Energia Eólica e Solar

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ENERGIA EÓLICA E SOLAR
2
Lílian Venturi Pinheiro
São Paulo
Platos Soluções Educacionais S.A 
2022
 ENERGIA EÓLICA E SOLAR
1ª edição
3
2022
Platos Soluções Educacionais S.A
Alameda Santos, n° 960 – Cerqueira César
CEP: 01418-002— São Paulo — SP
Homepage: https://www.platosedu.com.br/
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Priscila Pereira Silva
Coordenador
Nirse Ruscheinsky Breternitz
Revisor
Charles William Polizelli Pereira
Editorial
Beatriz Meloni Montefusco
Carolina Yaly
Márcia Regina Silva
Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)_____________________________________________________________________________ 
Pinheiro, Lílian Venturi
Energia eólica e solar / Lílian Venturi Pinheiro. – São 
Paulo: Platos Soluções Educacionais S.A., 2022.
44 p.
ISBN 978-65-5356-237-0
1. Energia solar. 2. Energia eólica. 3. Energia elétrica. I. 
Título. 
CDD 531.6
_____________________________________________________________________________ 
 Evelyn Moraes – CRB: 010289/O
P654e 
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https://www.platosedu.com.br/
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SUMÁRIO
Apresentação da disciplina __________________________________ 05
Geração de energia solar: contextualização e introdução ____ 06
Energia solar no Brasil e no mundo: aplicações e arquiteturas _ 15
Turbina e geração eólica: introdução _________________________ 27
Energia eólica no Brasil e no mundo: aplicações e impactos ao 
meio ambiente _______________________________________________ 41
ENERGIA EÓLICA E SOLAR
5
Apresentação da disciplina
Bem-vindo à disciplina Energia eólica e solar, que tratará sobre as fontes 
renováveis de energia solar e eólica. Fala-se muito sobres essas fontes 
de energia hoje em dia, e o leigo sabe pouco sobre a engenharia e as 
tecnologias extensas e às vezes muito complexas por trás da geração de 
energia elétrica. 
A natureza descontínua de geração dessas fontes de energia contribui 
com novos projetos na área, levando em conta fenômenos naturais 
desequilibrados e a necessidade de armazenamento de energia em 
bancos de baterias. Nesse sentido, esta disciplina fornece uma base 
e compreensão da utilização potencial da energia solar fotovoltaica e 
eólica e suas aplicações e apresenta os fundamentos dos dispositivos 
envolvidos na conversão de tipos de energia.
A questão da sustentabilidade, do desenvolvimento sustentável, é uma 
tendência, pois sua produção decorre de recursos renováveis e não 
renováveis. Assim, na busca pela utilização harmoniosa e plena dos 
recursos naturais, visualiza-se a máxima eficiência da própria cadeia de 
energia, desde a geração (produção) até o consumo (uso final), entrando 
no âmbito da transmissão, subtransmissão e distribuição de energia 
elétrica, relacionada ainda com a sustentabilidade do meio ambiente. 
Durante o curso, esses e muitos outros conceitos serão 
importantíssimos para o entendimento das energias solar e eólica. Bons 
estudos!
6
Geração de energia solar: 
contextualização e introdução
Autoria: Lilian Venturi Pinheiro
Leitura crítica: Charles William Polizelli Pereira
Objetivos
• Compreender o conceito de energia renovável: solar.
• Saber analisar curvas caraterísticas da geração de 
energia solar.
• Saber a importância do uso de conversores e 
inversores ligados à rede elétrica.
7
1. Geração de energia solar
A tecnologia fotovoltaica, que transforma a energia solar em elétrica, 
vem sofrendo um grande avanço, destacado pelo baixo impacto 
ambiental e pela facilidade de construção e operação (VIAN et al., 2021).
Antes de iniciar o estudo sobre energia solar, é necessário o 
entendimento de outras fontes de geração de energia. Como exemplo, 
temos a energia hidrelétrica, também considerada uma fonte de energia 
renovável, em que a queda d´água provoca o movimento das turbinas 
que acionam os geradores; o problema é que essa geração de energia 
impacta o meio ambiente e a biodiversidade com a construção de suas 
usinas.
Outra geração de energia também muito conhecida é a energia 
térmica, que está relacionada com altas temperaturas e calor, sendo 
formada pela energia cinética, ou seja, energia a partir do movimento 
das partículas e das moléculas de um corpo. A termodinâmica é a área 
encarregada de estudar essa geração de energia.
Também temos a energia eólica, considerada uma fonte de energia 
limpa, pois não emite gases poluentes na atmosfera. Sua instalação é 
baseada em turbinas ou aerogeradores, como estudaremos mais para 
frente em nossa disciplina.
Por último, o tema central deste Tema, temos a geração de energia 
solar, que também é uma fonte de energia limpa e renovável, disponível 
em abundância em diversas áreas e com bom custo-benefício e que 
requisita avanços tecnológicos que vão possibilitar financeiramente seu 
uso. O entendimento sobre a energia solar se faz necessário na hora de 
adquirir ou instalar um sistema de geração de energia solar.
A energia solar tem sido utilizada em residências, empresas, indústrias 
e áreas rurais, sendo uma ótima opção para economizar nas contas 
8
de serviço públicos. Seu funcionamento se dá com painéis solares que 
captam a luz e utilizam o calor dos raios solares para gerar eletricidade 
(nos sistemas de energia fotovoltaica e heliotérmica) ou para aquecer 
líquidos (energia solar térmica).
Há três diferentes tipos de energia solar: energia heliotérmica, energia 
solar térmica e energia solar fotovoltaica, cada uma com suas diferenças 
e características. A energia heliotérmica é responsável pelo aquecimento 
de líquidos e utiliza o vapor formado para acionar turbinas; a energia 
térmica utiliza o sol como fonte de energia para aquecer líquidos; 
e a energia solar fotovoltaica é a energia elétrica gerada pelo efeito 
fotovoltaico. Essas últimas utilizam painéis solares para captar a luz do 
sol e gerar correntes elétricas diretas por meio do efeito fotovoltaico, 
as quais são convertidas em corrente alternada ou armazenadas pelo 
inversor solar.
Durante muito tempo, a inserção da energia fotovoltaica teve muitos 
obstáculos, devido ao seu alto custo, mas hoje essa tecnologia tem 
ganhado cada vez mais espaço através de inúmeras pesquisas, o que 
aumenta cada vez mais a demanda por esse recurso renovável.
Algumas peculiaridades em relação à geração fotovoltaica a diferenciam 
de outras fontes de energia por não possuírem partes rotativas nem 
autoplanejamento em períodos previsíveis de sombreamento devido 
ao aumento de nuvens (ANEEL, 2005). Os sistemas fotovoltaicos são 
muito usuais em sistemas isolados, em sistemas interconectados à rede 
elétrica e em sistemas de armazenamento de energia com o uso de 
baterias.
Como introdução e do ponto de vista da engenharia de projeto de 
redes, é importante ressaltar que a normalização da conexão de 
micro e minissistemas fotovoltaicos ao sistema de distribuição deve 
levar em consideração as ações de manutenção nas instalações da 
operadora, que pode desenergizar a rede devido a intervenções. Em 
9
relação à operação de um sistema com grande presença de micro e 
minigeradores fotovoltaicos, a manutenção adequada da tensão e 
da potência reativa deve merecer atenção especial tendo em vista a 
produção intermitente e o autoconsumo dessas unidades geradoras. 
Como já mencionado, requerem instrumentosque assegurem um 
controle suficiente. Os grandes sistemas fotovoltaicos também 
requerem proporcionalmente a atenção descrita, porém deve-se notar 
que, devido ao seu tamanho, esse tipo de sistema está conectado à rede 
de transmissão ou subtransmissão, que é naturalmente dotada de um 
alto grau de “inteligência” em design e serviço.
2. Introdução aos sistemas de energia solar: 
conceitos gerais
As células fotovoltaicas, também chamadas de células solares, podem 
ser pensadas como dispositivos semicondutores que, quando visíveis 
à luz, produzem uma corrente elétrica (NETO; CARVALHO, 2012). Os 
semicondutores mais utilizados em um sistema fotovoltaico são os de 
silício e os de germânio, porém entre os dois o mais usado é o de silício. 
Uma célula solar real se comporta de forma diferente de uma célula 
ideal; algumas perdas são inerentes ao processo, enquanto outras 
podem ser minimizadas a partir do desenvolvimento de novas técnicas. 
A Figura 1 mostra o diagrama de circuito equivalente de uma célula real.
Figura 1 – Circuito equivalente de uma célula solar
Fonte: Casaro e Martins (2008, p. 142).
10
O circuito equivalente apresentado na Figura 1 é um circuito de uma 
célula solar. Nele está inserida uma fonte de corrente Iph que se encontra 
em paralelo com um diodo D. A resistência em série rs descreve a queda 
de tensão devido às perdas ôhmicas no material semicondutor. A 
resistência paralela rp também descreve as perdas de corrente.
O circuito equivalente anterior apresenta a seguinte equação:
.( 1. )/ . . 1..[ 1]q V Rs k Tph r
V RsI I I e
Rp
η+ += − − − (1)
É importante ter em mente que o comportamento de uma célula 
solar fotovoltaica é apresentado por algumas grandezas necessárias 
ao entendimento de todas as curvas características que aqui serão 
apresentadas: (NETO; CARVALHO, 2012):
Corrente de curto-circuito ( ISC ): nesse caso, nenhuma tensão externa é 
aplicada à célula solar. e a corrente é considerada a mais alta possível.
Fotocorrente ( Iph ): corrente elétrica exposta à intensidade de luz.
Tensão de circuito aberto ( Voc ): não há corrente externa que exceda a 
diferença de potencial entre as regiões dopadas.
Ponto de potência máxima (MPP): ponto de trabalho em que a 
potência entregue atinge o valor mais alto; a corrente e a tensão nesse 
ponto são respectivamente: IMPP e VMPP.
Maximum Power Point Tracker (MPPT): é o rastreador do ponto de 
máxima potência; é o recurso incorporado em todos os inversores para 
uso em sistemas fotovoltaicos ligados à rede.
Rendimento (ƞ): é a relação entre o ponto de potência máxima e a 
potência da luz incidente total. Por exemplo, a célula de silício tem uma 
eficiência de uns 13%.
11
A Figura 2 mostra as curvas de corrente versus tensão e potência versus 
tensão de uma célula solar típica, na qual a corrente de curto-circuito, 
a tensão de circuito aberto e o ponto de máxima potência (MPP) são 
explicitamente especificados como parâmetros: radiação e temperatura.
Figura 2 – Curva de corrente versus tensão e potência versus tensão 
de uma célula solar
Fonte: https://novo.canalsolar.com.br/entendendo-as-curvas-iv-e-pv-dos-modulos-
fotovoltaicos/. Acesso em: 20 abr. 2022.
A dependência da curva corrente-tensão nesses dados climáticos é 
apresentada na Figura 3. Em distintos níveis de irradiação e temperatura 
constantes na célula, o número de portadores de carga gerados é 
proporcional à corrente de curto-circuito. A tensão de circuito aberto, 
por outro lado, mostra apenas um ligeiro aumento; os pontos de 
potência máxima correspondentes estão em uma faixa de tensão 
relativamente estreita na irradiação máxima.
https://novo.canalsolar.com.br/entendendo-as-curvas-iv-e-pv-dos-modulos-fotovoltaicos/
https://novo.canalsolar.com.br/entendendo-as-curvas-iv-e-pv-dos-modulos-fotovoltaicos/
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Figura 3 – Curvas I versus V para uma temperatura de célula de T = 
25ºC e diferentes níveis de irradiância
Fonte: Casaro e Martins (2008, p. 144).
Com irradiação constante e aumento da temperatura da célula, a 
corrente de curto-circuito é um pouco maior devido aos portadores 
de carga adicionais gerados pela excitação térmica. No entanto, esse 
efeito positivo é mais do que compensado pela diminuição da tensão de 
circuito aberto.
Os rastreadores MPPT têm a função de maximizar a potência fornecida 
pelos painéis fotovoltaicos em determinadas condições, reduzindo assim 
o custo da eletricidade gerada. São importantes ainda por garantirem 
que os módulos fotovoltaicos operem sempre no ponto de máxima 
potência, possibilitando a máxima geração de energia pelo sistema 
fotovoltaico.
Para que a conversão da energia solar em eletricidade seja eficaz, são 
utilizados módulos fotovoltaicos (PV), que são fortemente influenciados 
por fatores climáticos, como radiação solar e temperatura. Essa conversão 
da energia solar em eletricidade permite que os painéis fotovoltaicos 
sejam conectados à rede elétrica de distribuição por meio de conversores 
estáticos, o que contribui para a geração distribuída (GD).
13
O projeto de modelos digitais correspondentes a modelos aproximados 
de módulos fotovoltaicos desempenha uma importante função na 
utilização de técnicas que permitem o rastreamento do ponto de 
máxima potência (MPPT) no controle dos conversores.
A Figura 4 mostra um sistema de geração de energia com dois estágios 
(duas fases) de processamento. A primeira fase é representada por 
um conversor CC, responsável pelo rastreamento do ponto de máxima 
potência, e a segunda fase é representada pelo conversor CA trifásico ou 
inversor ligado à rede elétrica, o qual permite que a corrente contínua da 
primeira fase seja convertida em corrente alternada, além de sincronizar 
os parâmetros de tensão e corrente com a rede elétrica. As duas fases 
são interligadas através do link CC, mas é possível que cada fase seja 
implementada sem acoplamento (PINHEIRO, 2016).
Figura 4 – Representação em diagrama de blocos da conexão do 
conversor CC ao conversor CA na rede elétrica
Fonte: Pinheiro (2016, p. 34).
É importante lembrar que toda essa parte de conversores (CC, CA e 
controladores) é importante para uma análise mais detalhada de toda 
a engenharia envolvida nos sistemas fotovoltaicos e na distribuição de 
energia elétrica.
Neste primeiro Tema foram apresentados conceitos importantes ao 
entendimento de um sistema solar fotovoltaico, considerações iniciais 
referentes a uma modelo equivalente da célula solar e as curvas 
14
características de corrente e tensão, como potência e tensão, sendo 
apresentados também os pontos importantes na análise dessas curvas, 
como o MPPT. Ademais, foi possível fazer uma análise do sistema solar 
fotovoltaico através de um diagrama de blocos representando a conexão 
dos painéis à rede elétrica, por meio do barramento CC.
Referências
ANEEL. Agência Nacional de Energia. Atlas de Energia Elétrica do Brasil: Energia 
Solar. Brasília: ANEEL, 2005.
CASARO, M. M.; MARTINS, D. C. Modelo de Arranjo Fotovoltaico Destinado a Análises 
em Eletrônica de Potência via Simulação. Eletrônica de Potência, Florianópolis, 
v.13, n. 3, ago. 2008.
MOREIRA, J. R. S (org.) Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência 
Energética. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2021.
NETO, M. R. B.; CARVALHO, P. Geração de Energia Elétrica. São Paulo Érica: 2012.
PINHEIRO, C. V. Simulação em Tempo Real de uma Planta Solar Conectada 
à Rede Elétrica de Distribuição Utilizando RTDS e dSPACE. Monografia (Pós-
graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de 
Fora, 2016.
REIS, L. B. Geração de Energia Elétrica. Barueri: Manole, 2017.
VIAN, A. et al. Energia Solar: fundamentos, tecnologia e aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021.
15
Energia solar no Brasil e no 
mundo: aplicações e arquiteturas
Autoria: Lilian Venturi Pinheiro
Leitura crítica: Charles William Polizelli Pereira
Objetivos
• Saber da importância da energia solar no Brasil e no 
mundo.
• Saber analisar dados referentes à geração 
distribuídapor meio de gráficos.
• Analisar as aplicações envolvidas em um sistema de 
energia solar.
16
1. Energia solar no Brasil e no mundo
Há um grande desejo pela produção de energia solar fotovoltaica no 
Brasil, em especial por o país apresentar condições climáticas e uma 
geografia favoráveis à instalação desses sistemas. Além disso, suas 
instalações não são danosas ao meio ambiente nem à agricultura em 
geral (ANEEL, 2005).
Segundo a ANEEL (2005), também é possível classificar os sistemas 
fotovoltaicos em quatro divisões: micro, mini, pequena ou grande 
geração distribuída, os quais são de grande importância na inserção 
da energia solar no Brasil no contexto energético brasileiro. Dentro da 
matriz energética brasileira, existem ainda para a geração distribuída 
a microgeração, sistemas interligados à rede com uma potência de até 
75 kW, e a minigeração distribuída, sistemas interligados à rede elétrica 
com uma potência entre 75 kW a 5 MW.
A publicação de uma norma em 2012 pela ANEEL previa algumas ideias 
iniciais para o acesso da micro e da minigeração descentralizada aos 
sistemas de distribuição de energia e ao sistema de balanceamento 
de energia. Isso foi um empurrão para o avanço da energia solar 
fotovoltaica no Brasil (MOREIRA, 2021).
A Figura 1 apresenta por meio do gráfico de barras o crescimento 
das usinas descentralizadas de geração de energia desde 2015, em 
especial o aumento das usinas fotovoltaicas, principalmente em áreas 
residenciais, com mais de 500 MW de capacidade instalada. O gráfico faz 
um comparativo entre os anos 2015, 2016, 2017, 2018 e 2019.
17
Figura 1 – Potencial de instalação da geração distribuída no Brasil 
no período de janeiro 2015 a novembro 2019
Fonte: Vian et al. (2021, p. 21).
Existem atualmente diversos projetos de geração de energia fotovoltaica 
no Brasil, como: bombas d’água para abastecimento doméstico, 
irrigação e piscicultura; e aplicações de uso comunitário em postos de 
saúde e escolas, habitação e serviços comerciais, postos telefónicos e de 
manutenção remota.
1.1 Sistemas fotovoltaicos no mundo
Por apresentar sua estrutura modular, os sistemas fotovoltaicos 
oferecem a maior aplicação possível entre as tecnologias com fontes 
renováveis, com diferentes potências instaladas de alguns MW (VIAN et 
al., 2021).
Na Figura 2 é apresentado o mapa mundial da distribuição solar 
desenvolvido pela NASA, no qual podemos observar a ampla variação 
espacial do recurso solar a nível global. Em um dia sem nuvens, ao 
meio-dia, a radiação solar direta será de aproximadamente 1000 W/m². 
A disponibilidade da energia solar é afetada pela localização, incluindo 
18
latitude e elevação, pela estação do ano e pela hora do dia. Os principais 
fatores que afetam a disponibilidade de energia solar incidente na 
superfície terrestre são cobertura de nuvem e outras condições 
meteorológicas.
Figura 2 – Mapa mundial da distribuição de energia solar
Fonte: http://recursosolar.geodesign.com.br/Pages/Sol_Rad_Basic_RS.html. 
Acesso em: 30 jun. 2022.
Segundo Vian et al. (2021), a geração mundial de energia fotovoltaica 
iniciou com os Estados Unidos, que por muitos anos foi o país que mais 
colaborou para o avanço dessa tecnologia. Isso aconteceu até a década 
de 1980; porém, após 2005, essa participação foi reduzida, e a Europa 
passou a assumir a liderança total em novas instalações. Em uma lista 
de 2018 com os principais países europeus (mostrados na Figura 4) 
elaborada com base na capacidade instalada, a Alemanha teve uma 
menção significativa, seguida da Itália e da República Tcheca. Os dez 
países com maior capacidade fotovoltaica instalada no final de 2018 são 
indicados na Figura 3.
http://recursosolar.geodesign.com.br/Pages/Sol_Rad_Basic_RS.html
19
Figura 3 - Os 10 países com maior capacidade fotovoltaica 
instalada em 2018
Fonte: Vian et al. (2021, p. 17).
Como apresentado na Figura 4, na comparação entre 2010 e 2018, 
a Europa passou a assumir a liderança total de novas instalações da 
produção acumulada de sistemas fotovoltaicos.
Figura 4 – Desempenho acumulado dos sistemas fotovoltaicos na 
Europa entre 2010 e 2018
Fonte: Vian et al. (2021, p. 19).
20
É relevante dentro do contexto de energia solar fotovoltaica mencionar 
algumas vantagens e desvantagens desse tipo de sistema. Como 
vantagem, podemos mencionar: renovável; fonte de energia silenciosa; 
pouca necessidade de manutenção; sistema de fácil instalação; vida 
útil superior a mais de 25 anos; menos blecautes; baixo custo de 
operação e manutenção; maior eficiência em altitudes elevadas; pode 
ser usada em áreas isoladas da rede; entre outras (REIS, 2017). Como 
desvantagem, destacamos investimento inicial alto, armazenamento 
ineficiente de painéis solares (devido a alguns fatores como incidência 
solar, temperatura e sombreamento), dependência do clima e baixo 
desempenho, este relacionado à orientação e à inclinação dos módulos, 
também ao sombreamento e ao sombreamento parcial e ao acúmulo de 
sujeira dos módulos fotovoltaicos.
Para maximizar a eficiência dos painéis solares, alguns fatores que 
podem afetar seu desempenho devem ser considerados, como a 
quantidade máxima possível de energia proveniente da radiação solar. 
Pelas vantagens e desvantagens mencionadas anteriormente, ainda fica 
o questionamento: compensa a implantação de um sistema fotovoltaico? 
A resposta é depende, pois investir em um sistema fotovoltaico significa 
pensar a longo prazo, economizar dinheiro e energia, pensar no 
reaproveitamento de energia. Em termos percentuais, os painéis solares 
mais eficientes do mercado têm mais de 22,2% de eficiência, com a 
maioria dos painéis com eficiência entre 15 e 17%.
A Figura 5 mostra uma instalação solar fotovoltaica residencial. Nela, há 
painéis solares instalados em cima do telhado, os quais estão refletindo 
a luz do sol.
Nas residências, os painéis solares são instalados nos limites das casas e 
são responsáveis pela aquisição da luz solar. A energia em CC (corrente 
contínua) é convertida em CA (corrente alternada) pelo inversor. Os 
circuitos conversores de energia, denominados inversores, integram 
o sistema fotovoltaico (CC) à rede elétrica, a qual será compatível com 
a corrente presente nas residências, podendo então ser usada nos 
equipamentos e nos eletrodomésticos em geral.
21
Figura 5 – Sistema solar fotovoltaico residencial
Fonte: Lari Bat/iStock.
Há muitos sistemas fotovoltaicos, dos mais básico aos mais complexos, 
inseridos tanto em micro quanto em macroempresas, fazendo parte 
também de muitos projetos residenciais atualmente. O que esses 
projetos preveem é a questão do retorno financeiro daqui alguns anos, 
visto que o investimento inicial é alto, mas a preocupação com os gastos 
nas contas de luz é minimizada ao longo dos anos.
O denominado payback do sistema fotovoltaico é o período necessário 
para pagar o custo da instalação e obter o lucro a partir daí. Mais 
precisamente, é o cálculo que analisa quando um consumidor começará 
a ver o retorno dos investimentos feitos em seu sistema, devendo 
levar em conta o investimento total realizado e a geração média 
mensal do sistema fotovoltaico. Sabendo-se que a vida útil de um 
sistema fotovoltaico é de 25 anos, o retorno do investimento pode ser 
amortizado de 3,5 a 5 anos (TOPSUN, 2021).
Para calcular a viabilidade econômica de um sistema de energia solar, 
o consumidor deve analisar o local onde o dispositivo será instalado 
e levar em consideração fatores como potência, tensão e número de 
22
horas de exposição ao sol. Basicamente para fazer o cálculo do payback, 
é necessário analisar o valor do kWh em cada região, e, a partir disso, 
o valor do investimento precisa ser dividido pelo produto energético 
produzido por ano pela taxa (tarifa).
Por exemplo, o valor do kWh no Ceará é de R$ 0,85. Suponha que um 
sistema custe R$ 25 mil e gere aproximadamente 750 kWh por mês. A 
conta feita deve ser a seguinte:
Payback = Custo do sistemaEnergia gerada * Quantidadede meses * Valor do kWh
Payback = 25.000 =3,27 anos750 * 12 * 0,85
O resultado desse cálculo é o número de anos que levará para o sistema 
“se pagar”. No exemplo anterior, levaria cerca de 3 anos e 3 meses 
para o sistema começar a gerar lucros. Se a vida útil de um sistema 
fotovoltaico é de 25 anos, o cliente teria cerca de 22 anos de lucro com o 
sistema de energia solar.
No Brasil, o retorno varia muito em função da radiação solar e 
das tarifas praticadas. Ao se fazer o cálculo, é necessário levar em 
consideração quanto foi investido no projeto.
A homologação de sistemas fotovoltaicos, isto é, as etapas para 
autorizar um sistema fotovoltaico, constitui-se de um procedimento 
padrão a partir das regras da Agência Nacional de Energia Elétrica 
(ANEEL), em que a concessionária de energia realiza a fiscalização do 
sistema solar instalado em seu imóvel. Por exemplo de acordo com a 
Resolução Normativa n. 687/2015 (ANEEL, 2015), regulamentada pela 
ANEEL, as novas regras válidas desde 2016 permitem o uso de qualquer 
fonte renovável, além da cogeração qualificada, denominando-se 
microgeração distribuída. Para isso, o processo de homologação é feito 
de forma simples e eficiente, seguindo os passos a seguir:
23
1. É feito o pedido de conexão do sistema solar ao fornecedor de 
energia.
2. O projeto deve ser enviado à concessionária de energia 
responsável para análise.
3. O cliente tem até 120 dias para instalar seu sistema solar e 
solicitar uma inspeção da concessionária.
4. Um técnico especializado deve realizar a inspeção e elaborar um 
relatório a ser enviado ao revendedor para a regularização.
5. A concessionária realiza nova vistoria técnica para autorizar 
a conexão do sistema ao substituir o relógio por um medidor 
bidirecional.
1.2 Aplicações e arquiteturas
Quando se trata de sistemas fotovoltaicos, é importante enfatizar a 
importância de algumas aplicações, as quais vão desde o fornecimento de 
energia em áreas urbanas ou remotas até sistemas fotovoltaicos de grande 
escala. O custo dos sistemas fotovoltaicos tem diminuído nos últimos anos, 
o que tem influenciado o aumento das instalações em todo o mundo.
As aplicações dos sistemas fotovoltaicos podem existir em diversos 
segmentos, como na agricultura para bombeamento de água para 
irrigação; na pecuária nos sistemas de ordenha e resfriamento de 
leite; em veículos, como caminhões para alimentar sistemas de 
monitoramento de carga de veículos em sistemas de iluminação solar 
LED que possuem baterias internas que armazenam energia para que 
eles possam trabalhar à noite sem eletricidade.
Além dessas aplicações, podem ser categorizados em: sistemas isolados 
ou autônomos e sistemas conectados à rede elétrica. Os primeiros 
são representados pelos sistemas que não estão ligados à rede 
24
pública de distribuição de energia, caso em que a energia produzida 
é registrada localmente, são os chamados sistemas off grid. Já os 
sistemas fotovoltaicos ligados à rede, como o próprio termo já diz, são 
ligados a uma rede de distribuição, os denominados sistemas on grid. 
Essa categoria de sistemas compete aos consumidores que já estão 
conectados à rede eléctrica pública e utilizam o sistema fotovoltaico para 
consumo próprio e alimentam os excedentes na rede.
Os sistemas interligados à rede usam uma matriz de painéis 
fotovoltaicos e nenhum armazenamento de energia, pois toda a geração 
é alimentada diretamente na rede. Como mostrado na Figura 6, todo o 
conjunto é conectado a inversores e, em seguida, diretamente à rede. 
Esses inversores devem atender aos requisitos de qualidade e segurança 
para que a rede não seja prejudicada.
Figura 6 – Sistema interligado à rede
Fonte: http://www.tabenergia.tecnologia.ws/conectado-a-rede. Acesso em: 30 jun. 2022.
A eficiência significa a capacidade de energia solar que é captada pelos 
painéis e finalmente convertida em energia elétrica para consumo. Essa 
unidade de medida é gerada em Wh (Watt hora) ou em kWh (quilowatt 
hora) por metro quadrado (m²) de painel especificado. Enquanto os 
sistemas off grid são pequenos, os sistemas on grid podem ter qualquer 
quantidade de potência, desde um microssistema de poucos kW 
instalado em uma unidade residencial até um grande sistema com 
dezenas ou mesmo centenas de MW conectado à rede de distribuição 
ou à rede de transmissão.
http://www.tabenergia.tecnologia.ws/conectado-a-rede
25
Uma placa solar fotovoltaica de 200 Wp produz aproximadamente 
0,27 KW, enquanto painéis solares de 330 Wp geram em torno de 0,45 
kW; placas de 400 Wp geram cerca de 0,55 kW; e painéis de 660 KWh 
produzem em média 0,91 kW. O cálculo de quanto kW uma placa solar 
produz pode ser feito por meio do volume de consumo mensal (kWh) 
dividido pelo número de horas utilizadas, que geralmente contam como 
6 ou 8 horas diárias, sete dias na semana, quatro semanas por mês.
Cada painel já tem uma certa potência; por exemplo, um painel de 
100 W gera em torno de 12 a 20 kWh de energia elétrica mensal. Para 
isso, existe um cálculo para apresentar esses valores. O valor utilizado 
como parâmetro é então multiplicado pela radiação solar da região e o 
resultado é uma média da energia produzida a cada dia. É necessário 
estabelecer um parâmetro, como uma média de 150 W para uma 
placa de 1 m². Em seguida é necessário multiplicar o valor pela taxa de 
irradiação solar da região, obtendo a geração diária de energia.
Usando o exemplo do painel solar com capacidade de 100 W, 
pode-se esperar que um painel produza entre 400 e 650 Wh. Para 
dimensionamento de um sistema fotovoltaico isolado (off-grid), é 
necessário seguir alguns critérios, como: verificar o consumo em watts, 
calcular o consumo médio dos aparelhos, estimar o consumo de energia 
em horas e estimar o consumo diário em watts ou kW/dia.
Como o sistema autônomo (off-grid) não está conectado à uma rede 
de distribuição, não se pode dispensar um armazenamento de energia 
elétrica para abastecimento noturno, em dias chuvosos e em dias com 
radiação solar insuficiente. O armazenador consiste em baterias ou 
elementos particularmente projetados para suportar ciclos repetidos 
de carga e descarga. Os tipos de baterias usados para um sistema 
fotovoltaico off grid são: baterias estacionárias comuns, baterias OPzS, 
VRLA, AGM e de gel. Geralmente esses sistemas abrangem projetos em 
lugares remotos e em áreas rurais.
26
1.2.1 Micro ou minissistemas fotovoltaicos conectados à 
rede
Embora os sistemas fotovoltaicos autônomos sejam uma alternativa 
importante, o uso da energia solar fotovoltaica em sistemas interligados 
à rede contribui com aplicações em micro e minissistemas de geração 
distribuída. Esses sistemas cobrem uma faixa de potência reduzida e 
geralmente são instalados no telhado de prédios, em pontos de ônibus, 
em garagens de prédios comerciais ou mesmo integrados à fachada do 
prédio.
Pela baixa potência disponível e pela capacidade de armazenamento 
e absorção da rede pública, os sistemas geralmente não possuem 
dispositivo de armazenamento de energia. Assim, em dias ensolarados, 
a demanda habitacional é coberta por painéis solares e o excesso de 
energia é alimentado na rede. Claro que, quando a procura ultrapassar 
a produção de painéis solares, o abastecimento será através da rede 
pública, como ocorre durante a noite ou nos dias sem sol.
Referências
ANEEL. Agência Nacional de Energia. Atlas de Energia Elétrica do Brasil: Energia 
Solar. Brasília: ANEEL, 2005.
ANEEL. Agência Nacional de Energia. Resolução Normativa n. 687/2015. Brasília: 
ANEEL, 2015.
MOREIRA, J. R. S. (org.) Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência 
Energética. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2021.
REIS, L. B. Geração de Energia Elétrica. Barueri: Manole, 2017.
TOPSUN Energia Solar. Saiba como calcular o payback de investimento em energia 
solar. G1, 2021. Disponível em: https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/especial-
publicitario/top-sun/top-sun-energia-solar/noticia/2021/04/30/saiba-como-calcular-
o-payback-de-investimento-em-energia-solar.ghtml.Acesso em: 25 maio 2022.
VIAN, A. et al. Energia Solar: Fundamentos, Tecnologia e Aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021.
https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/especial-publicitario/top-sun/top-sun-energia-solar/noticia/2021/04/30/saiba-como-calcular-o-payback-de-investimento-em-energia-solar.ghtml
https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/especial-publicitario/top-sun/top-sun-energia-solar/noticia/2021/04/30/saiba-como-calcular-o-payback-de-investimento-em-energia-solar.ghtml
https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/especial-publicitario/top-sun/top-sun-energia-solar/noticia/2021/04/30/saiba-como-calcular-o-payback-de-investimento-em-energia-solar.ghtml
27
Turbina e geração eólica: 
introdução
Autoria: Lilian Venturi Pinheiro
Leitura crítica: Charles William Polizelli Pereira
Objetivos
• Compreender o conceito de energia renovável: 
eólica.
• Compreender a geração de energia através dos 
ventos.
• Entender a modelagem do vento e a conversão de 
energia eólica.
28
1. Introdução
Muito tem-se falado sobre energias renováveis e a importância delas 
na matriz energética. Este Tema traz conceitos, algumas aplicações e o 
impacto ambiental da energia eólica.
A energia gerada pela força dos ventos, chamada de energia eólica, é 
considerada uma das mais antigas fontes de energia, sendo também 
conhecida como energia limpa (VIAN et al., 2021). Convertê-la em energia 
mecânica é um procedimento um tanto quanto simples, com pouco 
potencial eólico disponível e que seja capaz de resistir as intempéries da 
natureza. Por ser uma energia utilizada desde a antiguidade no movimento 
de barcos a vela e em moinhos de vento, era transformada em mecânica 
utilizando a moagem de grãos ou no bombeamento de água.
A conversão da energia mecânica em elétrica é realizada pelas turbinas 
eólicas, as quais surgiram no final do século XIX. Elas já faziam a 
conversão da energia eólica em energia elétrica e, com isso, houve 
rápida expansão do uso de eletricidade no planeta (CARNEIRO; ROCHA; 
ROCHA, 2013)
Neste Tema falaremos sobre o vento e suas características; as turbinas 
e a geração de energia eólica; as turbinas eólicas modernas e seus 
componentes; a previsão da velocidade do vento; e a conversão 
energética vento-eletricidade.
De acordo com (CARNEIRO; ROCHA; ROCHA, 2013), entre as muitas 
vantagens do uso da energia eólica para a geração de energia elétrica, 
podemos mencionar que ela não apresenta perigos de radiação, é uma 
fonte renovável de energia e tem um menor efeito de riscos de poluição 
da atmosfera ou dos recursos hídricos. Já como desvantagens, temos a 
questão dos ventos intermitentes, a poluição sonora, o impacto visual 
considerável, além de acidentes envolvendo aves.
29
1.1 O vento e suas características
Pela incapacidade de controle, o vento possui propriedades eventuais 
de velocidade e direção, as quais dependem das condições de solo e 
de altitude, da geografia e do clima. Na Figura 1, a direção, a velocidade 
do vento e suas variações são mostradas na Rosa dos Ventos de uma 
cidade do Nordeste brasileiro.
Figura 1 – Rosa dos Ventos em uma cidade do Nordeste brasileiro
Fonte: Vian et al. (2021, p. 15).
Há uma representação das direções norte, sul, leste e oeste e cada 
disco mostra a repetição do vento na direção definida, dependendo 
da velocidade do vento. Isso implica que a indicação de ventos fracos, 
ou seja, ventos com uma velocidade mais baixa em uma determinada 
direção, pode fornecer menos energia em comparação com uma outra 
direção com ventos mais fortes.
Para avaliar a disponibilidade de um projeto de parque eólico é, 
portanto, essencial medir corretamente a Rosa dos Ventos e a 
distribuição da velocidade do vento. Essas medições são feitas 
através de algumas normas técnicas e com a utilização adequada 
de instrumentos de medida, como o anemômetro, capaz de medir a 
30
velocidade, e a biruta, capaz de medir a direção. No projeto é importante 
também incluir as variáveis: temperatura, direção 3D do vento e 
umidade.
As normas técnicas utilizadas no setor eólico incluem, por exemplo, 
a norma IEC 61400, que abrange 26 famílias, em que cada membro 
representa algum tipo de protocolo técnico para parques eólicos. 
Podemos citar a norma IEC 61400-12-1, cujo principal objetivo é 
especificar procedimentos de medição de desempenho de turbinas 
eólicas de forma precisa e coesa, tanto na medição quanto na análise 
dos dados. A norma busca criar uma linguagem comum de medições do 
vento que abrange diversas partes, como a escolha e o posicionamento 
de anemômetros, o direcionamento do vento, a densidade do ar e 
outros fatores relacionados (ABNT, 2012).
1.2 Turbinas e geração eólica
Uma turbina eólica, conhecida também como aerogerador, pode ser 
definida como um dispositivo capaz de converter parte do momento ou 
da energia cinética existente no vento em energia elétrica. Dependendo 
do eixo de rotação das pás da turbina, uma turbina eólica é dividida em: 
turbina eólica de eixo vertical e turbina eólica de eixo horizontal, com 
uma, duas ou três pás, com ou sem engrenagens, com ou sem rotação 
das pás por força. Essas são algumas particularidades na elaboração de 
um projeto eólico.
A escolha de uma turbina de eixo vertical baseia-se no fato de que, em 
geral e levando em conta os custos de manutenção, ela é mais barata do 
que as turbinas de eixo horizontal, na mesma categoria de capacidade 
de geração.
31
A Figura 2 mostra alguns dos projetos de turbina eólica de eixo 
vertical. Os projetistas prestam atenção especial a isso porque todos 
os equipamentos são montados no solo, em contraste com as turbinas 
de eixo horizontal, que são elaboradas no topo de uma torre, mais 
precisamente em uma seção chamada nacele (VIAN et al., 2021).
Figura 2 – Projetos de aerogeradores de eixo vertical (a) Maglev 
Vawt, (b) Darrieus, (c) Savonius e (d) Rotor H.
Fonte: Vian et al. (2021, p. 17).
As turbinas verticais têm as mesmas propriedades em todas as direções, 
o que implica que nenhum sistema de controle se faz necessário para 
rastrear a direção do vento. Isso contribui para desvantagens quanto 
a esse tipo de turbina, como o baixo coeficiente de desempenho e a 
necessidade de escoras para prender a parte superior da turbina, o que 
dificulta a construção de grandes turbinas.
A Figura 3 traz uma foto real de uma turbina de eixo vertical do tipo 
Maglev instalada no alto de um prédio em um edifício comercial na 
Tasmânia.
32
Figura 3 – Turbina eólica de eixo vertical do tipo Maglev Vawt
Fonte: TassieKarin/iStock.com.
É interessante ressaltar também que existem as turbinas eólicas mais 
modernas, com um rotor aerodinâmico constituído de três pás. Aumentar 
as pás de um rotor implica algumas características, como eficiência da 
turbina, cargas mecânicas na torre e problemas de ruído e de visibilidade.
1.2.1 Turbinas eólicas modernas
Após anos de pesquisas com avanços e conflitos, o projeto do 
aerogerador (ou turbina eólica moderna) foi consolidado com consenso. 
Atualmente a tecnologia é baseada em aerogeradores de três pás, eixo 
horizontal, velocidade variável e controle do ângulo das pás para limitar 
a potência nominal do gerador.
As partes constituintes de uma turbina eólica moderna são: a torre, que 
fornece o suporte mecânico para a turbina; o rotor, que é composto pelo 
cubo e pelas pás; e a nacele, que é montada no sistema de guinada da 
turbina e é responsável por seguir a direção do vento, abrigando ainda a 
33
caixa de engrenagens e o gerador elétrico. Geralmente o transformador 
também é instalado na nacele, o que minimiza as perdas.
A Figura 4 apresenta uma turbina eólica moderna com seus 
equipamentos bem visíveis, sendo os três principais equipamentos: a 
torre, o rotor e a nacele. Os sistemas de controle de uma turbina eólica 
moderna consistem em controle de guinada, controle de inclinação e 
controle de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT).
Figura 4 – Aerogerador ou turbina eólica moderna e seus 
equipamentos
Fonte: Vianet al. (2021, p. 21).
1.3 Previsão da velocidade do vento
A previsão da velocidade do vento pode ser feita usando métodos de 
previsão que podem auxiliar funcionários de rede a reduzir o perigo de 
34
uma distribuição de energia não segura. As previsões de energia eólica são 
usadas para planejamento diário e negociação de energia em mercados 
spot (ou seja, mercados formados pela negociação de ativos financeiros 
para entrega imediata, como commodities, moedas, ações etc.).
Os métodos de previsão de velocidade do vento podem ser 
categorizados em quatro tipos:
• Previsão de curtíssimo prazo ou alcance: de alguns minutos a uma 
hora de antecedência; são utilizadas em operações envolvendo 
tempo real e ações regulatórias.
• Previsão de curto prazo ou alcance: de uma hora a algumas 
horas de antecedência; utilizado no planejamento econômico do 
transporte de cargas e segurança operacional no mercado de 
energia.
• Previsão a médio alcance: de algumas horas a uma semana de 
antecedência; aplicável às decisões de partida do gerador.
• Previsão a longo alcance: de uma semana ou mais; aplicável no 
planejamento de manutenção, custos operacionais ótimos, gestão 
operacional e estudos de viabilidade de projetos de parques 
eólicos.
1.4 Conversão energética vento-eletricidade
O processo de conversão de energia eólica em energia elétrica 
começa quando partículas de ar em movimento colidem com o rotor 
aerodinâmico e aplicam torque às pás do aerogerador, fazendo com 
que elas girem em torno do eixo da nacele. O movimento aerodinâmico 
do rotor é então transmitido ao gerador elétrico por meio de um 
eixo de acionamento e, dependendo da tecnologia, como a indução 
eletromagnética, por meio também de uma caixa de engrenagens.
35
O processo de conversão da energia mecânica no eixo da turbina em 
energia elétrica nos enrolamentos do estator ocorre nas seguintes 
etapas simplificadas: movimento relativo entre o rotor do gerador e 
seu estator; criação do fluxo magnético através do rotor; indução de 
tensão no estator do gerador; e injeção de energia elétrica na rede 
por conexão via conversores. Esses conversores são do tipo back-to-
back, que consistem em dois conversores baseados em eletrônica de 
potência, conectados por um único circuito de corrente contínua. O 
lado de corrente alternada de um dos conversores está ligado ao rotor 
(denominado de conversor do lado do rotor ou rotor side converter, 
RSC) e o outro conversor tem o seu lado ligado ao PCC, sendo então 
chamado de conversor do lado da rede (ou grid side converter, GSC). Os 
conversores são os dispositivos baseados em chaves semicondutoras 
autocomutadas que permitem o controle da velocidade do gerador, 
da corrente injetada na rede, do torque eletromagnético e de outras 
variáveis.
Também é muito importante apresentar aqui as considerações sobre a 
potência mecânica disponível no vento, bem como seu uso e a potência 
elétrica gerada. A potência mecânica disponível no vento é obtida por 
meio da Equação 1.
31
2vento
P Avρ= (1)
Em que:
• P = potência em Watts gerada pela turbina eólica em função do 
vento.
• ρ = densidade do ar atmosférico, algo em torno de 1,2922 kg/m3.
• A = área (m2) varrida pelas pás do rotor.
• v = velocidade do vento (m/s).
36
Se o processo de conversão fosse 100% eficiente, a potência dada pela 
Equação 1 seria produzida pela turbina, e a velocidade das partículas 
de ar em movimento seria reduzida a zero logo após passar pelo 
rotor aerodinâmico da turbina, encerrando o fluxo contínuo de ar e 
finalizando o processo de conversão de energia.
Quando um determinado volume de fluido de densidade constante 
cruza uma determinada área com uma obstrução, ocorrem a 
descompressão e a expansão, aumentando a área de escoamento, 
conforme mostrado na Figura 5.
Figura 5 – Efeito garrafa no escoamento do vento pela turbina eólica
Fonte: Vian et al. (2021, p. 32).
Em 1926, o físico alemão Albert Betz verificou que uma turbina eólica 
ideal reduziria a velocidade do vento em 2/3 da velocidade original, 
o que implicaria um limite de potência mecânica que poderia ser 
efetivamente extraído do vento a cerca de 59% da potência total 
disponível. Esse limite de potência é denominado limite de Betz, e o 
fator que representa esse limite deve ser introduzido na Equação 1, 
resultando na Equação 2.
31
2 p
Pm C Avρ= (2)
37
Em que Cp é o coeficiente de potência adimensional, que pode ser no 
máximo 0,59.
A conversão da energia mecânica contida no vento em energia elétrica 
está associada a perdas mecânicas e elétricas. Essas perdas ocorrem em 
componentes mecânicos por atrito e em componentes elétricos, como 
transformadores, geradores, cabos e equipamentos eletrônicos, por 
efeito Joule. Assim, a potência elétrica efetivamente alimentada na rede 
é dada pela Equação 3.
(3)
Em que é o rendimento do processo de conversão que considera as 
perdas rotacionais, elétricas e mecânicas. A curva de potência de uma 
turbina eólica para diferentes velocidades do vento pode ser obtida 
analiticamente se o coeficiente de desempenho for conhecido .
A Figura 6 mostra a curva de potência de uma turbina eólica moderna, 
com a potência no eixo Y e a velocidade do vento no eixo X.
Figura 6 – Curva de potência de uma turbina eólica moderna, 
incluindo as três regiões de operação
Fonte: Vian et al. (2021, p. 35).
38
Na Figura 6, há três regiões (Região I, Região II e Região III) e três regiões 
de operação (vinicial, vnominal e vcorte). A velocidade que marca o início da 
geração de energia é a velocidade que determina a Região I, na qual não 
ocorre geração de energia. Em velocidade abaixo desse valor, o gerador 
não será conectado ao eixo da caixa de engrenagens, pois as perdas 
de energia no sistema nesses valores de velocidade do vento seriam 
maiores do que a quantidade de energia produzida.
Na Região II, definida entre as velocidades inicial e nominal, a velocidade 
de operação do gerador é controlada para maximizar a produção de 
energia, maximizando Cp para um determinado ângulo de operação da 
pá. Já na velocidade nominal representada na Região III, o gerador opera 
com potência nominal. O algoritmo responsável por esse controle segue 
para ajustar o ponto de potência máxima MPPT.
Por último a Região III de operação da turbina está entre as velocidades 
nominal e de corte, em que o gerador trabalha a uma velocidade 
constante e tem a saída limitada pelo controle do ângulo de passo.
A velocidade do vento que determina uma emergência na operação do 
aerogerador é a de corte, que aciona o controle de parada. O objetivo 
desse controle é evitar que tensões mecânicas excessivas causem danos 
à estrutura da turbina.
Algumas turbinas modernas reduzem a potência gerada para 
velocidades do vento superiores a vcorte, permitindo que a turbina retome 
a geração de energia assim que ocorrer uma redução na velocidade do 
vento. Para efeitos didáticos, a curva da Figura 6 mostra a potência total 
disponível no vento.
1.5 Conexão à rede elétrica
A conexão de turbinas eólicas à rede elétrica é possível através de 
conversores e controladores. Este último é implementado de acordo 
39
com os procedimentos de rede adotados pelo operador do sistema 
elétrico ao qual o parque eólico será conectado.
Para o correto funcionamento de um sistema de controle, é necessário 
fazer a modelagem matemática do sistema a ser controlado. Portanto, 
os controladores podem ser ajustados e testados em plataformas 
computacionais para verificar o desempenho das turbinas como um todo.
O conversor back-to-back consiste em dois conversores baseados em 
eletrônica de potência conectados por um único circuito de corrente 
contínua. O lado de corrente alternada de um dos conversores está 
ligado ao rotor, denominado de conversor do lado do rotor (ou rotor 
side converter RSC), enquanto o outro conversor tem o seu lado ligado ao 
PCC, sendo então chamado de conversor do lado da rede (ou grid side 
converter, GSC). A direção do fluxo de potênciaativada pelo rotor é quem 
determina o modo de operação dos conversores. Um deles atuará como 
inversor, ou seja, transformará corrente contínua em corrente alternada, 
enquanto o outro como retificador, ou seja, transformará corrente 
alternada em corrente contínua.
O conversor back-to-back tem como seu elemento principal o transistor 
bipolar de porta isolada (IGBT), que é um dispositivo semicondutor 
que atua como uma chave bidirecional cujos estados aberto e fechado 
podem ser controlados por sinais externos. O sinal externo é gerado por 
um sistema embarcado, o qual proporciona a operação das chaves IGBT 
do inversor que a operam em dezenas de kHz, o que contribuiu também 
com o aumento da utilização da energia eólica.
Neste Tema foram apresentados conceitos importantes ao entendimento 
de um sistema de geração eólica e considerações iniciais referentes ao 
vento e suas características. Além das turbinas e da geração eólica, também 
foram mencionados as turbinas eólicas modernas e seus equipamentos. 
Foi feita uma breve análise da previsão da velocidade do vento e ainda 
a modelagem referente ao processo de conversão de energia eólica em 
energia elétrica através das equações de potência.
40
Referências
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. IEC 61400-12-1 – Aerogeradores 
– Parte 12-1: Medições do desempenho de potência de aerogeradores. Rio de 
Janeiro: ABNT, 2012.
CARNEIRO, F. O. M.; ROCHA, H. H. B.; ROCHA, P. A. C. Investigation of possible 
societal risk associated with wind power generation systems. Renewable and 
Sustainable Energy Reviews, [s.l.], n. 19, p. 30-36, 2013.
MOREIRA, J. R. S. (org.). Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência 
Energética. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2021.
REIS, L. B. Geração de Energia Elétrica. Barueri: Manole, 2017.
VIAN, A. et al. Energia Eólica: fundamentos, tecnologia e aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021.
41
Energia eólica no Brasil e no 
mundo: aplicações e impactos ao 
meio ambiente
Autoria: Lilian Venturi Pinheiro
Leitura crítica: Charles William Polizelli Pereira
Objetivos
• Analisar a energia eólica no Brasil e no mundo.
• Entender as aplicações da geração de energia eólica.
• Entender os impactos da energia eólica no meio 
ambiente.
42
1. Energia eólica no Brasil e no mundo
Ao longo deste Tema, abordaremos, além de um pequeno histórico 
envolvendo a inserção da energia eólica no Brasil e no mundo, as 
aplicações e os impactos ambientais relacionados à produção desse 
tipo de energia.
É energia eólica, gerada pela força dos ventos, é uma das mais antigas 
fontes de energia, sendo chamada de energia limpa. Ela já era usada 
há milhares de anos atrás, seja nos moinhos de vento para moagem 
de grãos ou no bombeamento de água para atividades voltadas 
à agricultura. Também permitiu a evolução da navegação para a 
descoberta de novos continentes.
Segundo Vian et al. (2021), em 1887 foi confeccionada a primeira 
turbina preparada para alimentar um sistema de bateria capaz de 
iluminar uma casa. Já os registros de acoplamento à rede elétrica 
datam de 1931 na União Soviética, com um rotor de 30 metros e uma 
potência de 100 kW.
Ao longo dos anos, houve grande desenvolvimento da aplicação 
da energia eólica para a geração de energia elétrica. A capacidade 
instalada acumulada no mundo aumentou significativamente de 24 
GW em 2001 para 539 GW em 2017 (VIAN et al., 2021). A revolução 
tecnológica permitiu a incorporação de novas empresas de diferentes 
países capazes de desenvolver aerogeradores mais eficientes e 
potentes.
A China é o principal produtor mundial de energia elétrica de origem 
eólica, tendo 35% da capacidade mundial instalada. Em seguida, vêm 
os EUA, com capacidade de 17%, e depois a Alemanha, com 10% de 
capacidade acumulada. A Figura 1 apresenta a capacidade instalada 
acumulada no mundo, evidenciando a crescente produção a partir de 
2001.
43
Figura 1 – Capacidade instalada acumulada no mundo
Fonte: Vian et al. (2021, p. 12).
Uma questão dentro da política energética que engloba fontes de energia 
renovável é a segurança energética e a sustentabilidade ecológica, que são 
fatores imprescindíveis em uma implementação de políticas públicas, cujo 
objetivo é visar ao fornecimento de energia elétrica de forma ecológica, 
eficiente e sustentável. É importante saber que as fontes de energia são 
muito importantes, principalmente as renováveis, pois representam um 
recurso que pode ser utilizado por um longo período, garantindo um 
fornecimento de energia para gerações atuais e futuras.
No âmbito mundial, a produção de energia eólica já é uma realidade 
bastante consolidada, devido a seus custos serem mais competitivos. 
A tecnologia, contudo, precisa evoluir com vistas a tornar o recurso 
renovável cada vez mais eficiente. Isso vem sendo considerado na 
implementação das políticas do setor eólico, visto que países e regiões 
podem desenvolver (aperfeiçoar) sua cadeia tecnológica de forma 
condizente com a dinâmica dos ventos de seus respectivos espaços.
Entre 2001 e 2017, como mostra a Figura 1, houve uma revolução 
tecnológica e novas empresas de diversos países entraram na corrida 
para desenvolver aerogeradores mais eficientes e com maior potência 
nominal. No caso do Brasil, não se pode dizer o mesmo, pois nosso 
País não acompanhou de perto a tendência mundial. Apenas em 
1992 aconteceu a instalação da primeira turbina eólica em Fernando 
44
de Noronha, obtida através da conclusão do PROINFA (Programa de 
Incentivo às Fontes Alternativas), que é considerado uma conquista por 
ter permitido que a tecnologia da energia eólica entrasse de vez no País. 
A energia eólica nacional representa apenas 9,1% da matriz energética, 
mas, apesar de não estar tão avançada, está bem consolidada.
O papel da energia eólica na geração de energia é visível nos países em 
desenvolvimento, principalmente no Brasil. A perspectiva é voltada para 
crescimento, expansão de mercado e alta demanda.
Em 2009 foi realizado um leilão de energia de reserva, o primeiro focado 
em energia eólica. O desenvolvimento do setor no Brasil começou com a 
concessão de 1,8 GW de capacidade (ABEEÓLICA, 2022). O surgimento de 
novos leilões permitiu a entrada de novos fornecedores, o que diminuiu 
os preços dos equipamentos no País.
A Figura 2 apresenta dados sobre a capacidade instalada acumulada 
no Brasil de 2005 a 2017. É possível verificar a evolução da potência 
instalada ao longo dos anos, atingindo uma capacidade de 12.000 MW, o 
que alavancou o mercado de produção de energia eólica no País.
Figura 2 – Capacidade instalada acumulada no Brasil
Fonte: Vian et al. (2021, p. 14).
De acordo com o que diz o Governo Federal, em 2021 o Brasil atingiu 
uma marca de 20,1 GW de potência instalada com a expansão da 
45
energia eólica (BRASIL, 2022). No País existe um setor encarregado 
pela operação do sistema conectado à rede elétrica, que é o órgão 
denominado de Operador Nacional do Sistema (ONS). Esse sistema 
interligado é constituído por quatro subsistemas: norte, sul, nordeste e 
sudeste/centro-oeste. No Nordeste, a capacidade instalada de geração 
de energia a partir dos ventos é de 80%, devido à presença de ventos 
fortes e constantes, sendo considerado uma das maiores fronteiras 
eólicas do mundo. Já na região Sul, a capacidade é de 20%.
O aerogerador é composto por pás que se movimentam com a 
velocidade dos ventos, que é variável e pode aumentar ou diminuir com 
a produção de energia eólica. Acontece que, quando a distribuição da 
capacidade instalada se dá de forma desigual, traz diversos desafios aos 
sistemas conectados à rede.
Os parques eólicos são frequentemente chamados de fazendas eólicas. 
Conectar um número crescente desses parques a sistemas elétricos 
requer o estudo de seu impacto, sendo necessários termos de operação 
e métodos de previsão da velocidade do vento que podem ser utilizados.
Com relação ao planejamento de expansão, há necessidade de métodos 
que possam estimar a capacidadede energia disponível que um 
parque eólico pode fornecer para atender à demanda projetada. Essa 
necessidade implica uma avaliação da confiabilidade e a implantação de 
medidas com base na capacidade dessas instalações.
As principais questões do setor elétrico que estão sendo discutidas 
atualmente incluem o crescimento da eficiência energética, juntamente 
com a competividade e a garantia da segurança do abastecimento. 
A integração de fazendas eólicas precisa ser entendida a partir de 
questões como: seu impacto nos diferentes agentes que intervêm no 
sistema, a rede de interligação e a de transmissão, e os produtores 
convencionais e os consumidores.
46
2. Aplicações
É comum dividir a energia eólica em dois tipos de acordo com o 
local onde as turbinas eólicas estão instaladas: terrestre (onshore) ou 
marítima (offshore).
A energia eólica onshore é operada em terra e geralmente perto da 
costa, onde a maioria dos ventos é produzida, mas também podem 
ser instalados mais para o interior, se a região oferecer boas condições 
para gerar ventos fortes (constantes). No entanto, por causa do ruído, 
os aerogeradores devem ser instalados longe dos centros urbanos, 
como em áreas rurais despovoadas. Esse tipo de parque tem algumas 
vantagens em relação aos projetos offshore, como: menores custos de 
instalação e operação e maior proximidade aos centros de consumo, 
reduzindo custos e perdas de transmissão.
Já os parques offshore representam as instalações de torres de energia 
eólica em alto mar, que podem estar localizadas a quilômetros de 
distância da costa. As turbinas sobre estruturas flutuantes podem ser 
instaladas mais distantes da costa, onde os ventos são mais fortes e 
constantes, aumentando a produtividade. As principais vantagens em 
relação à energia eólica onshore são o maior tamanho e a eficiência 
elétrica de seus projetos. Embora representem usinas com maiores 
custos de transporte, instalação e manutenção, esse tipo de captação 
é uma grande aposta no mercado global de energia renovável e vem 
crescendo a cada ano, principalmente com o esgotamento de áreas com 
grande potencial eólico onshore.
A indústria eólica tem investido no avanço tecnológico de adaptação 
de aerogeradores convencionais para uso no mar. Os projetos offshore 
exigem estratégias especiais de transporte, instalação e operação das 
máquinas, além de avanços tecnológicos. A Figura 3 apresenta um 
sistema eólico offshore, onde o parque eólico é instalado em alto mar.
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Figura 3 – Parque eólico instalado em alto mar (offshore)
Fonte: CharlieChesvick/iStock.com.
Os sistemas eólicos podem ser utilizados em algumas aplicações, a 
saber: sistema isolado, sistema conectado à rede e sistema híbrido. 
Eles seguem basicamente uma configuração básica constituída por 
uma unidade de controle e, em determinados casos, uma unidade de 
armazenamento.
2.1 Sistema eólico isolado
Turbinas eólicas isoladas ou autônomas caracterizam os sistemas 
isolados por não estarem conectadas à rede elétrica de distribuição. 
Geralmente são sistemas construídos para uma finalidade local e 
específica, podendo, por exemplo, ser utilizados em locais remotos, pois 
é considerado mais econômico obter energia nesses locais.
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Alguns exemplos do uso desse sistema de energia são armazenamento 
de vacinas, postes de iluminação, bombeamento de água, energização 
de cercas e casa, estações replicadoras etc. A energia produzida é 
armazenada em baterias, o que contribui para o abastecimento quando 
não há geração de energia.
2.2 Sistema eólico conectado à rede
Os sistemas de ligação à rede caracterizam-se por estarem integrados 
à rede elétrica convencional. Ao contrário dos sistemas autônomos 
que servem para uma finalidade específica e local, são capazes de 
alimentar a rede com energia que pode ser utilizada por todas as redes 
consumidoras.
Os sistemas eólicos interligado à rede possuem uma vantagem em 
relação aos sistemas isolados, visto que permitem o não uso de baterias 
ou controladores de carga, o que também contribui para serem mais 
eficientes se comparados com os sistemas isolados. São utilizados para 
abastecer casas e empresas.
Por serem conectados à rede elétrica, são compostos por geradores 
eólicos, retificadores e inversores. Estes últimos fazem o papel de 
transformar a corrente contínua em corrente alternada, o que permite 
a sincronização do sistema com a rede elétrica. Por estarem conectados 
à rede, a ausência de energia é estabilizada, eliminando assim o uso de 
baterias.
Uma configuração de turbina eólica de velocidade variável com 
conversão eletrônica de potência é equivalente à turbina eólica de 
velocidade totalmente variável, com o gerador conectado à carga ou à 
rede por meio de um conversor de potência, mostrado na Figura 4.
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Figura 4 – Interface eletrônica de potência CA/CC/CA para um 
gerador eólico
Fonte: adaptada de Reis (2013).
A Figura 4 traz o uso de conversores associados a um barramento 
CC que conecta a turbina com o transformador de saída à rede. A 
configuração operacional típica é usar o conversor do lado da rede 
para manter o nível de tensão constante, enquanto o conversor do 
lado do gerador é usado para controlar o torque do gerador. Uma 
forma alternativa de trabalhar é ter o torque da turbina controlado pelo 
conversor do lado da rede, enquanto a potência ativa é transferida do 
gerador para os conversores.
2.3 Sistema eólico híbrido
Os sistemas híbridos são desconectados da rede convencional e 
possuem diferentes fontes de produção de energia, como as turbinas 
eólicas, a geração a diesel, os módulos fotovoltaicos e outros. A 
utilização de diferentes formas de geração de energia aumenta a 
complexidade do sistema e exige a otimização do uso de cada uma das 
fontes do usuário. No geral são implementados em sistemas de médio a 
grande porte que costumam atender a um número grande de usuários. 
São sistemas que utilizam também um inversor.
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3. Impactos ao meio ambiente
Em se tratando de aspectos climáticos, os maiores responsáveis 
pelas mudanças no clima são os gases do efeito estufa, emitidos 
principalmente em decorrência da queima de combustíveis fósseis e 
do desmatamento. Todos são responsáveis por reverter esse cenário, 
e, para isso, devemos adotar práticas mais sustentáveis como modo 
de vida, como usar energia limpa, consumir produtos e serviços de 
empresas que cuidam e atuam na sustentabilidade, entre outras.
Quanto aos impactos ambientais causados pela geração de energia 
eólica, podemos destacar alguns pontos: impacto sobre a fauna, ruídos, 
interferência eletromagnética e impacto visual. Em termos de impacto 
na fauna, a principal preocupação é com as aves, as quais, devido à fraca 
visibilidade, podem colidir com estruturas (como postes de alta tensão) e 
turbinas eólicas.
O impacto ambiental referente aos ruídos causados pelo sistema 
eólico foi tema de discussão e debate durante um tempo. Porém, o 
desenvolvimento tecnológico e o surgimento de novas tecnologias 
ao longo dos anos contribuíram para uma diminuição nos níveis de 
ruído produzidos pelas turbinas eólicas. Acontece que a problemática 
envolvendo os ruídos está relacionada diretamente à variação da 
velocidade do vento.
As turbinas eólicas podem impactar o ambiente ao causarem 
interferência eletromagnética, visto que as pás do rotor podem refletir 
os sinais, fazendo com que um receptor próximo receba um sinal direto 
e um sinal refletido. A interferência ocorre porque o sinal refletido é 
atrasado devido à diferença de comprimento de onda alterada pelo 
movimento das pás.
Os parques eólicos devem ser erguidos em espaços abertos, sem 
obstáculos naturais, para serem economicamente viáveis e, portanto, 
51
visíveis. Muitas pessoas veem a turbina eólica como um símbolo de 
energia limpa, que é sempre bem-vinda, enquanto outras reagem 
negativamente à sua instalação.
O impacto visual foi minimizado principalmente pela conscientização 
da população local sobre a geração eólica.Por meio de audiências 
públicas e seminários, houve maior difusão do conhecimento sobre os 
efeitos positivos da tecnologia eólica, e, dessa forma, as taxas de adoção 
melhoram significativamente. Isso é muito importante, visto que o uso 
dessa energia para geração complementar de energia vem aumentando 
constantemente em todo o mundo, e espera-se um crescimento ainda 
mais significativo nos próximos anos.
A energia eólica tem um futuro ainda mais brilhante com a 
conscientização pública de seus benefícios como fonte de energia 
renovável e aumento da competitividade econômica. As questões 
ambientais estão se tornando mais prevalentes, e as atitudes 
ambientalmente conscientes passam a fazer parte integrante dos 
processos.
A maioria dos problemas ecológicos com impacto global, como chuva 
ácida, efeito estufa e outros, vem do setor de geração de energia. O uso 
de soluções energéticas que oneram o meio ambiente em menor escala 
tem mostrado que a energia eólica como fonte alternativa tem grande 
importância no desenvolvimento de novos panoramas energéticos 
ecologicamente favoráveis. É muito importante ressaltar aqui que as 
energias limpas também geram impactos ao meio ambiente, mas eles 
geralmente ocorrem em menor escala, proporcionalmente à quantidade 
de energia produzida. Por esse motivo, embora existam aspectos 
ambientais negativos, a utilização do vento para a produção de energia 
elétrica pode ser motivada por meio de um planejamento adequado e 
tecnológico.
52
Neste Tema foi apresentada a energia eólica no Brasil e no mundo, 
assim como as aplicações e os impactos ao meio ambiente. É evidente, 
entre as fontes alternativas, o destaque da energia eólica, cuja 
viabilidade é confirmada pelo grande crescimento da capacidade 
instalada nos últimos anos, tanto no Brasil quanto no mundo.
Dentro das aplicações, podemos entender um pouco de cada sistema de 
geração eólica, como: o sistema eólico isolado, o sistema eólico conectado 
à rede e o sistema híbrido. É sempre importante ressaltar que, embora 
o meio ambiente não seja prejudicado pela emissão de gases poluentes, 
a instalação de aerogeradores pode causar alterações na paisagem e 
afetar a migração das aves. Além disso, sua viabilidade requer avanços 
tecnológicos, pois o custo dos aerogeradores ainda é alto.
Referências
ABEEÓLICA. Associação Brasileira de Energia Eólica. O Setor. ABEEólica, 2022. 
Disponível em: https://abeeolica.org.br/energia-eolica/o-setor/. Acesso em: 30 jun. 
2022.
BRASIL. Serviços e Informações do Brasil. Energia eólica: Brasil sobe para a sexta 
posição em ranking internacional de capacidade de energia eólica onshore. Gov.
br, 2022. Disponível em: https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia-minerais-e-
combustiveis/2022/04/brasil-sobe-para-a-sexta-posicao-em-ranking-internacional-
de-capacidade-de-energia-eolica. Acesso em: 30 jun. 2022.
FADIGAS, E. A. F. A. Energia Eólica. São Paulo: Manole, 2011. v. 1.
MOREIRA, J. R. S. (org.). Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência 
Energética. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2021.
REIS, J. M. V. S. Comportamento dos geradores eólicos síncronos com 
conversores diante de curto-circuitos no sistema. Dissertação (Mestrado em 
Ciências em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de 
Janeiro, 2013.
REIS, L. B. Geração de Energia Elétrica. Barueri: Manole, 2017.
VIAN, A. et al. Energia Eólica: fundamentos, tecnologia e aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021.
https://abeeolica.org.br/energia-eolica/o-setor/
https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia-minerais-e-combustiveis/2022/04/brasil-sobe-para-a-sexta-posicao-em-ranking-internacional-de-capacidade-de-energia-eolica
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https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia-minerais-e-combustiveis/2022/04/brasil-sobe-para-a-sexta-posicao-em-ranking-internacional-de-capacidade-de-energia-eolica
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	Sumário
	Apresentação da disciplina
	Geração de energia solar: contextualização e introdução
	Objetivos
	1. Geração de energia solar
	2. Introdução aos sistemas de energia solar: conceitos gerais
	Referências
	Energia solar no Brasil e no mundo: aplicações e arquiteturas
	Objetivos
	1. Energia solar no Brasil e no mundo
	Referências
	Turbina e geração eólica: introdução
	Objetivos
	1. Introdução
	Referências
	Energia eólica no Brasil e no mundo: aplicações e impactos ao meio ambiente
	Objetivos
	1. Energia eólica no Brasil e no mundo
	2. Aplicações
	3. Impactos ao meio ambiente
	Referências