TCC Fontes renováveis de energia com enfase em fotovoltaica e estudo de harmônicas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS
 
 
 
ROXANO SANTOS MORAIS
VICTOR GABRIEL RODRIGUES
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS COM ÊNFASE EM SISTEMA
FOTOVOLTAICO; HARMÔNICAS E QUALIDADE DE ENERGIA
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Coronel Fabriciano
2018
ROXANO SANTOS MORAIS
VICTOR GABRIEL RODRIGUES
 
 
 
 
 
 
 
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS COM ÊNFASE EM SISTEMA
FOTOVOLTAICO; HARMÔNICAS E QUALIDADE DE ENERGIA
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
curso de Engenharia Elétrica do Centro
Universitário do Leste de Minas Gerais como
requisito parcial para a Obtenção do grau de
Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador:
Manuel Camela Rafael
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Coronel Fabriciano
2018
ROXANO SANTOS MORAIS
VICTOR GABRIEL RODRIGUES
 
 
 
 
FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEIS COM ÊNFASE EM SISTEMA
FOTOVOLTAICO; HARMÔNICAS E QUALIDADE DE ENERGIA
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
curso de Engenharia Elétrica do Centro
Universitário do Leste de Minas Gerais como
requisito parcial para a Obtenção do grau de
Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador:
Manuel Camela Rafael
 
 
 
 
 
 
Coronel Fabriciano,
 
 
 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA
 
Professor Examinador I
Universidade ..............
 
Professor Examinador II
Universidade ..............
 
Professor Examinador III
Universidade ..............
Dedico esse trabalho
primeiramente para Deus, a família pela
educação e apoio em todas as etapas da
minha vida: aos pais, irmãos, às tias e aos
meus avós, por compreender a minha
existência. Dedico também aos meus
amigos e colegas da faculdade, que
sempre contribuíram ao andamento do
curso. Dedico também pelo meu
orientador Manuel Camela que me ajudou
concluir esta monografia.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus, pelo dom da vida e por tornar minha
conquista expressão fiel de sua vontade. Aos meus pais e irmã, pelo carinho,
dedicação e amor incondicional. À toda minha família, colegas da faculdade e
amigos pelas palavras de apoio e incentivo, nos momentos de dificuldade. Ao meu
orientador e professor Manuel Camela Rafael, pelos ensinamentos eternizados. Por
fim, agradeço a todos que, de alguma forma, contribuíram para a minha formação.
"Só sei que nada sei." (Sócrates)
RESUMO
Numa conjetura atual, temas como a escassez ao investimento financeiro, o
esgotamento de combustíveis fósseis, o papel das renováveis na sustentabilidade
energética e o aumento do custo da energia elétrica é importante conhecer o papel e
o futuro do setor empresarial fotovoltaico em Brasil. No presente estudo é identificar
como a penetração das usinas fotovoltaicas impacta a rede de distribuição quando
diversas unidades consumidoras instalam sistemas fotovoltaicos e os impactos das
harmônicas afeta na qualidade de energia elétrica. Baseia-se um método que
permita determinar um limite de penetração, indicando quais os impactos que o
acoplamento das usinas fotovoltaicas gera, nas redes radiais de distribuição já
existentes. Com o estudo dos efeitos e limitando a penetração, não haverá a
necessidade de investir nas redes para receber a geração distribuída, e assim
evitando o aumento da tarifa de energia elétrica paga pelo consumidor.
Palavras-chave: Geração distribuída, impactos e qualidade de energia elétrica.
ABSTRACT
In a current conjecture, issues such as scarcity of financial investment, the depletion
of fossil fuels, the role of renewables in energy sustainability and the increase in the
cost of electric power, it is important to know the role and future of the photovoltaic
business sector in Brazil. In the present study is to identify how the penetration of
photovoltaic power plants impacts the distribution network when several consumer
units install photovoltaic systems and the impact of harmonics affects the quality of
electric energy. It is based on a method that allows to determine a limit of penetration,
indicating the impacts that the coupling of the photovoltaic plants generates, in the
existing radial distribution networks. By studying the effects and limiting penetration,
there will be no need to invest or reinforce the networks to receive the distributed
generation, thus avoiding the increase in the electricity tariff paid by the consumer.
Keywords: Distributed generation, impacts and electric power quality.
Figura 1 —
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Tabela 1 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 2 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 2 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 3 —
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Figura 4 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 5 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 6 —
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Figura 7 —
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 8 —
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Figura 9 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 10 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 11 —
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Figura 12 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 13 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 14 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 15 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 16 —
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 17 —
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Figura 18 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 19 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 3 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 4 —
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Evolução da Capacidade Instalada de Energia Solar Fotovoltaica
no mundo. 19
Os 10 países com maior capacidade instalada de geração FV. 20
Os 10 países com maior capacidade instalada em 2016. 20
Penetração da FV na demanda de energia elétrica 22
Sistema elétrico de potência com presença de geração
distribuída. 27
Fluxo de potência em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. 29
Tipos de medição bidirecional prevista em sistemas de GDFV. 31
Características operacionaisdo medidor bidirecional em quatro
quadrantes. 33
Geração fotovoltaica (a) integrada à edificação e (b) adaptada à
edificação. 34
Representação esquemática da associação em série de módulos
fotovoltaicos. 35
Associação paralela de módulos fotovoltaicos. 36
Associação série-paralela de módulos fotovoltaicos. 37
Arranjo de inversor centralizado para aplicação com múltiplos
módulos. 38
Principais topologias de arranjos fotovoltaicos. 39
Usina de geração fotovoltaica conectada ao sistema elétrico. 41
Sistema de minigeração fotovoltaica conectada à rede de MT. 42
Sistema de microgeração fotovoltaica conectada à rede em BT. 43
Valores típicos de demandas residenciais, comerciais para GDFV.
45
Demandas residenciais e comerciais para GDFV com excedente
de produção. 46
Queda de tensão em um sistema de distribuição convencional. 47
Elevação da tensão em um sistema de distribuição com GDFV. 48
Requisitos de proteção em função da potência instalada. 50
Tempo máximo de resposta do inversor para valores de tensão
no PAC 51
Tabela 5 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 6 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 7 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 20 —
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Tabela 8 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 9 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 10 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 11 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 21 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 22 —
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Figura 23 —
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 24 —
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Figura 25 —
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Figura 26 —
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Figura 27 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 28 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 12 —
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Figura 29 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 13 —
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Tabela 14 —
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Figura 30 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 31 —
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Figura 32 —
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Limites de injeção de corrente contínua na rede de distribuição. 53
Limites de distorção harmônica individual de corrente. 54
Limite de fator de potência para GDFV. 54
Limites operacionais de fator de potência para sistemas acima de
6kW. 55
Classificação dos distúrbios de tensão de acordo com a duração. 57
Características dos principais distúrbios da qualidade da energia. 58
Limites para variações de tensão de curta duração, 59
Categorias de classificação dos distúrbios associados à QEE. 60
Principais distúrbios associados à onda de tensão. 61
Formas de onda de tensão e corrente a partir de uma carga
linear. 62
Formas de onda de tensão e corrente a partir de uma carga não-
linear. 63
Decomposição de uma forma de onda em suas componentes
harmônicas. 64
– Espectro de frequências harmônicas da relacionado à Figura
24. 65
Deformação simétrica e assimétrica de onda de acordo com a
ordem harmônica. 65
Sinal alternado com presença de componente contínua. 66
Distorção da tensão ocasionada por carga não linear. 67
Classificação das harmônicas em ordem, frequência e sequência.
68
Sequência de componentes simétricas. 69
Valores de referência global das distorções harmônicas totais de
tensão. 70
Níveis de referência para distorções harmônicas individuais de
tensão 71
Formas de onda de uma carga não-linear. 72
Efeito da frequência na capacidade de condução de corrente
elétrica. 74
Efeito da frequência e proximidade na capacidade de condução
de corrente. 74
9
Figura 33 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 34 —
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Figura 35 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 36 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 37 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 38 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 15 —
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Tabela 16 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 17 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 18 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 19 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 20 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 21 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 22 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 23 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 24 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 25 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 26 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabela 27 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 39 —
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Tabela 28 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 40 — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Fluxo harmônico de sequência zero pelo condutor neutro. 75
Circuito equivalente para análise de ressonância por frequência
harmônica. 77
Sobretensão no PAC devido à ressonância paralela. 78
Localização da residência. 80
Planta baixa da residência. 81
Esquema do Sistema FV. 82
Média mensal e anual dos índices de irradiação para a cidade de
Timóteo. 83
Temperatura média mensal para a cidade de Timóteo. 84
Histórico do consumo de energia elétrica da residência 84
Modelos de módulos fotovoltaicos comercializados no Brasil 85
Características elétricas do módulo YL275D-30b da Yingli Solar. 85
Características térmicas do módulo YL275D-30b da Yingli Solar. 85
Alguns modelos de inversores grid-tie disponíveis no Brasil. 87
Alguns modelos de inversores grid-tie disponíveis no Brasil. 87
Valores de irradiância extraídos do programa RADIASOL2. 90
Estimativa de geração mensal do sistema fotovoltaico. 91
Custos do projeto. 91
Valor de consumo mínimo em função do padrão de conexão. 92
Cálculo de payback do investimento. 93
Consumo elétrico com um sistema fotovoltaico à rede(gerada-
fornecida) 94
Consumo da eletricidade (consumida x gerada x fornecida). 95
Consumo em KWh (paga x pagaria). 96
10
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AN Coeficiente de massa de ar
ANEEL Agência nacional de energia elétrica
AT Alta Tensão
BC Banco de Capacitores
BT Baixa Tensão
CA Corrente Alternada
CC Corrente Contínua
CSI Current source inverter
DPS Dispositivo de proteção contra surtos
FV Fotovoltaica
GD Geração distribuída
GDFV Geração distribuída fotovoltaiva
ICAP Corrente de banco de capacitores
IEEE Institute of electrical and eletronics engineeers
IHD Distorção harmônica Individual
INMETRO Instituto Nacional de metrologia, qualidade e tecnologia
Is Corrente no sistema de distribuição
MPP Ponto de máxima potência
MPPT Rastreamento do ponto de máxima potência
MT Média tensão
PAC Ponto de Acoplamento comum
PRODIST Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema
elétrico nacional
PV Photovoltaic
QEE Qualidade da Energia Eletrica
RISE Relatório de impacto do sistema elétrico
RMS Root mean square
SE Subestação
THDi Distorção harmônica de total de corrente
THDv Distorção harmônica de tensão
UC Unidade Consumidora
VCAP Tensão no ponto de acoplamento de banco de capacitores
VSI Voltage source inverter
12
1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
1.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.4.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.7.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.7.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.7.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.8.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.8.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2.11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 15
CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA 15
PROBLEMA DE PESQUISA 15
 OBJETIVOS 16
Objetivo Geral 16
Objetivos Específicos 16
DELIMITAÇÕES DO TEMA 16
JUSTIFICATIVA 17
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 18
A FONTE SOLAR 18
 ENERGIA SOLAR NO MUNDO 19
 ENERGIA SOLAR NO BRASIL 25
 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA ELÉTRICA 25
Breve histórico 25
 Modelo atual de geração distribuída 26
 Tecnologias de geração distribuída 27
 Geração distribuída com sistemas fotovoltaicos 28
Princípio de operação de sistemas de GDFV 28
 Sistema de medição de energia elétrica 30
Sistema de compensação de energia elétrica 31
 GDFV INTEGRADA À EDIFICAÇÃO 33
 ARRANJOS FOTOVOLTAICOS APLICADOS À GDFV 34
CATEGORIAS DE GDFV 40
 Usina de geração fotovoltaica 40
 Sistemas de minigeração fotovoltaica 41
Sistemas de microgeração fotovoltaica 43
 IMPACTOS DA GDFV NO SISTEMA ELÉTRICO 43
Fluxo de potência reverso 44
 Regulação de tensão 46
 CONEXÃO COM A REDE 48
 PONTO DE CONEXÃO 49
 REQUISITOS DE QUALIDADE E SEGURANÇA PARA CONEXÃO À
REDE 50
HARMÔNICAS E QUALIDADE DE ENERGIA 56
3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.2 . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3.9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 BREVE HISTÓRICO 56
DISTÚRBIOS RELACIONADOS À QEE 56
 ALIMENTAÇÃO DE CARGAS LINEARES E NÃO-LINEARES 61
 CONCEITUAÇÃO FÍSICA DAS COMPONENTES HARMÔNICAS 63
 FLUXO DE CORRENTE HARMÔNICA 66
 COMPONENTES DE SEQUÊNCIA 67
 DISTORÇÃO HARMÔNICA TOTAL E INDIVIDUAL 69
 FATOR DE POTÊNCIA 71
 IMPACTO DAS DISTORÇÕES HARMÔNICAS NO SISTEMA
ELÉTRICO 73
ESTUDO DE CASO 80
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA FOTOVOLTAICO 80
LOCAL DE INSTALAÇÃO 80
AVALIAÇÃO DO RECURSO SOLAR 82
LEVANTAMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA 84
DIMENSIONAMENTO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 85
ESCOLHA DO INVERSOR 86
SIMULAÇÃO DE PRODUTIVIDADE DO SISTEMA 88
VIABILIDADE ECONÔMICA 91
RESULTADOS 94
CONCLUSÃO 97
REFERÊNCIAS 99
ANEXO A — FATURA DE ENERGIA ELÉTRICA DA RESIDÊNCIA
ESTUDADA. 103
ANEXO B — DATASHEET DO MÓDULO FOTOVOLTAICO 104
ANEXO C — DATASHEET DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA. 106
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA
A crescente preocupação com a preservação do meio ambiente e a busca
pela diversificação da matriz elétrica, associado com o aumento na demanda por
energia e desenvolvimento da indústria, impulsionou a geração de energia elétrica
no mundo a partir de fontes renováveis, como a fonte solar.
As fontes renováveis, embora inicialmente mais caras, tornam- se mais
competitivas na medida em que se expandem, sendo a competitividade resultante
da redução dos custos devido ao ganho de escala e dos avanços tecnológicos.
O Brasil possui expressivo potencial para geração de energia elétrica a partir
de fonte solar, contando com níveis de irradiação solar superiores aos de países
onde projetos para aproveitamento de energia solar são amplamente disseminados,
como Alemanha, França e Espanha.
Apesar dos altos níveis de irradiação solar no território brasileiro, o uso da
fonte para geração de energia elétrica não apresenta a mesma relevância que
possui em outros países, nem o mesmo desenvolvimento de outras fontes
renováveis, como eólica e biomassa, que já representam, respectivamente, 6,7% e
9,4% da capacidade de geração instalada no Brasil, contra apenas 0,05% da fonte
solar.
A preocupação com a geração de energia por fontes renováveis tornou-se
ainda maior com a celebração do Acordo de Paris, na COP 21, no ano de 2015. O
Brasil assumiu compromisso de redução de emissões de gases de efeito estufa, em
2025 e 2030, respectivamente em 37% e 43% em relação aos níveis de 2005.
Embora o Brasil possua uma das matrizes mais renováveis do mundo, com
aproximadamente 75% de fontes renováveis na oferta de energia elétrica, alcançar
as metas firmadas se constitui grande desafio. Conforme EPE (2016), será
necessário expandir o uso de fontes de energia não fóssil, aumentando a parcela de
energias renováveis (além da energia hídrica) para ao menos 23% até 2030,
principalmente pelo aumento da participação das fontes solar, eólica e biomassa.
1.2 PROBLEMA DE PESQUISA
Levando em consideração ao atual cenário econômico e ambiental no qual o
mundo vive nos dias atuais, buscar novas formas de geração de energia se faz
fundamental e necessário para o crescimento sustentável de todos os setores, seja
ele econômico político e social.
15
Precisamos implantar um sistema que seja capaz de suprir as necessidades
energéticas com sustentabilidade. Porque não estudar um pouco mais uma energia
tão limpa e sustentável quanto à energia solar.
Feito isso, nos deparamos com fatores que ao analisarmos ao pé da letra,
vamos ver que não é tão simples quanto parece. A implantação do sistema vem
crescendo de forma surpreendente, e isso está causando certo desequilíbrio no
dimensionamento de redes já projetadas. Sendo assim essa tecnologia e sua
implantação vem resolvendo por um lado e prejudicando do outro. Daí a
necessidade de estudar tal assunto, pois vem se tornando um problema.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
O objetivo Geral do presente estudo é identificar como a penetração das
usinas fotovoltaicas impacta a rede de distribuição quando diversas unidades
consumidoras instalam sistemas fotovoltaicos em seus telhados.
1.3.2 Objetivos Específicos
Como objetivo específico, busca-se um método que permita determinar um
limite de penetração, indicando quais os impactos que o acoplamento das usinas
fotovoltaicas gera nas redes radias de distribuição já existentes. Com o estudo dos
efeitos e limitando a penetração, não haverá a necessidade de investirmos ou
reforços nas redes para receber a geração distribuída, evitando assim o aumento da
tarifa de energia elétrica paga pelo consumidor.
1.4 DELIMITAÇÕES DO TEMA
O trabalho aborda sobre fontes renováveis de energia, mas com foco em
sistemas fotovoltaicos, que possui o mesmo fundamento físico e tecnológico em
todo mundo, mas detalhamos o impacto que o acoplamento das usinas fotovoltaicas
causa a rede de distribuição em destaque no estudo das harmônicas.
16
1.5 JUSTIFICATIVA
Evitar excessos é um fator de grande importância a ser considerado tanto
como novas formas de energia limpa e sustentável. Pensando-se também na
localização geográfica onde o nosso país se encontra a energia fotovoltaica é
favorável, poiso Brasil está localizado onde a incidência de raios solares é
predominantemente forte. Analisando pelo lado ambiental a energia solar não
consome combustível, não produz poluição nem contaminação ambiental, sendo
também reconhecida como uma fonte de energia inesgotável em escala de tempo
terrestre. Vale lembrar também que não há conta de luz, afinal, o Sol nasce para
todos, e de graça.
Ressalta-se também que, com tamanho crescimento na implantação do
sistema, a necessidade de estudar os efeitos que a tecnologia e sua implantação
interligada as redes, elas trazem aspectos tanto vantajosos quanto desfavoráveis. A
interligação de uma grande quantidade de usinas fotovoltaicas diretamente na rede,
notadamente na baixa tensão, pode causar alguns impactos para concessionária.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 A FONTE SOLAR
Conforme o aproveitamento da energia solar pode ser realizado diretamente
para iluminação, aquecimento de fluidos e ambientes ou ainda para geração de
potência mecânica ou elétrica, como fonte de energia térmica. A energia solar pode
ainda ser convertida diretamente em energia elétrica por meio de efeitos sobre
materiais, dentre os quais o termoelétrico e fotovoltaico (ANEEL ,2005).
 O aproveitamento da iluminação natural e do calor para aquecimento de
ambientes decorre da penetração ou absorção da radiação solar nas edificações,
diminuindo-se, com isso, as necessidades de iluminação e aquecimento. Por isso,
um melhor aproveitamento da radiação solar pode ser feito com o auxílio de técnicas
mais sofisticadas de arquitetura e construção.
 A utilização da fonte solar para aquecimento de fluidos encontra-se em
coletores ou concentradores solares, sendo os coletores utilizados para
aquecimento de água, em aplicações residenciais e comerciais (hotéis, restaurantes,
clubes, etc).
 Por sua vez, os concentradores solares são formados por grandes áreas
espelhadas que concentram a luz solar em um ponto específico, elevadas
temperaturas, destinando-se a aplicações como secagem de grãos e produção de
vapor (BANDEIRA ,2012). O vapor produzido por concentradores pode gerar energia
mecânica com o auxílio de uma turbina a vapor, e, sucessivamente, eletricidade, por
meio de um gerador, com funcionamento semelhante ao de uma termelétrica a vapor
convencional.
 No caso do efeito fotovoltaico, descoberto em 1839 por Edmond Becquerel,
os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica por meio do uso
de células solares, o processo mais comum de geração de energia elétrica a partir
da energia solar. Entre os materiais mais indicados para a conversão da radiação
solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células solares ou
fotovoltaicas, destaca-se o silício. Cerca de 80% das células fotovoltaicas são
fabricadas a partir do silício cristalino (SILVA ,2015).
 A utilização da fonte solar para gerar energia elétrica proporciona diversos
benefícios, tendo em vista elétrico como ambiental e socioeconômico(ABSOLAR
,2017).
 Tendo em vista, contribui para diversificação da matriz, aumento da
segurança no fornecimento, redução de perdas e alívio de transformadores e
18
alimentadores. Em visão ambiental, há a redução da emissão de gases do efeito
estufa, da emissão de materiais particulados e do uso de água para geração de
energia elétrica. Com relação a benefícios socioeconômicos, a geração de energia
solar fotovoltaica contribui com a geração de empregos locais, o aumento da
arrecadação e o aumento de investimentos.
 
2.2 ENERGIA SOLAR NO MUNDO 
O mercado mundial fotovoltaico vem crescendo exponencialmente nos
últimos anos, atingindo, em 2016, conforme IEA (2017), a capacidade total instalada
de 305 GWp, como apresentado na Figura 1.
 Observa-se que a capacidade de geração de energia solar fotovoltaica vem
crescendo significativamente desde 2003. Apenas em 2016, foram implementados
no mundo cerca de 75 GW de capacidade instalada de geração, um aumento de
25% em relação a 2015.
Figura 1 - Evolução da Capacidade Instalada de Energia Solar Fotovoltaica no mundo. 
Fonte: IEA(2017)
A taxa de crescimento anual composta da capacidade instalada de geração
de energia solar fotovoltaica entre 2000 e 2016 foi de aproximadamente 74%.
 Em 2015, a China passou a liderar a capacidade total instalada de energia
solar fotovoltaica (FV), em 2016 cresceu ainda mais com 78,1 GWp, seguida pela
19
Japão com 42,8 GWp, Alemanha com 41,2 GWp, EUA com 40,3 GWp e Itália com
19,3 GWp, como apresentado na Tabela 1 a seguir:
Tabela 1 - Os 10 países com maior capacidade instalada de geração FV. 
Fonte: IEA(2017)
A Tabela 2 apresenta os países com maior ampliação de capacidade de
geração de energia FV no ano de 2016:
Tabela 2 - Os 10 países com maior capacidade instalada em 2016. 
Fonte: IEA(2017)
O Brasil, possuía, ao final de 2016, 81 MW de energia solar fotovoltaica
instalados, sendo 24 MWp de geração centralizada e 57 MWp de geração
20
distribuída. A capacidade brasileira não coloca o Brasil entre os vinte maiores líderes
mundiais em produção, todos com capacidade instalada superior a 1 GWp (MME
,2017).
 Sobre o comparativo com outros países, mesmo reconhecendo a
necessidade de avanço brasileiro no uso da fonte solar, é importante ressaltar que
diferentemente dos países líderes em produção mundial, de matriz energética com
base principalmente em combustíveis fósseis, a matriz energética brasileira é
predominantemente renovável, com forte presença hidráulica, o que possivelmente
diminui o apoio a políticas de incentivo à fonte solar(IEA,2017)
 Com base nas duas tabelas, é possível observar uma nova tendência de
expansão do aproveitamento de energia solar no mundo, com diminuição da
importância dos países europeus e destaque para os países asiáticos, como a China
e o Japão, que lideraram a instalação de painéis fotovoltaicos no mundo em 2016.
 O mercado chinês passou de um acréscimo de capacidade instalada de
10,95 GWp e 10,6 GWp em 2013 e 2014, 15,2 GWp em 2015, respectivamente 34,5
em 2016 uma significativa evolução. Um dos fatores responsáveis pelo grande
crescimento do mercado chinês é a quantidade de fabricantes chineses de painéis
fotovoltaicos, que propiciam baixos custos de implantação dos geradores. Merece
destaque também a Índia, onde foram instalados cerca de 4 GWp de capacidade de
energia FV em 2016, o que torna o país um dos principais locais de expansão da
fonte no mundo nos próximos anos, considerando seu potencial de geração solar e
sua crescente demanda por energia elétrica. Outros países asiáticos também
apresentaram significativo crescimento no mercado de energia solar, como Coréia
(0,9 GWp), Austrália (0,8 GWp) e Filipinas (0,8 GWp).
 Apesar de o mercado europeu de energia solar apresentar uma estagnação
nos últimos anos, o mercado voltou a crescer significativamente em 2016
principalmente no Reino Unido, que acrescentou 2,0 GWp a sua matriz energética. A
Alemanha, que até 2014 era a líder mundial em capacidade instalada apresentou
nova diminuição de crescimento, saindo de 3,3 GWp em 2013 para 1,9 GWp em
2014 para 1,5 GWp em 2015 e no ano de 2016 manteve 1,5 Gwp.
 Quedas ainda maiores na instalação de painéis fotovoltaicos em países
europeus tradicionalmente grandes produtores de energia solar ocorreram na Itália e
Espanha, com a instalação de apenas 300 MWp e 56 MWp, respectivamente.
 Na América do Norte, os Estados Unidos continuam sendo os líderes em
capacidade instalada, com expressivo acréscimo de 14,7 GWp em 2016 contra 7,3
GWp em 2015 contra 6,2 GWp em 2014 e 4,7 GWp em 2013. Na América do Sul, o
Chile vem se destacando com um acréscimo em sua capacidade instalada de
aproximadamente 0,7 GWp em 2016.
21
Com relação à penetração da fonte solar na matriz energética de um país, a
Figura 2 mostra os percentuais que a energia solar fotovoltaicarepresenta da
demanda total do país por eletricidade.
Figura 2 - Penetração da FV na demanda de energia elétrica 
Fonte: IEA(2017)
Observa-se que os países com maior representatividade da fonte solar em
relação à demanda são Itália, Grécia e Alemanha. Na China e no Japão, líderes
mundiais em capacidade instalada, a fonte solar não apresenta grande relevância
para atendimento da demanda total do país por eletricidade.
 Os países que mais desenvolveram a energia solar fotovoltaica contaram, em
geral, com políticas de incentivo a essa tecnologia, para a fabricação ou importação
de equipamentos, para o financiamento da compra de módulos fotovoltaicos e
principalmente com modelos regulatórios de comercialização da energia elétrica
gerada pela FV.
 Para a comercialização da energia elétrica gerada por painéis solares
voltaicos MME (2009), ressalta dois mecanismos regulatórios básicos de incentivos:
o sistema de preços e o sistema de quotas.
 O sistema de preços consiste na definição de um valor pago ao dono do
gerador de energia solar fotovoltaica ao longo de um período geralmente igual ou
superior a vinte anos. No sistema mais utilizado, estabelece-se uma tarifa prêmio
(feed-in tariff), no qual toda a energia produzida e injetada na rede é remunerada
pela tarifa prêmio. A feed-in tariff é estabelecida de forma a garantir uma taxa interna
de retorno atrativa para os investidores.
22
Há um outro tipo de sistema similar ao sistema de preços chamado net-
metering, em que a energia gerada e injetada na rede, ao invés de ser remunerada
por uma tarifa prêmio, é usada para abater o consumo de energia elétrica da
unidade. O sistema de net-metering é utilizado no Brasil desde 2012 para unidades
consumidoras com geração distribuída.
 No sistema de quotas, de menor utilização que o feed-in tariff, são
estabelecidas metas de potência e (ou) energia proveniente de fontes específicas
para as concessionárias, distribuidoras, grandes consumidores e outros agentes do
setor elétrico. Caso tais metas não sejam atingidas, são aplicadas penalidades
(multas, etc). Nesse sistema, é comum o pagamento pelo governo do equipamento e
da energia gerada, o que demanda grandes desembolsos governamentais.
 Na sequência, trataremos de forma sintetizada as experiências de incentivos
governamentais implantadas em alguns países.
 A Alemanha, até 2014, era o país líder mundial de capacidade de geração
fotovoltaica instalada, sendo ultrapassada em 2015 pela China. O expressivo
desenvolvimento do aproveitamento da fonte solar na Alemanha foi resultado de
decisão estratégica de inserir a energia renovável em sua matriz energética,
reduzindo a participação da energia nuclear.
 Embora tenham existido tentativas pontuais de incentivos para utilização de
fontes renováveis na geração de energia elétrica na Alemanha nas décadas de 1970
e 1980, somente após a década de 1990 foi possível um expressivo crescimento das
fontes alternativas no país, principalmente eólica e posteriormente também a fonte
solar( MME ,2009).
 Em 1990 foi adotada a Electricity Feed-in Law, que iniciou o sistema de
preços para remuneração de geração distribuída a partir de fontes renováveis. A lei
estabelecia a obrigatoriedade de conectar os geradores de fontes renováveis,
pagando uma tarifa-prêmio por um período de vinte anos. Apesar de ter elevado
muito a capacidade de geração de energia eólica, a geração solar fotovoltaica não
teve o mesmo resultado pelos ainda elevados custos de implantação dos sistemas
fotovoltaicos comparados com a tarifa prêmio estabelecida. Ressalta-se que as
políticas de incentivo às fontes renováveis contaram com grande apoio da opinião
pública, o que impediu que os esforços das concessionárias, contrárias às medidas,
pudessem lograr sucesso.
 A lei de 1990 foi substituída, em 2000, pela Renewable Energy Sources Act,
que introduziu importantes alterações como o estabelecimento de tarifas específicas
para cada fonte, considerando os custos de cada uma delas. As novas tarifas
fixadas tornaram a implantação de painéis solares atrativas. Com isso, a Alemanha
passou a ser a líder mundial em energia solar fotovoltaica, contando ainda com o
23
desenvolvimento no país de indústrias de produção de células e módulos
fotovoltaicos, gerando redução nos custos de implantação dos painéis fotovoltaicos.
O marco legal previa também que a tarifa-prêmio fixada por um período de vinte
anos seria, para novas instalações, reduzida 5% ao ano.
 De forma a permitir o contínuo avanço da energia solar no país, foi
promovida, em 2004, nova alteração na legislação, limitando os valores pagos pelas
grandes indústrias destinados a cobrir a geração de energia de fontes renováveis.
Com isso, preservou-se a competitividade da indústria alemã, além de impedir que
grandes consumidores se estabelecessem contra a expansão da geração por fontes
renováveis.
 Embora as políticas de incentivo alemãs tenham alcançado resultados
suficientes na expansão da geração solar fotovoltaica, os fortes impactos tarifários
causados pela atrativa remuneração paga aos geradores por um período de vinte
anos resultou na revisão dos subsídios concedidos para novas unidades geradoras
instaladas. A redução dos incentivos vem se refletindo na redução da expansão da
fonte solar no país.
 A Espanha adotou políticas de incentivo parecidas às da Alemanha, com
base no modelo feed-in-tariff. Em 1998, surgiu a primeira regulamentação que
permitia aos produtores de energia vender a energia solar fotovoltaica produzida por
uma tarifa-prêmio, até que se atingisse o limite de 50 MW de potência instalada. Tal
medida não conseguiu impulsionar a indústria de forma significativa principalmente
pelo pequeno volume de energia estabelecido como limite.
Em 2004, por meio do Real Decreto nº 436, de 2004, promoveu- se a
atualização dos valores de tarifa-prêmio e retirada dos limites de potência. Tal
mudança legislativa provocou grande demanda por conexões, com forte crescimento
do setor industrial fotovoltaico e criação de empregos.
 Após a Espanha ter se tornado um dos países líderes na produção de
energia solar fotovoltaica, os impactos tarifários causados pelas agressivas políticas
de incentivo também fizeram a Espanha recuar e rever os incentivos concedidos,
inclusive alterando contratos existentes.
 Com as limitações de incentivos governamentais, observou-se nos últimos
anos uma certa estagnação do setor de energia fotovoltaica na Europa,
principalmente naqueles países que apresentaram expressivo desenvolvimento nos
anos 2000, como Alemanha, Itália e Espanha.
Em contraste com o que ocorreu na Europa, o Japão experimentou a partir de
2012, grande crescimento de sua capacidade de geração de energia solar
fotovoltaica devido principalmente a generoso mecanismo feed-in-tariff criado pelo
governo japonês(Hahn ,2014). O marco legal obrigava as utilities a comprar a
24
energia produzida de fontes renováveis pagando tarifas-prêmio estabelecidas.
Somente no ano de 2015, foi instalada uma capacidade de geração de 11 GW de
energia fotovoltaica no país.
 Até 2012, as instalações residenciais dominavam o mercado de energia
fotovoltaica no Japão, cenário que se modificou com a implantação do modelo de
feed-in-tariff. A nova política criada em 2012 estabelece preços diversos variando
com a capacidade e as características do projeto, residencial ou comercial. A
duração dos contratos de comercialização da energia também varia, sendo de dez
anos para instalações residenciais e vinte anos para comerciais. Desde 2012, cerca
de 70% da capacidade de energia fotovoltaica instalada consiste de projetos
comerciais, mas atualmente está tendo uma grande procura para projetos
residenciais.
 
2.3 ENERGIA SOLAR NO BRASIL
O Brasil, conforme MME (2017), possuía, ao final de 2016, 81 MWp de
energia solar fotovoltaica instalados, o que representa cerca de 0,05% da
capacidadeinstalada total no país. Do total de 81 MWp existentes em 2016, 24 MWp
correspondiam à geração centralizada e 57 MWp à geração distribuída.
 A baixa utilização da energia solar no Brasil chama mais atenção quando
verificamos as condições favoráveis ao desenvolvimento da fonte no país. O Brasil,
possui altos níveis de insolação e grandes reservas de quartzo de qualidade, que
podem gerar importante vantagem competitiva para a produção de silício com alto
grau de pureza, células e módulos solares, produtos esses de alto valor agregado
(EPE ,2012).
 
2.4 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA ELÉTRICA
2.4.1 Breve histórico
A concepção do primeiro sistema elétrico de potência data do ano de 1882,
quando Thomas Alva Edison projetou e construiu a estação de Pearl Street Power,
na cidade de Nova Iorque, fornecendo energia elétrica em corrente contínua para a
alimentação de várias lâmpadas incandescentes. A ideia teve logo enorme
aceitação, sendo instalados sistemas similares em outras grandes cidades. No
25
entanto, essas pequenas centrais possuíam uma característica em comum: sua
disposição era próxima das cargas, e em essência, é o que hoje em dia chama-se
Geração Distribuída (GD) ou descentralizada de energia elétrica (ALMEIDA, 2010).
 Foi com o desenvolvimento dos transformadores, e consequentemente das
linhas de transmissão em alta tensão, que o paradigma da Geração Centralizada
começou a tomar o lugar da geração distribuída. Esta foi a maneira organizacional
que o sistema elétrico adotou e tem obedecido ao longo de quase toda a sua
história: Grandes centrais de geração e uma extensa rede de linhas de transmissão
e distribuição, conhecida como geração centralizada de energia. Embora a geração
centralizada tenha dominado a produção elétrica em razão das economias de
escala, economias estas que compensavam a construção de complexos sistemas de
interligação, a topologia descentralizada sempre foi usada para aumentar tanto a
eficiência de certos processos produtivos quanto a sua segurança e/ou para atender
sistemas isolados (CHAVES, 2009).
 
2.4.2 Modelo atual de geração distribuída
Com a preocupação da sociedade por questões ambientais e sustentáveis, a
GD voltou a ser considerada como uma alternativa para a geração e abastecimento
de eletricidade. No modelo atual, a GD pode ser definida como a produção de
energia elétrica por meio de tecnologias de geração de pequeno porte conectada ao
longo do sistema de distribuição, podendo ser classificada sob duas extremidades:
como Reserva de Energia ou como Fonte de Energia. A primeira funciona num
parque descentralizado para uma alimentação exclusiva da edificação, com objetivo
de suprir necessidades momentâneas de excesso de demanda (demanda de ponta),
amparo durante as violações dos limites de qualidade da energia e cobrir falhas no
fornecimento da rede de distribuição. Já a segunda vertente, incentivada pela
Resolução Normativa da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) nº
482/2012, funciona conectada à rede de distribuição, por meio de instalações de
unidades consumidoras, podendo se comportar, em determinados momentos, como
consumidor ou produtor de energia. 
 Dentre as fontes alternativas renováveis de energia destacam-se a eólica e a
solar, que são as mais utilizadas em todo o mundo. O uso de sistemas de GD em
baixa tensão traz grandes benefícios para os usuários e para o sistema de
abastecimento de eletricidade, proporcionando qualidade de vida com a introdução
de fontes renováveis e limpas de energia elétrica, descentralizando a produção de
energia, produzindo eletricidade perto do local de consumo e permitindo aliviar as
26
linhas de transmissão e os sistemas de distribuição. O uso em grande escala de
sistemas distribuídos pode reduzir a demanda por investimentos em linhas de
transmissão e frear a construção de usinas baseadas em fontes convencionais de
energia. A Figura 3 ilustra um sistema de Geração Distribuída Fotovoltaica (GDFV)
conectada à rede de distribuição de energia elétrica.
Figura 3 - Sistema elétrico de potência com presença de geração distribuída. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
 
 
2.4.3 Tecnologias de geração distribuída
De acordo com a Resolução Normativa ANEEL nº 687/2015, que altera
Resolução ANEEL nº 482/2012 e os Módulos 1 e 3 dos Procedimentos de
Distribuição – PRODIST, a unidade consumidora pode gerar sua própria energia
elétrica a partir de fontes renováveis ou através de cogeração com alto rendimento
energético, podendo ter ou não excessivo de produção exportável. As tecnologias
previstas como fontes de energia para sistemas de micro e minigeração distribuída
27
são as fontes hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada.
 A energia solar fotovoltaica, considerada uma fonte alternativa e renovável,
será adotada como objeto de estudo e análise neste trabalho, considerando sua
conexão à rede de distribuição de energia elétrica. Os termos “energia alternativa” e
“energia renovável” são duas expressões por vezes adotadas como sinônimos,
porem, existe uma grande diferença em suas definições:
 Fontes renováveis de energia: são aquelas que empregam como energia-
primária elementos que podem ser recompostos pela natureza em um processo
interminável, ou em processos cujas reposições são realizadas em curto prazo.
Possuem as energias primárias baseadas na radiação solar incidente sobre a Terra,
sendo elas a energia hidráulica, eólica, solar, bioenergias, geotérmica, das ondas e
das marés.
 Fontes alternativas de energia: é toda e qualquer fonte energética que pode
ser adotada como uma substituta a uma fonte convencional. E, por isso, fontes
alternativas não são absolutamente renováveis.
 
2.4.4 Geração distribuída com sistemas fotovoltaicos
A energia solar fotovoltaica, fruto da conversão direta da radiação solar em
eletricidade, é a fonte de energia que tem recebido mais atenção pela comunidade
técnica nos últimos anos e tem sido apontada como umas das grandes
oportunidades para o setor energético. Além de poder constituir usinas de geração,
competindo com as tradicionais fontes de energia, os sistemas fotovoltaicos
conseguem adaptar-se facilmente à arquitetura e a qualquer tipo de espaço vago
onde haja incidência de luz, como paredes, fachadas e telhados de prédios e
residências, podem ser facilmente instalados nas cidades e nos grandes centros
urbanos, permitindo a produção local de energia elétrica limpa, sem a emissão de
gases poluentes, resíduos ou ruídos, contribuindo para o abastecimento de energia
dos centros consumidores e ao mesmo tempo proporcionando melhorias na
qualidade de vida nas grandes cidades.
2.4.5 Princípio de operação de sistemas de GDFV
O sistema de GDFV caracteriza-se como um gerador de eletricidade que
utiliza o sol como fonte primária de energia, operando junto com a rede elétrica de
distribuição de energia. Seu princípio de funcionamento baseia-se, primeiramente,
na geração de energia pelos módulos fotovoltaicos (Photovoltaic – PV), em corrente
28
contínua, e entrega esta produção ao inversor, que por sua vez, converte em CA e
cria uma diferença angular entre a tensão gerada e a tensão da rede, possibilitando
a criação de um fluxo de potência no sentido do ângulo maior para o menor, a fim de
realizar a injeção de potência gerada na rede.
Assim, dependendo da energia gerada pelo GDFV e da demanda ondulante
da edificação, a potência CA poderá resultar para a carga, para a rede ou para
ambas, conforme demonstrado na Figura 4.
 
Figura 4 - Fluxo de potência em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
 
Na configuração da Figura 4 não são necessárias baterias e controladores de
carga, visto que a rede elétrica de distribuição faz esse papel de fornecer energia à
carga quando a GDFV não for suficiente para tal, principalmente no período noturno.
Porém, quandohá falha no fornecimento ou desligamento para reparo na rede da
concessionária, o inversor deve ser capaz de detectar a inexistência do sinal de
tensão da rede e desconectar-se, mesmo que o sistema fotovoltaico seja capaz de
suprir a demanda de energia local, para garantir a segurança de funcionários
29
durante uma eventual manutenção na rede, ou mesmo para evitar a energização de
um circuito da rede isolado pelo sistema de proteção devido a uma condição
desapropriada, como também para preservar a integridade física do próprio inversor.
Porém, nos casos em que se deseje utilizar a potência produzida pela GDFV
durante períodos em que a rede elétrica de distribuição estiver fora de operação,
faz-se necessário a utilização de um segundo inversor, capaz de operar de maneira
isolada, ou a utilização de um inversor capaz de trabalhar com e sem a rede elétrica.
Contudo, as concessionárias requerem que a GDFV desconecte-se imediatamente
da rede sempre que ela falhe, independentemente se irá manter o consumo da
edificação ou não (MACÊDO, 2006).
2.4.6 Sistema de medição de energia elétrica
O sistema de medição em GD deve atender a especificações similares às
exigidas das demais unidades consumidoras, porém dotada adicionalmente de
funcionalidade que permita medição de consumo e de geração. Em relação às
instalações em baixa tensão, a medição bidirecional pode ser feita por meio de dois
medidores unidirecionais, sendo um para aferir o consumo e o outro a geração de
energia, ilustrado na Figura 5 (a), ou através de um único equipamento bidirecional
com capacidade de distinguir a energia elétrica consumida da energia elétrica
injetada na rede, ilustrado na Figura 5 (b). De forma geral, a Figura 5 ilustra duas
unidades de GD conectadas à rede, exemplificando as duas possibilidades previstas
de medição bidirecional. 
30
Figura 5 - Tipos de medição bidirecional prevista em sistemas de GDFV. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
Para unidades consumidoras conectadas em baixa tensão (grupo B), mesmo
que a energia inserida na rede seja superior ao consumo, ainda será faturado o
custo de disponibilidade do sistema – valor em reais equivalente a 30kWh
(monofásico), 50kWh (bifásico) ou 100kWh (trifásico). Em situação análoga, para os
consumidores conectados em média tensão (grupo A), a parcela de energia da
conta poderá ser zerada, porém a fatura correspondente à demanda contratada
ainda continuará a ser faturada. 
2.4.7 Sistema de compensação de energia elétrica
O Sistema de Compensação de Energia Elétrica, também conhecido pelo
termo em inglês net-metering, é um procedimento no qual a energia ativa excedente,
produzida pelo sistema de GD, será inserida no sistema de distribuição da
concessionária local, a título de empréstimo gratuito, passando a unidade
consumidora a acumular créditos em quantidade de energia ativa, a ser consumida
em um prazo de 60 (sessenta) meses. Os créditos poderão ser utilizados para
31
abater o consumo de energia elétrica da unidade onde a energia foi gerada ou em
outra unidade consumidora de titularidade diferente, sendo este último somente para
os casos previstos na resolução 687/2015 da ANEEL (AGÊNCIA NACIONAL DE
ENEGIA ELÉTRICA - ANEEL, 2015a): 
Empreendimento com múltiplas unidades consumidoras: unidades
consumidoras localizadas em uma similar propriedade ou em propriedades
contíguas (condomínios), com porcentagens de compensação definidas pelos
próprios consumidores;
Sistema geração compartilhada: caracterizada pela reunião de
consumidores, dentro da mesma área de concessão ou permissão, por meio
de consórcio ou cooperativa, composta por pessoa física ou jurídica; e
Autoconsumo remoto: para unidades consumidoras que ambas estejam
sob o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa
Jurídica (CNPJ), com sistema de geração distribuída em local diferente das
unidades consumidoras nas quais a energia excedente será satisfeita.
Nas situações em que existam postos tarifários (ponta e fora ponta), a
compensação deve se dar primeiramente no posto tarifário em que ocorreu a
geração e, posteriormente, nos demais postos tarifários, dentro do mesmo ciclo de
faturamento, após a aplicação de um fator de ajuste (ANEEL, 2015a). Na sua
operação o consumo interno é adotado e apenas o saldo de energia é transferido à
rede. Assim a rede de distribuição se comporta de forma análoga a um armazenador
de energia em momentos em que a demanda da unidade consumidora é menor do
que a produção, e de retaguarda do mesmo em momentos nos quais a produção é
menor do que o consumo. Para adoção do sistema de compensação de energia, as
unidades consumidoras deverão instalar medidores eletrônicos bidirecionais,
conforme abordado no item anterior. No caso da microgeração distribuída, o medidor
deve, no mínimo, diferenciar a energia elétrica ativa consumida da energia elétrica
ativa injetada na rede. No caso da minigeração distribuída, deverá ser instalado um
medidor de quatro quadrantes que, além dos recursos exigidos para o medidor
utilizado na microgeração, deverá proporcionar o faturamento de excessivo de
reativos. De acordo com (SEL, 2008) a medição em quatro quadrantes de um
medidor bidirecional pode ser representada conforme ilustra a Figura 6.
32
Figura 6 - Características operacionais do medidor bidirecional em quatro quadrantes. 
Fonte: (SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES - SEL, 2008).
 
2.5 GDFV INTEGRADA À EDIFICAÇÃO
A evolução das tecnologias fotovoltaicas pode ser analisada do ponto de vista
do desempenho energético, que vem melhorando com o passar dos anos, mas
também considerando o preparo da tecnologia fotovoltaica para a integração na
involucra de edificações. A tecnologia de geração de energia com sistema
fotovoltaico pode ser instalada, em princípio, em qualquer local com incidência solar,
seja sobre o solo ou sobre uma edificação, com a preocupação de que receba ampla
quantidade de irradiação. As instalações em edificações vêm ganhando espaço no
mercado e são apontadas como o futuro da tecnologia, já que as instalações
integradas à edificação não utilizam áreas livres, mas sim áreas já em uso. As
gerações fotovoltaicas integradas às edificações são chamadas de BIPV (Building
Integrated Photovoltaics), ilustrada na Figura 7 (a), que são integrações elaboradas
durante a fase de projeto da edificação, e considerando os módulos como parte da
33
involucra da edificação, ou seja, como material do próprio revestimento e não como
uma alteração posterior com adição de elementos a um edifício já construído. 
As instalações posteriores são classificadas como gerações fotovoltaicas
adaptadas às edificações, exemplificada na Figura 7 (b), conhecida também como
BAPV (Building Applied Photovoltaics). Muitas das integrações atuais ainda
consideram os módulos apenas como equipamento para geração de energia, sem
preocupação com a composição da edificação, o que tem resultado em integrações
não suficientes.
Figura 7 - Geração fotovoltaica (a) integrada à edificação e (b) adaptada à edificação. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
Para locais que ainda não possuem incentivos fiscais, os BIPV podem auxiliar
na dispersão da tecnologia, já que podem diminuir o custo da construção e reduzir
os gastos com energia durante o uso da edificação. Assim, os módulos são
utilizados com dois fins, de geração energética e de vedação, e têm seu período de
retorno (pay-back) diminuído. Os módulos, quando instalados nas fachadas, podem
substituir outros materiais mais caros, além de proporcionar uma percepção visual
de modernidade (SANTOS, 2013).
2.6 ARRANJOS FOTOVOLTAICOS APLICADOS À GDFV
Arranjo fotovoltaico é um conjunto de módulos fotovoltaicos conectados
eletricamente em si, e que funcionam como um único gerador de energia elétrica. Os
34
módulos podem ser interligados em ligações série e/ou paralelo, dependendo da
corrente e tensãodesejada, para formar arranjos fotovoltaicos de potência mais
elevada.
Associação série de módulos fotovoltaicos
 
Como característica de uma associação série, tem-se que a corrente que
circula por um módulo é a mesma que circula pelos demais módulos associados, e a
tensão nas extremidades da associação é dada pela soma das tensões de cada
módulo fotovoltaico. A ligação em série é realizada quando se pretende subir a
potência de geração e conservar a magnitude da corrente. A Figura 8 representa
esquematicamente a associação em série de n módulos fotovoltaicos.
Figura 8 - Representação esquemática da associação em série de módulos fotovoltaicos. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016) 
Associação paralela de módulos fotovoltaicos
A ligação em paralelo entre módulos fotovoltaicos é realizada quando se
pretende elevar a potência elétrica de geração e manter o nível de tensão fixo.
Nessa configuração é importante realizar a avaliação das quedas de tensão do
circuito em virtude do acréscimo substancial da corrente. A Figura 9 representa
esquematicamente a associação em paralelo de n módulos fotovoltaicos.
35
Figura 9 - Associação paralela de módulos fotovoltaicos. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016) 
Associação série-paralela de módulos fotovoltaico
Quando se trabalha com sistemas fotovoltaicos de potências elevadas, faz-se
necessário associar módulos em série e em paralelo a fim de se conseguir valores
de tensão e corrente adequados para a aplicação que se deseja. A Figura 10
representa esquematicamente a associação em série-paralelo de n módulos
fotovoltaicos.
36
Figura 10 - Associação série-paralela de módulos fotovoltaicos. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016) 
Porém, nas primeiras aplicações de conversores para aproveitamento de
energia dos módulos fotovoltaicos era comum a utilização de grandes associações
série e paralelo (multi strings), concentrados em um único conversor, como mostra a
Figura 11, o qual apresentava grande incapacidade devido aos diodos série que
precisavam ser inseridos em cada ramo paralelo da associação, para que não
houvesse fluxo de energia entre os módulos, e também em virtude da péssima
distribuição de potência entre os mesmos. Além disso, como nesta topologia o
algoritmo de MPPT (Maximum Power Point Tracking) é único para todo o conjunto
de módulos fotovoltaicos, cada ramo pode vir a não operar no ponto de máxima
potência, representando perdas de energia (BRITO, 2013).
37
Figura 11 - Arranjo de inversor centralizado para aplicação com múltiplos módulos. 
Fonte: Adaptado de (BRITO, 2013).
Buscando um melhor aproveitamento da energia captada pelos módulos
fotovoltaicos, percebeu-se que a topologia com conjuntos série de painéis, também
chamada de strings, permite o aumento da eficiência e o melhor aproveitamento da
energia, trabalhando mais próximo do ponto ótimo dos painéis sem a falta de
utilização dos diodos série. O algoritmo de MPPT é dedicado ao ramo, aumentando
assim a eficiência global, conforme ilustra a Figura 12 (a). Esta topologia pode ser
otimizada com a associação de poucos painéis em série, aumentando a chance de
aplicação de radiação solar uniforme entre todos os módulos, minimizando prováveis
problemas de ensombramento e maximizando a extração de energia do sistema
fotovoltaico. Se a associação série não suprir a tensão necessária para a aplicação,
um estágio elevador deve ser inserido antes do estágio inversor. 
Outra excelente opção está no uso de inversores com múltiplos ramos, Figura
12 (b), onde cada ramo tem seu conversor CC-CC dedicado com seu próprio
algoritmo de MPPT. A saída destes conversores é conectada a um inversor único. O
incremento na potência de geração pode ser realizado com a inserção de strings nas
38
entradas dos conversores CC-CC da plataforma já existente (BRITO, 2013).
Figura 12 - Principais topologias de arranjos fotovoltaicos. 
Fonte: Adaptado de (BRITO, 2013).
 
O desenvolvimento dos microinversores, que consistem em um conversor de
pequena potência com a integração de estágios, permitindo a subida da tensão e a
conversão para CA em uma única estrutura de potência, buscando aumento de
eficiência e redução de gastos.
Com a integração de estágios e a integração com o painel fotovoltaico, tem-se
o chamado módulo CA, onde as placas podem ser diretamente conectadas à rede,
como mostra a Figura 12 (c). Nesta visão, eliminam-se as perdas por falta de
compatibilidade entre os módulos e permite o ajuste ótimo entre o painel e o
inversor. Contudo, o grande desafio é contemplar novos conversores que sejam
capazes de amplificar a pequena tensão disponível com potências elevadas e alta
eficiência (BRITO, 2013).
39
2.7 CATEGORIAS DE GDFV
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede podem ser centralizados,
constituindo usinas de geração de energia elétrica, ou micro e minissistemas
descentralizados de GD instalados em qualquer tipo de consumidor. Estes sistemas
atuam como fonte complementar ao sistema elétrico ao qual estão conectados e sua
classificação está em função da capacidade de produção de energia, segundo as
definições utilizadas por (ANEEL, 2015a):
Usinas de geração: potência acima de 5MW;
Minigeração: Potência instalada acima de 75kW até 5MW;
Microgeração: Potência instalada até 75kW.
2.7.1 Usina de geração fotovoltaica
As usinas fotovoltaicas conectadas à rede caracterizam-se pela geração de
energia de forma centralizada, com potência acima de 5MW, normalmente
instaladas fora dos grandes centros de consumo tendo em vista a necessidade de
ocupação de extensas áreas, necessitando de conexão ao sistema de transmissão
ou distribuição de energia elétrica.
Ao contrário da integração urbana dos geradores fotovoltaicos em
edificações, onde o preço da geração solar deve ser emparelhado com a tarifa que o
consumidor final paga para a sua distribuidora, uma usina solar fotovoltaica
centralizada tem que competir com o preço de geração centralizada das fontes
convencionais de produção de eletricidade no Brasil, onde os custos por kW gerado
são muito menores quando comparado com geração através de sistemas
fotovoltaicos. O Brasil apresenta um dos maiores potenciais para a aplicação da
tecnologia solar do planeta. Seja na forma de telhados solares fotovoltaicos
dispersos, ou em usinas solares fotovoltaicas centralizadas, a geração de
eletricidade solar deve passar a compor a matriz elétrica brasileira nos próximos
anos de forma cada vez mais significativa(Fortes,2016)
 A matriz elétrica brasileira é dominantemente de base hídrica e existe grande
complementaridade entre a disponibilidade de sol para a geração fotovoltaica e água
para a geração hidrelétrica. 
Neste sentido, a geração solar fotovoltaica pode ser considerada também
como uma medida de preservação de energia, uma vez que os geradores solares
espalhados pelos telhados de todo o país podem contribuir para economizar água
nas barragens das usinas hidrelétricas, aumentando o vigor e confiabilidade do
sistema elétrico nacional. A Figura 13 ilustra a topologia básica de uma usina
fotovoltaica.
40
Figura 13 - Usina de geração fotovoltaica conectada ao sistema elétrico. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
 
2.7.2 Sistemas de minigeração fotovoltaica
Os sistemas de minigeração fotovoltaica são aqueles normalmente instalados
em consumidores comerciais e industriais, com potência instalada superior a 75kW e
menor ou igual a 5 MW, limitada à carga instalada da unidade consumidora, no caso
de unidade consumidora do grupo B, ou limitada à demanda contratada, no caso de
unidade consumidora do grupo A, com possibilidade de aumento de potência.
Como a tensão de saída dos inversores de minigeração possui valor
convenientemente elevado, faz-se necessária a utilização de um transformador de
acoplamento para reduzir o nível de tensão ao valor compatível de alimentação das
cargas da unidade consumidora,bem como possibilitar o acoplamento com a rede
de distribuição. 
O princípio de funcionamento é basicamente o mesmo para os sistemas de
microgeração e minigeração fotovoltaica. No período diurno a potência gerada
41
atende a unidade consumidora local e um circunstancial excedente de geração é
injetado na rede de distribuição, cedido à distribuidora local a título de empréstimo
gratuito. No período noturno, os créditos excedentes gerados durante o dia retornam
para a alimentação da unidade consumidora cujo os créditos foram gerados ou de
outra unidade consumidora de titularidade diferente, desde que previstos no
princípio de contrapartida de energia elétrica.
A Figura 14 ilustra a conexão de um sistema de minigeração fotovoltaica à
rede de média tensão, com subestação própria, utilizando transformador de
acoplamento conectado em triângulo no lado da concessionária e em estrela
aterrado no lado da geração, isolando assim os sistemas da propagação de
sequência zero, bem como simplificando a injeção de corrente contínua
eventualmente gerada pelos inversores na rede de distribuição de energia elétrica.
Figura 14 - Sistema de minigeração fotovoltaica conectada à rede de MT. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
42
2.7.3 Sistemas de microgeração fotovoltaica
Os sistemas de microgeração fotovoltaica são pequenos sistemas, com
potência até 75kW, instalados em locais de menor consumo de eletricidade. Nesta
categoria inserem, normalmente, os sistemas fotovoltaicos instalados nos telhados
de residências, que podem suprir totalmente o consumo de eletricidade e tornar a
residência autossuficiente em energia elétrica. A Figura 15 ilustra um sistema de
microgeração distribuída.
Figura 15 - Sistema de microgeração fotovoltaica conectada à rede em BT. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
 
2.8 IMPACTOS DA GDFV NO SISTEMA ELÉTRICO
A conexão de GDFV no sistema de distribuição, quando bem planejada, pode
trazer benefícios tanto para as concessionárias de energia como para o consumidor.
Porém, pode apresentar, também, impactos significantes no fluxo de potência, no
perfil de tensão e, portanto, na qualidade da energia fornecida pelo sistema elétrico
no qual está conectado.
43
2.8.1 Fluxo de potência reverso
No sistema de geração centralizada convencional, o fluxo de potência é
proveniente dos mais altos níveis de tensão para os mais baixos, com o fluxo da
rede em sentido unidirecional, fazendo com que as unidades consumidoras tenham
comportamento estritamente passivo. Com a introdução da GDFV no sistema de
distribuição, verifica-se uma mudança no sentido do fluxo, principalmente nas
situações onde a geração é maior que o consumo. Portanto, as unidades
consumidoras passam a se comportar de forma ativa, utilizando a rede de
distribuição em ambos os sentidos durante o período do dia. Por outro lado, no
período noturno, os geradores fotovoltaicos deixam de fornecer energia e as
unidades consumidoras com sistema de GDFV voltam a se comportar de forma
passiva. Essa mudança no fluxo de potência é um fator de extrema importância por
parte dos órgãos de regulamentação e das empresas de distribuição, e pode ser
considerada a temática de maior relevância quanto a impactos da conexão de GD,
uma vez que, ao surgir um fluxo em outra direção e sentido, pode afetar diretamente
a operação da rede existente por não considerar o fluxo reverso no seu ajuste
original de proteção (SHAYANI, 2010).
A inversão do fluxo de potência pode ser exemplificada considerando as
curvas de carga típicas de unidades consumidoras residenciais e comerciais com
GDFV, e a irradiação solar no local em estudo (Figura 16). Neste exemplo, a
demanda máxima, tanto comercial quanto residencial, vale 1 (pu). A irradiação solar,
também nessa mesma escala, apresenta potência máxima equivalente a 1 (pu). A
utilização da GDFV faz com que, durante determinado horário do dia, a potência das
cargas seja negativa, indicando que o excedente de potência produzido pela GDFV
é inserido na rede de distribuição, fluindo em sentido reverso.
44
Figura 16 - Valores típicos de demandas residenciais, comerciais para GDFV. 
Fonte: adaptado de (SHAYANI, 2010).
A instalação de GDFV permite o alívio de alimentadores de distribuição, reduz
as perdas de distribuição e pode aliviar a demanda de certas instalações nos
momentos de pico de consumo de energia, onde o custo da energia é alto. Porém,
especificamente em GDFV residenciais, onde o período de pico da geração
fotovoltaica raramente coincide com o pico de consumo da residência, pode ocorrer
que a produção seja muito maior que o consumo nesse período. Esse aspecto pode
se tornar um problema em alimentadores que possuam muitas unidades de GDFV
com excedente de produção, causando elevações de tensão que podem superar os
limites plausíveis, tal como os estabelecidos pela resolução Nº 505/2001 da ANEEL,
causando a desconexão dos inversores por proteção de sobretensão ou
sobrefrequência. Na Figura 17 é possível analisar as demandas residenciais e
comerciais negativas, quando a GDFV é utilizada injetando potência na rede de
distribuição. 
45
Figura 17 - Demandas residenciais e comerciais para GDFV com excedente de produção. 
Fonte: adaptado de (SHAYANI, 2010).
 
2.8.2 Regulação de tensão
A regulação de tensão é uma característica intrínseca da rede elétrica. Em um
sistema de geração centralizada, geralmente a tensão é mais alta próximo ao
gerador e mais baixa perto da carga, com a respectiva queda de tensão nas redes
de transmissão e distribuição, conforme ilustra a Figura 18.
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Figura 18 - Queda de tensão em um sistema de distribuição convencional. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
Técnicas para melhorar a regulação incluem mudança na relação de
transformação de transformadores e chaveamento de bancos de capacitores,
visando garantir que a tensão fique dentro de uma faixa apropriada de valores. Com
a presença de sistemas de GDFV, parte da potência requerida pela carga é tirada
localmente. Assim, a corrente que flui pela rede de distribuição é reduzida,
diminuindo a queda de tensão. Logo, os sistemas fotovoltaicos podem atuar como
reguladores de tensão para compensar quedas de tensão em situações de carga
considerada.
Outra análise pode ser realizada considerando um ramal de distribuição com
forte presença de GDFV. No período do dia com máxima radiação solar acontece
também o pico de produção fotovoltaica em todos os sistemas ao mesmo tempo, ao
contrário do que ocorre com o consumo de energia. Nestas condições, como a
produção é maior que o consumo, o fluxo de potência estaria em sentido reverso, de
acordo com Matos (2013), nota- se a elevação no perfil da tensão no PAC, conforme
ilustra a Figura 19, porém sem transgredir os limites normatizados devido os
inversores contarem com proteção de sobretensão da rede, desconectando-se caso
os limites sejam violados. Assim, a energia produzida em excesso pelos sistemas de
GDFV pode ser direcionada para outros alimentadores vizinhos, considerando que o
fluxo de potência bidirecional esteja previsto na rede, evitando o comprometimento
da segurança e a estabilidade do sistema elétrico.
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Figura 19 - Elevação da tensão em um sistema de distribuição com GDFV. 
Fonte: Adaptado (FORTES,2016)
Por outro lado, caso a GDFV supra uma parcela aceitável da carga do
alimentador de distribuição, sua desconexão súbita faz com que a corrente
necessária para continuar suprindo o sistema seja completamente fornecida pela
geração central, o que aumenta instantaneamente a queda de tensão no ramal.
Considerando que os equipamentos de regulação de tensão usados pela
concessionária, tais como mudança de relação de transformação de
transformadores sob
carga e chaveamento de bancos de capacitores, tenham sido ajustados com
base na presença da GDFV como dispositivo regulador de tensão, pode levar alguns
minutos, na melhor