aula 2 energia renovavel

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ENERGIAS RENOVÁVEIS
AULA 2
 
 
 
 
 
 
 
 
Profª Muriele Bester de Souza
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CONVERSA INICIAL
Seja bem-vindo à nossa aula. Vamos iniciar agora o aprofundamento e conhecimento das
principais fontes de energias renováveis utilizadas no Brasil e no mundo. Nesta aula, iremos abordar
um assunto muito pertinente no mundo atual: a energia solar. Vamos conhecer o princípio de
funcionamento dos sistemas fotovoltaicos, o sol e o potencial solar, as diferenças e aplicações de
energia solar térmica e fotovoltaica, as diferentes células solares, geradores fotovoltaicos e os tipos
de sistemas fotovoltaicos.
Dentre diversos motivos, a procura por fontes de energias renováveis e sustentáveis para o
abastecimento energético se deve tanto pelo crescimento na demanda por eletricidade quanto pela
dificuldade de expansão de fontes como as hidrelétricas e termelétricas a combustíveis fósseis. Outra
razão importante são os impactos sociais e ambientais gerados, a utilização dessas fontes renováveis
tem o intuito de diminuir a poluição e reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
O conceito aplicado para fontes renováveis se dá àqueles considerados inesgotáveis para o
padrão humano de uso, podendo ser utilizado continuamente, sem fim, pois sempre estão em ciclo
de renovação ou infinitude na escala do tempo. Dentre as mais variadas fontes de energia –
hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos –, praticamente todas são
formas indiretas de energia solar. Neste contexto, a fonte solar tem apresentado grande aumento na
competitividade da tecnologia por ser uma fonte renovável, sustentável e inesgotável de energia com
impactos ambientais ou sociais muito reduzido.
TEMA 1 – O SOL E O POTENCIAL SOLAR
De acordo com o Atlas Brasileiro de Energia Solar – 2ª edição, a energia proveniente do Sol é
uma das alternativas de energia mais promissoras e desafiadora deste milênio, cuja fonte não é
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renovável, mas sim inesgotável de energia na escala de tempo do planeta Terra.
O Sol é a principal fonte de energia do nosso planeta. Essa energia é transmitida para a
superfície terrestre através do espaço na forma de radiação e a quantidade que chega na superfície
terrestre é apenas uma pequena parcela do total desta radiação solar, isso devido à distância entre o
Sol e a Terra.
1.1 O SOL
A estrela mais próxima da Terra (Earth) é o Sol (The Sun). Constituído de matéria gasosa,
principalmente hidrogênio (cerca de 75%), o Sol tem uma alta temperatura efetiva de corpo negro de
aproximadamente 5762 K. Seu diâmetro é em torno de m e está a uma distância média de 
  m (150,000,000 km) da Terra, conforme apresentado na Figura seguinte, que trata da
distância entre Terra e Sol (The distance between the earth to the sun).
Crédito: Nasky/Shutterstock.
Em uma hipótese apenas para efeito de comparação, um ser humano levaria em torno de 2600
anos (2600 years) para se deslocar da Terra até o Sol enquanto um foguete levaria 156 dias (156 days)
a 40.000 km/h (40,000 km/h).
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Em relação à sua estrutura, considera-se uma composição de várias regiões: o núcleo (Core), a
zona de radiação (Radiative zone), a zona convectiva (Convection Zone), a fotosfera (Photosphere), a
cromosfera (Chromosfere) e a corona (Corona). A Figura a seguir mostra a composição do sol, bem
como a proeminência solar (Prominence), que são filamentos de matéria solar, projetada sobre a sua
superfície, que caracterizam a atividade do Sol; a mancha solar (Sunspot), que são regiões na
superfície do Sol com temperatura menor do que a média local e, por isso mesmo, em comparação
com a superfície da nossa estrela, parecem ser mais escuras e apresentam grande concentração de
campo magnético, fonte das auroras boreais; e a erupção solar (Solar Flare) que são explosões
causadas que acontecem quando campos magnéticos do Sol se reconectam, podendo enviar
partículas carregadas a milhares de quilômetros. O diâmetro do Sol é, em torno, de 1.392.000 km.
Crédito: Siberian Art/Shutterstock.
A Figura a seguir mostra a faixa do espectro visível (λ) ao homem da energia que o Sol irradia
(em nm). A maior parte da energia que chega ao sistema Terra-atmosfera está na faixa de
comprimento de onda compreendido do visível ao infravermelho (IR) próximo, cerca de 81%, que
alimenta todos os processos térmicos, dinâmicos e químicos, naturais ou artificialmente
desenvolvidos, aplicados e produzidos pela sociedade no conhecimento científico e tecnológico.
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Crédito: magnetix/Shutterstock.
Antes de atingir a superfície terrestre, a radiação solar passa por processos de espalhamento e
absorção ao propagar-se na atmosfera. Devido a este espalhamento, são observadas componentes
da radiação solar iguais que provém da radiação extraterrestre, sendo elas: a radiação direta, a
radiação difusa, a radiação refletida (também conhecida como albedo). Como resultado da soma
destas radiações, obtém-se a radiação global.  De acordo com o Atlas de Energia Solar do Estado do
Paraná (2017), a representação básica das componentes da radiação solar dá-se de acordo com a
Figura a seguir.
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Fonte: Tiepolo et al., 2017.
As definições de radiação solar, segundo Duffie e Beckman (2013), são as que se seguem.
Irradiância, em W/m²: a taxa na qual a energia radiante é incidente em uma superfície por
unidade de área de superfície. O símbolo G é usado para a irradiância solar, com subscrições
apropriadas para radiação de feixe, difusa ou espectral.
Irradiação ou Exposição Radiante, em J/m²: a energia incidente por unidade de área em uma
superfície, encontrada pela integração da irradiância em um tempo especificado, geralmente
uma hora ou um dia. Insolação é um termo que se aplica especificamente à irradiação de
energia solar. O símbolo H é usado para insolação por um dia. O símbolo I é usado para
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insolação por uma hora (ou outro período, se especificado). Os símbolos H e I podem
representar raio, difuso ou total e podem estar em superfícies de qualquer orientação.
Radiação direta: a radiação solar recebida do sol sem ter sido dispersada pela atmosfera.
Radiação difusa: a radiação solar recebida do sol após a sua direção ser alterada espalhando-se
pela atmosfera, seja por moléculas, material particulado, nuvens etc.
Radiação total ou radiação global: é a taxa de energia total por unidade de área incidente numa
superfície horizontal. Dada pela soma da radiação solar difusa e da radiação solar direta.
Radiação direta normal: também conhecida como DNI (Direct Normal Irradiance), é a taxa de
energia por unidade de área proveniente diretamente do Sol que incide perpendicularmente à
superfície.
Irradiação extraterrestre,  ou : é a taxa de energia incidente por unidade de área em um
plano horizontal imaginário situado no topo da atmosfera.
1.2 POTENCIAL SOLAR
Pereira et al. (2017) diz que as condições de tempo e clima da região em que se é estudada a
disponibilidade e a variabilidade do recurso energético solar estão intrinsecamente associadas. Isso
ocorre porque os sistemas meteorológicos acabam provocando alterações na nebulosidade (fração
da abóboda celeste que, em dado momento, encontra-se encoberta por nuvens) e nas concentrações
dos gases e aerossóis, e que afetam os processos radiativos que atenuam a radiação solar ao longo
de seu trajeto na atmosfera.
De acordo com dados do Global Solar Atlas, a radiação solar para o aproveitamento da energia
solar no mundo apresentaaltos valores, principalmente nos continentes asiático e africano. Devido a
este potencial solar, o crescimento na implantação de sistemas de energia solar no mundo tem
crescido exponencialmente ao longo dos últimos anos.
Em relação ao Brasil, sabe-se que o país possui um excelente potencial fotovoltaico e isso pode
ser comprovado na publicação do Atlas Brasileiro de Energia Solar 2 ed (2017). O clima do país é
diversificado, por consequência de diversos fatores como a extensão territorial, o relevo e a dinâmica
das massas de ar. A figura a seguir apresenta o mapa com a média anual do Total da irradiação
global horizontal, Wh/m².dia, em escala de cores e valores correspondentes.
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Fonte: Pereira et al., 2017.
O Atlas comprova que mesmo em locais menos ensolarados do país é viável implantar sistemas
de energia solar fotovoltaica, sejam sistemas termosolares ou fotovoltaicos cujos tópicos serão
abordados no próximo tema desta aula.
TEMA 2 – ENERGIA SOLAR TÉRMICA E FOTOVOLTAICA
O fator que determinará qual tipo de energia a ser obtida são os equipamentos utilizados na
captação da luz proveniente do Sol. Utilizando-se uma superfície escura para a captação da luz solar,
a energia solar provida será transformada em calor. Se forem utilizadas células fotovoltaicas, o
resultado será a eletricidade. Os equipamentos necessários à produção do calor são chamados de
coletores e concentradores solares, pois, além de coletar, às vezes é necessário concentrar a radiação
em um só ponto. Este é o princípio de muitos aquecedores solares de água.
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Dentre as mais variadas técnicas de aproveitar a energia solar como uma fonte de energia
renovável esta seção abordará: coletores solares térmicos para aquecimento de água; concentradores
solares térmicos para geração de energia elétrica e sistemas solares fotovoltaicos com e sem
concentradores.
2.1 ENERGIA SOLAR TÉRMICA
O funcionamento da transformação da energia solar em energia térmica é simples e consiste na
transformação da radiação solar em calor para aquecimento ou para produção de eletricidade. Os
sistemas de aquecimento solar são formados por coletores solares que captam o calor e aquecem a
água. Já os sistemas cuja finalidade é a conversão do calor do Sol em produção de energia, são
formados por concentradores solares térmicos, através de usinas solares térmicas.
2.1.1 COLETORES SOLARES TÉRMICOS
A Associação Brasileira de Normas técnicas (ABNT) define o coletor solar como um dispositivo
que absorve radiação solar incidente, transferindo-a para um fluido de trabalho, sob forma de
energia térmica. Dentro dos coletores existem tubos por onde circula a água que é aquecida e depois
armazenada em um reservatório. Segundo Basso et al. (2010), neste sistema, "a circulação ocorre
devido a diferença de densidade entre a água fria e a água quente", pois tanto a água fria que entra
(Cold Water in) quanto a água já aquecida que sai (Hot Water Out) percorrem o reservatório térmico
(Storage Tank), porém a separação delas se dá pela densidade, visto que a água aquecida tem
densidade inferior a água em temperatura ambiente.  
A água fria é bombeada através de uma bomba de circulação (Pump) até chegar no coletor solar
(Solar Collector). A radiação solar é captada pelas placas solares, ou coletores solares, e é transmitida
para a água em forma de calor, depois a água retorna ao reservatório térmico, onde é armazenada
sem perder a energia absorvida e do reservatório térmico a água é direcionada aos pontos de
consumo e a um aquecedor de reserva (Backup Heater), por instalações adequadas, ou seja,
instalações de água prediais próprias para fluidos aquecidos. A figura a seguir representa o sistema
de aquecimento solar de água (Solar Water Heating System).
 
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Crédito: Slave SPB/Shutterstock.
A principal vantagem deste sistema é que ele não utiliza a energia elétrica, portanto, se torna
ecológico, além de ocupar pouco espaço e necessitar de pouca manutenção. Já a principal
desvantagem é que estes sistemas dependem exclusivamente das variáveis climáticas, ou seja, em
dias de baixa radiação, ele se torna pouco ou quase nada eficaz. A figura a seguir mostra a
configuração de coletores solares instalados em uma residência.
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Crédito: Federico Rostagno/Shutterstock.
É necessário que se realize dimensionamento correto dos equipamentos a serem utilizados para
o aquecimento da água, pois, caso ele não for adequado ao uso do consumidor, poderá acarretar
prejuízos financeiros, visto que o sistema pode não retornar o investimento aplicado.
2.1.2 CONCENTRADORES SOLARES TÉRMICOS
O concentrador solar é um sistema que capta e concentra o calor para aquecer um fluido, de
princípio semelhante ao de aquecimento de água residencial (coletores solares). De maneira análoga
aos coletores solares, o calor é transportado pelo fluido até uma central geradora, onde é utilizado
para produção de vapor e acionamento de uma turbina acoplada a um gerador elétrico.
A Tabela 1 apresenta características das diferentes tecnologias existentes, onde a taxa de
concentração é definida como a razão entre a área de abertura do coletor (não a área de superfície
dos espelhos, mas sim a área do plano perpendicular ao raio incidente) sobre a área de absorção do
receptor. O Concentrador Solar reflete a radiação solar direta que incide em uma grande área em
uma área menor (Kalogirou, 2009).
Tabela 1 – Características das diferentes tecnologias.
Tecnologia Faixa de Faixa de Taxa de Eficiência solar- Área requerida
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capacidade
indicada
(MW)
temperatura
(ᴼC)
concentração elétrica (%) (m²/kW)
Cilindro Parabólico 10-200 60 a 400 70-80 10 a 15 18
Fresnel 10-200 60 a 250 25-100 9 a 11 -
Heliostato (Torre Central) 10-150 150 a 2000 300-1000 8 a 10 21
Disco Parabólico 0,01-0,4 100 a 1500 1000-3000 16 a 18 20
Fonte: elaborado com base em Kalogirou, 2009.
A geração solar térmica concentrada utiliza a rota de conversão termodinâmica para a geração
de eletricidade, utilizando energia solar ao invés de combustível para geração de eletricidade. Para
tal, a conversão pode ser realizada através de ciclos termodinâmicos de combustão externa, do tipo
Rankine, Brayton ou Stirling. O ciclo Rankine utiliza turbina a vapor, o ciclo Brayton utiliza turbina a
gás e o ciclo Stirling utiliza um motor Stirling (Kamal, 1988).
A grande vantagem desta tecnologia é a possibilidade de armazenar energia. Isso significa que
uma parte da energia do Sol é estocada em forma de calor e, quando o Sol gera mais energia do que
a usina ou indústria é capaz de utilizar, uma parte dela pode ser guardada num depósito térmico à
parte.  Assim, é possível gerar energia elétrica mesmo quando não há sol, em dias nublados ou
durante a noite. Além disso, também é possível utilizar a tecnologia heliotérmica em conjunto com
outros combustíveis, como a  biomassa, o gás natural ou o carvão, para garantir a produção de
energia a qualquer momento (Oliveira, 2017).
O processo heliotérmico tem início com a reflexão dos raios solares diretos utilizando um
sistema de espelhos, chamados de coletores ou helióstatos. Esses espelhos acompanham a posição do
Sol ao longo do dia e refletem os raios solares para um foco, onde se encontra um receptor. Dessa
forma, o calor é transmitido para um líquido, o Fluido Térmico, que se mantém em alta temperatura
(LODI, 2011). Os fluidos que podem servir para transportar o calor do Sol na usina heliotérmica
podem ser: sais fundidos, óleos térmicos, água e ar – estes são os mais utilizados até hoje. A figura a
seguir apresenta um exemplo de usina heliotérmica.
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Crédito: Novikov Aleksey/Shutterstock.
Após a concentração dos raios solares (Concentrated Solar Power) e a transmissão do calor para
o fluido térmico, a energia térmica é convertida em elétrica: o calor do fluido aquece a água, até que,
devido às altas pressão e temperatura, ela se transforme em vapor e seja utilizada para girar uma
turbina conectada a um gerador elétrico. Este gerador faz a conversão da energia mecânica, obtida
pelo giro da turbina, em elétrica. Por fim, o restante do calor é transferido para um circuito
independente de refrigeração, que faz o vapor ser condensado e voltar ao estoque de água. Este
processo é idêntico ao de outras usinas convencionais como as a gás, carvão ou nucleares. A
diferença é que, numa usina termoelétrica convencional, o vapor é gerado pela queima de
combustíveis fósseis, enquanto numa usina heliotérmica, ele é obtido do calor gerado pela
concentração dos raios solares. Na figura seguinte pode-se ver um Coletor de Cilindro Parabólico
(Parabolic Cylinder Collector).
 
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Crédito:Alejo Miranda/Shutterstock.
Nota-se que o sentido acompanha a posição do movimento do Sol de Leste a Oeste (East to
West Sun Movement). A radiação direta normal (Direct normal solar radiation) é o ponto 1 dessa
figura. O tubo absorvedor (Absorther tube) é o ponto 2. O espelho em forma de parábola (Mirror in
the shape os a parabola) é o ponto 3. Sendo assim, o ponto 4 é o sistema de rastreamento (Tracking
system).
2.3 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A geração direta de energia elétrica a partir da energia do sol pode ser realizada por meio de
sistemas fotovoltaicos. A base para a produção de eletricidade desses sistemas se dá através do
efeito fotovoltaico, o qual consiste na criação de uma diferença de potencial sobre uma célula
composta de materiais semicondutores (Villalva, 2013).
Os sistemas fotovoltaicos têm a capacidade de captar a luz solar de maneira direta e realizar a
produção de corrente elétrica, que é coletada e processada dependendo do modo de utilização
armazenamento. Esse assunto será abordado com maior profundidade nos próximos temas.
2.3.1 SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS COM E SEM CONCENTRADOR
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Uma das tecnologias empregadas para aproveitamento da energia solar é através do uso de
concentradores, em que são usados dispositivos ópticos para auxiliar a coleta de radiação solar na
superfície das células. Assim, de acordo com Viana (2010), pode-se classificar os sistemas
fotovoltaicos de acordo com o modo de utilização da radiação solar, sendo eles:
Sistema Fotovoltaico sem Concentrador (SFV); e
Sistema Fotovoltaico com Concentrador (SFVC).
Enquanto os sistemas fotovoltaicos SFV utilizam da radiação global, os SFVC utilizam a radiação
direta normal, sendo necessário o emprego de rastreadores solares para seguir a trajetória do
movimento do Sol, com o intuito de potencializar o ganho energético da radiação direta (VIANA,
2010).
A fim de avaliar a viabilidade de um SFVC, é preciso coletar dados da irradiação direta normal no
local onde o sistema será instalado. Em regiões onde o índice de irradiação é elevado, há potencial
para instalação de SFV ou SFVC como auxílio na geração de energia elétrica. Em regiões com baixa
cobertura de nuvens, a irradiação direta normal pode apresentar valores superiores aos de irradiação
global horizontal e, consequentemente, desencadear um maior desempenho energético, justificando
assim o uso de SFVC nesses locais (Viana, 2010).
TEMA 3 – CÉLULAS SOLARES
Uma célula solar, também conhecida como célula fotovoltaica, é o dispositivo elétrico que, por
meio do efeito fotovoltaico, converte a energia proveniente da luz solar direto em energia elétrica. As
células fotovoltaicas que são classificadas pelo material, tecnologia e refinamento utilizado em sua
fabricação, resultando em diversos tipos (Portal Solar, 2021). A célula mais popular é a que utiliza o
silício cristalino. A Figura apresenta uma célula de silício monocristalino.
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Crédito: neijia/Shutterstock.
Um conjunto de células fotovoltaicas (solar cell) resultam no módulo fotovoltaico (solar module)
e o agrupamento de vários módulos gera o sistema solar (solar system), conforme apresentado na
figura a seguir. Para um módulo, as células são interligadas em série, usualmente em conjuntos de 36,
60 ou 72 células fotovoltaicas, este equipamento é responsável pela geração de energia elétrica
provinda do sol.
Crédito: doodlart/ Shutterstock.
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3.1 EFEITO FOTOVOLTAICO
O efeito fotovoltaico (photovoltaic effect) é o fenômeno físico que permite a conversão direta da
luz em eletricidade. Esse fenômeno ocorre quando os fótons de luz (photon), sob a radiação
eletromagnética do Sol, incide sobre uma célula composta de materiais semicondutores com
propriedades específicas e que, a temperaturas muito baixas, tem a caracterização de possuírem uma
banda de valência totalmente preenchida por elétrons (electron) e uma banda de condução
totalmente vazia.
A exposição à luz solar permite a formação de uma diferença de potencial (tensão elétrica, ddp)
entre os terminais de junção PN semicondutora (P-type semiconductor e N-type semiconductor) e as
cargas são aceleradas, gerando, assim, uma corrente (flow of current) através da junção. Assim que o
elétron se move, resta um buraco (hole), que também pode se mover, mas na direção oposta ao lado
P. É esse processo que cria a corrente na célula. Na figura podemos ver este efeito.
Crédito: sivVector/ Shutterstock.
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3.3 TECNOLOGIAS FOTOVOLTAICAS
Atualmente, existem desenvolvimentos de diferentes tecnologias fotovoltaicas, com expectativa
de melhores resultados quanto a relação preço/eficiência, porém apenas seis tecnologias possuem
grande representatividade mundial no mercado fotovoltaico (Bühler et al., 2018).
Um pouco mais de 80% da produção mundial dos módulos fotovoltaicos ainda é baseada no
silício cristalino, devido ao fato de ser um material ainda abundante e menos custoso. As principais
tecnologias fotovoltaicas podem ser listadas como tradicionais e filmes finos.
Tecnologias Tradicionais – a partir de lâminas de silício cristalino:
Silício policristalino ou monocristalino (p-Si); e
Silício monocristalino (m-Si).
Tecnologias de Filmes Finos – filmes finos de silício ou outros materiais – depositados sobre
substratos rígidos ou flexíveis:
Telureto de cádmio (CdTe);
Silício amorfo ou silício amorfo hidrogenado (a-Si);
Desseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS); e
Micromorfo ou monocristalino (µcSi/a-Si).
Os tipos de células solares mais utilizados no mundo são de silício. A seguir, a estrutura típica de
um módulo fotovoltaico silício cristalino (c-Si) com suas respectivas partes constituintes (parts of a
solar panel): moldura de alumínio (frame), vidro temperado (glass), filme encapsulante para o painel
solar EVA (encapsulant), células ligadas em série (solar cells), lâmina traseira (backsheet) e caixa de
junção (junction box).
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Crédito: Alejo Miranda/ Shutterstock.
3.4 CURVAS E PARÂMETROS CARACTERÍSTICOS – EFICIÊNCIA DA CÉLULA
FOTOVOLTAICA
Em termos de viabilidade econômica e energética, é importante observar a eficiência de cada
tecnologia. Conforme definição encontrada no Portal Solar (2021), a eficiência “é basicamente quanta
energia elétrica a célula fotovoltaica é capaz de produzir por 1 m² durante 1 hora de funcionamento
em condições de laboratório (STC = 25°C – 1000W/m² - 1.5AM)”.  Um exemplo: uma célula
fotovoltaica de 18% de eficiência consegue produzir, em condições de laboratório, 180 Watts por 1
m² em1 hora. Uma de 15% consegue produzir 150 Watts, e assim por diante (Portal Solar, 2021).
Para efeitos de projeto, o custo, o tipo do painel que se pretende empregar e o local onde ele
será instalado são fatores fundamentais para garantir um bom desempenho do sistema (Tonin, 2017).
Conforme a tecnologia e os processos industriais vão sofrendo melhorias, o resultado será o
aumento da eficiência das células fotovoltaicas. A tabela a seguir apresenta os tipos e eficiências por
tecnologia fotovoltaica.
Tecnologia FV Eficiência de conversão das células Eficiência de conversão dos módulos
Cristalino Silício Monocristalino 27,6% 24,4%
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Silício Policristalino 23,3% 20,4%
Filme Fino
 
Arseneto de gálio
47,1% 38,9%
Telureto de Cádmio 22,1% 19,0%
CIGS 23,4% 19,2
Fonte: elaborado com base em Center For Sustainable Systems, 2021.
TEMA 4 – GERADOR FOTOVOLATICO
Um gerador de energia solar (ou gerador fotovoltaico), mais conhecido como sistema solar
fotovoltaico, é um conjunto de equipamentos que converte a energia proveniente do Sol em energia
elétrica para ser utilizada em casas, comércios e indústrias em geral. Como já estudado
anteriormente, este princípio é chamado de energia fotovoltaica.
Os geradores fotovoltaicos podem ser conectados ou não à rede elétrica. Os sistemas fazem uso
de módulos fotovoltaicos para a captação da luz do sol e sua conversão em energia elétrica por meio
do efeito fotovoltaico, já discutido no tema 3.
Essa produção própria de eletricidade é chamada de geração distribuída e, juntamente com o
Mercado Livre de Energia, fazem parte das melhorias que o setor energético brasileiro obteve nos
últimos anos e que flexibilizam e abrangem as maneiras da população gerar e consumir energia. Em
2012, a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), através da Resolução Normativa n. 482/2012,
permitiu com que o brasileiro pudesse gerar e consumir sua própria energia elétrica.
Outra forma de produção de energia, e mais comum, é a geração centralizada, onde se utiliza
uma grande fonte geradora e meios de transportar essa energia, como linhas de transmissão, até
chegar no consumidor final.
4.1 FUNCIONAMENTO DO GERADOR FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE
ELÉTRICA
Na figura a seguir, é possível ver uma ilustração de como funciona o gerador de energia solar
mais utilizado mundialmente: o conectado à rede de energia elétrica.
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Crédito: Artco/Shutterstock.
De maneira geral, o funcionamento destes geradores ocorre da seguinte maneira: a luz solar é
captada pelo painel solar, que produz energia elétrica em corrente contínua, esta corrente CC passa
pelo inversor solar que a converte em corrente alternada (CA), permitindo a utilização em aparelhos
elétricos e eletrônicos.
A eletricidade gerada em excesso pelo gerador fotovoltaico, ou seja, a energia gerada e não
consumida pela unidade consumidora (UC), retorna para a rede elétrica, permitindo que a
concessionária faça uso dela. Este excedente de energia é convertido em créditos a serem abatidos
na conta de energia das UCs geradoras.
4.2 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
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A geração distribuída de energia (GD) é um padrão onde mais de uma unidade geradora porte
pequeno abastecem a rede elétrica. Na maior parte dos casos, essas unidades se conectam
diretamente nas linhas de distribuição (Insol, 2021). Sistemas solares FV de pequeno e médio porte,
com capacidade instalada de até 5 MW, instalados em locais como casas, fazendas, empresas,
prédios públicos são fontes de geração distribuída.
A geração distribuída pode ser gerada em diversas fontes de energia renováveis, como a eólica,
hídrica e solar (Insol, 2021). As imagens a seguir apresentam exemplos desse tipo de modelo na fonte
solar (para uma casa, em uma construção em solo, e empresas ou indústrias), tema desta aula, onde a
energia elétrica produzida pelos painéis fotovoltaicos é consumida na unidade geradora,
configurando uma GD. O excesso de geração é injetado na rede conforme explicado no item 4.1.
 
Créditos: Palatinate Stock, Rene Notenbomer, Stockvideofactory e NavinTar / Shutterstock.
No Brasil, existe a Norma Regulamentadora, que delimita as diretrizes necessárias para usar
Geração Distribuída e é definida no Artigo 14° do Decreto n. 5.163, de 2004. A normativa foi
atualizada em 2012, com a criação da Resolução Normativa 482, que estabelece novas condições
regulatórias para fazer uso da Geração Distribuída na matriz energética brasileira.
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4.3 GERAÇÃO CENTRALIZADA (GC)
A geração centralizada funciona com poucas unidades geradoras, que produzem energia elétrica
para várias unidades consumidoras. A eletricidade gerada é transportada para o consumidor final
através de linhas de transmissão em alta tensão, até chegar nas redes de distribuição através de
cabos de energia dos postes (Insol, 2021).
Projetos de energia solar fotovoltaica acima de 5 MW, como usinas de grande porte, fazem parte
da Geração Centralizada (GC). Essa energia pode ser comercializada por meio de dois ambientes de
contratação: o Ambiente de Contratação Livre (ACL) e o Ambiente de Contratação Regulada (ACR).
Nas figuras a seguir, temos dois exemplos de grandes usinas solares utilizadas para geração
centralizada.
Crédito: Fly_and_Dive/Shutterstock.
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Crédito: Jenson/ Shutterstock.
A GC ainda sempre foi considerada a forma mais eficaz e segura nos últimos anos. Isso até
começarem a entrar fontes renováveis de energia, como a solar, e, com elas, o custo reduzido e
acessível de alguns dos equipamentos que formam os sistemas fotovoltaicos.
TEMA 5 – SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Um sistema fotovoltaico pode ser encontrado em três configurações distintas: sistemas isolados,
sistemas isolados com armazenamento de energia e conectados à rede elétrica. Sua função é gerar
energia elétrica diretamente a partir do sol.
5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Conforme a Associação Brasileira de Normas Técnicas Norma Brasileira 11704, ABNT NBR 11704,
os Sistemas Fotovoltaicos (FV) podem ser divididos quanto à interligação com o sistema público de
fornecimento de energia elétrica (isolados ou conectados à rede elétrica), e quanto à configuração
(puros ou híbridos), podendo classificados como Isolados ou Conectados à Rede. A figura a seguir
classifica os tipos de sistemas fotovoltaicos em relação à sua aplicação.
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Fonte: Urbanetz, 2010.
5.2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ISOLADOS (SFVI)
Segundo a norma “ABNT NBR 11704:2008 – Sistemas Fotovoltaicos – Classificação, os sistemas
isolados são aqueles que não possuem qualquer conexão com o sistema público de fornecimento de
energia”. Os SFVI são normalmente instalados em locais sem acesso à rede elétrica para uma
aplicação específica, e necessitam de um elemento armazenador de energia, pois é o sistema de
armazenamento de energia que garante o funcionamento do sistema, já que este não está conectado
à rede de distribuição de energia (Utbanetz, 2010). A classificação dos SFVI é dada conforme a
seguinte tabela:
Tipo de sistema
Alimentação
Alimentação
dos
consumidores
Acumulação de
energia elétrica
Componentes
básicos
Aplicações Típicas
Sistemas
Isolados
Puros
Tensão Contínua
Não
Seguidor de potência
máxima (desejável)
Bombeamento, produção
de
hidrogênio etc.
Sim
Controlador de carga
e
acumulador
Iluminação,
telecomunicações,
sinalização náutica, cerca
elétrica, proteção catódica
etc.
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Tensão Alternada Não Inversor Bombeamento, uso
industrial etc.
Sim
Controlador de carga
e
acumuladorEletrificação rural,
bombeamento,
telecomunicações, uso
industrial,
iluminação etc.
Híbridos
Tensão Contínua Sim
Controlador de carga,
acumulador e gerador
complementar
Telecomunicações,
iluminação,
sinalização rodoviária e
ferroviária etc.
Tensão Alternada Opcional
Controlador de carga,
acumulador opcional
e
gerador
complementar
Iluminação, uso industrial
etc.
Fonte: ABNT, 2008.
Os componentes de um SFVI consistem em: painel fotovoltaico (FV), banco de baterias,
controlador de carga e descarga, inversor, além de dispositivos de manobra, proteção e aterramento,
fiação elétrica e conectores, dispositivos de medição e monitoramento, estruturas de fixação. Estes
sistemas são instalados para diversos fins, como geração de energia em lugares remotos, utilizar para
bombear a água, entre outros. Na figura a seguir, pode ser observada a configuração de um SFVI (Off
Grid Solar Diagram).
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Crédito: Keepsmiling4u/Shutterstock.
Em termos de viabilidade econômica e financeira, os equipamentos devem ser escolhidos
cuidadosamente a fim de garantir um bom funcionamento do sistema. Portanto, é importante que
eles estejam dimensionados de acordo com as características adequadas do local para suprir as
necessidades de instalação do projeto.
5.3 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE (SFVCR OU SFVC)
Os SFVCR são aqueles efetivamente conectados ao sistema público de fornecimento de energia
elétrica. Os Sistema Fotovoltaicos conectados à Rede (SFVCR), também chamados de sistemas on-
grid, utilizam grandes números de painéis fotovoltaicos, e não utilizam armazenamento de energia,
pois todo o potencial gerado é rapidamente escoado para a rede, que age como uma carga,
absorvendo a energia.
Estes sistemas dependem de regulamentação e legislação favorável, pois usam a rede de
distribuição das concessionárias para o escoamento da energia gerada. Além disso, O SFVCR precisa
de um inversor que satisfaça às exigências de qualidade e segurança, para que não ocorra uma
degradação da rede elétrica ao qual se interliga o gerador fotovoltaico (Cresesb, 2006; Pinho;
Galdino, 2014).
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Um SFVCR consiste basicamente em: painel fotovoltaico (Solar Panel), caixa de junção do painel
fotovoltaico ou string box (DC fuse box), cabeamento, inversor Grid-Tie (Inverter) e medidor
bidirecional de energia (AC combiner box). Na Figura seguinte, é representa um sistema fotovoltaico
conectado à rede (Solar On Grid System), indo tanto para a rede de distribuição (utility grid) quanto
atendendo ao autoconsumo do gerador fotovoltaico (self consumtion).
Crédito: lmfao.pnpz/Shutterstock.
Os SFVCR foram incluídos na regulamentação disposta pela ANEEL, através da Resolução
Normativa n. 482/2012, que estabelecia preliminarmente as condições gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica que foi
revisada pela Resolução Normativa n. 687/2015 (Aneel, 2012; Pinho; Galdino, 2014; Aneel, 2015).
Uma das principais características dos SFVCR é que eles dispensam o uso de acumuladores, pois
a energia por eles produzida pode ser consumida diretamente pela carga, ou injetada diretamente na
rede, para ser consumida pelas unidades consumidoras que estão conectadas ao sistema de
distribuição da concessionária (Pinho; Galdino, 2014). Os SFVCR são de um único tipo onde o gerador
fotovoltaico representa uma fonte complementar ao sistema elétrico ao qual está conectado (Pinho;
Galdino, 2014). Pode-se classificar os sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFVCR) segundo a
Tabela a seguir (ABNT, 2008).
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Tipo de sistema
Alimentação
Alimentação
dos
consumidores
Acumulação
de
energia
elétrica
Componentes
básicos
Aplicações Típicas
Sistemas
Conectados à
Rede
(SFVCR)
Puros
 
Tensão Alternada Não Inversor
Aplicações residenciais,
comerciais e industriais,
produção
de energia para a rede pública
etc.
Híbridos Tensão Alternada
Não
Inversor e gerador
complementar
Aplicações residenciais,
comerciais e industriais,
produção
de energia para a rede pública
etc.
Sim
Inversor, gerador
complementar e
acumulador
Eletrificação rural, uso
industrial,
suprimento ininterrupto de
energia etc.
Fonte: ABNT, 2008.
5.3.1 MICROGERAÇÃO E MINIGERAÇÃO FOTOVOLTAICA
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede podem ser enquadrados como sistemas de
microgeração e minigeração. No Brasil, estes dois sistemas são regulamentados pela Resolução
Normativa n. 724/2016 e devem atender aos Procedimentos de Distribuição (PRODIST), Módulo 3, e
às normas de acesso das distribuidoras locais (ANEEL, 2016).
  A Resolução Normativa n. 482/2012 estabelecia as condições gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de
compensação de energia elétrica, e dá outras providências e foi revisada na Resolução Normativa n.
687/2015 (ANEEL, 2012; ANEEL, 2015).
Na Resolução Normativa n. 687/2015, são atualizadas e descritas as seguintes definições (ANELL,
2015).
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Microgeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor
ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou
fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de
instalações de unidades consumidoras.
Minigeração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a
75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para
cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes
renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de
unidades consumidoras.
Sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa injetada por
unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída é cedida, por meio de
empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de
energia elétrica ativa.
FINALIZANDO
Chegamos ao final desta aula, em que pudemos estudar o tema de energia solar e os principais
fundamentos referentes ao tema.
Vimos que o aproveitamento da radiação solar pode ser dado tanto como fonte direta de
energia térmica, utilizadas no aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência
mecânica ou elétrica, quanto na conversão direta de energia elétrica, através de efeitos sobre
determinados materiais, destacando-se o termoelétrico e o fotovoltaico.
Tivemos a oportunidade de aprender um pouco sobre o Sol, sua estrutura e o imenso potencial
solar existente no Brasil. Assim como estudamos sobre a radiação solar e as suas componentes, que
são muito importantes para a aplicação e otimização de um projeto em energia solar.
Estudamos o efeito fotovoltaico e como ele atua para a geração da corrente elétrica em uma
célula solar.
Pudemos conhecer e estudar os tipos de sistemas e geradores fotovoltaicos, suas aplicações e
configurações. Descobrimos que o sistema fotovoltaico conectado à rede de energia elétrica é o mais
utilizado atualmente.
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Vimos, também, que a principal tecnologia utilizada no mundo atualmente é a de silício
cristalino. Isso devido ao fato de ser um material ainda abundante e menos custoso.
Esperamos que tenha aproveitado, aprendido e gostado bastante deste conteúdo! Esperamos
você em outra ocasião, em que abordaremos mais uma fonte renovável de energia pertinente
atualmente: a de energia eólica! Vemos você lá!
REFERÊNCIAS
ABNT NBR 11704:2008 – Sistemas Fotovoltaicos – Classificação.
_____. Resolução Normativa n. 482, de 17de abril de 2012.
ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Cadernos Temáticos ANEEL - Micro e
Minigeração Distribuída – Sistemas de Compensação de Energia Elétrica. Disponível em:
<https://www.aneel.gov.br/documents/656877/14913578/Caderno+tematico+Micro+e+Minigera%C
3%A7%C3%A3o+Distribuida+-+2+edicao/716e8bb2-83b8-48e9-b4c8-a66d7f655161>. Acesso em: 8
nov. 2021.
ASTRONOO. O universo em todas suas formas: Proeminências solares, 2013.
<http://www.astronoo.com/pt/artigos/proeminencias-solares.html>. Acesso em: 8 nov. 2021.
BASSO, L., et al. Análise de um sistema de aquecimento de água para residências rurais,
utilizando energia solar. Eng. Agríc., Jaboticabal, v. 30, n. 1, p. 14-21, Feb.  2010.
CNN Brasil: O que são explosões solares e o efeito que podem ter sobre a Terra, 2021.
Disponível em: <https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia/o-que-sao-explosoes-solares-e-o-efeito-
que-podem-ter-sobre-a-terra/>. Acesso em: 8 nov. 2021.
EBC - O que são manchas solares?, 2014. Disponível em: < 
https://memoria.ebc.com.br/infantil/voce-sabia/2014/10/o-que-sao-manchas-solares>. Acesso em: 8
nov. 2021.
EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, NOTA TÉCNICA. Análise da Inserção da Geração
Solar na Matriz Elétrica Brasileira, Rio de Janeiro, 2012.
26/07/2022 06:42 UNINTER
https://univirtus.uninter.com/ava/web/roa/ 32/32
INSOL – Geração Centralizada x Geração Distribuída. Disponível em:
<https://insolenergia.com.br/blog/geracao-centralizada-x-geracao-distribuida->. Acesso em: 8 nov.
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PINHO, T.; GALDINO, A.; Grupo de Trabalho de Energia Solar (GTES). CEPEL - GTES. Manual de
engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro, 2014, 529 p.
PORTAL SOLAR: Seu site solar – Tudo sobre Energia Solar. Disponível em: <
https://www.portalsolar.com.br/>. Acesso em: 8 nov. 2021.
REN21- Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Renewables 2020 Global Status
Report, REN21 Secretariat, Paris, França.
TIEPOLO, G. M.; PEREIRA, E. B.; URBANETZ Jr, J.; PEREIRA, S. V.; GONÇALVES, A. R.; LIMA, F. J. L.;
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URBANETZ J. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição urbanas: Sua
influência da qualidade de energia elétrica e análise dos parâmetros que possam afetar a
conectividade. 2010. 189 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal Santa
Catarina, Florianópolis, 2010.
VILLALVA, M. Energia solar fotovoltaica: conceitos e Aplicações. 2 ed. Ver e atual. – São Paulo:
Ércia, 2015.