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RESUMO A gestão dos recursos hídricos e energéticos é o principal desafio que a sociedade contemporânea enfrenta atualmente. Água e energia são fatores fundamentais para o desenvolvimento socioeconômico das comunidades, principalmente aquelas situadas em locais remotos, e, nesse cenário, a falta de energia é o aspecto mais preocupante. Os sistemas de bombeamento fotovoltaico apresentam vantagens para a inserção em comunidades isoladas, como fácil instalação e pouca manutenção durante o ciclo de vida, porém o dimensionamento inadequado pode gerar gastos desnecessários ou comprometer o abastecimento de água. Simular o desempenho favorece a concepção de sistemas e permite alcançar a otimização técnica e econômica em projetos da referida tecnologia. O estudo propõe um modelo matemático de simulação e a utilização do generalized reduced gradient (GRG) e de dados regionais de radiação solar, de consumo de água, de produtividade de poços e de capacidade do sistema de bombeamento para obter a referida otimização. A validação do respectivo modelo foi realizada em um sistema piloto, localizado em uma comunidade rural no município de Orleans, no Estado de Santa Catarina. A localidade apresenta uma das menores médias de radiação anual no país, aproximadamente 4,5 kWh.m-2/dia. A simulação efetuada nas condições naturais do sistema piloto mostrou resultados bem próximos do comportamento monitorado, evidenciando, assim, a eficiência do modelo. O uso da ferramenta auxilia no processo de tomada de decisão quanto à concepção de projetos, além de beneficiar as comunidades com acesso à água e à energia, trazendo benefícios em todas as esferas: social, ambiental e econômica. ABSTRACT The management of water and energy resources are the main challenges that contemporary society faces nowadays. Water and energy are fundamental factors for socio-economic development of the communities, especially those in remote locations, and in this case the lack of energy is the most worrying aspect. Solar photovoltaic pumping systems have advantages for insertion in isolated communities, such as easy installation and low maintenance during the life cycle, but inappropriate sizing can create unnecessary costs or affect the water supply. Simulating performance favors the system’s sizing and allows achieving technical and economic optimization of these technology projects. This study proposes a mathematical model of simulation, use of the Generalized Reduced Gradient (GRG), solar radiation regional data, and water consumption, wells’ productivity and pumping system capacity to obtain this optimization. The model was validated in a pilot system, located in a rural community in the city of Orleans, State of Santa Catarina, Brazil. The place has one of the lowest average annual radiation in the country, approximately 4.5 kWh / m2.day. The simulation performed in the natural pilot system conditions presented results very close to the monitored behavior, thus demonstrating its efficiency. Using this tool assists in the decision-making process in designing projects and benefits the communities with access to water and energy, bringing benefits in all spheres: social, environmental and economic.

The energy issue is a focus of important discussion today when the human activities are becoming increasingly dependent on resources that can supply the increased demand. From these problematics, it has been sought solutions in alternative energy sources, less impacting, which gradually tend to substitute conventional models toward a more diversified array. Solar energy becomes an option to consider in Brazil against the large existing potential, and the photovoltaic system of irrigation, one of the applications of photovoltaic systems. This paper proposes to study the potential use of solar energy in photovoltaic irrigation systems in Lagarto/SE. The study involves an estimated local solar radiation using the Angstrom- Prescott model by the determination of the equation coefficients and comparison between the estimated and actual values; the system design based on water demands of crops involved and cost compared to the conventional model. The results showed that for Lagarto/SE, the horizontal solar radiation can be estimated by the use of coefficients found in the monthly partition (coefficient a between 0.31 and 0.37 and b between 0.32 and 0.42) and insolation data (n). The estimated average annual solar radiation found in the region was 19.66 MJ/m²dia, with a minimum value of 14.45 MJ/m²dia in June and maximum of 23.94 M/ m²dia in November. The estimated solar radiation indices showed that the study area has a high potential for solar energy applications in general. The photovoltaic irrigation systems to supply the maximum water demand found in every 0.5 ha in systems of 5 to 60 m (head) are required installed photovoltaic modules of 310 Wp to 3.4 kWp. Compared to the conventional system, the photovoltaic is competitive in systems with head up to 30 m and their applicability varies with the source of water available. A questão energética é um foco de importante discussão na atualidade na medida em que as atividades humanas estão se tornando cada vez mais dependentes de recursos que possam suprir o aumento da demanda. A partir dessa problemática têm-se buscado soluções nas fontes alternativas de energia, menos impactantes, que aos poucos tendem a substituir os modelos convencionais na direção de uma matriz mais diversificada. A energia solar torna-se uma opção a se considerar no Brasil frente ao grande potencial teórico existente, sendo o SFVI (Sistema Fotovoltaico de Irrigação), uma das aplicações dos sistemas fotovoltaicos. O trabalho presente propõe estudar o potencial do uso da energia solar em sistemas fotovoltaicos de irrigação no perímetro irrigado Piauí localizado no município de Lagarto/SE. Em sua metodologia, o estudo envolve a estimativa da radiação solar local através do modelo de Angstrom-Prescott a partir da determinação dos coeficientes da equação e do comparativo entre os valores estimados e reais; o dimensionamento do sistema fundamentado nas demandas hídricas das culturas envolvidas e comparação com o modelo convencional. Os resultados mostraram que para o município de Lagarto, a radiação solar global horizontal pode ser estimada através do uso dos coeficientes encontrados na partição mensal (com coeficiente a variando entre 0,31 e 0,37 e b entre 0,32 e 0,42) e os dados de insolação (n). A radiação solar média anual estimada encontrada na região foi de 19,66 MJ/m²dia, com o valor mínimo de 14,45 MJ/m²dia no mês de junho e máximo de 23,94 MJ/m²dia em novembro. Os índices de radiação solar estimados mostraram que a região estudada possui um elevado potencial para o uso de energia solar em geral. Nos sistemas fotovoltaicos de irrigação, para suprir a demanda hídrica máxima encontrada em cada 0,5 ha em sistemas de 5 a 60 m.c.a são requeridas potências instaladas dos módulos fotovoltaicos de 310 Wp a 3,4 kWp, conforme o gráfico de dimensionamento elaborado. No comparativo com o sistema convencional o SFVI é competitivo em sistemas com alturas manométricas de até 30 m.c.a e sua aplicabilidade varia de acordo com a fonte de água disponível.

The proposed work evaluates the technical viability of a photovoltaic pumping system and presents the main characteristics of the system application. The pumping system uses a lead acid battery and a photovoltaic panel. The battery supplies energy to an alternating current motor, namely Shaded Pole, which feeds the centrifugal surface pump. The energy from the battery is changed to AC voltage by a DC-AC inverter, 12/220 V. The voltage level applied on this battery is monitored by a load controller (solar power regulator). The whole proposed system is made in Brazil, which facilitates the purchase, alteration and building of the system. The amount of water pumped is related to the solar radiation, the solar exposition period, the manometric height and the pumping power. By evaluating the proposed system is possible to find the volume of pumped water and how this amount will be applied at small rural municipalities, as human and animal water consumption, irrigation, among others. O presente trabalho tem por finalidade determinar o comportamento e a viabilidade técnica e energética de um sistema de bombeamento fotovoltaico utilizando uma bateria do tipo chumbo-ácido, estacionária ou usada em veículos automotores, alimentada por um painel fotovoltaico. A bateria fornecerá energia elétrica para um motor elétrico CA, tipo Shaded Pole, que por sua vez acionará uma bomba centrífuga de superfície. A transformação da CC da bateria em CA, para alimentar o motor da bomba, se dará através de um Inversor CC-CA, 12/220 V. A tensão elétrica aplicada na bateria, pelo painel, será monitorada por um Controlador de Carga Solar. O conjunto motobomba será de fabricação brasileira, de modo a facilitar a aquisição, reposição e montagem do sistema proposto. A quantidade de água diária a ser bombeada pelo sistema dependerá da radiação solar do local, das horas em que o painel alimentará a bateria, da altura manométrica e da potência da motobomba. A partir da avaliação deste sistema de bombeamento em questão, com a motobomba alimentada pela luz solar que incide no painel fotovoltaico e pela bateria, será possível determinar o volume de água bombeado e como este será utilizada em pequenas propriedades rurais ou assentamentos, visando atender as diversas necessidades destas localidades, como irrigação de produtos hortigranjeiros, consumo humano, animal (bebedouro), entre outros.

A utilização da energia solar para o bombeamento de água é uma atividade interessante do ponto de vista social, produtivo e ecológico. Porém, o alto custo, a baixa eficiência dos sistemas e os projetos inadequados restringem sua aplicação. Este trabalho apresenta uma proposta de uso de equipamentos nacionais em sistemas de bombeamento fotovoltaico em substituição aos equipamentos importados dedicados a essa aplicação. Com o objetivo de se ter uma utilização mais eficiente de seus equipamentos é necessário conhecer o comportamento operacional dos componentes do SBFV e dos acoplamentos entre eles. Assim, através de procedimentos experimentais, foi realizado um levantamento das características operacionais do sistema instalado com diferentes configurações. Após a caracterização dos componentes do sistema foi realizada uma comparação técnica experimental entre os sistemas importado dedicado e o convencional nacional de mercado. O inversor dedicado conta com um controle que leva o gerador FV a operar em seu ponto de máxima potência, enquanto o conversor convencional é programado para fazer o sistema operar em uma tensão fixa. O resultado desse experimento mostrou que o conversor convencional tem desempenho semelhante ao inversor especial, desde que opere em um valor de tensão adequado. Uma análise dos resultados obtidos mostra que somente a consideração do comportamento do gerador não é suficiente para obter a melhor tensão fixa de operação do sistema. Verificou-se que 270V é a melhor tensão de operação para o gerador, mas a operação em 285V apresentou o maior volume de água bombeado dentre os valores ensaiados. Neste trabalho também é feita uma análise econômica preliminar dos sistemas estudados. Os resultados dessa análise mostram que o custo do volume de água bombeado é menor para o sistema nacional, sobretudo pelo fato de que este sistema conta com equipamentos mais baratos, robustos e de manutenção barata e facilmente encontrada no mercado. Também são levantadas as curvas características das motobombas utilizadas para várias freqüências de operação. Este resultado é muito importante para projetos de sistemas de bombeamento FV, uma vez que estes dados não são fornecidos pelos fabricantes