Energia Solar Industrial: Economia de 59% [Estudo de Caso]

Energia Solar Industrial
Energia Solar Industrial: Economia de 59% [Estudo de Caso]
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Embora com pouca representatividade no segmento de geração distribuída, a energia solar industrial vem crescendo no Brasil, com muitas indústrias investindo em sistemas de geração fotovoltaica.

Neste artigo, escrito pelo instrutor da Blue Sol, Lucas Santana, apresentamos, através de cálculos e valores reais, a enorme viabilidade econômica e o quanto uma indústria pode economizar com a energia solar. Boa leitura!

Existem diversos artigos que trazem como tema a solução em energia solar fotovoltaica para atender a consumidores residenciais e pequenos comerciais. Tudo isso faz muito sentido, uma vez que esses consumidores representam mais de 92,60% do total de unidades consumidoras ativas no Brasil, segundo os dados da ANEEL para dez./2016, como mostra a figura abaixo:

Energia Solar industrial: tabela de consumo elétrico por tipo de consumidor
Fonte: ANEEL

Mas será que as indústrias também não poderiam usufruir, efetivamente, dos benefícios que a energia solar fotovoltaica traz? Se aplicado a uma unidade fabril, qual a economia na conta de luz que um empresário poderá obter com a energia solar industrial?

Pensando nos mais de 535 mil consumidores industriais ativos no país, preparamos um estudo de caso muito interessante sobre a economia energética e, por consequência, financeira, que um sistema de energia solar industrial pode propiciar à fatura de energia elétrica de uma indústria.

Tomaremos, como exemplo, a fatura de um consumidor industrial, abastecido pela Elektro (Eletricidade e Serviços S.A.), na cidade de Campinas, interior do Estado de São Paulo, ilustrada abaixo:

Energia Solar industrial - conta de luz cliente industrial

Primeiramente, o ‘pontapé’ inicial do nosso estudo é compreender o modelo de cobrança da fatura da Elektro, calculando os valores dispostos na conta de luz e, posteriormente, dimensionar um sistema fotovoltaico compatível à necessidade do consumidor em questão, para saber quanto de energia solar industrial ele irá precisar.

1# Classificação do Consumidor

Este consumidor, por ser industrial, está enquadrado no Grupo A (Grupo Alta Tensão), pois sua tensão contratada é de 13,8 kV (Quilovolts). Dentro das modalidades de cobrança tarifária, esse consumidor está classificado como ‘Verde’.

O que isso significa?

A tarifação verde é caracterizada pela aplicação de tarifas distintas para o consumo ativo (em kWh) nos horários sazonais, de fora de ponta (HFP) e ponta (HP), levando-se em consideração, também, os períodos do ano.

Além disso, esses consumidores pagam pelo consumo reativo (kVArh) excedente ao permitido pela concessionária, (já que, atualmente, a razão entre consumo ativo e consumo aparente de potência está em 0,92), sem levar em conta os horários sazonais.

Para a demanda de potência, é cobrada apenas a demanda faturada no horário fora ponta (HFP). Lembrando que, nessa modalidade, é cobrado o valor de ultrapassagem de demanda quando a faturada é superior a 5% do valor da demanda contratada.

Outra informação interessante é que não estão sujeitos ao pagamento do custo de disponibilidade, pois esses consumidores são obrigados a contratar uma quantidade/demanda de potência (kW) mínima de 30 kW. Por esse motivo, eles se enquadram na faturas chamadas de binômias.

2# Demanda de Potência

Iniciamos, então, pelos valores de demanda contratada, faturada e Demanda Máxima Corrigida (DMCR). A primeira abordagem é a comparação entre a demanda contratada e faturada.

Se a segunda for superior à primeira em mais de 5%, cobra-se do consumidor o valor referente à demanda faturada somada ao valor da ultrapassagem de potência. Se a primeira for superior à segunda, cobra-se do consumidor apenas o valor de demanda contratada. Dessa forma, os cálculos são:

Energia Solar industrial cálculo 1

O limite aceito para isenção da multa de ultrapassagem de demanda é de 283,50 kW. Para o nosso estudo, a demanda faturada foi de:

Energia Solar industrial cálculo 2

Apenas é cobrado o fator de UFDR (Demanda Reativa) quando a DMCR for superior ao valor da DemandaFATURADA:

Energia Solar industrial cálculo 3

Como a DMCR é superior à DemandaFATURADA, há a cobrança de potência excedente:

Energia Solar industrial cálculo 4

A fatura da Elektro também já fornece os valores de consumo adicionados de 2,5%, relativos às perdas por transformação e medição na baixa tensão. Então, os cálculos são:

Energia Solar industrial cálculo 5

Cálculo da potência reativa excedente:

Energia Solar industrial cálculo 6

3# Consumo Ativo

Para o cálculo do consumo ativo de energia elétrica, em horário de ponta, somados TE e TUSD, ainda sem o adicional de bandeira, temos:

Energia Solar industrial cálculo 7

O cálculo do consumo ativo, fora de ponta, fica:

Energia Solar industrial cálculo 8

4# Consumo Reativo

Sabemos que, atualmente, o fator de potência exigido pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) é de 0,92. Ou seja, do total de energia consumida, 92% precisa ser, no mínimo, em consumo ativo de energia elétrica e até 8% em energia reativa.

No entanto, quando o consumo reativo é superior a esse patamar, a distribuidora onera o consumidor, que precisa pagar uma tarifa por isso, incidindo, também, as alíquotas de ICMS, PIS e COFINS. Geralmente, cobra-se o mesmo valor de tarifa para os postos HP e HFP, então, na equação, utiliza-se a somatória desses dois consumos. Veja:

Energia Solar industrial cálculo 9

5# Adicional de Bandeira

Para a fatura do exemplo, o período de vigência foi de 09 de janeiro de 2016 a 05 de fevereiro de 2016, em bandeira vermelha. No entanto, a partir do dia 01 de fevereiro, entraram em vigor as novas bandeiras tarifárias, onde a vermelha passou a ter duas divisões, Patamar 01 com R$ 0,030/kWh e a Patamar 02 com R$ 0,045/kWh. Portanto, temos o seguinte cenário:

  • 09/01 a 31/01 – Bandeira vermelha com R$ 0,045 / kWh;
  • 01/02 a 05/02 – Bandeira vermelha com R$ 0,030 / kWh.

Dessa forma, a tarifa adicional de bandeira é calculada proporcional aos dias de vigência, através da equação de média ponderada:

Energia Solar industrial cálculo 10

Cálculo do adicional de bandeira tarifária vermelha, para o consumo ativo HP:

Energia Solar industrial cálculo 11

Para o consumo ativo HSP, tem-se:

Energia Solar industrial cálculo 12

6# Total a Pagar (Sem Geração Fotovoltaica)

Na fatura exemplificada, para fins de cálculo de ICMS, PIS e COFINS referentes ao consumo total faturado, incluem-se os consumos ativos e reativos, HP e HFP, o adicional de bandeira, demanda faturada e ultrapassagem, quando aplicável. Dessa forma, o resultado é:

Energia Solar industrial cálculo 13

Os demais valores cobrados não fazem parte dos devidos às concessionárias, por isso, são adicionados à fatura posteriormente. Assim sendo, o valor final é:

Energia Solar industrial cálculo 14

7# Dimensionamento Fotovoltaico

Compreendidos todos os processos de cobrança de uma fatura de energia elétrica do Grupo A, passamos agora para o dimensionamento do sistema fotovoltaico conectado à rede, para geração de energia solar industrial para um consumidor industrial.

Segundo a Resolução Normativa nº 687:

“A potência instalada da microgeração e da minigeração distribuída fica limitada à potência disponibilizada para a unidade consumidora onde a central geradora será conectada, nos termos do inciso LX, art. 2º da Resolução Normativa nº 414, de 9 de setembro de 2010”. Fonte: ANEEL

Conferindo o texto do inciso LX, art. 2º, da Resolução Normativa nº 414:

“LX – potência disponibilizada: potência que o sistema elétrico da distribuidora deve dispor para atender aos equipamentos elétricos da unidade consumidora, segundo os critérios estabelecidos nesta Resolução e configurada com base nos seguintes parâmetros:

  1. a) unidade consumidora do grupo A: a demanda contratada, expressa em quilowatts (kW); e
  2. b) unidade consumidora do grupo B: a resultante da multiplicação da capacidade nominal de condução de corrente elétrica do dispositivo de proteção geral da unidade consumidora pela tensão nominal, observado o fator específico referente ao número de fases, expressa em quilovolt-ampère (kVA).”

Fonte: ANEEL

Este consumidor contrata 270 kW de potência, portanto, já sabemos qual o limite máximo de potência disponível que a unidade consumidora suporta para o sistema fotovoltaico.

Energia Solar industrial - conta de luz cliente industrial

Se utilizados módulos fotovoltaicos de 265 W, dispomos de, aproximadamente, 1 mil e 19 placas solares.

Para a cidade de Campinas/SP, segundo o CRESESB, temos 5,18 horas diárias de radiação solar útil à geração fotovoltaica, para módulos fotovoltaicos inclinados a 23º e considerando a mesma perda de eficiência em 20% da potência nominal, como já vistos no artigo “Energia Solar para Ar-condicionado: Preço e Quantidade de Painéis”.

Olhando a fatura de energia elétrica, na seção “Consumo Detalhado”, deparamo-nos com uma porção de ‘consumos’ e ‘energias’ sendo cobrados pela concessionária.

Mas quais, ou qual, desses valores utilizamos para o dimensionamento fotovoltaico? A resposta é: depende.

Por que? Porque depende do horário em que será gerada a energia elétrica. Em linhas gerais, os postos tarifários fora de ponta, intermediário e ponta, ficam estabelecidos nos seguintes intervalos, dispostos abaixo:

energia-solar-para-empresas-tabela-de-postos-tarifarios

Lembrando que esses intervalos não são uma regra, mas sim um valor médio encontrado entre diversas concessionárias.

O grupo gerador abaterá, prioritariamente, o consumo energético do mesmo intervalo horário em que ele gera energia elétrica. O sistema fotovoltaico apenas gera energia durante o dia, que corresponde ao posto tarifário ‘fora de ponta’. Por isso, na descrição da conta de luz, nós buscamos e nos atentamos apenas para o valor do CONSUMO FORA PONTA kWh.

Energia Solar industrial - conta de luz cliente industrial

Dessa forma, o sistema fotovoltaico conectado à rede deve ser capaz de suprir, mensalmente, o consumo de 98.870,47 kWh/mês. Para a geração fotovoltaica, partimos para o seguinte cálculo:

Energia Solar industrial cálculo 15

Aproveitando a disponibilidade solar de 5,18 horas diárias de radiação, a potência do sistema fotovoltaico deve ser:

Energia Solar industrial cálculo 16

Levando em consideração os 20% de perda de potência nominal e a potência unitária do módulo, em 265 W, a quantidade de módulos fotovoltaicos necessária, é de:

Energia Solar industrial cálculo 17

Sendo assim, para abater todo o consumo mensal fora de ponta dessa unidade consumidora, a indústria precisaria instalar 3.000 módulos fotovoltaicos à sua usina solar de energia solar industrial e adicionar cerca de 636 kW de potência elétrica ao ramal de entrada da unidade, infringindo uma das primeiras regras apresentadas nesse artigo, que é o limite máximo permitido ao gerador fotovoltaico, no valor da ‘Demanda Contratada’, em 270 kW.

A partir daí, temos dois caminhos a seguir. O primeiro é aumentar o valor da demanda contratada até atingir a potência fotovoltaica necessária para gerar 100% do consumo ativo fora de ponta. O segundo é instalar 270 kW de potência fotovoltaica e, com isso, abater certa porcentagem do consumo ativo fora de ponta da fatura de energia elétrica.

Lembrando que, nesse estudo de caso estamos definindo, arbitrariamente, que independente da quantidade de módulos fotovoltaicos utilizados, temos área disponível suficiente para a instalação de todos eles dentro da indústria. Então, vamos aos cálculos:

8# Total a Pagar (Com Geração de energia solar industrial – 1ª Opção)

Os parâmetros utilizados para o cálculo da nova demanda contratada é de:

  • Aumento de demanda contratada, de 270 kW para 640 kW;
  • Valor pago por demanda de potência, R$ 10,83/kW;

Energia Solar industrial cálculo 18

Como o consumo ativo fora de ponta será totalmente compensado pelo sistema fotovoltaico, o valor desse consumo na descrição da fatura será nulo:

Energia Solar industrial cálculo 19

Nesta fatura, mantivemos o adicional de bandeira e o novo valor de demanda contratada. Foram excluídos os valores de demanda ultrapassada, os excedentes reativos, o consumo ativo fora de ponta e o adicional de bandeira desse mesmo posto tarifário. Dessa forma, o resultado é:

Energia Solar industrial cálculo 20

Os demais valores cobrados não fazem parte dos valores devidos às concessionárias, por isso, são adicionados à fatura, posteriormente. Assim, o valor final é:

Energia Solar industrial cálculo 21

Nesse caso, a economia proporcionada pelo sistema fotovoltaico é extremamente relevante quando comparamos ao valor original da fatura. De R$ 76.815,16, o consumidor passará a pagar R$ 31.492,40, resultando em uma economia de 59%.

Mas não se esqueça que, dessa economia devemos abater, ainda, o valor das parcelas do investimento feito ao se adquirir um sistema fotovoltaico conectado à rede. E, além disso, considerar também que existe isenção integral dos impostos ICMS, PIS e COFINS para a geração e compensação de energia elétrica.

Ainda destaco que o estudo de caso é uma simulação. Então, em um projeto real, podemos encontrar algumas variações para mais ou para menos. Por isso, consulte sempre um agente especializado! Tema já abordado nos artigos “Como Gerar Energia Solar: 8 Passos Infalíveis (Garantido!)” e “Empresas de Energia Solar: 4 Cuidados para Comprar Energia Solar”.

Vamos agora, para o desenvolvimento da segunda opção, instalando 270 kW de potência fotovoltaica.

9# Total a Pagar (Com Geração de energia solar industrial – 2ª Opção)

Aqui, como mantemos o projeto fotovoltaico em 270 kW, não teremos mais o abatimento total do CONSUMO ATIVO FORA PONTA em kWh da fatura de energia elétrica.

Por isso, precisamos primeiramente calcular qual a quantidade energética que um sistema fotovoltaico de 270 kW é capaz de abater, ou seja, quanto de energia solar industrial ele será capaz de gerar.

Considerando os parâmetros vistos no início do artigo, com módulos de 265 W, radiação solar em 5,18 horas e perdas totais em 20% da potência nominal do módulo, a geração elétrica dessa usina solar será de:

Energia Solar industrial cálculo 22

Os parâmetros utilizados para o cálculo do novo consumo ativo fora ponta, são:

  • Consumo ativo fora ponta original – 98.870,47 kWh/mês;
  • Valor pago pelo kWh – R$ 0,410284;

Então, levando-se em consideração a compensação pela geração de energia solar industrial, o consumo ativo fora ponta (HFP) é:

Energia Solar industrial cálculo 23

Desse valor residual de consumo ativo fora ponta, em 46.405,88 kWh/mês, devemos adicionar o custo pela bandeira vermelha. Para essa fatura, o período de vigência foi de 09 de janeiro a 05 de fevereiro de 2016, em bandeira vermelha.

No entanto, a partir do dia 01 de fevereiro, entraram em vigor as novas bandeiras tarifárias, onde a vermelha passou a ter duas divisões, Patamar 01 com R$ 0,030/kWh e a Patamar 02 com R$ 0,045/kWh. Portanto, temos o seguinte cenário:

  • 09/01 a 31/01 – Bandeira vermelha com R$ 0,045 / kWh;
  • 01/02 a 05/02 – Bandeira vermelha com R$ 0,030 / kWh.

Dessa forma, a tarifa adicional de bandeira é calculada proporcional aos dias de vigência, através da equação de média ponderada:

Energia Solar industrial cálculo 24

O cálculo do adicional, é:

Energia Solar industrial cálculo 25

Mantivemos, também, o adicional de bandeira para o horário de ponta, o valor de demanda contratada, ultrapassada e os excedentes reativos. Dessa forma, o resultado é:

Energia Solar industrial cálculo 26

Os demais valores cobrados não fazem parte dos devidos às concessionárias, por isso, são adicionados à fatura, posteriormente. Logo, o valor final é:

Energia Solar industrial cálculo 27

Nesse caso, a economia proporcionada pelo sistema fotovoltaico é extremamente relevante também, quando comparamos ao valor original da fatura. De R$ 76.815,16, o consumidor passará a pagar R$ 48.081,12, ou seja, economia de 37,40%.

Mas não se esqueça que, dessa economia, devemos ainda, abater o valor das parcelas do investimento feito ao se adquirir um sistema fotovoltaico conectado à rede. E, além disso, considerar também que existe isenção integral dos impostos ICMS, PIS e COFINS para a geração e compensação de energia elétrica.

10# Panorama Brasileiro

Portanto, o que podemos concluir com esse ‘Estudo de Caso’ para um possível cliente de energia solar industrial?

A resposta que muitos buscam!

A viabilidade técnica e energética do sistema fotovoltaico conectado à rede para consumidores do Grupo A, industriais, é real e pode ser implementada. Prova disso é a relação de unidades consumidoras com geração distribuída por classe de consumo, fornecida pela ANEEL, em que já contamos com 205 sistemas fotovoltaicos instalados em indústrias.

Energia Solar industrial - Unidades consumidoras com geração distribuída
Fonte: ANEEL

A próxima questão a ser respondida é: “E a viabilidade financeira? Existe?”. Fiquem ligados nos próximos artigos e não deixe de postar sua opinião abaixo. Grande abraço!

Engº. Eletricista – Instrutor Técnico – Blue Sol
Linkedin: Lucas Siqueira Santana
CREA-SP 5069860306