E-book Energia Solar Conceitos Projetos e Aplicações

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CONCEITOS, PROJETOS E APLICAÇÕES
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO - O SOL E SUAS CARACTERÍSTICAS PÁGINA 4
 
2 - O APROVEITAMENTO DO SOL COMO GERAÇÃO DE ENERGIA PÁGINA 9
 
3 - COMO SE DIVIDEM OS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS? PÁGINA 16
 
4 - BREVE HISTÓRICO PÁGINA 20
5 - OS DEZ PAÍSES QUE MAIS PRODUZEM ENERGIA SOLAR PÁGINA 22
6 - O SISTEMA FOTOVOLTAICO NO BRASIL PÁGINA 27
7 - COMPONENTES PÁGINA 30
8 - OPORTUNIDADES DE MERCADO PÁGINA 35
9 - ELETRICIDADE BÁSICA PÁGINA 36
10 - DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS ON GRID PÁGINA 46
11 - LEGISLAÇÃO, SOLICITAÇÃO DE ACESSO E HOMOLOGAÇÃO
 DE SISTEMAS CONECTADOS À REDE PÁGINA 60
12 - DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS OFF GRID PÁGINA 76
13 - SISTEMAS HÍBRIDOS PV-DIESEL PÁGINA 87
 
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1 - INTRODUÇÃO
 O Sol e suas características
O sol é basicamente uma enorme esfera de gás incandescente, em cujo núcleo acontece 
a geração de energia através de reações termonucleares. Em função dos gradientes 
de temperatura e da presença de várias linhas de emissão e absorção encontrados na 
atmosfera solar, o espectro de emissão Sol pode ser considerado apenas semelhante 
ao de um corpo negro de aproximadamente 5.800K (5800 Kelvin de temperatura, o 
equivalente a 5526,85o C). No Sol a energia é liberada a partir de reações termonucleares, 
onde quatro prótons são fundidos em um núcleo de hélio, com a liberação de energia. 
Segundo dados da NASA, estima-se que o Sol tenha reserva de hidrogênio, extremamente 
necessária para alimentar essas reações nucleares, por mais 5 bilhões de anos.
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Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado 
de um ângulo de 23,45°, indicando as estações do ano no 
hemisfério Sul.
GEOMETRIA SOL-TERRA
A terra, em seu movimento anual em torno do Sol descreve uma trajetória elíptica com uma 
pequena excentricidade. O seu eixo, em relação ao plano normal à elipse, apresenta uma 
inclinação de aproximadamente 23,45°. Essa inclinação, juntamente com seu movimento 
de translação, dá origem às estações do ano. Observando-se o movimento aparente do 
Sol, ao meio dia solar, ao longo do ano, verifica-se que o ângulo entre os seus raios e o 
plano do Equador varia entre +23,45° em torno do dia 21 de junho (solstício de inverno 
no hemisfério Sul), e -23,45° em 21 de dezembro (solstício de verão no hemisfério Sul). 
Este ângulo denominado Declinação Solar, é positivo ao Norte e negativo ao Sul. Nos dias 
21 de setembro (equinócio de primavera) e 21 de março (equinócio de outono) os raios 
solares se alinham com plano do Equador.
SOLSTÍCIO DE 
INVERNO
INVERNO
SOLSTÍCIO DE 
VERÃO
VERÃO
EQUINÓCIO DE
OUTONO
OUTONO
EQUINÓCIO DE
PRIMAVERA
PRIMAVERA
Trópico de Capricórnio
Trópico de Câncer
Equador
23,45
21/06
21/09
21/03
Translação
21/12
o
8
8
N
S
6
Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição 
espectral e angular) são afetadas por interações com a atmosfera, devidas aos efeitos 
de absorção e espalhamento. Estas modificações são dependentes da espessura da 
camada atmosférica, também identificada por um coeficiente denominado Massa de 
Ar (AM, do inglês Air Mass), portanto, do ângulo zenital do sol, da distância Terra-Sol 
e das condições atmosféricas e meteorológicas. 
RADIAÇÃO SOLAR
 O termo “radiação solar” é usado de forma genérica e pode ser referenciado em termos 
de fluxo de potência, quando é especificamente denominado de irradiância solar, ou em 
termos de energia por unidade de área, denominado então, de irradiação solar. Existem 
diversas unidades para se representar valores de radiação solar, especificamente, 
adotaremos W/m².
Radiação 
Extraterrestre
At
m
os
fe
ra
Absorção
Radiação direta
Albedo
Espalhamento
Radiação difusa
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DISTRIBUIÇÃO DA IRRADIAÇÃO SOLAR MÉDIA DIÁRIA NO MUNDO
A figura a seguir mostra a distribuição espacial da irradiância solar média anual (W/m²) 
que incide sobre a superfície da terra. Esses dados foram estimados a partir de imagens 
de satélites meteorológicos obtidos no período de 1990 a 2004. Para obter, a partir 
destes dados, a irradiação solar na base temporal diária média anual em kWh/m2/dia, 
deve-se multiplicar por 24h.
Esse mapa é particularmente útil para os 
profissionais envolvidos no desenvolvimento 
e aplicação de tecnologias para converter 
energia solar em eletricidade. 
Os projetos de sistemas fotovoltaicos 
normalmente exigem uma irradiação de no 
mínimo 3 a 4 kWh/m2/dia (125 a 166W/m² no 
mapa), valores estes disponíveis para quase 
todas as áreas entre os trópicos.
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Veja um comparativo entre a 
irradiação da Alemanha, que 
até os dias de hoje é o país que 
mais investiu em geração de 
energia fotovoltaica no mundo, 
e a irradiação do Brasil, país 
privilegiado com uma excelente 
irradiação. De acordo com os 
dois mapas solares ao lado, nota-
se que a melhor irradiação na 
Alemanha é aproximadamente 
1150 kWh/m²/ano enquanto 
no Brasil a pior irradiação é 
de aproximadamente 1715 
kWh/m²/ano. Ou seja, o pior 
dia de irradiação no Brasil é 
33% superior ao melhor dia de 
irradiação solar da Alemanha.
E note: na região do norte 
do Estado da Bahia, no Brasil, 
pode-se chegar até 2300 kWh/
m²/ano. 
Radiação 
Comparativo
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2 - O APROVEITAMENTO DO SOL COMO GERAÇÃO DE ENERGIA
A energia gerada pelo Sol é inesgotável na escala terrestre de tempo, e o aproveitamento 
disto tanto como fonte de calor quanto de luz, é hoje uma das alternativas energéticas 
mais promissoras para prover a energia necessária ao desenvolvimento humano. O Sol é 
responsável pela origem de praticamente todas as outras fontes de energia na terra. Ou seja, 
as fontes de energia são, em última instância, derivadas, em sua maioria, da energia do Sol.
É a partir da energia do Sol que se dá a evaporação, responsável pela origem do ciclo das águas, 
que possibilita o represamento e a consequente geração de eletricidade (hidroeletricidade). 
A radiação solar também induz a circulação atmosférica em larga escala, causando os ventos. 
Pode-se inferir então que a energia eólica é uma forma indireta de manifestação da energia 
solar, já que os ventos se formam a partir da conversão da radiação solar em energia cinética, em 
função de um balanço diferenciado nas diferentes latitudes entre a radiação solar incidente e 
a radiação terrestre emitida. Petróleo, carvão e gás natural foram gerados a partir de resíduos 
de plantas e animais que originalmente obtiveram do recurso solar a energia necessária ao 
seu desenvolvimento. É também através da energia do Sol que a matéria orgânica, como a 
cana-de-açúcar, realiza a fotossíntese e se desenvolve para, posteriormente, ser transformada 
em combustível nas usinas. Entretanto, neste material será estudado apenas o que se pode 
chamar de energia solar direta.
O Relatório Especial sobre Fontes Renováveis de Energia e Mitigação da Mudança Climática, 
publicado pelo IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), reuniu a energia solar direta 
em cinco grandes blocos:
• Solar passiva: onde está inserida a arquitetura bioclimática;
• Solar ativa: onde estão inseridos o aquecimento e a refrigeração solares;
• Solar fotovoltaica: para produção de energia elétrica com e sem concentradores, 
sendo o sem concentradores o objetivo principal deste curso;
• A geração de energia elétrica a partir de concentradores solares térmicos para 
altas temperaturas e;
• Um processo inspirado na fotossíntese através do qual um reator alimentado por 
dióxido do carbono (CO2), água e metal ou óxido metálico, exposto à radiação solar, 
produz-se hidrogênio, oxigênio e monóxido de carbono. Neste caso, o hidrogênio 
seria o combustível solar a alimentar células a combustível.
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SOLAR PASSIVA
Princípio: aproveitamento da energia solar, incidência dos raios solares, para aquecimento 
de edifícios ou prédios, atravésde concepções e estratégias construtivas.
Vantagens: o baixo custo de algumas soluções, um bom planejamento e execução pode 
reduzir em até 40% o consumo de energia. 
Aplicações: soluções de eficiência energética e de energia solar passiva podem ser 
aplicadas a qualquer edifício habitacional, de escritórios ou industrial, tendo em conta 
as questões de projeto e estudo de forma a maximizar este tipo de aproveitamento 
energético.
Um bom exemplo de aplicação são as paredes trombe.
 Parede trombe:
Parede trombe (não ventiladas) não necessitam de manutenção e funcionam como 
radiadores gratuitos. Possuem a capacidade de acumular calor dos raios solares nos dias 
de inverno mais frios e de céu limpo e durante a noite transmitir esse calor acumulado 
para o interior dos espaços.
A construção é simples, sendo possível transformar uma parede comum em uma parede 
trombe. No momento da construção, é crucial observar a posição da parede, pois esta 
deve estar voltada para a direção que recebe sol durante o inverno. A orientação correta, 
portanto, varia de acordo com o hemisfério: no hemisfério Sul a parede deve estar voltada 
para o Norte e vice-versa. Para fazer uma parede de trombe são necessários basicamente 
uma parede acumuladora e vidros, a constituição simples é um dos principais fatores 
responsáveis por tornar o sistema barato e viável. 
Os vidros devem ser posicionados à frente da parede, deixando um espaço entre ambos 
para que se forme uma caixa de ar. A função do vidro é permitir a entrada da radiação solar 
e impedir a saída do ar da caixa de ar, para isso é necessário que os vidros sejam vedados, o 
que geralmente é feito com silicone. É possível utilizar plástico de estufa no lugar do vidro.
SOLAR CHIMNEY
VERÃO INVERNO
TROMBE WALL
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A parede acumuladora é a peça fundamental do sistema, por isso sua dimensão e sua 
composição devem ser cuidadosamente calculadas para determinar a inércia térmica 
ideal. Os materiais constituintes são de fácil acesso como tijolo, betão, pedra ou adobe, 
sendo a escolha do material feita a partir das características térmicas dos mesmos. A 
parede deve ser pintada de preto, visando a uma maior absorção da radiação solar a qual 
será exposta, e devem ser feitas aberturas para termo circulação nas partes inferior e 
superior da parede, possibilitando correntes de convecção com o ar da caixa de ar, porém, 
é importante que estas aberturas sejam operáveis para controlar essas correntes.
A parede trombe utiliza os três processos de transferência de calor no seu funcionamento: 
radiação, condução e convecção. Inicialmente a radiação solar (ondas curtas) atravessa 
o vidro e aquece o muro, cuja radiação emitida de volta (ondas longas) não consegue 
atravessar o vidro novamente, gerando um “efeito estufa” que aquece o ar contido entre 
ambos. Esse processo faz com que a parede absorva calor e, consequentemente, ceda-o, 
aos poucos, para o interior da divisão adjacente por condução, aquecendo paulatinamente 
o ambiente. 
As aberturas nas partes de cima e de baixo do muro são responsáveis por permitir o fluxo 
de ar da caixa de ar para dentro do ambiente que se deseja climatizar e vice-versa, gerando 
correntes de convecção. Esse é o mecanismo mais sofisticado da parede trombe, pois dá 
versatilidade ao sistema, tornando-o capaz de aquecer ou arrefecer ambientes.
SOLAR ATIVA
O Brasil está entre os 10 países que mais utilizam energia solar no mundo. Seu clima 
e localização são privilegiados o que garante, em média, uma fração solar de 70% 
(total de dias no ano com insolação suficiente para utilizar o aquecimento solar sem 
complementação de outra fonte de energia). Segundo dados do Dasol (Departamento 
Nacional de Aquecimento Solar) da Abrava (Associação Brasileira de Refrigeração, Ar 
Condicionado, Ventilação e Aquecimento), 66% dos sistemas de aquecimento solar 
instalados no país são utilizados em residências (casas); 17% em piscinas; 9% no setor de 
serviços; 6% em prédios residenciais e 2% na indústria.
A comprovação da economia tanto no custo de construção (oriunda da necessidade de 
uma rede de eletricidade interna com menor capacidade) como na redução do gasto com 
energia elétrica, fez com que a CDHU (Companhia de Habitação e Urbanismo do Estado 
de São Paulo) incluísse a tecnologia como padrão nos projetos habitacionais do estado 
paulista.
ENERGIA SOLAR TÉRMICA
Quando se trata de energia solar térmica a atenção se volta para a quantidade de energia 
que um determinado corpo é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação 
solar incidente no mesmo.
Conforme o Balanço de Energia Útil publicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME), 
uma parcela significativa de toda a energia gerada no Brasil é consumida na forma de calor 
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de processo e aquecimento direto. Parte desta demanda poderia ser suprida por energia 
termo solar, inclusive na forma de pré-aquecimento para processos que demandam 
temperaturas mais altas.
Fica evidente a importância que a energia solar térmica poderia ter no sistema elétrico 
brasileiro, principalmente quando sabemos que somente com aquecimento doméstico 
de água para banho, via chuveiro elétrico, são gastos anualmente bilhões de kWh de 
energia elétrica que poderiam ser supridos com aquecedores solares, com vantagens 
socioeconômicas e ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia 
costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema 
elétrico.
O grande argumento para a difusão e o desenvolvimento da tecnologia solar térmica é o 
fato de o aquecimento solar, para aquecimento de água, proporcionar medidas eficazes 
de conservação de energia, com atenuação e deslocamento do horário de ponta (entre 
17h e 21h) das concessionárias de energia.
A energia solar térmica, além de ser uma “geração distribuída” - e por isso não provocar 
demanda por “upgrade” de linhas de transmissão - não requer investimentos 
governamentais, aumenta a “renda média” da população assalariada das classes 
mais baixas (na medida em que reduz a conta de energia elétrica) e reduz a demanda 
por investimentos em novas usinas geradoras de eletricidade. Se a comparação a 
ser considerada é a termoelétrica, o aquecedor solar ainda pode ser considerado 
uma alternativa para a redução de emissões de gases ácidos ou poluentes e, 
consequentemente, contribuir para redução do efeito estufa.
Modelo de um aquecedor solar
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O gráfico abaixo, mostra a evolução do mercado Brasileiro de 
Aquecimento Solar ao longo dos anos:
SOLAR FOTOVOLTAICA
Conforme dados do relatório “Um Banho de Sol para o Brasil” do Instituto Vitae Civilis, 
o Brasil, por sua localização e extensão territorial, recebe energia solar da ordem de 
1013 MWh (Mega Watt hora) anuais, o que corresponde a cerca de 50 mil vezes o seu 
consumo anual de eletricidade. Apesar disso, possui poucos equipamentos de conversão 
de energia solar em outros tipos de energia, que poderiam estar operando e contribuindo 
para diminuir a pressão para construção de barragens para hidrelétricas, queima de 
combustíveis fósseis, desmatamentos para produção de lenha e construção de usinas 
atômicas.
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA COM CONCENTRADORES
A Energia heliotérmica  ou  energia solar térmica concentrada  ou internacionalmente 
conhecido como  CSP  (Concentrating Solar Power) é uma tecnologia de geração de 
energia elétrica renovável que transforma irradiação solar direta em energia térmica 
e subsequentemente em energia elétrica. Através da concentração dos raios solares 
diretos, temperaturas acima de 1000°C podem ser atingidos.
Fonte: Dasol
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Uma usina solar térmica concentrada consiste em duas partes: o coletor térmico e o 
ciclo de potência. Espelhos de configurações variadas servem para concentrar os raios 
solares; no foco dos espelhos circula um fluido de trabalho que é aquecido com o calor 
da concentração. No ciclo de potência acontece a expansão desse fluido de trabalho em 
uma turbina, ou, alternativamenteo vapor pode ser utilizado diretamente em processos 
industriais. Para garantir um funcionamento mais flexível e confiável da usina heliotérmica, 
de dia e de noite, é possível incluir um armazenamento térmico ou uma co-combustão de 
combustíveis reservas no ciclo de potência. Dessa forma, a usina heliotérmica é capaz de 
gerar energia despachável.
 Em 2012, uma capacidade total de 1.7 GW foi instalada no mundo, gerando 3.19 TWh de 
eletricidade. No mesmo momento, 2.7 GW se encontraram em construção e 8.2 GW em 
fase de planejamento.
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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA SEM CONCENTRADORES
A radiação solar pode ser diretamente convertida em energia elétrica, por meio de 
efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os 
semicondutores. Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico.
O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença 
da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia). Entre os materiais mais adequados 
para a conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados 
de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício.
Um sistema fotovoltaico não precisa do brilho do Sol para operar. Ele também gera 
eletricidade em dias nublados, entretanto, a quantidade de energia gerada depende da 
densidade das nuvens. Devido à reflexão da luz do Sol, dias com poucas nuvens podem 
resultar em mais produção de energia do que dias completamente claros.
Atualmente, o Ministério de Minas e Energia desenvolve vários projetos para o 
aproveitamento da energia solar no Brasil, particularmente por meio de sistemas 
fotovoltaicos de geração de eletricidade, visando ao atendimento de comunidades rurais 
e/ou isoladas da rede de energia elétrica e ao desenvolvimento regional.
Esses projetos atuam basicamente com quatro tipos de sistemas: i) bombeamento de 
água, para abastecimento doméstico, irrigação e piscicultura; ii) iluminação pública; iii) 
sistemas de uso coletivo, tais como eletrificação de escolas, postos de saúde e centros 
comunitários; e iv) atendimento domiciliar. Entre outros, estão as estações de telefonia e 
monitoramento remoto, a eletrificação de cercas, a produção de gelo e a dessalinização 
de água.
Na tecnologia de conversão fotovoltaica existem impactos ambientais importantes em 
duas fases: na fase da produção dos módulos, que é uma tecnologia intensiva em energia; 
e no fim da vida útil, após 30 anos de geração, no momento do descomissionamento da 
planta, quando parte é reciclada e o restante disposto em algum aterro sanitário.
A seguir segue uma ilustração demonstrando um sistema fotovoltaico on-grid, ou seja, 
conectado à rede, que será melhor explorado mais adiante. Este é um dos principais 
assuntos abordados nesse material. 
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Sistemas Fotovoltaicos Isolados (SFI) – Off-Grid (desconectado da rede)
Os sistemas isolados ou autônomos para geração de energia solar fotovoltaica são 
caracterizados por não serem conectados à rede elétrica. O sistema abastece diretamente 
os aparelhos que utilizarão a energia e são geralmente construídos com um propósito 
local e específico. Esta solução é bastante utilizada em locais remotos já que muitas vezes 
é o modo mais econômico e prático de se obter energia elétrica nestes lugares. Exemplos 
de uso são sistemas de bombeamento de água, eletrificação de cercas, geladeiras para 
armazenar vacinas, postes de luz, estações replicadoras de sinal, etc.
3 - COMO SE DIVIDEM OS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS?
Fonte: LIMA, Mauricio de Sousa - 2016
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SFI autônomos sem armazenamento elétrico
Nos Sistemas Fotovoltaicos Isolados, que não possuem nenhum tipo de armazenamento, 
a energia gerada é consumida imediatamente quando necessário, porém, sua utilização 
fica limitada ao período do dia e a carga fica sujeita ao desempenho do sistema ao longo do 
dia. A carga necessita de estabilidade de tensão e corrente e por consequência potência 
fornecida.
 
SFI autônomos com armazenamento elétrico
Nos Sistemas Fotovoltaicos Isolados que possuem armazenamento da energia gerada, 
a energia gerada pelo sistema é armazenada em uma bateria, ou em grupo de baterias 
dependendo da necessidade da carga. Nesse caso, o sistema além de manter a carga ao 
longo do dia, carrega as baterias para serem utilizadas no período da noite pela carga.
 
Fonte: http://ocaenergia.com
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SFI Híbridos
O Sistema Fotovoltaico Isolado é considerado híbrido quando são utilizados dois ou mais 
sistemas diferentes para geração de energia para uma mesma carga. Pode-se citar como 
exemplo, Sistema Fotovoltaico + Aerogerador (Eólico) ou Sistema Fotovoltaico + Gerador 
movido a combustível fóssil (Moto gerador), onde cada um contribui com parte da energia 
gerada para a carga ao longo de sua utilização.
 
 
Sistema Fotovoltaico conectado à rede – On Grid (ou Grid Tie)
Os sistemas fotovoltaicos de conexão à rede são caracterizados por estarem integrados 
à rede elétrica que abastece a população. Diferentemente dos sistemas isolados, que 
atendem a um propósito específico e local, estes sistemas são capazes de abastecer a rede 
elétrica com energia que pode ser utilizada por qualquer consumidor da rede.
Isso garante que toda a energia gerada seja utilizada, ou localmente ou em outro ponto 
da rede. Sistemas de conexão à rede podem ser utilizados tanto para abastecer uma 
residência, ou então simplesmente produzir e injetar a energia na rede elétrica, assim 
como acontece em uma usina hidroelétrica ou térmica.
Para casas e empresas estes sistemas também são chamados de sistemas fotovoltaicos 
de autoconsumo. Se o proprietário do sistema produzir mais energia do que consome, a 
energia produzida fará com que o medidor “gire para trás”. Quando produzir menos do que 
consome, o medidor deverá “girar mais devagar”. Vale observar que o medidor deve ser 
apropriado para contabilizar o fluxo de energia nos dois sentidos (medidor bidirecional).
 
1 – Módulos Fotovoltaicos
2 – Inversor Interativo Fotovoltaico
3 – Quadro de Luz e Força
4 – Eletrodomésticos
5 – Medidor residencial bidirecional
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SFV Híbridos
O Sistema Fotovoltaico Híbrido tramita entre o Sistema Fotovoltaico Isolado e o 
Sistema Fotovoltaico conectado à rede, onde, a associação dos dois sistemas permite 
um “aproveitamento” maior do Sistema Fotovoltaico para a unidade consumidora, ou 
seja, durante o dia o sistema gera a energia que será utilizada na unidade consumidora 
de acordo com sua necessidade, e o restante gerado será direcionado para as baterias. 
Uma vez que as baterias estiverem carregadas, a energia gerada passa a ser injetada 
na rede para compensação na conta de energia elétrica da unidade consumidora, as 
baterias carregadas serão utilizadas a noite pela unidade consumidora sem depender da 
concessionária enquanto a bateria conseguir fornecer a potência necessária pela unidade 
consumidora. 
Fonte: http:// degeriberica.com
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4 - BREVE HISTÓRICO
O efeito fotovoltaico, primeiramente descoberto por Edmond Becquerel, em 1839, 
implica no aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma célula 
eletroquímica causada pela absorção de luz. Em 1876 foi concebido o primeiro aparato 
fotovoltaico advindo dos estudos da física do estado sólido e, apenas em 1956, iniciou-se 
a produção industrial, seguindo o crescimento da área de eletrônica.
Inicialmente, o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se na busca, por empresas do 
setor de telecomunicações, de fontes de energia para sistemas instalados em localidades 
remotas. O segundo agente impulsionador foi a chamada “corrida espacial”. A célula 
fotovoltaica era, e continua sendo, o meio mais adequado (menor custo, peso e segurança) 
para fornecer a quantidade de energia necessária para longos períodos de alimentação de 
equipamentos eletrônicos no espaço.
A crise do petróleo de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicações terrestres para 
a energia solar fotovoltaica. Porém, para retornar economicamente viávelessa conversão 
de energia, seria necessário, naquele momento, reduzir em até 100 vezes o custo de 
produção das células fotovoltaicas em relação ao custo daquelas usadas em aplicações 
espaciais. Adicionalmente, o perfil das empresas envolvidas no setor também foi 
modificado. Nos Estados Unidos, algumas empresas de petróleo resolveram diversificar 
seus investimentos, incluindo a produção de energia a partir da radiação solar em suas 
áreas de negócios.
Em 1978, a produção da indústria fotovoltaica no mundo já ultrapassa a marca de 1 MWp/
ano. Os Estados Unidos foram líderes mundiais na produção dessa tecnologia durante a 
maior parte da década de 90. No final dessa década, impulsionados pelo compromisso de 
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redução de CO2, conforme previsto pelo Protocolo de Kyoto, as políticas de governo na 
Alemanha e no Japão, resultaram em aumentos substanciais no desenvolvimento desse 
mercado.
Em 1998, a produção mundial de células fotovoltaicas atingiu a marca de 150 MWp, sendo 
o silício quase absoluto dentre os materiais utilizados. O grande salto no desenvolvimento 
do mercado fotovoltaico resultou do rápido aumento da produção chinesa, observado 
desde 2006. EM 2009 a China já ocupava a liderança na fabricação de módulos.
Em 2012, a produção mundial de células fotovoltaicas atinge cerca de 36,2 GWp o que 
equivale a mais de duas vezes e meia a potência da usina hidroelétrica de Itaipu, a maior 
central de produção de energia elétrica do Brasil. Em onze anos, o crescimento anual 
médio da indústria de células fotovoltaicas foi de 54,2%.
NO GRÁFICO A SEGUIR, PODEMOS VISUALIZAR A 
EVOLUÇÃO DESSE CRESCIMENTO DO MERCADO 
MUNDIAL DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS:
1. ALEMANHA
Como eles pretendem obter mais:
O governo da Alemanha já estabeleceu a  ambiciosa meta de 66 GW de energia solar capacidade 
fotovoltaica até 2030.  O plano da Alemanha é também obter 25 por cento do seu total de eletricidade 
a partir de energia solar até 2050.
2. ITÁLIA
 
Seu total acumulado atualmente assenta-se em cerca de 12.500 MW de produção de energia solar 
fotovoltaica, anualmente, em segundo lugar no mundo.
Como eles pretendem obter mais:
A partir de 2011, uma forte redução de incentivos teve como consequência o abrandamento do 
crescimento dos sistemas fotovoltaicos na Itália. 
Porém o governo italiano lançou um programa de incentivo chamado “Conto Energia“ que foi 
definitivamente concluído em maio de 2014, foi publicado um decreto que regulamenta a reformulação 
dos incentivos oferecidos pelo programa. 
Uma das ações desse decreto é estender o período de incentivo na reformulação do valor unitário 
do incentivo de 20 a 24 anos e continuar com incentivos pagos por 20 anos, mas reduzidos por uma 
porcentagem, dependendo do tamanho da planta.
5 - OS DEZ PAÍSES QUE MAIS PRODUZEM 
 ENERGIA SOLAR NO MUNDO
3. JAPÃO
 
Os japoneses são conhecidos por seu interesse em tecnologia, e eles não são diferentes quando se 
trata de tecnologia limpa. O Japão instalou 1.100 MW de capacidade em 2011 e agora tem um total 
acumulado de 4.700 MW por ano.
Como eles pretendem obter mais:
O governo japonês definiu algumas metas ambiciosas: 28 GW de capacidade fotovoltaica até 2020 
e 53 GW até 2030. A tarifa feed-in foi promulgada em 2009 para ajudar essas metas e a maioria das 
novas casas no Japão são agora construídos com energia solar instalada.
4. ESTADOS UNIDOS
Os Estados Unidos é o lar de uma das maiores instalações de energia solar no mundo, a em San Luis 
Obispo, na Califórnia (EUA), encontra-se a planta de produção de energia elétrica Topaz.
A fazenda começou a ser construída em 2012 e a previsão para que entrasse em pleno funcionamento 
era em 2015, mas a conclusão ocorreu antes do esperado e a usina solar já está em atividade.
O projeto pertence à MidAmerican Solar e a construção, operação e manutenção foram feitas pela 
First Solar. Além de ser a maior fazenda deste tipo de energia, ela também é a maior a estar ligada a 
linhas de transmissão.
O projeto pertence à MidAmerican Solar e tem capacidade para produzir 550 megawatts de energia 
limpa.
Atualmente os EUA estão com produção de energia solar fotovoltaica em cerca de 4.200 MW por ano, 
no entanto, o país produz mais do que o dobro da capacidade quando todos os tipos de tecnologia solar 
são contabilizados.
Como eles pretendem obter mais:
Estados Unidos até 2025, pretende produzir 10 por cento do total de eletricidade do País com energia 
fotovoltaica. Incentivos financeiros para projetos de energia solar nos EUA são fornecidos pelo governo 
nacional, governos estaduais e locais, e alguns serviços públicos locais. Historicamente, incentivos 
nacionais foram fornecidos principalmente através de os EUA código fiscal, na forma de um crédito 
fiscal de investimento de 30% (ITC) (que aplica-se a clientes residenciais, comerciais e instalações 
de escala de utilidade pública) e depreciação acelerada de impostos de 5 anos (que se aplica a todos; 
comercial e instalações de escala de utilidade e de terceiros de propriedade residencial, governo ou 
instalações sem fins lucrativos).
5. ESPANHA
 
A nação rica em sol tem 4.200 MW de produção anual.
A Espanha foi duramente atingida pela crise econômica de 2008, e  subsídios para a energia solar 
foram drasticamente cortados. No entanto, o fato de que eles continuam a aumentar sua capacidade 
de energia solar por ano é animadora.
Como eles pretendem obter mais:
O plano de energias renováveis (PER) 2011-2020 que é o que rege o desenvolvimento na Espanha 
nesse setor, tem como objetivo alcançar 7.250 MW de produção anual. 
6. CHINA
 
A China viu a sua capacidade PV cumulativa crescer de 2.000 MW em 2011, para um total de 2.900 
MW em 2014, no mesmo ano o país produzia aproximadamente a metade dos produtos fotovoltaicos 
que se fabricam no mundo (China e Taiwan juntos somam mais de 60 % de cota).
Como eles pretendem obter mais:
Com cerca de 400 empresas na produção de módulos fotovoltaicos na China e superando inclusive a 
demanda mundial, a produção começou a ser instalada no próprio país asiático, com um crescimento 
espetacular, superando inclusive as previsões iniciais. Devido a tão rápido crescimento, as autoridades 
chinesas viram-se obrigadas a reavaliar em várias ocasiões o seu objetivo de potência fotovoltaica. 
A potência total instalada na China pode crescer até os 70 GWp em 2017, de acordo com os últimos 
planos da comissão reguladora do país. Para 2020, a China espera contar com uma potência fotovoltaica 
de 100 GW.
7. FRANÇA
A França obteve 1.500 MW de capacidade recém-conectada em 2011, mas o país tem uma capacidade 
instalada acumulada de apenas 2.500 MW. Então, 2011 foi um grande ano, apesar de grande parte da 
infraestrutura ter sido concluída em 2010.
Como eles pretendem obter mais:
O governo tem planejado uma reavaliação de tarifas para impulsionar o setor de edifícios integrados 
ao sistema FV. Tarifas feed-in são garantidos por um período de 20 anos e anualmente ajustados para 
compensar a inflação.
8. REPÚBLICA CHECA
Depois de dois anos agitados a produção solar da República Checa saltou para quase 2.000 MW por 
ano.
A Republica Checa teve forte crescimento entre 2009/2010, crescimento esse que caiu muito nos 
anos subsequentes. De 2012 a 2014 o crescimento foi de apenas 5% devido à queda na economia do 
país, o governo resolveu segurar os investimentos do setor no momento.
9. BÉLGICA
 
O mercado Flamengo na produção de energia solar fotovoltaica cresceu novamente em 2011 por 550 
MW, melhorando a sua produção total anual de 1.500 MW.
Como eles pretendem obter mais:
A empresa Katoen Natie tem anunciado planos para construir a maior instituição solar na Europa, o 
que deve aumentar a energia solar em Antuérpia e região em 25%.
10. AUSTRÁLIA
 
A massa de terra quente, árida e pouco povoada central que compõe grande parte da Austrália é ideal 
para produção de energia solar, e a indústria está crescendo rapidamente lá. No ano passado, 700 MW 
de produção anual de PVsfoi adicionada à grade, mais da metade do total acumulado no país de 1.200 
MW.
Como eles pretendem obter mais:
Tarifas feed-in, metas obrigatórias de energia renovável e outros incentivos foram promulgadas para 
ajudar o país a alcançar suas metas de energia solar. Um programa chamado “Cidades Solares” também 
foi lançado, que promove a energia solar e outras fontes renováveis de energia em áreas urbanas em 
todo o país.
Fonte: Relatório EPIA - 2014
27
6 - O SISTEMA FOTOVOLTAICO NO BRASIL
Luz para todos e demais aplicações remotas
O Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios (PRODEEM), 
criado em 1994, promoveu a aquisição de sistemas fotovoltaicos por meio de licitações 
internacionais. Foi instalado o equivalente a 5 MWp em aproximadamente 7.000 
comunidades em todo Brasil. O PRODEEM foi incorporado ao Programa Luz para 
Todos com 24 propostas para Inserção da Energia Solar Fotovoltaica na Matriz Elétrica 
Brasileira e o intuito de atender localidades remotas, para as quais a extensão da rede 
de distribuição traz custos proibitivos. De acordo com o Relatório da Administração 
da Eletrobras de 2009, ao todo foram instalados 2.046 sistemas fotovoltaicos desde 
2004.
O programa menciona também algumas experiências específicas de comunidades 
isoladas. Também foram intensificados os estudos, visando ao atendimento de 
localidades distantes das redes de distribuição, que priorizam o uso de fontes renováveis 
de energia. Neste sentido, foram desenvolvidos estudos com vistas ao atendimento 
por meio de sistemas fotovoltaicos individuais na região amazônica, baseados nas 
experiências advindas do Projeto Piloto de Xapuri, projeto implantado pela Eletroacre, 
com participação da Eletrobras, que beneficiou 103 famílias com estes sistemas, no 
âmbito do Programa. Nesse contexto, também foi desenvolvido, em cooperação com 
a Celpa, o Projeto Piloto de Araras, visando à implantação de sistemas de geração 
descentralizada com energia renovável e distribuição por mini redes nas ilhas de Araras, 
no município de Curralinho (PA). Este piloto, com recursos aprovados no fim de 2009, 
utilizou tecnologia fotovoltaica e eólica para fornecer energia elétrica às comunidades 
das ilhas, beneficiando 76 famílias. Nessa época as aplicações fotovoltaicas no Brasil 
estão mais difundidas no entorno rural e destinadas à universalização do serviço 
elétrico e ao bombeamento de água.
28
 
Instalação fotovoltaica em sistema isolado na região amazônica. 
Fonte: Programa Luz para Todos, Eletrobras.
Os primeiros sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica foram instalados no 
Brasil no final dos anos 90 em concessionárias de energia elétrica, universidades e 
centros de pesquisa. A Chesf (Companhia Hidroelétrica do São Francisco) foi pioneira 
nesta área ao instalar um sistema de 11 KWp em 1995, em sua sede em Recife, PE. 
Outros sistemas pioneiros foram instalados na USP (São Paulo, SP), na UFSC 
(Florianópolis, SC), na UFRGS (Porto Alegre, RS) e no Cepel (Rio de Janeiro, RJ).
Primeiro gerador solar fotovoltaico integrado a uma edificação urbana no Brasil UFSC 9 (kWp) – 1997.
Gerador solar fotovoltaico integrado ao IEE / USP (12 kWp)
Operando continuamente desde 2001
29
No que se refere à instalação de Usinas Fotovoltaicas (UFV) no 
Brasil, a primeira planta, um empreendimento da iniciativa privada 
com potência de 1 MWp, foi inaugurada em 2011 no município de 
Tauá, CE.
Em 2012, foi aprovado a regulamentação para sistemas fotovoltaicos conectados 
à rede de distribuição, associados a unidades consumidoras, definida pela ANEEL, 
a partir da publicação da Resolução Normativa nº 482/2012, que trata da micro e 
mini geração distribuída, correspondendo, respectivamente, a potencias iguais ou 
inferiores a 100 KWp, e superiores a 100KWp até 1 MWp. A regulamentação prevê 
o sistema de compensação de energia elétrica, de acordo com o qual é feito um 
balanço entre a energia consumida e a gerada na unidade consumidora (modelo net 
metering).
Em novembro de 2013 ocorreu o primeiro Leilão de Energia (Grupo A-3) cujos 
empreendimentos de geração fotovoltaicos – com potência igual ou superior a 
5MW – foram habilitados pelo EPE. O Leilão foi destinado à compra de energia de 
novos empreendimentos de geração eólica, solar e termelétrica a biomassa ou a gás 
natural em ciclo combinado, para início de suprimento a partir de janeiro de 2016, 
com custo marginal de referência de R$ 126,00/MWh só foram atrativos para os 
projetos eólicos.
Em agosto de 2015, houve mais um Leilão de Energia de Reserva, o qual, contratou 
um total de 30 empreendimentos de geração de energia solar fotovoltaica, somando 
capacidade de 1.043 megawatts-pico (MWp). O preço médio do leilão ficou em R$ 
301,79/MWh, refletindo deságio de 13,5% em relação ao preço inicial.
A previsão era de que fossem investidos cerca de R$ 4,3 bilhões na construção dos 
empreendimentos, que estão situados nos Estados da Bahia, Piauí, Paraíba, Minas 
Gerais e Tocantins.
Em março de 2016, entra em vigor a resolução 687/2016 alternado a resolução 
482/2012 com mais novidades para sistemas fotovoltaicos conectados à rede de 
distribuição, dentre elas a possibilidade de geração compartilhada: caracterizada 
pela reunião de consumidores, dentro da mesma área de concessão ou permissão, 
por meio de consórcio ou cooperativa, composta por pessoa física ou jurídica, que 
possua unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída em 
local diferente das unidades consumidoras nas quais a energia excedente será 
compensada, dentre outras providências.
30
PAINÉIS SOLARES 
Painéis solares fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter energia da luz do 
Sol em energia elétrica. Os painéis solares fotovoltaicos são compostos por células solares, 
assim designadas já que captam, em geral, a luz do Sol. Estas células são, por vezes, e com 
maior propriedade, chamadas de  células fotovoltaicas, ou seja, criam uma diferença de 
potencial elétrico (tensão elétrica) por ação da luz (seja do Sol ou da sua casa). As células 
solares contam com o efeito fotovoltaico para absorver a energia do sol e fazem a corrente 
elétrica fluir entre duas camadas (Positivo – P e negativa – N) com cargas opostas.
É através desses painéis que todo o processo começa, podemos dizer que os painéis 
são peças fundamentais no processo do sistema fotovoltaico, sem eles não temos como 
transformar energia da luz do sol diretamente para energia elétrica.
Uma das características principais dos módulos fotovoltaicos é a eficiência do painel 
fotovoltaico (placa fotovoltaica), estamos falando na porcentagem de energia do sol que 
atinge a superfície do painel e é transformada em energia elétrica para o nosso consumo. 
Ou seja:
Quanto maior for a eficiência 
do painel fotovoltaico, mais 
Watts por metro quadrado o 
sistema vai gerar.
Quanto maior for a 
eficiência do painel 
fotovoltaico, menor é 
o painel para a mesma 
produção de energia.
7 - COMPONENTES
31
Existe no mercado, painéis de células fotovoltaicas, como o de silício Cristalino, que 
podem ser encontrados na versão policristalino e monocristalino. O policristalino 
possui eficiência em torno de 13,5% e o monocristalino em torno de 16% e é ainda a 
maior parte da produção mundial e o mais fácil de ser adquirido no mercado nacional. 
Já existe no mercado células fotovoltaicas de silício cristalino com eficiências em 
torno de 25%, porém o custo é mais elevado do que os de eficiências menores (13 a 
16%), por exemplo. 
Outra opção são Células e módulos fotovoltaicos de filmes finos que correspondem 
a cerca de 12% da produção mundial, bastante finas, nas quais camadas de poucos 
micrômetros (µm) de diferentes materiais semicondutores são depositadas 
sucessivamente, por técnicas de produção em larga escala sobre superfícies rígidas 
ou flexíveis. Dentre os materiais mais usados temos o silício amorfo hidrogenado, 
o disseleneto de cobre e índio ou disseleneto de cobre, índio e gálio e otelureto de 
cádmio.
CONTROLADORES DE CARGAS
Os controladores de carga ou carregadores ficam entre os painéis e as baterias e 
são utilizados para controlar a voltagem de entrada nelas, evitando sobrecargas ou 
descargas excessivas, otimizando e prolongando a sua vida útil. Os painéis solares 
produzem mais ou menos energia de acordo com a quantidade de luz solar e as 
baterias não suportam esta variação. Para resolver este problema e também para 
aperfeiçoar o carregamento das baterias, utiliza-se os controladores de carga.
CONTROLADORES PWM E MPPT
Os controladores PWM (Pulse Width Modulation) são os mais utilizados, pois apesar 
da menor eficiência se justificam pelo custo. Já os controladores MPPT (Maximum 
Power Point Tracking), possuem maior eficiência e são cerca de duas vezes mais 
caros.
BATERIAS ESTACIONÁRIAS
As baterias são o pulmão de um sistema fotovoltaico isolado e servem para garantir 
o fornecimento de energia quando não houver sol (noite e dias nublados). São as 
baterias que determinam a autonomia de um sistema isolado. Um sistema de alarme, 
por exemplo, não pode deixar de funcionar devido a alguns dias sem sol e por isso as 
baterias poderiam ser dimensionadas para 7 dias de autonomia, por segurança. Já 
uma aplicação mais simples ou menos essencial, poderia ser dimensionada para 3 
dias sem sol. Sistemas conectados à rede não necessitam de baterias já que a falta de 
sol é compensada pela energia da rede.
As baterias adequadas para sistemas de energia renovável são as baterias 
estacionárias ou de ciclo profundo. Estas baterias suportam grandes descargas que 
uma bateria comum não suportaria e é por isso baterias de carro devem ser evitadas.
32
Baterias automotivas: DEVEM SER EVITADAS. 
Estas baterias foram projetadas para fornecer grandes 
correntes por curtos períodos de tempo, como durante 
as partidas, por exemplo. No entanto, não suportam 
descargas profundas e por isso sua vida útil fica 
extremamente reduzida se utilizada em sistemas solares.
Baterias Estacionárias comuns: Estas baterias 
utilizam placas mais grossas que as convencionais, o 
que permite a elas passar por descargas profundas. 
São as mais econômicas e uma boa opção para sistemas 
pequenos. Também são usadas em veículos recreacionais, 
como carrinhos de golfe. Vida útil: 4 a 5 anos
 
Baterias OPzS: São muito utilizadas para sistemas de 
energia alternativa e tem preços razoáveis para a sua 
vida útil. Estas baterias são ventiladas, ou seja, liberam 
gás e devem ter reposição de água de tempos em tempos. 
Os gases são explosivos e, portanto, deve permanecer 
em locais apropriados. Vida útil: > 10 anos
 
Baterias de Gel: São baterias seladas de gel, que 
não liberam gás e que, portanto, podem ficar em locais 
fechados. Também são adequadas para embarcações, 
pois o gel não se movimenta dentro da bateria. Vida útil: 
> 10 anos
 
Baterias AGM: Nestas baterias uma capa de vidro é 
utilizada para conter o eletrólito. São baterias seladas, 
que não liberam gás, e com excelente desempenho. São 
mais caras, mas geralmente pagam o investimento. Vida 
útil: >10 anos
 
Bateria  íons-lítio:  é um tipo de  bateria 
recarregável  muito utilizadas em equipamentos 
eletrônicos portáteis. Armazenam o dobro de energia que 
uma bateria de hidreto metálico de níquel  (ou NiMH) e 
três vezes mais que uma  bateria de níquel cádmio  (ou 
NiCd). Outra diferença da bateria de íons de lítio é a 
ausência do  efeito memória  (não vicia), ou seja, não é 
preciso carregar a bateria até o total da capacidade e 
descarregar até o total mínimo, ao contrário da bateria 
de NiCd.
Baterias são o primeiro item de desgaste em um sistema fotovoltaico e, portanto, a 
sua escolha deve levar em conta a dificuldade/custo de manutenção e troca. Sistemas 
de energia renovável são feitos para durar 25 anos ou mais e economizar em baterias 
pode não ser a melhor opção no longo prazo.
33
INVERSORES AUTÔNOMOS
Um  inversor  ou  ondulador, é um dispositivo elétrico ou eletromecânico capaz de 
converter um sinal elétrico CC (corrente contínua) em um sinal elétrico CA (corrente 
alternada).
 
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E SECCIONAMENTO
A caixa de junção ou do inglês Junction Box, é onde se encontram os dispositivos de 
proteção como os fusíveis contra curto e sobrecarga, o DPS (dispositivo de proteção 
contra surto), ou seja, descargas atmosféricas e seccionamentos através de uma 
chave seccionadora para CC ou CC/CA nas mesma caixa.
INVERSORES INTERATIVOS
Caso sua instalação seja conectada à rede, você precisará de um Inversor Grid-tie. 
Estes inversores, além de produzir uma onda senoidal pura, precisam sincronizar a 
frequência com a rede elétrica. Geralmente possuem um mecanismo chamado “anti-
ilhamento”, que garante que o sistema não energize a rede quando esta for desligada, 
evitando eletrocutar pessoas durante procedimentos de manutenção.
 
34
CABOS 
Para a aplicação nos sistemas fotovoltaicos no que diz respeito a corrente contínua 
(CC), os cabos indicados e que atendem as normas para essa aplicação são os cabos que 
possuem isolação resistente a raios UV, as mudanças de temperatura, flexível e com 
isolação de 1KV. Qualquer outro cabo que não respeite essas características poderá 
comprometer o sistema fotovoltaico.
 
SUPORTES PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
No mercado existem suportes já direcionados para atender as diversas necessidades de 
mercado, tais como, telhados com telhas cerâmicas, telhas de fibrocimento, telhas de 
concreto, telhas de fibra vegetal, telhas galvanizadas entre outras.
Os suportes para sistemas fotovoltaicos, além de auxiliar na fixação dos módulos ao 
telhado, proporcionam uma altura adequada entre o telhado e os módulos a fim de 
garantir uma boa troca de calor (bolsa de ar) para os módulos e a proteção da água 
que escorre no telhado em caso de chuva, diretamente na parte de baixo dos módulos 
fotovoltaicos.
Caso a instalação dos módulos sejam projetadas em lajes ou até mesmo no solo, aí entra 
a aplicação de suportes dedicados para essa aplicação, onde, o que muda são os apoios 
e a ancoragem dos suportes.
 
35
8 - OPORTUNIDADES DE MERCADO
A energia fotovoltaica é uma importante opção tecnológica na transição para um 
fornecimento de energia com aumento da participação de fontes renováveis em nível 
global. De acordo com o relatório REN 21, somente 19% da eletricidade produzida mundial 
em 2010 provém de fontes renováveis, dos quais 16% se devem à hidroeletricidade e 
pouco mais de 3% às “novas renováveis”, entre as quais a geração eólica, a biomassa e 
solar. Estas fontes são as que apresentam maior ritmo de crescimento nos últimos anos, 
algo típico de tecnologias ainda marginais em estágios iniciais de inserção. 
O recurso solar é abundante e melhor distribuído geograficamente que o petróleo, que 
é controlado por um grupo pequeno de países produtores. A queda de preços esperada 
nos próximos anos é de tal ordem que muitos especialistas, como o prêmio Nobel Paul 
Krugman, acreditam que esta forma de produzir energia será competitiva em relação às 
tradicionais formas de produção, tais como as que utilizam carvão ou gás natural. 
Paul Krugman, em artigo intitulado “Here comes the Sun” publicado no New York Times 
em 6 de novembro de 2011, faz uma analogia (tirada de um artigo do Scientific American) 
entre a famosa “Lei de Moore”40 e a evolução de preços da indústria fotovoltaica. O 
autor argumenta que estamos próximos de uma transformação energética impulsionada 
pela queda vertiginosa de preços da energia solar. Por fim, Krugman conclui de forma 
semelhante ao que exibe o gráfico abaixo, que: “se a tendência de queda de preços 
continuar e parece que de fato está se acelerando, em poucos anos atingiremos o ponto 
em que a eletricidade gerada pelos módulos solares se torna mais econômica que a 
eletricidade gerada pela queima de carvão”. 
É importante não confundir o amadurecimento rápido de uma tecnologia com sua 
participação no mercado. A transição de tecnologia de produçãode eletricidade, hoje 
marginal, em principal, acontecerá em espaço de algumas décadas, não anos.
EXISTEM MILHÕES DE CONSUMIDORES NO BRASIL E UM MERCADO ENORME A 
SER EXPLORADO NOS PRÓXIMOS ANOS, COM A POSSIBILIDADE DE UM SIMPLES 
CONSUMIDOR PODER PRODUZIR A PRÓPRIA ENERGIA EM SUA RESIDÊNCIA, É 
UMA QUESTÃO DE TEMPO PARA QUE ESSE MERCADO DECOLE DE VEZ.
É NECESSÁRIO QUE ESTEJAMOS PREPARADOS PARA ATENDER ESSA ENORME 
DEMANDA, PARA ISSO, PESQUISAS, CURSOS, PALESTRAS, CONTATOS SÃO DE 
EXTREMA IMPORTÂNCIA NESSE MOMENTO.
36
Um profissional do setor de energia solar fotovoltaica terá em suas mãos poderosas 
ferramentas para projetar sistemas fotovoltaicos e fazer as melhores escolhas de 
equipamentos e outros aspectos técnicos de forma segura e eficaz. Para isso, um 
prérequisito básico de um bom projetista é, sem dúvida, entender e dominar o cálculo 
básico de circuitos elétricos. 
Ainda que boa parte do público que se interessa em trabalhar com energia solar tenha 
já alguma familiaridade com estas noções, como é o caso de engenheiros e técnicos, este 
mundo atrai cada vez mais profissionais de diferentes áreas de formação, justificando 
assim a necessidade de uma introdução básica sobre circuitos elétricos no nosso curso 
Projetos e Negócios Fotovoltaicos. 
Esta introdução pretende transmitir o conhecimento necessário para o aluno tratar de 
temas como energia, potência, corrente e tensão com segurança e resolver as principais 
questões que tornarão parte do seu dia a dia.
Se você já domina estes assuntos, poderá ir direto ao Capítulo 2, ou então encarar este 
capítulo como uma revisão rápida e divertida sobre esse tema, que na prática é o kit básico 
de ferramentas do projetista de sistemas fotovoltaicos. 
Objetivos deste capítulo:
Explicar as relações entre tensão, corrente, potência e energia 
Definir os dois tipos de corrente elétrica: contínua e alternada 
Entender as ligações de equipamentos e cargas em série e em paralelo 
Realizar cálculos básicos de potência e energia
9 - ELETRICIDADE BÁSICA
37
1. FONTES DE ENERGIA ELÉTRICA
A eletricidade é uma fonte secundária de energia, o que significa que ela deve ser 
“produzida” por alguma outra fonte primária. Existem diversas fontes primárias a partir 
das quais a eletricidade é produzida, além de diferentes formas de se armazenar essa 
energia, como por exemplo: 
Módulos fotovoltaicos: geram eletricidade a partir da luz através de um processo 
chamado Efeito Fotovoltaico.
Baterias: armazenam eletricidade na forma química. A energia é liberada ou absorvida 
através de reações químicas. 
Indução eletromagnética: produz eletricidade através do movimento de rotação de uma 
bobina dentro de um campo magnético. A energia necessária para essa rotação pode ser 
proveniente de geradores alimentados por combustíveis fósseis ou fontes renováveis de 
energia como a hidráulica ou eólica. 
38
2. TERMINOLOGIA
Tensão (V, unidade de medida: Volts (V))
A tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos ou a diferença em 
energia elétrica potencial por unidade de carga elétrica entre estes pontos. Para facilitar 
a compreensão sobre este conceito, pode-se fazer uma analogia entre a tensão elétrica e 
a pressão hidráulica. Quanto maior a diferença de pressão hidráulica entre dois pontos, 
maior será o fluxo, caso haja comunicação entre estes dois pontos. A diferença do nível 
de água entre os dois tanques (e, em consequência, o potencial para o fluxo) é análogo à 
tensão elétrica em um circuito elétrico.
Corrente (I, unidade de medida: Ampère (A))
A corrente elétrica pode ser definida como a taxa do fluxo de elétrons em um condutor. 
Se considerarmos novamente a analogia com o sistema hidráulico, a corrente seria a 
velocidade da água que flui de um reservatório para outro.
A corrente elétrica é medida em Ampères (A). 1 A é equivalente a 1 Coulomb por segundo. 
1 Coulomb corresponde a 6.24 x 1018 elétrons. 
39
Resistência (R, unidade de medida: Ohms (Ω))
A resistência é a oposição de um determinado material à passagem da corrente elétrica, 
um pouco como a fricção em um cano hidráulico. Quanto maior a resistência, mais difícil 
será a passagem dos elétrons pelo material condutor. A unidade de resistência é o Ohm 
(Ω).
Da mesma forma que a água descendo de uma montanha, os elétrons sempre procuram 
pelo caminho mais fácil, o de menor resistência. Se a resistência for grande demais ou se 
não houver caminho para o fluxo, a corrente simplesmente não flui.
Voltando à analogia do tanque d’água, um ponto de resistência seria a válvula que liga 
os dois tanques. A resistência ao fluxo de água entre os dois tanques dependerá de quão 
aberta ou fechada a válvula está. Quanto mais fechada a válvula, maior a resistência, e 
menos água passará pelo encanamento. 
Condutores
Condutores são materiais que, como a maioria dos metais, prontamente permite o fluxo 
de elétrons através deles. Quanto mais facilmente um material é capaz de conduzir 
elétrons (isto é, quanto menor a sua resistência), melhor condutor ele é.
Materiais isolantes como plástico, madeira ou papel, são muito resistivos à passagem 
de elétrons. É comum encontrarmos materiais condutores e isolantes juntos como por 
exemplo em um fio condutor de cobre isolado com material plástico. 
A resistência de um condutor depende de vários aspectos, dentre os quais o tipo de 
material, a secção transversal, o comprimento e a temperatura.
40
Potência (P, unidade de medida: Watts (W))
A potência elétrica é definida como a capacidade de uma fonte de tensão elétrica ou 
equipamento realizar um trabalho por unidade de tempo. Por exemplo, sabemos que 
equipamentos elétricos precisam de energia elétrica para funcionar. Ao receber energia 
elétrica, esses aparelhos transformam-na em outra forma de energia. O chuveiro, por 
exemplo, converte a energia elétrica em térmica.
Quanto maior a quantidade de energia transformada em um mesmo intervalo de tempo, 
maior é a potência do equipamento. Essa grandeza, portanto, aponta a velocidade com 
que a energia elétrica é transformada em outro tipo de energia. 
Em um circuito elétrico, a potência elétrica pode ser medida multiplicando-se a corrente 
pela tensão: P = V.I
Como a maioria dos equipamentos com os quais lidamos no dia a dia possui muitos 
watts, é muito comum a utilização da unidade kW (quilowatt), que representa 1.000 W.
1 kW = 1.000 W
LEI DE OHM
A lei de ohm trata das relações entre tensão, corrente, resistência e é dada pela seguinte 
fórmula: V = R.I
Se juntarmos à equação já definida anteriormente para a potência, temos a relação 
adicional: P = R.I2
ESTAS EQUAÇÕES FAZEM PARTE DO DIA A DIA DO PROJETISTA DE SISTEMAS 
FOTOVOLTAICOS. PORTANTO, É MUITO IMPORTANTE COMPREENDÊ-LAS E 
SABER UTILIZÁ-LAS. 
41
Energia (E, unidade de medida: Watt-hora (W.h))
Você já sabe que Watt é a unidade de potência. E como a potência é a taxa com a qual 
a energia é transferida, ela é instantânea. Portanto, para quantificarmos a energia, um 
intervalo de tempo é necessário. Geralmente, utiliza-se uma hora como intervalo de 
tempo, o que nos dá a unidade W.h ou kW.h. A unidade watt-hora representa quantidade 
de energia e é usada em contas de energia elétrica e no dimensionamento de sistemas 
fotovoltaicos.
Por exemplo:
Uma lâmpada de 10 W ligada por 3 horas consome uma 
energia de 30 W.h: 10 W x 3 h = 30 W.h
Um ventilador de 50 W funcionando por 
duas horas consome 100 W.h: 50 W x 2 h = 100 W.h
Um arranjo fotovoltaico de 1000 W gerando energia 
durante 2 horas de sol a pico entrega 2000 W.h, ou 2 kW.h
3. CÁLCULO DE POTÊNCIA E ENERGIA EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Os conceitos vistos até aqui podem ser combinados para determinarmos a potência 
e a energia que um arranjo fotovoltaico pode produzir. Observe o arranjo da figura X, 
abaixo. Se cada módulo possui 100 W, qual a potência total do arranjo?
Se temos 4 módulos x 100 W, temos 400 W no total. Portanto, a potência do arranjo 
fotovoltaico é de 400 W. Agora imagineque esse arranjo receba 5 horas de sol a pico 
durante uma segunda-feira de céu aberto e 2 horas de sol a pico numa terça-feira um 
pouco nublada (não se preocupe, explicaremos melhor o conceito de sol a pico nos 
capítulos subsequentes). Qual a quantidade de energia que este arranjo produziu 
durante estes dois dias? 400 W x 5 h = 2.000 W.h na segunda-feira e 400 W x 2 h = 800 
W.h na terça-feira. Somando-se as duas quantidades, temos 2.800 W.h ou 2,8 kW.h.
Potência total do arranjo: 400 W 
Energia produzida nos dois dias: 2,8 kW.h
42
Cálculos de potência e energia das cargas
A mesma lógica se aplica para o calculo de potência e energia de cargas elétricas: potência 
elétrica ao longo do tempo é energia elétrica.
Por exemplo, 5 lâmpadas incandescentes de 100 W cada, fornecem mais ou menos a 
mesma luminosidade de 5 lâmpadas compactas de 25 W. Qual a potência de cada conjunto 
de lâmpadas e qual a energia gasta por cada conjunto durante um funcionamento 
contínuo de 5 horas?
Medição de capacidade de baterias
A capacidade das baterias usualmente é descrita usando-se a unidade Ampère.Hora 
(A.h), que corresponde à 1 A fluindo dos terminais da bateria durante 1 hora. Devido 
ao fato de que a tensão de uma bateria é usualmente conhecida ou pode ser medida 
facilmente, o Ampère.Hora é uma medida usualmente eficaz para se comparar duas 
baterias com a mesma tensão. Como exemplo, uma bateria de 200 A.h pode fornecer 1 
A durante 200 horas, 2 A durante 100 horas ou 20 A durante 10 horas. 
No mundo real, a capacidade das baterias em Ampère.Hora é similar à relação 
quilômetros / litro em um carro. Esta relação não é fixa, mas depende de como a bateria 
é usada e de quando ela foi carregada pela última vez. Além disso, uma bateria usada 
em sistemas fotovoltaicos não pode ser completamente “esvaziada”, pois isso causaria 
danos irreparáveis a ela. Falaremos mais sobre baterias nos próximos capítulos.
4. CÁLCULO DE UM CIRCUITO ELÉTRICO E DIAGRAMA DE CIRCUITO
O exemplo de circuito elétrico simples abaixo aborda alguns dos desses conceitos:
43
Este circuito apresenta uma lâmpada incandescente de 12 V, uma bateria de 100 A.h 
como fonte e um interruptor entre eles, representados tanto no desenho como no 
diagrama elétrico. Tente responder às seguintes perguntas:
Qual corrente a lâmpada vai demandar da bateria? 
Por quanto tempo a bateria será capaz de manter a lâmpada acesa?
Para determinarmos a corrente, devemos usar a equação P=V.I:
60 W = 12 V x I 
I = 60/12 
I = 5 A
Como a bateria possui 100 A.h de capacidade, para calcular o tempo, temos:
100 A.h = 5 A x no horas 
no horas = 100/5 
no horas = 20 horas
Este exemplo é simplificado, já que, na prática, uma bateria não pode ser 100% 
descarregada e algumas cargas como geladeiras e motores trabalham em ciclos 
intermitentes usando diferentes quantidades de potência. O importante aqui é 
compreender como corrente, tensão e potência estão relacionados e estar confortável 
com estas definições, cálculos e unidades.
5. CORRENTE CONTÍNUA E CORRENTE ALTERNADA
Existem basicamente dois tipos de corrente elétrica e, na maioria dos sistemas 
fotovoltaicos, ambos estão presentes: corrente alternada (CA ou AC) e corrente 
contínua (CC ou DC).
Corrente contínua
É o fluxo de elétrons contínuo, de mesma intensidade e na mesma direção em um 
condutor. É o tipo de corrente produzido pelos módulos fotovoltaicos, armazenado 
em baterias, usado em sistemas automotivos e na maioria dos sistemas eletrônicos. 
Na Figura X abaixo, a linha vermelha representa a corrente contínua. A intensidade da 
corrente contínua é a diferença entre o ponto vermelho no eixo da tensão e o ponto 
referente a 0 V no mesmo eixo. Veja que a intensidade da corrente não varia com o 
passar do tempo.
Corrente alternada
A corrente alternada é o fluxo cíclico alternado de elétrons em duas direções opostas 
em um condutor. A corrente alternada é produzida por campos magnéticos rotativos, 
como nos geradores. Este é o tipo de corrente que as concessionárias entregam para os 
seus clientes e que você provavelmente tem disponível na sua tomada.
44
No exemplo da Figura X abaixo, a onda senoidal mostrada em azul representa 1 ciclo 
que ocorre a cada segundo, ou seja 1 Hertz (Hz). Em um fluxo de corrente alternada, o 
valor da corrente começa em zero, aumenta até o seu pico máximo, volta a cair a zero e 
continua a cair até o seu valor mínimo (que é equivalente ao valor máximo, só que agora 
negativo). Em seguida, a corrente volta a subir até atingir novamente o valor zero e o 
ciclo todo recomeça. No caso do sistema elétrico brasileiro, que funciona em 60 Hz, este 
ciclo todo ocorre 60 vezes por segundo.
Estes são os conceitos básicos que todo projetista de sistemas fotovoltaicos deverá 
saber. Com essas ferramentas, estamos prontos para mergulhar de cabeça no mundo da 
energia solar fotovoltaica, e é disso que tratam os próximos capítulos.
6. LIGAÇÕES SÉRIE E PARALELO EM CIRCUITOS DC
Módulos fotovoltaicos, baterias, cargas e outros componentes elétricos são usualmente 
combinados em ligações chamadas série e paralelo. O objetivo disso é atingir valores 
de tensão e corrente necessários para a correta operação de equipamentos como 
controladores e inversores por exemplo. 
 
Ligações em paralelo: nas ligações em paralelo, junta-se todos os terminais positivos 
num mesmo nó e todos os negativos em outro nó. O conjunto final apresenta o mesmo 
valor de tensão de cada equipamento separado, mas a corrente de cada equipamento é 
somada, resultando assim num aumento de corrente.
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Ligações em série: nas ligações em série, liga-se um terminal positivo de um equipamento 
no terminal negativo do equipamento subsequente. O conjunto final apresenta o mesmo 
valor de corrente de cada equipamento separado, mas a tensão de cada equipamento é 
somada, resultando assim num aumento de tensão.
Ligações em série: nas ligações em série, liga-se um terminal positivo de um equipamento 
no terminal negativo do equipamento subsequente. O conjunto final apresenta o mesmo 
valor de corrente de cada equipamento separado, mas a tensão de cada equipamento é 
somada, resultando assim num aumento de tensão.
46
10 - DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS ON GRID
Esta parte do curso se dedica ao dimensionamento de sistemas conectados à rede. O 
local da instalação, os parâmetros específicos e os objetivos e limitações do cliente são 
os fatores chave a serem considerados na etapa de projeto e dimensionamento dos 
sistemas. 
Resumidamente, há duas partes principais neste processo:
1. Determinar qual o tamanho do sistema (a potência do arranjo fotovoltaico em Watts 
STC).
2. Selecionar os componentes: Determinar quais módulos e inversores serão usados e 
como o arranjo será configurado (quantos módulos conectados em série e quantos em 
paralelo, ou quantas entradas MPPT o inversor interativo apresentar).
Neste capítulo, você aprenderá a:
Determinar o tamanho de um sistema conectado à rede baseando-se nas considerações 
e nas limitações do seu cliente; 
Aplicar os fatores de correção apropriados, baseando-se nos parâmetros específicos da 
instalação e nas perdas gerais de eficiência dos componentes do sistema para a realidade 
brasileira; 
Selecionar um inversor, baseando-se no tamanho do sistema; 
Determinar a correta ligação do arranjo fotovoltaico na entrada do(s) inversor(es).
47
1. Trabalhando as restrições no dimensionamento de sistemas
Quando estamos estimando o tamanho de um sistema fotovoltaico, existem várias 
restrições preliminares, tanto técnicas quanto comerciais que nos ajudarão a balizar nosso 
dimensionamento. Precisamos partir de algum ponto para podermos definir o tamanho 
ótimo de cada sistema, e as restrições de espaço, orçamento e objetivo energético são as 
mais comumente encontradas quando estamos comercializando sistemas fotovoltaicos 
conectados à rede.
Espaço disponível
Em sistemas conectados à rede, uma das três principais restrições para o dimensionamento 
do sistema é adisponibilidade de um espaço orientado para o norte, sem sombreamento e 
sem obstruções, onde serão instalados os módulos fotovoltaicos. Esta área quase sempre 
estará disponível sobre um telhado, laje ou no solo. No caso de um telhado, a inclinação 
deste deve ser verificada.
Como regra geral, 1 kWp de módulos de silício cristalino ocupa uma área de 7 a 10 
metros quadrados. Estes números consideram os espaços entre os módulos resultados 
da montagem em estruturas, mas não levam em conta espaços para acesso de pessoas e 
outros detalhes. E é claro, cada caso tem suas peculiaridades. Quanto maior a eficiência 
dos módulos, menor a área necessária para a instalação de uma mesma potência pico.
Fatos importantes a serem considerados quando da avaliação do espaço disponível:
Existe uma área disponível para a instalação dos módulos? 
Qual a área total disponível? 
Esta área faz parte de um telhado ou está no solo? 
A área está direcionada para o norte? 
Qual a inclinação da área com relação ao solo? 
Existe sombreamento ou obstrução da área em algum período do ano? 
Existe a possibilidade de serem construídas edificações no entorno, que causarão 
sombreamento?
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A ideia aqui é verificar as restrições de área disponível do local de instalação, escolher a 
melhor opção dentre as disponíveis e considerar nos cálculos de rendimento as eventuais 
perdas de eficiência relacionadas a inclinações e direcionamentos não-ótimos, como 
mostrado na ilustração abaixo:
A POSIÇÃO DAS PLACAS NO TELHADO
A posição ideal para produzir o máximo de 
energia com os painéis fotovoltaicos no Brasil é 
face Norte, com um grau de inclinação igual ao 
da latitude. Ex: Campinas está na latitude 22º do 
plano horizontal.
Na prática, você nem sempre vai ter a inclinação 
e direção perfeitas - mas não se preocupe! A 
perda na produção de energia é pequena e 
totalmente aceitável.
Na figura ao lado é possível ver que mesmo 
virado para Oeste ou Leste, o rendimento ainda 
é muito bom.
Objetivo energético
Mais comum das restrições, o objetivo energético é simplesmente a quantidade média de 
energia que o cliente deseja que o sistema que ele está adquirindo gere em determinado 
período. Muitas vezes esta quantidade é a média de gasto energético de sua residência, e 
o objetivo é “zerar” a conta de energia (no Brasil, não é possível zerar a conta de energia 
totalmente, falaremos mais sobre isso a diante). Para determinar esta quantidade, o ideal é 
pedir ao cliente uma conta de energia recente, somar o consumo dos últimos 12 meses (em 
kW.h) e fazer uma média mensal, dividindo essa soma por 12. 
Um fator muito importante a ser levado em conta nesta discussão é a possibilidade do 
cliente gerar mais do que for consumir em determinados períodos. Você deve orientar os 
seus clientes e lhes dizer que as resoluções 482 e 687 da ANEEL estabelecem o sistema 
de compensação. Portanto, no caso de um consumidor gerar mais do que consumir em 
determinado mês, este crédito poderá ser utilizado (abatido) em meses subsequentes 
na mesma unidade consumidora ou de outras unidades consumidoras dentro da mesma 
concessionária de energia, para o mesmo CPF.
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A partir de março de 2016, os clientes dentro de uma mesma concessionária podem 
também transferir percentuais de créditos de energia para serem compensados em outras 
unidades consumidoras com CPF ou CNPJ diferentes, bastando comprovar o vínculo 
entre os integrantes. Esse vinculo pode ser caracterizado pela reunião de consumidores 
por meio de consórcio ou cooperativas de pessoas físicas ou jurídicas. 
Assim, passa a ser permitida a transferência de créditos energia para terceiros, como 
vizinhos, parentes, instituições de caridade, cooperativas, empresas e outros. Apesar 
de todos estes benefícios e possibilidades, ainda não é permitido receber os créditos de 
energia excedente diretamente em dinheiro.
Os detalhes do sistema de compensação e a explicação detalhada de todas as regras e 
possibilidades fornecidas pelas resoluções 482 e 687 da ANEEL serão feitos no módulo 
Legislação, Solicitação de Acesso e Homologação de Sistemas Fotovoltaicos Conectados 
à Rede.
Orçamento
O orçamento disponível é uma restrição primária na maioria das vendas de sistemas 
on-grid. Muitas vezes o cliente determina o sistema que vai adquirir baseando-se no 
orçamento que tem disponível. 
Neste caso, é importante deixar claro para o cliente que o sistema é completamente 
modular e escalável, ou seja, poderá ser ampliado quantas vezes forem necessárias no 
futuro. Não perca um negócio só porque o cliente julgou ser muito caro o valor do sistema. 
Neste caso, sempre ofereça um projeto menor ou um Projeto Piloto, e deixe claro que o 
sistema pode ser aumentado aos poucos no futuro.
Além disso, conheça muito bem todas as Linhas de financiamento disponíveis para pessoa 
física e pessoa jurídica nos bancos e instituições financeiras e de fomento. Conheça bem 
as formas de pagamento e taxas de juros envolvidas e informe o cliente sobre todas as 
possibilidades. Uma linha de financiamento adequada pode ser a diferença entre apenas 
mais um cliente interessado e um negócio fechado.
 
É muito importante fornecer sempre um cálculo e uma expectativa de payback para o 
cliente. Assim ele vai ficar sabendo em quanto tempo o sistema se pagará e terá melhores 
condições de julgar se o investimento vale a pena.
Existem outros fatores que podem restringir o tamanho de um sistema, como a potência 
máxima permitida para determinadas regiões ou classes de consumo. Esses detalhes 
também serão discutidos no Módulo Legislação, Solicitação de Acesso e Homologação de 
Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede. 
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2. Fundamentos do dimensionamento de sistemas
 
Agora que você já determinou as principais restrições do seu projeto, já pode começar a 
pensar em determinar de maneira precisa qual o tamanho e as características do sistema 
fotovoltaico que será oferecido ao seu cliente. 
Não entraremos em detalhes para o dimensionamento baseado na área, no orçamento ou 
no limite máximo que a concessionária permite para determinada instalação, pois se trata 
apenas de calcular o tamanho do sistema que se encaixa em cada uma dessas restrições 
de forma direta e simples. 
Por exemplo, se o cliente define que tem um determinado montante de financiamento 
aprovado com seu banco e quer usar 100% desse valor para adquirir um sistema 
fotovoltaico, deve ser feito um orçamento preliminar e ajustá-lo de maneira incremental 
até se atingir o preço-alvo do cliente. 
Funciona da mesma forma quando a restrição é a área: se temos 100 metros quadrados 
disponíveis e conseguimos para uma instalação específica, por exemplo, instalar 1 kWp 
em 10 metros quadrados, um sistema de 10 kWp otimizaria a área disponível. 
O dimensionamento de sistemas on-grid, portanto, 
consiste em duas etapas principais: 
Etapa 1: Determinar o tamanho do arranjo: determinar qual a potência pico (em kWp) do 
sistema. 
Etapa 2: Seleção e configuração dos equipamentos a serem utilizados: quais os modelos 
de módulos e inversores serão usados e como eles serão configurados.
Perceba que os tamanhos dos sistemas na Etapa 1, para os casos exemplificados acima de 
restrições de orçamento e área, são facilmente calculáveis. Entretanto, em 90% dos casos, 
a restrição principal será a Meta de energia a ser atingida, abordagem que exige alguns 
cálculos adicionais, os quais detalharemos logo em seguida. Note também que a etapa 
2 é conduzida da mesma maneira para todos os tipos de restrições possíveis: uma vez 
determinado o tamanho do sistema, faz-se a seleção e configuração dos equipamentos de 
forma equivalente para todos os projetos.
Uma vez que as restrições foram identificadas, o tamanho do sistema poderá ser 
determinado usando os cálculos que vamos demonstrar logo em seguida. Existem 
planilhas, softwares e sites que tornam estes cálculos automáticos, mas é importante 
entender a matemática e a engenharia por detrás destes cálculos para termos confiançanos nossos dimensionamentos.
Com o tamanho do sistema em kWp determinado, a próxima etapa será definir exatamente 
o número e o modelo de módulos fotovoltaicos, o número e o modelo de inversores e 
como a ligação entre os componentes será realizada.
51
Horas de sol a pico (HSP)
 
A produção energética de determinado sistema fotovoltaico depende de vários fatores, 
dentre os quais:
 
o tamanho do sistema, em Wp 
a quantidade de luz solar que o arranjo recebe 
as perdas de eficiência no sistema 
as condições meteorológicas do local
Os dados de HSP (horas de sol a pico) de determinada localidade nos informam o quanto 
de luz solar o arranjo fotovoltaico deve receber, levando em conta inclusive o regime de 
chuvas da região, por exemplo. Esses dados podem ser obtidos de várias fontes e podem 
ser utilizados para calcular a produção energética do sistema. 
O website SWERA (https://maps.nrel.gov/swera/#/?aL=0&bL=groad&cE=0&lR=0&m 
C=40.21244%2C-91.625976&zL=4), do governo norte americano, é uma das fontes de 
dados de HSP mais confiáveis e é largamente utilizada pela indústria da energia solar. Ao 
acessar o website, escolha a opção Latitude Tilt Irradiance, que nos dá a irradiância no 
plano inclinado com angulação igual à latitude do local.
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Em seguida, selecione a fonte de dados TILT INPE High Resolution para localidades no 
Brasil (pois as medições desta fonte são mais precisas).
No caso da figura acima, escolhemos a cidade de Belo Horizonte, que apresenta 
um HSP diário anual médio de 5,623 no plano inclinado. Veja que temos também a 
média de HSP diário mensal para cada mês (5,987 para janeiro, 6,055 para fevereiro, 
e assim por diante). 
Com esses dados, podemos calcular a energia que será produzida em um ano pelo 
sistema fotovoltaico ou ainda, se preferirmos, podemos demonstrar a geração 
média esperada por mês.
Em seguida, encontre no mapa a localidade onde o sistema será instalado e 
clique sobre ela.
53
Custo de disponibilidade
É importante ressaltar também que jamais conseguiremos “zerar” a conta de energia 
elétrica em uma unidade consumidora com microgeração. Isto se deve a algumas taxas 
como a taxa de iluminação pública, cobrada por algumas concessionárias, ou pelo custo 
de disponibilidade da rede, que é cobrado em todo o Brasil. 
O custo de disponibilidade da rede determina que, ainda que não exista consumo em 
determinado mês (ou que a energia gerada seja igual à consumida em uma unidade com 
geração fotovoltaica), o cliente deve pagar um valor mínimo que corresponde ao custo que 
a concessionária tem de manter a rede 100% do tempo disponível para aquela unidade. A 
forma de cobrança deste custo varia para instalações em alta ou baixa tensão. 
Para clientes em baixa tensão, temos o seguintes valores:
Unidades consumidoras monofásicas: o valor em moeda corrente será o equivalente a 30 kWh 
Unidades bifásicas: 50 kWh 
Unidades trifásicas: 100 kWh
Como o valor do kW.h varia de uma concessionária para outra, de uma classe de consumo 
para outra, dentre outros fatores, o valor monetário será diferente para cada caso, mas o 
valor correspondente em energia será o apresentado acima.
Já que não conseguiremos escapar do custo de disponibilidade, não faz sentido gerarmos 
100% do consumo para clientes em baixa tensão. Desta forma, descontamos esse valor 
correspondente em kW.h e dimensionamos o sistema para gerar o consumo total menos 
o valor energético correspondente ao custo de disponibilidade.
 
3. Etapas para o dimensionamento de sistemas On-Grid 
 Determinando o tamanho do arranjo fotovoltaico
 
Vamos detalhar agora como dimensionar um sistema fotovoltaico a partir de um objetivo 
energético. O ponto de partida aqui é a quantidade de energia (em kW.h) que o sistema 
vai ter que gerar. Na grande maioria dos casos, para um sistema on-grid, o cliente deve 
solicitar o abatimento total da conta (o que já vimos não ser possível) ou uma porcentagem 
deste total. Portanto, para sabermos qual o total de energia que o sistema deve gerar, 
precisamos da conta de luz do cliente.
1. Cálculo da energia média diária a ser gerada
Com a conta de luz em mãos, a primeira coisa que devemos fazer é uma média do consumo 
do cliente nos últimos 12 meses. Isto é relativamente simples, pois toda conta de luz 
apresenta um histórico de consumo, justamente abrangendo o período dos últimos 12 
meses.
54
Portanto, temos: 
Média mensal de energia = Σ energia consumida dos últimos 12 meses (kW.h) 
 12
Desta forma, temos o valor da energia média mensal. Agora, poderemos descontar o 
custo de disponibilidade, e determinar a energia média mensal que o sistema fotovoltaico 
deverá gerar. Já que não conseguimos escapar do custo de disponibilidade, precisamos 
descontá-lo. Caso contrário, estaríamos desperdiçando energia. 
Energia mensal a ser gerada pelo SF = Média mensal de energia – Custo de 
disponibilidade (kw.h)
Agora que já sabemos quanto de energia o nosso sistema fotovoltaico deverá gerar em 
média, dividimos este valor por 30 e temos a média diária de energia. Precisamos fazer 
isso pois os dados de HSP que iremos utilizar são dados diários.
Média diária de energia = Média mensal a ser gerada pelo SF (kW.h) 
 30
2. Cálculo da Potência de saída dos inversores
Neste ponto, já conhecemos a quantidade de energia que o nosso sistema fotovoltaico 
deverá gerar diariamente, em média. Agora, precisamos do valor de HSP anual médio do 
local, que já demonstramos estar disponível no website do SWERA (https://maps. nrel.
gov/swera/ ) para calcularmos, em kW, a potência dos nossos inversores.
Potência de saída dos inversores = Média diária de energia (kW) 
 HSP do local
55
3. Cálculo da Potência do arranjo fotovoltaico
 
É de se esperar que o arranjo fotovoltaico apresente mais ou menos a mesma ordem de 
potência dos inversores, certo? A resposta é sim. Entretanto, existem diversas perdas em 
todo o sistema que devem ser consideradas se quisermos fazer um dimensionamento mais 
preciso e confiável. Essas perdas incluem as perdas de eficiência no inversor, perdas nos 
cabeamentos elétricos, perdas de geração nos módulos por efeito de temperatura, perdas 
por eventuais sombreamentos, perdas por inclinação e direcionamento nãootimizados 
dos módulos fotovoltaicos, entre outras.
Logo, para que o sistema gere a quantidade de energia definida, ele precisa estar 
dimensionado para gerar um pouco a mais, justamente para compensar todas essas 
perdas. O cálculo preciso de todas essas perdas é extremamente complexo e demandaria 
tempo, dados e tecnologias que muitas vezes não estão disponíveis. 
E no final, a diferença para o método empírico seria insignificante para sistemas pequenos. 
Por isso, usamos os valores empíricos observados no dia a dia e largamente usados e 
aceitos para a realidade brasileira. Esta prática determina que as perdas na geração de 
energia giram em torno de 18% para as condições mais comumente encontradas no Brasil. 
Desta forma, o cálculo da potência do arranjo fotovoltaico é determinado pela seguinte 
fórmula:
Potência do arranjo fotovoltaico = Potência de saída dos inversores (kWp)
 0,82
 
Após estas etapas, já conhecemos a potência nominal aproximada do inversor que iremos 
utilizar e a potência pico do arranjo fotovoltaico que vai gerar a quantidade de energia que 
precisamos. O próximo passo agora é entender como funciona a seleção dos componentes 
e a configuração geral do sistema.
4. Etapas para o dimensionamento de sistemas On-Grid 
Seleção dos componentes e configuração 
 
O próximo passo para o projeto de um sistema fotovoltaico é selecionar os componentes 
a melhor configuração para que o sistema funcione de forma correta. Os métodos para 
selecionar os equipamentos podem variar consideravelmente, e frequentemente,