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Estudo de viabilidade de electrificacao residencial atraves de sitemas fotovoltaicos em Maciene CELSO MACIE

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0 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
Celso Azarias Macie 
 
 
 
 
 
 
 
Estudo de Viabilidade de Electrificação Residencial Através de Sistemas Fotovoltaicos em 
Maciene 
 
 
 
 
 
Licenciatura em Ensino de Física com Habilitação em Ensino de Matemática 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Pedagógica 
Gaza 
2016 
 i 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
 
 
Celso Azarias Macie 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estudo de Viabilidade de Electrificação Residencial Através de Sistemas Fotovoltaicos em 
Maciene 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Supervisor: MsC. Tomás Manuel Nhabetse 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidade Pedagógica 
Gaza 
2016 
 
Monografia apresentada ao Departamento 
de Física, Faculdade de Ciências Naturais 
e Matemática, Delegação de Gaza, para a 
obtenção do grau académico de 
Licenciatura em Ensino de Física com 
Habilitação em Ensino de Matemática. 
 ii 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
ÍNDICE 
 
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS .......................................................................... iv 
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. v 
LISTA DE GÁFICOS .................................................................................................................. v 
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ vi 
DECLARAÇÃO ........................................................................................................................ vii 
DEDICATÓRIA ....................................................................................................................... viii 
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................... ix 
RESUMO ..................................................................................................................................... x 
ABSTRACT ................................................................................................................................ xi 
 
CAPÍTULO I: INTRODUÇÃO ................................................................................................. 12 
1.1 Contextualização ................................................................................................................. 12 
1.2 Delimitação do tema ............................................................................................................ 13 
1.3 Problema de pesquisa ........................................................................................................... 13 
1.4 Objectivos ............................................................................................................................ 14 
1.4.1 Objectivo geral .................................................................................................................. 14 
1.4.1.1 Objectivos específicos ................................................................................................... 14 
1.5 Hipóteses .............................................................................................................................. 15 
1.6 Variáveis .............................................................................................................................. 15 
1.7 Justificativa ......................................................................................................................... 16 
CAPÍTULO II: REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................ 17 
2.1 A Radiação solar e insolação ............................................................................................... 17 
2.2 Instrumentos de medição ..................................................................................................... 19 
2.3 Energia solar fotovoltaica .................................................................................................... 21 
2.3.1 Tipos de sistemas fotovoltaicos ........................................................................................ 21 
2.4 Módulos fotovoltáicos e sua instalação ............................................................................... 22 
2.4.1 Módulos fotovoltaicos ...................................................................................................... 22 
2.4.2 Instalação de módulos fotovoltaicos ................................................................................. 22 
2.5 Baterias, controlador de carga e inversor ............................................................................. 25 
2.6 Renda e agregado familiares versus demanda energética .................................................... 27 
 iii 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CAPÍTULO III: METODOLOGIA ........................................................................................... 28 
3.1 Metodologia ......................................................................................................................... 28 
3.1.1 Técnicas de pesquisa ......................................................................................................... 29 
3.1.2 Amostragem ...................................................................................................................... 30 
CAPÍTULO IV: RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................... 31 
4.1 Apresentação de resultados .................................................................................................. 31 
4.1.1 Fontes de satisfação de necessidades energéticas ............................................................. 31 
4.1.2 Estimativa da demanda energética .................................................................................... 32 
4.1.3 Avaliação do potencial solar ............................................................................................. 35 
4.1.4 Implementação da tecnologia fotovoltaica ....................................................................... 36 
4.1.5 Montagem de alguns equipamentos .................................................................................. 41 
4.1.6 Geração fotovoltaica esperada .......................................................................................... 43 
4.1.7 Análise da viabilidade económica da tecnologia .............................................................. 43 
4.2 Discussão de resultados ....................................................................................................... 47 
CAPÍTULO V: CONCLUSÃO ................................................................................................. 49 
CAPÍTULO VI: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 iv 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS 
 – Apere.ca – Corrente alternada. 
cc – Corrente contínua. 
DVD - Digital Versatile Disc (Disco Digital Versátil). 
EDM – Electricidade De Moçambique. 
Funae – Fundo Nacional de Energia. 
Hz – Hertz. 
HSP – Horas de Sol Pleno. 
IV – Radiação InfraVermelha. 
K – Kelvin. 
 – Quilómetro. 
M.C.XX – Mercados da Cidade de Xai-Xai 
MT – Metical. 
 – Metical por quilowatt hora. 
 – Potência máxima. 
PMT1, PMT2……,PMTj – Pagamentos 1, 2 até j – ésimo pagamento. 
R.M.C.XX – Revendedores de Mercados da Cidade de Xai-Xai. 
P X V – Potência versus Tensão. 
REN – Rede Eléctrica Nacional. 
SFV – Sistema FotoVoltaico. 
SFVA’s Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. 
TV – Televisor. 
UV – Radiação Ultravioleta. 
V – Volt. 
VIS – Radiação Visível. 
 
 v 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
LISTA DE FIGURAS 
Pág. 
Figura 1.1: Localização da área destinada ao estudo………………………………….………….11 
Figura 2.1: Espectro electromagnético da radiação solar no topo da atmosfera, bandas espectrais e 
contribuição destas…………………………………………………………………………………….......16 
Figura 2.2: Periliómetro – usado para medir a radiação directa………………………………….18 
Figura 2.3: Medidor da radiação solar global……………………………………………………………..18 
Figura 2.4: Medidor da radiação difusa…………………………………………………………..18 
Figura 2.5: Heliógrafo de Campbell-Stokes……………………………………………………...19 
Figura 2.6: Associação em série de módulos solares…………………………………………….21 
Figura 2.7: Associação em paralelo de módulos solares…………………………………………21 
Figura 2.8: Associação híbrida de módulos solares…....………………………………………...21 
Figura 2.9: Ângulo de incidência dos raios solares no módulo fotovoltaico………………….....22 
Figura 2.10: Separação entre dois painéis fotovoltaicos…………………………………………23 
Figura 2.11: Diferentes tipos de associação de baterias………………………………………….24 
Figura 2.12: Esquema de ligação eléctrica dos componentes do SFV ao controlador…………...24 
Figura 4.5: Tempo de retorno de investimento para o cenário A …………………………………49 
Figura 4.6: Tempo de retorno de investimento para o cenário B………………………………….49 
LISTA DE GÁFICOS 
Gráfico 4.1: Fontes de luz vs. Número de utilizadores (residências) ……………………………29 
Gráfico 4.2. Actividades de renda predominantes no local de estudo …………………………...30 
Gráfico 4.3: Comportamento da radiação solar em Xai-Xai …………………………………….34 
Gráfico 4.4: Geração fotovoltaica esperada em diferentes meses do ano ……………………….43 
Gráfico 4.5: Tempo de retorno de investimento para o cenário A ………………………………45 
Gráfico 4.6: Tempo de retorno de investimento para o cenário B ………………………………46 
 vi 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 2.1: Determinação do ângulo de inclinação do módulo solar ……………………………22 
Tabela 4.1: Características e tempo de alimentação das cargas …………………………………32 
Tabela 4.2: Demanda energética por grupos de residências ……………………………………..33 
Tabela 4.3: Material referente ao CENÁRIO A …………………………………………………40 
Tabela 4.4: Material referente ao CENÁRIO B …………………………………………………40 
Tabela 4.5: Retorno de investimento para os cenários A e B considerando a manutenção dos 
SFVA’s e reposição de baterias…………………………………………………………………..43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 vii 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
 
 
 
 
 
DECLARAÇÃO 
 
Declaro que esta Monografia é resultado da minha investigação pessoal e das orientações do meu 
supervisor, o seu conteúdo é original e todas as fontes consultadas estão devidamente 
mencionadas no texto e nas referências bibliográficas. 
Declaro ainda que este trabalho não foi apresentado em nenhuma outra instituição para obtenção 
de qualquer grau académico. 
 
 
 
Gaza, aos 20 de Dezembro de 2016. 
___________________________________________ 
(Celso Azarias Macie) 
 
 
 
 
 
 
 viii 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho aos meus familiares, amigos e professores, cujos conselhos e ensinamentos 
tornaram-me no que sou hoje. Também dedico-o á minha primeira sorte, Ailton Macie, esperando 
que ele siga o caminho da formação contínua na vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ix 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 Em primeiro lugar agradeço a Deus todo poderoso, pela saúde e força que tem me dado 
durante todas fases da minha vida. 
 
 Agradeço aos Meus pais, Azarias Macie e Isabel Matusse, pela educação, pelo apoio 
incondicional e pelas oportunidades que me proporcionaram em todas fases da minha 
formação. Endereço os meus agradecimentos ás minhas irmãs: Laura Macie; Helena 
Macie; Sónia Macie e Gilda Macie e, á minha namorada Wilma Inguane, pelo apoio que 
todas elas me proporcionaram. 
 
 
 Meus profundos agradecimentos são extensivos ao meu Supervisor Tomás Nhabetse pelas 
orientações valiosas dadas pacientemente em todas fases do trabalho. 
 
 Também agradeço aos meus colegas de turma que me apoiaram durante a minha 
formação e durante a execução da pesquisa, especialmente ao Sebastião Zimba, Hercídio 
Hassane e Lucas Chirrindzane Junior, este último que sempre mostrou-se disponível para 
discussões. 
 
 Deixo aqui os meus agradecimentos a todos aqueles que directa ou indirectamente 
contribuiram para tornar real o meu sonho de formação nesta área e, aos que contribuiram 
para a materialização da minha pesquisa, resultando neste trabalho escrito. 
 
“Acredito muito na sorte e descubro que, 
quanto mais trabalho, mais sorte eu tenho.” 
(Stephen Leacock) 
 
 x 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
RESUMO 
 
A evolução tecnológica associada ao crescimento dos países, gera um aumento cada vez maior da 
demanda energética ao nível mundial e especificamente ao nível nacional. Devido á falta de 
satisfação flexível desta crescente demanda energética, especificamente nas zonas rurais, os 
habitantes destas, procuram vários meios de satisfação destas necessidades energéticas, tudo na 
tentativa de se enquadrarem no ritmo de evolução tecnológica e crescimento do país mas, 
geralmente são usadas fontes de geração de electricidade muito pouco sustentáveis. Assim, a 
necessidade de criação de bases para implementação de sistemas de geração alternativa de 
energia eléctrica para a localidade de Maciene, mais especificamente de sistemas fotovoltaicos 
autónomos domiciliares para electrificação residencial, fez com que os sistemas fotovoltaicos 
autónomos domiciliares constituíssem o objecto de estudo da pesquisa executada, objectivando-
se apurar a viabilidade (técnica e económica) para electrificação residencial através de SFVA’s, 
estudo executado principalmente com auxílio da abordagem quantitativa. Após o levantamento 
de informação prévia acerca do local de estudo, que possibilitou a selecção da amostra, estimou-
se a demanda energética na qual se baseou o estudo. A seguir quantificou-se a radiação solar no 
local de estudo e, dimensionou-se os sistemas fotovoltaicos. A viabilidade técnica foi analisada 
com base na geração fotovoltaica esperada comparada com a demanda energética mensal e, a 
análise da viabilidade económica teve como base o investimento inicial nestes sistemas,adicionado ao custo de manutenção dos mesmos, cuja razão com o rendimento pela compra de 
electricidade pelo cliente, forneceu o tempo de retorno dos investimentos. Implementando os 
sistemas fotovoltaicos estudados, os investimentos iniciais seriam de 50.350,00 meticais e 
100.060,00 meticais para os cenários A e B respectivamente, com tempos de retorno de 13 anos e 
9 anos para estes cenários na mesma ordem sendo que estes investimentos podem retornar em 
tempo inferior ao tempo de vida útil dos sistemas, o que garante lucros nos restantes anos. Assim, 
conclui-se que os sistemas fotovoltaicos autónomos domiciliares estudados mostram-se técnica e 
economicamente viáveis neste local de estudo, quando comparados com as fontes que 
actualmente são usadas para satisfação de necessidades energéticas. 
Palavras-chave: Viabilidade. Sistemas fotovoltaicos. Electrificação residencial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 xi 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
ABSTRACT 
 
 
 
 
The technological evolution associated with the growth of the countries, generates an increasing 
increase of the energy demand at the world-wide level and specifically at the national level. Due 
to the lack of flexible satisfaction of this growing energy demand, specifically in the rural areas, 
the inhabitants of these, seek various means of satisfying these energy needs, all in an attempt to 
fit the rhythm of evolution and growth of the country, but are generally used sources very little 
sustainable generation of electricity. Thus, the need to create bases for the implementation of 
alternative electric power generation systems for the locality of Maciene, more specifically of 
autonomous homevoltaic photovoltaic systems for residential electrification, has made 
autonomous photovoltaic systems domiciliares constituted the object of research study 
Performed. The objective of this research was to determine the feasibility (technical and 
economic) for residential electrification through autonomous photovoltaic systems, a study 
executed mainly with the help of the quantitative approach. After the previous information about 
the study site, which made possible the selection of the sample, the energy demand on which the 
study was based was estimated. Then, the solar radiation was quantified at the study site and the 
photovoltaic systems were dimensioned. The technical feasibility was analyzed based on the 
expected photovoltaic generation compared to the monthly energy demand, and the economic 
feasibility analysis was based on the initial investment in these systems, added to the cost of 
maintenance of the same, whose ratio to the income from the purchase of electricity by the client, 
provided the time of return of the investments. By implementing the photovoltaic systems 
studied, the initial investments would be 50,350.00 meticals and 100,060.00 meticals for 
scenarios A and B respectively, with return times of 13 years and 9 years for these scenarios in 
the same order and these investments may return in less time than the useful life of the systems, 
which guarantees profits in the remaining years. Thus, it is concluded that the home-based 
autonomous photovoltaic systems studied are technically and economically viable at this study 
site when compared to the sources currently used to satisfy energy needs. 
Key words: Feasibility. Photovoltaic systems. Residential electrification. 
 
 12 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CAPÍTULO I 
INTRODUÇÃO 
1.1 Contextualização 
O fornecimento de energia eléctrica é um dos principais pilares para o desenvolvimento, tanto 
social e assim como económico das comunidades. Mesmo assim, as estatísticas mostram que 
muitas comunidades em Moçambique, principalmente das zonas rurais encontram-se isoladas das 
redes eléctricas públicas, aspecto que de qualquer forma retarda o seu desenvolvimento. 
Assim que é geralmente impraticável manter-se estas comunidades na dependência pela 
electrificação convencional (através da rede eléctrica nacional), torna-se necessária a 
implementação de fontes alternativas de energia, de tal forma que as necessidades energéticas 
destas comunidades sejam satisfeitas da forma mais flexível possível. Estas alternativas 
energéticas, incluem em particular a energia solar fotovoltáica, energia limpa e renovável e que 
constitui o objecto de estudo deste trabalho. 
 
Dependendo da dimensão e papel que os sistemas fotovoltaicos devem desempenhar, cresce a 
complexidade e a importância do uso e do dimensionamento correctos dos seus equipamentos 
constituintes. Deste modo, é importante para além do conhecimento do potencial solar numa 
certa região, a análise da viabilidade da instalação de sistemas de aproveitamento da energia solar 
para fornecimento de electricidade. 
Este trabalho objectiva apurar a viabilidade dos sistemas fotovoltáicos autónomos domiciliares 
para a electrificação residencial, especialmente na localidade de Maciene (Posto administrativo 
de Chongoene, Distrito de Xai-Xai, Província de Gaza). Aborda-se um assunto tendente a trazer 
bases para implementação de fontes alternativas de electrificação rural, estas que podem gerar 
electricidade de forma autónoma ou descentralizada, diminuindo assim a forte dependência pela 
electrificação através da rede eléctrica convencional ou através de outras fontes insustentáveis de 
geração de electricidade. 
Quanto á estrutura, este trabalho apresenta os capítulos seguintes: INTRODUÇÃO (I); 
REFERENCIAL TEÓRICO (II), METODOLOGIA (III), RESULTADOS E DISCUSSÃO (IV), 
CONCLUSÃO (V) e por fim as REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (VI). 
 
 13 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
1.2 Delimitação do tema 
O presente trabalho, dedica-se ao estudo das energias renováveis, especificamente ao 
aproveitamento eléctrico da energia solar para a electrificação de edificações rurais na localidade 
de Maciene. Limita-se exclusivamente ao estudo da viabilidade de implementação de sistemas 
fotovoltáicos autónomos domiciliares para a electrificação residencial, acompanhada de uma 
análise comparativa entre estas e as fontes convencionais localmente usadas como alternativas 
para geração de electricidade. 
Campo de investigação 
Figura 1.1 Localização do campo de investigação (Fonte: Google earth Pro – 25/02/16) 
1.3 Problema de pesquisa 
O desenvolvimento industrial e social, que alia-se ao aumento da utilização de equipamentos 
eléctricos no dia-a-dia, proporciona um aumento das necessidades energéticas, seja a nível 
mundial ou especificamente a nível nacional. Sabe-se que este aumento da demanda energética 
nem sempre é acompanhado por maiores investimentos na geração de energia eléctrica, 
principalmente nas zonas rurais. Este problema da falta de fornecimento de energia eléctrica para 
as comunidades rurais nem sempre é resolvido, sendo uma das causas, o desinterresse por parte 
das empresas concessionárias, pois nem sempre a universalização de electricidade é rentável 
economicamente. 
A falta de disponibilização da energia eléctrica de rede nacional, observa-se, para além de várias 
zonas rurais, na localidade de Maciene, onde embora ultimamente haja construção de algumas 
redes convencionais de distribuição eléctrica, verifica-se que as poucas redes eléctricas públicas 
passam a vários quilómetros distantes de muitos bairros, fazendo com que muitas residências 
encontrem-se isoladas daquelas. 
 14 
 
MACIE, Celso Azarias.Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
Como consequência do excessivo distanciamento das redes de distribuição eléctrica em relação 
ás residências, alguns proprietários de certas residêncais optam pela extensão individualizada da 
rede eléctrica independentemente da distância entre a rede e o consumidor, processo que pelo que 
tivemos informação, traz consigo várias desvantagens, como a demora para que a electricidade 
chegue ao consumidor, mesmo que este seja o responsável pelas necessidades económicas e o 
pouco ou nenhum retorno do investimento, pois por mais que já esteja feita a extensão da rede, a 
maioria das residências continua afastada desta devido á dispersão destas dentro do bairro. 
Em outros casos, na tentativa de evitar este tipo de investimento ou por dificuldades económicas, 
proprietários de certas residências rurais, optam pelo uso de módulos solares mas, mal 
dimensionados, o que faz com que a energia acumulada não seja suficiente para atender ás 
necessidades eléctricas básicas da residência por um tempo significante. Também há predomínio 
do uso de geradores eléctricos a gasolina, mas este uso mostra-se pouco prático devido aos gastos 
constantes, associados á constante compra de combustível e constantes reparações. 
A partir dos aspectos descritos atrás, a pesquisa levada a cabo, visava responder á seguinte 
questão: 
 Até que ponto a implementação de sistemas fotovoltaicos para a electrificação residencial 
em Maciene, pode ser uma alternativa energética técnica e economicamente viável? 
1.4 Objectivos 
1.4.1 Objectivo geral 
 Estudar a viabilidade (técnica e económica) de implementação de sistemas fotovoltaicos 
autónomos domiciliares para a electrificação residencial na localidade de Maciene. 
 
1.4.1.1 Objectivos específicos 
 Identificar as fontes actualmente usadas para satisfação das necessidades energéticas 
aliadas á iluminação e uso de equipamentos eléctricos nas residências do local de estudo; 
 Estimar a demanda energética das residências do estudo, tendo-se em conta as actividades 
de renda localmente praticadas de modo a icluir-se na demanda, as necessidades futuras 
alidadas á futura aquisição de equipamentos eléctricos e, o tamanho de agregados 
familiares; 
 Descrever o comportamento quantitativo da radiação solar do local do estudo ao longo 
dos diferentes meses do ano; 
 15 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 Simular a electrificação residencial através de sistemas fotovoltáicos autónomos 
domiciliares no local de estudo; 
 Apurar a viabilidade da implementação dos sistemas fotovoltaicos autónomos 
domiciliares para a electrificação residencial em Maciene, tendo-se em conta o 
investimento inicial e o seu tempo de retorno e as vantagens e desvantagens desta 
comparativamente às alternativas de satisfação de necessidades energéticas actualmente 
usadas no local de estudo. 
1.5 Hipóteses 
 Aliada a não disponibilização de energia eléctrica de rede nacional em muitos bairros do 
local de estudo, é possível que a satisfação das necessidades energéticas de iluminação e 
uso de equipamentos eléctricos, seja garantida por candeeiros a petróleo e módulos 
solares e geradores a gasolina; 
 Tendo-se em conta que as actividades de renda garantem a aquisição de equipamentos 
eléctricos e que o tamanho de agregados familiares tem influência directa no consumo 
energético, este pode ser estimado a partir daqueles pressupostos. 
 Quando o sistema fotovoltaico é dimensionado adequadamente, a energia que o sol 
fornece no loacal de estudo, pode garantir a electrificação residencial de forma adequada; 
 Tendo conhecimento da estimativa da demanda energética a ser atendida e a energia solar 
localmente disponível, pode-se simular a implementação de um sistema fotovoltáico 
domiciliar para electrificação residencial; 
 Devido á possibilidade de serem usados de forma descentralizada e assim independentes 
da dispersão das residências, os sistemas fotovoltáicos autónomos domiciliares podem 
mostrar-se viáveis para satisfação de necessidades energéticas. 
1.6 Variáveis 
Assume-se como variável dependente a viabilidade dos sistemas fotovoltáicos autónomos 
domiciliares para electrificação residencial em Maciene e, como variáveis causais ou 
independentes a energia solar localmente disponível e a demanda energética, pois estas 
influenciam na determinação da variável dependente. 
 16 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
1.7 Justificativa 
O serviço de electrificação rural através da rede eléctrica convencional, tem tido como principal 
obstáculo o afastamento dos bairros em relação a rede eléctrica já existente, aliado á dispersão 
geográfica das residências, baixo consumo por residência, elevado custo operacional, o que pode 
resultar num baixo retorno ou até mesmo em prejuízo financeiro para a concessionária. 
Devido a estes obstáculos característicos das zonas rurais e em especial da localidade de 
Maciene, tem sido pouco prático a electrificação através da extensão da rede eléctrica 
convencional. São estes obstáculos que afastam deste estudo a possibilidade de electrificação 
residencial em Maciene através de mini-centrais de geração de electricidade. 
Assim o estudo justifica-se por abordar um assunto tendente a trazer outras fontes de 
electrificação residencial na localidade de Maciene, estas que podem gerar energia eléctrica de 
forma autónoma ou descentralizada, diminuindo assim a forte dependência pela electrifição 
através da rede eléctrica convencional. 
Neste âmbito de energias, este trabalho mostra-se relevante por abordar um tema de interresse 
social e económico, pois o desenvolvimento de uma comunidade está por lado associado a 
disponibilidade de energia eléctrica, que pode garantir desde o bombeamento de água para o 
consumo e irrigação até ao lazer, o que pode melhor a vida das comunidades, pois a falta de 
energia eléctrica tem como consequência a existência de assimetrias sociais nas condições e 
qualidade de vida, tais como: a falta de oportunidade para o crescimento, o fluxo migratório para 
as cidades ou outras regiões já electrificadas e a falta de esperança desta sociedade local no 
futuro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CAPÍTULO II 
REFERENCIAL TEÓRICO 
2.1 A Radiação solar e insolação 
O Sol 
O sol é uma estrela de tamanho médio, cuja distância em relação à terra varia devido a 
excetricidade da órbita terrestre. Existe uma grandeza chamada de unidade astronómica, 
 , como sendo a distância média entre a terra e o sol. 
 
De acordo com Trieb, F.; et all (1997), citado por Chambule (2010), a temperatura do sol 
aproxima-se à de um corpo negro em equilìbrio termodinâmico, cerca de 6000 K. O diâmetro do 
sol è 108 vezes maior que o da terra, sendo de 1.390.000 Km. Tambèm o sol è 1.300.000 vezes 
mais volumoso que a terra. Tem como composição quìmica básica: 85% de hidrogénio; 14,8% de 
Hèlio e 0,2% de outros elementos. 
Radiação Solar 
Entende-se radiação como sendo uma das formas de transmissão de energia, através da qual a 
energia se propaga sem a presença de um meio material. Assim, a radiação solar é explicada 
como sendo a energia emitida pelo sol, que se propaga no espaço, sob forma de ondas 
electromagnéticas, podendo se observar aspectos ondulatórios e corpusculares. Sob ponto de 
vista ondulatório, a radiação solar propaga-se a uma velocidade constante, denominada constante 
da luz (⁄ ), a uma frequência ( e a um dado comprimento de onda , sendo 
que estas três grandezas relacionam-se através da expressão: 
 (1) 
Onde: – é a constante da velocidade da luz ( ⁄ ); – é o comprimento 
de onda e – a frequência de oscilação. 
A radiação solar é também caracterizada pelo espectro de radiação electromagnética subdividido 
em três regiões principais em função de comprimento de onda: UV (ultravioleta), VIS (visível) e 
IV (infravermelho), com 7% , 47% e 46% da radiação respectivamente, como ilustra a figura 2.1. 
 18 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
Figura 2.1: Espectro electromagnético da radiação solar no topo da atmosfera, bandas espectrais e 
contribuição destas (em termos percentuais). 
Quando emitida a radiação solar, durante o seu percurso á superfície terrestre ela sofre processos 
de atenuação, nomeadamente a difusão, a reflexão e a absorção. É devido a esta atenuação que a 
radição solar apresenta-se sob duas componentes: radiação difusa e a radiação directa (TAMELE, 
2007). 
A radiação difusa é a resultante da acção de espalhamento da radiação solar pela atmosfera e que 
atinge a superfície após ter sofrido um ou mais desvios. Já a radiação directa provém 
directamente do disco solar quando este se mostra total ou parcialmente visível. 
Tendo em conta as duas componentes, a radiação solar global é a quantidade da energia solar que 
num dado instante e local atinge a superfície terrestre, ou seja, a radiação solar proveniente de um 
ângulo sólido de que incide sobre a superfície terrestre (VAREJÃO, 2006). 
A radiação global é dada por: 
 (2) 
Onde: – é a radiação global; – é a radiação directa; - é a radiação difusa. 
Assim, se o sol estiver oculto, a radiação global que alcança o observador é exclusivamente 
difusa mas, num dia de céu limpo não se pode assumir que a radiação total que atinge um local é 
apenas directa, pois sempre existem na atmosfera outras partículas que não sejam as nuvens, 
capazes de expalhar (difundir) a radiação solar, aspecto sustentado por Pinho & Galdino (2004) 
 19 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
que afirma que mesmo num dia totalmente sem nuvens, pelo menos 20% da radiação solar que 
atinge a superfície terrestre é difusa. 
Insolação 
A Insolação é definida como sendo o número de horas de brilho solar, ou seja, é o período do dia 
em que o sol não se encontra coberto. De acordo com Varejão (2006), é basicamente o intervalo 
de tempo em que o disco solar permanece visível, entre o nascimento e o ocaso do sol, para um 
observador localizado em um dado ponto da superfície terrestre. 
2.2 Instrumentos de medição 
i. Medição da radiação solar 
No que tange ás técnicas de medição da radiação solar, Tamele (2007) afirma que existem duas 
técnicas de medição: A medição directa e a medição indirecta, sendo que na primeira técnica são 
usados instrumentos para obtenção de valores totalmente exactos e na segunda técnica usam-se 
modelos matemáticos para estimar a radiação solar global a partir de outras variáveis 
meteorológicas. De referir que o conhecimento do comportamento quantitativo da radiação solar 
é uma das variáveis de maior peso para o desenvolvimento de um projecto de aproveitamento 
eléctrico da energia solar, sendo que a obtenção destes dados serve basicamente para: identificar 
e seleccionar a localização do sistema de aproveitamento da energia solar; dimensionar o gerador 
fotovoltaico; estimar a produção anual, mensal ou diária e também dimensionar o sistema de 
armazenamento (caso seja necessário). Neste caso, descrevem-se os intrumentos de medição 
directa da radiação solar, destacando: Periliómetro e o Piranómetro. 
Periliómetro 
O periliómetro é o instrumento usado para medir a componente directa da radiação solar, 
perpendicularmente á direcção de sua propagação, ou seja com incidência normal á superfície. 
Este instrumento bloqueia a radiação difusa quando instado nele um sensor termoeléctrico, 
apontando directamente ao sol e caracteriza-se por apresentar uma pequena abertura de forma a 
“visualizar” apenas o diso solar e a região vizinha denominada circunsolar. A figura 2.2 apresenta 
o periliómetro. 
 20 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
Figura 2.2: Periliómetro – usado para medir a radiação directa. Fonte: Vasconcelos (2013) 
 
Piranómetro 
É o instrumento usado para medir a radiação solar que atinge a uma superfície plana, proveniente 
de todo hemisfério. São usados para determinação da radiação solar global e, quando adaptados 
são capazes de medir a radiação difusa, sendo que para a mediçao da componente difusa, adapta-
se uma máscara adicional no piranómetro para filtrar a radiação directa e deixar passar apenas a 
difusa. As figura 2.3 e 2.4 representam respectivamente o piranómetro que mede a radiação 
global e o piranómetro adaptado para medição da radiação difusa. 
 
Figura 2.3: Medidor da radiação global Figura 2.4: Medidor da radiação difusa 
Fonte: Vasconcelos (2013) 
Medição da insolação 
A medição do número de horas de brilho solar é feita através da técnica da medição directa, ou 
seja com o uso de instrumento de medição. Para tal usa-se o heliógrafo de Campbell-Stokes. É 
formado por uma esfera de vidro transparente, montada em um eixo inclinável, colocando-se 
neste um papel especial, chamado heliograma impresso em escala horária. O foco luminoso 
queima devido á radiação directa, sendo que quando o sol fica oculto a queima é interrompida, 
registando-se assim o intervalo de tempo em que o sol esteve descoberto em um dia (VAREJÃO, 
2006). 
 21 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 
Figura 2.5: Heliógrafo de Campbell-Stokes. Fonte: (Website 1) 
2.3 Energia solar fotovoltaica 
A energia solar fotovoltàica é a energia obtida através da conversão directa da luz em 
electricidade (Efeito fotovoltáico), sendo a célula fotovoltáica, um dispositivo fabricado com 
material semicondutor, a unidade fundamental desse processo de conversão (PINHO & 
GALDINO, 2004). Os módulos solares são compostos por células solares, que captam a luz do 
sol e convertem-na em energia eléctrica. 
Efeito fotovoltáico: O efeito fotovoltaico foi descoberto por Edmond Becquerel, em 1839. Este 
efeito implica o aparecimento de uma diferença de potencial (ddp) nos terminais de uma célula 
electroquímica causada pela absorção de luz. Em 1876 foi concebido o primeiro aparato 
fotovoltáico advindo dos estudos da Física do estado sólido e, apenas em 1956, iniciou-se a 
produção industrial. 
2.3.1 Tipos de sistemas fotovoltaicos 
Os sistemas fotovoltáicos são sistemas de geração de energia eléctrica através da conversão 
directa da energia proveniente do sol, sendo que esta energia gerada tem como algumas 
aplicações básicas: 
 Bombeamento de água; 
 Electrificação (residencial ou não; rural ou não) 
 Refrigeração de vacinas; entre outros. 
Os arranjos de sistemas fotovoltaicos dependem basicamente do tipo de carga a ser atendida, 
sendo que existem basicamente: 
 22 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 Sistemas fotovoltaicos isolados (Off-Grid): São sistemas de geração de energia eléctricaa 
partir da energia solar nos quais a geração e o consumo de energia eléctrica constituem 
um circuito independente de outros. 
 Sistemas conectados á rede (On-Grid): É o caso em que o sistema fotovoltaico funciona 
como uma fonte de geração de energia eléctrica complementar á rede eléctrica local e, a 
energia gerada pelo sistema fotovoltaico pode ser vendida á rede electrica. 
 Sistemas hibridos: Aqui, há combinação do SFV com outras fontes para assegurarem a 
carga da bateria na ausência do sol. Ex.: geradores eólicos, geradores a gasolina. 
2.4 Módulos fotovoltáicos e sua instalação 
2.4.1 Módulos fotovoltaicos 
Estes equipamentos permitem converter directamente em energia eléctrica a energia proveniente 
do sol que incide em sua superfície. De acordo com Pinho & Galdino (2004), cada módulo 
fotovoltaico é composto por células de materiais semicondutores, também chamadas de células 
solares e são responsáveis pela conversão da radiação solar em electricidade. A eficiência de 
conversão do processo fotovoltaico está directamente relacionada com a fracção do espectro solar 
absorvida pelas células, pois apenas os fotões que efectivamente forem absorvidos pelo material 
semicondutor é que contribuirão para a geração da corrente eléctrica. Outro factor que interfere 
na eficiência da geração de energia eléctrica é o sombreamento. As células em um módulo 
fotovoltaico estão conectadas em série, isso significa que se uma célula não recebe nenhuma luz 
ela deixará de gerar energia eléctrica, limitando a corrente das demais células e comprometendo 
desta forma todo o sistema. Para evitar isso, os fabricantes instalam em grupos de células diodos 
de by-pass que possuem a função de desviar a corrente quando ocorre o efeito do sombreamento. 
2.4.2 Instalação de módulos fotovoltaicos 
i. Associação de Módulos fotovoltaicos 
Existem basicamente três tipos de associação de módulos solares num sistema fotovoltáico: 
 Associação em série: Objectiva-se com esta associação aumentar a tensão tensão do 
sistema tornando-a a soma das tensoões individuais dos módulos mas, mantendo a 
corrente, sendo a mesma corrente fornecida por um módulo. Este tipo de associação é 
ilustrado na figura 2.6. 
 23 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
Figura 2.6: Associação em série de módulos solares. Fonte: Da costa (2010) 
 Associação em paralelo: Neste tipo de associação, aumenta-se a intensidade da corrente, 
sendo o somatório das intensidades individuais, mantendo-se a tensão. Um exemplo deste 
tipo de associação está ilustrado na figura 2.7. 
Figura 2.7: Associação em paralelo de módulos solares. Fonte: Da costa (2010) 
 Associação híbrida: Para sistemas que exigem valores elevados para as duas variáveis 
(tensão e corrente), opta-se pela associação híbrida, na qual tanto a corrente e a tensão 
têm valores acima dos fornecidos por cada módulo. A ilustração deste tipo de associação 
pode ser visualizada na figura 2.8. 
 
Figura 2.8: Associação híbrida de módulos solares. Fonte: (Website 2) 
 
 
 
 24 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
ii. Orientação dos módulos solares 
Tendo-se em conta que o sol nasce no Leste e põe-se no oeste, durante o dia, diferentes ângulos 
azimutais são descritos pelo sol em seu movimento aparente e, se os módulos são montados com 
face voltada para o Leste (nascente), apenas pode ser aproveitada a energia no período antes do 
meio dia solar e, caso montados com face voltada para Oeste (poente), haveria aproveitamento da 
energia solar apenas a partir do meio dia solar. Assim, torna-se necessário instalar os módulos 
fotovoltaicos com a face voltada para o norte geográfico de tal forma que tanto os raios solares 
matutinos e assim como os vespertinos sejam aproveitados e ao meio dia solar tenham a maior 
incidência dos raios solares. 
iii. Inclinação dos módulos solares 
 
Figura 2.9: Ângulo de incidência dos raios solares no módulo fotovoltaico. Fonte: Vasconcelos 
(2013) 
A melhor forma de aproveitamento dos raios solares é instalando-se o módulo solar de modo que 
os raios incidam perpendicularmente nele, passando a ser mas, como a altura solar varia ao 
longo do ano, variará. Assim é necessário estimar o ângulo para maximizar a captação. Um 
dos métodos de estimação de é com base na latitude local. A tabela 2.1 mostra o cálculo de 
com base na latitude: 
Tabela 2.1: Determinação do ângulo de inclinação do módulo solar 
Latitude 
local 
 Ângulo recomendado 
 
 
 
 
 
Fonte: Villalva & Gazoli, (2012) 
 25 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
iv. Distância mínima entre os módulos 
No caso em que existe mais de um painél solar ou mais de um módulo e que, haverá instalação de 
um painél ou módulo um por de trás do outro, é necessário determinar a separação dos módulos 
ou painéis de modo que se possa evitar que um crie sombra para o outro. A figura 2.10 apresenta 
a relação entre ângulos de dois painéis fotovoltaicos. 
 
Figura 2.10: Angulação entre dois painéis fotovoltaicos. Fonte: Di Sousa (2010). 
Onde: d – é a distância mínima entre os painéis, Z – é a altura relativa à inclinação do painel, 
 é a altura solar ao meio dia no solstício de inverno, – é a altura do painel fotovoltaico, 
que pode corresponder ao comprimento ou á largura deste, dependendo da sua disposição (se 
vertical ou horizontal), e α – é a inclinação do painel em relação à horizontal. 
Assim, a distância mínima entre os painéis é dada por: 
 
 
 
 (3) 
Sendo que: 
 (3.1) 
E também: (3.2) 
2.5 Baterias, controlador de carga e inversor 
 i. Baterias 
As baterias são dispositivos acumuladores ou armazenadores de energia. São dispositivos 
electroquímicos que durante o seu carregamento transformam energia eléctrica em energia 
química (para armazenamento) e, transformam energia química em energia eléctrica durante o 
descarregamento para alimentação de equipamentos eléctricos. Elas podem ser divididas em dois 
grupos, que são: células primárias, que são as baterias não recarregáveis e que quando se 
descarregam totalmente, sua vida útil termina e são assim inutilizadas, e células secundárias, que 
 26 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
são baterias recarregáveis. Um processo de descarga seguido de um processo de carregamento 
que restabeleça completamente a capacidade da bateria é denominado “ciclo”. A vida útil de uma 
bateria pode ser definida pelo número de ciclos que ela pode realizar. A figura 2.11 ilustra os três 
tipos de associação de baterias. 
 
Figura 2.11: Diferentes tipos de associação de baterias 
 
A vida útil das baterias é influenciada por dois factores principais: A temperatura e a profunidade 
de descarga. De forma geral, as baterias têm três funções básicas em sistemas fotovoltáicos: 
garantir autonomia do sistema, estabilizar a tensão e fornecer corrente elevada (caso necessário). 
 ii. Controlador de carga 
Quando o equipamento é ligado á bateria, a quantidade de energia eléctrica armazenada na 
bateria vai diminuindo á medida que o tempopassa. Para evitar-se que a bateria se descarregue 
por completo nos períodos longos sem insolação e de grande consumo (geralmente á noite), é 
conveniente instalar-se um controlador de carga, dispositivo que monitora a carga da bateria e 
impede o sobredescarregamento. Já em períodos de grande insolação e pequeno consumo de 
energia, o controlador de carga evita o sobrecarregamento, desconectando o módulo (BRAGA, 
2008). A figura 2.12 ilustra o esquema de ligação de componentes do SFV ao controlador. 
 
Figura 2.12: Esquema de ligação eléctrica dos componentes do SFV ao controlador. 
 27 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 iii. Inversor cc-ca 
A tensão produzida pelos painéis fotovoltaicos durante o processo de conversão da energia solar 
em energia eléctrica é do tipo contínua, facto que limita, em muitos casos o consumo de energia e 
os usos finais, pois o mercado de equipamentos alimentados com este tipo de tensão é ainda 
limitado. Nos casos em que se deseja usar aparelhos em corrente alternada (ca), o sistema 
necessitará de possuir um inversor de corrente contínua em alternada. 
2.6 Renda e agregado familiares versus demanda energética 
Renda ou anuidade é definida como sendo o conjunto, finito ou infinito, de pagamentos PMT1, 
PMT2, ....., PMTj, cujos elementos denominados termos da renda podem ocorrer em datas 
preestabelecidas ou não. São três, o prarâmetros básicos para a classificação da renda, 
nomeadamente: 
 Número de termos de renda: Que é o número de pagamentos ou recepções da renda; 
 Valores dos termos da renda: São os valores de cada termo da renda e, 
 Vencimento da renda: Data do pagamento ou recepção de cada termo da renda. 
As anuidades ou rendas podem ser classificadas segundo vários critérios ou pontos de vista mas 
de forma geral podem ser classificadas quanto á variação de seus elementos (parâmetros): Podem 
ser rendas certas (quando todos seus elementos ou parâmetros são previamente fixados e 
cumpridos) e a renda aleatória (aquela em que pelo menos um dos seus elementos não está fixado 
ou determinado). 
As pesquisas econométricas relacionam o consumo de energia eléctrica com vários factores 
(dentre os quais: factores sociais, económicos e demográficos), sendo do nosso interresse: O 
factor demográfico (especificamente o tamanho do agregado familiar) e o factor económico 
(especificamente a renda familiar). 
Lin (2003), citado por De Sousa (2010) afirma que o crescimento da população é determinante no 
consumo energético. Afirma que á medida que a população aumenta é esperado também o 
aumento do consumo ou simplesmente da procura da energia eléctrica. Pachauri (2004), ainda 
citado pelo mesmo autor, destaca a renda familiar como sendo importante variável na procura ou 
no consumo energético, visto que a renda é a base para a aquisição de equipamentos eléctricos. 
 
 28 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CAPÍTULO III 
METODOLOGIA 
3.1 Metodologia 
Este trabalho é resultado de uma pesquisa quantitativa, que consiste na actuação realística, 
apresentando dados, indicadores ou tendências possíveis de serem observados, de acordo com 
Borgan e Biklen (1994), citado por Chambule (2010). Assim, foram usadas medidas numéricas 
para testar hipóteses, com base nos dados recolhidos. 
Para o alcance dos objectivos previamente traçado, a pesquisa obedeceu o seguinte processo 
metodológico: 
 Recolha de dados sobre as fontes actualmente usadas para satisfação das necessidades 
energéticas aliadas á iluminação e uso de equipamentos eléctricos nas residências do local 
de estudo. No que concerne aos dados sobre as rendas familiares, recolheu-se apenas de 
dados sobre as actividades de renda e foram relacionadas com o que os residentes seriam 
capazes de adquir caso houvesse electricidade pois, notou-se que na maioria dos casos as 
rendas são aleatórias, o que dificulta a sua determinação; 
 Estimativa da demanda energética familiar para cada residência. Os dados da demanda 
energética estimada por residência foram organizados em dois cenários, o CENÁRIO A 
que corresponde às residências com demanda energética estimada abaixo de e 
o CENÁRIO B que corresponde ao grupo de residências cuja demanda energética 
estimada está acima de , isto com objectivo de diminuir cada vez mais o 
desvio médio (o valor com que a demanda energética familiar se desvia da demanda 
energética média do conjunto de residências de cada cenário); 
 Dimensionamento de equipamentos constituintes do sistema fotovoltaico autónomo 
domiciliar para cada cenário, ou seja, para cada conjunto de residências; 
 Análise da viabilidade técnica (mais especificamente a geração esperada comparada á 
demanda energética) e económica da tecnologia fotovoltaico estudada. 
 
 
 29 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
3.1.1 Técnicas de pesquisa 
São, de acordo com Marconi & Lakatos (2003) um conjunto de processos de que se serve uma 
ciência para a recolha de informações de interresse, são também, a habilidade para usar esses 
processos ou normas, na obtenção de seus propósitos. 
As técnicas usadas na pesquisa foram: 
i. Documentação indirecta – Esta é uma técnica que esteve presente em todas fases do 
trabalho, visto que abrange a pesquisa bibliográfica e a pesquisa documental, 
principalmente para a obtenção do suporte teórico e da informação acerca do 
comportamento da radiação solar em Xai-Xai. 
ii. Documentação directa – Esta subdivide-se em observação directa intensiva e a 
observação directa extensiva. 
Da observação directa intensiva foi usada: 
a) Observação – que consiste na utilização dos sentidos na obtenção de determinados 
aspectos da realidade, não sendo apenas o acto de ver e ouvir, mas também de examinar 
factos ou fenómenos que se deseja estudar. Neste caso usamos a observação não 
participante embora sistemática. 
 
b) Entrevista – é uma conversação efectuada face a face, que proporciona ao entrevistador, a 
informação necessária. No trabalho, o tipo de entrevista foi a entrevista despadronizada 
ou não estruturada, na qual o entrevistador tem liberdade para desenvolver cada situação 
em qualquer direcção que considere adequada, sendo que as perguntas são abertas e 
podem ser respondidas dentro de uma conversação informal, o que permite explorar 
amplamente uma questão. 
Estas técnicas ajudaram na obtenção de informações sobre a renda ou basicamente sobre as 
actividades de renda, o tamanho do agregado familiar, os equipamentos eléctricos já existentes 
em algumas residências, as ocupações dos integrantes de cada família, seus hábitos e mais. 
 
Da observação directa extensiva usou-se o formulário, este que consiste num roteiro de perguntas 
enunciadas pelo entrevistador e preenchidas por ele com as respostas do pesquisado. 
 
 
 30 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
3.1.2 Amostragem 
A fase da recolha de informação prévia foi muito útil pois permitiu conhecer melhor o local, as 
actividades de renda características de vários habitantes, e principalmente o tipo de edificios 
predominante neste local, pois este último associado ao agregado familiar, constitui um factor 
impulsionador do consumo energético. Esta fase constitui a caracterização das residências do 
local de estudo. 
Seleccionamos um conjunto de residências no qual incluimos residências de diferentes 
características, destacando os tipos de casa, as actividades de renda e otamanho de agregado 
familiar, de forma a garantirmos uma amostra qualitativamente representativa da população. 
De referir então, que não se tratou de uma amostragem aleatória. No que tange ao tamanho da 
amostra, trabalhamos com 38 residências, de um universo de 58, o correspondente a 
aproximadamente 66% do universo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 31 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CAPÍTULO IV 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
4.1 Apresentação de resultados 
4.1.1 Fontes de satisfação de necessidades energéticas 
A partir do trabalho feito no campo de pesquisa, verificou-se a existência de equipamentos 
eléctricos, principalmente equipamentos de som em várias residências, embora ainda não haja 
energia eléctrica convencional ou de aproveitamento solar ou eólico. Estes equipamentos são 
geralmente usados em ocasiões especiais, com uso previamente planificado, accionados por 
geradores a gasolina. Os módulos solares, para as residências que os possuem, são geralmente 
mal dimensionados e, com utilidade limitada ao carregamento de telefones e accionamento de 
alguns equipamentos eléctricos alimentados por corrente contínua. Em nenhuma situação os 
módulos solares e os geradores a gasolina são usados para o fornecimento de electricidade 
exclusivamente para fins de iluminação, esta que é garantida por velas e candeeiros (a petróleo e 
eléctricos a pilhas), cuja quantidade de usuários de cada fonte é ilustrado no gráfico 4.1. 
 
Gáfico 4.1. Fontes de luz vs. Número de utilizadores (residências) 
O gráfico 4.1 apresenta as fontes de luz usadas para garantir a iluminação, não havendo, como já 
tinha sido dito, o uso de geradores a gasolina e módulos solares para o efeito. 
 
 
19 
23 
7 
0 0 
0
5
10
15
20
25
Candeeiro a
pilhas
Candeeiro a
petróleo
Vela Gerador a
gasolina
Modulo solar
N
ú
m
e
ro
 d
e
 r
e
si
d
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n
ci
as
 
u
ti
liz
ad
o
ra
s 
Fontes de luz 
 32 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
4.1.2 Estimativa da demanda energética 
A demanda energética (em estudo), tem dois determinantes principais: Os electrodomésticos e a 
iluminação. No que tange ao consumo por iluminação, procura-se conhecer apenas a quantidade 
e características de lâmpadas a serem usadas e assim como o tempo de seu uso (que neste caso foi 
previsto a partir dos hábitos das residências dos poucos bairros já electrificados e parcialmente 
estimado com base no tamanho do agregado familiar e realidade de cada residência). Quanto aos 
electrodomésticos, precisa-se ter em conta vários aspectos, por tratar-se de um estudo num local 
que ainda não há alguma forma de geração de electricidade que possa nos fornecer (de forma 
numérica) o consumo desta forma de energia. Assim, houve necessidade de identificarmos e 
caracterizarmos os electrodomésticos já existentes em cada residência e também, prever os 
electrodomésticos que podem vir a ser adquiridos em cada família caso seja disponibilizada a 
energia eléctrica e se a renda permitir. Assim surgiu a necessidade de estimarmos o consumo 
energético olhando para as actividades que garantem a renda de cada família, acreditando-se que 
a demanda energética pode vir a aumentar com o tempo, se for disponibilizada a energia eléctrica 
e a renda permitir. O gráfico 4.2 indica as principais actividades de renda identificadas e assim 
como a quantidade das residências que praticam cada uma. 
 
Gráfico 4.2: Actividades de renda predominantes no local de estudo. 
 
De forma a abrangir-se o possível aumento da demanda energética, influenciado pela aquisição 
de electrodomésticos, analisa-se a influência da renda familiar na aquisição destes. Para tal houve 
necessidade de, conhecidas as actividades de renda e o que elas garantem em cada família, 
questionar acerca dos electrodomésticos que cada família seria capaz de adquirir caso fosse 
38 38 
25 
16 
0 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Agricultura Pecuária Comércio Profissão liberal Pesca
N
u
m
e
ro
 d
e
 R
e
si
d
ê
n
ci
as
 
Actividades de renda 
 33 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
disponibilizada a energia eléctrica. Para além de questionar acerca dos equipamentos que as 
actividades de renda podem garantir a sua aquisição, considerou-se que em todas residências nas 
quais há pelo menos um profissional liberal, hajam condições de aquisição de todos 
equipamentos eléctricos básicos e frequentes das residências electrificadas, pois um profissional 
liberal embora possa ter outras actividades de renda, uma parte da renda total é certa, o que lhe 
confere mais segurança para efectuar um empréstimo, por exemplo. Assim foram apurados os 
electrodomésticos que podem vir a ser adquiridos em cada residência no caso da disponibilização 
de electricidade. De referir que para residências que já têm alguns electrodomésticos, os cálculos 
basearam-se nestes e nos que podem ser adquiridos e, para as que não os possuem e que têm 
condições de aquisição, foram adoptados certos modelos para questões de estudo nestas 
residências, ver tabela 4.1. 
O tempo total de alimentação das cargas (lâmpadas e electrodomésticos) é: 
 (4) 
Onde: – é o tempo de Uso Diurno de electrodomésticos, que não pode ser estimado com 
base nos que já têm electricidade pois varia conforme o tamanho do agregado familiar e de 
acordo com as ocupações diurnas dos integrantes de cada família; – é o tempo de uso ou 
alimentação nocturna das cargas, estimado com base nos que já têm electricidade (para algumas 
cargas como: Televisor, amplificador de som, Leitor de DVD, Decoder, lâmpadas). 
A tabela a seguir, mostra o tipo de lâmpada e electrodomésticos adoptados para os estudo e suas 
características; o tempo de alimentação destas cargas e mais. 
 
 
 
 
 
 
 34 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
Tabela 4.1: Características e tempo de alimentação das cargas 
 Cargas Potência máxima 
(W) 
Espaço Tempo de 
alimentação (h/dia) 
 
 
Lâmpada 
Fluorescente 
 
 
23.0 
Sala e varanda 5.0 
Quarto 2.0 
Cozinha 3.0 
Casa de banho 
 ⁄
 
 Exterior 6.0 
Leitor de DVD 25 4.0 (Nocturnas) 
Amplificador, 50 4.0 (Nocturnas) 
TV 75 4.0 (Nocturnas) 
Descodificador 20 4.0 (Nocturnas) 
Chaleira eléctrica 600 1.0 
Ferro eléctrico simples 1000 1.0 
Refrigerador ____ _______________
 
 
Já a tabela 4.2 descreve a demanda energética diária estimada. De referir que cada demanda 
residencial sofreu acréscimos de 20 % (uma ou duas vezes), que destinam-se a compensar a perda 
de energia devido a algumas percentagens de ineficiência principalmente do inversor e também 
equilibrar o possível aumento do consumo nos finais de semana. Este aspecto é sustentado por 
Pinho e Galdino (2014), afirmando que a base do dimensionamento correcto dos sistemas 
fotovoltaicos autónomos é entender que o sistema deve gerar mais electricidade do que o limite 
estabelecido para o consumo, havendo necessidade de definir-se um período de tempo e, a 
produçãode electricidade neste período deve ser maior do que a demanda energética a ser 
atendida. 
 
 
 
 35 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
Tabela 4.2: Demanda energética por grupos de residência 
 Tamanho Médio do 
Agregado Familiar 
 
 Demanda 
 Energética 
Demanda energética 
média 
 
 
CENÁRIO A 
 
5 
 Residentes 
 
Abaixo 
de 
 5 kwh/dia 
 
2.14 kwh/dia 
 
 
CENÁRIO B 
 
 
7 
Residentes 
 
Acima 
de 
5 kwh/dia 
 
 5.22 kwh/dia 
 
Demanda energética 
total: 
 
140.00 kwh/dia 
 
A demanda energética apresentada na tabela 4.2 consiste numa estimativa da demanda energética 
que pode caracterizar as residências do local de estudo no caso da disponibilização de 
electricidade e de acordo com tamanho de agregado familiar e renda ou poder de aquisição de 
electrodomésticos em cada família. 
4.1.3 Avaliação do potencial solar 
Esta fase consiste em buscar quantificar a radiação solar global que se espera que incida sobre o 
gerador fotovoltaico. É analisado apenas o comportamento da temperatura, visto que a influência 
da radiação solar é muito mais significativa que a influência da temperatura. Outro aspecto 
importante, destacado por Pinho e Galdino (2014), é que a radiação solar pode variar 
significativamente em curtos intervalos de tempo, especialmente em dias nublados, mas a 
variação da temperatura é facilmente amortecida pela capacidade térmica dos módulos. 
Varejão (2006), afirma que os países ditos do “terceiro mundo” são carentes no concernente á 
disponibilidade de equipamentos para a medição da radiação solar por serem geralmente muito 
mais caros que os equipamentos para a medição da insolação, sendo por isso que a maior parte 
das estações efectua somente a medição da insolação. Melo (2003), em seu estudo sobre o 
“comportamento da radiação solar na região sul do save”, usou o método de Ângstron para 
estimar a radiação média incidente a partir de séries de medidas da insolação para locais cujas 
 36 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
estações não faziam medição da radiação solar, particularmente em Xai-Xai. O gráfico 4.3 
apresenta o comportamento da radiação solar global em Xai-Xai, em médias mensais diárias. 
 
Gráfico 4.3: Comportamento da radiação solar em Xai –Xai. 
Consegue-se verificar que o mês que apresenta a mínima radiação global média mensal diária é 
Junho, sendo de 3.42 kwh/m
2
 e, a máxima radiação global média mensal diária ocorre em 
Janeiro, correspondendo a 6.62 kwh/m
2 
(MELO 2003). 
Diferentemente de outros trabalhos de pesquisa em que o estudo é feito com base no critério do 
mês crítico ou seja, aquele que apresenta a menor radiação solar global, este estudo é baseado na 
média das radiações (que é de 5.18 kwh/m
2
/dia), evitando-se assim o sobredimensionamento. 
4.1.4 Implementação da tecnologia fotovoltaica 
Como existem dois grupos de consumidores, cada grupo tem um tratamento que resulta num 
sistema fotovoltaico adequado para as suas necessidades. A seguir é apresentado o 
dimensionamento dos equipamentos. 
i. Dimensionamento do painel solar 
Para todos casos o número de módulos solares para comporem o painel é dado por: 
 
 
 
 (5) 
Onde: 
 
 energia gerada diariamente pelo módulo escolhido. 
Esta energia é dada por: 
6.62 6.29 
5.54 
4.65 
3.85 3.42 3.6 4.29 
5.12 
5.84 
6.31 6.64 
Média 
 
0
2
4
6
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
R
ad
ia
çã
o
 g
lo
b
al
 
(k
w
h
/m
2
/d
ia
) 
Mês 
 37 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 ɳ (5.1) 
Onde: 
Substituindo se (5.1) em (5), teremos a quantidade de módulos solares dada por: 
 
 
 
 (5.2) 
Com a eficiência desconhecida, ela é calculada. De referir que a eficiência do módulo solar é 
calculada com base na radiação do HSP, que corresponde ao número de horas em que a radiação 
solar é máxima e constante e igual a 1000 
 
 
. No nosso caso: 
HSP = 
 
 
[
 
 
 
 
 
] 
Então é neste tempo de que a radiação solar é constante e máxima e igual a 1000
 
 
. 
A eficiência fica sendo calculada por: 
 
 
 
 (5.3) 
Assim, a quantidade dos módulos que devem compor o painel solar também pode ser: 
 
 
 
 (6) 
A potência do módulo escolhido é de 150 Wp, eficiência de 0.166 e Área de 1.01 m
2
 (ver 
apêndices para mais detalhes). Já a energia solar média disponível é de 5.18 kwh/m
2
/dia. 
Assim, fazendo-se uso da equação 5.1 é encontrada a energia que este módulo será capaz de gerar 
por dia: 
 
 
 
 
 . Portanto, o módulo gerará /dia. 
 
 
 
 38 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CENÁRIO A 
Este caso, de acordo com a tabela 4.2, diz respeito ao grupo de residências cujo tamanho médio 
do agregado familiar é de cinco (5) residentes, com a demanda energética estimada abaixo de 
 , tendo uma demanda média de . 
Daqui, fazendo uso da equação 5.2, temos: 
 
 
 
[
 
 
 
 
 
], Resultando em: 
Portanto, para este cenário, são necessários aproximadamente três (3) módulos solares de 150 Wp 
para gerarem a energia de . 
CENÁRIO B 
Corresponde ao grupo de residências cujo tamanho médio do agregado familiar é de sete (7) 
residentes, com a demanda energética estimada acima de , tendo uma demanda 
energética média de 5.22 . Já sabe-se que o nosso módulo vai gerar 
 /dia. Então, ainda a partir da equação 5.2, temos: 
 
 
 
[
 
 
 
 
 
] , Resultando em: . 
Para este cenário são necessários seis (6) módulos solares para gerarem a energia de 
 . 
 ii. Dimensionamento de Controlador de carga 
O controlador de carga é definido pela tensão e corrente eléctrica de trabalho dos módulos. A sua 
capacidade (tensão e corrente eléctricas) deve superar a corrente total dos módulos a serem 
conectados. 
CENÁRIO A: Aqui, o sistema fotovoltaico é constituído por três (3) módulos solares, a serem 
conectados em paralelo. De acordo com o catálogo do módulo seleccionado, a tensão máxima em 
potência de pico ( ) corresponde a e, a corrente máxima em potência de pico ( 
 ) corresponde a . Uma conexão em paralelo destes três (3) módulos nos fornecerá 
 e . É necessário assim, um controlador de carga com 
 39 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
 e . O controlador de carga seleccionado é automático de tensão e 
corrente , cujos detalhes complementares podem ser visualisados nos apêndices. 
CENÁRIO B: Neste cenário existem um sistema fotovoltaico constituído por seis (6)módulos 
solares, a serem conectados em paralelo. Ainda de acordo com o catálogo do módulo 
seleccionado, a tensão máxima em potência de pico ( ) corresponde a e, a corrente 
máxima em potência de pico ( ) corresponde a . Uma conexão em paralelo destes 
seis (6) módulos nos fornecerá e . É necessário um 
controlador de carga com e . Neste são necessários dois (2) 
controladores de carga de tensão e corrente , cujos detalhes complementares 
também podem ser visualizados nos apêndices. 
 iii. Dimensionamento do banco de baterias 
O primeiro ponto a se definir com relação ao banco de baterias é a autonomia do sistema, isto é, o 
número de dias consecutivos nublados ou chuvosos, onde o painel não é capaz de produzir uma 
quantidade suficiente de energia, sendo recomendável uma autonomia de até três dias para 
sistemas fotovoltaicos isolados. Para este estudo adopta-se uma autonomia de 24 horas ( e, 
uma tensão de 12 V. 
Para calcular o banco de baterias é necessário saber o consumo de corrente diário. Partindo da 
relação existente entre energia, tensão, potência e corrente eléctricas, deduz-se a expressão para o 
cálculo da corrente eléctrica diária: 
 (7) 
Como pretende-se a corrente diária em Ah, tem-se que: 
 
 
 
 (7.1) 
Onde: é o consumo diário de corrente ; é a demanda energética diária; é a 
tensão do sistema. 
A capacidade do banco de baterias é dado por: 
 
 
 
 (8) 
Onde: é a capacidade do banco de baterias; é o consumo diário de corrente; é o 
número de dias de autonomia do sistema; é a profundidade da descarga da bateria que, para 
a bateria seleccionada para o estudo corresponde a 80 %, ver apêndices. 
 40 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
CENÁRIO A 
De acordo com a equação 7.1, para este cenário existe um consumo médio de corrente 
correspondente a . A partir da equação tem-se que: 
 
 
 
 
 é a capacidade do banco de baterias para este cenário que corresponde ao 
conjunto de residências com uma demanda estimada abaixo de . Com esta capacidade 
do banco de baterias e tendo em conta a capacidade da bateria seleccionada (de , são 
necessárias, aproximando em excesso, duas (2) baterias. 
CENÁRIO B 
Ainda de acordo com a equação 7.1, para este cenário existe uma demanda média de corrente 
correspondente a . Com auxílio da equação 8, tem-se que: 
 
 
 
 
 é a capacidade do banco de baterias para este cenário correspondente ao conjunto 
de residências com um consumo acima de . Neste caso são necessárias, aproximando 
em excesso, quatro (4) baterias de 150 Ah. 
 iv. Dimensionamento de inversores 
A potência do inversor deve ser igual ou superior a potência máxima das cargas, ou seja, de 
forma mais conservadora, a potência do inversor pode ser especificada igual ou superior ao 
somatório da potência de todas cargas do usuário, se houver possibilidade de que estas possam 
operar simultaneamente. Também, o inversor deve apresentar a tensão in-put igual á tensão 
contínua in-put do sistema (tensão do banco de baterias) e tensão alternada out-put conforme a 
necessidade, normalmente 127 ou 220 V – 230 V, 60 Hz. Sabe-se que para os cenários A e B 
temos as demandas de 2.14 kwh/dia e 5.22 kwh/dia respectivamente. Assim tem-se as potências 
médias diárias de 357 W e 870 W para os cenários A e B, considerando a possibilidade de todas 
cargas funcionarem em simultâneo e durante seis (6) horas diárias no máximo. É necessário um 
inversor com tensão in-put de 12 V e out-put de até 230 Volts, 60 Hz e com para o 
cenário A e, outro inversor com tensão in-put de 12 V e out-put de até 230 Volts, 60 Hz e com 
 para o cenário B. Para os cenários A e B foram seleccionados inversores de 
capacidades de 300 – 500 W, 12 V in-put (c.c) e 220 V out-put (c.a) para o cenário A e 1000 W, 
12 V in-put (cc) e 220 V out-put (c.a) para o cenário B. 
 41 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
4.1.5 Montagem de alguns equipamentos 
 i. Módulos solares 
Orientação: Para que seja garantido um alinhamento perpendicular dos módulos com os raios 
solares, é necessário instalar os módulos fotovoltaicos com a face voltada para o norte geográfico, 
de tal forma que tanto os raios solares matutinos e assim como os vespertinos sejam aproveitados 
e ao meio dia solar tenham a maior incidência dos raios solares. 
Inclinação: A latitude do distrito de Xai-Xai é de 25
o
. Assim, com base na tabela 2.1, a 
inclinação dos módulos solares neste local deve ser: 
 Então a inclinação dos módulos solares deve ser . 
Distância entre painéis: A partir das equações 3, 3.1 e 3.2 teremos a distância dada por: 
 
 
 
 
 
 
 
 
CENÁRIO A: Neste cenário em que só existem três (3) módulos solares, é conveniente instalá-
los em fileira (um de lado do outro). Mas, caso mostre-se necessária a instalação destes módulos 
um por detrás do outro e, considerando a sua instalação na disposição horizontal, então 
corresponderá á largura do módulo e de acordo com o catálogo (em apêndices) é: . 
Assim, 
 
 
 . Esta é a distância que deve separar os módulos caso sejam 
instalados um por detrás do outro. 
CENÁRIO B: Neste cenário existem 6 módulos solares. Caso haja necessidade de montar os 
painéis um por detrás do outro, torna-se necessário considerar a distância que deve separar estes 
painéis. Neste caso, cada painél terá três módulos e, considerando a disposição horizontal destes, 
então será o triplo da largura de um módulo destes adicionado á distância de separação destes 
no painél (que aqui consideramos 0,05 m). Como para um módulo, , então cada 
painél terá: . Assim: 
 
 
 . 
Esta é a distância que deve separar os painéis, se instalados um por detrás do outro. 
 
 42 
 
MACIE, Celso Azarias. Trabalho de Conclusão de Licenciatura. 
Conexão: Em todos cenários, todos módulos e/ou painéis devem estar associados em paralelo, 
pois, os bancos de baterias têm capacidade acima da de cada módulo e, a associação em paralelo 
é adequada para os dois cenários. 
 ii. Baterias 
Já foi dito que o tipo de conexão das baterias depende do que se objectiva com o tal. Neste caso, 
os bancos de baterias dos cenários A e B, devem ser constituídos por baterias associadas em 
paralelo (ver figura 2.12), de modo que se possa alcançar a capacidade de cada banco de baterias, 
mantendo-se 12 Volts como a tensão do sistema. 
As tabelas 4.3 e 4.4 apresentam os materiais dimensionados e seus custos para os cenários A e B. 
Tabela 4.3: Material referente ao CENÁRIO A 
Equipamento Quant. Custo unitário 
(MT) 
Custo por 
quantidade 
(MT) 
Obs. 
Módulo solar 3 6.370,00 19.110,00 M.C.XX & Funae 
Bateria 2 11.000,00 22.000,00 R.M.C.XX 
Controlador de carga 1 4.836,00 4.840,00 
Inversor 1 2.000,00 2.000,00 M.C.XX 
 
Outros 
Condutores 
5% do total 
= 2.400,00 
 
Estrutura de 
painéis solares

Outros materiais