Análise de viabilidade técnica e econômica de um sistema fotovoltaico integrado a um edifício comercial de escritórios visando atingir um balanço energético anual positivo

Abstract

Este trabalho tem o objetivo de avaliar a viabilidade técnica da instalação de um sistema fotovoltaico (FV) nas fachadas e na cobertura de um edifício comercial de escritórios localizado em Florianópolis-SC, buscando analisar para quais situações o edifício apresenta um balanço energético anual positivo. Também foi realizada uma análise viabilidade econômica da substituição dos materiais de revestimento das fachadas deste edifício por elementos FV para quando esses tornam positivo o balanço energético da edificação. O desenvolvimento deste trabalho foi dividido em duas etapas: análise técnica e análise econômica. A análise técnica foi desenvolvida por meio de simulação computacional do consumo e da geração de energia de um edifício comercial de escritórios. A ferramenta computacional usada para simular o consumo energético do edifício foi o software EnergyPlus. O consumo energético do edifício foi simulado para quatro condições de operação híbrida entre ventilação natural e condicionamento artificial. Os intervalos de operação híbrida determinaram para qual temperatura interna do ambiente o sistema de condicionamento artificial seria acionando para o resfriamento ou para o aquecimento. Os resultados obtidos sobre os usos finais do edifício simulado mostraram que os equipamentos e o sistema de iluminação representam a maior parte do consumo energético total da edificação. Para as quatro condições de operação híbrida analisadas, a diferença na demanda energética se deu pelo sistema de condicionamento artificial. A Condição 1 de operação híbrida (21oC-24oC) apresentou a maior demanda energética. Por outro lado, a Condição 4 que possui maior faixa de operação híbrida (18oC-27oC), apresentou a menor demanda energética. A simulação da geração energética foi desenvolvida no programa PVSyst. Foram simulados quatro sistemas FV integrados a edificação: um na cobertura e outros três nas porções opacas da fachada norte, leste e oeste. A tecnologia adotada para o módulo FV foi de filme fino de telureto de cádmio (CdTe). Os resultados da simulação mostraram que: o sistema FV da cobertura ficou responsável por 70% da geração total anual do sistema, a fachada norte por 14% e as fachadas leste e oeste por 8% cada uma. Em relação ao balanço energético, a geração de energia pelo sistema FV como um todo foi superior ao consumo energético para todas as condições simuladas, sendo assim o balanço energético anual foi positivo em todas essas condições. A geração do sistema FV das fachadas foi essencial para tornar o balanço energético positivo apenas para o edifício simulado na Condição 1. Para as demais condições, o sistema FV da cobertura foi o suficiente para atingir e ultrapassar o consumo energético da edificação. Na análise econômica foram consideradas três tipologias de análise com diferentes materiais de revestimento nas fachadas opacas: (1) painéis de alumínio composto (ACM), (2) vidro laminado e (3) módulos FV. Foi usado na análise econômica o resultado de consumo energético anual da Condição 1, posto que essa foi a única condição analisada que dependeu do sistema FV das fachadas para tornar positivo o balanço energético da edificação. Para cada tipologia foram considerados três cenários de aumento tarifário: 1% a.a., 2% a.a., 3% a.a. Quanto aos métodos de análise de viabilidade de investimento, os indicadores adotados foram o Valor Presente Líquido (VPL), a Taxa Interna de Retorno (TIR) e o tempo de retorno de investimentos (payback descontado). A Tipologia 1 (ACM), foi a tipologia que apresentou os melhores resultados de viabilidade econômica apresentando-se viável para todos os cenários de aumento tarifário analisados. Entre a Tipologia 2 (vidro laminado) e a Tipologia 3 (módulos FV), a Tipologia 3 apresentou melhores resultados do que a tipologia 2 mesmo tendo um custo inicial maior.