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 R por kWh de eletricidade para consumo entre 17:00 e 20:00, nas demais horas aplique a tarifa de por kWh de e<=tricidade 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 0,35
Inclinação horizontal do painel =16 %
Inclinação azimutal do painel =80^circ
Radiação global anual no nível do painel em Sinop de aprox. =0^circ
Fator de potência 2.000 kWh /(m^2 a)
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. =0,75 23 kWh 09:00-20:00 11 8 3 18 10
2 Ar cond. | Pico R 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
O consumo diário por ar-condicionado é:
3,517 kW * 11 horas = 38,687 kWh/dia
Mensal:
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
Como são 9 unidades:
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
Mensal:
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
Como são 2 unidades:
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

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
Mensal:
0,88 kWh/dia * 18 dias = 15,84 kWh/mês
Anual:
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

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
Mensal:
0,24 kWh/dia * 18 dias = 4,32 kWh/mês
Anual:
4,32 kWh/mês * 10 meses = 43,2 kWh/ano por luminária
Como são 11 unidades:
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

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
Mensal:
1,32 kWh/dia * 18 dias = 23,76 kWh/mês
Anual:
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

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
Mensal:
0,36 kWh/dia * 18 dias = 6,48 kWh/mês
Anual:
6,48 kWh/mês * 10 meses = 64,8 kWh/ano por notebook
Como são 6 unidades:
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

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

Passo 13

Como são 10 andares, o consumo total do edifício é:
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:
Área = Consumo AnualRadiação Anual times Eficiência Áçãê
Onde:
  • Consumo Anual = 755.699,4 kWh
  • Radiação Anual = 2000 kWh/(m².a)
  • Eficiência = 16% = 0,16
Então:
Área = 755.699,42000 times 0,16 = 755.699,4320 ≈ 2.362,19 m² Á²

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
Consumo total: 755.699,4 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
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.

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