Calcule a área de um parque fotovoltaico que deve ser instalado sobre a cobertura de um estacionamento. O parque deve atender a demanda anual de eletricidade de um edifício comercial de 10 andares - os andares tem perfil de uso equivalente. Calcule também a perda anual de receita que a distribuidora de eletricidade teria com esse edifício que utiliza tarifa horo-sazonal. Aplique o valor de
por kWh de eletricidade para consumo entre 17:00 e 20:00, nas demais horas aplique a tarifa de
por kWh . Demonstre o cálculo e destaque o resultado final (5,0 pontos).
Utilize as seguintes condições:
Eficiência do painel fotovoltaico
Inclinação horizontal do painel
Inclinação azimutal do painel
Radiação global anual no nível do painel em Sinop de aprox.
Fator de potência
Perfil de uso por andar:
Utilize as seguintes condições:
Eficiência do painel fotovoltaico
Inclinação horizontal do painel
Inclinação azimutal do painel
Radiação global anual no nível do painel em Sinop de aprox.
Fator de potência
Perfil de uso por andar:
Quant. | Descrição | Pot. | Ciclo INMETRO | Horário de uso | horas/dia (total) | horas/dia (normal) | horas/dia (pico) | Uso de dias/mês | Uso de meses/ano | Anual kWh | Normal R$ | Pico R$ | Total R$ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
9 | Ar cond. |
|
23 kWh | 09:00-20:00 | 11 | 8 | 3 | 18 | 10 | ||||
2 | Ar cond. |
|
23 kWh | 17:00-20:00 | 3 | 0 | 3 | 30 | 10 | ||||
24 | Luminária | 80 W | - | 09:00-20:00 | 11 | 8 | 3 | 18 | 10 | ||||
11 | Luminária | 80 W | - | 17:00-20:00 | 3 | 0 | 3 | 18 | 10 | ||||
13 | Luminária | 32 W | - | 20:00-06:00 | 10 | 10 | 0 | 30 | 12 | ||||
8 | Notebook | 120 W | - | 09:00-20:00 | 11 | 8 | 3 | 18 | 10 | ||||
6 | Notebook | 120 W | - | 17:00-20:00 | 3 | 0 | 3 | 18 | 10 | ||||
Sub-total (1 andar) | |||||||||||||
Total (10 andares) |
Passo 1
Então, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a área de um parque fotovoltaico para cobrir toda a eletricidade que um prédio comercial de 10 andares consome anualmente. Além disso, vamos descobrir quanto a distribuidora de eletricidade estaria perdendo de receita por causa disso. Para isso, vamos usar conceitos de energia fotovoltaica, eficiência dos painéis, radiação solar e tarifas de energia. Vamos precisar das informações sobre o consumo de energia de cada andar, a eficiência dos painéis e a radiação solar disponível.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o consumo anual de energia de um andar. Olhando para a tabela, temos diferentes equipamentos: ar-condicionado, luminárias e notebooks, cada um com consumo específico.
Passo 3
Vamos começar com os ar-condicionados. Temos 9 unidades com potência de 12000 BTU/h cada, operando das 09:00 às 20:00 (11 horas por dia) durante 18 dias por mês e 10 meses por ano.
Para converter BTU/h para kW, usamos: 1 kW = 3412 BTU/h
Então, 12000 BTU/h = 12000 / 3412 ≈ 3,517 kW
Então, 12000 BTU/h = 12000 / 3412 ≈ 3,517 kW
O consumo diário por ar-condicionado é:
3,517 kW * 11 horas = 38,687 kWh/dia
3,517 kW * 11 horas = 38,687 kWh/dia
Mensal:
38,687 kWh/dia * 18 dias = 696,366 kWh/mês
38,687 kWh/dia * 18 dias = 696,366 kWh/mês
Anual:
696,366 kWh/mês * 10 meses = 6.963,66 kWh/ano por ar-condicionado
696,366 kWh/mês * 10 meses = 6.963,66 kWh/ano por ar-condicionado
Como são 9 unidades:
6.963,66 kWh * 9 ≈ 62.672,94 kWh/ano
6.963,66 kWh * 9 ≈ 62.672,94 kWh/ano
Passo 4
Agora, para os ar-condicionados das 17:00 às 20:00 (3 horas por dia) durante 30 dias por mês e 10 meses por ano.
Consumo diário por ar-condicionado:
3,517 kW * 3 horas = 10,551 kWh/dia
3,517 kW * 3 horas = 10,551 kWh/dia
Mensal:
10,551 kWh/dia * 30 dias = 316,53 kWh/mês
10,551 kWh/dia * 30 dias = 316,53 kWh/mês
Anual:
316,53 kWh/mês * 10 meses = 3.165,3 kWh/ano por ar-condicionado
316,53 kWh/mês * 10 meses = 3.165,3 kWh/ano por ar-condicionado
Como são 2 unidades:
3.165,3 kWh * 2 ≈ 6.330,6 kWh/ano
3.165,3 kWh * 2 ≈ 6.330,6 kWh/ano
Passo 5
Vamos somar o consumo total dos ar-condicionados por andar:
62.672,94 kWh + 6.330,6 kWh ≈ 69.003,54 kWh/ano
62.672,94 kWh + 6.330,6 kWh ≈ 69.003,54 kWh/ano
Passo 6
Agora, vamos para as luminárias. Temos 24 luminárias de 80 W operando das 09:00 às 20:00 (11 horas por dia) durante 18 dias por mês e 10 meses por ano.
Consumo diário por luminária:
0,08 kW * 11 horas = 0,88 kWh/dia
0,08 kW * 11 horas = 0,88 kWh/dia
Mensal:
0,88 kWh/dia * 18 dias = 15,84 kWh/mês
0,88 kWh/dia * 18 dias = 15,84 kWh/mês
Anual:
15,84 kWh/mês * 10 meses = 158,4 kWh/ano por luminária
15,84 kWh/mês * 10 meses = 158,4 kWh/ano por luminária
Como são 24 unidades:
158,4 kWh * 24 ≈ 3.801,6 kWh/ano
158,4 kWh * 24 ≈ 3.801,6 kWh/ano
Passo 7
Para as luminárias das 17:00 às 20:00 (3 horas por dia):
Consumo diário por luminária:
0,08 kW * 3 horas = 0,24 kWh/dia
0,08 kW * 3 horas = 0,24 kWh/dia
Mensal:
0,24 kWh/dia * 18 dias = 4,32 kWh/mês
0,24 kWh/dia * 18 dias = 4,32 kWh/mês
Anual:
4,32 kWh/mês * 10 meses = 43,2 kWh/ano por luminária
4,32 kWh/mês * 10 meses = 43,2 kWh/ano por luminária
Como são 11 unidades:
43,2 kWh * 11 ≈ 475,2 kWh/ano
43,2 kWh * 11 ≈ 475,2 kWh/ano
Passo 8
Total de consumo das luminárias por andar:
3.801,6 kWh + 475,2 kWh ≈ 4.276,8 kWh/ano
3.801,6 kWh + 475,2 kWh ≈ 4.276,8 kWh/ano
Passo 9
Agora, para os notebooks. Temos 8 notebooks de 120 W operando das 09:00 às 20:00 (11 horas por dia) durante 18 dias por mês e 10 meses por ano.
Consumo diário por notebook:
0,12 kW * 11 horas = 1,32 kWh/dia
0,12 kW * 11 horas = 1,32 kWh/dia
Mensal:
1,32 kWh/dia * 18 dias = 23,76 kWh/mês
1,32 kWh/dia * 18 dias = 23,76 kWh/mês
Anual:
23,76 kWh/mês * 10 meses = 237,6 kWh/ano por notebook
23,76 kWh/mês * 10 meses = 237,6 kWh/ano por notebook
Como são 8 unidades:
237,6 kWh * 8 ≈ 1.900,8 kWh/ano
237,6 kWh * 8 ≈ 1.900,8 kWh/ano
Passo 10
Para os notebooks das 17:00 às 20:00 (3 horas por dia):
Consumo diário por notebook:
0,12 kW * 3 horas = 0,36 kWh/dia
0,12 kW * 3 horas = 0,36 kWh/dia
Mensal:
0,36 kWh/dia * 18 dias = 6,48 kWh/mês
0,36 kWh/dia * 18 dias = 6,48 kWh/mês
Anual:
6,48 kWh/mês * 10 meses = 64,8 kWh/ano por notebook
6,48 kWh/mês * 10 meses = 64,8 kWh/ano por notebook
Como são 6 unidades:
64,8 kWh * 6 ≈ 388,8 kWh/ano
64,8 kWh * 6 ≈ 388,8 kWh/ano
Passo 11
Total de consumo dos notebooks por andar:
1.900,8 kWh + 388,8 kWh ≈ 2.289,6 kWh/ano
1.900,8 kWh + 388,8 kWh ≈ 2.289,6 kWh/ano
Passo 12
Agora, vamos somar todos os consumos por andar:
- Ar-condicionado: 69.003,54 kWh
- Luminárias: 4.276,8 kWh
- Notebooks: 2.289,6 kWh
Total por andar:
69.003,54 + 4.276,8 + 2.289,6 ≈ 75.569,94 kWh/ano
69.003,54 + 4.276,8 + 2.289,6 ≈ 75.569,94 kWh/ano
Passo 13
Como são 10 andares, o consumo total do edifício é:
75.569,94 kWh/ano * 10 ≈ 755.699,4 kWh/ano
75.569,94 kWh/ano * 10 ≈ 755.699,4 kWh/ano
Passo 14
Agora, vamos calcular a área necessária para os painéis fotovoltaicos. A fórmula básica é:
Onde:
- Consumo Anual = 755.699,4 kWh
- Radiação Anual = 2000 kWh/(m².a)
- Eficiência = 16% = 0,16
Então:
Passo 15
Por fim, vamos calcular a perda de receita anual da distribuidora. Para isso, precisamos considerar as tarifas diferentes para horários normais e de pico.
Primeiro, vamos calcular o consumo nos horários de pico e fora de pico.
Sabendo que:
- Tarifas:
- Pico (17:00-20:00): R$1,35/kWh
- Normal: R$0,35/kWh
Assumindo que o consumo total no horário de pico é o consumo das partes operando das 17:00-20:00.
Dos cálculos anteriores:
- Ar-condicionado no pico: 6.330,6 kWh
- Luminárias no pico: 475,2 kWh
- Notebooks no pico: 388,8 kWh
Total no pico:
6.330,6 + 475,2 + 388,8 ≈ 7.194,6 kWh
6.330,6 + 475,2 + 388,8 ≈ 7.194,6 kWh
Consumo total: 755.699,4 kWh
Consumo fora de pico: 755.699,4 - 7.194,6 ≈ 748.504,8 kWh
Consumo fora de pico: 755.699,4 - 7.194,6 ≈ 748.504,8 kWh
Agora, multiplicamos pelo valor das tarifas:
-
Receita no pico:
7.194,6 kWh * R$1,35 ≈ R$9.731,91 -
Receita fora de pico:
748.504,8 kWh * R$0,35 ≈ R$262.976,68
Total de receita sem a instalação do parque:
R$9.731,91 + R$262.976,68 ≈ R$272.708,59
R$9.731,91 + R$262.976,68 ≈ R$272.708,59
Como o parque fotovoltaico cobre todo o consumo, a distribuidora perde essa receita.
Resposta
A área necessária para o parque fotovoltaico é de aproximadamente 2.362,19 m², e a perda anual de receita da distribuidora de eletricidade devido ao uso das tarifas horo-sazonais pelo edifício é de R$272.708,59.