TCC modelo - celso jordan (1)

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ESCOLA TÉCNICA CURSO NOBRE 
TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO 
2023 
 
 
 
CÍCERO ALVES DE SOUZA 
RENATO NOVAES PEREIRA 
 
 
 
 
 
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Escola Técnica Curso 
Nobre como exigência parcial para 
obtenção do título Técnico em 
Eletrotécnica, 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO 
2023 
 
 
CÍCERO ALVES DE SOUZA 
RENATO NOVAES PEREIRA 
 
 
 
 
 
 
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Escola Técnica Curso 
Nobre como exigência parcial para 
obtenção do título de técnico em 
eletrotécnica. 
 
 
 
 
 
Data de aprovação: ___/___/____ 
 
 
Banca Examinadora 
 
_________________________________ 
Escola Técnica Curso Nobre 
 
 
________________________________ 
Escola Técnica Curso Nobre 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradecemos a Deus, pela sua presença constante em nossas vida. 
Agradecemos a todos os nossos familiares, que nos apoiaram durante esta 
caminhada. 
Aos colegas de classe e por todos que passaram por nossas vidas durante essa 
fase, meu muito obrigado. Meu muito obrigado também à escola técnica Curso 
Nobre de São José do Rio Preto. E a todos aqueles que, direta ou indiretamente, 
contribuíram com este trabalho, saúdo a todos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Em todo o espaço há energia... é (só) uma 
questão de tempo até que os homens tenham 
êxito em associar seus mecanismos ao 
aproveitamento desta energia.” 
Nikola Tesla 
 
 
 
RESUMO 
 
A necessidade de gerar energia com o mínimo de impacto ambiental tornou-se o 
maior objetivo da humanidade visto a situação alarmante a qual estamos 
submetidos. Além disso, hoje em dia a demanda por serviços e produtos mais 
sustentáveis está em crescente expansão, e uma das alternativas viáveis é a 
geração de energia elétrica a partir da radiação solar. O princípio da energia 
fotovoltaica surgiu em 1839 com a descoberta de Edmond Becquerel, que consistia 
na observação do surgimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma 
célula eletroquímica quando esta era exposta à luz. A criação da primeira célula 
fotovoltaica se deu por volta de 1883, por Charles Fritts. Esse processo é realizado 
com a utilização de células fotovoltaicas, onde o principal componente é o silício. A 
geração de energia elétrica a partir de módulos fotovoltaicos divide-se em duas 
categorias: Off-Grid e On-Grid. Nos sistemas Off-Grid, temos toda a energia gerada 
armazenada em baterias, e este sistema não é ligado à rede elétrica. Já os sistemas 
On-Grid, dispensam baterias e são conectados à rede elétrica. O foco deste trabalho 
será o estudo e o entendimento de como a energia solar é transformada em energia 
elétrica utilizando células fotovoltaicas, as maneiras de se utilizar a energia solar e 
os equipamentos necessários a sua estruturação. 
 
Palavras-chave: Fotovoltaico, solar, geração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Primeira bateria solar produzida pela Bell Laboratories .............................. 13 
Figura 2 - Faixas de energia em elementos isolantes, condutores e semicondutore.14 
Figura 3 - Funcionamento de uma célula fotovoltaica ..................................................... 15 
Figura 4 - Diferença entre silício cristalino e amorfo. ....................................................... 17 
Figura 5 - Sistema on-grid .................................................................................................... 22 
Figura 6 - Sistema de geração Off-Grid ............................................................................. 24 
Figura 7 - Placas solares ...................................................................................................... 26 
Figura 8 - Controlador de carga .......................................................................................... 27 
Figura 9 - Baterias de chumbo-ácido para sistema fotovoltaico .................................... 28 
Figura 10 - Inversores para sistema fotovoltaico .............................................................. 31 
Figura 11 - Mapa solarimétrico do Brasil ........................................................................... 34 
Figura 12 - Ligação de painéis fotovoltaicos em paralelo ............................................... 36 
Figura 13 - Ligação de painéis fotovoltaicos em série..................................................... 37 
Figura 14 - Sistema fotovoltaico Off-grid ........................................................................... 42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 12 
2.1 História ............................................................................................................... 12 
2.2 Funcionamento da energia fotovoltaica .......................................................... 14 
2.2.1 Células fotovoltaicas ........................................................................................ 16 
2.2.1.1 Silício monocristalino ..................................................................................... 17 
2.2.1.2 Silício policristalino ........................................................................................ 18 
3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ............................................................................ 19 
3.1 Geração Centralizada ........................................................................................ 20 
3.2 Geração Distribuída .......................................................................................... 21 
3.2.1 Sistema de geração On-Grid ............................................................................ 21 
3.2.2 Sistema de geração Off-Grid ............................................................................ 23 
4. PRINCIPAIS COMPONENTES UTILIZADOS EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
....................................................................................................................................24 
4.1 Placas solares (módulo fotovoltaico) .............................................................. 24 
4.2 Controladores de carga .................................................................................... 26 
4.3 Baterias .............................................................................................................. 28 
4.3.1 Bateria de chumbo-ácido .................................................................................. 29 
4.3.2 Bateria de íons de lítio ..................................................................................... 29 
4.3.2 Bateria de níquel-cádmio .................................................................................. 30 
4.4 Inversores de frequência .................................................................................. 30 
5. DESENVOLVIMENTO E CALCULOS DO SISTEMA ........................................... 31 
5.1 Grandezas consideráveis ................................................................................. 31 
5.2 Levantamento das cargas ................................................................................ 32 
5.3 Análise solarimétrico ........................................................................................ 33 
5.4 Dimensionamento das placas (módulos) solares .......................................... 35 
5.4.1 Associação de placas solares .......................................................................... 355.4.2 Instalação das placas solares .......................................................................... 38 
5.4.3 Cálculo das placas solares ............................................................................... 38 
5.5 Dimensionamento do controlador de cargas ................................................. 39 
5.6 Dimensionamento das baterias ....................................................................... 40 
5.7 Dimensionamento do inversor ......................................................................... 40 
5.8 Diagrama esquemático do sistema fotovoltaico desenvolvido .................... 41 
CONCLUSÃO ........................................................................................................... 43 
REFERENCIAS ......................................................................................................... 44 
 
9 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
O Sol teve seu surgimento há cerca de 4,6 bilhões de anos, como a maior 
estrela do Sistema Solar, sendo responsável por fenômenos meteorológicos, 
alterações climáticas e pela fotossíntese, processo do qual todos os seres vivos são 
dependentes. Sua composição é de 74% hidrogênio e 24% hélio, com a taxa 
restante formada por oxigênio, carbono e ferro.. O sol é mais antigo do que a própria 
terra, nada neste planeta existiria se não fosse por ele. Dos primeiros 
microrganismos até os organismos evoluídos dos dias atuais, todos necessitam da 
luz solar para sobreviver e evoluir. O Sol teve seu surgimento há cerca de 4,6 
bilhões de anos, como a maior estrela do Sistema Solar, sendo responsável por 
fenômenos meteorológicos, alterações climáticas e pela fotossíntese, processo do 
qual todos os seres vivos são dependentes. Sua composição é de 74% hidrogênio e 
24% hélio, com a taxa restante formada por oxigênio, carbono e ferro. 
Atualmente no mundo a principal geradora de energia é a queima dos 
combustíveis fósseis: petróleo, carvão mineral e gás natural, tendo o CO2 como 
produto principal da queima (NUNES, 2007). Entretanto, uma das principais 
questões quanto à utilização dos combustíveis fósseis é o impacto ambiental. A 
queima destes tem gerado diversos problemas como: o agravamento do efeito 
estufa, o derretimento das geleiras, poluição do ar e diversos prejuízos à vida do 
planeta. O Brasil é um dos poucos países do mundo que possui uma matriz 
energética com predominância da energia hidrelétrica, o que pode ser mudado no 
futuro com o crescimento industrial. Isso se justifica, pois apesar do grande potencial 
hidráulico remanescente, sua utilização é discutível, devido à localização geográfica 
distante dos pontos de consumo, devido à topografia não adequada à construção de 
represas e/ou pelos potenciais danos ambientais causados pelas áreas inundadas 
pelas represas. Esse fato pode ser comprovado pelo crescimento da participação da 
geração termoelétrica verificada no país nos últimos anos (NUNES, 2007). A crise 
energética de 2001, iniciada em julho de 2001 e finalizada em fevereiro de 2002 
ficou conhecida como “O Apagão de 2001” foi gerada através da falta de 
planejamento e investimento na matriz energética do Brasil. Devido à escassez de 
10 
 
água através das baixas quantidades de chuva os brasileiros foram obrigados a 
racionar energia para não gerar um colapso ainda maior (MACENA et al., 2021). 
Novas fontes de energias alternativas têm sido amplamente estudadas nas 
últimas décadas, como solução complementar a matriz energética atual, é o caso da 
energia solar que começou a ser utilizada em 1950 e tem ganhado espaço e 
atenção no cenário nacional. A conversão de energia solar em energia elétrica a 
partir do princípio do elemento fotovoltaico é uma das formas mais promissoras de 
energia alternativa, sabe-se que painéis fotovoltaicos podem ser os grandes 
responsáveis pelo aumento da produção de energia limpa em grandes centros, seja 
para demandas residenciais ou empresariais, ganham cada vez mais adeptos. 
Muitos autores acreditam que adotar geração própria de energia solar é uma 
decisão acertada e que garante eficiência à produção e redução de custos em médio 
e longo prazo (ZANESCO et al., 2011). 
Com a crescente degradação ambiental advinda da produção energética, 
surgiu uma demanda por alternativas mais sustentáveis. Uma das alternativas é a 
geração de energia elétrica a partir da radiação solar. Esse processo é realizado 
com a utilização de células fotovoltaicas, onde o principal componente é o silício, 
elemento abundante no planeta. (MATAVELLI, 2013). 
De acordo com o último levantamento da Agência Nacional de Energia 
Elétrica (ANEEL), o Brasil ultrapassou a marca histórica de um (1) gigawatt de 
potência instalada em geração de energia distribuída. Em apenas dois anos, o 
número de instalações de painéis solares teve um aumento de mais de 560%. O 
número, que era de pouco mais de sete mil (7.400), saltou para 49 mil unidades em 
todo o Brasil (EXAME, 2019). 
Os maiores desafios para a disseminação de tecnologias de fontes 
renováveis de energia são associados ao desenvolvimento de materiais mais 
eficazes para a conversão de energia solar em elétrica e a disseminação de novas 
tecnologias sobre essas fontes. O maior obstáculo para a conversão de energia 
solar em energia elétrica através de painéis fotovoltaicos e o custo elevado da 
produção dos módulos e equipamentos, ainda que apresentem a vantagem de não 
precisarem de manutenção constante, o seu investimento inicial é elevado 
(ZANESCO et al., 2011).Entretanto Macena e colaboradores (2021) realizaram um 
trabalho para averiguar e analisar a eficiência do sistema fotovoltaico para a 
redução de gastos das escolas públicas. No estudo observou-se através do 
11 
 
levantamento de dados que foi bem relevante a economia gerada para o ambiente 
envolvido, ficou evidente que se pode gerar uma economia financeira bem 
significativa em longo prazo para os cofres públicos. Sendo assim, em longo prazo, 
a instalação de sistemas fotovoltaicos é bem vantajosa financeiramente. Além disso, 
a energia solar apresenta baixo impacto ambiental, pois não consome combustível, 
não polui ou contamina o meio ambiente e não gera ruídos. É vista como uma das 
soluções para a geração de energia sustentável. Proporciona, além de benefícios 
ambientais, eficiência energética na matriz de energia brasileira pela diversificação, 
redução das cargas na rede e diminuição de perdas. Não emite gases de efeito 
estufa, no processo de geração, contribuindo para redução das emissões de CO2 
(LIRA et al., 2019). 
Com o aumento da população mundial, que segundo dados da Organização 
das Nações Unidas (ONU) pode chegar a 9 bilhões até o ano de 2050, é necessário 
proporcionar melhores alternativas energéticas as gerações futuras, pesquisas 
relacionadas a utilização de fontes de energia renováveis e limpas têm ganhado 
destaque e relevância. Dentre tantas fontes de energias, a radiação solar se destaca 
por ser proveniente de uma fonte inesgotável e capaz de suprir as necessidades 
humanas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é fazer uma revisão de literatura 
sobre o processo de transformação da energia solar em energia elétrica utilizando 
células fotovoltaicas, bem como discorrer sobre as maneiras de se utilizar e os 
equipamentos necessários para a utilização deste tipo de geração de energia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1 História 
 
O princípio da energia fotovoltaica surgiu em 1839 com a descoberta de 
Edmond Becquerel que observou que placas metálicas, de platina ou prata, quando 
mergulhadas em um eletrólito e expostas à luz produziam uma pequena diferença 
de potencial, este fenômeno foi denominado de efeito fotovoltaico. 
A criação da primeira célula fotovoltaica se deu por volta de 1883, por Charles 
Fritts. Esta célula era produzida por selênio revestido de ouro. Este marco da 
tecnologiapermitiu gerar uma corrente contínua e constante para a conversão 
elétrica máxima de 1%, enquanto, hoje em dia, contamos com 20% de eficiência. 
Além disso, também foram fabricadas células fotovoltaicas de silício, com 6% de 
conversão, pelos cientistas do Bell Laboratories (FIGURA 1). 
Apesar de ter sido conhecido como pioneiro na descoberta do efeito 
fotoelétrico, Albert Einstein, em 1905, apenas modernizou e aprimorou os conceitos, 
uma vez que seus experimentos apontaram a emissão de elétrons de uma superfície 
em interação com uma onda eletromagnética, formando o efeito fotoelétrico. 
Após uma série de acontecimentos, inclusive um prêmio Nobel para Einstein, 
deu-se início à era moderna da energia solar, em 1954, após a elaboração do 
processo de dopagem de silício por Calvin Fuller e a criação da célula solar moderna 
por Russell Shoemaker Ohl. 
Russell Ohl foi quem inventou a primeira placa de silício e também foi o 
primeiro a patentear o sistema fotovoltaico moderno, mais ou menos como 
conhecemos hoje. No entanto, seu êxito só foi possível graças ao trabalho de Calvin 
Fuller, Gerald Pearson e Daryl Chapin, cientistas do laboratório Bell Labs. 
Com o aparecimento de pesquisas e estudos sobre o assunto, por volta de 
1956, deu-se início à produção industrial, juntamente com o advento da eletrônica e 
dos semicondutores (MELO, 2020). 
Os países desenvolvidos se sobressaem na política de incentivo a utilização 
da tecnologia por células fotovoltaicas. Alguns países da Europa têm recebido 
https://www.portalsolar.com.br/celula-fotovoltaica.html
https://www.portalsolar.com.br/efeito-fotovoltaico-x-efeito-fotoeletrico-o-que-sao-quais-diferencas
https://www.portalsolar.com.br/efeito-fotovoltaico-x-efeito-fotoeletrico-o-que-sao-quais-diferencas
13 
 
incentivos para a utilização de energia solar. Isto, para que o setor comece a ganhar 
em escala e possa reduzir custos de produção, permitindo uma maior 
competitividade com os setores de fonte de energia convencionais. Atualmente a 
produção de energia fotovoltaica é considerada reduzida. Esta realidade pode ser 
encontrada, principalmente, em países mais pobres. Entretanto, no mundo, a China 
vem se destacando na fabricação e instalação de centrais de geração solar de 
grande porte. Analisando a produção mundial, a China atingiu, no final de 2018, o 
total de 176,1 GW de potência fotovoltaica, sendo 45 GW instaladas apenas no ano 
de 2018 (ABSOLAR, 2019). Em nível de comparação, em 2014, a potência instalada 
de geração solar no mundo era de 180 GW (MELO, 2020). 
Apenas no ano de 2018 no Brasil foram instalados 1,2 GW, totalizando 2,4 
GW de capacidade instalada acumulada. Isso indica um cenário otimista de 
crescimento para os próximos anos. O Ministério de Minas e Energia (2015) estima 
que, no ano de 2050, 18% das residências contarão com o sistema de geração de 
energia solar fotovoltaica. Atualmente, o Brasil atingiu a marca de 138.086 sistemas 
solares fotovoltaicos conectados à rede, o que totaliza 1.588,9 MW de potência 
(MELO, 2020). 
 
 
Figura 1 - Primeira bateria solar produzida pela Bell Laboratories (Fonte: 
http://web.ist.utl.pt/palmira/solar.html) 
 
 Atualmente, no Brasil há laboratórios e equipes de especialistas em 
universidades públicas e privadas, centro de pesquisa e empresas, atuando no 
desenvolvimento de tecnologias de purificação de silício, bem como no estudo de 
aplicações dessas tecnologias, porém, ainda não foi atingido o nível de 
14 
 
aperfeiçoamento tecnológico dos países desenvolvidos nesta área e, esforços 
devem ainda ser realizados por todos os atores do setor (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
2.2 Funcionamento da energia fotovoltaica 
 
Semicondutores são os elementos que geram o efeito fotovoltaico, que são 
transmissores de energia de modo mais eficaz do que isolantes e de modo menos 
eficaz do que condutores (FIGURA 2), o fator que determina essa propriedade são 
faixas de valência onde nota-se a presença de elétrons e zonas onde elétrons são 
ausentes, também conhecidas como faixa de condução, no meio dessas duas zonas 
encontra-se o hiato elétrico, sendo a dimensão dele que define se o material é um 
semicondutor. Enquanto elementos isolantes apresentam esta faixa larga, materiais 
semicondutores apresentam faixa proibida média, de modo que fótons, na faixa de 
luz visível com energia acima do hiato de energia possa estimular elétrons da faixa 
de valência para a zona de condução (JUNIOR; SOUZA, 2018). 
O efeito fotovoltaico é a geração de corrente ou tensão através da exposição 
à luz de um material semicondutor. O material é o silício, que atualmente é o mais 
utilizado comercialmente. 
A maneira com que o semicondutor se transforma em uma célula fotovoltaica 
é através das etapas de purificação e dopagem, de forma que, esta última, consiste 
na adição de alguns elementos químicos, como o boro e o fósforo, com o propósito 
de alterar as propriedades elétricas. Dessa maneira, duas camadas na célula são 
criadas: camada tipo P (excesso de cargas positivas) e tipo N (excesso de cargas 
negativas), relativas ao silício puro (ALVES, 2019). 
 
 
Figura 2 - Faixas de energia em elementos isolantes, condutores e semicondutores (Fonte: JUNIOR; 
SOUZA, 2018) 
15 
 
 
O silício é um elemento encontrado de maneira abundante e quando bem 
trabalhado possui a capacidade de formar cristais que não possuem boa 
condutividade elétrica. Entretanto, quando dopado com Fósforo, torna-se Silício tipo 
N, que é semicondutor com apenas um elétron na camada de valência. Este elétron 
não está totalmente livre, embora necessite apenas de uma pequena quantia de 
energia para ser liberado. Do mesmo modo, quando dopado com Boro, torna-se 
Silício tipo P, que possui a ausência de um elétron, denominado de lacuna. Portanto, 
deseja receber um elétron para se tornar estável (TOLMASQUIN, 2003). 
A junção de uma fina camada de Silício do tipo N e uma mais espessa do tipo 
P forma o que é conhecido como junção PN. Deste modo, elétrons da parte N 
migram para parte P até atingirem o equilíbrio elétrico da junção. Ao serem expostos 
à luz, absorvem fótons, que culminam na passagem de elétrons da camada de 
valência para a banda de condução, dando origem a um campo elétrico interior à 
junção. Por consequente, uma corrente elétrica tende a atravessar a carga externa. 
O valor desta corrente em relação à carga depende da intensidade luminosa 
disponível (TOLMASQUIN, 2003). 
A figura abaixo ilustra este processo: 
 
 
Figura 3 - Funcionamento de uma célula fotovoltaica (Fonte: Eletrônica de potência, 2020) 
 
 
 
16 
 
2.2.1 Células fotovoltaicas 
 
 Um sistema fotovoltaico é composto por um bloco de condicionamento e 
potência, bloco gerador e um bloco de armazenamento. O bloco gerador possuí os 
arranjos fotovoltaicos, constituídos por módulos em diferentes associações, o 
cabeamento elétrico que os interliga e a estrutura de suporte. O bloco de 
condicionamento de potência pode ter conversores c.c.-c.c., seguidor de ponto de 
potência máxima (SPPM) e inversores, controladores de carga (se houver 
armazenamento) e outros dispositivos para proteção. O bloco de armazenamento é 
constituído por baterias (PINHO; GALDINO, 2014; SILVA; ARAÚJO, 2022). 
Atualmente há diversos materiais adequados para a transformação 
fotovoltaica, sendo os mais conhecidos, o silício monocristalino, o silício policristalino 
e o silício amorfo, dos quais possuem diferenças entre eles. No entanto as células 
de maior uso atualmente são as de silício, que podem ser formadas e divididas 
segundo sua estrutura molecular, que são monocristalinos, policristalinos e silício 
amorfo (PEREIRA et al.,2006). 
Como o nome já diz, o silício cristalino apresenta uma estrutura molecular 
proporcionalmente espaçada, apresentando uma rede perfeitamente cíclica (cristal), 
e são subdivididos em monocristalino e policristalino (FIGURA 4). Já o silício amorfo,que tem utilização mais atual e é economicamente mais viável, não há 
proporcionalidade entre o espaçamento dos átomos, sendo algumas dessas 
imperfeições estabilizadas por átomos de hidrogênio, essas diferenças podem ser 
observadas na figura a seguir. É possível conceber células fotovoltaicas 
relativamente eficazes a partir de películas extremamente finas de silício amorfo 
hidrogenado. Há ainda a possibilidade de utilização de outros materiais, tais como 
arseneto de gálio, entre outros. Essas películas são colocadas em uma estrutura, de 
vidro ou metal, sendo mais baratas que pastilhas de silício. 
 
 
17 
 
 
Figura 4 - Diferença entre silício cristalino e amorfo. 
2.2.1.1 Silício monocristalino 
 
 Silício monocristalino são blocos de silício ultrapuro, aquecidos em altas 
temperaturas e submetidos a um processo de formação de cristal, o lingote é 
constituído de uma estrutura cristalina única e possui organização molecular 
homogênea, o que lhe oferece aspecto brilhante e uniforme (SILVA; ARAÚJO, 
2022). 
Devido a estrutura de cristal perfeita, a sua produção é cara e complexa. 
Atingem um bom rendimento, em torno de 15%, podendo chegar em 18% em 
células feitas em laboratórios (CRESESB, 2006). A célula mais frequentemente 
utilizada como conversor direto de energia solar em energia elétrica é a de silício 
monocristalino. Esse processo se inicia com a retirada do cristal de dióxido de silício 
do ambiente, depois esse material passa por processos de desoxidação em fornos 
de grandes dimensões, depois é purificado e solidificado, com esse processo o grau 
de pureza alcançado oscila entre 98% e 99%, essa pureza é razoavelmente efetiva 
tendo em vista sua relação custo-benefício, sob o ponto de vista energético. Para a 
operação da célula fotovoltaica, o silício necessita de outros elementos para atuarem 
como semicondutores, que apresentam um grau de pureza elevado, chegando a 
99,999% de pureza. (PINHO et al., 2008). 
O procedimento mais comum utilizado para alcançar as características 
requeridas é conhecido como “Processo Czochralski” pelo qual o silício passa por 
uma liquefação, onde é agregada ao elemento uma pequena porcentagem de 
dopante, normalmente o boro que é do tipo P. Desta parcela do cristal é retirado o 
material fundido em um cilindro de silício monocristalino levemente dopado, esse 
procedimento é realizo sob um rigoroso controle da temperatura do material. Este 
18 
 
cilindro apresenta grandes dimensões e é talhado em tamanhos de 
aproximadamente 300μm (MACEDO, 2006). 
 
2.2.1.2 Silício policristalino 
 
Apesar do processo de fabricação das células de silício policristalino ser 
semelhante ao das de silício monocristalino, estas são mais baratas por exigirem 
menos controle durante o processo de fabricação. A diferença entre os dois tipos de 
silício está em no tamanho, morfologia e concentração de impurezas (MATAVELLI, 
2013). Silício policristalino possui uma produção mais barata que as monocristalinas, 
devido ao seu processo de fabricação não ser tão controlado. Entretanto, a 
eficiência é menor quando comparado ao silício monocristalino. Isso acontece 
devido a diferença na pureza dos elementos (MACEDO, 2006). 
Sua fabricação pode ser realizada através do corte de um lingote, de fitas ou 
colocando um filme com substrato, tanto por transporte de vapor como por imersão. 
Quando e realizada essas duas últimas técnicas só é possível fabricar o silício 
policristalino. Cada técnica gera cristais com particularidades distintas, como teores 
de impurezas, dimensões e estrutura. A eficiência teórica máxima alcançada por 
essa técnica de conversão é de 27%, entretanto quando se considera produtos 
comerciais essa porcentagem é reduzida para 15 a 18% (PEREIRA et al., 2006). 
 
2.2.1.3 Silício amorfo 
 
Possui um elevado grau de desordem em sua estrutura atômica, isso é o que 
o difere das demais estruturas. A utilização desse tipo de silício para a fabricação 
das células fotovoltaicas possui algumas vantagens, tanto nas propriedades elétricas 
quanto no processo de fabricação. Esse tipo de silício possui um baixo custo se 
comparado aos outros dois tipos citados acima. Suas desvantagens estão na baixa 
eficiência de conversão da energia luminosa, se comparado com as células mono e 
policristalinas (MATAVELLI, 2013). 
O emprego de silício amorfo para a aplicação nesse tipo de célula está 
associado a diversas vantagens tanto sob o ponto de visto elétrico quanto no 
método de produção. Esse tipo de material absorve a radiação solar na faixa do 
19 
 
visível e pode ser produzido a partir da colocação de diferentes tipos de substratos, 
o silício amorfo tem despontado como uma promissora tecnologia para sistemas 
fotovoltaicos de pequeno custo. Ainda que apresente um custo menor, o silício 
amorfo possui uma pequena eficiência de conversão quando comparada às células 
de mono e policristalinas. Além possuir uma maior desgaste de sua estrutura 
molecular, esse fato reduz a eficiência da célula durante sua vida útil (MACEDO, 
2006). Seus pontos positivos são: metodologia de produção simples e de baixo 
custo; é possível produzir células de grandes dimensões; o consumo de energia na 
fabricação é pequeno. 
 
3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
 
A geração de energia elétrica a partir de módulos fotovoltaicos divide- se em 
duas categorias: On-Grid (permanece conectado à rede pública de distribuição de 
energia elétrica) e Off-Grid (opera de forma autônoma e sem integração à rede 
pública, é totalmente autônomo). A escolha entre os dois modos é definida pela 
disponibilidade de uma rede de distribuição nas proximidades. Esta decisão impacta 
diretamente o custo geral (SANTOS, 1997). 
A produção de energia elétrica pelo método convencional é centralizada e 
longe do ponto de consumo, resultando em perdas, o que leva a uma elevação do 
preço de custo da distribuição e causa danos ao meio ambiente. Quando falamos 
em energia fotovoltaica, pensamos em energia sendo gerada próxima ao ponto de 
consumo, permitindo ainda uma melhor diversificação das tecnologias utilizadas 
para a produção de energia elétrica (RODRIGUES, 2002). 
No início, esses sistemas que conexão à rede elétrica foi concebida apenas 
para centrais fotovoltaicas, sistemas de grande porte, pois havia a crença de que 
esses sistemas resolveriam problemas específicos da rede tradicional. No entanto, 
de acordo com o avanço da eletrônica, foram concebidos sistemas de pequeno e 
médio porte, objetivando atender sistemas domésticos, que hoje correspondem a 
mais da metade do mercado fotovoltaico (ATHANASIA, 2000). 
A utilização de energia elétrica gerada a partir de fontes limpas, em pequena 
escala é considerada opção, em diversas fases por inúmeros países desenvolvidos, 
como Alemanha, Japão, Estados Unidos da América, Espanha etc. No Brasil a 
20 
 
inserção deste tipo de energia limpa ainda é carente, sendo necessárias abordagens 
mais aprofundadas sobre o assunto. (OLIVEIRA, 2002). 
Atualmente temos disponíveis duas classificações de geração fotovoltaica, a 
centralizada e a distribuída. 
 
3.1 Geração Centralizada 
 
A geração centralizada solar fotovoltaica, composta por projetos de usinas de 
grande porte, assim como tantas outras aplicações da tecnologia solar fotovoltaica 
no Brasil, tem se consolidado cada vez mais como uma fonte renovável de geração 
de energia elétrica com alto valor agregado à sociedade brasileira. 
Segundo INPE (2017), as usinas de grande porte são instaladas em solo 
sobre 
estruturas metálicas inclinadas e fixas ou com seguimento da trajetória aparente do 
sol em um eixo. Elas estão sendo locadas, principalmente, nas regiões Nordeste, 
Centro-Oeste e Sudeste do Brasil. Outras regiões passarão a ser competitivas, na 
medida em que se saturarem as áreas e os sistemas de transmissão de energia ou, 
ainda, necessitarem de maiores investimentos para acomodar capacidadesinstaladas crescentes, assim como as regiões Sul e Sudeste, uma vez que possuem 
menores distâncias dos grandes centros; há grande concentração de carga do 
Sistema Interligado Nacional (SIN); não são necessárias novas linhas de 
transmissão, já que há maior disponibilidade de pontos de conexão à rede. Desta 
maneira, a geração fotovoltaica centralizada poderá se espalhar por todo país. 
(ALVES, 2019). 
A geração centralizada solar fotovoltaica é e deverá continuar sendo um dos 
principais pilares para o crescimento da fonte no país, com a participação do setor 
em 
leilões de energia elétrica organizados pelo governo federal, por meio dos quais já 
foram contratados os 2.000 MW que estão em operação no Brasil (ALVES, 2019). 
 
 
 
 
21 
 
3.2 Geração Distribuída 
 
 Compreende-se por geração distribuída, a usina que se conecta diretamente 
à rede da distribuidora de energia, em que o consumidor pode injetar potência na 
rede (quando não está utilizando-a) ou, então, receber potência da rede quando 
houver a necessidade de consumir mais energia elétrica (ALVES, 2019). 
Segundo a Aneel (2018) os principais benefícios que tal modalidade pode 
proporcionar ao sistema elétrico são: adiamento de investimentos em expansão dos 
sistemas de transmissão e distribuição, baixo impacto ambiental, redução no 
carregamento das redes, minimização das perdas e a diversificação da matriz 
energética (ALVES, 2019). 
Os sistemas fotovoltaicos podem ser classificados em: sistemas isolados (Off-
Grid) e sistemas integrados à rede (On-Grid ou Grid-Tie), é importante considerar 
que sistemas que não são integrados a rede possuem baterias que armazenam a 
energia gerada, não sendo necessário nos sistemas integrados pois nesses casos a 
energia produzida excedente pode ser transmitida para a rede e ser localizada em 
outros locais (CHUCO, 2007). 
 
3.2.1 Sistema de geração On-Grid 
 
Os sistemas On-Grid (FIGURA 5), são sistemas conectados à rede elétrica, 
possuem um crescimento exponencial no mercado fotovoltaico em países 
desenvolvidos. São considerados uma fonte complementar ao sistema elétrico e 
empregados em locais já atendidos por energia elétrica. Esse sistema de energia 
solar fotovoltaico utiliza a luz do sol para gerar a energia elétrica. A rede da 
concessionária funciona como uma bateria que recebe todo excedente de energia 
gerado pelo sistema (ALVES, 2019). 
Este tipo de sistema utiliza a geração distribuída e pode ser classificado de acordo 
com a potência gerada. Em um sistema fotovoltaico de microgeração, geralmente, a 
unidade consumidora - local onde a microgeração ou minigeração distribuída se 
encontra instalada - está em residências ou em lotes próximos ao local de consumo 
da energia gerada por este tipo sistema (ALVES, 2019). 
22 
 
Os sistemas On-Grid, possuem características semelhantes ao do sistema Off-Grid, 
a diferença básica é que a energia elétrica proveniente das placas fotovoltaicas 
passa por um inversor Grid-Tie que realiza a conversão de corrente contínua em 
corrente alternada, sincronizando-a com a frequência da rede (60Hz) a partir de um 
oscilador interno e ao mesmo tempo limita a tensão de saída para que não seja 
maior do que a da rede, e, então, utiliza-se um relógio de luz bidirecional que medirá 
a energia da concessionária, utilizada em períodos que a energia fotovoltaica for 
insuficiente para atender a demanda, bem como a energia solar gerada em excesso 
pelo sistema, que será inserida na rede da concessionária distribuidora de energia 
elétrica (BRAGA, 2008). Os países desenvolvidos apresentam maior crescimento 
dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica e há grande potencial para 
que tais sistemas sejam aplicados em áreas urbanas ensolaradas em todo o mundo, 
uma vez que, se há um pico de demanda no período diurno, esses sistemas 
conseguem contribuir para a máxima capacidade de uma rede. E, além disso, 
quando a demanda por energia elétrica é maior no verão e – se comparado com o 
período de inverno - aumenta-se a possibilidade de a carga coincidir com a 
disponibilidade de recurso solar. (ALVES, 2019). 
 
 
Figura 5 - Sistema on-grid (Fonte: https://respostas.sebrae.com.br/energia-solar-qual-a-diferenca-
entre-sistemas-on-grid-e-off-grid/) 
 
23 
 
A interligação de painéis fotovoltaicos pode ser realizada em qualquer edificação, 
sendo necessários apenas que apresentem orientação solar favorável, ou seja, que 
estejam voltadas para norte, leste ou oeste, tido como orientação ideal que as 
superfícies dos painéis fotovoltaicas estejam voltadas para o norte geográfico, no 
hemisfério sul, pois essa orientação possibilita uma maior captação da energia 
produzida pelo sol (PEREIRA, 2010). 
O sistema fotovoltaico apresenta um grande potencial para a utilização no design 
das fachadas os edifícios, podendo se tornar não apenas um elemento construtivo 
necessário para os edifícios, mas também para o meio ambiente. Suas utilizações 
em países desenvolvidos não ficam restritas apenas a edificações familiares, mas 
também para edifícios comerciais (ALVARENGA, 2001). 
 A seguir, neste trabalho, apresentarei os principais componentes a serem 
considerados para este tipo de geração de energia. 
 
 
3.2.2 Sistema de geração Off-Grid 
 
Os sistemas Off-Grid (FIGURA 6) possuem toda a energia gerada guardada 
em baterias, o que assegura que o sistema atenda a demanda mesmo em períodos 
em que a incidência solar seja insuficiente, funcionando da seguinte forma: o 
sistema capta a luz solar a partir das placas fotovoltaicas, produz energia elétrica a 
partir e corrente contínua, essa energia passa por um controlador de carga 
responsável pela proteção das baterias contra descargas profundas e excesso de 
carga, toda esta energia será armazenada em um banco de baterias e só então, 
passa por inversor de frequência que a converte de corrente contínua para corrente 
alternada e só então é utilizada para consumo (RIBEIRO, 2012). 
 
24 
 
 
Figura 6 - Sistema de geração Off-Grid (Fonte: https://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-
mais/sistemas-de-energia-solar-fotovoltaica-e-seus-componentes 
 
 
4. PRINCIPAIS COMPONENTES UTILIZADOS EM SISTEMAS 
FOTOVOLTAICOS 
 
 Neste trabalho vamos abordar o método de instalação de geração distribuída, 
no sistema Off Grid, portanto, os materiais apresentados a seguir fazem parte 
principalmente deste tipo de geração. 
 
 
4.1 Placas solares (módulo fotovoltaico) 
 
 Nesse sistema, as placas solares são as que ficam na parte de cima dos 
telhados ou sobre o chão para receber toda a radiação solar. Cada placa possui 
outros elementos, como as células, que são responsáveis pela viabilidade da 
geração de energia. 
Placas solares ou módulos fotovoltaicos (FIGURA 7) é a unidade básica para 
o sistema de geração de energia elétrica. O módulo consiste em uma estrutura 
montada em um quadro de alumínio que é composto por células fotovoltaicas em 
paralelo e em série, cobertas geralmente por vidro ou plástico, para evitar das ações 
do tempo e possíveis impactos. As células fotovoltaicas podem ser agrupadas em 
25 
 
arranjos para compor uma fonte de energia de maior capacidade denominado painel 
solar. 
As células fotovoltaicas absorvem a radiação solar em uma faixa muito 
estreita do espectro da radiação. Fótons com energia superior à necessária 
(próximos à luz ultravioleta) (com frequência mais alta) concedem energia em 
excesso, que será transformada em calor. Fótons com energia inferior à necessária 
(próximos à luz infravermelha) (com frequência mais baixa), não concedem energia 
suficiente para a liberação dos elétrons, e essa energia é convertida em calor. E 
mesmo dentro da faixa aproveitável, apenas uma parte dos fótons têm a energia 
correta para o efeito fotovoltaico, e os fótons com mais energia contribuem com 
maior geração de calor. 
Com o calor, as células fotovoltaicas de silício cristalinoperdem eficiência, 
pois a tensão da célula cai e, a potência que essa pode gerar cai também. 
Na área da junção-PN há um gradiente elétrico que contribui para aumentar 
as perdas na conversão fotovoltaica. Durante a fabricação de um módulo 
fotovoltaico, a conexão das células fotovoltaicas em série também aumenta as 
perdas, pois a resistência entre as ligações é somada. Os fabricantes trabalham com 
técnicas de produção aprimoradas que visam diminuir as perdas individuais e 
coletivas das células, para assim alcançar a máxima eficiência. Atualmente no 
mercado há placas solares que possuem uma fina camada de vidro especial, que 
confere resistência mecânica e térmica, além de uma camada antiaderente que 
evita o acúmulo de sujeira, seguida de uma película de Fluoreto de Polivinila, o qual 
envolve e protege as células fotovoltaicas contra o envelhecimento causado por 
raios ultravioletas (UV) e a umidade (PEROZA, 2015). 
A incidência direta da radiação solar é muito importante para que as células 
fotovoltaicas apresentem a melhor eficiência na conversão da radiação solar em 
energia elétrica. Sendo assim, quanto mais luz direta o painel solar recebe, mais 
energia elétrica será gerada. Além dos telhados, a placa solar pode ser fixada no 
solo (como em áreas rurais, por exemplo) e até mesmo em coberturas de 
estacionamentos. A principal função desse equipamento é coletar fótons da luz 
solar que ao se colidirem com os átomos de silício, um semicondutor presente na 
composição das placas, gera um deslocamento de elétrons e assim, gerando uma 
corrente elétrica. 
 
https://www.infoescola.com/fisica/foton/
https://www.infoescola.com/fisica/foton/
26 
 
 
 
Figura 7 - Placas solares (Fonte: https://www.portalsolar.com.br/placa-solar-fotovoltaica-o-que-voce-
precisa-saber) 
 
 
4.2 Controladores de carga 
 
O controlador de carga (FIGURA 8) é um dos mais importantes componentes 
de um sistema de energia solar off grid. Ele é o equipamento responsável por 
preservar a vida útil das baterias estacionárias, protegendo-as dos efeitos da 
sobrecarga ou descarga abrupta. Também é responsável por tornar o 
armazenamento da energia excedente mais eficiente, diminuindo perdas 
energéticas. A função do regulador de carga, é a de proteger as baterias de serem 
sobrecarregadas, ou descarregadas profundamente, e assim garantir, que toda a 
energia produzida pelos painéis fotovoltaicos, seja armazenada com maior eficácia 
nas baterias. 
Os controladores de carga possuem uma série de dispositivos que informam 
permanentemente sobre o estado de carga do sistema e alertam o utilizador para 
que este possa adaptar a instalação às suas necessidades particulares, aumentando 
assim o tempo de vida útil das baterias. 
Esse componente também é responsável por tornar o armazenamento da 
energia excedente mais eficiente, diminuindo perdas energéticas. 
Além disso, o equipamento tem o propósito de compensar os diferentes fluxos de 
energia que ocorrem quando a bateria está sendo carregada e utilizada ao mesmo 
tempo – um processo chamado de suspensão. 
27 
 
O controlador também tem o papel de determinar quando a bateria está fraca, 
além de ser capaz de medir a temperatura e a pressão do sistema, evitando danos 
por superaquecimento e acidentes. 
O equipamento faz a intermediação entre os painéis solares e a bateria, 
gerenciando informações sobre o funcionamento e otimizando o processo de 
armazenamento da energia em sistemas autônomos. 
Existem dois principais tipos de controladores de carga, os paralelos e os em 
série. 
Enquanto os controladores paralelos derivam a corrente dos módulos para 
uma carga dissipativa, permitindo que o acumulador se mantenha em seu nível de 
carga máxima, os controladores em série interrompem a corrente que chega à 
bateria, dependendo da sua tensão. 
Os reguladores em série não dissipam calor e podem ser instalados em 
ambientes fechados e atender a diversas aplicações, incluindo as de maior porte. Já 
os controladores paralelos causam aquecimento e, por isso, têm sua capacidade de 
trabalho limitada, sendo ideais para instalações fotovoltaicas menores. 
 
Figura 8 - Controlador de carga (Fonte: Google imagens) 
 
 
 
 
28 
 
4.3 Baterias 
 
Como solução para momentos em que a energia solar não é gerada (período 
noturno ou em dias chuvosos), temos como alternativa a utilização de baterias 
(FIGURA 9). As baterias são ideais para sistemas Off-Grid, pois é necessária sua 
utilização para quando as placas solares não estão gerando energia, como por 
exemplo, à noite. 
 
 
 
Figura 9 - Baterias de chumbo-ácido para sistema fotovoltaico (Fonte: Google imagens) 
 
 Para uma melhor utilização das baterias, segue abaixo algumas advertências 
e recomendações: 
 
Recomendável: 
 
 Instalar sistema solar com baterias automotivas. Estas não foram projetadas para 
a descarga típica e contínua de corrente. As baterias automotivas têm uma curva 
de descarga diferenciada, sendo alta no início e com queda rápida depois. A 
29 
 
resistência na recarga também é mais alta e a vida útil fica comprometida numa 
aplicação solar; 
 Nunca instale bateria em painel solar sem o controlador de carga, sob o risco 
de perda da bateria e perigo de explosão ou incêndio. 
 
Não recomendável: 
 
 Na instalação, o uso de fusíveis, disjuntores ou diodos de proteção. 
 Trabalhe com baterias de ciclo profundo, com sistema de vasos selados onde o 
vapor é recuperado e recirculado no acumulador; 
 Sempre combine baterias da mesma marca e mesma capacidade. 
 
Atualmente temos como alternativa, três tipos de baterias que possuem 
características e custos diferenciados. A seguir, vamos ver algumas características 
destas baterias. 
 
 
4.3.1 Bateria de chumbo-ácido 
 
Sendo a mais utilizada em sistemas fotovoltaicos, a bateria de chumbo-ácido 
é composta por dois eletrodos, um de chumbo esponjoso e outro de dióxido de 
chumbo em pó. Porém, ainda que operem no armazenamento de energia solar, seu 
alto custo não condiz com sua vida útil. 
 
4.3.2 Bateria de íons de lítio 
 
Mais potente e com alta durabilidade, a bateria de íons de lítio é uma opção 
viável de como armazenar energia solar. Ela opera de modo reativo com uma 
grande quantidade de energia em baterias cada vez menores e leves, e não é 
preciso aguardar que ela descarregue totalmente para realizar a recarga, visto que 
não possui o conhecido “vício de bateria”. 
 
http://www.sunlab.com.br/Componentes_menu.htm
30 
 
4.3.2 Bateria de níquel-cádmio 
 Podendo ser recarregada diversas vezes, a bateria de níquel-cádmio também 
possui um valor muito elevado quando avaliamos a sua vida útil. Porém, ela ainda é 
bastante utilizada para o funcionamento de aparelhos como celulares e filmadoras, 
embora cumpra seu papel de armazenar energia fotovoltaica do mesmo modo. 
 
 
4.4 Inversores de frequência 
 
Os inversores (FIGURA 10) são utilizados nos sistemas solares para 
converter a corrente contínua dos painéis e baterias em corrente alternada para 
alimentar as cargas. Possuem proteção contra sub e sobretensão, raios, inversão de 
polaridade das baterias e diversos tipos de sinalização audível (beep) e visual, além 
da proteção contra descarga total da bateria. 
A aplicação dos inversores em um sistema fotovoltaico está na necessidade 
de alimentação de equipamentos que trabalham em corrente alternada através da 
energia solar. 
Atualmente existem duas tecnologias características dos inversores 
relacionadas à qualidade de reprodução da senoide (corrente alternada):Pura: 
Inversores com essa característica podem ser utilizados para o suprimento de 
energia AC em qualquer sistema.Modificada: São inversores que geram uma forma 
de onda quadrática, tratada para se aproximar da senoide AC. Tem ótimo custo x 
benefício e permite ser aplicada na maioria dos consumos, exceto motores e 
equipamentos indutivos nãoretificados na entrada. 
 O inversor é definido pela tensão de entrada e deve corresponder ao do 
sistema solar e pela tensão de saída, devendo ainda ser mono, bi ou trifásico. 
Caracterizam-se pela entrada de energia com tensões em 12, 24,48 ou 125 
VDC e saídas de consumo em 110V ou 220 VAC 
 A potência de um inversor deve superar a do maior consumo dos 
equipamentos, incluindo os picos. 
 
 
 
31 
 
 
Figura 10 - Inversores para sistema fotovoltaico (Fonte: https://www.portal-energia.com/como-
escolher-o-melhor-inversor-para-o-sistema-solar-da-minha-casa/) 
 
 
5. DESENVOLVIMENTO E CALCULOS DO SISTEMA 
 
 
5.1 Grandezas consideráveis 
 
 Os módulos fotovoltaicos geralmente são especificados pela potência de pico 
( ), cujos parâmetros são obtidos considerando a Condição Padrão de Testes 
(STC - Standard Test Conditions), definida pela norma IEC 61215 (International 
Electrotechnical Commission). 
 No entanto, determinados locais podem apresentar condições distintas das 
apresentadas. Por isto, é importante que outros parâmetros que caracterizam os 
módulos sejam observados na escolha dos equipamentos ideais, por exemplo: 
 
Tensão de Circuito Aberto ( ): É a máxima tensão do dispositivo sob 
condições determinadas de iluminação e temperatura, correspondentes a uma 
corrente igual a zero, ou seja, quando não existe carga conectada ao circuito; 
Watt de pico ( : É a máxima potência obtida em condições ideais; 
Watt hora ( : É a potência gerada ou consumida por hora; 
Ampere hora ( : É a corrente máxima obtida ou consumida em uma hora; 
Ampere de pico ( ): É a corrente máxima obtida em uma condição ideal; 
32 
 
Corrente de Curto-Circuito ( ): É a máxima corrente que o dispositivo poderá 
produzir, com uma tensão nula entre os terminais do módulo; 
Potência Máxima ( ): Para cada ponto da curva característica VxI, o produto 
da corrente pela tensão, definem a potência para aquela condição de operação. 
Corrente no Ponto de Máxima Potência ( ): É o único valor de corrente 
onde é obtida; 
Tensão no Ponto de Máxima Potência ( ): É o único valor de tensão onde 
 é obtida; 
Fator de Preenchimento ou Fill Factor ( ): É o valor correspondente ao 
quociente entre e o produto de . Fornece uma ideia de qualidade 
do dispositivo fotovoltaico, sendo que este será melhor quanto maior for o fator 
de preenchimento; 
Eficiência ( ): É o quociente entre a potência que pode entregar a célula e a 
potência de radiação solar que incide sobre ela ( ) 
 
 
5.2 Levantamento das cargas 
 
Inicialmente deve-se realizar o levantamento das cargas considerando todos 
os equipamentos elétricos que se pretende ligar ao sistema fotovoltaico. É 
necessário considerar também a quantidade de horas que cada equipamento será 
ligado por dia (24 horas). E também a multiplicação dos valores de consumo pelas 
suas horas de uso. 
 Abaixo segue exemplo: 
 
ITEM QTD. DESCRIÇÃO DO CIRCUITO 
POTÊNCIA 
POR 
UNIDADE 
(W) 
POTÊNCIA 
TOTAL (W) 
HORAS DE 
FUNC. / 
DIA 
Wh / DIA 
01 05 LÂMPADA LED 15W 15 75 4 300 
02 07 LÂMPADA LED 5W 5 35 2 70 
03 04 TOMADA DE USO GERAL 50 200 12 2400 
04 01 GELADEIRA 320 320 24 7680 
33 
 
05 01 MICROONDAS 1000 1000 0,2 200 
06 01 VENTILADOR 60 60 5 300 
07 01 TELEVISÃO 60 60 5 300 
 
 
TOTAL 1750 11250 
 
 
Neste levantamento podemos verificar que a potência total ( ) é de 1750W, 
e a potência ( ) diário é em média 11250 . 
 Com isso devemos considerar que o sistema fotovoltaico deverá gerar no 
mínimo 11250W por dia para suprir toda a demanda necessária. 
 
 
5.3 Análise solarimétrico 
 
A próxima etapa no dimensionamento do sistema fotovoltaico é analisar o 
valor da média anual de quantidade de horas de insolação por dia ( ) o local onde a 
instalação será realizada possui. 
 Neste caso, a cidade da instalação será São José do Rio Preto. 
 Segue abaixo o mapa solarimétrico do Brasil com a indicação da insolação 
média na cidade de São José do Rio Preto, por exemplo: 
 
 
34 
 
 
Figura 11 - Mapa solarimétrico do Brasil, evidenciando a cidade de São José do Rio Preto-SP (Fonte: 
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/atlasolar.html + Próprio autor) 
 
De acordo com o mapa podemos considerar que a cidade onde a instalação 
do sistema fotovoltaico será realizada possui insolação diária ( de 6 horas. 
 Assim, a potência em Watt/pico do sistema 
será corresponde à necessidade de consumo, dividido pelas horas de insolação ( ). 
 Temos: 
 
 
 
 
 Assim temos que o valor ideal por hora a ser produzido pelo sistema 
fotovoltaico deverá ser de 1875Watts/hora. 
 
 
 
35 
 
5.4 Dimensionamento das placas (módulos) solares 
 
Conforme dados obtidos anteriormente, será necessário que o conjunto de 
placas (módulos) solares tenha capacidade para geram no mínimo 1875Watts/hora. 
 Para atingirmos os valores ideias de energia gerada, faz-se necessário 
associar os painéis solares de maneira adequada. 
Devemos lembrar que não é recomendado misturar módulos solares com 
potências, tensões e correntes diferentes entre si em um mesmo arranjo. 
A associação entre as placas solares também é um fator muito importante, 
pois é esta associação que definirá a tensão e a corrente do conjunto. 
Em instalações off-grid, as placas solares serão responsáveis também pelo 
carregamento de baterias, e para isso sua característica de tensão deverá estar 
somente um pouco acima da tensão de recarga (12, 24, 36,48 V) e maior corrente, 
isso porque caso o sistema esteja com tensões muito altas, o controlador de cargas 
não permitirá a passagem para as baterias. 
Para o cálculo da perda, ou da potência real aproveitada do painel solar, 
considere a tensão de recarga da bateria (ex.: 14,5 ou 29,0 V) e a corrente gerada. 
A associação entre as placas solares deve resultar em um valor maior que a 
necessidade de consumo e a potência acima da necessária, será sua reserva. 
 
 
5.4.1 Associação de placas solares 
 
Painéis solares geram eletricidade em corrente contínua e, portanto, fornecem 
energia polarizada, ou seja, um polo é positivo (+) e o outro polo é negativo (-). 
Em sua grande maioria, são fabricados para atender a uma tensão nominal 
de 12 ou 24 Volts, mas geram 17 ou 34 Volts quando ligados no sistema. Por isso, 
se faz necessário a utilização de controladores de carga. 
Na associação dos painéis solares, é possível a ligação em série e em 
paralelo das placas, e a diferença entre estas ligações obedece a lei de Ohm. 
 
5.4.1.1 Ligação das placas solares em paralelo 
 
36 
 
A ligação em paralelo entre módulos individuais (utilizada tipicamente nos 
sistemas autónomos) é efetuada quando se pretende obter correntes mais elevadas 
e manter o nível de tensão estipulada do módulo. 
Se conectarmos um painel a outro em paralelo - (positivo com positivo e 
negativo com negativo), a cada painel adicionado, a tensão se mantém iguais e as 
correntes se somam. 
A figura abaixo representa esquematicamente a associação em paralelo de 
módulos fotovoltaicos: 
 
 
Figura 12 - Ligação de painéis fotovoltaicos em paralelo (Fonte: 
https://www.eduardoaquino.com.br/como-ligar-painel-solar-de-forma-facil/) 
 
Desta forma, obtêm-se intensidades de corrente mais elevadas, mantendo-se 
a tensão estipulada do módulo. Neste caso, é possível escreverem-se as seguintes 
relações: 
Para corrente: 
 
 
 
Para tensão: 
 
 
37 
 
5.4.1.2 Ligação das placas solares em série 
 
Os módulos fotovoltaicos ligados em série constituem aquilo que 
normalmente se designa por fileiras. É importante realçar que na associação de 
módulos fotovoltaicos devem ser utilizados módulos do mesmo tipo, de forma a 
minimizar as perdas de potência no sistema. 
Se conectarmos um painel a outro em série - (positivo de um painelcom o 
negativo do outro), a cada painel adicionado a corrente se mantém igual e as 
tensões se somam. 
Com estas propriedades, as associações nos permitem ter sistemas em 
tensões múltiplas: (Ex. 12+12= 24V , 24+24= 48V), e da mesma forma os múltiplos 
de corrente. 
A figura abaixo representa esquematicamente a associação em série de 
módulos fotovoltaicos. 
 
 
Figura 13 - Ligação de painéis fotovoltaicos em série (Fonte: 
https://www.eduardoaquino.com.br/como-ligar-painel-solar-de-forma-facil/) 
 
 
Com efeito, a associação em série de módulos fotovoltaicos permite obter 
tensões mais elevadas, mantendo a corrente estipulada do módulo. 
Para tensão: 
 
38 
 
 
 
Para corrente: 
 
 
 
 
5.4.2 Instalação das placas solares 
 
O painel solar deve ser instalado na direção do Norte geográfico, para 
localidades que estão no hemisfério sul do nosso planeta. 
O local deve ser seguro, evitando o acesso de animais e pessoas. Evite 
instalar onde haja sombreamento, mesmo que durante parte do dia pois isso causa 
perdas de eficiência e até deterioração acentuada de células. Procure sempre 
instalar os painéis o mais próximo do consumo. 
Os conjuntos devem ser fixados em suportes adequados, sobretudo em telhados, 
lajes, postes e etc, evitando o risco de estresse dos materiais e danos com o 
decorrer do tempo. 
 
 
5.4.3 Cálculo das placas solares 
 
Temos que o valor ideal por hora a ser produzido pelo sistema fotovoltaico 
deverá ser de 1875Watts/hora. 
Basicamente, podemos dizer que para este sistema, devemos considerar no 
mínimo 10 placas de 250W, porém antes de tomarmos esta decisão, devemos 
calcular as perdas e obtermos a potência real de cada painel solar. 
 
 Para este caso, adotaremos como exemplo, placas solares 
da marca Yingli Solar, modelo YL250P 29b, de silício policristalino, com eficiência de 
15,4%, com dimensões 1650x990x35 mm, com potência de 250W e corrente 
máxima de 8,39A. 
http://www.sunlab.com.br/Suportes_Painel_solar_Sunlab1.htm
39 
 
 Como as placas consideradas possuem eficiência de 
15,4%, calculamos: 
 
 
 
 
 Neste caso, considerando 10 placas de 211,5W, teremos: 
 
 
 
 
 
5.5 Dimensionamento do controlador de cargas 
 
O controlador de carga é aplicado em sistemas com baterias. Comercialmente 
encontramos dois tipos de controladores, os PWM (Pulse Width Modulation) e os 
MPPT (Maximum Power Point Tracking). Os modelos PWM são menos eficientes e 
possuem custos menores, já os MPPT, possuem maior eficiência e são mais caros. 
Devem ser calculadas ambas as correntes (corrente dos painéis solares e a 
corrente a ser consumida) sendo selecionada a corrente mais elevada. 
O valor total de corrente é o consumo dividido pela tensão de trabalho do 
equipamento. 
A corrente do sistema será a soma das correntes máximas geradas pelos 
painéis solares. Obtenha o total, levando em consideração a associação dos painéis 
conectados. 
Para os painéis solares, deve basear-se na corrente discriminada na tabela 
de características do produto. 
Definimos o controlador pelo maior valor encontrado (painel ou consumo). 
O consumo diário representa 1875Wh, e a geração é de 2115Wh. 
Dividimos esse valor pela tensão do sistema (24V), e assim obtemos o valor 
de corrente que será necessário para escolha do controlador. 
 
 
http://www.sunlab.com.br/Componentes_menu.htm
40 
 
 
Para este caso, consideraremos 1 controlador de carga MPPT, 100A, 24V, de 
fabricação Epever modelo 10415AN. 
 
5.6 Dimensionamento das baterias 
 
Sistemas solares podem ser instalados com baterias automotivas comuns, 
porém estas não são recomendadas. Devemos considerar que a capacidade deve 
superar a corrente total dos painéis a serem conectados. 
 Baterias ligadas em série somam suas tensões e mantém suas correntes. 
Baterias ligadas em paralelo mantém suas tensões e somam suas correntes. 
 Para este caso adotaremos baterias fabricadas para descarga profunda, pois 
possuem melhor rendimento e podem trabalhar com até 90% de sua capacidade. 
 Temos então, consumo diário de corrente x 3: 
 
 
 
 Considerando um banco de baterias de 100Ah cada célula, temos: 
 
264,3Ah 100Ah = 2,64 = 3 unidades 
 
 O banco de baterias irá possuir 3 unidades de 100Ah cada uma. 
 
 Lembrando que quanto maior for a quantidade e/ou a capacidade das 
baterias, maior será a autonomia do sistema. 
 
5.7 Dimensionamento do inversor 
 
 Para o correto dimensionamento deve-se utilizar a potência máxima da 
instalação e compará-la com a capacidade real do inversor (W x FP). O inversor 
deverá possuir capacidade superior ao consumo. 
 
41 
 
Potência total instalada = 1875W; 
 
Considerado inversor onda senoidal pura – off-grid – de fabricação Eveper 
mod. SHI3000-22, 3000W, E:24Vcc / S:220Vca. 
 
O inversor considerado possui potência contínua de 3000W, com eficiência de 93%, 
sendo assim, teremos 2790W efetivos. 
 
5.8 Diagrama esquemático do sistema fotovoltaico desenvolvido 
 
 
42 
 
 
 
Figura 14 - Sistema fotovoltaico Off-grid (Fonte: Próprio autor) 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
CONCLUSÃO 
 
Neste trabalho pudemos observar que a procura por fontes renováveis de 
energia, principalmente a fotovoltaica é extremamente importante tanto para o 
crescimento tecnológico quanto para a o meio ambiente. As vantagens desse da 
geração fotovoltaica são a inexistência de partes móveis, rápida instalação, baixa 
manutenção, característica modular e elevado grau de confiabilidade, além de ser 
não poluente, silenciosa e renovável. 
Uma das vantagens para o aumento na implementação de sistemas 
fotovoltaicos no Brasil é que o país apresenta características extremamente 
favoráveis a este tipo de geração de energia devido a incidência e irradiação solar e 
pela sua alta produção de silício, material que é amplamente utilizado na fabricação 
das placas solares. O que é preciso superar, no entanto, é o nível tecnológico para 
realização de pesquisas a respeito do desenvolvimento deste tipo de tecnologia; o 
país ainda se encontra muito atrasado com relação à tecnologia dos países 
desenvolvidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
 
 
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