ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA PARA IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM UMA INDÚSTRIA DE MADEIRA NO ESTADO DA BAHIA Eduarda Pereira Mendes1 Hanna Carolina dos Santos Souza² Vaner José do Prado³ RESUMO O Brasil está passando por transformações energéticas, com alta taxa de crescimento das fontes renováveis de energia, principalmente a solar, que em 2022 teve um crescimento em 84%. A opção por um sistema solar fotovoltaico está inserida no desenvolvimento sustentável e econômico, na qual é possível adquirir uma economia de até 90% no valor da sua conta de energia. Diante desse contexto, tem-se a questão de pesquisa deste estudo: como é possível desenvolver um projeto ou estudo, para utilizar a energia fotovoltaica no setor industrial, visando gerar economia financeira? E o objetivo de analisar a viabilidade econômico-financeira para implantação de módulos solares fotovoltaicos em indústria de madeira no estado da Bahia, visando obter vantagens financeiras advindas de seu uso. Neste contexto, com o crescimento da implantação de energia solar fotovoltaica pretendeu-se realizar um estudo de viabilidade econômica de uma indústria de madeiras na cidade de Feira de Santana, por meio de um estudo de caso usando conceitos qualitativos e exploratórios. Para isso foi utilizado o método EVTE (Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica), em que os principais indicadores utilizados para realização são o Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Payback Descontado. O resultado obtido mostra que a implantação do sistema se torna economicamente viável, com o retorno de investimento em curto prazo. Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica; Viabilidade econômica; Estudo de caso. 1. INTRODUÇÃO A energia elétrica é primordial para a vida humana e atualmente está diretamente relacionada aos avanços industriais de utilização básica para a sociedade como: iluminação, preservação de alimentos, aquecimento, uso de aparelhos elétricos eletrônicos, dentre outros. Com esse intuito, a energia elétrica precisa ser captada e distribuída para chegar nas residências, indústrias e comércios. Essa energia procede de fontes, chamadas, fontes energéticas, e o agrupamento dessas fontes energéticas à disposição de um país chama-se matrizes energéticas que são encarregadas dessa tarefa. (RIBEIRO, 2023). 1Universidade Salvador – Engenharia Química - pereiradudi@gmail.com ²Universidade Salvador – Engenharia Química - hannasouuza@hotmail.com ³Universidade Salvador – Orientador – vaner.prado@unifacs.br A matriz energética divide-se em dois tipos: renováveis e não renováveis. Conforme dados da International Energy Agency - IEA (2020), o mundo tem a maioria do consumo constituído por fontes não renováveis, das quais fazem parte o gás natural, o petróleo e seus derivados, o carvão mineral etc. Isto significa que mais de 70% da energia produzida são provenientes de fontes poluentes que intensificam o aquecimento global e a projeção dos gases do efeito estufa - GEE. Entretanto, segundo a Empresa de Pesquisa Energética - EPE, no Brasil são utilizadas preferencialmente, as fontes renováveis de energia como a solar, eólica, hidrelétrica etc., que além de economizar no custo operacional, são sustentáveis e emanam menos gases do efeito estufa, tendo mais de 50% da produção proveniente de usinas hidrelétricas (EPE, 2022). Por sua vez, a energia eólica e solar vem crescendo cada vez mais no país. De acordo com a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica - ABSOLAR (2022), no ano de 2022 a energia solar fotovoltaica teve o crescimento de 84%. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL (2022), o Brasil conquistou 1,6 milhões de sistemas fotovoltaicos instalados, sendo 79% residenciais, posteriormente as classes industriais, comerciais e rurais equivalem aos sistemas de geração solar distribuída (GD) no país. Adquirindo uma economia de até 90% no valor da sua conta de energia, conforme a ABSOLAR (2023). Mas o que de fato é a energia solar fotovoltaica? É a energia gerada a partir do sol, nos quais os raios solares são captados e transformados em energia elétrica por meio de um conjunto de equipamentos específicos. Os painéis solares fotovoltaicos, feitos do silício, material indispensável para confecção de semicondutores que geram as células fotovoltaicas, as quais absorvem a luz do sol e por meio do efeito fotovoltaico (formação de uma corrente elétrica num material semicondutor), gera energia elétrica (PORTAL SOLAR, 2023). Dito isso, para operar os eletrodomésticos é necessário o uso da corrente alternada (CA) e o inversor solar, que é o equipamento que converte a tensão contínua formada pelos painéis solares em tensão alternada (USISOL, 2021). Em razão disso, a energia solar é vista como uma matriz limpa, renovável e sustentável de energia. A Figura 1 a seguir, mostra como ocorre o funcionamento da energia solar fotovoltaica. Figura 1: Imagem representando o funcionamento da energia solar fotovoltaica. Fonte: (Alpha Solar, 2022) Com o progresso da tecnologia e a expansão da indústria solar, houve uma redução nos custos para o consumidor final. De acordo com o estudo da Greener, empresa de consultoria e pesquisa especializada no setor fotovoltaico, em 2022 os valores dos sistemas fotovoltaicos tiveram uma baixa de 4,3% devido ao aumento da competitividade. Conforme o INEP (2017) o Brasil detém de um alto nível de irradiação solar sobretudo o Nordeste, com isso a viabilização do crescimento da energia solar no país cresce ainda mais. A utilização de energia solar traz muitos benefícios, por ser uma fonte de energia considerada por muitos inesgotável, por reduzir custos ao longo prazo e está presente em todo o mundo, não gerando altos impactos ambientais, como a não liberação de gases. Os painéis solares, mais conhecidos como módulos fotovoltaicos, possuem uma vida útil de vinte e cinco anos em média. Por ser composto por diversos materiais, como o vidro e alumínio, por exemplo, acaba tendo o seu descarte reciclado, apesar de ser um mercado iniciante. Em vista disso, é preciso expor que um desafio que se destaca dentro do setor industrial, que é o alto gasto de consumo de energia, muitas empresas demandam mais gastos energéticos por conta de seus equipamentos, o que acaba afetando o valor do produto, ficando em média de 15% dos custos fixos. A instalação da energia solar fotovoltaica exige um alto custo inicial, e o retorno sobre o seu investimento demora cerca de médio a longo prazo, o que acaba gerando resistência em seu investimento, porém sua instalação leva um grande destaque de referência na empresa e barateamento de custos. Nesse sentido, a opção por um sistema solar fotovoltaico insere-se em uma política estratégica de desenvolvimento sustentável, tendo como principais objetivos a opção de uma solução viável do ponto de vista econômico, bem como também uma solução do ponto de vista social de impacto positivo para que as pessoas tenham consciência da necessidade de optar cada vez mais pelas energias renováveis (FERREIRA e SÁ, 2003). Diante desse contexto, tem-se a questão de pesquisa deste estudo: como é possível desenvolver um projeto ou estudo, para utilizar a energia fotovoltaica no setor industrial, visando gerar economia financeira? Em face do exposto, fixou-se como objetivo de pesquisa analisar a viabilidade econômico-financeira para implantação de módulos solares fotovoltaicos em indústria de madeira no estado da Bahia, visando obter vantagens financeiras advindas de seu uso. Justifica-se este estudo, pois no setor da industrial a competitividade é um agente significante, nesse sentido as indústrias, preocupam-se em saber gerir os recursos da forma mais eficiente. A implementação de módulos solares fotovoltaicos nos diversos locais das unidades industriais permite uma visão econômica e ambiental, refletindo na aparência da empresa. Sendo assim, o estudo possui a finalidade de realizar uma investigação acerca das tecnologias que estão sendo usadas no ramo da energia solar, explorando o impacto da aplicabilidade de tecnologias dos módulos fotovoltaicos, prevendo tendências futuras e assim viabilizar métodos econômicos. Outrossim, o estudo pode auxiliar como ferramenta de concorrência para a tomada de decisão por parte da organização, podendo assim alinhar a evolução da tecnologia aos seus propósitos estratégicos e organizar o futuro desejado da empresa. Este artigo está assim delineado: esta introdução que contém o contexto, a questão de pesquisa, o objetivo e a justificativa; na seção 2 estão contidos os procedimentos metodológicos, com a metodologia e a caracterização da empresa; na seção 3 está contido a questão da matriz energética brasileira; na seção 4 engloba o estudo de caso com principais indicadores utilizados a fim de trazer melhores resultados; na seção 5 compõe-se análises, resultados e discussões; na seção 6 abarca a conclusão. 2. METODOLOGIA Nesta seção serão tratadas as explicações sobre a empresa estudada, assim como os procedimentos metodológicos utilizados no desenvolvimento deste estudo. 2.1 CARACTERÍSTICA DA EMPRESA Os dados referentes à caracterização da empresa foram retirados dos relatórios gerenciais (2023) e no site da própria companhia, a Gama de Feira de Santana inaugurada em 2016 faz parte do grupo Gama, nascido nos anos 90, são empresas do setor industrial de madeiras, qualificada no fornecimento de painéis de madeira, acabamentos e outros para o setor de móveis. Frequentemente amplia seu território, abarcando hoje cerca de 4.500 cidades através das 80 lojas espalhadas de forma estratégica para servir seus clientes, essa gestão só é possível por causa da frota de 450 caminhões. O processo de gestão da gama ocorre pela coleta da madeira e fabricação de painéis em MDF (Medium Density Fiberboard, tradução livre para a língua portuguesa - placa de fibra de média densidade) que é fabricado em diversas cores e dirigido até a própria loja Gama para ser vendido. 2.2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS A pesquisa tem caráter exploratório, o estudo tem como foco obter dados acerca das características do cenário industrial visando a implementação de energia solar fotovoltaica na Gama, indústria de madeira no estado da Bahia, no ano de 2023. A estratégia metodológica foi o estudo de caso considerando a análise qualitativa. De acordo com Yin (2001), estudo de caso, é uma investigação empírica que investiga um fenômeno contemporâneo dentro de seu contexto da vida real, especialmente quando os limites entre o fenômeno e o contexto não estão claramente definidos. Como considera Yin (2015) e Pereira et al. (2018), os estudos de caso procuram descrever e analisar de modo mais aprofundado e exaustivo o possível. Conforme Pereira (2018), os métodos qualitativos são aqueles nos quais é importante a interpretação por parte do pesquisador com suas opiniões sobre o fenômeno em estudo. Esse método qualitativo a coleta ocorre, geralmente através de entrevistas, com questões abertas. Portanto, a metodologia para este estudo será amparada pelos conceitos de pesquisa qualitativa, exploratória e estudo de caso. A operacionalização ocorreu no desenvolvimento do estudo de caso, considerando o estudo de viabilidade econômica, que visa reduzir custos fixos, trazendo retornos positivos econômicos ao longo prazo. Logo, foram utilizados dados secundários extraídos de relatórios da empresa Gama e de entrevistas não estruturadas com a direção, sendo que os dados foram analisados com base no método da análise de conteúdo. De acordo com Yin (2005), dados secundários são informações coletadas por outra pessoa, como documentos, relatórios, planilhas reunidas em outro momento, para algum outro propósito, porém podendo ser utilizados para o presente estudo. Para realizar o levantamento de dados, a GAMA forneceu documentos, sendo necessário relatórios da conta de energia do ano de 2022, para verificar todo o gasto mensal e toda demanda energética. Sendo assim, o estudo de caso foi dividido em quatro etapas: 1. A primeira etapa é a conceitual, na qual buscou entender como funciona a energia solar fotovoltaica em indústrias a partir de conceitos já existentes. 2. Na segunda etapa, envolve toda parte documental, na qual buscou entender toda demanda energética que a Gama necessita e gasta, feita através de reuniões e documentos fornecidos, como conta de energia da empresa. 3. A terceira etapa, foi de forma empírica, na qual teve visitas técnicas a fim de conhecer o espaço, com o objetivo de entender como funciona sua demanda energética e área do local. Para posterior auxiliar nos melhores resultados feito a partir de ferramentas análise de dados, como os indicadores de TMA (Taxa Mínima de Atratividade), TIR (Taxa Interna de Retorno), VPL (Valor Presente Líquido), Payback descontado. 4. A última etapa consiste na análise do resultado a partir dos indicadores acima, o qual mostrou de forma preliminar qual a viabilidade de implementação do projeto. 3. MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA Segundo EPE (2022) a matriz energética representa compilação de fontes que estão acessíveis no país e são usadas para captar, distribuir e utilizar energia para variados campos. A matriz energética mundial é formada, em maior parte, por petróleo e carvão mineral, conhecido como recurso não renovável. No Brasil, a matriz energética mais utilizada é de fontes renováveis, como a energia solar, a energia eólica, a energia hídrica, e a biomassa. A EPE (Empresa de Pesquisa Energética) também afirma que em 2020 foi utilizado cerca de 48% de energia renovável no Brasil, enquanto no mundo foi apenas 15%. Logo, a matriz energética brasileira é mais renovável do que a mundial. A Figura 2 demonstra como está a representação da matriz energética brasileira. Figura 2: Gráfico de representação da Matriz Energética Brasileira em 2021. Fonte:(EPE, 2022) Figura 3: Comparação de matriz energética mundial e do Brasil em 2020. Fonte:(EPE, 2022) No Brasil está acontecendo transformações energéticas, com alta taxa de crescimento das fontes renováveis de energia, principalmente a solar e eólica, como é possível visualizar nas Figuras 2 e 3. Isso se dá por conta de suas condições climáticas. Analisando o gráfico da Figura 3 é notório que a fonte de energia renovável do Brasil é maior que a mundial. No Brasil, entra como destaque o Vale do São Francisco, no Nordeste, com altos índices de irradiação solar. A Bahia segue em liderança nacional na geração total de energia solar e eólica, de acordo com dados do CCEE (Câmara de Comercialização de Energia Elétrica). Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a matriz Elétrica Brasileira está cada vez mais eficiente e renovável. Só no primeiro trimestre de 2023 fechou com uma expansão de 2.746,5 megawatts (MW) da capacidade instalada de geração de energia elétrica, afirma o Ministério de Minas e Energia (2023). Segundo a ABSOLAR (2023), a energia solar fotovoltaica atingiu a geração de 22,3 GW de potência no Brasil no ano de 2022, uma marca histórica para o setor, que poderá ultrapassar a geração eólica neste ano. A associação ainda prevê um crescimento de 42% na capacidade da energia solar fotovoltaica para 2023. Nesse contexto, a energia solar fotovoltaica é adquirida quando a luz solar se transforma em eletricidade através do efeito fotovoltaico comprovado pela primeira vez pelo físico Alexandre-Edmond Becquerel (1839) a habilidade da célula solar (dispositivo elétrico) de converter luz em eletricidade (NEOSOLAR, 2021). Na Figura 4, representa a célula e módulo fotovoltaico. Figura 4: Imagem de representação da célula solar e o módulo fotovoltaico. Fonte: (NEOSOLAR, 2021) Nesse sistema de energia, existem duas categorias de usina solar fotovoltaica, uma ligada à rede (On Grid) e toda a energia obtida pelos painéis, que é enviada a rede elétrica, no caso do estado da Bahia e da cidade de Feira de Santana é a COELBA (Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia), esse foi o tipo de ligação usada no nosso trabalho. Por outro lado, há o sistema Off Grid, o qual não é ligado à rede e utiliza um sistema de baterias para armazenar a energia gerada pelas placas (IBERDROLA, S.A. 2023). Assim, é possível verificar a existência de diversas vantagens em colocar energia solar fotovoltaica além de ser uma energia limpa e renovável, coopera com a atenuação da poluição sonora, fácil de instalar, manutenção barata, limpar os painéis no mínimo duas vezes ao ano, vinte e cinco anos de vida útil e por fim o motivo pelo qual a maior parte das pessoas colocam energia solar: economizar em até 90% no valor da conta de energia (ALPHA SOLAR, 2022). Ademais, na Bahia ainda há isenção de alguns impostos e taxas para a estimulação da produção de energia solar, entre eles o ICMS (Imposto Sobre Circulação de Mercadorias e Serviços), PIS (Programa de Integração Social) e COFINS (Contribuição para Financiamento da Seguridade Social). Neris (2023), juntamente ao Decreto Federal (2023) Decreto nº 11.456: assegura a isenção fiscal para semicondutores (materiais que têm uma condutividade elétrica intermediária) abarcando a energia solar nessa vantagem (GOV.BR, 2023). Diante disso, a Bahia está com grande vantagem no requisito de implantação do sistema, tornando assim um ponto positivo para realização do estudo de caso a seguir. 4. ESTUDO DE CASO Diante do que foi explicitado até aqui, esse trabalho se propôs a realizar um estudo da viabilidade econômica da implantação de módulos solares fotovoltaicos na empresa Gama, sendo necessário estimar todas as variáveis relevantes dele. Logo, lista-se como parâmetros de análise os custos do investimento inicial, receitas geradas durante o período, operação e manutenção. Em última instância, desenvolver as etapas 3 e 4 da operacionalização da metodologia. Segundo Bastos, et al. (2022) o estudo da viabilidade econômica busca analisar se o projeto é viável ou não. Ou seja, qual é a capacidade de um investimento em gerar fluxos de caixa positivos. Podendo assim, oferecer lucratividade, evitando saldos negativos. Sendo assim, ela possui o objetivo de identificar as vantagens que o investimento pode trazer, comparando- os com o custo inicial para sua implantação. Os documentos e planilhas disponibilizadas pela empresa são importantes para calcular os fluxos de caixa associados aos investimentos. Isto possibilita uma observação mais detalhada da viabilidade econômica ao utilizar indicadores como: a Taxa Interna de Retorno (TIR), Valor Presente Líquido (VPL) e Payback descontado (LIMA, 2019). 4.1 TMA (TAXA MÍNIMA DE ATRATIVIDADE) Conforme Camargo (2017) a TMA representa o menor valor que um investidor se dispõe a ganhar, ou ao maior que alguém se dispõe a pagar ao realizar um financiamento. Excelente recurso no momento de decidir dentre as possibilidades de investimento à disposição. Uma das primeiras ferramentas para qualificar a atratividade de um investimento, a TMA é avaliada com base nas principais taxas de juros realizadas pelo mercado. Na atualidade as que realizam mais impacto são: a) SELIC - Sistema Especial de Liquidação e Custódia; b) TMF - Taxa Básica Financeira; c) TR - Taxa Referencial; 4.2 TIR (TAXA INTERNA DE RETORNO) A TIR é uma taxa calculada a partir de uma projeção de fluxo de caixa (ferramenta usada para atentar-se à situação financeira da sua empresa) de desconto hipotética quando leva em conta seu Valor Presente Líquido (VPL) igual a zero. Ela é usada para mostrar se o projeto é viável ou não. Calculada para um investimento que não concebe danos negativos e nem positivos. (Equação 1) Onde: a) FC = fluxos de caixa b) n = período final do investimento c) i = período de cada investimento 4.3 VPL (VALOR PRESENTE LÍQUIDO) Gitman (2010) afirma que o VPL considera explicitamente o valor do dinheiro no tempo. Todas as técnicas desse tipo descontam de alguma maneira os fluxos de caixa da empresa a uma taxa especificada, que diz a respeito do retorno mínimo que o projeto possibilita para manter o valor de mercado do empreendimento. Sendo assim, o VPL, caracteriza-se pela transferência para o instante zero dos valores monetários do fluxo de caixa, descontados à taxa mínima de atratividade. Ou seja, é a soma algébrica de todos os valores monetários envolvidos nos n períodos, trazidos ao instante zero com taxa de desconto igual a TMA (taxa mínima de atratividade). O valor presente líquido é calculado pela seguinte expressão algébrica: (Equação 2) Onde: a) i= taxa mínima de atratividade b) t= período c) FCt= fluxo de caixa período Gitman (2010), ainda afirma que ao usar VPL para tomadas de decisões de aceitação- rejeição é necessário seguir alguns critérios, conforme Quadro 1: Quadro 1: Critério de decisão de VPL. VPL DECISÃO For maior que R$0 Aceitar (viável) For menor que R$ 0 Rejeitar (inviável) Fonte: (Autores, 2023) Logo, se o VPL for maior que zero, a Gama obterá um retorno maior do que seu investimento. 4.4 PAYBACK DESCONTADO Payback é usado para avaliar propostas de investimento de capital. O período de payback é o tempo necessário para que a empresa recupere o investimento inicial em um projeto, calculado a partir das entradas de caixa, segundo Gitman (2010). Utiliza uma taxa de desconto para verificar o número exato de períodos, em que o projeto recupera o valor inicial investido, essa taxa de desconto usada é a TMA, ela é estabelecida pelo próprio investidor como critério para remuneração de seu capital, segundo Dassi, et al. 2015. Ao usar o indicador para tomadas de decisões de aceitação ele deve ser menor que o período máximo aceitável de payback. Sendo assim quanto menor o período de payback, menor a exposição aos riscos. 5. ANÁLISES, RESULTADOS E DISCUSSÕES Nesta seção, será descrito minuciosamente todo cálculo para usina que a Gama necessita, de acordo com sua demanda energética. Ou seja, para a usina de energia solar fotovoltaica se faz necessário estimar de acordo com o consumo do cliente, o quanto de energia planeja gerar, incidência solar na cidade da instalação, as perdas da usina, potência dos inversores e das placas solares. 5.1 HISTÓRICO DE CONSUMO DO CLIENTE Em primeira instância, no Quadro 2, foram analisados os consumos mensais, ativos na ponta e fora da ponta, da empresa GAMA que possui área de mil trezentos e oitenta e um m². O consumo na ponta é considerado o período de maior utilização de energia e de potência, geralmente é o intervalo de tempo das 18h às 21h. Nessa faixa de horário a tarifa de energia e a demanda chegam a ter preço triplicado quando comparados aos valores cobrados nas demais horas do dia. Já o consumo fora ponta, normalmente é o restante das horas do dia. Vale ressaltar que os consumidores de energia elétrica estão divididos em dois grupos, A e B. No grupo A estão inseridos as grandes indústrias e empresas de grande porte, é o grupo de alta e média tensão. Já o grupo B são as residências e pequenos estabelecimentos comerciais, sendo categoria de baixa tensão. Essa divisão acaba interferindo no valor da tarifa do kWh. Quadro 2: Consumo de energia elétrica no período de um ano por mês. MÊS JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Na Ponta (kWh) 327 121 120 112 136 127 152 242 242 530 688 110 Média 242,3 kWh Fora Ponta (kWh) 11.215 11.067 13.003 11.727 12.610 10.477 14.491 14.803 15.775 13.997 12.725 11.850 Média 12.810 kWh Fonte: (Autores, 2023) No Quadro 2 também é possível analisar que a Gama demanda mais energia no horário de fora ponta, o horário comercial. 5.2 IRRADIAÇÃO SOLAR CIDADE FEIRA DE SANTANA O Meteonorm é um software que cede acesso aos dados do Global Energy Balance Archive (GEBA), como a séries de irradiação solar (quantidade de radiação solar obtida em um determinado intervalo de tempo kWh/m²) (ALDO, 2023) e temperatura mundial. Em conformidade com a localização geográfica de Feira de Santana, de latitude -12.2733 e de longitude -38.9556 são disponibilizadas a irradiação mensal cidade e esses dados são obtidos no software PVSyst, como mostra no Quadro 3. Quadro 3: Irradiação solar diária em kWh/m² mês em Feira de Santana. MÊS JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Irra. solar 180,9 157,9 168,8 141,9 122,8 110,0 119,8 136,8 150,5 167,5 172,1 180,7 Média 150,87 kWh/m² Fonte: (Meteonorm, 2022) A análise da irradiação solar diária da cidade de instalação é de suma importância para obtenção do estudo de geração e potência do sistema solar fotovoltaico que usaremos nos próximos cálculos. 5.3 ESTUDO DE ÁREA E SOMBREAMENTO O estudo de área é importante para identificar se a superfície a qual irá receber os módulos fotovoltaicos possui área suficiente, verificar a distribuição do peso no telhado e assim dimensionar a quantidade de trilhos, parafusos e fixadores que serão utilizados na obra. Na Figura 5, é mostrado o croqui da disposição dos módulos no telhado do cliente. Figura 5: Disposição dos módulos. Fonte: (Solsilício, 2022) Assim como o estudo de área, o de sombreamento também é de suma importância, visto que, de acordo com a Solar Brasil (2018) um sistema solar fotovoltaico com sombreamento pode afetar a geração em até 75%. Uma vez que o sistema de energia solar fotovoltaico é gerado em consequência da quantidade de luz solar que adquire, havendo sombreamento na área do mesmo, que pode ser ocasionado por árvores, prédios e etc., a geração de energia reduz radicalmente. Figura 6: 3D do estudo de sombreamento. Fonte: (Solsilício, 2022) Nas Figura 6 é mostrada o estudo de sombreamento feita pelo software PvSyst (Photovoltaic Software) para visualizar quais módulos estão sendo mais afetados pelo sombreamento e se há possibilidade de realocá-los, fazendo com o que o sistema tenha menos perdas. O cálculo de perdas será realizado no tópico 5.4 a seguir. 5.4 CÁLCULO DE PERDAS DO SISTEMA O cálculo de perdas de um sistema solar fotovoltaico é extremamente necessário, pois ele informa o que as ocasionou (Figura 7) e a eficiência real do sistema. Figura 7:Diagrama de perdas. Fonte: (Solsilício, 2023) Seguindo os dados da Figura 7, a qual informa onde o sistema está perdendo geração, a irradiação horizontal total anual é 1.810 kWh/m² o sistema fotovoltaico deveria gerar 227.069,57 kWh/ano, mas com as perdas obtidas através do PvSyst, que gerou o diagrama acima, o sistema gerará 177.203,00 kWh/ano. Sendo: 1.810 𝑘𝑊ℎ/𝑚² × 594 = 1.075,14 𝑥 21,12% = 227.069,57 kWh/ano 177.203,00 ÷ 227.069,57 = 𝟎, 𝟕𝟖 Desta forma, 78% é a eficiência total do sistema e obtivemos uma perda média geral de, aproximadamente, 22%. 5.5 CÁLCULO DE GERAÇÃO DO SISTEMA (SUPRIR O QUE O CLIENTE CONSOME) Nesse tópico iremos calcular qual a geração o sistema solar fotovoltaico deve gerar para que possa suprir a energia que o cliente consome. a) FORA PONTA Para realizar o cálculo da geração do sistema no fora ponta é necessário saber a média de consumo, como descrito no Quadro 2, e sua geração por mês, descrito no Quadro 3, sendo assim é feito a multiplicação da eficiência do sistema (100% - 22%) pela geração por mês (tópico 5.4), resultando na geração real. Após isso, dividimos o consumo médio pela geração real, calculada anteriormente, e tem-se como resultado a potência necessária para suprir o consumo da unidade fora ponta. Sendo: 12.810 ÷ (150,87 ∗ 78%) = 𝟏𝟎𝟖, 𝟖𝟓 𝒌𝑾𝑷 Para saber a quantidade de placas necessárias, é preciso dividir a potência pela potência do módulo fotovoltaico utilizado, como é feito a seguir: 108,85 ÷ 0,545 = 𝟏𝟗𝟗, 𝟕𝟐 𝒑𝒍𝒂𝒄𝒂𝒔 Logo é necessário, 200 placas, aproximadamente. b) NA PONTA Esse cálculo foi realizado para saber quantos kWh (medida da energia elétrica usada por um aparelho durante um determinado período de funcionamento) o cliente precisa gerar no fora ponta para suprir o consumo de 1kWh na ponta. Sendo a razão do preço ativo na ponta (kWh)-TE (Tarifa de Energia) e ativo fora ponta (kWh)-TE (Tarifa de Energia). São valores fixos disponíveis na conta de energia do cliente. 0,60741142 ÷ 0,37562964 =1,62 kWh aproximadamente. Sendo o resultado multiplicado pela média consumo na ponta (Quadro 2) resulta na geração necessária para suprir o consumo do cliente na ponta, como é feito a seguir: 1,62 × 242,3 = 392,53 kWh A geração necessária para suprir o consumo na ponta é dividida pela média de irradiação solar por mês (Quadro 3) que é multiplicada pela eficiência do sistema (100% - 22%), resultando na geração real. O resultado é a potência necessária para suprir o consumo da unidade na ponta, como mostra o resultado a seguir: 392,53 ÷ (150,87×78%) = 3,33 kWp aproximado A potência necessária para suprir o consumo da unidade na ponta dividido pela potência do módulo fotovoltaico utilizado (545W) resulta na quantidade de placas necessárias para suprir o consumo da unidade na ponta, sendo: 3,33 ÷ 0,545 = 6,11 Logo, é necessárias 7 placas, aproximadamente. 5.6 DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Para saber a quantidade total de placas necessárias para todo o sistema de energia solar fotovoltaica do cliente, é preciso somar a quantidade de placas na ponta mais fora ponta, somando um total de 207 placas. Para obter a potência total necessária do sistema para suprir o consumo do cliente é feita a soma da potência na ponta mais fora ponta, a qual resulta na potência total necessária, como mostra a seguir: 3,33 + 108,85 = 𝟏𝟏𝟐, 𝟏𝟖 𝒌𝑾𝒑 Sendo assim, para ter o conhecimento da real potência que o sistema terá, multiplicamos a quantidade total dos painéis pela potência dos painéis (545W) resultando na potência total real do sistema. 207 × 0,545 = 𝟏𝟏𝟐, 𝟖𝟐 𝒌𝑾𝒑 O cálculo para saber a geração mensal do sistema diminui-se a média da irradiação solar (Quadro 3) da porcentagem de perdas do sistema e o resultado multiplica pela potência total real do sistema. 150,87 − 22% = 𝟏𝟏𝟕, 𝟔𝟖 𝐚𝐩𝐫𝐨𝐱𝐢𝐦𝐚𝐝𝐨 112,82 × 117,68 = 𝟏𝟑. 𝟐𝟐𝟕 𝐤𝐖𝐡 𝐚𝐩𝐫𝐨𝐱𝐢𝐦𝐚𝐝𝐨 Porém, foi solicitado pelo cliente, a indústria GAMA, um aumento na quantidade de painéis com o intuito de aumentar seu consumo de energia, de uma geração aproximada de 15.000 kWh. Com isso a empresa aumentou um total de 23 painéis solares fotovoltaicos, obtendo, assim, uma potência total de sua usina de 125,35 kWp, 230 placas e 14.752 kWh de geração, abaixo segue como foi feito. 230 × 0,545 = 𝟏𝟐𝟓, 𝟑𝟓 𝒌𝑾𝒑 125,35 ÷ 0,545 = 𝟐𝟑𝟎 𝒑𝒍𝒂𝒄𝒂𝒔 Quadro 4: Equipamentos dimensionados. Equipamento Quantidade Inversor Growatt MID 20KW 4MPPT TRIF 220V 1 Inversor Growatt MAX 75KW 8MPPT TRIF 220V 1 Placa Astronergy mono 545W 230 Fonte: (Autores, 2023) No Quadro 4, detalha a quantidade de equipamentos dimensionado para suprir a demanda do cliente a partir dos cálculos descrito no tópico 5.4 até 5.6. Pelo local da instalação possuir uma boa irradiância, mesmo os inversores suportando 50% de sobrecarga, não é interessante ultrapassar os 35%, pois o sistema teria mais perdas do que ganho. Então, para saber a geração total de quanto os inversores suportam foram feitos os seguintes cálculos como mostra no Quadro 5. Quadro 5: Cálculo da potência total e de cada inversor suportada. Potência do inversor + 35% = Potência suportada Inversor 1: 20 + 35% = 27 kWp Inversor 2: 75 + 35% = 101,25 kWp Potência total: 27 + 101,25 = 128,25 kWp Fonte: (Autores, 2023) Foram utilizados dois inversores, pois no distribuidor, onde foi comprado os equipamentos, não havia inversor de 100 kw e nem inversores de 90/95 kw. 5.7 DESCRIÇÃO DE CUSTOS Os quadros abaixo serão descritos todos os itens de investimentos que farão parte do processo de implantação. Eles apresentam os custos necessários para investir direta e indiretamente na produção do sistema de energia solar fotovoltaica. No Quadro 6 é possível verificar a descriminação de todos os equipamentos necessários para implantação do projeto, juntamente com os seus valores. Quadro 6: Discriminação de equipamentos e materiais elétricos. Investimento Quantidade Valor Unitário Valor Total Inversor Growatt MID 20KW 4MPPT TRIF 220V 1 R$ 10.666,18 R$10.666,18 Inversor Growatt MAX 75KW 8MPPT TRIF 220V 1 R$27.688,13 R$27.688,13 Placa solar Astronergy mono 545W 230 R$ 1.084,90 R$298.823,00 Kit estrutura para telha metálica 550/100MM 67 R$ 249,21 R$16.697,07 Cabos CC pretos/vermelho par 1.617 R$ 14,34 R$23.187,78 mc4 macho/FÊMEA simples 02 pares 22 R$ 20,80 R$457,60 Gerenciador de Grid 100A 1 R$1.318,60 R$1.318,60 Cabos, disjuntores, barramentos, e componentes AC 124 R$180,00 R$ 22.320,00 Sistema de aterramento 13 R$350,00 R$ 4.550,00 TOTAL - - R$ 405.708,36 Fonte: (Autores, 2023) O Quadro 7 apresenta os valores e quantidades necessárias dos serviços ofertados para a instalação do sistema. Quadro 7: Discriminação de serviços que serão desenvolvidos e executados. Investimento KWP/KVA Valor Unitário Valor Total Estudo de irradiância e desenvolvimento de projeto elétrico fotovoltaico sistema on - grid 92,00 R$208,00 R$19.136,00 Estudo de desenv. de projeto de central geradora de capac. reduzida FV sistema grid - control paralelo 32,20 R$298,00 R$9.595,60 Estudo de análise de rede e qualidade de energia para cálculo de simultaneidade, capacitância e ruídos. 32,00 R$59,00 R$1.888,00 Instalação,parametrização, comissionamento e homologação de sistema FV on- grid 92,00 R$ 558,00 R$51.336,00 Instalação,parametrização, comissionamento de sistema FV grid-control paralelo 32,20 R$ 598,00 R$19.255,60 Instalação,parametrização, comissionamento de sistema elétrico capacitivo 20 R$ 99,00 R$ 1.980,00 Contrato de assistência técnica e manutenção corretiva 124,2 R$12,00 R$621,00 Contrato de manutenção periódica e limpeza dos painéis fotovoltaicos a cada seis meses 124,2 R$15,00 R$ 310,50 Plataforma de monitoramento detalhado solar Z 124,2 R$ 1,20 R$ 168,94 TOTAL - - R$ 104.290,54 Fonte: (Autores, 2023) Quadro 8: Valor total do investimento. Tipo de investimento Valor Equipamentos R$405.708,36 Serviços R$104.290,54 TOTAL R$ 510.000,00 Fonte: (Autores, 2023) No Quadro 8, mostra o valor total do investimento, é importante destacar que a empresa Gama, optou pelo serviço de compra à vista, não sendo um projeto financiado. Essa opção de investimento leva em vantagens em alguns indicadores, como o payback descontado, reduzindo assim o seu tempo de retorno. 5.8 CÁLCULO VIABILIDADE ECONÔMICA Para realizar o cálculo da viabilidade econômica, é necessário avaliar o custo do projeto, utilizando todos os dados dos quadros acima, tendo como estimativa de valor inicial R$510.000,00. Sendo assim, é possível fazer análise de viabilidade. No Quadro 9, apresenta o fluxo de caixa, um instrumento utilizado como parâmetro que auxilia a traçar estratégias da empresa e tomar decisões mais assertivas, projetado durante vinte e cinco anos. Quadro 9: Fluxo de Caixa projetado durante vinte e cinco anos. Período Geração Anual (kWh) Economia Total Investimento Fluxo de Caixa Valor Presente Zero 177.024,00 R$76.896,57 R$ -510.000,00 R$ -510.000,00 R$ -510.000,00 Primeiro 175.891,05 R$81.752,74 R$4.905,16 R$423.342,10 R$395.646,82 Segundo 174.765,34 R$86.915,59 R$5.214,94 R$515.472,62 R$450.233,75 Terceiro 173.646,85 R$92.404,48 R$5.544,27 R$613.421,37 R$500.734,56 Quarto 172. 535,51 R$98.240,48 R$5.894,40 R$717.555,78 R$547.419,87 Quinto 171.431,28 R$104,444,06 R$6.226,64 R$828.266,48 R$590.542,56 Décimo 166.015,25 R$141,860,20 R$8.511,61 R$1.495.953,65 R$760.446,98 Vinte e cinco 150.772,36 R$355.460,19 R$21.327,61 R$5.307.624,09 R$977.925,37 Fonte: (Autores, 2023) O custo total médio da Gama, com energia elétrica, é em torno de R$ 16.825,76. Esse valor é constituído por certa demanda contratada, impostos e pelo consumo, analisando o valor do kWh na ponta, que é de R$3,70 e fora ponta que custa R$0,43. Esses valores são disponibilizados através de documentos internos da Neoenergia. A geração da usina contratada foi 177.024,00 kWh anual, o que significa 14.752 kWh mensal, como foi descrito no tópico 5.6. Esse valor é referente a 100% do aproveitamento do equipamento, porém com o passar dos anos essa geração vai se degradando e com isso foi considerado apenas 99,36% da geração para os próximos anos. Analisando a economia total, que é somatória da economia na ponta e fora ponta, é necessário levar em consideração o aumento da tarifa do kWh, a taxa foi de 7% ao ano. Já na coluna do investimento, o inicial foi o valor total do projeto, sendo um pagamento à vista, porém nos demais anos existe a taxa de manutenção do sistema, o que foi levado em conta 6% ao ano e assim obter o cálculo do fluxo de caixa, sendo as entradas e saídas. Após isso, é possível encontrar o VPL, com o somatório do valor presente, considerando a TMA de 7% a.a., levando em conta a média de 5 anos da taxa SELIC, taxa básica de juros da economia. Como mostra no Quadro 10 abaixo. Quadro 10: Indicadores durante cinco anos. Indicadores TMA 7% TIR 96% VPL R$1.464.577,55 Payback descontado 2,25 anos Fonte: (Autores, 2023) No Quadro 10, para implantação do sistema de energia solar fotovoltaico foi encontrado, analisando durantes cinco anos, a TIR (taxa interna de retorno) de 96% e VPL (valor presente líquido) de R$1.464.577,55 e um payback de 2,25 anos. Quadro 11: Economia total. Período Economia Mensal Economia Anual Primeiro R$9.529,43 -R$114.353,18 Segundo R$27.990,05 R$335.880,57 Terceiro R$69.717,93 R$836.615,13 Quarto R$115.336,25 R$1.384.035,00 Quinto R$164.548,13 R$1.974.577,55 Décimo R$392.056,29 R$4.704.675,50 Fonte: (Autores, 2023) Analisando o Quadro 11, apenas a economia acumulada durante um período de 3 anos, é possível identificar um valor total de R$836.615,13, ou seja, já é R$326.615,13 superior ao custo total da instalação do sistema de geração solar. Portanto, a partir de, aproximadamente, 2,25 anos (27 meses) já é possível recuperar o investimento inicial proposto. Também é possível analisar o valor médio de contas futuras, pode-se comparar que antes do sistema de energia solar, a conta seria em torno de R$16.825,76. Após sua implantação a conta irá cair para R$ 7.296,30 no primeiro mês. Sendo uma redução de 56%, logo um projeto economicamente viável. 6. CONCLUSÃO O estudo de caso, através de uma pesquisa exploratória, teve o intuito de avaliar a viabilidade econômica da energia solar fotovoltaica como alternativa para minimização de custos e de diversificação energética da Gama, indústria de madeiras no estado da Bahia. Para realizar a análise de viabilidade econômica foram analisados, através de cálculos, os indicadores do VPL, Payback Descontado, TIR e TMA. O estudo evidenciou que para suprir a necessidade da Gama, são necessárias 230 placas fotovoltaicas com o valor de investimento de R$510.000,00, incluindo serviços e equipamentos. Logo, o VPL calculado é de R$R$1.464.577,55. Assim, o VPL>0, tem-se um indício de viabilidade. A TIR representa um valor de 96 %. Consequentemente, TIR = 96% > TMA = 7% confirmam a aplicabilidade deste cenário. O período de retorno do desconto é de 2,25 anos. Portanto, os indicadores econômicos (VPL, TIR e payback descontado) do projeto nos permitem afirmar que é economicamente viável a implantação do sistema solar fotovoltaico, pois o período de retorno é cerca de 2,25 anos, ou seja, o tempo de retorno ocorre antes do fim de sua vida útil, as taxas internas de retorno superam o custo de capital e sua conta será reduzida em uma média de 56%. Conclui-se, que além de ser viável e reduzir custos, o sistema de energia solar também irá gerar vantagens incalculáveis ao meio ambiente, por se tratar de fonte de energia renovável, apesar de ainda ser pouco explorada e possuir investimento de alto custo. REFERÊNCIAS ABSOLAR. Energia solar é a 2ª maior fonte energética do país: Como ter em casa?. 2023. Disponível em: https://www.absolar.org.br/noticia/energia-solar-e-a-2a-maior-fonteenergetica- do-pais-como-ter-em-casa/. Acesso em: 12 de março de 2023. ALDO. Em que consiste o programa de incentivo à geração de energia solar?2020. Disponível em: https://www.aldo.com.br/blog/o-incentivo-a-energia-solar-no-brasil.Acesso em: 14 de abril de 2023. ALPHA SOLAR. Como funciona a energia solar?. 2022. Disponível em: https://alphasolar.com.br/como-funciona-a-energia-solar/. Acesso em: 13 de abril de 2023. ANEEL. Brasil atinge marca de 1 milhão de sistemas residenciais de energia solar. 2022. 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