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PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISENGENHARIA DE ENERGIA
TRABALHO ACADMICO INTEGRADOR X - PROJETO FIM DE CURSO II____________________________________________________________
Gilberto Silveira Alves de Carvalho
TRABALHO ACADMICO INTEGRADOR X - PROJETO FIM DE CURSO II:
Micro central fotovoltaica conectada rede.
Belo Horizonte2016
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Gilberto Silveira Alves de Carvalho
TRABALHO ACADMICO INTEGRADOR X - PROJETO FIM DE CURSO II:
Micro central fotovoltaica conectada rede.
Trabalho apresentado disciplina Trabalho
Acadmico Integrador X - Projeto Fim de
Curso II, do curso de Engenharia de Energia
do Instituto Politcnico da UniversidadeCatlica de Minas Gerais.
Orientador:
Professor Nilson de Figueiredo Filho, Me.
Belo Horizonte2016
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RESUMO EXECUTIVO
Os sucessivos aumentos na tarifa de energia eltrica, motivou o cliente a buscar no
mercado alternativas que diminussem seu custo com essa despesa. Ao final de 2 anos a tarifa
quase dobrou (45,5%) sendo que seu consumo aumentou apenas 19% no mesmo perodo. Ocliente trata-se de um clube social e de esportes no qual o consumo de energia eltrica
responde por boa parte de seus custos mensais. Depois de um estudo realizado avaliando as
possveis solues para o problema apresentado pelo cliente, foi proposto este projeto de
engenharia, que consiste na implantao de um Sistema Fotovoltaico Conectado Rede,
localizado nas dependncias do clube, situado no municpio de Lagoa da Prata/MG. A rea
disponvel para a instalao do sistema ficou limitada a 220 m, que parte da rea do telhado
do salo de festas e que se encontra sem utilizao no momento. Esta rea equivale a
praticamente a metade do telhado, a outra metade est ocupada com coletores solares
responsveis pelo aquecimento de uma piscina.
O projeto ser executado a partir de uma srie de analises que partem do estudo da
rea disponibilizada, orientao dos mdulos em relao ao norte geogrfico, inclinao dos
mdulos em relao a superfcie de instalao e dimensionamento dos demais componentes
do sistema. O sistema compatvel com a rea ficou definido em 114 mdulos divididos em 6
strings (fileiras) de 19 mdulos, 2 inversores e uma estrutura metlica que dar suporte aos
mdulos junto ao teto do clube.
Com este sistema implantado espera-se uma reduo de aproximadamente 40% no
consumo de energia eltrica do clube e um payback de 6 anos.
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Lista de Ilustraes
1 Figura 1 - Conta de Energia do Umuarama Clube em 2013 ............................................. 11
2 Figura 2 - Conta de Energia do Umuarama Clube em 2015 ............................................. 12
3 Figura 3 - Configurao Bsica de um Sistema Fotovoltaico Conectado Rede Eltrica............................................................................................................................................... 15
4 Figura 4Simulao 1 PVSYST ...................................................................................... 17
5 Figura 5Simulao 2 PVSYST ...................................................................................... 18
6 Figura 6Simulao 1 PVSYST ...................................................................................... 19
7 Figura 7Simulao 2 PVSYST ...................................................................................... 19
8 Figura 8Local onde sero instalados os mdulos fotovoltaicos .................................... 21
9 Figura 9Diagrama de cobertura do clube Umuarama .................................................... 22
10 Figura 10Diagrama de Instalao ................................................................................ 23
11 Figura 11Local da instalao dos inversores ............................................................... 24
12 Figura 12Diagrama unifilar bsico do sistema ............................................................ 25
13 Figura 13Quadro geral de distribuio ........................................................................ 26
14 Figura 13 - Procedimento de Acesso a Conexo Rede de Baixa Tenso. .................... 31
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Lista de tabelas
1 Tabela 1 - Dados de placa do mdulo ............................................................................... 27
2 Tabela 2Dados de placa do Inversor.............................................................................. 27
3 Tabela 3Materiais e equipamentos ................................................................................ 28
4 Tabela 4Recursos Humanos .......................................................................................... 30
5 Tabela 5Recursos Fsicos e Materiais ........................................................................... 30
6 Tabela 6Parmetros para Anlise .................................................................................. 35
7 Tabela 7Cronograma Financeiro ................................................................................... 36
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Lista de Grficos
1 Grfico 1Custo da energia em 2013 e em 2015 ............................................................ 12
2 Grfico 2Demanda de energia em 2013 e em 2015....................................................... 13
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Lista de Abreviaturas e Siglas
ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica.
CEMIG - Companhia Energtica de Minas Gerais
CRESESB - Centro de Referncia para a Energia Solar e Elica Srgio de Salvo
Brito/CEPEL
ELETROBRS - Centrais Eltricas do Brasil S/A
PUC MG - Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais
SFCR - Sistema Fotovoltaico Conectado Rede
CACorrente Alternada
CCCorrente Contnua
DPSDispositivo contra surtos
DUBDiagrama Unifilar Bsico
ImppCorrente potncia mxima
IPGrau de Proteo
IscCorrente de curto-circuito
kWQuiloWatt
kWhQuiloWatt hora
mMetro
m - Metro Quadrado
MGMinas Gerais
mmMilmetros
mm - Milmetros Quadrados
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m/sMetros por segundo
NNmero
NDNorma de Distribuio
PmaxPotncia mxima
QDCQuadro de Distribuio de Circuitos
R$ - Reais (Moeda)
STCCondies de Teste Padro
VcaTenso em corrente alternada
VccTenso em corrente contnua
VmppTenso potncia mxima
VocTenso de circuito aberto
WWatt
WpWattPico
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Sumrio
1. DESCRIO DO PROBLEMA .................................................................................. 11
2. DESCRIO DA CONCEPO DA SOLUO ADOTADA ................................ 13
3. DETALHAMENTO DO PROJETO ............................................................................ 14
3.1. Descrio Do Projeto ......................................................................................... 14
3.1.1. Descrio Tcnica........................................................................................... 14
3.1.2. Diferencial Inovador ....................................................................................... 21
3.2. Documentao Grfica ....................................................................................... 21
3.3. Especificao Tcnica ........................................................................................ 26
3.4. Detalhes Construtivos ........................................................................................ 28
3.5. Informaes Adicionais...................................................................................... 29
3.6. Recursos Necessrios ......................................................................................... 29
3.7. Recursos Humanos ............................................................................................. 29
3.8. Recursos Fsicos e Materiais .............................................................................. 30
3.9. Implantao ........................................................................................................ 31
3.9.1. Descrio Das Etapas De Implantao ........................................................... 31
3.10. Cronograma Fsico ......................................................................................... 32
3.11. Providncias Necessrias ................................................................................ 33
4. PLANO FINANCEIRO ................................................................................................ 33
4.1.1. Custos ............................................................................................................. 33
4.1.2. Investimentos, Financiamentos E Rentabilidade ............................................ 33
4.1.3. Anlise De Viabilidade ................................................................................... 34
4.1.4. Cronograma Financeiro .................................................................................. 35
5. AVALIAO DO PROJETO ...................................................................................... 36
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6. REFERNCIAS ........................................................................................................... 36
APNDICE ADIMENSIONAMETO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO ............. 38
Dimensionamento do sistema fotovoltaico .................................................................. 38
APNDICE BARQUIVO EM EXCEL ANEXADO ............................................... 44
APNDICE CANLISE FINANCEIRA ................................................................ 44
Plano Financeiro ........................................................................................................... 44
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1. DESCRIO DO PROBLEMA
O problema surgiu devido ao aumento no custo de energia eltrica justificado pelo
incremento na sua demanda e constantes aumentos da tarifa ocorridos nos ltimos 2 anos no
Umuarama Clube, empresa na qual o estgio realizado. O aumento identificado a partir
da anlise e comparao dos histricos de consumo e dos valores das tarifas das contas de
energia eltrica do perodo de 2013/2015. Nas figuras 1 pode-se observar o valor cobrado
pela tarifa e tambm o histrico de consumo no ano de 2013. Neste ano a tarifa encontrava-
se no valor de R$ 0,4356 por kWh e a mdia de consumo do clube ficou em aproximadamente
8180 kWh. Nas figuras 2 quando observamos as mesmas informaes notamos que a tarifa
se encontra em R$ 0,7981 para o mesmo kWh e a mdia de consumo subiu para 10103 kWh.
Portanto para a tarifa o aumento foi de 45,5% nestes dois anos, mas a mdia de consumo
subiu apenas 19% justificando que o maior causador do aumento do custo da energia, a
tarifa mais elevada mesmo considerando a inflao acumulada de 17,08% para 2014 e 2015.
Logo abaixo os grficos 1 e 2 mostram a evoluo da demanda e do custo da energia nos
anos de 2013 e 2015.
1 Figura 1 - Conta de Energia do Umuarama Clube em 2013
Fonte: CEMIG, 2013
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2 Figura 2 - Conta de Energia do Umuarama Clube em 2015
Fonte: CEMIG, 2015
dddsdfdffd dd
1 Grfico 1Custo da energia em 2013 e em 2015
Fonte: Elaborao Prpria
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Dez Nov Out Set Ago Jul Jun Mai Abr Mar Fev Jan
ValorpagoemR$
Meses do ano
Custo da energia em 2013 x 2015
Custo em 2013 Custo em 2015
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O grfico 1 demonstra com clareza a diferena entre o que se pagou nos dois
perodos comparados. Por exemplo: em outubro de 2013 pagou-se poucos menos de
R$ 10.000 reais, enquanto em 2013 esse valor no chegou a R$ 4.000 reais, uma
diferena de aproximadamente 60%.
2 Grfico 2Demanda de energia em 2013 e em 2015
Fonte: Elaborao Prpria
Percebe-se pelo grfico 2 que a demanda sofre um aumento entre o ano de
2013 e 2015, mas que em certos momentos se aproxima e se iguala a demanda de
2013 como visto entre os meses de Janeiro e Fevereiro.
O valor pago na conta de energia eltrica justificado pelo aumento da tarifa e
tambm da demanda, elevou a folha de pagamentos do Clube. Desta forma, o
Umuarama Clube busca neste projeto diminuir os custos com energia eltrica e assim
poder investir com maior vigor em outras reas.
2. DESCRIO DA CONCEPO DA SOLUO ADOTADA
Para a reduo da conta de energia eltrica, foram pesquisadas algumas
alternativas que poderiam ser utilizadas para atingir tal objetivo. Foi realizada uma
auditoria energtica (Apndice B) para identificar o consumo de energia eltrica por
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Dez Nov Out Set Ago Jul Jun Mai Abr Mar Fev Jan
Deman
daemkWh
Meses do ano
Demanda de energia em 2013 x 2015
Demanda em 2013 Demanda em 2015
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setor e por tipo de equipamento assim ajudando a entender melhor o funcionamento
dirio do clube. Alternativas tais como substituio de lmpadas e motores por opes
mais eficientes se mostraram medidas que so complementares a uma soluo que de
fato ajudaria a reduzir a conta de energia eltrica, alm do fato de no atender aos
requisitos de um projeto de engenharia. A criao de uma micro central elica, no
se mostrou vivel de acordo com o Mapa Elico de Minas Gerais (CEMIG, 2015)
que apresentou Lagoa da Prata/MG como um dos piores ndices de ventos do estado.
O valor de 4 m/s no suficiente para atingir a potncia nominal dos aerogeradores
que temos no mercado. Como o custo dos aerogeradores muito superior aos de
mdulos fotovoltaicos de mesma potncia, e ainda assim no apresentando condies
bsicas para seu funcionamento ideal, a alternativa foi descartada. Desta forma,
levando em considerao o alto ndice de radiao que a cidade apresenta de 5,25W/m (RADIASOL, 2015) e a rea disponvel no telhado do salo de festas do Clube,
a escolha pela utilizao de um sistema fotovoltaico para gerao prpria de energia
se mostrou mais atrativa.
3. DETALHAMENTO DO PROJETO
3.1. DESCRIO DO PROJETO
3.1.1.
DESCRIO TCNICA
O sistema fotovoltaico conectado rede composto por um conjunto de
equipamentos e mdulos sensveis a luz solar que a partir da incidncia convertem
energia solar em energia eltrica. Esse tipo de sistema pode ser usado tanto para
gerao de energia em grandes quantidades quanto para a gerao distribuda. A
quantidade de energia gerada medida pelo medidor bidirecional da concessionriaassim como o que se consome da rede eltrica. A figura 3 ilustra como fica a
configurao bsica dos equipamentos do sistema fotovoltaico.
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3 Figura 3 - Configurao Bsica de um Sistema Fotovoltaico Conectado Rede Eltrica.
Fonte: Solenerg
Em um projeto de sistemas fotovoltaicos deve-se levar em considerao a taxa de
disponibilidade, popularmente conhecida como taxa mnima, que a concessionaria cobra pela
utilizao dos seus servios. Para clientes monofsicos a taxa definida em 30 kWh/ms,
bifsico 50kWh/ms e trifsico 100 kWh/ms. Esta taxa em energia, multiplicada pela tarifa
atual e assim tm-se o valor final pago a concessionaria consumindo ou no energia. Nos
projetos fotovoltaicos deve-se sempre subtrair o montante de energia da taxa para o correto
dimensionamento do sistema, uma vez que essa quantidade de energia dever ser paga de
qualquer forma.
Os equipamentos que compem o sistema fotovoltaico possuem as seguintes funes:
Mdulo Fotovoltaico: So responsveis pela gerao de energia eltrica, atravs da
converso da energia solar em eletricidade, do sistema e por proteger as clulas fotovoltaicasque o compe. As tecnologias mais utilizadas no mercado brasileiro so de clulas de silcio
monocristalinas e policristalinas. O nmero de clulas em srie determina as caractersticas
da tenso eltrica de sada do mdulo. Os mdulos para conexo rede possuem de 48 a 72
clulas. O conjunto de painis combinados em ligao srie e paralelo denominado de
arranjo fotovoltaico.
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Inversor para conexo rede: O inversor para conexo direta rede eltrica da
concessionria trabalha com tenses de entrada muito mais elevadas, tenses de sada
compatveis com a rede local, apresenta uma alta eficincia operacional e caracteriza-se pela
presena de uma proteo anti-ilhamento. Somente libera corrente eltrica na sada quando
na presena de tenso da rede eltrica de onde identifica o sinal para seu sincronismo interno.
Caso esta falte por qualquer motivo o inversor tambm anula sua sada.
Quadro de Distribuio de Cargas (QDC): Distribui a energia transportada pelo
alimentador em Circuitos Parciais. Normalmente localizada prximo ao centro de
concentrao de carga. O medidor para se saber o consumo de energia do cliente conectado
ao QDC.
Dispositivo de proteo contra surto (DPS):Tem a funo de evitar qualquer tipo de dano,descarregando para a terra os pulsos de alta-tenso causados pelos raios. Utilizado para
limitar as sobretenses e descarregar os surtos de corrente originrios de descargas
atmosfricas nas redes de energia.
Medidor Bidirecional:Dispositivo cuja funo medir a energia ativa injetada na rede e a
energia ativa consumida da rede.
Componentes do projeto
O memorial de clculo com os respectivos dimensionamentos dos equipamentos do
sistema, foram realizados conforme o apndice A deste relatrio.
Neste projeto optou se por utilizar mdulos de 310 Wp por apresentarem melhor custo
benefcio em relao a potncia/custo. Outro fator importante o fato destes mdulos serem
aprovados pelo INMETRO (exigido na resoluo 482/2012 da ANEEL) com selo A de
eficincia na classificao energtica. Ligado aos mdulos existe um painel de proteo
primrio o qual contm dispositivos de proteo contra surtos (DPS).
No telhado do salo de festas do clube existem alguns coletores solar que fazem parte
de um sistema de aquecimento de piscina. No entanto existe uma rea de aproximadamente
220 m que continua desocupada neste telhado. Se o objetivo fosse atender toda a demanda
do Umuarama Clube, seria necessria uma rea de 545 m, ou seja, 325 m a mais do que est
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atualmente disponvel. Para a rea disponibilizada sero instalados 114 mdulos
fotovoltaicos que juntos somam uma potncia instalada de 35,34 kW, sendo assim necessrio
inversor ou inversores com potncia total de aproximadamente 35 kW.
Aps a ligao das duas fases vindas do inversor no quadro de distribuio de circuitos,
ento realizada a conexo no padro de entrada da concessionria. A troca do relgio
comum para o relgio bidirecional fica a cargo da concessionria local.
Detalhes do projeto
A estrutura do telhado do salo de festas possui inclinao de 15 para leste. Desta forma
foram feitas algumas simulaes no software PVSYST para verificar se seria vivel a
correo para 20 de inclinao e tambm a instalao de suportes para direcionar os painis
para o norte ao invs de mant-los para o leste.
Orientao dos mdulos para Leste
Primeira simulao15 direo Leste
4 Figura 4Simulao 1 PVSYST
Fonte: Elaborao Prpria
Perda gerada pelo arranjo: 0.58 kWh/kWp/dia
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Perda gerada pelo sistema: 0.16 kWh/kWp/dia
Produo de energia anual em 45543 kWh/ano
Segunda simulao20 direo Leste
5 Figura 5Simulao 2 PVSYST
Fonte: Elaborao Prpria
Perda gerada pelo arranjo: 0.57 kWh/kWp/dia
Perda gerada pelo sistema: 0.16 kWh/kWp/dia
Produo de energia anual em 44963 kWh/ano
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Orientao dos mdulos para Norte
Primeira simulao15 direo Norte
6 Figura 6Simulao 1 PVSYST
Fonte: Elaborao Prpria
Perda gerada pelo arranjo: 0.61 kWh/kWp/dia
Perda gerada pelo sistema: 0.17 kWh/kWp/dia
Produo de energia anual em 49010 kWh/ano
Segunda simulao20 direo Norte
7 Figura 7Simulao 2 PVSYST
Fonte: Elaborao Prpria
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Perda gerada pelo arranjo: 0.62 kWh/kWp/dia
Perda gerada pelo sistema: 0.17 kWh/kWp/dia
Produo de energia anual em 49352 kWh/ano
Concluso quanto a orientao e inclinao dos painis
Verifica-se que a configurao tima (20, Norte), ou seja, a mais indicada para a regio
de Lagoa da Prata/MG, se mostrou mais eficiente que as demais. A produo de energia/ano
desta configurao ficou em 49352 kWh/ano. A configurao adotada no projeto (15, Leste)
gerou 45543 kWh/ano, sendo a diferena entre ambas de 3809 kWh/ano. Se levarmos em
quanto o valor atual da tarifa de R$ 0,7981 temos ao final R$ 3040,00 de perdas anuais
decorrentes desta menor gerao.
No entanto, a estrutura necessria para a correo destas orientaes fica muito mais
cara, como podemos observar abaixo segundo informaes de fornecedores;
Preo da estrutura comum (retangular) = em torno de R$ 120/mdulo
Para um total de 114 mdulos = R$ 13.680
Preo da estrutura modificada (triangular) = em torno de R$ 350/mdulo
Para um total de 114 mdulos = R$ 39.900
Diferena entre estruturas = R$ 26.220
Dividindo pelo ganho em R$ que a configurao ideal produziria por ano;
R$ 26.220/3040.00 = 8,625 Anos.
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Conclui-se que apesar do ganho de energia que poderamos ter com as mudanas nas
orientaes, o custo para obter tal benefcio no atrativo. Seriam necessrios mais de 8 anos
para retornar o investimento.
3.1.2.
DIFERENCIAL INOVADOR
O diferencial inovador do projeto fica a cargo da utilizao de mdulos fotovoltaicos
para a gerao de energia eltrica em um clube social, aproveitando um espao que antes
era utilizado por aquecedores solar h algum tempo desativados. Contribui para a
valorizao da marca e pode atrair novos scios. Outro diferencial do projeto a
utilizao de inversores que dispensam o uso de transformadores, algo novo no mercado
e que contribui para a reduo de custos no sistema alm de tambm possurem
monitoramento via WEB que possibilita o cliente o acompanhamento em tempo real da
gerao.
3.2. DOCUMENTAO GRFICA
Os mdulos fotovoltaicos sero instalados em um suporte fixado no telhado, sem
alteraes quanto a elevao. Abaixo figura 8 onde ser instalada os mdulos
fotovoltaicos no clube e na figura 4 o diagrama de cobertura demonstrando a disposio
dos painis no telhado. Dentro da linha amarela se encontra o telhado do clube social.
8 Figura 8Local onde sero instalados os mdulos fotovoltaicos
Fonte: Elaborao Prpria
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9 Figura 9Diagrama de cobertura do clube Umuarama
Fonte: Elaborao Prpria
O inversor ser instalado na parede externa em uma rea que no possui utilizao
abaixo e ao lado do telhado. Nota-se a necessidade de se construir um pequeno telhado paraproteger os inversores da chuva. Sero instalados a 1,20 m do solo e a 0,40 m da parede a
direita da foto, conforme a figura 10.
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10 Figura 10Diagrama de Instalao
Fonte: Elaborao Prpria
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11 Figura 11Local da instalao dos inversores
Fonte: Elaborao Prpria
Os cabos que saem dos mdulos passam pelo painel de proteo I que contm os DPS
CC e em seguida so conectados na entrada CC do inversor, nota-se que os inversores
possuem chave seccionadora especfica para corrente contnua. Os cabos que saem doinversor, pela sada CA, passam pelo painel de proteo II que contm os DPS CA e
disjuntor CA, so ento levados at o quadro geral de distribuio de cargas (QGD),
localizado cerca de 25 metros de distncia dos inversores. Elaborou-se um diagrama
unifilar bsico (DUB) da instalao eltrica do sistema projetado, conforme figura 12:
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12 Figura 12Diagrama unifilar bsico do sistema
Fonte: Elaborao Prpria
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13 Figura 13Quadro geral de distribuio
Fonte: Elaborao Prpria
3.3.ESPECIFICAO TCNICA
O dimensionamento encontra-se no Apndice A.
Foram utilizados neste projeto os seguintes equipamentos e componentes do sistema:
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Mdulos
1 Tabela 1 - Dados de placa do mdulo
Fabricante: TRINA
Potncia nominal de pico Wp: 310
Tenso de circuito aberto V: 45,55
Corrente de curto-circuito A 8,85
Modelo: TSM-P14
Tenso potncia nominal V: 37
Corrente potncia nominalA: 8,38
rea m: 1,94
Fonte: Elaborao Prpria
Inversor:
Optou se por dois inversores de 15 kW, pois verificou se que no mercado inversores
com potncia de 35 kW ou mais so muito caros e ainda dependem homologao junto ao
INMETRO. Os inversores de 15 kW atendem a necessidade do sistema, por apresentar um
custo benefcio superior a utilizao de outros modelos e tambm por dispensar o uso de
transformador, o que reduz o custo do projeto e aumenta sua eficincia energtica.
2 Tabela 2Dados de placa do Inversor
Fabricante: Fronius Modelo:Symo 15,0-3-
M
Potncia CC mx (W): 22,5 kW Tenso de CC mx: 1 kV
Faixa de operao MPPT deVCC: 320 - 800 V
Corrente mxima deentrada:
33,0 A / 27,0A
Nmero de strings: 6 Potncia nominal de AC: 15,0 kW
Potncia mxima de AC: 18 kW Corrente mxima de sada: 21,7 A
Variao da tenso de sada: 380 - 220 V Frequncia da rede: 50 Hz / 60 HzEficincia mxima: 98,10%
Fonte: Elaborao Prpria
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Cabos e conectores MC4 para conexo dos mdulos em srie e conexo do arranjo
ao inversor. Dispositivos de proteo contra surto (DPS) modelo 1000V Slim Classe II
com tenso mxima de operao continua de 1000 VDC. O cabeamento flexvel (cabo solar)
conta com duplo isolamento e ideal para instalaes que requerem exposio ao tempo.
Possuem certificao para instalaes fotovoltaicas TUV 2Pfg 1169. Ser utilizado na
conexo entre os mdulos fotovoltaicos, quadro de proteo CC e o inversor e ter uma
tenso de isolao de 1.000V e com 6 mm de bitola.
3 Tabela 3Materiais e equipamentos
Quantidade Materiais e Equipamentos
114 Mdulo de 310Wp
2 Inversor de 15kW
2 DPS Corrente Alternada 275 V
3 DPS Corrente Continua 1000 V
3 Caixas de Montagem para os DPS
4 Disjuntor CA de 25 A
250 m Cabo Solar cor Preta 6 mm
250 m Cabo Solar cor Vermelha 6 mm
250m Cabo Solar cor Verde/Amarelo 6mm
35 m Cabo Flex cor Preta 6 mm
35 m Cabo Flex cor Preto 6 mm
35 m Eletroduto 3/4
Fonte: Elaborao Prpria
3.4. DETALHES CONSTRUTIVOSEstrutura metlica retangular, para instalao em locais que j possuem inclinao,
como em telhados, neste caso, aproximadamente 15 de inclinao em relao ao solo.
Estrutura com capacidade para 19 mdulos de 310 Wp de at 1000 mm de largura. Ser
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necessrio a instalao de um pequeno telhado logo acima dos inversores para que haja uma
proteo contra eventos naturais.
3.5. INFORMAES ADICIONAIS
A limpeza dos mdulos deve ser realizada no mnimo uma vez por ano. Caso a cidade
em que se encontra o sistema sofra com algum tipo de poluio na qual resulte em resduos
que so precipitados, a limpeza deve ser antecipada para evitar perda de eficincia no sistema.
O monitoramento WEB uma ferramenta que possibilita o acompanhamento em
tempo real da gerao, possibilitando a identificao de qualquer anomalia ou perda de
eficincia no sistema sem mesmo ter que checar pessoalmente o sistema. Resulta na soluo
do problema com maior rapidez e consequentemente em menores perdas de gerao e
dinheiro.
3.6.RECURSOS NECESSRIOS
3.7.RECURSOS HUMANOS
Para a realizao do projeto do sistema foi necessrio um estagirio de engenharia de
energia, autor deste TCC um engenheiro civil para orientao e assinatura da ART e de
um tcnico eletricista que o responsvel pela a manuteno do clube.
Para a instalao do sistema sero necessrios dois profissionais eletricistas e tambm
de um engenheiro civil para avaliar a carga extra no telhado do salo. A instalao do
sistema e bem rpida e simples e dura at cinco dias teis (8 horas/dia). A tabela 2 resume
os recursos humanos necessrios e as horas de dedicao de cada profissional:
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4 Tabela 4Recursos Humanos
Quantidade CompetnciaHoras de dedicao
1 Estagirio
40
1 Engenheiro Eletricista40
1 Engenheiro Civil10
4 Tcnico Eletricista 40
Fonte: Elaborao Prpria
3.8. RECURSOS FSICOS E MATERIAIS
Segue abaixo a tabela com os demais equipamentos e recursos necessrios para a realizao
do projeto e sua execuo.
5 Tabela 5Recursos Fsicos e Materiais
Quantidade Recursos Fsicos e Materiais
1 Bssola
1 Clinmetro (Medidor de inclinao);
1 Trena de 50 metros
1 Smartphone para fotos
1 Jogo de chave de rosca
1 Jogo de chave de fenda
1 Alicate de corte
1 Furadeira
1 Parafusos e porcas
1 Ampermetro
1 Voltmetro
Fonte: Elaborao Prpria
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3.9.IMPLANTAO
3.9.1.
DESCRIO DAS ETAPAS DE IMPLANTAO
A instalao dos mdulos fotovoltaicos no telhado do salo:Primeiramente deve-
se instalar o suporte retangular no telhado do salo e logo em seguida colocar os mdulosno suporte deixando um pequeno espao entre cada um devido a dilatao de sua estrutura
com as altas temperaturas.
Instalao do inversor na parede: O inversor deve ficar na parede em posio
vertical de preferncia em local com sombra para evitar aquecimento excessivo e em
local de fcil acesso.
Instalao dos painis de proteo: Caixas que contm os DPS CC e CA e
disjuntores.
Conexo eltrica do sistema:
Procedimento padronizado pela concessionaria local CEMIG. Segue abaixo (figura
13) o fluxograma das etapas:
14 Figura 13 - Procedimento de Acesso a Conexo Rede de Baixa Tenso.
Fonte: CEMIG
Solicitao de acesso a rede da CEMIG: Logo aps realizar as instalaes fsicas e
eltricas do sistema deve-se seguir com o procedimento de solicitao de acesso a rede da
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CEMIG, atreves do Preenchimento do formulrio de acesso dado pela ND 5.30 e tambm
pelo modulo 3 do PRODIST.
Enviar o memorial descritivo com todos os clculos de dimensionamento e o
diagrama unifilar bsico DUB.
Vistoria: Aps a solicitao o projeto avaliado e sendo aprovado passa por uma
vistoria.
Aprovao do sistema: Sendo aprovado na vistoria todo o sistema aprovado e a
conexo e concedida garantindo ao acessante a conexo rede.
O medidor bidirecional e colocado no lugar do medidor convencional sendo que o
acessante paga apenas pela diferena de custo entre o convencional e o bidirecional.
3.10.
CRONOGRAMA FSICO
Execuo do
ProjetoDia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7
Instalao do
suporte no
telhado e dos
mdulos nosuporte
x x x
Instalao dos
painis de
proteo
x
Instalao do
Inversorx
Conexo
eltrica do
Sistema
x
Verificao dofuncionamento
dos
equipamentos;
x
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Preenchimento
do Formulrio
de acesso
rede CEMIG;
x
Vistoria da
instalao
At 30 diasaps asolicitao davisita
Substituio do
Medidor
Convencional
pelo
Bidirecional
At 15 diasaps aaprovao dosistema
3.11.
PROVIDNCIAS NECESSRIASInformaes anteriores
4. PLANO FINANCEIRO
Considera-se despesas relacionadas ao projeto de sistema fotovoltaico conectado
rede, sendo elas variveis, fixas e despesas gerais. Os custos variveis se subdividem em
pessoal e encargos, subcontratao, transporte de material e deslocamentos entre a empresa
e local de instalao. Os custos fixos, por sua vez, se subdividem em pessoal administrativo
e encargos. E por ltimo as despesas gerais se subdividem em impostos fixos e servios de
terceirizados.
4.1.1. CUSTOS
O custo total do sistema implantado de R$ 261.516 como discriminado no Apndice C
deste relatrio.
4.1.2. INVESTIMENTOS, FINANCIAMENTOS E RENTABILIDADE
O investimento possui um retorno total de 6 anos como visto no estudo de viabilidade
tambm no Apndice C. O negcio se mostrou vivel, com uma TIR superior a Taxa mnima
de atratividade (SELIC).
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Existem algumas opes de financiamentos no mercado brasileiro;
A Caixa Econmica Federal oferece facilidades de financiamento dos aparelhos a
partir do Construcard com taxas de juros variando de 1,96% a 2,35% ao ms.
J o Banco do Brasil possui a linha de financiamento BB Crdito Material Construo
para pessoa fsica que tiver interesse em adaptar um sistema alternativo de gerao de
energia. A Linha BB Material de Construo, est disponvel para correntistas do banco, com
taxas de 1,53% a 2,02% ao ms.
O BNDES fornece para essa linha para pessoas jurdicas na aquisio de produtos
nacionais.
O banco Santander oferece linhas de financiamento exclusivo para projetos desistemas fotovoltaicos com diferentes opes de prazos e taxas para pessoa fsica ou jurdica.
4.1.3. ANLISE DE VIABILIDADE
Para fazermos a anlise de viabilidade devemos levar em considerao alguns ndices
e valores;
Valor da tarifa de energia eltrica: R$ 0,7981 kWh/ms
TIR (Taxa Interna de Retorno)
TMA (Taxa Mnima de Atratividade): 14,25% a.a
Degradao do Sistema: 0,5% a.a
Vida til do Projeto: 25 anos
VPL (Valor Presente Lquido)
PayBack
Por degradao do sistema entende-se a perda de eficincia natural que o sistema
sofre por exposio ao ambiente (chuvas, poeira, sol, calor e etc.). O valor de 0,5%
a.a encontrado atravs do software de simulao de sistemas fotovoltaicos
PVSYST.
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A tabela completa se encontra no Apndice C deste relatrio.
Aps a anlise de viabilidade encontramos os seguintes resultados:
6 Tabela 6Parmetros para Anlise
Parmetros para AnliseTIR 15%
VPL R$ 4.684,67
TMA - Taxa Selic %a.a 14,25%
Investimento R$ 261.516
PayBack 6 anos
Fonte: Elaborao Prpria
4.1.4.
CRONOGRAMA FINANCEIRO
O cronograma financeiro demonstra as datas em que o cliente ter que efetuar os
pagamentos do projeto. Para a primeira opo de pagamento sugerida a diretoria do
Umuarama Clube, considerou que o cliente ir pagar todo o investimento em uma nica
parcela, logo aps a concluso do projeto.
Caso a diretoria do clube opte pelo financiamento, existe opes no mercado como
citado anteriormente. O financiamento pelo banco Santander possui algumas vantagens namodalidade Cesso, onde o IOF (Imposto sobre Operaes Financeiras) no cobrado, a nota
fiscal do equipamento no alienada e tambm no possui taxas de manuteno. A entrada
no obrigatria para a aquisio deste financiamento, porm o cliente optou por dar uma
entrada de 30% e financiar o restante em 36 meses. Desta forma os pagamentos sero
distribudos como mostrado na Tabela 7 abaixo.
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7 Tabela 7Cronograma Financeiro
Valor do Projeto: R$ 261.516,00Valor da Entrada (30%): R$ 78.454,80Valor Financiado: R$ 183.061,20
Ms Parcela nica Financiamento 36x1 R$ 261.516,00 R$ 7.194,312 - R$ 7.194,313 - R$ 7.194,314 - R$ 7.194,315 - R$ 7.194,316 - R$ 7.194,317 - R$ 7.194,318 - R$ 7.194,31
9 - R$ 7.194,3110 - R$ 7.194,31.... - ....36 - R$ 7.194,31
Fonte: Elaborao Prpria
5. AVALIAO DO PROJETO
Aps o levantamento de todos os dados o projeto se mostrou vivel tanto do ponto de
vista tcnico quanto do econmico. O sistema fotovoltaico proposto, propiciar uma reduo
de aproximadamente 40% na conta de energia eltrica do Clube e se pagar em 6 anos comovisto na anlise de viabilidade, restando ainda 19 anos de vida til para o sistema em um total
de 25 anos. As formas de pagamento so diversas, o que facilita a aquisio do sistema sem
que haja descapitalizao ou impacto nas despesas do cliente. Devemos ainda considerar que
o aumento da inflao e do preo da energia eltrica nos prximos anos reduzir ainda mais
o tempo de retorno do investimento.
6. REFERNCIAS
PVSYST, 2016. Download do Software PVSYST. Acesso em Maro/2016. Disponvel em:
http://www.pvsyst.com.
SOLENERG, 2016. Disponvel em Solenerg Engenharia e Comrcio Ltda:
. Acesso em Maro/2016.
http://www.pvsyst.com/http://www.pvsyst.com/http://www.pvsyst.com/ -
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ANEEL, 2015. Cadernos Temticos ANEEL: Micro e Minigerao Distribuda Sistema de
Compensao de Energia Eltrica. Acesso em: Maro de 2016. Disponvel em: .
ANEEL. Cadernos Temticos ANEEL: Tarifas de Fornecimento de Energia Eltrica.
Disponvel em: . Acesso em:
Abril/2016.
ANEEL. PRODIST: Mdulo 3 Acesso ao Sistema de Distribuio. Reviso 5 (aps
realizao da AP 100/2012). Disponvel em:
. Acesso em: Abril/2016.
ANEEL. Resoluo Normativa 482, de 17 de Abril de 2012. Disponvel em:
. Acesso em: Maro/2016.
CEMIG. ND 5.30 Manual de Distribuio: Requisitos para a conexo de Acessantes ao
Sistema de Distribuio Cemig Conexo em Baixa Tenso. Disponvel em:
.
CEMIG. Comunicado tcnico 12/2015 Informaes complementares a ND 5.30
Requisitos para a conexo de acessantes ao sistema de distribuio Cemig conexo em
baixa tenso. Disponvel em: .
EBC AGNCIA BRASIL. ANEEL aprova metodologia de reajuste no preo da energia
eltrica. Disponvel em: . Acesso em: Abril/2016.
LOJA ELTRICA. Cotao de preos de equipamentos. Acesso em: Abril/2016. Disponvel
em: .
MINHA CASA SOLAR. Cotao de preos de equipamentos. Acesso em: Abril/2016.
Disponvel em: .
SANTANDER. Simulao de financiamentos. Acesso em: Abril/2016. Disponvel em: .
http://www.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdfhttp://www.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdfhttp://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=82http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdfhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.lojaeletrica.com.br/http://www.lojaeletrica.com.br/https://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/https://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/http://www.santander.com.br/http://www.santander.com.br/https://minhacasasolar.lojavirtualfc.com.br/http://www.lojaeletrica.com.br/http://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.cemig.com.br/pt-br/atendimento/corporativo/Paginas/micro_minigeracao.aspxhttp://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdfhttp://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=82http://www.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdfhttp://www.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdf -
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APNDICE ADIMENSIONAMETO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO
Seguem os clculos partindo do histrico de consumo do empreendimento,
dez/15 12280
nov/15 10760
out/15 12160
set/15 9480
ago/15 10520
jul/15 9800
jun/15 8800
mai/15 9240
abr/15 10200
mar/15 9500
fev/15 9500
jan/15 9000
Mdia (kWh/ms) 10103,333
Caractersticas do cliente
Mdia mensal: 10103 kWh mensal
Classificao do cliente: comercial trifsico
Taxa de disponibilidade: 100 kWh/ms
Potncia do sistema fotovoltaico
Potncia do gerador FV = consumo mdio taxa de disponibilidade
FV = 10103 kWh/ms100 kWh/ms = 10003 kWh/ms
MDULOS
Modelo dos painis fotovoltaicos
Fabricante: TRINA
Potncia nominal de pico Wp: 310
Tenso de circuito aberto V: 45,55
Corrente de curto-circuito A 8,85
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Modelo: TSM-P14
Tenso potncia nominal V: 37
Corrente potncia nominalA: 8,38
rea m: 1,94
Clculo para atender toda a carga menos a taxa de disponibilidade
Gerao mensal (kWh/ms) = Potncia total do mdulo (kWp) x Nmero de painis x nvel
mdio de radiao solar (h/dia) x eficincia global x 30 dias
A partir da frmula acima, conseguimos identificar o nmero de painis necessrios para
atender toda a carga.
Potncia do mdulo: 0,310 kWp
Nvel mdio de radiao solar do local: 5,09 h/dia segundo o Centro para Energia Solar e
Elica (CRESESB)
Eficincia global: 0,75
Gerao mensal: 10003
Painis = 10003 kWh/ms0,310 kWp x 5,09 h/dia x 0,75 x 30 dias
Nmero de painis = 281,77 ou 281
rea necessria para instalao deste nmero de painis:
Dimenses do mdulo: 1,956x0,992x0,040 m
rea do mdulo: 1,94 m
rea total ocupada: 1,94 m x 281 painis = 545 m
Dimensionamento do sistema para 220 m de rea
O clculo abaixo identificar quanto de energia ser possvel gerar de acordo com a rea
disponvel na empresa.
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rea disponvel: 220 m
Nmero de mdulos = 220 m de rea 1,94 m rea do painel
Nmero de mdulos = 114
Desta forma a potncia instalada ser de:
114 painis x 310 Wp = 35,34 kWp
Energia gerada mensal:
Gerao FV = 0,310 kWp x 114 painis x 5,09 h/dia x 0,75 eficincia global x 30 dias
Gerao FV = 4047 kWh/ms
Essa a gerao de energia possvel de acordo com os mdulos escolhidos e pela rea
disponvel para a sua instalao.
INVERSORES
Para o dimensionamento do inversor so consideradas 3 regras que devem ser respeitadas em
conjunto. So elas:
1) A potncia do gerador deve ser igual ou 20% superior do inversor2) Os geradores devem trabalhar com uma faixa de tenso 20% maior que o limite
inferior e 10% menor que o limite superior do inversor
3) A soma das correntes dos geradores deve ser menor que a corrente mxima de entrada
do inversor
Essas regras visam deixar o sistema estvel, evitar desligamentos indesejados ou at
mesmo a danificao do equipamento.
Modelo de inversor adotado
Sero utilizados 2 inversores de 15 kW do modelo baixo, para atender a potncia de gerao.
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Fabricante: Fronius Modelo:Symo 15,0-3-
M
Potncia CC mx (W): 22,5 kW Tenso de CC mx: 1 kV
Faixa de operao MPPT deVCC: 320 - 800 V
Corrente mxima deentrada:
33,0 A / 27,0A
Nmero de strings: 6 Potncia nominal de AC: 15,0 kWPotncia mxima de AC: 18 kW Corrente mxima de sada: 21,7 A
Variao da tenso de sada: 380 - 220 V Frequncia da rede: 50 Hz / 60 Hz
Eficincia mxima: 98,10%
Atendendo as regras acima,
Potncia do sistema: 35,34 kW
Potncia dos 2 inversores somadas: 30 kW
30 kW + 20% = 36 kW
A potncia do sistema est menor que o limite ideal dos inversores, satisfazendo o primeiro
requisito.
A faixa de tenso dos strings deve acompanhar a faixa de operao do MPPT do inversor,
Configurao do Inversor 1
MPPT 1Inversor 1
Calculando a quantidade mxima e mnima de painis ligados em srie e a quantidade de
strings (fileiras de painis)
Nmero mnimo de painis em srie= Vmp mn inversor Vmp painel
Temos: 384V 37V = 10,3711 painis
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Nmero mximo de painis em srie= Vmp mx inversor Vmp painel
Temos: 720V 37V = 19,4519 painis
Nmero de strings:I inversor Imp painel
Temos: 33A 8,38A = 3,933 Strings
A configurao do arranjo fica limitada aos valores encontrados acima. De 11 a 19 painis e
de 1 a 3 strings. Para atender a demanda necessria, usaremos 19 painis conectados em 3
strings.
3 strings conectados em paralelo, cada um com 19 mdulos conectados em srie, totalizando
57 mdulos.
Corrente total do string em srie = 8,38 A
Corrente total dos 3 strings conectados em paralelo = 25,14 A
Tenso do string = quantidade de mdulos x tenso nominal de cada mdulo
19 mdulos x 37 = 703 V
Esta tenso e corrente esto de acordo com os requisitos do inversor.
Configurao do Inversor 2
No inversor 2 foi utilizada a mesma configurao do inversor 1, 57 mdulos conectados em
3 strings no MPPT 1, totalizando 114 mdulos nos 2 inversores.
DPS CC
Para suportar a tenso de entrada de aproximadamente 700 V o DPS CC escolhido foi o de
1000 V.
DPS CA
Para suportar a tenso de sada de 220V o DPS CA ser de 275V
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DISJUNTOR CA
Considerando a corrente mxima de sada (caracterstica eltrica do inversor) de 21,7 A o
disjuntor que melhor se enquadra no sistema o 25 A de capacidade.
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APNDICE BARQUIVO EM EXCEL ANEXADO
APNDICE CANLISE FINANCEIRA
PLANO FINANCEIRO
Equipamentos e componentes
Levantamento de preos dos equipamentos e componentes gerais do sistema fotovoltaico
para o projeto Umuarama Clube.
MaterialQtd
Unid Valor Unit. Valor total
Trina 310 Wp114 P
R$1.160,00
R$132.240,00
FRONIUS SYMO 15.03-M 2 PR$
19.600,00R$
39.200,00K2 System_PERFIL DE ALUMINIO SPEEDRAIL22L 6,1 MT 24 P
R$168,79
R$4.050,96
K2 System_PERFIL DE ALUMINIO SPEEDRAIL22L 4 MT 24 P
R$114,88
R$2.757,12
K2 System_SPEEDCLIP
60
0 P
R$
4,73
R$
2.838,00K2 System_PARAFUSO METALICOAUTOPERFURANTE
1200 P
R$2,24
R$2.688,00
K2 System_TERMINAL FINAL 39..41MM forCAN 48 P
R$10,89
R$522,72
K2 System_TERMINAL INTERMEDIARIO39..44MM for CAN/AVP
216 P
R$9,59
R$2.071,44
CABO SOLAR6MM
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Eletroduto Tigre PVC 3/4 70Mts
R$5,14
R$359,80
CABO C.A6MM
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13 23379 1,8097 42308,8 288.106,2
14 22210 1,9273 42805,9 330.912,1
15 21100 2,0526 43308,9 374.221,0
16 20045 2,1860 43817,8 418.038,8
17 19042 2,3281 44332,6 462.371,4
18 18090 2,4794 44853,5 507.225,019 17186 2,6406 45380,6 552.605,6
20 16327 2,8122 45913,8 598.519,4
21 15510 2,9950 46453,3 644.972,6
22 14735 3,1897 46999,1 691.971,8
23 13998 3,3970 47551,3 739.523,1
24 13298 3,6178 48110,1 787.633,2
25 12633 3,8530 48675,4 836.308,6
Parmetros para AnliseTIR 15%
VPL R$ 4.684,67TMA - Taxa Selic %a.a 14,25%
Investimento R$ 261.516
PayBack 6 anos