CONVERSÃO DE ENERGIA 5

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CONVERSÃO DE ENERGIA 
AULA 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Samuel Polato Ribas 
 
 
 
2 
CONVERSA INICIAL 
Nesta aula, serão estudas duas fontes de energia: a energia produzida a 
partir de usinas termoelétricas e a gerada a partir de sistemas fotovoltaicos. 
As usinas termoelétricas, por já serem uma tecnologia consolidada e com 
literatura já difundida e conhecida, serão abordadas rapidamente apenas para 
que seu princípio seja estudado. 
Com maior chance de desenvolvimento e em constante evolução, a 
energia solar fotovoltaica tem ganhado destaque por ser uma energia obtida de 
uma fonte teoricamente infinita, que não gera resíduos ao meio ambiente e tem 
baixo impacto ambiental. 
CONTEXTUALIZANDO 
Primeiro, será desenvolvido o conteúdo referente a usinas termoelétricas. 
Este tipo de usina, que utiliza gás e carvão, por exemplo, como combustíveis, 
contribui com grande percentual da energia gerada no mundo. Mesmo 
considerando o elevado nível de poluentes que libera, atualmente ainda é uma 
fonte de energia fundamental e indispensável. 
A tendência global é que fontes poluidoras do ambiente, como a destas 
usinas, sejam gradualmente substituídas por fontes de usinas não poluentes, 
como a de usinas fotovoltaicas. 
Seja em sistemas isolados, sistemas de geração de energia para a rede 
da concessionária ou em usinas de grande capacidade de geração, a utilização 
da energia do sol tem um futuro muito promissor. 
Problematizando 
A tendência mundial é a desativação das usinas termoelétricas com o 
passar dos anos. Porém, mesmo a mais otimista das previsões não nos dá a 
possibilidade de não conhecer estas usinas. 
Pelo fato de a energia fotovoltaica estar em constante crescimento e 
desenvolvimento, não é admissível no cenário atual não conhecer o estado da 
arte das atuais tecnologias empregadas na concepção de células e painéis 
solares, bem como as perspectivas para o seu futuro. 
 
 
3 
Pesquise 
Qual é o cenário atual da energia termoelétrica no Brasil e no mundo? 
Seria possível utilizar um combustível para usinas termoelétricas que não 
gerasse resíduos agressivos ao meio ambiente? 
Com relação a energia solar fotovoltaica, pesquise outras formas de 
utilizá-la que não sejam para geração de energia elétrica. Uma das formas óbvias 
é para aquecimento. Como isso é feito e que sistemas já formas desenvolvidos 
com este propósito? 
TEMA 1 – ENERGIA TERMOELÉTRICA 
A energia termoelétrica é a energia proveniente de centrais termoelétricas 
que produzem eletricidade a partir da energia química ou nuclear de elementos 
utilizados como combustíveis. Os combustíveis com maior utilização são 
petróleo, gás natural, madeira, gases da decomposição de biomassa, derivados 
de xisto e carvão. 
Tendo em vista os tipos de combustíveis utilizados, podemos então 
chegar à conclusão de que as usinas que utilizam a energia da biomassa são, 
no final das contas, usinas térmicas, assim como as usinas nucleares, porém o 
combustível utilizado são elementos nucleares como o urânio e o plutônio, por 
exemplo, que são utilizados para liberar energia por meio do processo de fissão 
nuclear. 
Sendo assim, podemos classificar como usinas termoelétricas qualquer 
usina que utiliza energia térmica para o seu funcionamento. 
No Brasil, a energia proveniente de centrais termoelétricas é utilizada 
majoritariamente como complemento para a geração de energia das usinas 
hidrelétricas ou em caso de emergências. Outra situação que exige o 
acionamento destas usinas é em períodos prolongados de falta de chuva, 
resultando na redução no nível dos reservatórios de água. Como exemplo de 
usina termoelétrica no Brasil, pode-se citar a Usina Elétrica a Gás de Araucária 
(UEGA), localizada na cidade de Araucária, no Paraná. Essa usina opera com 
turbogeradores acionados por turbinas a gás e a vapor. 
Em relação a usinas termoelétricas nucleares, o Brasil possui duas 
plantas no município de Angra dos Reis, no estado do Rio de Janeiro, chamadas 
de Usinas de Angra 1 e 2. Uma terceira usina, Angra 3, está em construção. Ao 
 
 
4 
seu término, o Brasil contará com estas três usinas termoelétricas nucleares, 
porém não há perspectiva do aumento do número de usinas deste tipo. A Figura 
1 apresenta uma visão geral de uma das usinas de Angra dos Reis. 
Figura 1 – Visão geral da usina termonuclear de Angra dos Reis 
 
Os dois tipos de centrais termoelétricas mais utilizadas são as centrais a 
vapor e as com turbina a gás. 
As centrais a vapor podem trabalhar em circuito aberto ou fechado, 
também chamados de ciclo aberto e combinado. O ciclo aberto é recomendável 
para a centrais que utilizam o calor para outros processos além de geração. 
O clico combinado é preferível porque possibilita o aumento da potência 
específica da máquina, ou seja, reduz-se o volume para uma mesma potência, 
e também o aumento do rendimento da turbina. Um exemplo de turbina a vapor 
é mostrado na Figura 2. 
Figura 2 – Exemplo de turbina a vapor 
 
 
 
5 
Para a geração de energia com turbinas a vapor, o mais indicado é utilizar 
o ciclo de Rankine e usar água como fluido de transporte para a energia. O ciclo 
de Rankine juntamente com o diagrama T-s é mostrado na Figura 3. 
Figura 3 – Ciclo de Rankine (a) e diagrama T-s (b) 
 
O ciclo acontece da seguinte maneira: o líquido que se encontra no 
condensador é enviado para a caldeira pela bomba. Na caldeira, o líquido é 
aquecido, sem alteração de pressão. Na sequência, o vapor é usado sob elevada 
pressão na turbina, onde o trabalho é realizado. 
Esse ciclo é utilizado na maioria das usinas termoelétricas e nele o 
trabalho desenvolvido na turbina é equivalente à quantidade de calor cedida ao 
sistema pela caldeira, menos a rejeição do calor que ocorre no condensador e a 
energia consumida pela bomba. Matematicamente, 
21412334 WQQW  (1) 
onde W34 é o trabalho gerado na turbina, Q23 é o valor da energia térmica 
fornecida pela caldeira, Q41 é a energia térmica rejeitada pelo condensador e W12 
é o trabalho realizado pela bomba. 
A área interna do diagrama T-s da Figura 3 representa o trabalho líquido 
realizado pelo ciclo. O rendimento termodinâmico deste ciclo é influenciado pela 
temperatura em que o calor é transferido para a água na caldeira e também pela 
temperatura na qual o calor é rejeitado pelo condensador. Portanto, caso deseje-
se aumentar a eficiência do ciclo de Rankine, é aconselhável atuar sobre essas 
temperaturas. O rendimento térmico é dado por 
H
BT
H
LH
H
L
R
q
WW
q
qq
q
W 


 (2) 
onde ηR é o rendimento térmico do ciclo de Rankine, WL é o trabalho 
líquido executado, qH é o calor fornecido ao sistema, qL é o calor retirado do 
 
 
6 
sistema, WT é o trabalho realizado pela turbina e WB é o trabalho realizado pela 
bomba. 
É usual escrever o rendimento térmico em função da entalpia do líquido 
no estado em que ele se encontra. Os estados são definidos pelos números 1, 
2, 3 e 4 na Figura 3(a). 
Portanto, sabendo que 
43
12
14
23
hhW
hhW
hhq
hhq
T
B
L
H




 (3) 
o rendimento do ciclo de Rankine pode ser reescrito a partir das equações 
(2) e (3) e fica 











23
141
hh
hh
R (4) 
onde h1, h2, h3 e h4 representam a entalpia no estado indicado na Figura 
3(a). 
Na geração termoelétrica utilizando turbinas a gás, destaca-se o ciclo de 
Brayton, que é mostrado na Figura 4 juntamente com o seu diagrama T-s. 
Figura 4 – Ciclo de Brayton (a) e diagrama T-s (b) 
 
 
O ciclo de Brayton é utilizado em usinas que funcionam com turbinas a 
gás. Trata-se de um ciclo aberto, em que o ar entra no compressor onde sua 
temperatura e pressão são elevadas. Este ar é enviado para a câmera de 
combustão onde juntamente com o combustível (gás natural, por exemplo) 
reage, liberando energia térmica. Os gases resultantes da queima são enviados 
para a turbina, realizando trabalho.7 
A equação que representa o trabalho desenvolvido pela turbina é 
CLHTG WQQW  (5) 
em que QH é o calor fornecido pelo sistema, QL é o calor rejeitado pelo 
sistema, WTG é o trabalho gerado pela turbina e WC o trabalho realizado pelo 
compressor. 
O rendimento do ciclo de Brayton é simples de ser calculado. Basta fazer 
H
L
B
Q
Q
1 (6) 
onde ηB é o rendimento do ciclo. 
Outra forma de calcular o rendimento desse ciclo é por meio das 
temperaturas do ar e do gás envolvidas no ciclo. Considere que T1, T2, T3 e T4 
são as temperaturas do ar e dos gases nos trechos 1, 2, 3 e 4 da Figura 4 (a), 
então o rendimento pode ser dado por 
32
141
TT
TT
B


 (7) 
Tanto o ciclo de Brayton como o ciclo de Rankine apresentam rendimento 
baixo. Por isso, o processo mais utilizado em usinas termoelétricas é o que 
chamamos de ciclo combinado Brayton-Rankine. Este ciclo é mostrado na Figura 
5. 
Pela análise da Figura 5, percebe-se que o ciclo combinado é composto 
por um ciclo de Brayton em sequência com um ciclo de Rankine. O principal 
objetivo desta combinação é reduzir as deficiências termodinâmicas que os 
ciclos possuem individualmente. O rendimento térmico de um ciclo combinado é 
dado por 
F
TVTG
BR
Q
WW 
 (8) 
em que ηBR é o rendimento térmico do ciclo combinado, WTG é a potência 
gerada pelo ciclo de Brayton, WTV é a potência gerada pelo ciclo de Rankine e 
QF representa a energia disponibilizada pelo combustível. Todas as grandezas 
são dadas em watts ou joule por segundo. 
 
 
 
 
 
 
8 
Figura 5 – Ciclo combinado Brayton-Rankine 
 
Vale ressaltar ainda que 
pcimQ CF  (9) 
onde mC é a vazão da massa de combustível, em kg/s, e pci é o poder 
calorífico inferior do combustível, em J/kg. 
Para finalizar, o rendimento global do sistema é a relação entre a energia 
produzida nos terminais do gerador e a energia fornecida pelo combustível e 
pode ser calculado como 
F
G
G
Q
P
 (10) 
onde PG é a potência gerada pelo ciclo combinado, ou seja, a potência 
que será desenvolvida pelas turbinas. 
TEMA 2 – CÉLULAS SOLARES 
Como início do nosso estudo sobre energia fotovoltaica, vamos conhecer 
as células solares e como são construídas. 
Para isso, é necessário retornar à teoria atômica. Sabe-se que em um 
átomo em equilíbrio, o número de elétrons e o de prótons é o mesmo. Tomemos 
como exemplo o silício, que é um dos materiais mais utilizados para a fabricação 
 
 
9 
de células fotovoltaicas. Os elétrons de um átomo de silício, ou de qualquer outro 
átomo, ficam em órbitas ao redor do núcleo chamadas de bandas. A banda mais 
externa de um átomo, que pode ou não ser associada à banda de outro átomo, 
é chamada banda de valência. 
Os elétrons localizados na banda de valência do átomo podem se receber 
uma quantidade de energia suficiente para migrarem para uma banda muito mais 
distante do núcleo. Essa banda recebe o nome de banda de condução. Portanto 
existirá uma diferença de energética entre os átomos localizados na banda de 
valência e na banda de condução. Essa diferença é chamada de “gap” de 
energia. 
Pelo fato de já possuírem uma certa quantidade de energia, os átomos da 
banda de condução se desprendem do núcleo muito facilmente ao receberem 
uma pequena quantidade de energia, gerando calor e condução elétrica. 
Os gaps de energia têm seu valor expresso em eletron-volt (eV) e definido 
pelo tipo de material (isolantes ou semicondutores). 
O silício, que é um material semicondutor, possui um gap de energia de 
1,11eV e quatro elétrons na sua banda de valência. Alguns outros valores de 
gap de energia de materiais utilizados para a fabricação de células solares são 
mostrados na Tabela 1. 
Em estado puro, como encontrado na natureza, ele é um semicondutor 
intrínseco, mas, se nele for injetado uma quantidade de impurezas, em um 
processo chamado de dopagem, ele passa a ser um semicondutor extrínseco. 
Dependendo das características do dopante (impurezas), o silício pode se tornar 
um semicondutor do tipo p ou do tipo n. 
Tabela 1 – Gaps de energia de materiais fotovoltáicos 
Material Gap de Energia 
Silício (Si) 1,11 eV 
Telureto de cádmio (CdTe) 1,44 eV 
Sulfeto de cádmio (CdS) 2,42 eV 
Disseleneto de cobre e índio (CuInSe2) 1,01 eV 
Arsenieto de gálio (GaAs) 1,40 eV 
Fosfeto de gálio (GaP) 2,24 eV 
Fosfeto de índio (InP) 1,27 eV 
 
 
10 
Semicondutores do tipo p e do tipo n podem formar junções do tipo pn. O 
motivo para se dopar semicondutores como o silício e formar junções do tipo pn 
é que o aumenta-se o fluxo de elétrons. 
Portanto, se possuirmos um semicondutor com junção tipo pn e 
aplicarmos a ele uma energia que faça com que um elétron migre da banda de 
valência para a banda de condução, haverá o início de um fluxo de corrente. No 
caso da célula fotovoltaica, a energia que libera o fluxo de corrente é proveniente 
de um fóton. 
A energia de um fóton é igual a 
vhE  (11) 
em que E é a energia do foton, h é constante de Planck que vale 6,625x10-
34 Js e v é a frequência, que pode ser escrita como 

c
v  (12) 
onde c é a velocidade da luz e vale aproximadamente 3x108 m/s, e λ é o 
comprimento de onda. 
Assim, para o silício, o comprimento de onda que faz um elétron migrar 
da banda de valência para a banda de condução é igual a 
m
E
ch
 12,1
106,111,1
10310625,6
19
834








 (13) 
É válido lembrar que a energia de 1,11 eV foi multiplicada por 1,6x10-19, 
para converter de elétron-volt para joule. 
A partir do momento em que existe a circulação de corrente pela junção 
pn, haverá uma densidade de corrente, Jj. A densidade de corrente da junção é 
dada pela soma da corrente que vai da junção p para a junção n, Jo, com a 
corrente que vai da junção n para a junção p, Jr. Em uma célula fotovoltaica 
iluminada, a densidade de corrente de recombinação induzida pela luz é dada 
por 









Tk
Ve
JJ oor exp (14) 
onde eo é a carga elementar do elétron e vale 1,6x10-19 J/V e k é a 
constante de Boltzmann que vale 1,381x10-23 J/K. Assim, a densidade de 
corrente de junção será dada por 
 
 
11 


















1exp
Tk
Ve
JJ
JJJ
o
oj
orj
 (15) 
Com base na Equação 15, o circuito elétrico equivalente de uma célula 
fotovoltaica é apresentado na Figura 6. Nela, a densidade de corrente da carga, 
JL, é dada pela diferença entre a densidade de corrente da célula solar, JS, e a 
densidade de corrente da junção, Jj. 
Pela Equação 15, a densidade de corrente da carga pode ser dada por 
















 1exp
Tk
Ve
JJJ ooSL (16) 
Figura 6 – Circuito equivalente da célula fotovoltaica 
 
A tensão de circuito aberto, VOC, ocorre quando a densidade de corrente 
da carga é zero. Em outras palavras, é a tensão que a célula gera quando está 
sem carga. Esta tensão é dada por 










 1ln
o
S
O
OC
J
J
e
Tk
V (17) 
onde T é o valor da temperatura, em Kelvin. 
Um valor típico para VOC é 0,6V. 
Quando conecta-se uma carga, como no circuito da Figura 6, haverá uma 
densidade de potência que será transmitida à carga. Essa densidade é dada pela 
densidade de corrente da carga, JL, multiplicada pela tensão aplicada na carga, 
V, em volts, e multiplicada pela área da célula fotovoltaica, A, em m2, ou seja 
AVJW L  (18) 
em que W é densidade de potência dada em W/m2. 
TEMA 3 – GERADOR FOTOVOLTAICO 
O objetivo aqui é apresentar quanta energia será gerada por um painel 
fotovoltaico. Como mencionado por Hodge (2011), o site da Photowatt 
International traz uma série de especificações técnicas a respeito das células 
 
 
12 
fotovoltaicas Photowatt. Fica a cargo do estudante pesquisar neste site 
informações sobre painéis solares que complementem o conteúdo aqui 
apresentado. 
Primeiro, vamos entender as partes que compõem um sistema gerador 
fotovoltaico. Um arranjo é formado por umadeterminada quantidade de painéis 
fotovoltaicos chamados de módulos, e os módulos são formados por células 
fotovoltaicas, como as que estudamos anteriormente. A Figura 7 traz uma 
compreensão gráfica desta formação. 
Figura 7 – Célula, módulo e arranjo fotovoltaicos. 
 
Em uma célula fotovoltaica é sempre importante analisar a relação entre 
tensão e corrente. O funcionamento normal de uma célula é que, à medida que 
a corrente fornecida por ela aumenta, a sua tensão diminui, para uma mesma 
intensidade luminosa que incide sobre a célula. Este comportamento é ilustrado 
pelo gráfico da Figura 8. 
Figura 8 – Relação tensão x corrente de uma célula fotovoltaica 
 
Na Figura 8, o ponto denominado PMP é chamado de ponto de máxima 
potência. É nesse ponto que o produto entre VM e IM é máximo, ou seja, a área 
 
 
13 
entre eles que representa a potência fornecida é a maior possível. O gráfico 
ainda apresenta o valor da tensão de circuito aberto, VOC, e o valor da máxima 
corrente fornecida pela célula, chamada de corrente de curto-circuito, 
representada por ISC. 
Os módulos fotovoltaicos da Figura 7 são formados por células que se 
comportam como fontes de tensão de corrente contínua. Ou seja, as células 
podem ser conectadas em série ou em paralelo. Se forem ligadas em série, a 
tensão delas será somada, e a corrente será a mesma de uma única célula, e se 
forem ligadas em paralelo a tensão será a mesma de uma única célula, e a 
corrente será somada. 
É possível ainda utilizar ligações mistas, ou seja, células em série e 
paralelo, o que é mais usual. Dessa forma, é possível obter valores de tensão e 
corrente que se tornem mais viáveis para a sua utilização. 
A Figura 10 mostra arranjos em série, paralelo e misto de células solares. 
Figura 10 – Arranjos série, paralelo e misto de células fotovoltaicas 
 
As células são interligadas de modo que a tensão e a corrente do módulo 
sejam as desejadas para o módulo. 
Portanto, para determinarmos as características elétricas do módulo, 
basta conhecer as características elétricas das células. 
Considere que cada célula fotovoltaica possui uma corrente IC, uma 
tensão VC e uma potência PC. Para determinarmos a potência do módulo 
fotovoltaico, basta fazer 
CCCMOD IVnP  (19) 
em que PMOD é a potência do módulo, em watts, e nC é o número de 
células do módulo. 
 
 
14 
Para sabermos a tensão e a corrente do módulo, deve-se conhecer o 
número de células ligadas em série e em paralelo. Vamos supor que o módulo 
possui nCS células ligadas em série. Então, a tensão do módulo será 
CCSMOD VnV  (20) 
onde VMOD é a tensão do módulo fotovoltaico. 
Vamos supor que o módulo possui nCP conjunto de células ligadas em 
paralelo, então a corrente do módulo, IMOD, será dada por 
CCPMOD InI  (21) 
Entretanto, a tensão e a corrente das células não são sempre as mesmas, 
pois sofrem forte influência da temperatura. Na Figura 11 é possível verificar qual 
é o comportamento de uma célula fotovoltaica em função da variação da 
temperatura. 
Figura 11 – Variação típica da tensão e da corrente de uma célula fotovoltaica 
em função da temperatura 
 
Portanto, é importante conhecer como estimar quais serão os valores de 
tensão e corrente de uma célula fotovoltaica mediante a variação de 
temperatura. Isso é possível fazendo 
 
 
 TPP
TVV
TII
OC
OOC
OSC






1
1
1
 (22) 
onde IO, VO, PO são os valores correspondentes na temperatura de 
referência, α, β e γ são coeficientes de temperatura para corrente, tensão e 
potência, respectivamente. 
 
 
15 
É valido ressaltar que o comportamento da célula fotovoltaica em função 
da temperatura varia de acordo com o fabricante. Por isso, os valores dos 
coeficientes α e β devem ser fornecidos pelo fabricante. 
TEMA 4 – SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
Os sistemas fotovoltaicos possuem uma gama de aplicações bastante 
diversificada. Podemos citar principalmente as seguintes: 
 Sistema diretamente acoplado a carga. 
 Sistemas com armazenamento de energia. 
 Sistema de energia híbrida. 
 Sistemas conectados à rede elétrica. 
 Sistemas para a produção de energia. 
Um sistema diretamente acoplado consiste em ligar diretamente o 
módulo, ou o arranjo de painéis fotovoltaicos, a uma carga. Esta aplicação 
destina-se a aplicações em corrente contínua e é recomendada para aplicações 
de baixa potência. A Figura 12 apresenta um exemplo deste sistema. 
Figura 12 – Sistema fotovoltaico diretamente acoplado 
 
Em um sistema com armazenamento de energia, existe um dispositivo 
que fará o armazenamento da energia gerada que não é consumida 
imediatamente. Uma das formas mais comuns de fazer esse armazenamento é 
por meio de banco de baterias. Neste tipo de sistema, é obrigatória a utilização 
de um condicionador ou controlador de carga. Este dispositivo faz a adequação 
dos níveis de tensão e corrente gerados pelo arranjo fotovoltaico para a carga 
do banco de baterias. Normalmente este tipo de sistema opera de forma isolada 
e pode alimentar cargas de alta ou baixa potência, usualmente em corrente 
alternada, portanto necessita de um circuito inversor. A Figura 13 mostra um 
exemplo desse sistema. 
 
 
 
16 
Figura 13 – Sistema fotovoltaico com armazenamento de energia 
 
O sistema fotovoltaico de energia híbrida é um sistema que possui mais 
uma fonte de energia além do sistema de geração fotovoltaico. Essa fonte pode 
ser proveniente de qualquer outra forma de geração de eletricidade, como a 
eólica. Esta segunda fonte pode auxiliar tanto na carga do banco de baterias 
como na alimentação da carga. A Figura 14 mostra um exemplo desse tipo de 
geração. 
Os sistemas fotovoltaicos são conectados à rede elétrica da 
concessionária, cujo esquema de ligação é mostrado na Figura 15. O grande 
atrativo desse sistema é que o consumidor pode fornecer energia para a 
concessionária, diminuindo a sua fatura de energia mensal. 
Figura 14 – Sistema fotovoltaico híbrido 
 
Uma questão que deve ser analisada neste tipo de sistema é o valor que 
a concessionária pagará por kWh que vai receber de seu consumidor. Cabe ao 
interessado em investir neste tipo de sistema verificar a viabilidade econômica 
da instalação. Além disso, deve-se ficar atento aos pré-requisitos de conexão à 
 
 
17 
rede da concessionária. A tensão de saída do inversor deve possuir a mesma 
tensão, a mesma frequência e a mesma sequência de fases da rede. 
Figura 15 – Sistema fotovoltaico conectado a rede elétrica 
 
Os sistemas fotovoltaicos para a produção são, basicamente, usinas de 
energia fotovoltaicas. São sistemas que geram energia em grandes potências 
para fornecê-la ao sistema elétrico. Possuem basicamente o mesmo esquema 
de ligação da Figura 15, porém sua energia é conectada a um transformador que 
faz a ligação com a rede de distribuição ou de transmissão do sistema elétrico. 
A Figura 16 ilustra essa situação. 
Figura 16 – Sistema fotovoltaico para produção de energia 
 
TEMA 5 – PERSPECTIVAS DA GERAÇÃO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA 
Quando falamos em perspectivas da geração de energia fotovoltaica, 
devemos ter em mente a produção em larga escala. Isso significa que deve ser 
visualizada a produção de energia visando a substituição de formas de geração 
de eletricidade onde há produção de resíduos prejudiciais ao meio ambiente. 
Primeiro, vamos falar sobre algo essencial para a produção de energia 
solar fotovoltaica: o espaço físico. Embora não necessite da construção de 
grandes lagos, como a energia hidráulica, nem precise de um combustível fóssil, 
como na geração termoelétrica, a geração fotovoltaica precisa utilizar uma 
grande área de terra para a fixação dos painéis fotovoltaicos. Sabe-se que a 
potência e a eficiência de conversão das células fotovoltaicas é baixa em relação 
a outras formas de conversão de energia, o que faz com que a área utilizada por 
painéis seja muito grande.Para se ter uma ideia mais concreta do tamanho dessa área, estima-se 
que, para produzir a mesma energia de uma central hidrelétrica convencional, a 
área ocupada pelos painéis fotovoltaicos é 10 vezes maior que a central 
 
 
18 
convencional. Porém, a grande vantagem da energia fotovoltaica é que sua 
geração não precisa ser centralizada como em uma usina convencional, o que a 
torna atrativa neste quesito. 
Além disso, quando se fala em geração de energia fotovoltaica, não 
podemos nos restringir apenas à conversão direta utilizando arranjos 
fotovoltaicos. Uma forma de utilizar a energia fotovoltaica é por meio de centrais 
solares térmicas, como mostrado na Figura 17. 
Figura 17 – Exemplo de central solar térmica 
 
Neste caso, a luz do sol é redirecionada por meio de espelhos para uma 
torre que absorve e concentra a energia em forma de calor. A partir deste ponto, 
o funcionamento é semelhante ao de uma usina térmica. Pelo fato de depender 
exclusivamente dos raios solares, esse tipo de usina destina-se a regiões 
ensolaradas. 
No Brasil, por exemplo, esse tipo de usina seria uma opção para a região 
nordeste, que possui a maior incidência de raios solares em todo o país. 
A outra forma de geração é diretamente pelos arranjos fotovoltaicos. 
Como comentado anteriormente, a área utilizada por esse tipo de geração é 
bastante grande. Para se ter uma ideia do tamanho dessa área, basta uma breve 
análise da Figura 18. Nela, nota-se uma central de energia solar em terra e outra 
na água. 
O fato de os arranjos estarem em balsas sobre a água nos dá uma ideia 
de como podemos descentralizar a produção de energia deste tipo. Em outras 
 
 
19 
palavras, a energia fotovoltaica pode ser gerada em pequenas quantidades, mas 
em vários locais diferentes, que, quando somados, resultam em uma potência 
considerável. 
Figura 18 – Centrais solares de grande porte sobre a terra (a) e sobre a água 
(b) 
 
Nesse ponto, a geração descentralizada ganha força. Para consolidar 
esse conceito, a seguir estão listadas alternativas de geração descentralizada 
que a tornam atrativas para o mercado de energia. 
 Pode ser feita a geração fotovoltaica no telhado de residências e no 
terraço de edifícios. 
 Edifícios podem ser “revestidos” com painéis fotovoltaicos. 
 Sistemas fotovoltaicos com baterias podem ser utilizados individualmente 
em postes para alimentação de lâmpadas de LED. 
 Sistemas fotovoltaicos com baterias podem ser utilizados individualmente 
para alimentação de semáforos com LEDs. 
 Utilização em áreas rurais para alimentação de pequenas cargas. 
Algumas dessas aplicações já são viáveis atualmente, porém outras 
dependem de fatores como: 
 Evolução da tecnologia e desenvolvimento de módulos fotovoltaicos mais 
baratos e mais eficientes. 
 Políticas públicas de incentivo à produção e utilização de energia 
fotovoltaica. 
 Interesse da iniciativa pública e privada em pesquisa e desenvolvimento. 
A tendência global é que este tipo de energia ganhe força, assim como as 
outras fontes de energia limpa e renovável, porém depende-se do interesse dos 
 
 
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órgãos responsáveis em viabilizar o uso dessa energia e também de incentivos 
a produção de energia fotovoltaica. 
NA PRÁTICA 
Pesquise quais centrais solares são mais relevantes no Brasil atualmente. 
Pesquise também onde estão localizadas as principais centrais fotovoltaicas 
térmicas no mundo e qual é a sua capacidade de geração. 
FINALIZANDO 
Nesta aula foi visto o princípio de funcionamento de usinas termoelétricas 
e os ciclos térmicos que elas utilizam. Em relação a energia fotovoltaica, foi 
analisado o princípio de funcionamento das células solares e como são formados 
os arranjos de módulos fotovoltaicos. Ainda, foram abordados os sistemas de 
geração fotovoltaicas possíveis de serem implementados e, por fim, foi feita uma 
breve análise do cenário atual e futuro da energia solar. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
HODGE, B. K. Sistemas e aplicações de energia alternativa. Rio de Janeiro: 
LTC, 2011. 
PALZ, W. Energia solar e fontes alternativas. Curitiba: Hemus, 2002.