Este estudo enquadra-se no ambito de investigacao em energias renovaveis, onde procurou estudar a viabilidade tecnica e economica para electrificacao residencial em uma localidade rural atraves de sistemas fotovoltaicos autonomos domiciliares.

1. -
Estudo de Viabilidade de Electrificação Residencial
Através de Sistemas Fotovoltaicos em Maciene.
Autor: Celso Azarias Macie
Supervisor: MsC. Tomás M. Nhabetse
Curso: Licenciatura em Ensino de Física & Matemática
Dezembro, 2016

2. ESTRUTURA DO TRABALHO
CAPITULO I: INTRODUÇÃO
CAPITULO II: REFERENCIAL TEÓRICO
CAPITULO III: METODOLOGIA DA PESQUISA
CAPITULO IV: RESULTADOS DA PESQUISA
CAPITULO V: CONCLUSÃO
CAPITULO VI: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3. CAPÍTULO I: INTRODUÇÃO
1.1. Contextualização
 O fornecimento de energia eléctrica é um dos principais pilares para o
desenvolvimento social e económico das comunidades.
 Não obstante ao aspecto descrito no ponto anterior, em Xai-Xai várias
zonas, principalmente rurais, encontram-se dessassistidas pela energia
eléctrica de rede nacional.
 Torna-se necessária a implementação de fontes alternativas de geração de
energia, para que as necessidades energéticas destas comunidades sejam
satisfeitas da forma mais flexível possível, estas alternativas que incluem a
energia solar fotovoltáica, energia limpa e renovável e cujo seu
aproveitamento eléctrico constitui o objecto de estudo deste trabalho.

4. Contextualização (cont.)
 Este trabalho objectiva apurar a viabilidade dos sistemas fotovoltáicos
autónomos domiciliares para a electrificação residencial em Maciene.
 Aborda-se um assunto tendente a trazer bases para implementação de
sistemas fotovoltaicos como fonte alternativa de geração de energia
eléctrica para garantir a electrificação residencial.
1.2 Delimitação do tema
O trabalho, dedica-se ao estudo das energias renováveis, especificamente ao
aproveitamento eléctrico da energia solar para a electrificação residencial em
Maciene, limitando-se ao estudo da viabilidade de implementação de sistemas
fotovoltáicos autónomos domiciliares para a electrificação residencial neste
local de estudo.

5. 1.3 Problema de pesquisa
 O desenvolvimento industrial e social, proporciona um aumento da
utilização de equipamentos eléctricos no dia-a-dia, seja ao nível mundial ou
nacional, embora este aumento da demanda energética nem sempre é
acompanhado por maiores investimentos na geração de energia eléctrica,
principalmente nas zonas rurais.
 Em Maciene, a consequência da falta de assistência eléctrica de muitos
bairros, tem sido a extensão individualizada da rede eléctrica pública,
independentemente da distância entre esta e o consumidor e, o uso de
geradores a gasolina, práticas insustentáveis.
 Barreiras da extensão da rede eléctrica: afastamento do bairro em relação a
uma rede eléctrica convencional; dispersão de residências; possível falta de
retorno do investimento e possivelmente a baixa qualidade de energia
eléctrica.

6. Problema de pesquisa (cont.)
 Questão de pesquisa: Até que ponto a implementação de sistemas
fotovoltaicos para a electrificação residencial em Maciene, pode ser uma
alternativa energética técnica e economicamente viável?
1.4 Objectivos
1.4.1 Objectivo geral
Estudar a viabilidade (técnica e económica) de implementação de sistemas
fotovoltaicos autónomos domiciliares para a electrificação residencial na
localidade de Maciene.

7. Objectivos (cont.)
1.4.1.1 Objectivos especificos
i. Identificar as fontes actualmente usadas para satisfação das necessidades
energéticas aliadas á iluminação e uso de equipamentos eléctricos nas
residências do local de estudo;
ii. Estimar a demanda energética das residências do estudo;
iii. Descrever o comportamento quantitativo da radiação solar do local do
estudo ao longo dos diferentes meses do ano;
iv. Simular a electrificação residencial através de sistemas fotovoltáicos
autónomos domiciliares no local de estudo;
v. Apurar a viabilidade da implementação dos sistemas fotovoltaicos
autónomos domiciliares para a electrificação residencial em Maciene.

8. 1.5 Hipóteses
i. A não disponibilização de energia eléctrica convencional no local de
estudo, pode resultar no uso de candeeiros a petróleo e módulos
solares e geradores a gasolina para satisfação de necessidades
energéticas;
ii. Tendo-se em conta as variáveis que influenciam na demanda
energética, esta pode ser estimada a partir daquelas;
iii. Quando o sistema fotovoltaico é dimensionado adequadamente, a
energia que o sol fornece no local de estudo, pode garantir a
electrificação residencial de forma adequada;
iv. Considerando a demanda energética e a quantidade da radiação solar,
pode-se simular a implementação de um sistema fotovoltáico
domiciliar para electrificação residencial;

9. Hipóteses (cont.)
v. Devido á possibilidade de serem usados de forma descentralizada e assim
independentes da dispersão das residências, os sistemas fotovoltáicos
autónomos domiciliares podem mostrar-se viáveis para satisfação de
necessidades energéticas.
1.6 Variável (is)
i. Dependente: Viabilidade dos sistemas fotovoltáicos autónomos
domiciliares para electrificação residencial em Maciene;
ii. Causais: A energia solar localmente disponível e a demanda
energética.

10. 1.7 Justificativa
 A electrificação rural através da rede convencional tem como principal
obstáculo o afastamento dos bairros em relação a redes eléctricas já
existentes, aliado á dispersão da residências, o que eleva o custo
operacional.
 O estudo justifica-se por abordar um assunto tendente a trazer fonte
alternativa de electrificação residencial na localidade de Maciene, que pode
gerar electricidade de forma autónoma, diminuindo a dependência pela rede
eléctrica convencional.
 Mostra-se relevante por abordar um tema de interesse social e económico,
pois o desenvolvimento de uma comunidade nestes âmbitos, está por lado
associado a electrificação.

11. CAPITULO II: REFERENCIAL TEÓRICO
 Energia solar fotovoltaica: é a energia obtida através da conversão directa
da luz solar em electricidade (efeito fotovoltáico), sendo a célula
fotovoltáica, a unidade fundamental desse processo de conversão.
 Sistema fotovoltaico: é um sistema capaz de gerar energia eléctrica através
da captação e conversão da radiação solar.
 Algumas aplicações básicas: Bombeamento de 𝐻2 𝑂 ; Electrificação
(residencial ou não; rural ou não); Refrigeração de vacinas.
 Tipos de sistemas fotovoltaicos: Isolados (off-grind); conectados á rede
eléctrica convencional (on-grind); híbridos.

12. Referencial teórico (cont.)

13. CAPÍTULO IV: METODOLOGIA
 Pesquisa quantitativa: actuação realística, apresentando dados, indicadores ou
tendências possíveis de serem observados. Uso de medidas numéricas para testar
hipóteses. Analisou-se a viabilidade de electrificação residencial através de SFVA’s a
partir de dados sobre demanda energética e potencial solar local.
 Após a caracterização do local de estudo, trabalhou-se com 𝑛 = 38
Técnicas
Documentação
directa
Observação
directa
intensiva
Entrevista
(despadronizada)
Observação
(Não participante;
sistemática)
Observação
directa
extensiva
Formulário
Documentação
indirecta
Pesquisa
bibliografica e
documental

14. CAPITULO IV: RESULTADOS
4.1 Fontes de satisfação de necessidades energéticas
 Uso de electrodomésticos: Geradores a gasolina; módulos solares.
 Iluminação no dia-a-dia: candeeiros (a petróleo ou a pilhas) e velas, como
ilustra a figura abaixo.
19
23
7
0 0
0
5
10
15
20
25
Candeeiro a
pilhas
Candeeiro a
petroleo
Vela Gerador a
gasolina
Modulo solar
Nºderesidências
Fontes de luz

15. 4.2 Estimativa da demanda energética
 Demanda energética = 𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎ção + 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑚é𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠
 A demanda energética média de todas residências de estudo é:
𝐷 =
1
𝑛
𝐷𝑖
𝑛
𝑖=1 (1)
Sendo que: 𝐷𝑖= 𝑃𝑖 ∗ 𝑡𝑖𝑖=1 (1.1)
 P – Potência
𝑰𝒍𝒖𝒎𝒊𝒏𝒂ção: 𝑓𝑜𝑖 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑢𝑚𝑎 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑚 𝑢𝑚𝑎 𝑃 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎.
𝑬𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒅𝒐𝒎é𝒔𝒕𝒊𝒄𝒐𝒔: 𝑃 𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑜𝑢 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑑𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚 𝑃 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠.
A adopção de certas potências surge para incluir nos cálculos, o energia demandada por cargas
inexistentes mas que, caso haja energia eléctrica no local e a renda permitir, estas podem ser
adquiridas. Assim, quando adquiridas, o seu uso não inviabilizará o SFV instalado.
 t – Tempo
𝑰𝒍𝒖𝒎𝒊𝒏𝒂ção: 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑢𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑏𝑎𝑖𝑟𝑟𝑜𝑠 𝑗á 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑠, 𝑜𝑢 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜.
𝑬𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒅𝒐𝒎é𝒔𝒕𝒊𝒄𝒐𝒔: 𝑡 𝑈𝑇 = 𝑡 𝑈𝐷 + 𝑡 𝑈𝑁

16. Estimativa da demanda energética (cont.)
A tabela a seguir traz o resumo das cargas adoptadas e seus tempos de
alimentação.
Cargas Potência máxima
(W)
Espaço Tempo de
alimentação
(h/dia)
Lâmpada
Fluorescente
23.0
Sala e varanda 5.0
Quarto 2.0
Cozinha 3.0
Casa de banho 1
4
Exterior 6.0
Leitor de DVD 25 4.0 (Nocturnas)
Amplificador, 50 4.0 (Nocturnas)
TV 75 4.0 (Nocturnas)
Descodificador 20 4.0 (Nocturnas)
Chaleira eléctrica 600 1.0
Ferro eléctrico simples 1000 1.0
Refrigerador ____ _______________

17. Estimativa da demanda energética (cont.)
 A demanda energética média foi calculada para dois cenários, como se pode
ver na tabela abaixo.
Tamanho Médio do
Agregado Familiar Demanda
Energética
Demanda energética média
CENÁRIO
A
5 Residentes Abaixo
de
5 kwh/dia
2.14 kwh/dia
CENÁRIO
B
7 Residentes
Acima
de
5 kwh/dia
5.22 kwh/dia
Demanda energética total: 140.00 kwh/dia

18. 4.3 Quantidade da Radiação solar
Com base na pesquisa documental (Em MELO – 2003: “Estudo do
comportamento da radiação solar na região sul do save”) obteve-se a
informação sobre a disponibilidade da radiação solar em Xai Xai em diferentes
meses, como ilustra a figura abaixo. Usou-se 𝐸𝑠 = 5.18
𝑘𝑤ℎ
𝑚2∗𝑑𝑖𝑎

19. 4.4 Dimensionamento de equipamentos
 Módulos solares
𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆: 𝑁 𝑀 =
𝐷 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎
𝐸𝑠∗𝐴 𝑀∗ɳ
𝑶𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒂çã𝒐: 𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑔𝑒𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜.
𝑰𝒏𝒄𝒍𝒊𝒏𝒂çã𝒐: ∝= 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 + 5° = 25° + 5° = 30°
𝑫𝒊𝒔𝒕â𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆 𝒑𝒂𝒊𝒏é𝒊𝒔: 𝑑 =
𝑙0∗ sin∝
𝑡𝑎𝑔(90 𝑜−𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙−23.5 𝑜)
𝑻𝒊𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒔𝒔𝒐𝒄𝒊𝒂çã𝒐: 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜
 Controlador de carga: O controlador de carga é definido pela tensão e corrente
eléctrica de trabalho dos módulos. A sua capacidade (tensão e corrente eléctricas)
deve superar a corrente total dos módulos a serem conectados.
 Baterias
𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆: 𝑁 𝐵 =
𝐼 𝑑∗𝑁
𝑃 𝑑∗𝐶 𝑛
𝑻𝒊𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒔𝒔𝒐𝒄𝒊𝒂çã𝒐: 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜
 Inversor: A potência do inversor deve ser especificada igual ou superior ao
somatório das potências de todas cargas do usuário, se houver possibilidade de que
estas possam operar simultaneamente.

20. Dimensionamento de equipamentos (cont.)
As tabelas que se seguem, apresentam os equipamentos dimensionados e seus
custos de aquisição assim como outros custos adicionais para cada cenário.
CENARIO A
Equipamento
Quant. Custo unitário
(MT)
Custo por
quantidade
(MT)
Distância mínima entre
módulos solares
Módulo solar 3 6.370,00 19.110,00
𝑑 = 0.47 𝑚
Bateria 2 11.000,00 22.000,00
Controlador de carga 1 4.836,00 4.840,00
Inversor 1 2.000,00 2.000,00
Outros
Condutores
5% do total
= 2.400,00
Estrutura de
painéis
solares
Total (MT): 50.350,00 MT

21. Dimensionamento de equipamentos (cont.)
CENARIO B
Equipamento
Quant. Custo unitário
(MT)
Custo por
quantidade
(MT)
Distância mínima entre
painéis solares
Módulo solar 6 6.370,00 38.110,00
𝑑 = 1.48 𝑚
Bateria 4 11.000,00 44.000,00
Controlador de carga 2 4.836,00 9.672,00
Inversor 1 3.400,00 3.400,00
Outros
Condutores
5% do total
= 5.865,00
Estrutura de
paineis
solares
Total (MT): 100.060,00 MT

22. 4.5 Viabilidade Técnica
 O período em que se espera uma geração ligeiramente abaixo da demanda
energética nos dois cenários, é de Abril a Agosto, com um défice diário de
0.4 𝑘𝑤𝑕 e 1.2 𝑘𝑤𝑕 para os cenários A e B respectivamente e, espera-se uma
geração de electricidade de aproximadamente 0.814 𝑀𝑤𝑕/𝐴𝑛𝑜 e 2.5 𝑀𝑤𝑕/
𝐴𝑛𝑜 para estes cenários na mesma ordem.
86.67 82.35
72.54
60.84
50.4 44.73 47.07
56.16
67.07
76.5 82.8 86.94
260.01
247.05 271.62
182.52
151.2
134.19 141.21
168.48
201.15
229.5
248.4
260.82
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Geraçãomensal(kwh)
Mês
Cenario B
Cenario A
𝑫 ̅_ 𝑩= 189,9 kwh
𝑫 ̅_ 𝑨=𝟔𝟒 , 𝟐 𝒌𝒘𝒉

23. 4.6 Viabilidade Económica
 Método de análise: Payback simples.
 Considerou-se
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑆𝐹𝑉 10% 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑡𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 .
𝑅𝑒𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 𝑞𝑢𝑖𝑛𝑞𝑢𝑒𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠.
𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎: 𝐶𝑒 = 11.31
𝑀𝑇
𝑘𝑤ℎ
.
 Os gráficos abaixo ilustram os tempos de retorno de investimentos perante
estas condições, sendo de 13 anos e 9 anos para os dois cenários.

24. 4.7 Resultados: Discussão
 Desvantages das fontes usadas localmente: Há maior frequencia na aquisição de
velas e pilhas; o uso destas facilmente expõe o usuário a riscos de incêndio e, podem
causar problemas de saúde e/ou ambientais, incluindo o facto das pilhas não
puderem ser recicladas e no local não existir um mecanismo de recolha destas
quando caem em desuso; os geradores a gasolina requerem muitas reparações e
frequente compra de combustível.
 Na análise da viabilidade técnica, o défice nos meses de baixa radiação solar,
pode ser compensado, visto que as estimativas de consumo diário são
máximas e nem sempre esse consumo pode ser atingido.
 Quanto a viabilidade económica, nota-se que os investimentos podem
retornar em tempo inferior ao tempo de vida útil dos módulos solares (13
anos e 9 anos para os cenários A e B respectivamente), o que garante lucros
nos restantes anos.
 Aliado aos 3 pontos acima, os sistemas fotovoltaicos autónomos
domiciliares estudados mostram-se, técnica e economicamente viáveis neste
local de estudo, quando comparados com as fontes que actualmente são
usadas para satisfação de necessidades energéticas.

25. CAPITULO V: CONCLUSÃO
O trabalho realizado visava apurar a viabilidade de electrificação residencial
através de SFVA’s, sendo que das análises feitas, concluiu-se que:
 A aquisição dos equipamentos constituintes dos sistemas fotovoltaicos ainda pode
constituir um obstáculo para sua implementação devido ao seu custo;
 Os sistemas fotovoltaicos autónomos domiciliares podem ser considerados viáveis
quando são levados em conta os aspectos de interesse que envolvem a sua
implementação, incluindo a finalidade da tal implementação, aspectos económicos e
principalmente aspectos sociais;
 Olhando-se para os SFVA’s estudados, especialmente para as análises técnicas e
económicas feitas, conclui-se que os SFVA’s são viáveis para a electrificação
residencial em Maciene, visto que o défice na energia gerada é mínimo e, os
investimentos iniciais de 50.350,00 Mt e 100.060,00 (Cenários A e B
respectivamente), retornam em tempo inferior ao da vida útil dos modulos solares,
respectivamente 13 anos e 9 anos, o que garante lucros para os restantes anos de
vida útil de todo sistema.

26. CAPITULO VI: REF. BIBLIOGRÁF.
 BRAGA, P., Renata; Energia solar fotovoltáica: Fundamentos e aplicações; Brasil; 2008.
 CHAMBULE, A., Jaime; Impacto socio – ambiental dos sistemas fotovoltáicos em Moçambique;
Moçambique – Maputo; 2010.
 DA COSTA, W., Teixeira; Modelagem, estimação de parâmetros e método mppt para módulos
fotovoltaico; Brasil; 2010.
 DE SOUSA, Rosiane; Análise da relação entre o consumo de energia eléctrica e variáveis
socioeconômicas; Brasil; 2010.
 GITMAN, J.; Princípios da administração financeira; Brasil; 2010.
 MARCONI, Marina; LAKATOS, M., Eva; fundamentos de metodologia científica; 5ª Edição;
Editora Atlas S.A; São Paulo; 2003.
 MELO, Victor; ESTUDO DO COMPORTAMENTO DA RADIAÇÃO SOLAR NA REGIÃO SUL DO
SAVE; Moçambique – Maputo; 2003.
 PINHO, T., João; GALDINO, A., Marco; MANUAL DE ENGENHARIA PARA SISTEMAS
FOTOVOLTÁICOS; Brasil – Rio de Janeiro; 2014.
 TAMELE, Z., Basílio; Determinação da Radiação Solar em Moçambique pelo Método de Allen
para o Período 1975 – 2005; Moçambique – Maputo; 2007.
 VAREJÃO – SILVA; METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA; Brasil; 2006.
 VASCONCELOS, B. Vinicius; ESTUDO DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE
MICROGERAÇÃO DISTRIBUÍDA RESIDENCIAL; Brasil; 2013
 VILLALVA, M. Gradella; GAZOLI, J. Rafael; Energia solar fotovoltaica conceitos e aplicações –
Sistemas isolados e conectados à rede; São Paulo; 2012.
 Website 1: www.heliografo.png Acessado aos 26.09.2016, ás 13h:38’.
 Website 2: www.leiautdicas.com/2016/01/3ocapitulo-associacao-de-paineis-solares/

27. “Acredito muito na sorte e descubro que, QUANTO MAIS TRABALHO, MAIS
SORTE EU TENHO.”
(Stephen Leacock)