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TCC para Cursos TécnicosFormulário DADOS GERAIS Nomes dos Estudantes: Junior Rafael Barbosa e Nilton Kraemer. Curso Técnico: Eletromecânica 2012 – N2. Professor Orientador: Charles Roecker. Início: 29/07/2013 Término: 20/11/2013 Carga Horária: 100 horas Título: Estudo de Viabilidade da Energia Fotovoltaica em Residências. Problema Levando em consideração o atual contexto energético mundial, percebemos um déficit de geração de energia. A população vem aumentando em ritmo acelerado e o poder de aquisição das pessoas também está aumentando, o que resulta em um consumo mais elevado de energia. Várias medidas estão sendo criadas pelos países para suprir este consumo. Só não é pensado na preservação ambiental e na produção de energia limpa. Pensando nisso, será desenvolvido um projeto sobre uma fonte de energia limpa inesgotável, sem impactos ambientais e gratuitos: a energia solar utilizada para geração de eletricidade. Villalva, (2012, p. 13), no que diz respeito à energia solar, comenta que: A energia solar fotovoltaica tem uma característica que não se encontra em nenhuma outra: ela pode ser usada em qualquer local, gerando eletricidade no próprio ponto de consumo, sem a necessidade de levar a eletricidade para outro lugar através de linhas de transmissão ou redes de distribuição. Alem disso, diferentemente de outras fontes de energia, ela pode ser empregada em praticamente todo o território nacional, em áreas rurais e urbanas. Desta forma, será abordada a sua viabilidade para a nossa região, por meio da pergunta: É viável a utilização da energia solar fotovoltaica em residências no Extremo-Oeste de Santa Catarina? Código do Formulário MTCC - 008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 Solução proposta Esperamos, com a realização deste trabalho, esclarecer para a população os benefícios e a viabilidade do uso da energia solar fotovoltaica nas residências. Pretendemos conscientizar as pessoas da importância do uso de uma fonte de energia elétrica limpa, renovável e abundante, contribuindo com isso para a preservação do meio ambiente. Por meio de pesquisas bibliográficas, de um estudo de caso e de uma pesquisa descritiva, procuraremos chegar a uma conclusão satisfatória para o nosso problema. Objetivamos deixar clara a viabilidade da energia solar para gerar eletricidade na região do extremo-oeste de Santa Catarina. Pretendemos no decorrer deste projeto atender a estes objetivos: Objetivo geral Realizar estudo sobre a viabilidade do uso residencial da Energia fotovoltaica no Extremo-Oeste de Santa Catarina para assim, avaliar se é possível tornar esta fonte de energia eficiente. Objetivos específicos • Esclarecer a eficiência e os benefícios do uso da Energia Solar fotovoltaica; • Dimensionar equipamentos de um sistema residencial elétrico solar; • Demonstrar como uma fonte de energia “limpa”, abundante, renovável é importante; • Analisar como o uso da energia solar é favorável, da mesma forma, que seu custo benefício. Embasamento teórico para a resposta. 1.1 – Introdução O que seria de nós sem a eletricidade? A eletricidade está presente em todos os setores da sociedade moderna. Ela é necessária para movimentar a economia dos países. E está presente no nosso trabalho, em relações internacionais. As nossas próprias vidas, moradia, alimentação, saúde, transporte, em fim tudo o que fizemos está de um meio ou outro interligado com a eletricidade. Código do Formulário MTCC - 008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 Palz (2002, p. 07), nos aborda sobre a importância da utilização da energia para nosso dia a dia e sua relação com nosso meio: Notemos que, em ultima analise, só há uma necessidade humana imprescindível: a energia. Quando comemos, suplementamos a energia química de que nosso corpo necessita, para dar continuidade as suas funções vitais: quando nos vestimos, impedimos que esta energia química seja desnecessariamente dissipada para a atmosfera; quando construímos em teto, procuramos impedir que as intempéries dissipem as nossas energias violentamente para a atmosfera, como os ventos, a chuva, etc. Quando construímos veículos, enfim, qualquer meio de transportes, aumentamos a possibilidade de empregar nossa energia em tarefas mais nobres, ao invés de desperdiçá-las em movimentações que poderiam mesmo levar o tempo d uma vida, contando apenas com a musculatura humana. As comunicações aumentam a capacidade de manipulação de informação, poupando a repetição ou cancelamento de esforços. Enfim, tudo isso pode ser reduzido a um intercambio de energias. O próprio processo de aperfeiçoamento da sociedade é uma questão de otimização da geração e utilização da energia. Com o crescimento da produção industrial, cresceram também as cidades, a população também cresceu rapidamente e estas pessoas, este crescimento das cidades e das indústrias levaram ao aumento significativo do uso da eletricidade. A eletricidade começou a ser utilizada por volta do século XIX. Em 1880 foi produzida a primeira lâmpada. Logo após isso foram desenvolvidos os motores elétricos, e a partir daí a demanda mundial por eletricidade cresceu rapidamente, e hoje a energia elétrica é um bem básico para a integração do ser humano ao desenvolvimento tecnológico. Mas como o consumo da energia elétrica cresceu muito e, continua crescendo, viemos enfrentando problemas com o fornecimento adequado desta energia que chega até nossas casas, pelas concessionárias. Pequenos apagões, poluição excessiva do meio ambiente, por meio da emissão de gases tóxicos e o uso desenfreado dos recursos não renováveis, oscilações de tensão, controlar o consumo nos horários de pico, aumento do preço do Kilowatt por hora gasto, aumento acelerado da demanda por energia elétrica, a necessidade de diminuir a dependência de combustíveis fósseis, são alguns dos problemas enfrentados por todos nós hoje em dia. Para a economia de qualquer região se desenvolver é necessário que se tenha uma fonte de energia garantida e de custo aceitável. Nas nossas casas a disponibilidade da energia em todas as horas é a garantia de uma boa qualidade de vida. Visando sanar os problemas enfrentados por nós hoje, viemos por meio deste trabalho apresentar o uso de uma energia limpa, inesgotável sem impactos ambientais, porém pouca difundida e usada na nossa região e no mundo: a energia solar para gerar eletricidade, também conhecida por energia fotovoltaica. Código do Formulário MTCC - 008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 p. O autor Lopez (2012.0000 C no núcleo. voltaica – vem de volts (tensão elétrica). 1. que incentiva e regulamenta a microgeração e a minigeração de eletricidade com fontes renováveis de energia em sistemas conectados a rede elétrica de distribuição. o Brasil passa para a lista dos países que apóiam e incentivam o uso e a autoproduçao de energia fotovoltaica por todos os cidadãos.Fotografia 01: Luz solar.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Com a aprovação desta resolução. particularmente os semicondutores. porém nunca foi aproveitada de uma forma eficiente. a partir do ano de 2012 a energia solar fotovoltaica passou a ser considerada seriamente como uma alternativa para nosso país. Segundo Villalva (2012. As células solares que compõe as placas fotovoltaicas são fabricadas com silício trabalhado em varias formas. É uma imensa massa de atividade nuclear continua. empresas e outros órgãos que queiram produzir a própria eletricidade em paralelo com a rede pública. o Sol possui um diâmetro de 1. As células convertem os fótons contidos na luz solar em energia elétrica.48 milhões de quilômetros e temperaturas que atingem 56000 C na superfície e 15 000.Histórico do uso da energia solar A energia proveniente do sol está disponível para toda a humanidade desde os primórdios da nossa vida na terra.13): Antes praticamente restrita a aplicações em pequenos sistemas de eletrificação instalados em localidades não atendidas pela rede de energia elétrica. Um agente impulsionador do uso da energia solar fotovoltaica foi a corrida espacial. A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelo efeito da radiação (luz solar) sobre determinados materiais.2 . O nome fotovoltaico vem do próprio principio de funcionamento do mesmo: foto – vem de fótons (luz). tendo sua inserção na matriz energética nacional garantida com a aprovação da resolução normativa no482 da Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Fonte: Geonova.24) pontua que: A uma distância de 150 milhões de quilômetros e 33 000 vezes maior que a Terra. As placas Código do Formulário MTCC . p. Hoje. 22): O desenvolvimento das aplicações da energia solar não significa o começo de um novo mundo econômico: pelo contrario. crises energéticas. Foram muito utilizadas em equipamentos espaciais devido também a sua eficiência. Porém. 19): A exploração e a integração de fontes alternativas de energia aos sistemas elétricos. através da concessão de estímulos. sobretudo a solar fotovoltaica na forma de micro e miniusinas conectadas as redes de baixa tensão. p. com o aumento do número de instalações fotovoltaicas. Os satélites que estão na órbita terrestre também utilizam painéis fotovoltaicos. as pessoas de um modo geral vão tomando conhecimento das inúmeras vantagens destes sistemas. a procura por estes sistemas será cada vez maior e assim a contribuição da energia fotovoltaica será significante para a matriz energética Código do Formulário MTCC . reduzir em até 100 vezes o custo de produção das células solares em relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. seria necessário. e em que os sistemas fotovoltaicos vão sendo difundidos em todas as regiões do Brasil. maior independência dos fornecedores estrangeiros ou simplesmente custos inferiores. p. 85) expõe descrevendo que: A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicações terrestres. vontade política e investimentos no desenvolvimento de equipamentos e barateamento de custos para se gerar energia fotovoltaica. quer pela razão do esgotamento dos recursos naturais. demandam investimentos em pesquisa cientifica e tecnológica e originam cadeias para a fabricação de materiais e equipamentos e para o fornecimento de serviços. com as melhorias no processamento do silício (matéria prima para a confecção das placas).fotovoltaicas eram utilizadas devido ao seu baixo custo e por serem leves. gerando empregos locais e segmentando os investimentos em energia. naquele momento. e da criação de linhas de financiamentos para projetos de geração de eletricidade baseados em fontes renováveis. na forma de subsídios ou isenções. devem se tornar competitivos com o petróleo. Outro fator é que devido ao aumento da demanda por energia é também devido a preocupação com a preservação do meio ambiente começou a terem-se mais investimentos por parte de órgãos federais e estaduais. A inserção em larga escala de novas fontes de energia depende de regulamentações e da criação de normas técnicas. tradicionalmente concentrados na construção de usinas de grande capacidade. carvão ou energia nuclear. os novos sistemas de energia primeiro devem conquistar seu lugar no mercado global de energia. (2012. para tornar economicamente viável essa forma de conversão de energia. Dentro deste enfoque Lopez (2012. Para que a geração e o uso da energia fotovoltaica ganhem importância é necessário que haja uma evolução geral da situação energética do mundo. o custo da instalação vem barateando gradativamente. Na medida em que vão surgindo normas regulamentadoras. como por exemplo. Conforme Palz (2002. Conforme Villalva.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . p. É necessário também sucesso dos projetos que são instalados. da poluição térmica ou química do ambiente natural. Com isso. além de ações governamentais. aumento do custo de fontes não renováveis. maior a energia transmitida. como vapor de água e a poeira. incluindo o ar e os elementos suspensos.brasileira.3 .A radiação solar A energia do Sol é transmitida para o nosso planeta através do espaço na forma de radiação eletromagnética. A espessura da camada de ar atravessada pelos raios solares depende do comprimento do trajeto até o solo. p. lançado pela ANEEL em 2011 em conjunto com empresas concessionárias de energia elétrica de todo o País. Essa radiação é constituída de ondas eletromagnéticas que possuem frequências e comprimentos de onda diferentes. menor o seu comprimento. 34): Um importante passo para a inserção da energia fotovoltaica no país foi o projeto estratégico “Arranjos Técnicos e Comerciais para a Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na Matriz Energética Brasileira”. A espessura da massa de ar atravessada pelos raios solares na atmosfera depende do ângulo zenital do Sol. 1. ou ângulo zenital do Sol. Quanto maior a frequência. A energia que uma onda pode transmitir está associada a sua frequência. Código do Formulário MTCC . O ângulo zenital do Sol é zero quando ele se encontra exatamente acima do observador. De acordo com Villalva (2012. Fotografia 02: Linha do zênite.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Esse trajeto depende do ângulo de inclinação do Sol com relação à linha do zênite. O comprimento da onda magnética é inversamente proporcional a frequência. As características da radiação solar que chega ao solo dependem da espessura da camada de ar (massa de ar) e da composição da atmosfera. Quanto maior a frequência da onda. que deverão somar quase 25 MW de potência instalada. Fonte: Energia solar. p. Segundo Villalva (2012. O projeto tem o objetivo de promover a criação de usinas experimentais de energia fotovoltaicas interligadas ao sistema elétrico nacional. A radiação solar sofre diversas alterações quando atravessa a atmosfera terrestre. 42): O zênite é uma linha imaginaria perpendicular ao solo. 42). Chama-se de espectro da radiação solar o conjunto de todas as frequências de ondas eletromagnéticas emitidas pelo Sol.As ondas eletromagnéticas vindas do Sol produzem efeitos diversos sobre os objetos e os seres vivos. Código do Formulário MTCC . O Brasil por ser um país que está situado entre os trópicos de câncer e capricórnio. difusa ou direta. da composição da atmosfera. da hora do dia. nazona tropical do planeta. A distribuição de energia do espectro de radiação solar depende da localização geográfica. Ásia e nos Estados Unidos. Todo o espectro de radiação. De acordo com Villalva (2012. principalmente na Europa. A radiação global é a soma da radiação direta e da radiação difusa. A massa de ar é definida internacionalmente pela sigla AM (que vem do inglês e significa Air Mass) e de acordo com Villalva (2012.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 .5 é usada mundialmente como referencia e citada em praticamente todos os catálogos de fabricantes de células e módulos fotovoltaicos.5 e sua respectiva distribuição espectral de energia tornaram-se padrões para o estudo e a analise dos sistemas fotovoltaicos. mais espessa é a camada de ar. 43): A massa de ar AM 1. que são resultado da difração na atmosfera e da massa de ar. da altitude e de outros fatores. pois a tecnologia fotovoltaica surgiu e desenvolveu-se em países do hemisfério norte. transportam energia que pode ser captada na forma de calor ou para a geração de energia elétrica. do dia do ano. O perfil característico médio da radiação solar em uma determinada localidade varia em função da massa de ar e pode ser obtido experimentalmente. os raios solares incidem com ângulos azimutais menores e por isso ficam sujeitos a massas de ar reduzidas. p. maior influencia da atmosfera sobre a radiação solar.Onde θz é o ângulo zenital do Sol e quanto maior este ângulo. A radiação global pode ser medida por um instrumento denominado piranômetro. A radiação direta é a luz recebida do Sol em linha reta e a radiação difusa é a luz recebida do Sol que chega até a superfície terrestre de forma irregular. das condições climáticas. que consiste em uma redoma de vidro que recebe luz de todas as direções e a concentra em um sensor de radiação solar instalado em seu interior. A massa de ar AM 1. “pode ser calculada como:AM = 1/ cosθz. A radiação solar pode ser diferenciada como global. p. Outra parte da radiação solar não pode ser vista pelo olho humano e sua presença pode ser percebida de outras formas. incluindo as ondas visíveis ao olho humano e as não visíveis. Uma pequena parte das ondas pode ser captada pelo olho humano e representa o que se chama de luz visível. tendo com isso. Fotografia 03: Piranometro. mas são suficientes para a maior parte das aplicações fotovoltaicas. Esses sensores capturam uma faixa mais estreita do espectro solar e não conseguem distinguir a radiação direta da difusa. A duração dos dias e as diferentes massas de ar percorridas pelos raios solares. Código do Formulário MTCC . Fotografia 04: Pireliometro Fonte: Estação. p. que dependem da localização geográfica. Se tratando de equipamentos que medem a radiação solar. Fonte: INMET/CPTEC. de modo que somente a luz direta recebida do Sol em linha reta possa alcançar o sensor. A radiação direta pode ser medida com um instrumento chamado pireliômetro. São sensores de baixo custo que permitem avaliar o desempenho dos módulos fotovoltaicos que fazem parte de uma instalação.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . são os principais fatores que afetam a quantidade de energia solar recebida em cada região do planeta. 44-45). destaca que: Medidas de radiação solar também podem ser realizadas com sensores baseados em células fotovoltaicas de silício. composto por um sensor de radiação solar instalado dentro de um tubo com uma abertura de luz estreita. Villalva (2012. chamada também de irradiação. 45). Com o valor padrão de 1000 W/m2 as eficiências das células e módulos fotovoltaicos de diversos fabricantes podem ser especificadas e comparadas com base numa condição padrão de radiação solar.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . p. Trata-se de uma unidade de potencia por área. Insolação: A insolação é a grandeza utilizada para expressar a energia solar que incide sobre uma determinada área de superfície plana ao longo de um determinado intervalo de tempo. Quanto maior a potencia da radiação solar. a irradiância de 1000 W/m2 é mencionada em praticamente todos os catálogos de fabricantes de dispositivos fotovoltaicos. a potencia é uma grandeza física que expressa a energia transportada durante um certo intervalo de tempo. expressa na unidade de W/m2 (watt por metro quadrado). Sua unidade é o Wh/m2 (watt-hora por metro quadrado). destaca que: A irradiação de 1000 W/m2 é adotada como padrão na indústria fotovoltaica para a especificação e avaliação de células e módulos fotovoltaicos. Para fazer a quantificação da radiação solar são faz-se uso de duas grandezas: a irradiância e a insolação. [.. Como se sabe. De acordo com Villalva. Dentro deste enfoque. (2012. Villalva (2012. Irradiância: Uma grandeza empregada para quantificar a radiação solar é a irradiância. 47) “a medida de insolação em Wh/m2 é muito útil para fazer o dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos. O watt-hora é uma unidade física de energia e o watt-hora por metro quadrado expressa a densidade de energia por área. Na prática encontramos tabelas e mapas de insolação que fornecem valores diários expressos em Wh/m2/dia (watt-hora por metro quadrado por dia).Fotografia 05: Movimento de rotação e translação. A medida de irradiância em W/m2 é muito útil para avaliar a eficiência dos dispositivos e sistemas fotovoltaicos.]. Assim como a massa de ar AM 1.. Fonte: Os planetas. mais energia ela transporta em um determinado intervalo de tempo.” Código do Formulário MTCC . p.5. ou a taxa de variação da energia com o tempo. Fonte: ATLAS Solarimétrico do Brasil.]. A calculadora fornece um gráfico com os valores mensais de energia e a media anual.. mas algumas já foram criadas e aprovadas. Devido a isso.br.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Discussões e debates acerca da energia fotovoltaica ocorrem em universidades e em diversos fóruns por todo o Brasil. Com essa ferramenta é possível obter o valor da energia recebida do Sol por metro quadrado em qualquer lugar do Brasil.. disponibilizada gratuitamente no web site www. Essa variação é resultado da influencia dos diferentes níveis de radiação solar nas estações do ano. da ocorrência de chuvas e da presença de mais ou menos nuvens no céu em determinadas épocas do ano.Figura 06: Insolação media diária no Brasil. p. 1. nos aponta que: Uma ferramenta útil para a obtenção de informações sobre a insolação de uma determinada localidade é a calculadora solar.com.4 .Normas e regulamentação No Brasil os estudos sobre a energia fotovoltaica são de datas recentes. [. Esses valores são úteis para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos. Para o uso pratico na analise e no dimensionamento de instalações fotovoltaicas podemos recorrer a mapas de insolação e a ferramentas que fornecem imediatamente as informações desejadas sobre a radiação solar de uma determinada localidade. Um outro método de se informar sobre a insolação de um determinado local é recorrendo a um mapa que mostra o valor da energia por metro quadrado recebida do Sol diariamente em diversas regiões do Brasil. A insolação no mesmo local é diferente a cada dia do ano.calculadorasolar. Em se tratando de insolação solar Villalva (2012. as normas e regulamentações começaram a surgir a pouco tempo. 48). A importância de se ter uma norma que regulamentarize este sistema é que elas trazem Código do Formulário MTCC . bastando informar a localização geográfica desejada. foi publicada a norma técnica ABNT NBR IEC 621 16:2012 sobre o procedimento de ensaio de antiilhamento para inversores fotovoltaicos conectados a rede elétrica. justamente no período em que o consumo nas residências é menor e as indústrias demandam mais energia. mas a purificação do silício não é feita em nosso País.01 do COBEI sobre os procedimentos para a conexão dos sistemas fotovoltaicos a rede elétrica.01 do COBEI. De acordo com Villalva (2012. iniciaram-se as primeiras discussões da comissão CE-03:064. Eletrônica. Sobre normas e regulamentações Villalva (2012. tratando dos sistemas de proteção. nos aponta que: Ao longo do ano de 2011. o que acaba deixando o produto final. Em meados de 2012.Tipos de células fotovoltaicas O silício empregado na fabricação de células fotovoltaicas é extraído do mineral quartzo.6 . 37): Em março de 2012. A resolução no 482 da ANEEL estabelece que cada cidadão brasileiro ou empresa pode ter no telhado de sua casa painéis fotovoltaicos para produzir a própria eletricidade. p. pois os sistemas fotovoltaicos vão gerar eletricidade durante o dia. da especificação dos elementos elétricos e outros aspectos relacionados a inserção desses sistemas nas redes de distribuição de baixa tensão. principalmente para o uso industrial. Além de poderem constituir usinas de geração. 1. houve muitos avanços no setor de energia solar fotovoltaica no Brasil. complementando o consumo ou para a exportando a energia excedente para a rede. especialmente com os resultados das discussões geradas pelo Grupo Setorial de Energia Fotovoltaica da Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (ABINEE) e pela comissão de estudos CE-03:082. 1. Esses dois fóruns de discussão reuniram representantes de empresas e universidades com o objetivo de prover a energia fotovoltaica. assim como a fabricação de células.esclarecimentos para os consumidores. O Brasil é um dos principais produtores mundiais desse minério. p. em complementação a norma NBR 5410 para sistemas elétricos.Princípio de funcionamento Os sistemas de geração distribuída baseados na energia solar fotovoltaica podem ser instalados em qualquer local onde haja incidência de luz. responsável pela elaboração da norma para a conexão de inversores fotovoltaicos a rede elétrica. com os resultados de discussões técnicas ocorridas na comissão CE-03:083. Iluminação e Telecomunicações (COBEI). fabricantes de equipamentos.5 .008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . 36). os sistemas fotovoltaicos.01 do Comitê Brasileiro de Eletricidade. que no caso são as placas Código do Formulário MTCC . propor mecanismos e discutir regras para a inserção dessa fonte renovável de energia na matriz brasileira. De um modo geral o uso de microusinas fotovoltaicas em todas as residências e prédios comerciais pode aumentar a oferta de energia elétrica para sustentar o crescimento da demanda. instaladores e concessionárias de energia elétrica. competindo com as tradicionais fontes de energia. podem ser facilmente instalados nas cidades e nos grandes centros urbanos. Praticamente todo o território brasileiro pode utilizar esse tipo de geração de energia elétrica. Silício policristalino: Estas células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de silício puro em moldes especiais. p. ressalta que: Os módulos de filmes finos sofrem degradação de maneira mais elevada do que os cristalinos. Atualmente as células fotovoltaicas produzidas em larga escala e disponíveis comercialmente são constituídas de silício monocristalino. que utilizam polímeros e outros tipos de materiais combinados no lugar dos semicondutores. Uma vez nos moldes. Sua eficiência na conversão de luz solar em eletricidade é ligeiramente menor do que nas de silício monocristalino (aproximadamente 12%).fotovoltaicas.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Estas células são obtidas por meio da deposição de camadas muito finas de silício ou outros materiais semicondutores sobre superfícies de vidro ou metal. A sua eficiência na conversão de luz solar em eletricidade é superior a 12%. o silício arrefece lentamente e solidifica-se. As células são obtidas por corte das barras em forma de pastilhas finas (0. portanto os módulos de filmes finos são mais adequados para locais com temperaturas elevadas. Sua eficiência na conversão de luz solar em eletricidade varia entre 5% e 7%. Além disso. Dentro deste enfoque. Em algumas instalações fotovoltaicas tem-se observado a degradação muito acentuada quando os módulos não são apropriadamente aterrados. Neste processo. Filmes finos ou silício amorfo: Uma vantagem dos filmes finos é o melhor aproveitamento da luz solar para baixos níveis de radiação e para radiações do tipo difusas. Villalva (2012. mas essa tecnologia ainda não alcançou e eficiência de conversão muito elevada nem a confiabilidade necessária para a produção comercial.5 mm de espessura). os átomos não se organizam num único cristal. 1. Existem diversos outros tipos de tecnologias e materiais e recentemente têm surgido pesquisas sobre as chamadas células fotovoltaicas orgânicas. O produto resultante desse processo é o lingote de silício monocristalino. com um preço mais elevado.4-0. 72). policristalino ou amorfo. Dá-se o nome para as células fotovoltaicas conforme o seu método de fabricação e em função dos materiais que a compõe. Forma-se uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais.7 . Silício monocristalino: Estas células obtêm-se a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino produzidas em fornos especiais. o que pode ser um aspecto muito inconveniente para essa tecnologia. São blocos de silício ultrapuro que são aquecidos em altas temperaturas e submetidos a um processo de formação de cristal. a diminuição da produção de energia com o aumento da temperatura é menor do que a verificada com outras tecnologias.Componentes dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica Os principais componentes de um sistema fotovoltaico conectado a rede elétrica são os módulos Código do Formulário MTCC . portanto os contatos elétricos são construídos na forma de uma fina grade metálica impressa na célula. placa ou painel têm o mesmo significado e são usados indistintamente na literatura para descrever um conjunto empacotado de células fotovoltaicas disponível comercialmente. Uma célula comercial ainda possui uma camada de material antireflexivo. A corrente elétrica produzida por uma célula depende da sua área. Placas fotovoltaicas – funcionamento Os termos módulos.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 .fotovoltaicos. os inversores para a conexão a rede elétrica as caixas de strings. pois a corrente elétrica depende diretamente da quantidade de luz recebida pela célula. maior a captação de luz e maior a corrente fornecida. surgira uma corrente elétrica. O efeito fotovoltaico. 28): Quando a luz do Sol atinge o semicondutor na região dessa junção. Fotografia 07: Efeito fotovoltaico na junção PN. A parte superior da célula. por meio de células. o que forma uma junção eletrônica. precisa ser translúcida. Se houver um caminho elétrico entre os dois eletrodos. consiste da transformação da radiação eletromagnética do Sol em energia elétrica através da criação de uma diferença de potencial sobre a célula fotovoltaica. onde são os terminais elétricos que fazem a coleta da corrente elétrica produzida pela ação da luz. p. . Quanto maior a intensidade de luz. A placa fotovoltaica tem pelo menos duas camadas de material semicondutor. A base inferior é uma película de alumínio ou de prata. maior o fluxo de energia elétrica. que é a base do sistema de energia solar fotovoltaica. Código do Formulário MTCC . uma camada é positivamente carregada enquanto a outra é negativa. Quanto maior a área. que recebe a luz. o campo elétrico existente permite o estabelecimento do fluxo eletrônico. Se a célula for conectada a dois eletrodos haverá tensão elétrica sobre eles. (2012. Segundo Lopez. Fonte: Energia solar. e da inicio ao fluxo de energia na forma de corrente continua. antes bloqueado. necessária para evitar a reflexão e aumentar a absorção de luz pela célula. oquadro de proteção de corrente contínua e o quadro de proteção de corrente alternada. O painel fotovoltaico possui a grade e a base metálica inferior. Como uma célula sozinha produz pouca energia. O silício é o material mais empregado na fabricação das células fotovoltaicas. dependendo de sua classe de potência. Tipicamente um módulo tem 36. os elétrons da camada N migram para a camada P.6 V. também chamada de barreira de potencial. para produzir módulos com tensão de saída maiores. 66). No momento em que as duas camadas (P em N) entram em contato formam uma junção semicondutora. Cerca de 95% de todas as células fotovoltaicas fabricadas no mundo são de silício. Se houver um circuito fechado. p. Os elétrons em movimento são coletados pelos eletrodos metálicos.. p. Devido à diferença de concentração de elétrons nas duas camadas de materiais. Assim conseguem fornecer maior quantidade de energia elétrica e gerar uma tensão maior também. Um semicondutor é um material que não pode ser classificado como condutor elétrico nem como isolante. 54 ou 60 células. No caso das células solares a composição é feita pela junção de duas camadas de material semicondutor. formando uma corrente elétrica. Fonte: Painel solar. apesar destas poderem ser feitas de outros materiais também. De acordo com Villalva (2012. os elétrons vão circular em direção aos eletrodos da camada N. ou seja. Código do Formulário MTCC . fazendo com que eles tenham energia suficiente para vencer a barreira de potencial e movimentar-se na camada N para a camada P. Uma camada é denominada do tipo P.. 76): Os painéis ou módulos fotovoltaicos são formados por um agrupamento de células conectadas eletricamente. pois é um material muito abundante e barato. os elétrons da camada N fluem para a camada P e criam um campo elétrico de uma zona de depleção. enquanto a outra é denominada do tipo N.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . p. no interior da estrutura da célula. os fabricantes conectam várias células em série.]. Conforme Villalva (2012.Fotografia 08: Constituição dos módulos fotovoltaicos. 68): A camada superior de material N de uma célula fotovoltaica é tão fina que a luz pode penetrar neste material e descarregar sua energia sobre os elétrons. Conforme Villalva (2012. o procedimento adotado é a ligação de varias células fotovoltaica em serie. Uma célula fotovoltaica consegue fornecer uma tensão elétrica de até aproximadamente 0. [. no que diz respeito a junção das camadas P e N: O material N possui um excedente de elétrons e o material P apresenta falta de elétrons. Corrente de curto-circuito (ISC): A corrente de curto-circuito do módulo fotovoltaico. Todos os fabricantes de módulos fotovoltaicos realizam testes nas mesmas condições.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . nos esclarece que: A sigla STC (Standard Test Conditions) refere-se às condições padronizadas de teste do módulo. A tensão elétrica depende da sua corrente e vice-versa.8 . tipo de material que recobre o módulo e o tipo de conector disponível para as conexões elétricas. medida em ampères (A).. controladores de carga e outros componentes que são ligados aos módulos fotovoltaicos. Esta condição é produzida em laboratório. Um módulo fotovoltaico não se comporta como uma fonte elétrica convencional.p. A condição padrão de teste (STC) considera irradiância solar de 1000 W/m2 e a temperatura de 25oC da célula solar. Como a energia utilizada em nossas residências é em Corrente Alternada-CA. [. pois a tensão de saída não é constante nos seus terminais. ao instalarmos um sistema fotovoltaico é necessário também um conversor CC/CA. Identificação e informações gerais: As informações gerais são relativas a estrutura e os materiais empregados na fabricação. simbolizada como ISC (SC = Short Circuit). Assim é possível comparar módulos de diversos fabricantes de acordo os mesmos critérios. dados sobre a resistência mecânica. Características elétricas em STC: no que diz respeito ás características dos módulos fotovoltaicos.. quantidade de células existentes.O que vem ocorrendo nos últimos anos é o interesse por fontes de energia limpa e isso tem motivado e também impulsionado a pesquisa e o desenvolvimento de células e equipamentos para sistemas fotovoltaicos com uma eficiência maior e com um custo menor. é a corrente elétrica que o módulo consegue fornecer quando seus terminais estão em curto-circuito. 1.Módulos fotovoltaicos– características Folha de dados: Os fabricantes de módulos fotovoltaicos disponibilizam folhas de dados com características elétricas. dentro de uma câmara climática que possui um sistema preciso de controle e medição de iluminação e de temperatura. 83). pois o projeto de um sistema deve respeitar as tensões máximas dos inversores. Código do Formulário MTCC . p. as dimensões do módulo (espessura. Tensão de circuito aberto (VOC): Conforme Villalva (2012. o peso do módulo. baterias. largura e altura). VOC é a tensão medida por um voltímetro quando não existe nada ligado ao módulo ou quando não existe corrente elétrica circulando pelo módulo.” A informação sobre a tensão de circuito aberto é importante para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico. As células solares convertem a energia solar em Corrente Contínua-CC. 83) “em outras palavras. características mecânicas e outras informações relevantes sobre os módulos. Villalva (2012. que são padronizadas por organismos internacionais de certificação.]. Conexão de módulos em série e paralelo: Para conseguir alcançar a corrente e a tensão Código do Formulário MTCC . Na fórmula apresentada o número 1000 corresponde à taxa de radiação solar padronizada de 1000 W/m2 em STC”. p. Segundo Villalva (2012. De acordo com Villalva “um agrupamento de módulos é denominado arranjo ou conjunto fotovoltaico. em qualquer hipótese. 1. Por outro lado. p. Alguns fabricantes mencionam em suas folhas de dados a eficiência do módulo. Mesmo quando essa informação não está explícita. A corrente que circula pelo conjunto é a mesma em todos os módulos.Conjuntos ou arranjos fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos podem empregar um grande número de módulos conectados em série ou em paralelo para produzir a quantidade de energia elétrica desejada.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . que o módulo vai fornecer nessa condição. Qualidade e Tecnologia) através de seus laboratórios credenciados”. em que PMÁX é a potência máxima ou de pico do módulo (W) e AP é a área do módulo (m2)calculada a partir das dimensões fornecidas na folha de dados. 84): Evidentemente não existe nenhuma utilidade em fazer um curto-circuito no módulo fotovoltaico. a corrente fornecida pelo conjunto é a soma das correntes dos módulos de conjunto. é possível identificar a eficiência do módulo a partir das suas características. Eficiência do módulo (η η) Critérios de teste padronizados são empregados pelos organismos de certificação nacionais e internacionais para a avaliação dos módulos antes de serem lançados no mercado.9 . O valor da corrente de curto-circuito é a corrente máxima. o qual atesta a classe de eficiência do módulo. pois indica a máxima corrente que o módulo pode fornecer quando recebe 1000 W/m2 de radiação solar. A informação da corrente de curto-circuito é útil para auxiliara no dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos e na especificação dos equipamentos e acessórios ligados ao módulo. 85) “a eficiência de conversão η de um módulo fotovoltaico pode ser calculada com a seguinte expressão:ηP = PMÁX/ AP x 1000. Após os testes recebem um selo do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL). p. De acordo com Villalva (2012.De acordo com Villalva. (2012. Conexão de módulos em paralelo: Quando os módulos são conectados em paralelo. Conexão de módulos em série: Quando os módulos são conectados em série. 85): No Brasil os módulos fotovoltaicos são avaliados e certificados pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia. a tensão de saída do conjunto corresponde à soma da tensão fornecida por cada um dos módulos. Na literatura de língua inglesa encontra-se o termo array para definir um conjunto de módulos”. a tensão de saída do conjunto é a mesma tensão fornecida para um módulo individual. Conectores: Na prática a conexão de módulos fotovoltaicos em série é feita com os conectores que já são fornecidos com os módulos. As conexões em paralelo são feitas com conectores auxiliares ou com caixas de string (string boxes).Conexões elétricas Caixa de junção: Os módulos fotovoltaicos comerciais apresentam uma caixa de conexão. Código do Formulário MTCC . Cabos elétricos: Os cabos que acompanham os módulos de fabrica têm comprimentos adequados para que os módulos possam ser colocados lado a lado e conectados em série pra formar strings em conjuntos fotovoltaicos. umas dependem das outras para gerar energia.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 .. 1. De acordo com Villalva (2012. Villalva (2012. [. Com isso a tensão de saída e a corrente de saída fornecida pelo conjunto são somadas. [.10 .. em sua parte traseira. o que exige cabos elétricos com características específicas para evitar ressecamento e deterioração acelerada.A caixa de junção recebe os terminais das conexões elétricas das células fotovoltaicas e aloja os diodos de bypass do módulo. mas isso teria um custo muito alto e tornaria difícil a fabricação dos módulos.. A localização dos módulos fotovoltaicos deve ser cuidadosamente escolhida para que não ocorram sombras sobre sua superfície.. Sombreamento de módulos fotovoltaicos: Como na ligação dos módulos fotovoltaicos temos a ligação em série. O ideal seria existir um diodo para cada célula do módulo. p. o efeito da sombra sobre os painéis ocasiona uma diminuição drástica da geração de energia. ou seja. Com relação às conexões elétricas nos sistemas fotovoltaicos. os fabricantes adicionam diodos de bypass (ou de passagem) ligados em paralelo com as células.]. geralmente denominada caixa de junção.]. são conectados os módulos primeiramente em série e depois em paralelo. p. nas instalações fotovoltaicas os cabos normalmente ficam sujeitos a intempéries e radiação solar excessiva. principalmente os sistemas fotovoltaicos conectados a rede elétrica. os cabos elétricos de conexão do módulo são conectados à caixa de junção através de dois conectores externos. 94) “as caixas de conexão dos módulos fotovoltaicos comerciais normalmente são seladas e resinadas e o usuário não tem acesso ao seu conteúdo”. bastando conectar o terminal positivo de um módulo ao terminal negativo do outro. 92): Para minimizar o efeito do sombreamento nos módulos fotovoltaicos. p. 94) nos aborda que: Os sistemas fotovoltaicos geralmente trabalham com tensões de corrente continua mais elevadas do que as tensões de corrente alternada encontrada nas instalações elétricas convencionais. Além disso.suficientes para suprir a demanda de energia de uma residência. Os fabricantes usam um diodo para um grupo com um certo número de células. Conforme Villalva (2012. Na parte externa. Fonte: Solar Terra. p. sem um sistema de rastreamento solar. o instalador saberá a inclinação correta dos módulos e fazendo com isso que estes captem da melhor maneira possível os raios solares. A radiação difusa não pode ser captada de uma maneira eficiente pelos painéis fotovoltaicos. Os raios solares são ondas eletromagnéticas paralelas entre si que chegam a Terra em linha regra. Para conseguir um melhor aproveitamento da radiação solar incidente. que corresponde à radiação direta continua sua trajetória em linha reta. porém a agulha da bussola sempre Código do Formulário MTCC . Essa orientação melhora o aproveitamento da luz solar ao longo do dia.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Essa inclinação varia ao longo dos dias e meses do ano. os raios sofrem o efeito da difusão e são desviados e refletidos em todas as direções. Para saber onde fica o Norte. de acordo com a posição da Terra e do Sol no espaço. Ao instalar os painéis deve-se colocá-los de modo que estes consigam captar ao máximo a radiação direta do Sol. Em cada ponto do planeta a radiação direta incide no solo com uma inclinação diferente.1. e para o Oeste o aproveitamento será apenas pela parte da tarde. 51): A melhor maneira de instalar um módulo solar fixo.Orientação dos módulos fotovoltaicos Para quem faz a instalação de módulos fotovoltaicos é de extrema importância algum conhecimento sobre a incidência dos raios solares sobre o nosso planeta. Ao cruzar a atmosfera terrestre. De acordo com Villalva (2012. são os seguintes ângulos: Latitude Ângulo de Inclinação 0 a 4 graus 10 graus 5 a 20 graus Latitude + 5 graus 21 a 45 graus Latitude + 10 graus 46 a 65 graus Latitude + 15 graus 66 a 75 graus 80 graus Tabela 01: latitude correta para a instalação dos painéis fotovoltaicos. O recomendado. segundo Solar Terra. melhorando assim o aproveitamento da radiação global. é orientá-lo com sua face voltada para o Norte geográfico. A instalação correta de um módulo solar fotovoltaico deve levar em conta o movimento diário do Sol. pois sabendo disso. pois durante todo o tempo o módulo tem raios solares incidindo sobre sua superfície. os módulos deverão estar inclinados em relação ao plano horizontal num ângulo que variará conforme a latitude da instalação. pode ser utilizado uma bússola. Um módulo instalado com sua face voltada para o Leste fará o aproveitamento da energia apenas pela parte da manhã. mas a maior parte deles.11 . Não existe um consenso geral sobre o melhor método de escolher o ângulo de inclinação para a instalação de um módulo solar. o ângulo de inclinação dos módulos e o ângulo azimutal do Sol. Estes sistemas são chamados de sistemas com rastreamento e melhoram a captação de energia dos módulos solares. Para isso. Essas linhas distribuem-se pelo globo terrestre de maneira irregular. As instalações fotovoltaicas. 55) “a declinação solar é o ângulo dos raios solares com relação ao plano do Equador.Escolha do ângulo de inclinação do módulo solar Devido à existência do ângulo de declinação solar. p. esse ângulo é consequência da inclinação do eixo de rotação da Terra”. Para descobrir a direção do Norte geográfico podemos utilizar uma tabela ou um mapa com ângulos de correção.fica alinhada com o sentido das linhas do campo magnético da Terra. de modo que nem sempre a agulha aponte para o Norte geográfico. deve-se escolher o ângulo de inclinação correto. 1. Conforme Villalva (2012. pois isso minimiza a produção média diária de energia. 60). existem duas regras básicas para fazer a instalação correta de um painel solar: Regra 1: sempre que possível. É possível determinar para uma latitude geográfica um ângulo de inclinação que possibilite uma boa produção média de energia ao longo do ano. o ângulo da altura solar. Hoje já existem alguns sistemas com rastreamento automático da posição do Sol. em função do ângulo da latitude geográfica da localidade onde o sistema é instalado. Código do Formulário MTCC .008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . mas apesar de serem mais eficientes. possuem um ângulo fixo de inclinação. em sua maioria. Ao que se deve dar atenção em especial é que ao instalar um módulo fotovoltaico é necessário priorizar uma produção média anual de energia. orientar o modulo com sua face voltada para o norte geográfico. p. As variáveis que afetam a captação de energia nos módulos solares são a inclinação do eixo de rotação da Terra. De acordo com Villalva (2012. tem um custo elevado devido aos dispositivos eletrônicos empregados. o Sol nasce e se põe em diferentes pontos do céu e descreve uma trajetória com inclinação diferente em cada dia do ano. Nestes sistemas o módulo acompanha o movimento do Sol durante o dia de Leste à Oeste e também acompanha a altura solar.12 . A escolha incorreta da inclinação reduz a captação dos raios solares e compromete a produção de energia elétrica do módulo fotovoltaico. Em cada região do Brasil é necessário subtrair um ângulo de correção do ângulo encontrado na leitura da bussola. Regra 2: ajustar o ângulo de inclinação correto do módulo com relação ao solo para otimizar a produção de energia ao longo do ano. na sinalização de estradas. Esse sistema é mais utilizado em lugares mais remotos. onde não se tem energia de uma concessionária. um inversor de tensão continua para tensão alternada. desde pequenos aparelhos eletrônicos portáteis até sistemas aeroespaciais. denominados GRID TIE e os sistemas onde a energia gerada é armazenada em baterias.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . chamado de OFF GRID. Um sistema fotovoltaico autônomo é geralmente composto de uma placa ou um conjunto de placas fotovoltaicas. No Brasil este sistema esta sendo largamente utilizado nas Regiões Norte e Nordeste. conforme a aplicação. Nesses locais um sistema fotovoltaico autônomo pode ser empregado para substituir geradores movidos a diesel. que não é o caso da nossa região.Sistemas OFF GRID (sistema autônomo) Neste sistema a energia provinda dos módulos fotovoltaicos é armazenada em um banco de baterias. Código do Formulário MTCC . Fonte: Energia solar. Sistemas autônomos encontram aplicações na iluminação pública. 1.14 . Podem ser usados para fornecer eletricidade para veículos terrestres e náuticos e para um número infinito de aplicações. um controlador de carga.Tipos de sistemas fotovoltaicos Ao tratarmos de energia solar fotovoltaica devemos levar em consideração que existem dois tipos de sistemas que podemos termos instalados em nossas residências: os sistemas conectados a rede.1. com a vantagem de redução de ruídos e poluição. Muitos lugares do Brasil não são atendidos por rede elétrica. na alimentação de sistemas de telecomunicações e no carregamento das baterias de veículos elétricos. para bombeamento de água e também para gerar eletricidade para as residências.13 . uma bateria e. Fotografia 09: Sistema fotovoltaico autônomo. Em aplicações que requerem baterias deve ser empregado um controlador de carga. 103). Aparelhos que utilizam tensão e corrente continua podem ser ligados diretamente ao controlador de carga. aparelhos eletrodomésticos. Código do Formulário MTCC . 23). confere maior confiabilidade ao sistema. p. esse sistema – padrão utilizado mundialmente – alimenta toda a rede da instalação. a Revista Eletricidade Moderna (2010. sem a necessidade de inversor. Quando a geração de energia provinda das placas solares é superior ao consumo dos equipamentos elétricos utilizados nas residências. p. A operação. Neste sentido. 1. que é um carregador de bateria especifico para aplicações fotovoltaicas. que provem dos módulos solares. além da redução de impactos ambientais. e a transformam em corrente alternada. o que ocorre geralmente a noite. simplificada em um único equipamento. Fotografia 10: sistema Grid Tie. A geração ocorre diretamente no ponto de consumo. Os inversores recebem a energia em corrente continua. diminuindo investimentos em transmissão e distribuição.15 . pontua que: Conectado a rede elétrica. computadores e qualquer tipo de equipamento que normalmente é alimentado pelas redes residenciais de tensão alternada. o sistema é alimentado pela energia da concessionária. protegendo-a de sobrecargas ou descargas excessivas. ao tratar dos sistemas off grid. Alguns modelos de controladores ainda têm a função de maximizar a produção de energia do painel fotovoltaico através do recurso denominado MPPT (Maximum Power Point Tracking – rastreamento do ponto de máxima potência). Villalva (2012. Fonte: HLX TECH. nos pontua que: O inversor pode alimentar lâmpadas. com eficiência 30% superior aos sistemas com baterias.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Se a energia gerada pelos módulos fotovoltaicos é inferior ao consumo.Sistemas GRID TIE (sistema conectado a rede elétrica) Esse sistema é conectado a rede elétrica e a sobra da energia gerada pelas placas solares é distribuída para a rede elétrica. como apoio ao sistema convencional. a sobra desta energia vai para a rede da concessionária. O controlador de carga é usado para regular a carga da bateria e prolongar sua vida útil. 16 . com até 100 KW de potência. O consumidor paga somente a diferença e verifica mensalmente a economia proporcionada pelo sistema fotovoltaico conectado a rede elétrica. De acordo com Villalva (2012. dispositivos de proteção e módulos fotovoltaicos) atendem as certificações nacionais e internacionais vigentes. 191): Para construir um conjunto fotovoltaico.Para o controle e medição dos quilowatts consumidos pela residência é necessário um medidor que marque a energia que é cedida para a rede da concessionária e o que foi utilizada da rede da concessionária. O valor da insolação diária para uma região geográfica pode ser encontrada em mapas solarimétricos ou obtida através de uma ferramenta computacional como a calculadora solar Código do Formulário MTCC . Para realizar o calculo é necessário conhecer as condições de insolação do local e as características do módulo utilizado. p. e a minigeração. redução das perdas nas redes e melhoria da qualidade do serviço de energia elétrica. p. Para conectar o seu sistema fotovoltaico a rede elétrica. Dentre as principais vantagens deste sistema estão a economia dos investimentos em transmissão. de 100 KW a 1 MW. Com este sistema instalado em casa é necessário um medidor especial para a controlar a quantidade de energia usada da concessionária e a quantidade de energia gerada pelos painéis fotovoltaicos. 156): O consumidor que possui um sistema de geração fotovoltaica registrado na concessionária de energia recebe todo mês uma conta de eletricidade em que vão constar duas medidas: a energia consumida e a energia gerada.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . A Aneel (Agencia Nacional de Energia Elétrica) impôs regras destinadas a reduzir barreiras para instalação de geração distribuída de pequeno porte. em seguida. escolhe-se o número de strings que serão conectados em paralelo. Método da insolação: Esse método pode ser empregado no cálculo da energia produzida pelo módulo fotovoltaico quando se tem informação sobre a energia do Sol disponível diariamente no local da instalação. 1.Cálculo da energia produzida pelos módulos fotovoltaicos No dimensionamento de sistemas fotovoltaicos é muito importante saber determinar quanta energia é produzida diariamente por um módulo fotovoltaico. em geral se dimensiona primeiramente o número de módulos que serão conectados em série em cada strings levando em conta a tensão admissível na entrada CC do inversor. A seguir são apresentados dois métodos muito simples que podem ser empregados no sistema fotovoltaico. adequando a instalação elétrica de sua residência com as normas e acrescentando os sistemas de proteção que forem exigidos. Segundo Villalva (2012. além de observar se os equipamentos utilizados (inversores. o consumidor deve atender as exigências da concessionária. escolhendo o número de painéis máximo e mínimo podem ser empregados em série. de acordo coma potência do inversor ou com a potência desejada no sistema. A norma cria um sistema denominado Compensação de Energia. que incluem a microgeração. que permite ao consumidor instalar pequenos geradores em sua unidade consumidora e trocar energia com a distribuidora local. com. obtém-se no mapa o valor de 5000 Wh/m2/dia para certa localidade. nos meses de verão esse numero será maior e nos meses de inverno a energia será bem menor. Outro critério que também pode ser levado em conta é o limite do investimento que o cliente pode realizar no sistema fotovoltaico. o valor fornecido pelos mapas é a soma das insolações de cada dia do ano dividida pelo número de dias. O que pode ser levado em consideração é também o espaço disponível para a instalação dos módulos fotovoltaicos. deve-se determinar a quantidade de energia produzida pelo painel na localidade em que será instalado. deve-se levar em conta também o tempo de uso deste equipamento durante o mês. Neste caso deve-se utilizar para o cálculo o valor da insolação referente ao pior mês do ano para garantir o abastecimento de energia elétrica nos meses de menor insolação. o primeiro passo é determinar quanta energia é necessário produzir para suprir a demanda da residência.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . 135-136).calculadorasolar. Sobre o método da insolação Villalva (2012. Alem da potencia do equipamento. A potencia dos equipamentos deve ser calculada a cada nova instalação fotovoltaica para que não haja um gasto excessivo na implantação do sistema por parte do cliente e para que este também tenha uma eficiência satisfatória. 1. O dimensionamento de um sistema fotovoltaico com base na insolação média anual pode levar a falha do sistema por falta de energia nos meses de inverno e excesso de energia nos meses de verão.19 . isso significa que na média diariamente o Sol fornece energia de 5000 Wh para cada metro quadrado de área daquele lugar.17 . ou seja. nos aborda que: Os dados de insolação disponíveis nos mapas solarimétricos referem-se a uma média de insolação anual. 1. Se.(www. ou seja. A questão principal é como dimensionar o sistema correto para atender a demanda de energia elétrica em todos os dias do ano. que pode ser analisado pelo “talão” que a concessionária entrega para cada consumidor. Entretanto. Código do Formulário MTCC .br). quantas horas este ficar em uso. Em outras palavras. p. O projetista pode levar em conta o consumo médio mensal de eletricidade.Dimensionamento do numero de módulos Conhecendo o modelo de módulo que será utilizado. Os valores da potencia de cada equipamento variam de fabricante para fabricante e de equipamento para equipamento. 365. mas tecnicamente não há nenhum problema nisso. por exemplo.Exemplo de dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica Ao dimensionar um sistema fotovoltaico conectado a rede. O excesso de energia torna o sistema excessivamente caro. As placas devem ser instaladas de modo que a incidência solar seja a máxima possível. comenta que: Como os sistemas conectados a rede sempre dispõe de um sistema de MPPT.21 . calcula-se com facilidade a energia elétrica por ele produzida diariamente. que é função da inclinação do eixo da terra. determina-se a quantidade de módulos necessários no sistema fotovoltaico: NP= Esistema/Emódulo Sendo: NP = número de módulos da instalação fotovoltaica.Dimensionamento dos inversores Ao dimensionar os inversores deve-se dar atenção a tensão máxima que a entrada do inversor suporta e o conjunto dos módulos não podem ter uma potencia de pico superior a máxima potencia suportada pelo inversor. o método adequado é aquele baseado na insolação diária. tal como a incidência media da radiação solar por um período de tempo. p. Os projetistas ou os instaladores dos sistemas de energia solar devem fazer um estudo para saber a eficiência do sistema instalado e previsão da radiação solar no local. A latitude do lugar determina se o Sol está ao norte ou ao sul do céu. Conhecendo a área do módulo e a sua eficiência. Uma vez calculada a energia produzida por um modulo e conhecendo o valor da energia que se deseja produzir diariamente ou mensalmente. 1. 40): Os painéis fotovoltaicos trabalham melhor quando os raios do Sol incidem perpendicularmente (90 graus) em relação as células fotovoltaicas. a variação sazonal. o ângulo de incidência é normal. Outras variações significativas são previsíveis por estatísticas. Segundo Lopez (2012. Nesse caso. no valor do quilowatt-hora por metro quadrado diário (kWh/m2/dia) disponível em uma determinada localidade. Emódulo = energia produzida por um módulo (kWh) no mesmo intervalo de tempo. p. Para saber a produção mensal. Conforme Lopez (2012. nos meios utilizados para captar essa energia e na forma de armazenamento. Villalva (2012. As inclinações das placas irão variar conforme a latitude do local. Esistema = energia produzida pelo sistema (kWh) no intervalo de tempo considerado.214).008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . no período Código do Formulário MTCC . e a variação anual. que é função da orbita elíptica da Terra em torno do Sol. pó e nevoeiros A quantidade de energia incidente sobre uma superfície plana de um metro quadrado. existem os efeitos da formação de nuvens. Quando as células estão posicionadas frente ao Sol tanto em altitude com em azimute. poluição atmosférica. p.Fatores que influenciam a geração de energia fotovoltaica A intensidade e a disponibilidade da energia do Sol na superfície terrestre variam conforme o local e a época do ano. basta multiplicar por trinta o valor diário obtido.20 .No que diz respeito ao dimensionamento do numero de módulos. que é função do movimento de rotação da Terra em torno do seu eixo. 1.22) ao que diz respeito aos desvios da luz solar: Algumas das variações são previsíveis: a variação diurna. de acordo com os critérios empregados pelo projetista. ou seja. pois com as mudanças climáticas que vem ocorrendo atualmente. De acordo com Villalva (2012. O que se torna mais atraente financeiramente é a instalação de mini e microusinas. Código do Formulário MTCC . p. [. o Brasil apresenta taxas de irradiação entre 4500 e 6000 Wh/m2. 1. O Brasil é conhecido mundialmente por ser um produtor de energia renovável provinda em sua maioria de fontes renováveis. o vapor de água e a poeira em suspensão na atmosfera que dispersam a luz. as demais regiões não ficam muito atrás e também possuem consideráveis taxas de irradiação solar. Por exemplo.. Um dos motivos que ainda acarretam a não evolução dos sistemas fotovoltaicos no Brasil. a irradiação solar não é elevada.2 kWh/m2. Atualmente a participação da energia fotovoltaica na matriz energética brasileira é praticamente desprezível. Entretanto. A maior parte do território alemão não possui mais do que 3500 Wh/m2 diários de irradiação solar. As causas primárias desse fenômeno são”: • As moléculas de ar. À titulo de comparação. é o seu elevado custo. Para comparação. disponível apenas em uma pequena parte ao sul do seu território. em nível de criação de usinas. 38-39) nos pontua que: “ A radiação solar recebida na superfície da Terra esta submetida a variações causadas pela atenuação atmosférica. onde o custo da energia elétrica é muito elevado devido a incidência dos impostos e dos custos de transmissão e distribuição no preço final da energia elétrica pago pelo consumidor. que hoje é o País que tem a maior produção de energia solar fotovoltaica do mundo.de um dia. 35): A melhor taxa de irradiação solar da Alemanha é cerca de 3500 Wh/m2(watt hora por metro quadrado) por dia. Lopez (2012. Apesar do enorme potencial de utilização. o vapor de água e o dióxido de carbono da atmosfera que absorvem a luz. que são as instaladas nas residências apenas para o auto consumo. assim como a inclinação do eixo da Terra também afeta a quantidade de energia solar acessível [.Energia fotovoltaica no Brasil A quantidade de energia produzida por um sistema fotovoltaico depende da taxa de irradiação solar do local onde é instalada.]. grande parte da nossa população ainda desconhece essa tecnologia.. na Alemanha. entretanto ainda possui taxas de irradiação melhores do que aquelas encontradas em países que empregam largamente a energia solar fotovoltaica..] A distância da Terra ao Sol. a tendência é que isso não perdure por muito tempo.. quanto mais diversificada for a matriz energética do País. maior vai ser o seu crescimento e por conta disso mais auto suficiente energeticamente este vai ser. A Região Sul é a menos privilegiada. intensidade de 25 kWh/m2. principalmente na zona urbana. uma lâmpada incandescente de 100 W possui uma intensidade de 12 kWh/m2 e um forno elétrico de 500 W. As Regiões Nordeste e Centro-Oeste são as que possuem o maior potencial de aproveitamento da energia solar.22 . Isso não é muito quando comparado com a intensidade de outras fontes conhecidas de energia. • O ozônio. com capacidade de 20 GigaWatts instalada. p.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . é em torno de 0. Petter Ahm.No que diz respeito aos empecilhos do pouco uso da energia fotovoltaica no Brasil. tanto como geração distribuída quanto central. outras fontes de energia. quando a demanda é maior. quando se levam em conta as dificuldades para construir usinas hidrelétricas. Villalva (2012. • A eficiência dos sistemas FV independe da escala – sistemas pequenos são tão eficientes quanto os grandes. como as hidrelétricas.Vantagens da utilização da energia fotovoltaica Quando instalado em uma região urbana e ligado diretamente a uma rede elétrica de baixa tensão o sistema fotovoltaico produz eletricidade a um custo muito competitivo e pode ser empregado para reduzir a conta de eletricidade do consumidor. ajudando a poupar água nos reservatórios das hidrelétricas nos períodos de seca. p. aponta que: A presença de um enorme potencial hidrelétrico ainda não explorado no Pais também é um fator negativo para a inserção da energia fotovoltaica em nossa matriz energética. A existência desse potencial torna menos atraente o investimento em outras fontes de energia. 36). tornam-se mais vantajosas. • Sistema FV são facilmente adaptáveis à rede elétrica. • Um sistema FV é constituído por módulos solares individuais e seu tamanho pode ser expandido para a casa dos MW ou GW – como blocos de construção. nucleares e termelétricas. 1. relacionadas aos licenciamentos ambientais e ao enfrentamento da opinião publica acerca dos impactos causados pela construção de barragens. produzindo eletricidade perto do local de consumo e permitindo aliviar as linhas de transmissão e os sistemas de distribuição. com poucos custos de operação e vida útil longa. No lugar de grandes investimentos concentrados necessários para a construção de usinas convencionais de eletricidade. (2009. Além disso. p. Os sistemas fotovoltaicos tornam-se ainda mais vantajosos se considerarmos os impostos sobre o preço da energia elétrica de uma concessionária. A instalação em massa de pequenos sistemas de geração distribuída contribui para o aumento da disponibilidade de eletricidade no País. Entretanto. Código do Formulário MTCC . a geração distribuída descentraliza a produção de energia. os sistemas de geração distribuída reduzem a necessidade de construir usinas baseadas em fontes não renováveis. a geração distribuída de eletricidade com sistemas fotovoltaicos tem a possibilidade de distribuir investimentos e recursos. • Existem boas possibilidades de integração dos sistemas FV ao ambiente urbano e a edifícios. • A energia é gerada durante o dia. 264-265): • Sistemas FV não provocam nenhum impacto ambiental durante a operação. Além de proporcionar bem-estar e qualidade de vida com a introdução de fontes limpas de energia. • Tais sistemas constituem uma forma robusta e confiável da produção de energia. incluindo a fotovoltaica. mas módulos solares podem ser adicionados até se criar um sistema teoricamente sem limite de tamanho.23 .008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . apontam que: Pelo fato de uma blindagem parcial ser possível somente nos cabos elétricos. e é uma medida que deve ser tomada Código do Formulário MTCC . p. condutores de descida e o aterramento. p. SPDA é um “Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas. (2010. Para essa função os DPS classe II composto por varistores mostraram-se mais eficientes. Segundo a Norma 5419. Nas placas fotovoltaicas há uma grande concentração de energia. que trata de Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas.Medidas de proteção contra surtos em instalações fotovoltaicas Um dos problemas encontrados em instalações fotovoltaicas é um sistema confiante de proteção contra surtos.24 . Uma medida preventiva que esta sendo tomada é a instalação de um SPDA. II ou III. que é um sistema de proteção contra descargas atmosféricas. • No entanto. A instalação de um DPS varia de residência para residência.25 . O sistema interno é formado por dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da descarga atmosférica protegendo assim os componentes. Com isso podem ser da classe I. deve-se priorizar a prevenção contra um acoplamento direto da descarga atmosférica sobre a instalação”. O sistema externo consiste em captores.Uma outra vantagem de um sistema fotovoltaico é que não precisa ser realizada manutenções periódicas. 106-108). também chamado de pára-raios.Desvantagens da utilização da energia fotovoltaica • O preço de um sistema FV ainda é relativamente alto e a tecnologia ainda não é competitiva com as alternativas que atualmente suprem os sistemas elétricos. Ehrler e Zahlmann. É composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção”. 106-108): “Na elaboração do conceito de proteção contra descargas atmosféricas e surtos para instalações fotovoltaicas. As descargas atmosféricas podem gerar graves consequências para toda a instalação (placas e inversores). a instalação fotovoltaica pode ser protegido contra os efeitos da descarga atmosférica apenas através de dispositivos de proteção contra surtos (DPS).008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . É necessário tomar medidas preventivas já durante a instalação do sistema na residência. a expectativa é de que os preços caiam continuamente no futuro até alcançar a competitividade em cerca de 10 anos. Os DPSs são classificados de acordo com os ensaios a que são submetidos. (2010. fica mais difícil proteger as placas contra os efeitos de uma descarga atmosférica. 1. 1. Com isso. Ehrler e Zahlmann. p. pois a instalação vai encarecer mais o sistema. respeitando uma distancia de segurança. pois dependem da área ocupada pela instalação. é necessário equilibrar sua viabilidade técnica e econômica. (2010. Na saída do inversor onde a corrente é alternada deve se ter instalado um DPS para corrente alternada. para plena eficiência da proteção. o que podem ser o centelhador a gas ou o varistor. Devem ser instalados DPSs específicos no sistema fotovoltaico.] Com SPDA externo. O dimensionamento da proteção contra surtos no circuito do gerador fotovoltaico exige. deve-se instalar um DPS específico para corrente continua... deixando a corrente elétrica passar e descarregar para o aterramento da instalação. Antes do inversor. mas ao mesmo tempo é uma garantia da durabilidade dos componentes utilizados e também para as residências em geral. Os DPS instalados no quadro geral de distribuição complementam estas medidas. onde a energia está em corrente continua.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Ehrler e Zahlmann. um conhecimento técnico detalhado dos parâmetros em circuitos fotovoltaicos. Código do Formulário MTCC . Acima de um determinado valor do aumento de tensão. Ao instalar sistemas de proteção contra surtos em instalações fotovoltaicas. Nos DPSs há dois componentes internos. Estes dispositivos apresentam uma resistência elétrica muito elevada em condições normais.110) [. os DPS devem ser instalados nos lados CA e CC do inversor da instalação fotovoltaica. tanto do fabricante do DPS como do projetista/instalador. os dispositivos mudam do estado de alta resistência para o estado de baixa resistência. que é o que ocorre quando acontece uma descarga atmosférica.ainda na fase de dimensionamento dos componentes. na nossa região. em média por ano. As placas podem ter potencias que ficam entre 20W/h à 250W/h. O insumo principal. Em todo o território brasileiro há poucos sistemas fotovoltaicos instalados. pois matéria prima para a fabricação dos módulos fotovoltaicos. que é também a garantia oferecida pelos fabricantes dos componentes para os sistemas fotovoltaicos. chegamos a conclusão que a energia fotovoltaica é viável para a nossa região. sem que o custo do sistema seja muito alto.Conclusão Desenvolvido o referido projeto com o tema “Energia Solar Fotovoltaica”. por mesmo que seja pouco utilizado na nossa região. Com isso. Com as 7 placas Código do Formulário MTCC . esta fonte de energia já faz parte significativa de sua matriz energética. foi usado placas com potencia de 235 W/h. percebemos que este.40. No extremo oeste de Santa Catarina temos uma disponibilidade solar média mensal de 22 dias. ele gastará na faixa de R$ 120. com a insolação média de 6 kWh/m2. O que se percebe é que faltam investimentos por parte do governo brasileiro no setor fotovoltaico. Para suprir a demanda da residência exemplificada acima. Como já descrito anteriormente. Estas placas geram. também somos privilegiados. em média por ano. As placas solares não precisam ter a luz do Sol para gerar eletricidade. Com estes dados concluímos que luz solar temos o suficiente para termos um sistema fotovoltaico instalado em nossas residências aqui no extremo oeste catarinense. o que ao ano dá R$ 1440. pois tendo como base o custo do kW/h R$ 0. A irradiância que é outro fator fundamental para a eficácia de um sistema fotovoltaico. fica em torno de 5. ele terá uma garantia do sistema de aproximadamente 25 anos. que é o Sol. Sistema que se for dimensionado e instalado corretamente será muito eficiente. este produtor de energia fotovoltaica terá um retorno do investimento em cerca de 7 anos. fica em torno de 6 kWh/m2.00. pois em países nos quais a radiação solar é menor que no Brasil. Por meio da nossa pesquisa realizada. O que falta é uma melhor divulgação das vantagens e possibilidades desta fonte ser implantada em nossas residências. O investimento fica em torno de R$ 10 000.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . visto que a energia fotovoltaica é um mercado promissor para um futuro próximo. foi necessário instalar 7 placas da marca Yingli. Na nossa região a insolação por metro quadrado. tomando como exemplo uma residência que consome aproximadamente 300 kW ao mês de energia elétrica da concessionária e que o proprietário deseje instalar um sistema fotovoltaico. cerca de 200 Watts por hora.00. é indispensável ter conhecimento e realizar estudos sobre esta nova fonte de energia utilizada através da luz solar.57 à 5. Segundo a fabricante de equipamentos Neosolar. que é o silício. Abordamos um pouco sobre o Brasil para poder esclarecer que a energia fotovoltaica não é pouco divulgada apenas na nossa região. é necessário que o local onde serão instaladas as placas tenha uma boa irradiancia solar e uma boa insolação solar.00 por mês.62 kW/h/m2 . para um sistema fotovoltaico ser eficiente. tem em abundância. No exemplo citado acima. capaz de suprir a demanda de energia de qualquer residência da nossa região. O sistema autônomo é utilizado em lugares remotos. Podemos ter aqui no extremo oeste de Santa Catarina um sistema fotovoltaico instalado no telhado de nossas residências conectado com a rede da concessionária. é lançada na rede da concessionária. Devido a isso. seguimos o seguinte cronograma: Descrição das Etapas Data Ago Escolha do tema Set Out x x Nov x Pesquisa bibliográfica Descrição do TCC x x Revisão final x x Conclusão x x Código do Formulário Dez MTCC . Os sistemas fotovoltaicos podem ser ligados diretamente a rede ou um sistema autônomo. ao Norte. o que não e o caso do extremo oeste catarinense. eles devem estar voltados com sua face voltada para o Norte geográfico. aqui no extremo oeste. Um fator que num futuro próximo impulsionará o uso dos sistemas fotovoltaicos no extremo oeste catarinense é que o poder de aquisição da população em geral vem crescendo em ritmo acelerado. A inclinação dos módulos deve ser de aproximadamente 36 graus de latitude. estabelecendo assim o sistema de compensação de energia. denominado Grid Tie.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Portanto. Esta energia gerada que é excedente. As residências estão ficando cada vez mais repletas de equipamentos eletrônicos e com isso cresce também a demanda por energia elétrica. contribuindo assim com o meio ambiente e reduzindo os gastos com energia elétrica. que é com armazenamento em baterias. compartilhando a energia no modo de compensação. com o desenvolvimento desta pesquisa concluímos que energia solar temos em abundancia e o suficiente para nos tornarmos produtores desta nova fonte de energia e sermos produtores da nossa própria eletricidade. podemos afirmar que para uma instalação correta dos painéis fotovoltaicos.instadas no sistema. Como a geração de energia das placas durante a noite é menor. Para a realização deste trabalho. abordamos mais a fundo o sistema conectado a rede. Baseando-se em dados descritos no decorrer deste trabalho. a residência utilizará a energia da concessionária. durante o dia há uma sobra de energia produzida. SP: editora Érica. Peter Zahlmann. Os planetas. ANO 38. MAIO 2009 ATLAS Solarímétrico do Brasil.br/search?q=dura%C3%A7ao+dos+dias&source=lnms&sa=X&ei=dduHUtv4N Código do Formulário MTCC . de 2013. Crece aprovechamiento de luz solar en México. Energia solar fotovoltaica: sistemas conectados a rede (Grid Tie). Wolfgang. 2012. Maurici Amantino. Jehns. ANO XXXVII.inpe.008 Revisão do Formulário 2 Data da Revisão do Formulário 29/07/2011 . Disponível em: <http://www. MONTEIRO. de 2013. 106-113. Ricardo Aldabó. Medidas de proteção contra surtos em instalações fotovoltaicas. Disponível em: <ttps://www. No 430. Disponível em: <http://geonova. p.com/2011/11/10/crece-aprovechamiento-de-luzsolar-en-mexico/> acesso em 16 de nov.html>. 2013 Estação de Caicó. GAZZOLI.fazendatamandua. 2012.html>.pdf>. Energia solar para produção de eletricidade. Acesso em 16 de nov. 264-265. p. VILLALVA. Editora: Hemus. UNITRON.google. Jan. Eletricidade Moderna.Acesso em 16 de Nov. (El Financiero. No 430.br/conteudos/Universo/sistemasolar2. SP: editora Artliber. 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