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Implantação de sistemas fotovoltaicos

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ESTUDO SOBRE A IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS 
FOTOVOLTAICOS ISOLADOS OU CONECTADOS À REDE 
ELÉTRICA EM RESIDÊNCIAS PARAENSES 
 
 
 
Jean Chaves Batista – jeanbatista8@gmail.com 
Universidade Federal do Pará, Instituto de tecnologia, Faculdade de Engenharia Elétrica 
Rua Augusto Corrêa, 01 - Guamá 
66075-110 – Belém – Pará 
 
 
 
Resumo: O seguinte artigo apresenta um estudo superficial sobre o potencial energético 
solar brasileiro e sobre a implementação de sistemas fotovoltaicos em residências paraenses, 
fornecendo bases fundamentais para elaboração de um projeto sustentável de produção de 
energia elétrica, em residências ou em quaisquer outros estabelecimentos, através da 
utilização de fontes não convencionais, no caso, a energia solar fotovoltaica. Este artigo 
ainda leva em consideração os custo/benefícios de realização do projeto, as vantagens e 
desvantagens de se construir um sistema de produção de energia alternativa tais como as 
ferramentas necessárias para implantação de um sistema fotovoltaico isolado ou conectado à 
rede elétrica. 
 
Palavras-chave: Sistema Fotovoltaico, Energia Solar Fotovoltaica. 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 A constante exploração de reservas esgotáveis de combustíveis fósseis tem causado 
grandes impactos ao meio ambiente, uma situação preocupante no cenário mundial. Nesse 
aspecto, a busca por fontes alternativas de energias renováveis e não poluentes, como a 
energia solar, torna-se crucial ao desenvolvimento sustentável do planeta (NASCIMENTO, 
2004). 
Sendo assim, o estudo da viabilidade de implantação da energia solar fotovoltaica é 
extremamente importante devido à necessidade da utilização de fontes de energias alternativas 
e renováveis em detrimento das fontes atuais que são baseadas principalmente em 
combustíveis fósseis, portanto não renováveis em escala terrestre, e que acarreta uma 
expressiva degradação ambiental (TEIXEIRA, 2011 apud RIBEIRO, 2008). 
No Brasil, o índice de radiação solar está entre os mais altos do mundo, já que grande 
parte do território brasileiro está situada próximo à linha do Equador, de forma que se é 
observado grandes variações de radiação solar durante o dia. A região nordeste é a que possui 
maior área de radiação solar, pois está mais próxima à linha do equador (BRASIL SOLAIR, 
2015). A região norte, mais especificamente a região amazônica, também se adéqua aos 
padrões de produção de energia solar fotovoltaica, possuindo uma área menor de radiação 
solar que o nordeste por conta da nebulosidade e das precipitações em determinados períodos 
do ano, mas que não interfere sobremaneira no desempenho dos sistemas fotovoltaicos 
(MORAIS JUNIOR et al., 2012) 
A utilização da energia solar fotovoltaica ainda não se faz tão presente no cotidiano da 
sociedade brasileira por conta de aspectos técnicos e econômicos que dificultam uma 
implantação efetiva dessa fonte alternativa nas regiões do Brasil. A falta de informação por 
parte dos consumidores e de uma política de incentivo adequada à utilização são os maiores 
obstáculos para a utilização dessa fonte de energia assim como de outras fontes não 
convencionais (NASCIMENTO, 2004). 
Tendo em vista tais situações, foi feito um estudo sobre a implantação de sistemas 
fotovoltaicos em residências ou estabelecimentos comerciais paraenses, a partir de um 
levantamento sobre o potencial energético solar brasileiro, no caso de interesse específico, o 
potencial amazônico, para tornar possível a criação de um projeto de geração de energia solar 
fotovoltaica de custo médio no Pará. 
 
2. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em 
eletricidade pelo então chamado Efeito Fotovoltaico, o qual foi relatado por Edmond 
Becquerel, em 1939. Becquerel constatou o aparecimento de uma diferença de potencial nos 
extremos de uma estrutura de um material semicondutor quando havia incidência de uma 
fonte luminosa sobre a mesma. Com base nos avanços da microeletrônica e na descoberta de 
Becquerel foram construídas as primeiras células fotovoltaicas destinadas às áreas de 
telecomunicações e indústrias aeroespaciais (CRECESB, 2008). 
A crise energética de 1973 fez o interesse por fontes alternativas e renováveis 
aumentar de forma significativa, possibilitando aplicações terrestres. Para isso o custo de 
produção dessa nova tecnologia teve que ser reduzido em ate 100 vezes para que ela fosse 
introduzida no mercado. O maior empecilho para a difusão dos sistemas fotovoltaicos em 
larga escala é o custo de produção das células que ainda hoje é elevado. Entretanto, essa 
tecnologia vem se tornando cada vez mais competitiva, pois, com o desenvolvimento 
industrial, o valor das células vem decrescendo e outros fatores, antes ignorados, estão sendo 
levados em consideração, como a questão dos impactos ambientais e a necessidade de 
produção de energias limpas (CRECESB, 2008). 
 
2.1. Potencial Energético Solar Brasileiro 
O Brasil possui uma posição privilegiada quando se trata do potencial energético solar 
mundial, possuindo a maior parte de seu território localizado próximo á linha do Equador, na 
qual não possui grandes variações na duração solar do dia (ANEEL, 1998). A radiação solar 
depende de condições climáticas e atmosféricas, por conta dessas interferências, somente 
parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido a absorção e reflexão dos raios 
solares pela atmosfera, mesmo com esse fatores, estima-se que a energia solar incidente sobre 
a superfície da Terra seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial, sendo o 
Brasil um dos países com o maior energético solar do mundo (CRESESB, 2008). A figura 1, 
logo abaixo, mostra a distribuição da radiação solar no território brasileiro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – distribuição da radiação solar no território brasileiro. 
 
Fonte: ANEEL, 1998. 
 
O mapa mostra que os maiores índices de radiação são observados na região Nordeste, 
com destaque para o Vale do São Francisco, mas importante ressaltar que mesmo as regiões 
com menores índices de radiação apresentam grande potencial de aproveitamento energético e 
se enquadram nos padrões mundiais de produção de energia solar fotovoltaica (ANEEL, 
1998). 
O Brasil dispõe de um dos maiores potenciais do mundo para o aproveitamento de 
energias renováveis principalmente a energia solar, e além de ecologicamente correto, é uma 
fonte inesgotável de energia (NASCIMENTO, 2004). 
 
2.2. Potencial Solar na Região Amazônica 
O potencial solar na região amazônica é definido pela análise de cartas solarimétricas 
que indicam o aproveitamento energético solar desta região. O mapeamento feito pela 
SWERA (The Solar and Wind Energy Resource Assessment) revela elevados índices de 
fluxo de radiação solar para a Amazônia e também uma baixa variabilidade inter-sazonal, 
explicitando que, mesmo com interferências climáticas como nebulosidade e a elevada 
precipitação em determinados períodos do ano, a região se adéqua aos parâmetros técnicos 
exigidos para a implantação de tecnologias fotovoltaicas (MORAIS JUNIOR et al., 2012). A 
figura 2, abaixo, mostra uma carta solarimetrica do território brasileiro com ênfase na região 
amazônica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 - distribuição da radiação solar no território brasileiro com ênfase para a região amazônica. 
 
Fonte: MORAIS JUNIOR, 2012. 
 
A figura 2 deixa explicita a capacidade de produção de energia solar fotovoltaica na 
região amazônica. A tabela 1, a seguir, mostra dados da irradiação solar na cidade de Belém 
em alguns meses do ano de 2008. 
 
Tabela 1 – Dados de irradiaçãosolar para a cidade de Belém em 
2008. 
Mês Irradiação Solar Total 
(KWh/m
2
) 
Janeiro 134 
 Fevereiro 115 
 Março 
 Abril 
 Maio 
 Junho 
 Julho 
129 
123 
152 
152 
176 
Fonte: BLASQUES, 2012 - adaptada. 
A tabela 1 mostra valores do potencial energético solar na cidade de Belém, esses 
dados são importante para realização de cálculos para o rendimento de uma célula ou de um 
modulo fotovoltaico, fatores de correção entre os artifícios necessários para a implementação 
de um sistema fotovoltaico. 
 
3. O EFEITO FOTOVOLTAICO 
O efeito fotovoltaico ocorre em semicondutores, dos quais o mais utilizado é o silício. 
Seus átomos se caracterizam por possuírem quatro elétrons que fazem ligação com átomos 
vizinhos, dando origem a uma rede cristalina. Se o fósforo, que possui cinco elétrons 
dispostos a realizar ligação, for adicionado ao silício, sobrará um elétron desemparelhado e 
fracamente ligado ao seu átomo de origem. Este elétron quando recebe um estímulo 
energético se livra da energia de ligação que o prende ao seu átomo de origem e parte para a 
banda de condução. Este processo é chamado de dopagem do silício, no qual o material 
possui elétrons livres, ou seja, são portadores de carga negativa, constituindo o silício tipo N 
(CRESESB, 2008). 
Se ao invés do fósforo for adicionado o boro com três elétrons de ligação, faltará um 
elétron para fazer a ligação com o quarto elétron do silício, a dopagem do silício, neste caso é 
positiva P por conta da falta de um elétron (NASCIMENTO, 2004). 
Quando se faz a junção PN, é formado um campo elétrico devido aos elétrons livres do 
silício tipo N que ocupam as lacunas da estrutura do silício tipo P. quando há a incidência de 
uma fonte luminosa sobre a junção PN os fótons se colidem com os elétrons da estrutura do 
silício e lhes fornecem energia transformando o silício em um material condutor. Com o 
campo elétrico formado pela junção PN, os elétrons são ordenados e fluem da camada P para 
a camada N. quando se conecta um condutor externo às camadas, ligando a camada positiva 
com a camada negativa é observada uma corrente elétrica. A intensidade da corrente é 
diretamente proporcional a incidência de luz. Este fenômeno é denominado efeito fotovoltaico 
(NASCIMENTO, 2004). 
 
Figura 3 – ilustração do efeito fotovoltaico. 
 
Fonte: ELECTRÓNICA, 2015. 
 
3.1. Células Fotovoltaicas 
Células fotovoltaicas são dispositivos capazes de transformar a energia luminosa, 
proveniente do Sol ou de outra fonte de luz, em energia elétrica. A seguir será visto dois tipos 
básicos de células fotovoltaicas. 
 
3.1.1. Silício Monocristalino 
A célula de silício monocristalino é a mais utilizada e comercializada como conversor 
de energia solar em eletricidade. Este tipo de célula possui um grau de pureza próximo de 100 
% o que garante uma eficiência maior em relação às demais células. Sua eficiência pode 
variar de 15% a 18% (CRESESB, 2008). 
 
Figura 4 – Célula de silício monocristalino. 
 
Fonte: CRESESB, 2008. 
 
 
3.1.2. Silício Policristalino 
As células de silício policristalino exigem um processo de preparação menos rigoroso, 
no entanto a eficiência cai em relação à eficiência do silício monocristalino. Sua eficiência se 
aproxima dos 12,5 % em escala industrial (CRESESB, 2008). 
 
Figura 5 - Célula de silício policristalino 
 
 Fonte: CRESESB, 2008. 
Além dessas duas células existem outras como as de filmes finos e de silício amorfo, a 
diferença entre elas está basicamente na aparência e no rendimento. 
 
3.2. Módulos fotovoltaicos 
Devido à baixa tensão e corrente de saída de uma célula fotovoltaica, agrupam-se 
varias células, formando um módulo. A disposição das células pode ser em serie ou em 
paralelo. A conexão em paralelo garante uma corrente maior pela soma das correntes de cada 
célula, porém a tensão do modulo permanece a mesma tensão de uma única célula. Por isso a 
conexão mais utilizada é em serie, mantendo a corrente e somando as tensões das células até 
que o módulo possua um somatório de tensões igual a 12 V, isso possibilita o armazenamento 
da energia elétrica gerada em baterias (CRESESB, 2008). As figuras 6 e 7 mostram, 
respectivamente, os arranjos em paralelo e em serie. 
 
Figura 6 – Módulos em paralelo. 
 
Fonte: CRESESB, 2008. 
 
Figura 7 – Módulos em série. 
 
Fonte: CRESESB, 2008. 
 
4. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas 
isolados, conectados a rede, e sistemas híbridos. Aqui serão visto somente os dois primeiros. 
Os sistemas basicamente devem ter uma unidade de controle de potencia e uma unidade de 
armazenamento (CRESESB, 2008). 
4.1. Sistemas Isolados 
Os sistemas isolados geralmente necessitam de uma forma de armazenamento de 
energia. São utilizados em locais remotos, onde a energia elétrica convencional não é 
fornecida, ou em localidades onde o proprietário escolhe não conectar seu sistema à rede 
elétrica. A energia armazenada nas baterias e do tipo contínua, sendo necessário um inversor 
para transformar a corrente contínua em corrente alternada, possibilitando, por conseguinte a 
alimentação dos dispositivos de uma residência que funcionam normalmente em regime de 
corrente alternada (CRESESB, 2008). 
 
4.2. Sistemas Conectados à Rede Elétrica 
Estes sistemas utilizam grandes números de painéis fotovoltaicos, e não utilizam 
armazenamento de energia, pois toda a geração é entregue diretamente na rede. Este sistema 
representa uma fonte complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual esta 
conectada. Todo o arranjo é conectado em inversores e logo em seguida guiado diretamente à 
rede. Estes inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e segurança para que a rede 
não seja afetada. Este tipo de sistema é mais utilizado em áreas urbanas, conjuntos 
residenciais e edifícios comerciais (CRESESB, 2008). A figura 8, a seguir, mostra um 
esquema básico de um sistema conectado à rede elétrica. 
 
Figura 8 – Sistema conectado à rede elétrica. 
 
Fonte: CRESESB, 2008. 
 
4.3.Analise de Custos de um Sistema Fotovoltaico 
De acordo com a Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (ABAINEE), 
a referência de valor de implantação da energia solar fotovoltaica no Brasil em 2011 era de 
12,00 R$/Wp. No caso de os equipamentos serem comprados no mercado internacional esse 
valor poderia ser reduzido em ate 50% (FONTENELE, 2015). 
Com esses dados foi estimado os custos finais da instalação de um sistema 
fotovoltaico no Brasil, obtendo os valores mostrados na tabela 2 a seguir. 
 
 
 
 
 
Tabela 2 – Valores de referencia para o mercado brasileiro. 
Aplicação Residencial Comercial Usina 
Capacidade (kWp) 3 30 30.000 
Custos dos módulos e inversores (R$) 11.605,00 116.047,00 116.047.414,00 
Custos de cabos de proteção (R$) 2.250,00 18.000,00 13.100.000,00 
Custo do sistema de fixação (R$) 3.750,00 24.000,00 14.000.000,00 
Demais custos (R$) 3.750,00 30.000,00 18.000.000,00 
Total (R$) 21.359,00 188.047,00 161.147.414,00 
Total (R$/Wp) 7,12 6,27 5,37 
Fonte: FONTELE, 2015 – adaptada. 
De acordo com aos dados da tabela anterior, os gastos giram em torno dos módulos, 
inversores, cabos de proteção, sistemas de fixação e outros custos como os de regulamentação 
do projeto e os gastos com dispositivos de proteção do circuito. Com estes dados foi possível 
fazer o levantamento do custo de implantação de um sistema fotovoltaico em residências, e 
outros. Deduz-se que os custos de implantação dessesistema em uma residência paraense 
sejam aproximados ao custo médio nacional. 
 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Com base neste estudo sobre a implantação de sistemas fotovoltaicos em residências 
paraenses é possível elaborar um projeto mais aprofundado para tornar real o objeto de estudo 
aqui apresentado. 
É necessário ressaltar a importância deste estudo quando o mundo busca por fontes 
alternativas e renováveis que não poluam o meio ambiente, alem do impacto econômico que a 
produção autônoma de energia tem no cotidiano de uma família brasileira, pois ela 
produzindo sua própria energia, diminuiria os gatos com os serviços públicos de fornecimento 
Antes da realização deste projeto, deve ser levado em consideração o custo/benefício 
da implantação de um sistema fotovoltaico em uma residência, mas desde já, na maioria dos 
casos, mesmo com os custos de implantação ainda elevados, os benefícios compensam os 
custos, pois a duração da vida útil de um módulo é de cerca de 25 anos, a manutenção é 
relativamente simples, portanto um modulo produzira por muito tempo energia elétrica, e 
assim compensará, a longo prazo, os custos realizados no projetos e o consumo de energia 
caso o individuo permanecesse somente consumindo energia do sistema convencional. 
de energia, podendo ainda obter lucro com a venda do excedente de energia para a 
concessionária local, no caso dos sistemas conectados à rede. 
Outro fator deve ser levado em consideração, o sistema sendo isolado ou conectado à 
rede elétrica, é que a produção autônoma de energia diminui a sobrecarga de geração, 
produção e distribuição de energia elétrica no Brasil, contribuindo com a diversificação da 
matriz energética brasileira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
AGENCIA NACIONAL DE ENGENHARIA ELÉTRICA – ANEEL. Energia solar. 
Disponível em: <http://www.aneel.gov.br>. Acesso em: 29 dez. 2015. 
BRASIL SOLAIR. Potencial solar e eólico. Disponível em: 
<http://www.brasilsolair.com.br/potencial-solar-e-eolico> Acesso em: 25 dez. 2015. 
 
CENTRO DE PESQUISAS DE ENERGIA ELÉTRICA. Centro de referência para energia 
solar e eólica Sérgio de Salvo Brito. Grupo de trabalho de energia solar – CRESESB. Manual 
de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro: CRESESB, 1999. Disponível 
em:<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_de_Engenharia_FV_2004.p
df >. Acesso em: 28 dez. 2015. 
 
CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, 
Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br>. Acesso em: 27 dez. 2015. 
CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, 
disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/download/tutorial/tutorial_solar_2006.pdf> 
Acesso em 27 dez. 2015. 
 
FONTENELE, L.F.A.; GOUVEIA, H.T.V. ; ARAÚJO, R.G.; INACIO, C.O.;FERREIRA, 
P.H.F. comparação de tecnologias de módulos fotovoltaicos e estruturas de montagem na 
usina fotovoltaica Alto do Rodrigues. Anais: XXIII – Seminário Nacional de Produção e 
Transmissão de Energia Elétrica. Foz do Iguaçu: CEPEL, 2015. 
 
MORAIS JUNIOR, Hélio de Souza; CAVALCANTE, Renato Luz; GALHARDO, Marcos 
André Barros; MACEDO, Wilson Negrão; Aplicação de Energia Solar Fotovoltaica – um 
Estudo de Caso na Região Amazônica, 2012. REVISTA GEONORTE, Edição Especial, V.2, 
N.4, p.1303 – 1309, 2012. 
 
NASCIMENTO, Cássio Araújo do; UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS, 
Departamento de Engenharia. Princípio de Funcionamento da Célula Fotovoltaica, 2004. 21p, 
il. Monografia (Especialização). 
 
TEIXEIRA, Alexandre de Almeida; CARVALHO, Matheus Costa; LEITE, Leonardo 
Henrique de Melo; Analise de variabilidade para a implantação do sistema de energia solar 
residencial, 2011. E-XACTA, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 117-136. (2011). Disponível em: 
<www.unibh.br/revistas/exacta/>. Acesso em: 28 dez. 2015.