos para a saúde humana, e todos os países têm a responsabilidade de assegurar que todos possam ter acesso a eles”.

Os principais benefícios são a iluminação, bombeamento, beneficiamento de produtos agrícolas, desenvolvimento da agropecuária, cenário doméstico, valorização das terras, redução de uso de combustíveis fosseis, e benefícios à União, estados e municípios. FEDRIZZI (1997).

3.2. Entraves à energização rural

A eletrificação rural no Brasil, possui inúmeras ações ao longo dos anos para minimizar os problemas com sua distribuição, porém, nenhuma foi suficiente para solucionar definitivamente esse entrave. A principal desmotivação de criação de novas ações é justificada pelos órgãos competentes, quando apresentam altos investimentos. Sendo, tais investimentos redistribuídos para os consumidores.[4]

Com o conhecimento do benefício que a eletricidade traz à vida do cidadão, ainda existe uma precariedade no fornecimento elétrico nas zonas rurais. O Anexo E, apesar de não estar atualizada, expressa em parte a realidade da eletrificação do país.

3.3. Necessidade rural

Como já mencionado anteriormente, o entrave da eletrificação rural está associado, as características de sua natureza, com os altos custos de distribuição. Conforme podemos observar no Anexo D, que representa a distribuição elétrica da concessionaria do estado da Bahia - Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia (COELBA), que mostra locais sem linhas distribuição elétrica.

4. Sistemas autônomos de geração de eletricidade

A disseminação da energia elétrica à todas as propriedades rurais do país é um desafio que pode e deve ser vencido, não apenas com a rede convencional, mas também com utilização dos mais variados sistemas de geração. Uma solução é a geração autônoma que possui fundamental importância para zonas remotas e também para localidades que já possuem esse serviço.

A Bahia conta atualmente com 11.158 MW de potência instalada em seu parque de geração elétrica, dos quais 80,75% são de fontes renováveis. 5.717 MW são de fonte hídrica, 3.113 MW de fonte eólica e 514 MW de fonte fotovoltaica. (ANEEL, 2018). Essa última se destaca por possuir, na Bahia, o maior parque gerador em operação no país, localizados nos municípios de Bom Jesus da Lapa e Tabocas do Brejo Velho. (SENAI CIMATEC,2018).

Para melhor entendimento das fontes energéticas utilizadas no estudo de viabilidade para a irrigação no agronegócio, a seguir, faz-se uma pequena introdução de ambas. O Anexo F apresenta um resumo das principais vantagens e desvantagens.

4.0.1. Rede elétrica convencional

O sistema de transmissão no Estado é operado pela Companhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF), que está conectado ao Sistema Interligado Nacional (SIN). Já a malha de transmissão para distribuição ao limite do estado da Bahia é operada pela COELBA, que estende a infraestrutura até a maior parte dos municípios.

O Nordeste possui um grande potencial na energia hidroelétrica, favorecido pela topografia, seus grandes volumes de água e precipitação nos períodos de chuva. Porém, a sua distribuição não abrange longas distancias no estado da Bahia intensificando o desenvolvimento dos autoprodutores e/ou produtor independente de energia.

Atualmente, após a Resolução Normativa nº 414[5], de 9 de setembro de 2010 da ANEEL, apresenta regulamentação para o fornecimento de energia elétrica e as condições gerais para o mesmo fim, cujas as disposições precisam ser observadas pelas distribuidoras e consumidores do país, buscando apresentar benefício tarifário de redução nas tarifas dos irrigantes rurais.

O art. 109º da Resolução Normativa nº 414, teve sua edição de 2010 revogada pela Resolução Normativa nº 800 de 19 de dezembro de 2017 (ANEEL, 2017a). Acrescenta o capítulo III-A das tarifas, classes e dos benefícios tarifários.

A seção VI, art. 53-L da classe rural e das atividades de irrigação e aquicultura, conclui que as unidades consumidoras da classe rural também têm direito, conforme disposições da Portaria MINFRA nº 45, de 1992, da Lei nº 10.438, de 2002 e do Decreto nº 7.891, de 2013, ao benefício tarifário de redução nas tarifas aplicáveis ao consumo destinado às atividades de irrigação e de aquicultura desenvolvidas em um período diário contínuo de 8h30m (oito horas e trinta minutos). Ainda no art. 53-L, § 2º, faculta-se a distribuidora o estabelecimento de escala de horário para início, mediante acordo com o respectivo consumidor, garantido o horário de 21h30 min às 6h do dia seguinte.

4.0.2. Solar fotovoltaica

Segundo (BENEDITO; MACEDO; ZILLES, 2008), a principal vantagem para o sistema elétrico é a possibilidade de se gerenciar demanda de forma descentralizada. Gerar energia no próprio ponto de consumo, de acordo com a demanda, parece ser uma forma mais adequada de se expandir a oferta de eletricidade.

A energia proveniente da utilização de módulos fotovoltaicos proporciona a geração adequada para a demanda de consumo, por ser modular, a geração pode ser ampliada com o aumento do consumo se necessário. No entanto, apesar de inúmeras vantagens, essa tecnologia possui uma barreira econômica, devido aos custos de seus componentes: módulos fotovoltaicos, estrutura, inversor de frequência e sistemas de proteção[6].

O órgão que regulamenta as ações para sistemas de geração fotovoltaica é a ANEEL, que desenvolveu a Resolução Normativa nº 687, de 24 de novembro de 2015b. Que altera a Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, e os Módulos 1 e 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional– PRODIST (ANEEL, 2017b).

A Resolução Normativa nº 687, de 24 de novembro de 2015, representa a atualização da regulamentação das condições gerais para o acesso de micro geração e mini geração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica, e dá outras providências.

O Art. 1º da Resolução Normativa nº 687, de 24 de novembro de 2015, foi criado para alterar o art. 2º da Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, que passa a vigorar com a seguinte redação:

“Art. 2º..................................................................................................................

I – Micro geração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;

II – Mini geração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras; [...]”.

O projeto fotovoltaico voltado para a irrigação no agronegócio é caracterizado como off-grid (geração fora do grid, que é a concessionaria do estado), uma geração autônoma. Este projeto deve ser realizado da mesma forma que solicitado no sistema on-grid (conectado ao grid), descrito nas resoluções normativas da ANEEL e as normativas brasileiras da ABNT.

4.1. Necessidades hídricas para a irrigação

Nos períodos de estiagem, com falta de pastagem de qualidade e quantidade suficientes para suprir os rebanhos. Os produtores buscam novas alternativas para produção de alimento eficaz. Neste período, o milho é um dos produtos mais utilizados para o processo de silagem, pelo valor nutritivo e conversão alimentar, boa aceitação pelos animais e custos razoáveis de produção.

O milho é uma planta tropical com elevado potencial produtivo, um dos mais importantes alimentos para o setor agrícola por ser elemento básico da ração animal. A silagem de milho é considerada padrão, em virtude dos adequados teores de carboidratos solúveis encontrados na planta, que levam à fermentação láctica, promovendo a conservação de um alimento de alto valor nutritivo. (NUTRI-TIME, 2016, p. 4869, apud OLIVEIRA et al., 2010).

Atualmente, o cultivo do milho possui uma tecnologia que desenvolve sementes híbridas. O cultivo escolhido para o estudo foi o milho hibrido 32R22 da empresa DuPont^®, segundo o Blog Agronegócio em Foco[7], onde contempla o 32R22 como campeão em 5 das 6 edições (2009, 10, 11, 13 e 14) do concurso de melhor silagem realizado pela Fundação ABC durante a Agroleite – maior exposição de gado leiteiro do Brasil.

O projeto baseasse numa área de um hectare ou dez mil metros quadrados. Seguindo as recomendações técnicas do cultivo do milho, o plantio deve ser em linha, usando 6 a 7 sementes/m de sulco e espaçamento entre linhas de 0,90m, totalizando cerca de 55.555 plantas/ha. Caso o produtor opte pelo plantio em covas, semear 2 a 3 sementes/cova e usar 0,40m entre covas e 0,90m entre linhas, deixando 2 plantas/cova após a germinação (PESAGRO,2016). O Anexo G[8] apresenta as necessidades médias de água para alguns cultivos.

Tomando as informações do Anexo G e as descrições de (PESAGRO,2016). A necessidade hídrica do cultivo é aproximadamente 0,9 litros para cada planta por dia, totalizando um volume total de 50m³/ha. Prevendo períodos de baixa irradiação e eventuais situações como vazamentos, evaporação, limpeza, e dentro dos catálogos comerciais, assim será utilizado dois reservatórios com capacidade de 50 mil litros cada.

A retirada de água do solo é através de um poço artesiano com outorga, seguindo os critérios previstos no direito do uso de recursos hídricos. Estabelecidos no inciso III, do art. 5º da Lei Federal nº 9.433, de 08 de janeiro de 1997. Esse instrumento tem como objetivo assegurar o controle quantitativo e qualitativo dos usos da água e o efetivo exercício dos direitos de acesso aos recursos hídricos.

É previsto no inciso IV, do art. 4º da Lei Federal nº 9.984, de 17 de junho de 2000, onde, estabelece à Agência Nacional de Águas (ANA) outorgar, por intermédio de autorização, o direito de uso de recursos hídricos em corpos de água de domínio da União junto ao órgão gestor estadual de recursos hídricos. Este no estado da Bahia é representado pelo Instituto do Meio Ambiente e Recursos Hídricos (INEMA), previsto na PORTARIA INEMA Nº 11.292 de 13/02/2016.

4.2. Matemática financeira

Decisões financeiras fazem parte da rotina de empresas e das pessoas. Por mais que, geralmente, para tomar decisões, as pessoas normalmente não utilizam ferramentas de análise como VPL (valor presente líquido) ou a TIR (taxa interna de retorno), esses recursos financeiros são finitos e são levadas em conta as vantagens e desvantagens para a tomada de decisões.  Como ilustra a palavra economia que, do grego (oikonomos), significa “aquele que administra um lar” (MANKIW, 2009).

Uma ferramenta financeira voltada para projetos é o Valor Presente Líquido, que é a diferença entre os benefícios gerados e seus custos. Para o cálculo do VPL, os fluxos de caixa do projeto são trazidos a valor presente, descontados a uma determinada taxa de juros. A expressão matemática para o cálculo do VPL é apresentada no Apêndice A.

Se o VPL for positivo, as receitas do projeto superam o valor investido somado às despesas do projeto, desta forma o projeto será considerado economicamente viável.

Outra ferramenta utilizada para avaliar a viabilidade de um projeto é a TIR (Taxa Interna de Retorno). (NAKABAYASHI, 2015) aponta a TIR como sendo a eficiência marginal do capital. A TIR é a taxa em que, empregada como a taxa de desconto no cálculo do VPL faz com que seu valor fique igual a zero, ou seja, é a raiz da função VPL, onde a variável independente é a taxa de desconto. A expressão que relaciona o TIR ao VPL é apresentada no Apêndice A.

O TIR é comparado ao TMA (Taxa Mínima de Atratividade), quando a TIR > TMA, o VPL > 0; TIR = TMA, VPL = 0; TIR < TMA, VPL < 0. A Taxa Mínima de Atratividade representa o mínimo que o investidor se propõe a ganhar quando se faz um investimento.

A TMA utilizada para a viabilidade da energia fotovoltaica para a irrigação no agronegócio é igual ao rendimento médio da poupança no ano de 2018, que foi de 0,50% ao mês e aproximadamente 6% anos (PORTAL BRASIL, 2018).

O terceiro índice de atratividade é o payback, que é um indicador econômico simples, utilizado para avaliar a atratividade de um investimento, uma vez que determina o prazo de recuperação do mesmo (DA SILVA, p. 83, 2018, apud MARQUEZAN e BRONDANI, 2006). A expressão matemática é apresentada no Apêndice A.    

5. METODOLOGIA

O projeto de viabilidade é dividido em etapas: estudo da necessidade rural, dimensionamento e análise financeira. Todas as informações são para a ampliação do conhecimento da realidade e a obtenção de resolução das necessidades que são propostas. Segundo Gil (2002, p.17), a pesquisa é desenvolvida a partir de todos conhecimentos disponíveis e a utilização cuidadosa de métodos, técnicas e outros procedimentos científicos. Na realidade, a pesquisa desenvolve-se entre um turbilhão de fases, que precisam ser organizadas da forma mais adequada até a apresentação dos resultados.

A primeira fase é a caracterização da necessidade aparente no meio rural, onde, o cenário é a irrigação de um hectare com o cultivo de milho para silagem descrito anteriormente. Sua necessidade hídrica é equivalente à 0,9 L por planta num dia. A tecnologia de irrigação é caracterizada como gotejamento ao longo do terreno, cujo, recurso hídrico é armazenado em dois reservatórios de água (50 mil litros cada).

Ainda na análise da necessidade, o projeto será acomodado no município de Euclides da Cunha, na Bahia. Sendo, um local que possui identidade no agronegócio baiano. Essas premissas são de fundamental importância dentro do campo da pesquisa qualitativa. Metodologia que está associada ao levantamento de dados com base no estudo sobre pessoas, grupos e local.  Já argumentava Goldenberg (2004, p. 63), “[...] A pesquisa qualitativa é útil para identificar conceitos e variáveis relevantes de situações que não podem ser estudadas quantitativamente”.

A segunda fase necessita da busca de informações para dar início no dimensionamento do projeto. O projeto visa o dimensionamento reverso que segue a ordem:

• Necessidade hídrica do cultivo, definido como 50m³/ha por dia. Sendo armazenado em dois reservatórios com capacidade de 50m³;
• Dimensionamento dos componentes hidráulicos como diâmetro da linha, material e comprimento. Descrevendo equipamentos como joelhos, junções, válvulas e bomba;
• Dimensionamento da bomba atendendo a necessidade de abastecimento do reservatório utilizando o software para seleção de bombas ESB-BR v2.2 da empresa EBARA INDUSTRIAS MECÂNICAS E COMERCIO LTDA[9]. Como programa auxiliar foi utilizado o software VBA EXCEL SSB THEBE V1.8 da empresa THEBE BOMBAS HIDRÁULICAS S.A.[10], para calcular a altura manométrica total do sistema
• Levantamento de informações de consumo elétrico da bomba nos catálogos comerciais, tarifas elétricas e taxas de juros do país desenvolvendo valores próximos do real que seriam cobrados pela COELBA, na característica de consumidor rural.
• Obtenção das características e recursos solares do município de Euclides da Cunha – BA, a partir do programa SunData do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica (CRESESB), considerando a inclinação de 10°, conforme SILVA (2015);
• Dimensionamento dos componentes e equipamentos do sistema fotovoltaico dentro dos padrões de irradiação do local, utilizando como referência bibliográfica o Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos do CRESESB-CEPEL (2014).
• Levantamentos dos dados referentes aos custos totais do projeto que tem como base os preços dos insumos praticados no mercado ou valores de referência com base em pesquisas bibliográfica.
• Análise de viabilidade do projeto, levando em consideração projeções futuras com o uso das técnicas de engenharia econômica e com o intuito de calcular o tempo de retorno do investimento. Os indicadores econômicos utilizados para análise do projeto, foram o Payback, VPL (Valor Presente Líquido) e a TIR (Taxa Interna de Retorno). As equações para cálculo dos indicadores foram apresentadas no Apêndice A.

Por fim, a terceira fase será a análise e a interpretação dos dados obtidos durante as etapas de coleta viabilizando de forma econômica o projeto, proporcionando melhor descrição da utilização da rede elétrica convencional ou energia através do recurso fotovoltaico.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

7. Sistema Hidráulico

A condições hidráulicas são definidas para atender um terreno com 100 metros de comprimento por 100 metros de largura, totalizando 1 hectare. O poço artesiano será condicionado num vértice do terreno e o reservatório de água no vértice oposto, aproximadamente 141,42 metros de distância[11]. O terreno possui uma inclinação de 0,32 graus, assim, pode-se obter o valor de 0,8 metros a partir do teorema de Pitágoras[12].

A necessidade de hídrica do cultivo é igual 50m³/ha num período de 5 horas[13]. Definindo a vazão de 10m³ para o dia. Para promover uma condição favorável no dimensionamento da bomba de forma técnica e econômica, a premissa de diâmetro da tubulação em PVC com diâmetro 2.1/2” (60mm), gerando uma perda de carga igual a 1,38m, de acordo com o Anexo J. Outros equipamentos foram adicionados à tubulação como curva de 45º, tê de passagem direta, união e válvula de gaveta. Descritos no Anexo K.

Os reservatórios possuem um material poliéster reforçados com fibra de vidro obedecendo os testes e ensaios da ABNT NBR 13210, de 30 de dezembro de 2005, que estabelece os requisitos e os métodos de ensaio para esse tipo de reservatórios voltado à agricultura, piscicultura ou qualquer aplicação que necessite o acondicionamento de água potável. As dimensões do tanque são: 4 metros de altura (h), raio aproximadamente 2m (r), volume total 50m³ (V).

O dimensionamento da bomba começou a partir do cálculo da altura manométrica através do programa da empresa THEBE, descrito no Apêndice B-1. Logo após obter o valor de 31,5m, sendo aproximado para 32m proporcionando uma folga técnica.

Utilizando o segundo software, da empresa EBARA, podemos calcular o modelo da bomba (HLS232-7)[14], potência de 2HP, 220V de tensão e corrente nominal de 8,4A, mais especificações técnicas no Anexo L, M e N.

7.1. Sistema solar fotovoltaico

7.1.1. Irradiação solar

Segundo DA SILVA (2018) para estimar a produção de energia elétrica é necessário levar em consideração a energia total diária incidente, através do número de Horas de Sol Pleno (HSP) informado pelo SunData[15]. Os cálculos detalhados são apresentados no Apêndice C-1.

7.1.2. Módulos Fotovoltaicos

Segundo Villalva (2015, p.48), a orientação correta dos módulos fotovoltaicos garante máxima quantidade de radiação captada, melhorando o desempenho do sistema. Logo, a melhor maneira para instalar um módulo fotovoltaico é orientá-lo voltado para o norte.

Para latitude entre 0° a 10° recomenda-se que o ângulo ideal de inclinação seja de 10°, pois esta inclinação favorecer a autolimpeza dos módulos, evitando assim o acúmulo de poeira (DA SILVA, p.30, 2018, apud VILLALVA, p.57, 2015).

Os módulos fotovoltaicos[16] escolhidos para este projeto deverão, homologados pelo INMETRO com classificação “A” de eficiência energética, potência de pico de 265Wp, tecnologia de silício policristalino com vida útil de pelo menos 25 anos. Dentre os fatores que impactaram a escolha são a eficiência e valores no mercado brasileiro.

A quantidade de módulos, sua configuração (série ou paralelo) e correção da temperatura são de suma importância para poder selecionar o melhor inversor de frequência. Cálculos detalhados no Apêndice C-1.

7.1.3. Dimensionamento do inversor

A escolha do inversor deve-se está influenciada na potência do motor da bomba submersa e alinhada com a quantidade de módulos fotovoltaicos para a geração da energia elétrica requerida.

A tensão de entrada do inversor[17] é a soma das tensões individuais dos módulos conectados em série numa fileira, sendo a tensão do módulo e a tensão total do gerador fotovoltaico dependentes da temperatura. Portanto, deve-se garantir a compatibilidade entre as tensões do gerador FV com a faixa de tensão de operação do inversor (CRESESB, 2014, p.332).

É necessário que o número de módulos conectados em série, nas devidas temperaturas de operação, atenda à faixa de tensão do Maximum Power Point Tracking - MPPT do inversor. O inversor possui uma faixa de operação com máxima corrente aceitável, realizando a instalação dos módulos em paralelo, para garantir que a corrente do gerador FV não ultrapasse o limite máximo da corrente de entrada do inversor[18].

7.2. Sistema elétrico convencional

O projeto está classificado na classe B2 - Rural Irrigante (Com Benefício - Art. 109, REN 414 - Irrigação), com tensão padronizada de 220/127V. Para o dimensionamento da carga consumida, considerou-se a potência ativa do motor da bomba e multiplicou pela quantidade de horas de funcionamento por dia, logo após, por 365 para obter o valor anual. Cálculo detalhado no Apêndice D.

7.3. Análise econômico-financeira

Para realizar a análise de viabilidade do projeto é preciso determinar os custos envolvidos. Sendo, necessário realizar uma cotação com os valores atualizados no mercado dos equipamentos de maior importância no projeto fotovoltaico (painéis e inversor de frequência).

Segundo (FERREIRA, 2016, apud Dassi et al., 2015), para realizar o cálculo do valor total do investimento, além do valor dos equipamentos e componentes elétricos, deve-se levar em consideração, o valor do projeto elétrico, os encargos da empresa responsável pela instalação, painel de proteção e o custo da instalação. Complementa (FERREIRA, 2016, apud Handyman 2016), a consideração do valor de custo da Anotação de Responsabilidade Técnica - ART - estipulada pelo Conselho Regional de Engenharia e Agronomia - CREA[19].

A cotação foi realizada buscando no mínimo três fornecedores diferentes para os módulos e inversores. Conforme descrito no Apêndice E, levando em consideração as informações do Anexo R.

Os módulos fotovoltaicos escolhidos são da empresa Canadian Solar Brasil Comercialização Importação E Exportação De Painéis Solares Ltda. E suas características[20] são do modelo CS6P-265W. O inversor escolhido para o projeto é da empresa NIMBUS Brasil e suas características[21] são do modelo 2.2kW, trifásico com tensão de 220v e corrente de até 14A. Além da análise financeira foi levado em consideração tempo da empesa no mercado e qualidade do equipamento.

7.3.1. Valor Presente Líquido (VPL)

O primeiro indicador analisado no projeto, busca garantir o retorno mínimo esperado que é matematicamente comprovado quando o VPL for maior que zero num período de 25 anos[22]. Utilizando a TMA como o mínimo valor de retorno do investimento neste mesmo período correspondente. A projeção do valor do VPL é apresentada no Apêndice F. Concluindo um valor positivo maior que zero no ano após o investimento[23]. 

7.3.2. Taxa Interna de Retorno (TIR)

Para o projeto ser efetivamente atraente, a TIR deve superar a TMA. Ou seja, a TIR representa a rentabilidade gerada pelo investimento. Através, dos cálculos descritos no Apêndice F, obtém-se o ano em a TIR começa a superar o valor da TMA e sua porcentagem respectiva[24].

7.3.3. PayBack do projeto

Este é o indicador da engenharia econômica mais simples podendo ser realizado com a função mais detalhada apresentando as taxas de reajuste tarifário, no Anexo M demonstra a depredação dos equipamentos Benedito (2009). Utilizado neste projeto como um ponto de avaliação do investimento, determinando o prazo de recuperação do mesmo.

Segundo Benedito (2009), a tarifa de energia elétrica sofre um reajuste médio anual em torno de 8,1%, devido à necessidade de investimentos por parte das empresas geradoras, pelas variações dos custos administráveis e não administráveis e pela correção inflacionária do país.

De acordo com os cálculos realizados e apresentados no Apêndice F, o tempo de retorno do investimento, ou seja, payback é definido em 25 anos após a instalação do projeto, seu respectivo gráfico é apresentado no Apêndice H[25].

8. CONCLUSÕES

O abastecimento de água é um problema ainda não resolvido para uma grande parcela da população mundial, principalmente nos países chamados em desenvolvimento. Compreendendo que o abastecimento de água está diretamente relacionado com o acesso à energia, e que, principalmente para as populações rurais isoladas, a extensão da rede elétrica é onerosa e encontra inúmeros entraves, as formas de geração autônoma de energia podem contribuir significativamente para a solução deste problema em muitos casos.

Focando no bombeamento para a irrigação no agronegócio através da tecnologia solar fotovoltaica, possui uma descrição simplificada dos componentes de um sistema típico de um bombeamento, proporcionando ao leitor um rápido entendimento sobre a tecnologia empregada.

Quanto ao dimensionamento hidráulico, faz-se uma escolha de uma metodologia prática utilizando os softwares mencionados anteriormente, que possui um acervo com detalhes técnicos e comerciais da bomba escolhida.

Quanto ao dimensionamento fotovoltaico, faz-se uma metodologia também simplificada, focando nos principais equipamentos de um projeto fotovoltaico. Com objetivo de rápida compreensão dos valores que influenciam na análise econômico-financeira. Aplicando correções de temperatura, irradiação para os módulos, e condicionando os dimensionamentos dos equipamentos de proteção no padrão da ABNT NBR 5410.

Conclui-se da análise realizada, que o potencial de utilização da tecnologia de bombeamento com energia solar fotovoltaica é favorável para o agronegócio com as mesmas premissas utilizadas neste trabalho. Contemplando os indicadores da engenharia econômica, onde o VPL foi igual à R$ 273.875,57, TIR 2,567% > 0,500% TMA, com um payback de retorno em 13 anos após o investimento.

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13210: Reservatório de poliéster reforçado com fibra de vidro para água potável - Requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 30 de dezembro de 2005. Disponível em: < https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=3261>. Acesso em: 21/10/2018.

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SEEG - Sistema de Estimativas de Emissões e Remoções de Gases de Efeito Estufa. Emissões dos setores de energia, processos industriais e uso de rodutos. 2018.

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial; CIMATEC - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia da Bahia. Atlas Solar Bahia. Atlas Solar da Bahia 2018, 2018. Disponível em: . Acessado em: 09/11/2018.

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TENDRIH, L. Experiências com Sistemas de Eletrificação Rural de Baixo Custo: Uma Análise dos Impactos Sócio-Econômicos. Dissertação de Mestrado apresentada na Instituto de Ciências Humanas e Sociais da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, junho 1990.

THEBE. SSB Thebe - V1.8 (EXCEL). Disponível em:< http://www.thebe.com.br/Sistemas/Cron_Web/downloads/SSB_THEBE.zip> Acesso em: 16/10/2018.

UNICEF - Fundo Internacional de Emergência para a Infância das Nações Unidas. 6,2 milhões de brasileiros não têm água potável em casa e 29 milhões não possuem saneamento seguro. 13 de julho de 2017. Disponível em: < https://www.unicef.org/brazil/pt/media_36643.html>. Acesso em: 23/10/2018.

VILLALVA, M. G. Energia Solar Fotovoltaica Conceitos e Aplicações. 2 eds. São Paulo: Saraiva, 2015.

ANEXO A – OFERTA INTERNA DE ENERGIA NO BRASIL POR FONTE PRIMÁRIA.

ANEXO B – EMISSÕES DE GEE DO SETOR DE ENERGIA POR SEGMENTO DE ATIVIDADE.

ANEXO C – IRRADIAÇÃO GLOBAL HORIZONTAL ANUAL DO ESTADO DA BAHIA.

Fonte: SENAI CIMATEC - Atlas Solar da Bahia 2018.

ANEXO D – GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E SUBESTAÇÕES DO ESTADO DA BAHIA.

Fonte: SENAI CIMATEC - Atlas Solar da Bahia 2018.

ANEXO E - PROPRIEDADES RURAIS ELETRIFICADAS NO BRASIL.

Fonte: Concessionárias, Federações de Cooperativas, Departamento de Água e Energia Elétrica e Empresas Estaduais de Eletrificação Rural até 30-12-90 Apud Correia, 1992.

ANEXO F – PRINCIPAIS VANTAGENS E DESVANTAGENS DE SISTEMAS DE BOMBEAMENTO QUE UTILIZAM ENERGIA DA REDE CONVENCIONAL, SOLAR FOTOVOLTAICA.

Fonte: Adaptada de FEDRIZZI, 1997.

Fonte: FEDRIZZI, 1997, apud FAO nº 33, Efeito da Água no Rendimento das Culturas, Caderno Técnico.

ANEXO H – SOFTWARE PARA SELEÇÃO DE BOMBAS ESB-BR V2.2 DA EMPRESA EBARA INDUSTRIAS MECÂNICAS E COMERCIO LTDA.

Fonte: EBARA. Seleção de Bombas ESB-BR v2.2.

ANEXO I – SOFTWARE VBA EXCEL SSB THEBE V1.8 DA EMPRESA THEBE BOMBAS HIDRÁULICAS S.A.

Fonte: THEBE. SSB Thebe - V1.8 (EXCEL).

ANEXO J – TABELA DE PERDA DE CARGA EBARA

Fonte: EBARA, Catálogo Seleção de Curvas Linha Bombas Submersas, 2017. Disponível em: < http://www.ebara.com.br/lib/upload/download.php?codsisupload=14453>. Acesso em: 15/10/2018.

ANEXO K – COMPRIMENTOS EQUIVALENTE EM CONEXÕES SCHNEIDER

Fonte: SCHNEIDER, Catálogo Seleção de Curvas Linha Bombas Submersas, 2017. Disponível em: < http://www.schneider.ind.br/media/205160/tabela-de-selecao-schneider-motobombas-2017.pdf >. Acesso em: 15/10/2018.

ANEXO L – CURVA DE DESEMPENHO DA BOMBA EBARA

ANEXO M – PERFIL DO MOTOR EBARA

ANEXO N – DIMENSÕES DA BOMBA EBARA

ANEXO O – DADOS DE IRRADIAÇÃO CRESESB

Fonte: CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica. Potencial Solar: SunData.

ANEXO P – DATASHEET DO MÓDULO FOTOVOLTAICO.

Fonte: Canadian Brasil. Datasheet módulo 265W. Disponível em: < https://www.canadiansolar.com/downloads/datasheets/v5.4/Canadian_Solar-Datasheet-CS6PPSD_SmartDC-v5.4en.pdf>. Acessado em: 15/11/2018.

ANEXO Q – DATASHEET DO INVERSOR FOTOVOLTAICO.

Fonte: NIMBUS Brasil. Inversor de Bombeamento Solar. Disponível em:< https://s3-us-west-2.amazonaws.com/slints/globaltek/landing-pages/public/nimbus/NIMBUS_2.2_ESP_TEC_07_2018.pdf>. Acessado em: 06/11/2018.

ANEXO R – LEVANTAMENTO DE VALORES DE SERVIÇOS E MÃO DE OBRA, DADOS EM PORCENTAGEM EM RELAÇÃO AO VALOR DO SISTEMA: PAINÉIS E INVERSORES.

Fonte: FERREIRA, R. M., 2016, apud DASSI et al., 2015, HANDYMAN, 2016.

ANEXO L – TABELA DE TARIFAS E PREÇOS FINAIS DE ENERGIA ELÉTRICA – COELBA

Fonte: COELBA. Tabela de tarifas e preços finais de energia elétrica. Setembro 2018. Disponível em:. Acesso em: 04/10/2018.

APÊNDICE A – TABELA DE EXPRESSÕES MATEMÁTICAS.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE B-1 – DIMENSIONAMENTO DA BOMBA – CÁLCULO DA ALTURA MANOMÉTRICA - SOFTWARE VBA EXCEL SSB THEBE V1.8 DA EMPRESA THEBE BOMBAS HIDRÁULICAS S.A.

Fonte: Desenvolvido pelo autor com utilização do software VBA EXCEL SSB THEBE V1.8 da empresa Thebe Bombas Hidráulicas S.A.

APÊNDICE B-2 – DIMENSIONAMENTO DA BOMBA – CÁLCULO DO MODELO - SOFTWARE PARA SELEÇÃO DE BOMBAS ESB-BR V2.2 DA EMPRESA EBARA INDUSTRIAS MECÂNICAS E COMERCIO LTDA.

Fonte: Desenvolvido pelo autor com utilização do software para seleção de bombas ESB-BR V2.2 da empresa Ebara Industrias Mecânicas E Comercio Ltda.

APÊNDICE C-1 – DIMENSIONAMENTO SOLAR FOTOVOLTAICO.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE C-2 – DIMENSIONAMENTO SOLAR FOTOVOLTAICO.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE C-3 – DIMENSIONAMENTO SOLAR FOTOVOLTAICO.

Fonte: Autoria própria

.APÊNDICE D – DIMENSIONAMENTO REDE CONVENCIONAL.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE E – COTAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS FOTOVOLTAICOS.

Fonte: Desenvolvido a partir de conteúdo virtual nos sítios: Local 1 ; Local 2 ; Local 3 ; Local 4 ; Local 5 . NIMBUS ; Água Solar ; FRECON .

APÊNDICE F-1 – CÁLCULOS DO ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA – EVTE.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE F-2 – CÁLCULOS DO ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA – EVTE.

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE G – RESULTADOS DO VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL) E DA TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR).

Fonte: Autoria própria.

APÊNDICE H – GRÁFICO DOS RESULTADOS DO PAYBACK.

Fonte: Autoria própria.

[1] Milho híbrido 32R22 da empresa Du Pont®, voltado para silagem possuindo premiações no mercado.

[2] Seu consumo não implica em custos extras, está acessível na natureza.

[3] Encontra-se o município de Euclides da Cunha, escolhido para o estudo.

[4] TENDRIH (1990) repassa resumidamente a história da eletrificação rural no Brasil, ressaltando tentativas de solucionar o problema que finalmente fracassaram.

[5] Resolução Normativa nº 414 possui atualizações ao logo dos anos, sendo validada pela Resolução Normativa nº 800 de 19 de dezembro de 2017.

[6] Seguindo criteriosamente a Normativa Brasileira da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT NBR 5410 - Instalações elétricas de baixa tensão e suas referências normativas.

[7] Publicação do Blog Agronegócio em Foco, um canal de comunicação da empresa DuPont®. Realizada pelo Prof. Dr. João Ricardo Alves Pereira, em 29 de setembro de 2015.

[8] Média aproximada para diferentes tipos de clima, estado fisiológico e variedade. Obs. estes dados não devem ser utilizados para o dimensionamento de projetos.

[9] Programa demonstrado no Anexo H.

[10] Programa demonstrado no Anexo I.

[11] Valor obtido pela expressão matemática da diagonal de um cubo, descrito no Apêndice A.

[12] Teorema de Pitágoras descrito no Apêndice A.

[13] Período de geração solar previsto no SunData do CRESESB.

[14] Dimensionamento descrito no Apêndice B-2

[15] Dados apresentados no Anexo O.

[16] Dados técnicos dos módulos apresentados no Anexo P.

[17] Dados técnicos do inversor fotovoltaico apresentados no Anexo Q.

[18] Cálculos detalhados no Apêndice C-1 a C-3.

[19] Considerações no Anexo R.

[20] Dados técnicos dos módulos apresentados no Anexo P.

[21] Dados técnicos do inversor apresentado no Anexo Q.

[22] Quantidade de tempo da máxima geração dos módulos, com o passar desses 25 anos a eficiência será reduzida consideravelmente segundo o fabricante.

[23] Detalhamento de cálculo apresentado no Apêndice F e gráfico no Apêndice G.

[24] Detalhamento de cálculo apresentado no Apêndice F e gráfico no Apêndice G.

[25] Detalhamento de cálculo apresentado no Apêndice F e gráfico no Apêndice H.