Trabalho de Conclusão de Curso ENERGIA SOLAR AQUECEDORES E PAINÉIS FOTOVOLTAICOS Alanna Balieiro Hildeana Sales Juliana Porfírio dez 2014

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CENTRO PAULA SOUZA
ETEC - JOSÉ MARTIMIANO DA SILVA
Curso Técnico em Edificações
ENERGIA SOLAR NA CONSTRUÇÃO CIVIL
AQUECEDORES E PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
Alanna Balieiro Nunes
Hildeana Sales Barbosa
Juliana Caroline Serra Porfírio
RIBEIRÃO PRETO
Dezembro, 2014
CENTRO PAULA SOUZA
ETEC - JOSÉ MARTIMIANO DA SILVA
Curso Técnico em Edificações
ENERGIA SOLAR NA CONSTRUÇÃO CIVIL
AQUECEDORES E PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
							Apresentação de Conclusão do Trabalho 							DTCC como requisito básico para formação 							do Curso Técnico em Edificações.
							Orientador (a): Prof.ªArq.ªDenise Cristina 							Rosário Vieira
RIBEIRÃO PRETO
Dezembro, 2014
DEDICATÓRIA
Aos nossos pais, famílias, colegas de sala e a todos os professores do curso Técnico em Edificações, que muito contribuíram para chegarmos a esta etapa.
"Se homens e edifícios desejam manter uma relação sustentável com os ciclos naturais, eles deverão aprender que todos os sistemas naturais são subsistemas de nosso ecossistema, que é um minúsculo subsistema de nosso sistema solar, e que o sol é a energia central e única geradora para bilhões e bilhões de sistemas."
(SOFIA & STEFAN BEALING apud ADAM, p. 73, 2001).
RESUMO
Dentro da área da construção civil o termo mais usado na última década é sustentabilidade, influenciadopelas mudanças climáticas que vemos todos os dias. Tentando trazer essa ideia para a realidade, desenvolveu-se um trabalho que enfatiza a necessidade do uso de energias renováveis, apresentando dados, normas e informações sobre o uso e aplicação da energia solar, como forma de suprir a necessidade humana de energia elétrica, esta que aumenta todos os anos.
Partindo da ideia de que o Sol é a principal fonte de energia e que o Brasil possui um grande potencial para geração deste tipo de energia em todo o seu território, a aplicação de placas fotovoltaicas para mini e micro geração de energia elétrica conectada a rede e aquecedores solares para água em residências, são formas de evitar a exploração de fontes de energia não renováveis e a adição de poluentes na atmosfera, fazendo com que o tão temido Efeito Estufa não se agrave.Graças aos avanços tecnológicos, incentivos públicos e agora com a criação da Resolução Normativa n°482/2012 pela Aneel, onde é previsto o sistema de compensação de energia elétrica entre a energia gerada e a consumida pela rede da concessionária, talvez lidar com esse tipo de aplicação em residências torne-se comum na rotina da profissão.O resultado final desse trabalho é um estudo sobre a geração de energia no Brasil, os tipos de geração de energia e um estudo mais detalhado sobre os materiais usados na aplicação de placas fotovoltaicas e de aquecedor solar, considerando a inclinação do telhado, a direção do sol, tendo como base as normas e o gasto médio de energia de uma residência.
Palavras chaves: Energia Solar, Painéis Fotovoltaicos, Aquecedor Solar.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Capacidade Instalada De Geração Elétrica No Brasil (MW)			12
Figura 2: Esquema de um gerador e turbina de uma hidrelétrica				14
Figura 3: Exemplo do funcionamento de uma Usina Nuclea				16
Figura 4: Usina de Biomassa										17
Figura 5: Turbina Eólica											18
Figura 6: Gerador de Energia das Marés do Ceará						19
Figura 7: Exigências equivalentes do usuário							21
Figura 8: Projeto Casa Eficiente										22
Figura 9: Antigo selo Procel Edifica 									25
Figura 10: Novo modelo do selo PBE Edifica 							25
Figura 11: Selos CASA AZUL da Caixa Econômica Federal 				27
Figura 12: Critério para solicitação do Selo CASA AZUL					27
Figura 13: Certificação LEED										28
Figura 14: Passos para Certificação LEED								29
Figura 15: Atlas Solarimétrico Brasileiro, média anual						32
Figura 16: Núcleo Solar											33
Figura 17: Radiação direta e radiação difusa							33
Figura 18: Heliógrafo												34
Figura 19: Piranômetro de Segunda Classe (radiação global)				34
Figura 20: Pireliômetro de Cavidade Absoluta (radiação direta)				35
Figura 21: Pireliômetros de Incidência Normal (radiação direta)				35
Figura 22: Medidor digital de radiação solar							35
Figura 23: Ângulo Zenital											36
Figura 24: Ângulo Azimutal										37
Figura 25: Movimentação do planeta Terra								38
Figura 26: Declinação solar										38
Figura 27: Altura solar e as estações do ano							39
Figura 28: Ângulo ideal de algumas cidades para aplicação dos painéis		40
Figura 29: Produção Mundial de células fotovoltaicas						42
Figura 30: Países com instalações fotovoltaicas							42
Figura 31: Estrutura física simplificada de uma célula fotovoltaica			44
Figura 32: Efeito fotovoltaico										45
Figura 33: Célula, módulo e painel fotovoltaico							45
Figura 34: Silício metalúrgico puro									46
Figura 35: Lingote de silício										47
Figura 36: Célula de Silício Monocristalino								47
Figura 37: Lingote quadrado e célula de Silício Policristalino				48
Figura 38: Filmes Finos de Silício Amorfo								49
Figura 39: Sistema fotovoltaico autônomo								50
Figura 40: Sistema de compensação de energia						51
Figura 41: Esquema de sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica		52
Figura 42: Relógio Bidirecional										54
Figura 43: Procedimentos e etapas para o acesso à rede elétrica			56
Figura 44: Estrutura do coletor solar									60
Figura 45: Cálculo de coletores										61
Figura 46: Cálculo de volume de água								62
Figura 47: Sistema térmico de Termossifão							63
Figura 48: Sistema de circulação forçada								64
Figura 49: Estrutura do coletor solar plano								65
Figura 50: Coletores concentrados									66
Figura 51: Coletor concentrado parabólico								67
Figura 52: Classificação do coletor solar conforme o volume de água			68
Figura 53: Esquema de instalação de aquecedor no telhado				69
Figura 54: Exemplo de suporte para lajes								70
Figura 55: Esquema do sistema elétrico do aquecedor					71
Figura 56: Fonte dos principais problemas com coletores solares			72
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ETEC - Escola Técnica Estadual
Aneel - Agência Nacional de Energia Elétrica
LEED - Liderança em Energia e Design Ambiental
GBC - Green BuildingCouncil
Procel - Programa Nacional de Eficiência Energética
PEE-Programa de Eficiência Energética
EPE - Empresa de Pesquisa Energética
W - Watts
KWh - Quilowattshora
Mw - Megawatts
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ISO - InternationalOrganization for Standardization / Organização Internacional de Padronização
PCH-Pequena Central Hidrelétrica
CGH-Central Geradora Hidrelétrica
PTI-Parque Tecnológico de Itaipu
INTRODUÇÃO
O Brasil é um país muito rico em fontes de energias renováveis e de acordo com a pesquisa feita no ano de 2009 pelo EPE (Empresa de Pesquisa Energética), o Brasil só utiliza 10% de energia limpa.
A Energia Solar é considerada uma das energias mais limpas, isto é, que não agride o meio ambiente, não gera resíduo, nem poluição. Ela se dá pela captação dos raios solares por painéis, onde são transformados em calor ou eletricidade por tecnologias diferentes e é muito usada em outros países, mas pouco aplicada no Brasil, mesmo este possuindo um grande potencial para a geração desse tipo de energia.
O benefício de ter a energia solar não contribui somente para o meio ambiente como também contribui com o capital gasto pelos cidadãos. Com a descoberta de novas tecnologias baratas, diminui-se o valor dos sistemas geradores. Em 1984 gastava-se 10 dólares (aproximadamente R$21,00) para gerar 1 watt de potência elétrica através da energia solar e hoje se gasta em média 3 dólares (aproximadamente R$6,25) considerando que 25% a 35% do que é cobrado na conta de energia trata-se somente do gasto com o chuveiro elétrico.Para incentivar o uso sustentável na construção civil foram criados selos e certificados por organizações internacionais e nacionais, como o LEED, Procel Edifica e o selo da Casa Azul da Caixa Econômica Federal. Junto a isso, a Aneel instituiu a Resolução Normativa n°482/2012 que prevê a compensação de energia elétrica entre a energia gerada e a consumida pela rede da concessionária.
Todas essas mudanças impulsionaram este trabalho que tem por objetivo geral compreender e informar como se dá o uso da energia solar e suas aplicações nas residências com todos os seus benefícios. Para isso pesquisamos sobre diferentes fontes de energia utilizadas no Brasil e entre elas as fontes renováveis, ressaltando a Energia Solar. Pesquisamos também a sustentabilidade nas edificações e quais objetivos estas devem atingir para adquirir os selos verdes. Aprofundamos o estudo nas formas de captação da energia solar, como os aquecedores e os painéis fotovoltaicos e as especificações para suas aplicações. Como fonte de pesquisa usamos livros específicos, artigos científicos, trabalhos de monografia, dados de pesquisas sobre as fontes de energia da EPE, da Aneel e de organizações de políticas sustentáveis, além de sites de empresas especializadas na aplicação dos painéis.
FONTES DE ENERGIA
Os recursos energéticos evoluíram após o surgimento do fogo e até hoje são essenciais para a sobrevivência, em um mundo onde o consumo de energia só aumenta e para suprir suas necessidades, o homembusca várias fontes como os combustíveis fósseis, nuclear, usinas hidroelétricas, termoelétricas, etc.
Visando cuidar do meio ambiente, surgem algumas formas de energia que usam recursos naturais, mas se renovam naturalmente com o passar do tempo sem causar tanta degradação. Estas são chamadas de ENERGIAS RENOVÁVEIS, que se pode exemplificar com a energia eólica, a de biomassa, e a solar. A procura por esse tipo de geração de energia está crescendo cada vez mais pela sociedade.
A energia elétrica é provida de várias formas no Brasil. Cerca 90% da nossa energia é gerada através de hidroelétricas e termoelétricas segundo o Balanço Energético Nacional de 2013, apresentado na Figura 1, feito pela EPE (Empresa de Pesquisa Energética). No entanto existem também outras formas de geração de energia aqui no Brasil, como as usinas nucleares e as fontes alternativas que são a eólica e solar.
A energia solar é uma excelente fonte de energia, mas pouco aproveitada. Existem duas maneiras principais de captar esse tipo de energia proveniente do sol: com os coletores solares e os painéis fotovoltaicos. Os coletores utilizam o calor para o aquecimento da água e os painéis fotovoltaicos transformam a luz em energia elétrica. Este assunto será abordado ao longo dos capítulos.
Figura 1: Capacidade instalada de geração elétrica no Brasil (MW)
FONTE: EPE (Empresa de Pesquisa Energetica, 2013)
O consumo de energia pelo brasileiro aumenta a cada ano que passa e essa situação vem preocupando a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica). No ano de 2010 foi realizado um acompanhamento sistemático do consumo de energia no país, onde se constatou um aumento de 4,2%. As regiões que tiveram os maiores índices foram no Norte e no Nordeste do país, com um crescimento de 13,9% de consumidores, enquanto nos outros estados tiveram um aumento de 7,5%. O aumento de energia nestas duas regiões está relacionado aos programas sociais do governo, como por exemplo, o Programa de Inclusão Social Luz para Todos. Entretanto, as famílias brasileiras estão consumindo mais energia em todas as regiões, principalmente através do uso dos aparelhos elétricos e eletrônicos. Uma família composta por 04 pessoas tem o consumo mensal de 160 KW/h. Sendo que o mesmo corresponde ao uso de uma geladeira pequena com aproximadamente 250 litros, uma televisão de 20 polegadas e cinco lâmpadas de 40 W, ambas ligadas por 04 horas diárias, uma máquina de lavar roupas de 500 W, utilizada apenas 12 dias por 01 hora e de um chuveiro elétrico de 3.500 W com banhos diários de 10 minutos.
Tipos de Fontes de Energia
Energia Hidrelétrica
A energia hidrelétrica também conhecida como energia hidráulica, foi uma das primeiras formas de substituição do uso do trabalho animal pelo trabalho mecânico, principalmente para o bombeamento de água e moagem de grãos. Atualmente a energia hidráulica é responsável por aproximadamente 18% da produção de energia elétrica no mundo, o Brasil está entre os 04 países que possuem maior potencial hidráulico tendo a segunda maior hidrelétrica do mundo localizada em Itaipu no estado do Paraná. São 158 usinas em funcionamento no país, 09 estão em construção e 26 já tem permissão para serem instaladas. Sendo que 70% da energia elétrica produzida vêm desse tipo de geração.
São classificadas de acordo com seu potencial de geração de energia em dois tipos principais. As PCH's são centrais de hidrelétricas menores que produzem de 01 a 30 MW e possuem um reservatório de área inferior a 3 Km² segundo resolução Nº 394/98 da ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica). As GCH's são hidrelétricas que produzem acima de 30MW que são centrais maiores.
A maior hidrelétrica do mundo fica localizada na China, construída no rio YANG-TSÉ conhecida como Três Gargantas, sua capacidade é de 22.500 MW. Essa fonte de energia resulta da irradiação solar e da energia potencial gravitacional, provocando a evaporação, condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre.
O sistema transforma a energia das correntezas dos rios em energia cinética que movimenta uma turbina e esta movimentará um gerador, fornecendo assim energia elétrica. A construção é sempre em locais que possam ser aproveitados os desníveis naturais do curso dos rios e precisa ter uma vazão mínima para garantir a melhor produção de energia. Seus principais componentes são as barreiras ou represas onde fica armazenada a água que gerará energia. Na maioria das vezes esta área é aproveitada como lazer para a população, porém é o maior impacto ambiental das usinas. O canal por onde a água passa, assim que a porta ou comporta de controle se abre, envia água para o duto levando-a para as turbinas exemplificadas na Figura 2.Estas que geralmente são compostas por várias lâminas curvas e que ao serem atingidas pela água giram em torno de um eixo podendo fazer 90 rotações por minuto.
Os geradores possuem uma série de imãs que produzem corrente elétricas, já o transformador ou elevador, aumenta a tensão da corrente elétrica até um nível adequado á sua condução até os centros de consumo. O fluxo de saída ou tubo de sucção conduz a água da turbina ate à seção do rio e as linhas de transmissão, que são responsáveis por distribuírem a energia gerada.
Figura 2: Esquema de um gerador e turbina de uma hidrelétrica.
FONTE: INFOESCOLA, 2014.
Energia Nuclear
A energia nuclear conhecida também como energia termonuclear é proveniente da divisão dos átomos de um determinado elemento químico, que ao serem divididos liberam uma grande quantidade de energia. Para a energia elétrica, os melhores átomos são dos elementos de Urânio e Plutônio, sendo que o Urânio é o mais utilizado. Usada também para a fabricação de bombas nucleares, tem um poder de devastação enorme capaz de provocar morte de milhares de pessoas e do meio ambiente. No Brasil temos três usinas termonucleares em funcionamento, localizadas nas cidades de Angra dos Reis e Rio de Janeiro, sendo: Angra I, Angra II e Angra III.
O aproveitamento dessa fonte pode ser feito de duas formas. Através da fissão nuclear, onde o núcleo do átomo se divide em duas ou mais partículas, ou através da fusão nuclear, que ocorre a união de dois núcleos para produção de um novo elemento (ELETROBRÁS – ELETRONUCLEAR, 2014).
O funcionamento de uma usina nuclear comum se dá através da fissão do Urânio dentro de varetas do elemento combustível, aquecendo a água que passa pelo reator a uma temperatura de 320°C, evitandoentrar em ebulição. A água é mantida em uma pressão de 157 vezes maior que a pressão da atmosférica. O gerador de vapor troca de calor entre a primeira água do circuito e a segunda, que são totalmente independentes. Com essa troca, a água do segundo circuito, se transforma em vapor movimentando a turbina a uma velocidade de 1.800 rpm (rotação por minuto), acionando o gerador elétrico. Depois de mover a turbina, o vapor passa por um condensador, onde a água do mar que é trazida por um terceiro circuito independente o resfria. Esses três circuitos impedem o contato da água que passa pelo reator com as demais. A seguir a Figura 3 exemplifica o funcionamento de uma usina nuclear.
Figura 3: Exemplo do funcionamento de uma Usina Nuclear.
FONTE: Eletronuclear, 2014.
Energia de Biomassa
A energia de biomassa é a energia gerada através da queima de compostos orgânicos, vegetal, ou animal. No Brasil cerca de 30% da energia consumida é suprida pela queima de materiais, auxiliando nos desastres causados pelo desmatamento de recursos naturais. Os combustíveis fósseis como carvão mineral e óleo são uma fonte de energia gerada pela queima mais comumente chamado de energia termoelétrica, mas não são renováveis. Após a queima são liberados na natureza causando impactos ambientais. A biomassa é renovável e composta pela decomposição em curto prazo de materiais orgânicos que é a queima direta ou através da produção de biocombustíveis. A cana-de-açúcar é um exemplo de fonte de combustível no Brasil, onde a queima do bagaço é aproveitado para gerar energia elétrica com o calor. Os combustíveis como o etanol e o biodiesel que se originam da cana-de-açúcar são usados como fonte de energia para o transporte.
O gás carbono que é emitido na queima direta dos materiais orgânicos é capturado na atmosfera através do plantio de árvores na realização da fotossíntese dentro de um ciclo fechado de queima e replantio.
Existe também o biogás que contribui na redução dos gases que causam o efeito estufa e reduz a contaminação do solo, principalmente dos lençóis freáticos. É produzido a partir do lixo urbano, industrial ou agropecuário. Um dos objetivos do centro de estudos do biogás no Paraná no PTI (Parque Tecnológico de Itaipu) é ser fonte de informação e referencial de dados técnico-científicos sobre toda a cadeia de suprimento do biogás. Em Salvador (BA) fica a primeira termelétrica a biogás de aterro sanitário do Nordeste sendo a maior do Brasil onde a geração de energia é administrada pela COELBA (Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia).
Figura 4: Usina de Biomassa.
FONTE: Portal Brasil, 2011.
Energia Eólica
A energia eólica ou energia dos ventos começou a ser utilizada pelo homem desde o século V, principalmente para bombeamento de água e moer grãos nas plantações agrícolas através de grandes moinhos. Hoje a energia eólica é utilizada para geração de eletricidade, através da transformação da energia cinética dos ventos. A sua estrutura é formada por uma turbina horizontal que é composta por duas ou três pás com perfis aerodinâmicos que são impulsionadas por forças de sustentação, onde geradores elétricos operam a velocidade variável, garantindo assim alta eficiência de conversão. 
A instalação das turbinas é feitas em locais onde a velocidade média anual dos ventos é de 3,6 m/s. No Brasil as primeiras instalações foram feitas nos estados do Nordeste e do Sul, pois os regimes de ventos são melhores. O estado do Pernambuco e do Ceará foram os primeiros a instalar uma turbina eólica no inicio do ano de 1990. Segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEÓLICA)neste o ano de 2014 o país possui 226 parques eólicosinstalados com capacidade de 5,66 GW com uma redução de CO² aproximadamente de 4,8de toneladas por ano.
Figura 5: Turbina Eólica.
FONTE: ANEEL, 2014.
Energia das Marés 
A energia das marés é gerada através do potencial energético do fluxo das marés. Esta fonte de energia vem sendo utilizada desde o século XI. Os pioneiros são os países da França e da Inglaterra onde utilizavam esta fonte de energia para a movimentação de pequenos moinhos. O Sol e a Lua interferem na força e no movimento das marés alterando assim o nível do mar, onde as marés podem atingir até 15 metros de desnível.
Para a geração da energia elétrica é necessáriaa construção de barragens que acompanhem o movimento alto ou baixo das marés, turbinas submersas que aproveitam as correntes marítimas e eclusas que permitam a entrada e saída de água da bacia. Porém o sistema mais usado é o de barragens com diques que captam e armazenam a água durante a maré alta. Quando a maré está baixa a água armazenada é liberada por uma turbina que irá gerar a energia elétrica.
No Brasil a primeira usina construída foi no porto de Pecém no estado do Ceará, onde dois enormes braços mecânicos foram instalados e na ponta de cada um deles tem uma boia circular que fica em contato com água, como mostra a Figura 6. Conforme as ondas batem, os braços sobem e descem. Esse movimento contínuo dos flutuadores acionam bombas hidráulicas, fazendo a água doce ficar contida em circuitos fechados, onde não se permite troca de líquido com o ambiente, circulando em alta pressão. Esta água vai para um acumulador, que tem água e ar comprimido em uma câmara hiperbárica que é o pulmão do sistema.
Figura 6: Gerador de Energia das Marés do Ceará.
FONTE: Infoglobo, 2012.
SUSTENTABILIDADE NAS RESIDÊNCIAS E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
A era da sustentabilidade percorre por todas as ciências que tem como propósito encontrar inúmeros materiais ou formas que supram o que o ser humano degrada no decorrer de sua existência. O meio ambiente está cada vez mais perdendo sua juventude, está envelhecendo e com isso perdendo todas as propriedades físicas e químicas que lhe são retiradas em infinitas porções para a comodidade dos que aqui habitam.
Reciclagem de lixo, reaproveitamento de água e diversos fatores são atenuados pela população, mas a percepção de que a necessidade de adquirir meios para que não se perca as fontes primárias que a natureza fornece está percorrendo de uma forma crescente.
Segundo Egan(2004 apud SIQUEIRA, 2013, p. 12) é preciso oito fatores, os quais caracterizam as comunidades mais sustentáveis: governança; conectividade; disponibilidade de serviços; responsabilidade ambiental; justiça/igualdade; prosperidade; projeto e construção; vivacidade, inclusão e segurança.
Mas, para estudar a sustentabilidade na construção civil, é preciso também estudar a eficiência das edificações. Existe uma área da arquitetura chamada Arquitetura Bioclimática, que procura projetar as edificações com foco no conforto ambiental integrado a economia de energia. Esses projetos trabalham com o aproveitamento da iluminação e ventilação natural, aproveitamento da água pluvial, dos dispositivos economizadores de energia e na geração própria de energia elétrica através não somente da energia solar, como também da eólica, entre outros. Essa arquitetura contribui muito, pois, com o estudo de captações de recursos naturais como ventilação e iluminação, faz com que a edificação precise gerar menos energia.
Foi construída, em Florianópolis, a “Casa Eficiente”, desenvolvida pelas empresas Eletrosul e Eletrobrás em parceria com a UFSC/LABEEE (Universidade Federal de Santa Catarina/Laboratório de Eficiência Energética em Edificações). O objetivo deste projeto é se tornar referência mundial em eficiência energética, adequação climática e uso racional da água para os profissionais que atuam no mercado da construção civil e principalmente do setor elétrico. Essa edificação foi projetada de acordo com os fatores climáticos da região buscando equilíbrio entre tecnologia e fontes naturais produzindo desempenho compatível com a eficiência e funções desejáveis, atendendo a uma lista de exigências do usuário. Nesta lista há três divisões a serem consideradas que foram utilizadas para aumentar o desempenho de uma residência unifamiliar: segurança, habitabilidadee sustentabilidade, como seguem na imagem abaixo:
Figura 7: Exigências equivalentes do usuário
FONTE: SIQUEIRA, 2013.
Para realizar o projeto foi preciso também a escolha minuciosa dos materiais a serem utilizados juntamente com os usos racionais de água e de energia.
Em 1982, Gibson (apud SIQUEIRA, 2013) definiu tal conceito como se segue: "A abordagem de desempenho é, primeiramente e acima de tudo, a prática de se pensar em termos de fins e não de meios. A preocupação é com os requisitos que a construção deve atender e não com a prescrição de como essa deve ser construída.".
Abaixo estão descritos os principais condicionantes desse projeto, assim como a imagem da casa na Figura 8(CASA EFICIENTE, 2013):
Melhor aproveitamento das condições climáticas locais (radiação solar, temperatura e umidade relativa do ar e ventos predominantes) para definição das soluções de projeto; 
Emprego de sistemas alternativos de resfriamento e aquecimento ambiental; 
Prioridade no uso de materiais locais (renováveis ou de menor impacto ambiental); 
Projeto paisagístico privilegiando o uso de espécies nativas da Mata Atlântica em vias de extinção e o uso de espécies frutíferas. Aproveitamento da vegetação para criação de um microclima local agradável; 
Uso racional de água. Instalações hidráulicas utilizando peças e linhas econômicas; 
Uso de equipamentos que promovem um baixo consumo de água (ou equipamentos economizadores de água), aproveitamento de água pluvial, tratamento de efluentes por zona de raízes e aproveitamento dos efluentes de águas cinza (de banho, tanque, máquina de lavar roupa e lavatório) após tratamento biológico; 
Integração do partido arquitetônico com sistemas complementares, tais como aquecimento solar e geração de energia fotovoltaica; 
Acessibilidade a todos os ambientes, facilitando a visitação pública.
Figura 8: Casa Eficiente
FONTE: Revista PINI Construção e Mercado, novembro 2011.
Certificações e Etiquetagem
Os primeiros passos da construção civil construíram os protótipos de casas com preocupação na segurança, ventilação e luz. Com o passar do tempo, essa preocupação foi esquecida, tornando a construção civil prejudicial ao meio ambiente. Com a vasta degradação, o intuito da engenharia tem se voltado à procura por sustentabilidade em suas novas construções.
Segundo Raphaela Ribas do site O Globo, O Green BuildingCouncil Brasil (GBC), fomentador da indústria de construções sustentáveis em todo o mundo que emite o selo americano LEED (sigla eminglês para Liderança em Energia e Design Ambiental) para obras comerciais, possui hoje um certificado especial para construções residenciais. Este selo valoriza a residência em um valor que varia de R$ 3 mil a R$ 9 mil, dependendo da metragem e o que a organização estima é uma valorização de 10% a 20% do imóvel “verde” e redução no custo de manutenção mensal entre 8% e 9%. (RIBAS, 2013)
O GBC Brasil Casa possui projetos pilotos, são nove ao total. Esses projetos possuem parâmetros nacionais de viabilidade, economia e técnica de sustentabilidade. Os projetos pilotos se encontram em São Paulo (capital, litoral e interior), Brasília, Rio Grande do Sul e Mato Grosso, além de fornecerreferências para as construções que definem uma casa como sustentável.
O proprietário que construir uma área em até 300m², de acordo com o GBC Brasil, ficará isento de taxa de inscrição e terá somente o custo de avaliação do projeto, de R$ 3 mil. Já imóveis com tamanho entre 300m² e 600m² pagarão mil reais de inscrição e R$ 5 mil de avaliação. Já acima de 600m², as taxas são de R$ 2 mil e R$ 7 mil, que já inclui a avaliação dos projetos na fase inicial e cinco visitas no decorrer da obra para auditoria. 
Para incentivar, principalmente as empresas concessionárias do serviço público de distribuição de energia elétrica a conter o desperdício de energia, foi criado pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), um contrato de concessão firmado por essas empresas que estabelece obrigações e encargos. Uma dessas obrigações é o investimento por parte das empresas de no mínimo 0,5% de sua receita operacional líquida em ações que tenham por objetivo combater o desperdício de energia elétrica, como o Programa de Eficiência Energética das Empresas de Distribuição- PEE.
Existem também certificações e etiquetagem, que é uma maneira de reconhecer empreendimentos que utilizam soluções eficientes nas edificações. Essas certificações e etiquetagem classificam cada edificação em requisitos diferentes, fornecem instruções de outros atributos, além de preço, estimulando a competitividade da indústria, conscientizando a precisão do processo de melhoria contínua promovida pela escolha consciente dos consumidores.
Os três programas principais de reconhecimento são o “Procel Edifica”, “Selo Casa Azul CAIXA” (nacionais) e a “Certificado LEED” (internacional).
Selo Procel Edifica / PBE Edifica
Criado em 2003 pela Eletrobrás/PROCEL,o Programa Nacional de Eficiência Energética em Edificações – PROCEL EDIFICA,incentiva o uso racional de energia elétrica nas construções, desde sua construção até sua manutenção. Para tanto, trabalha juntamente com o Ministério de Minas e Energia, o Ministério das Cidades, universidades, centros de pesquisa e entidades das áreas governamental, tecnológica, econômica e de desenvolvimento, além do setor da construção civil.
Segundo o site do PROCEL, o consumo de energia elétrica nas edificações correspondecerca de 45% do consumo faturado no país e a economia de energia elétrica pode chegar a 30% nas edificações já existentes que passarem por algum tipo de reforma ou atualização e nas novas edificações, com utilização de tecnologias energicamente eficientes desde a concepção inicial do projeto, a economia pode superar 50% do consumo.
Esse conceito criou o subprograma do PROCEL, o PROCEL EDIFICA, especialmente voltado à eficiência energética das edificações.O objetivo da PROCEL EDIFICA é incentivar o uso eficiente dos recursos naturais (água, ventilação, luz etc.) e conservá-los, trazendo o uso racional de energia elétrica nas edificações e diminuindo desperdício e o prejuízo ao meio ambiente. Ele atua em seis diferentes vertentes: capacitação humana, tecnologias, disseminação, subsídios à regulamentação, habitação e eficiência energética e suporte.
Atualmente este selo é emitido pelo PBE (Programa Brasileiro de Etiquetagem) que é dado a construções comerciais, de serviços e públicas, ou residenciais. Esta ultima é subdividida em três categorias: unidades habitacionais autônomas (casas ou apartamentos), edificações multifamiliares e áreas de uso comum.
Figura 9: Antigo selo Procel Edifica.
FONTE: Fórum da Construção do Instituto Brasileiro da Arquitetura, 2012.
Figura 10: Novo modelo do selo PBE Edifica.
FONTE: Programa Brasileiro de Etiquetagem, 2014.
Selo Casa Azul Caixa
O Selo Casa Azul da Caixa Econômica Federal é uma classificação socioambiental que reconhece projetos financiados pelo seu próprio banco, empreendimentos que adotem soluções eficientes e sustentáveis no seu uso, ocupação e manutenção, racionando os recursos naturais e melhorando a qualidade da habitação e seu entorno. O objetivo do Selo Casa Azul é incentivar o uso racional de recursos naturais, reduzir o custo de manutenção e promover a conscientização sobre as vantagens das construções sustentáveis (CAIXA ECONÔMICA FEDERAL, 2014).
Para a avaliação da edificação e classificação do Selo, a CAIXA segue 53 critérios e os projetos são avaliados e divididos em seis categorias: qualidade urbana, projeto e conforto, eficiência energética, conservação de recursos materiais, gestão da água e práticas sociais.
Existem três tipos de classificação, dentre eles o Selo de nível bronze, o Selo de nível prata e o Selo de nível ouro.
Para obter o Selo bronze é preciso preencher 19 requisitos obrigatórios; para o nível prata deve-se atender a todos os itens obrigatórios e mais 6 opcionais. Para obter o nível ouro é preciso preencher os 19 obrigatóriosmais 12 opcionais.
A adesão ao selo é voluntária e podem se candidatarem ao financiamento e ao Selo empresas, construtoras, o Poder Público, empresas públicas de habitação, cooperativas, associações e entidades representantes de movimentos sociais. Os interessados devem apresentar os projetos à CAIXA para análise do financiamento, entregando toda a documentação e as informações técnicas que comprovem o preenchimento dos requisitos defendidos, cujos serão inspecionados ao decorrer da obra. Após a avaliação e a aprovação, o banco classifica a graduação alcançada da edificação e na contratação emite o atestado de concessão do selo.
Figura 11: Selos CASA AZUL da Caixa Econômica Federal.
FONTE: Pensamento Verde, 2014.
Figura 12: Critério para solicitação do Selo CASA AZUL.
FONTE: Planeta Sustentável, 2014.
Certificado LEED
Assim como os selos citados anteriormente, o LEED também se volta às edificações sustentáveis, porém é internacional, atende empreendimentos e é o principal selo da construção sustentável do mundo. O proprietário que quiser aderir o selo deve seguir os padrões internacionais de sustentabilidade. O certificado LEED foi instituído em 2000 e é gerado pela rede de conselhos World Green BuildingCouncil, central da GBC e contém unidades em 22 nações, entre elas o Brasil, que foi instituído em 2007. Como os certificados brasileiros, o LEED também tem análises durante a construção, avaliando todos os processos construtivos da edificação.
Há sete critérios para a avaliação da construção, dos quais são:
1° Uso racional da água;
2° Eficiência energética;
3° Redução, reutilização e reciclagem de materiais e recursos;
4° Qualidade dos ambientes internos da edificação;
5° Espaço sustentável;
6° Inovação e tecnologia;
Cada um dos itens avaliados possui pontuação específica e, para ser aprovada, uma empresa precisa atingir no mínimo 40 pontos, mas se atingir uma meta maior, receberá qualificações especiais como:
Mais de 40 pontos: Selo LEED.
Mais de 50: Selo LEED Silver.
Mais de 60: Selo LEED Gold.
Mais de 80: Selo LEED Platinum.
Figura 13: Certificação LEED.
FONTE: Planeta Sustentável, 2012.
Figura 14: Passos para Certificação LEED.
FONTE: Catalogo Verde, 2014.
O certificado LEED, como mostra na imagem, ajuda a administrar a transformação do mercado, a proporcionaro conhecimento sustentável, a construir uma comunidade sustentável, articula o diálogo entre a indústria, além de educar a indústria e o público.
As empresas ao trabalhar na obtenção do certificado LEED, seguindo os processos adotados, consomem 30% a menos de energia, perpetuando essa cultura pela empresa. Com a reutilização de água, a economia pode chegar a 50% e os resíduos diminuídos a 80%.
ENERGIA SOLAR
"Vivemos rotineiramente em contato com a fonte mais expressiva de energia de nosso planeta, e quase nunca consideramos sua importância como solução para nossos problemas de suprimento energético, sem poluir nem ameaçar nosso meio socioambiental"(ZAMPERIN;ANDRADE; GABRIEL; GABRIEL FILHO, 2007).
O beneficio maior do Sol é sua fonte inesgotável de energia, pois é uma energia limpa, sem poluente e gratuita. É incomparável, indiscutível e a melhor e mais benéfica fonte de energia existente. Em apenas um segundo produz mais energia que a consumida pela a humanidade. É a mesma coisa dizer que a energia que a Terra recebe por ano vinda do Sol representa mais de 15 mil vezes o consumo do mundo e em uma hora ele despeja no planeta energia superior ao que é consumido durante 12 meses.
A energia do sol é muito importante para a sobrevivência do homem como fonte de calor e de luz, ajuda a produzir vitaminas necessárias para a saúde, na produção de alimentos, como também é usado na coleta e geração de energia. É a partir do sol que se deriva a maioria das fontes de energia utilizadas pelo homem, gerada de forma direta ou indiretamente. "Quando há mais de uma transformação para que surja energia utilizável chamamos de forma indireta. Já a forma direta é necessária apenas uma transformação para que a energia do sol seja utilizável pelo homem"(ALMEIDA; FERREIRA, 2010, v.1, pag. 257).
São três as formas básicas de conversão da energia: a química, a elétrica e a térmica. A forma química ocorre principalmente em organismos que efetuam o processo foto-bioquímico, mais conhecido como fotossíntese.
Levando em consideração que o Sol anualmente gera 1,5 x 1018 kWh de energia, isto é, 10.000 mil vezes o consumo da população mundial no ano, entende-se então que o Sol é uma fonte abundante deenergia e que pode ser captada e convertida de forma direta em energia térmica, onde o calor absorvido é usado no aquecimento da água, ou em energia luminosa, na qual há a conversão dos raios solares em energia elétrica para utilização da população (CRESESB, 2010).
A conversão ocorre diretamente pela radiação em materiais condutores ou semicondutores conhecidos como o processo termoelétrico, aquecedor e fotovoltaico.
Fatores Influentes para Captação da Energia Solar
Para captar a energia proveniente do Sol, são necessários painéis que armazenem o calor dos raios ou que transformem a radiação em energia elétrica. Mas existem alguns fatorem que influenciam na chegada da radiação à Terra.Para aplicação desses painéis é importante saber quais são esses fatores e como funcionam. São eles: Radiação Solar, Massa de Ar, Ângulo Azimutal, Movimentação da Terra e Declinação e Altura Solar.
Incidência dos Raios Solares e Tipos de Radiação
O Brasil é um país tropical que recebe índices altíssimos de radiação solar, principalmente no Norte e Nordeste. Mesmo no inverno as temperaturas médias anuais são de 20ºC. O Brasil está localizado em uma área que abrange aproximadamente 8,5milhões de hectares quadrados (hm²). Segundo o AtlasSolarimétrico Brasileiro de 2000, a menor média anual de irradiação solar no Brasil é em Santa Catarina, que é cerca de 30% acima da maior média da Alemanha, país que lidera o mercado Europeu do setor de energia solar térmica. Em São Paulo, por exemplo, se toda a cidade fosse coberta por energia solar, a superfície da mesma seria capaz de produzir mais de 50% de todo o consumo de energia elétrica que o nosso país consome.
Figura 15: Atlas Solarimétrico Brasileiro, média anual.
FONTE: CRESESB, 2010.
É no núcleo do Sol que a radiação solar é gerada através de reações de fusão nuclear. Este processo acontece quando quatro prótons de hidrogênio se transformam em um átomo de hélio, liberando então uma grande quantidade de energia, atingindo 15 milhões de graus Celsius. De acordo com o Tutorial de Energia Solar a definição de radiação solar é uma radiação eletromagnética com velocidade propagada de 300 mil quilômetros por segundo (CRESESB, 2008).
A energia eletromagnética está distribuída em três partes, sendo: 03% de ultravioleta, 42% de luz visível e 55% de infravermelho.
Figura 16: Núcleo Solar.
FONTE: Criações do Mundo, 2014.
Existem dois tipos de radiação solar, sendo a direta e a difusa. A radiação solar direta é a fração da irradiação que chega até a Terra atravessando a atmosfera terrestre sem sofrer alteração em sua direção final. A radiação difusa é a componente da irradiação solar, pois quando atravessa a atmosfera, é espalhada por aerossóis, poeira e até mesmo, refletida por elementos da atmosfera.
Figura 17: Radiação direta e radiação difusa.
FONTE: ABRAVA, 2006.
Os aparelhos mais usados para medir a radiação do Sol são: o heliógrafo, que informaas horas de insolação; o piranômetro que mede a radiação global e o piranômetroque mede a radiação difusa; e o pireliômetro que mede a radiação direta. Já está disponível no mercado também o medidor digital de radiação solar em W/m².
Figura 18: Heliógrafo.
FONTE: Meteorópole, 2012.
Figura 19: Piranômetro de Segunda Classe (radiação global).
FONTE: CRESESB, 2010.
Figura 20: Pireliômetro de Cavidade Absoluta (radiação direta).
FONTE: CRESESB, 2010.
Figura 21: Pireliômetros de IncidênciaNormal (radiação direta).
FONTE: CRESESB, 2010.
Figura 22: Medidor digital de radiação solar.
FONTE: Tecnovip, 2014.
Massa de Ar
A radiação solar sofre várias influências antes de chegar a Terra. Uma delas é a massa de ar que é uma camada de ar atmosférico que pode conter vapor de água e poeira, além de vários outros elementos. Quanto menor a massa de ar que os raios atravessam, mais iluminado e quente é o lugar.
Imaginando uma linha perpendicular ao solo, isto é, com um ângulo de 90°, e uma linha de inclinação do sol, quanto maior for o ângulo entre essas duas linhas, mais espessa vai ser a massa de ar. A esse ângulodamos o nome de ângulo Zenital que é usado para calcular a massa de ar.
Figura 23: Ângulo Zenital.
FONTE: Produzido pelas autoras, 2014.
Levando em consideração que o ângulo zenital será diferente em cada região do planeta, a camada de massa de ar que os raios terão de atravessar será diferente também. Os países estão entre o circulo Ártico e o trópico de Câncer, recebem uma radiação média, enquanto os países localizados entre os trópicos de Câncer e de Capricórnio, como o Brasil, recebem uma radiação maior por possuírem uma massa de ar menor e consequentemente mais iluminação e calor.
Como a maioria dos fabricantes de painéis são fabricados por europeus e americanos, eles usam como referência para análise dos painéis a massa de ar média de seus países que é AM 1,5 (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Outro item importante para a orientação dos painéis é o Ângulo Azimutal, que é o ângulo criado entre projeção dos raios solares em uma superfície plana e o norte geográfico para quem está no Hemisfério Sul.Quando esse ângulo é 0 (zero) significa que o sol está na metade de sua trajetória, isto é, o meio-dia solar, que é quando temos uma maior quantidade de raios solares. Por isso é que devemos instalar os painéis voltados para o norte geográfico, pois nessa posição recebe luz o dia todo e tem o ângulo azimutal zero ao meio-dia solar (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Figura 24: Ângulo Azimutal.
FONTE: Adaptado de El Rincón del Vago, 2014.
Movimentação da Terra, Altura e Declinação Solar
Como já sabemos os raios solares chegam com varias intensidades na Terra. Além da influência da massa de ar, isso acontece devido à movimentação que nosso planeta faz em relação ao Sol e a seu próprio eixo.
O movimento de ROTAÇÃO que é o movimento onde a Terra gira em torno do seu próprio eixo, nos proporciona a duração dos dias e das noites. Já o movimento de TRANSLAÇÃO é a volta que o planeta dá em torno do Sol, formando uma elipse, que é sua órbita e quando completamos essa volta temos um ano. Como o sol não está no centro dessa elipse a Terra não está sempre à mesma distância do sol. 
Figura 25: Movimentação do planeta Terra.
FONTE: CRESESB, 2010.
São esses movimentos, de rotação e translação, e a inclinação aproximada de 23°45' que a Terra tem em relação a sua orbita, que definem as estações do ano, a forma e a intensidade de como os raios solares chegam diferentemente no hemisfério Norte e no hemisfério Sul do planeta.
Figura 26: Declinação solar.
FONTE: ABRAVA, 2006.
A diferença na posição dos raios no meio-dia solar durante o ano é devido à declinação solar, que é o ângulo entre os raios solares e o plano do Equador. Nos equinócios de primavera e outono os dias e as noites são iguais e os raios solares chegam paralelamente na linha do Equador. No solstício de verão existem dias mais longos e noites mais curtas, no solstício de inverno as noites são longas e os dias curtos; e a declinação solar atinge seus ângulos máximos de +23°45' e -23°45' referente a linha do Equador. Essa variação dos ângulos permite identificar a altura solar nas estações. Esta que é diferente em cada dia do ano e lugar da Terra.
Figura 27: Altura solar e as estações do ano.
FONTE: CiênciaMão, 2013.
A maioria dos estados brasileiros estão localizados próximo à linha do Equador, e não da para observar uma variação na duração do dia. Mas a maioria da população do Brasil se encontra nas regiões distantes do Equador, e nesses lugares a duração solar do dia varia entre 10 horas e 13 minutos a 13 horas 47 minutos. Isto ocorre principalmente entre os meses de junho e dezembro. Então, para um melhor aproveitamento, a posição do painel deve ser ajustada conforme a latitude local e o período do ano em que irá ter mais radiação.
O ângulo de inclinação será sempre a latitude da cidade, somando mais 10º. Quando a soma não alcançar 20º, adotar sempre 20º de inclinação, pois no inverno vai favorecer um melhor desempenho. No Brasil, todos os painéis devem ser posicionados e instalados para o Norte geográfico. Usando uma bússola sabemos identificar o Norte Magnético da Terra. Para localizar o Norte geográfico, é necessário fazer uma correção da declinação magnética em que no Brasil fica entre 10º e 20º a Oeste do Norte geográfico.
Figura 28:Ângulo ideal de algumas cidades para aplicação dos painéis.
FONTE: Adaptado de Manual de Instalação Rinnai Solar, 2014.
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Histórico
O sistema fotovoltaico vem da física em que um átomo positivo, um átomo negativo e um material semicondutor geram energia. Em 1839 um cientista francês percebeu que ao iluminar uma estrutura de material semicondutor, seus extremos apresentavam diferença em seu potencial causado pela absorção de luz. Mas somente na metade do século XX, juntos o crescimento da eletrônica, o setor de telecomunicações e a viagem do homem para a lua impulsionaram a pesquisa sobre as células solares, inclusive as crises energéticas, fizeram com que o uso fosse também terrestre e não somente espacial.[2: Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891), físico e cientista francês, membro da academia de ciências. Primeiro a observar o efeito fotoelétrico, confirmado em 1887 por Heinrich Hertz e explicado em 1905 por Albert Einstein.]
Apesar do tamanho potencial, a tecnologia da energia solar desde então, mesmo que pouco, é incentivada, principalmente nos países desenvolvidos. Nos últimos anos a questão da sustentabilidade entrou em destaque mudando o cenário das fontes de energias renováveis. Segundo J. Matthew Roney, doEarth PolicyInstitute, (Instituto de Políticas da Terra), a produção mundial anual de células fotovoltaicas em 2012 era um pouco acima de 35 mil MWp, que é mais de duas vezes e meia a potência produzida pela Hidrelétrica de Itaipu, esta que é a maior geradora elétrica do Brasil.Após um ano o valor da potência instalada aumentou para 140 mil MWpcomo se pode observar na FIGURA 28. Entre os países que mais acumulam capacidade fotovoltaica estão a Alemanha, a China, a Itália, o Japão e Estados Unidos (RONEY, 2013).
Figura 29: Produção Mundial de células fotovoltaicas
FONTE: Earth PolicyInstitute, 2013.
Figura 30: Países com instalações fotovoltaicas
FONTE: Earth PolicyInstitute, 2013.
O Brasil caminha lentamente comparado a esses países, mesmo tendo um grande potencial e recebendo incentivos de universidades, associações, centros de pesquisas, instituições e ate mesmo do Ministério de Minas e Energias.
Dentro desse contexto pode-se destacar o programa Luz para Todos (LtP), do Governo Federal finalizado este ano, que teve por objetivo levar a energia elétrica para todas as residências, inclusive as do meio rural. Em parceria com as concessionarias de energia houve a extensão das redes, mas também a aplicação de sistemas fotovoltaicos isolados. A Eletrobrás também participou dessa extensão em parceria técnica com a agência alemã GIZ (Deutsche GesellschaftfürInternationaleZusammenarbeit/ Agência Alemã de Cooperação Internacional) criando diversos projetos de sistemas individuais de geração de energia.
Localizada em Tubarão, a maior usina solar brasileira tem o potencial de abastecimento em média de 2,5 mil casas por ano (PRA, 2014).
Sistema Fotovoltaico
O painel solar fotovoltaico é feito de módulos que transformam a luz do sol em energia elétrica. O tamanhodo painel solar varia muito, pois ele é feito de acordo com a necessidade de potência de energia que se deseja gerar. É colocado acima do telhado e quando a luz do sol chega até o módulo, ele gera energia através do material semicondutor que são as células fotovoltaicas. O funcionamento da célula é baseado no efeito fotovoltaico, onde um átomo com carga negativa, um átomo com carga positiva e um material condutor geram uma corrente elétrica.
O efeito fotovoltaico consiste na transformação daradiação eletromagnética do Sol em energia elétricaatravés da criação de uma diferença de potencial ou umatensão elétrica, sobre uma célula formada por umsanduiche de materiais semicondutores. Se a célula forconectada a dois eletrodos, haverá tensão elétrica. Sehouver um caminho elétrico entre os dois eletrodos, surgirá uma corrente elétrica.(VILLALVA; GAZOLI, 2012, pag. 41).
Figura 31: Estrutura física simplificada de uma célula fotovoltaica.
FONTE: Almeida, 2011.
As células do sistema fotovoltaico da maior parte da produção mundial atual são feitas a partir de lâminas de Silício dopadas de outros componentes que transformam suas propriedades elétricas.
Os átomos de Silício são tetravalentes, isto é, possuem quatro elétrons na última camada da distribuição eletrônica que podem formar ligações covalentes, compartilhando comátomos vizinhos um ou mais pares de seus elétrons que é uma partícula de carga negativa. Quando dopados com elementos que possuem três elétrons no caso do Boro (B) que é um tipo de impureza aceitadora ou do Fósforo (P) ou de Arsênio (As) que são considerados um tipo de impureza doadora porpossuir cinco elétrons em sua camada de valência, geram cargas positivas ou negativas nas células.
Uma das principais características dos materiais semicondutores é de possuir uma banda de valência preenchida de elétrons e uma banda de condução vazia quando expostas a temperatura do zero absoluto.
Portanto as lâminas dopadas ao ficarem expostas aos fótons da radiação solar geram a movimentação e separação dos elétrons que sobraram das ligações com o Silício, transformando suas lâminas polarizadas. Essas diferenças de potencial que ocorre entre as duas lâminas da célula são coletadas por eletrodos metálicos que envolvem os módulos, criando uma corrente elétrica e é esta que abastece aparelhos elétricos, casas e cidades.
Figura 32: Efeito fotovoltaico.
FONTE: CRESESB, 2010.
Figura 33: Célula, módulo e painel fotovoltaico.
FONTE: Instituto IDEAL, 2014.
A célula fotovoltaica nada mais é que a unidade básica desenvolvida para realizar a conversão direta de energia solar em elétrica. O módulo é a unidade formada por um conjunto de células solares, interligadas eletricamente e encapsuladas, com o objetivo de gerar eletricidade. Já os painéis são dois ou mais módulos fotovoltaicos interligados eletricamente, montados de modo a formar uma única estrutura. Um conjunto de módulos, juntamente com equipamentos complementares (inversores e cabos), forma uma usina fotovoltaica. Existem diversas instituições no mundo especializadas em testes de qualidade de componentes de sistemas fotovoltaicos. No Brasil, desde 2010 os módulos mais eficientes recebem o Selo Procel de Economia de Energia. (IDEAL, 2012)
Tipos de Células de Silícios 
As células fotovoltaicas são feitas de Silício, (Si) um elemento químico não metal, semicondutor, não tóxico, descoberto em 1824. Dificilmente encontrado puro na natureza, ligado a outros elementos compõem aproximadamente 25% da face da Terra, sendo o elemento mais encontrado, depois do oxigênio.
Normalmente extraído de minerais como quartzo, areia, granito e feldspato e por ter seu processo de fabricação mais barato e mais simples do que outros materiais, o Silício pode ser usado também em cerâmicas, vidros, cimentos, na produção de chips e outras partes eletrônicas, e na metalurgia adicionada ao aço, latão e bronze como liga para ser resistente a corrosão. No entanto, para serem fabricadas as células fotovoltaicas o elemento deve ser altamente purificado, sendo esta, a parte mais cara da fabricação.
A busca para melhorar as células está cada vez maior, porém no mercado dos painéis a maioria é constituída de Silício Monocristalino, Silício Policristalino, e filmes finos de Silício Microcristalino ou Amorfo. As diferenças são suas fabricações e níveis de eficiência.
Figura 34: Silício metalúrgico puro.
FONTE: Inovação Tecnológica, 2012.
Figura 35: Lingote de silício.
FONTE: Hardware, 2011.
4.3.1. Silício Monocristalino
O Silício Monocristalino (m-Si) é a forma pura do silício com estrutura homogeneizada após ser submetido a altas temperaturas por duas vezes. Desse processo formam-se lingotes uniformes e brilhantes que são fatiados milimetricamente, como visto na figura acima, e submetidos a processos químicos, como a dopagem de impurezas para que ao ficarem expostas ao sol produzam suas cargas positivas e negativas. Por último recebe uma película metálica, uma grade metálica e um material antirreflexo. As células possuem eficiência em torno de 15%a18%(VILLALVA; GAZOLI, 2012). 
Figura 36: Célula de Silício Monocristalino.
FONTE: América do Sol, 2010.
Silício Policristalino
O material para as células de Silício Policristalino(p-Si) são purificados apenas uma vez e como são vários os cristais solidificados fica com uma aparência heterogênea, sendo possível observar a forma dos cristais. Após isso segue o mesmo procedimento de corte, dopagem e aplicação de grade e películas metálicas. Por ser purificado apenas uma vez tem seu processo mais barato, no entanto isso causa menos eficiência na célula, girando em torno de 13%a 15%.
Figura 37: Lingote quadrado e célula de Silício Policristalino.
FONTE: Blue-Sol, 2014.
Filmes Finos
Tentando melhorar o custo e sua forma de aplicação, surgiu no mercado filmes finos, que podem ser películas flexíveis ou não, recebedoras de camadas finas de silício através de vaporização ou outros métodos que permitam a aplicação de pequenas quantidades de material, em torno de 0,001 mm (BLUE-SOL, 2012). Esse processo o permite ter várias dimensões e aplicações em muitos materiais, telhas, fachadas, etc.; tem melhor rendimento energético com o aumento de temperatura ou baixa radiação solar. Sua fabricação consome um terço da energia utilizada nas células monocristalinas e policristalinas, tem sua produção mais simplificada, além de evitar o desperdício por não haver serragem.
Apesar de atender o seu propósito de menor custo por vários fatores, quando comparado a outros tipos de células fotovoltaicas, infelizmente sua eficiência energética é aproximadamente 50% a menos e percebeu-se que se degradam muito mais rápido do outros painéis.Além do Silício cristalino são usados outros materiais para a produção dos filmes finos. Entre eles estão o silício Amorfo e as células Híbridas.
O primeiro material usado nos filmes finos foi o Silício Amorfo (a-Si), mas buscaram alternativas por ele ter quase metade da eficiência comparada a outros materiais, além de diminuir sua eficiência no primeiro ano de uso.
Já as células Híbridas vêm se destacando por não consumir muita energia em sua fabricação, o que melhora o custo; por apresentar melhor produção de energia em altas temperaturas, e por não perder sua eficiência ao se degradar, algo comum nos filmes finos.
Figura 38: Filmes Finos de Silício Amorfo.
FONTE: América do Sol, 2014.
CONEXÃO A REDE: INVERSORES E RELÓGIO BIDIRECIONAL
Existem duas formas de aplicação do sistema fotovoltaico: conexão a rede elétricae a conexão autônoma. De acordo com seu tamanho e definições, os sistemas fotovoltaicos conectados a rede elétrica são classificados em três categorias, sempre obedecendo àsinstruções da ANEEL. São elas (VILLALVA; GAZOLI, 2012): 
Microgeração: potencia instalada ate 100 KW;
Minigeração: potencia instalada entre 100 KW a 1 MW;
Usinas de Eletricidade: potências acima de1 MW;
O Sistema Fotovoltaico Autônomo é usado quando não há rede elétrica,como em regiões isoladas, ilhas, etc.;em iluminação pública, estrada, redes de telecomunicação, e até em veículos, com a ajuda de baterias que armazenam a energia produzida.
Figura 39: Sistema fotovoltaico autônomo.
FONTE: CAPTOSOL, 2014.
Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica
O Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica pública gera energia para o consumo local, seja reduzindo, eliminando ou excedendo a energia utilizada. Em alguns países onde os consumidores excedem energia, eles deixam de ser consumidor e passam a ser produtor de energia; são remunerados pela quantidade de energia exportada para a rede pública. Esse incentivo é do próprio governo. Aqui no Brasil a recente resolução normativa da ANEEL nº 482/2012 permite apenas o acesso á rede pública de distribuição dos microgeradores e dos minigeradores de energia renováveis, como a própria fotovoltaica, hidráulica, eólica e da biomassa.
Quando a geraçãode energia é excedente, ela é direcionada para a concessionária de eletricidade, onde são gerados créditos para o consumidor esão descontados da conta de luz ou são transferidos para outros imóveis do consumidor localizado em outra região, desde que a concessionáriade energia seja a mesma e o imóvel esteja cadastrado no CPF ou CNPJ do mesmo usuário.
Figura 40: Sistema de compensação de energia.
FONTE: ANEEL, 2014.
O sistema das usinas fotovoltaicas possui os módulos onde a energia gerada.Estapassa pelos inversores centrais, pela cabine de transformação e depois é inserida ao sistema elétrico em alta tensão. 
O sistema fotovoltaico de minigeração e microgeração é instalado para consumidores comerciais,industriais ou residenciais, onde seu objetivo é suprir parcialmente ou totalmente o consumo de energia. A capacidade de geraçãoé menor do que da usina fotovoltaica e normalmente são instalados nos telhados das residências. É composto por um conjunto de módulos fotovoltaicos, um inversor especial para a conexão á rede, quadros elétricos e um medidor de energia conhecido também com relógio bidirecional, tudo de acordo com a tensão disponível na rede.
Inversor ou Conversor de Energia
O conversor,mais conhecido como inversor de energia elétrica, é um equipamento eletroeletrônico e suaprincipal função é converter a tensão e corrente elétrica na forma de corrente contínua (CC) para a corrente alternada (CA) ou vice-versa. Na rede elétrica convencional a corrente elétrica é alternada e nos módulos fotovoltaicos a corrente elétricaé contínua. Por esse motivo, para realizar a conexão dos módulos fotovoltaicos à rede elétrica convencional é necessário utilizar o inversor CC/CA.
Figura 41: Esquema de sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica.
FONTE: ViridianECOTECNOLOGIA, 2014.
Portanto o inversor transforma a energia elétrica obtida em corrente contínua dos módulos para corrente, adequando às características de saída do gerador fotovoltaico aos padrões da rede local.
Existem dois tipos de inversores, sendo eles autônomos e conectados à rede elétrica. A diferença entre eles é que os inversores autônomos fornecem tensão elétrica independente do fornecimento de energia da concessionária. Já o inversor conectado a rede só fornece a corrente elétrica, isto é, só funciona enquanto a concessionária repassa a energia (VILLALVA; GAZOLI, 2012).
Relógio Bidirecional
O medidor de energia mais conhecido como relógio bidirecional é um equipamento eletrônico utilizado para calcular e registrar a diferença de energia que a residência consome da rede elétrica pública e a energia excedente que a residência produz e que vai para a rede elétrica. Esse tipo de medição é mais conhecido como tarifação Net Meteringou Medida da Energia Limpa, que é usada em outros países e que o Brasil adotou. Nesse sistema de medição e tarifação o consumidor só paga a diferença entre o que consumiu o que gerou de energia. Existe também o relógio bidirecional Smart Grid que usa de uma tecnologia nova, conhecida como Redes Inteligentes. É um sistema que usa recursos de tecnologia da informação (TI), com um elevado grau de automação, permitindo sua eficiência operacional e com uma qualidade melhor do que o medidor de energia eletrônico.
O relógio bidirecional Smart Grid é um medidor digital que tem um controle apurado da energia trocada entre os pontos de consumo e a rede, capaz de processar dados e enviar comandos para vários outros equipamentos, permitindo a integração de toda a cadeia de fornecimento. Eles medem o consumo em intervalos programados, oferecem informações instantâneas aos consumidores, programação remota de acionamento e desligamento de aparelhos eletrônicos, possuem sensores em tempo real, notificam a falta de suprimentos e monitoramentos, garantindo assim um aproveitamento do consumo de energia nas residências bem melhor que o convencional e o consumidor não irá esperar a conta chegar ao final do mês para verificar o consumo e geração extra de energia que é enviado para a rede elétrica.
Figura 42: Relógio Bidirecional eletrônico (esquerda) e relógio bidirecional digital Smart Grid (direita).
FONTE: BLUE-SOL, 2014.
O relógio bidirecional usa de uma tecnologiaavançada com capacidade de medir o fluxo de energia nos dois sentidos, que são os relógios chamados medidores eletrônicos de quatro quadrantes. Girando para os dois lados, o medidor vai registrar o consumo e quando o consumidor gerar energia e exportar para a rede pública, o medidor girará no sentido contrário e diminuindo o valor do consumo que foi registrado. No final do mês o consumidor só pagará o que ficou registrado no medidor, ou seja, o consumidor irá pagar a diferença entre o que ele consumiu e o que ele gerou.
Esse sistema funciona como uma bateria que armazena a energia gerada. A energia é enviada para a rede quando existe excedente do que consome e depois é recuperada. Sem o medidor, a energia produzida excedente não é contabilizada, sendo perdida e o consumidor não irá receber nada. No Brasil com a resolução da ANEEL existe um prazo de 36 meses para utilizar os créditos gerados, ao final do prazo se o consumidor não o utilizou eles serão perdidos. 
Para conectar um sistema fotovoltaico a rede elétrica, o mesmo deve atender as exigências da concessionária onde a instalação elétrica deve seguir as normas e ainda possuir o sistema de proteção exigido, além dos inversores, dispositivos de proteção e de módulos que também atendam as certificações nacionais e internacionais exigidas e que estão em vigência, como os selos do Procel e do Inmetro.
Projeto e Aplicação do Sistema Fotovoltaico
Como nesses últimos anos a busca para suprir o gasto de energia de uma forma sustentável foi mais procurada pela população já existem várias empresas especializadas na venda e aplicação de sistemas fotovoltaicos.
Assim como na contratação de qualquer outro serviço na área da construção, é muito importante antes de contratar alguma empresa, ter suas referências, saber se seguem as normas técnicas, se os materiais que trabalham possuem certificação de qualidade, como também se a sua mão de obra é especializada.
Para solicitar na concessionária o acesso à rede é preciso ter um projeto detalhado do sistema.
A empresa deverá fazer um estudo dos gastos médio de energia da residência, verificar a localização da aplicação e o tipo de telhado, latitude, possibilidade de sombreamento de outras edificações, orientação e inclinação dos módulos (lembrando que para melhor captação dos raios em nossa região o sistema deverá estar voltado para o Norte geográfico e sua inclinação dependerá da latitude da residência), além da incidência dos raios solares.
No entanto, é importante verificar antes com a distribuidora de energia a tensão disponibilizada para a área e quais as exigências técnicas a serem atendidas para a execução. Todos esses fatores possibilitarão que se faça o cálculo da potência necessária para suprir o consumo de energia, a quantidade de módulos a serem aplicados, e até qual será quantidade de energia geradae a necessária da concessionária para atender as necessidades da residência. Algumas empresas disponibilizam até a quantidade de CO² que deixará de ser lançado na atmosfera.
Após a finalização do projeto, a escolha do material a ser aplicado e verificação com a distribuidora de energia, segue o processo de aprovação. Na cartilha temática disponibilizada no site da ANEEL é apresentado um esquema de procedimentos para o acesso à rede elétrica.
Figura 43: Procedimentos e etapas para o acesso à rede elétrica.
FONTE: ANEEL, 2014.
A CPFL, empresa fornecedora de energia elétrica do estado de São Paulo introduziu também a sustentabilidade na sua agenda corporativa mundial. Equilibrar a demanda crescente por energia está fazendo com que a empresa priorize a criação e o desenvolvimento de soluções inovadoras e sustentáveis em seus negócios.
Para facilitar, algumas empresas disponibilizam em seus sites um aplicativo onde você insere informações, como: o local de aplicação, consumo de energia elétrica, e o aplicativo faz a simulação baseado nesses dados. Não é um estudo final, nem pode ser usado para execução de projeto, mas é um bom começo para quem deseja ter ao menos uma noção de quanta potencia necessitará para aplicação de seu sistema.
Em anexo a esse trabalho encontra-se uma simulação desenvolvida pelo programa do IDEAL (Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina) feita pelo site América do Sol.
Manutenção do Sistema Fotovoltaico
A maioria dos sistemas fotovoltaicos tem uma duração entre 25 e 30 anos, sendo que alguns fabricantes de painéis dão garantia de ate 25 anos. A economia feita pela geração de energia faz com que o sistema se pague em até 6 anos.
Por ficarem expostos ao tempo é aconselhável fazer limpezas periódicas nos módulos para melhor captação dos raios solares, assim como inspeção e manutenção, se necessário, na parte elétrica do sistema verificando se ele mantem a eficiência desejada.
ENERGIA SOLAR TÉRMICA 
A energia solar no seu meio material pode ser absorvida, refletida e transmitida, onde a parcela absorvida passa por um processo de termoconversão e este processo pode ser utilizado para o aquecimento da água. De uma forma simples, é quando a luz do sol é transformada diretamente em calor, e isto se dá pela absorção dos raios.
Uma das fontes de energias renováveis mais utilizadas no Brasil é a Energia Solar Térmica, pois seu custo é um dos mais acessíveis e o seu retorno referente à economia de energia elétrica é muito rápido. Sua fabricação é muito fácil, podendo ser utilizados materiais recicláveis e muito disponíveis no mercado brasileiro, como o vidro, pvc, cobrem, alumínio, aço, etc. A fabricação pode até mesmo ser "caseira", utilizando, como por exemplo, garrafas pets.
Em 1970, com a crise do petróleo surgiram os primeiros aquecedores solares térmicos no país. No ano de 1990 com o aumento da procura pelos aquecedores a ABNT criou as primeiras normas específicas para o setor.
Segundo a empresa ASTROSOL (2014), uma das pioneiras no mercado brasileiro em aquecimento solar, a utilização dos coletores solares térmicos pode evitar o uso de várias fontes convencionais de energia, pois para cada m² de um coletor solar instalado nos permite economizar 55 KG de GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) por ano, 66 litros de diesel por ano, 215 KG de lenha por ano e ainda evitar a inundação de 56 m² de terras para a geração de energia elétrica.
De todas as fontes de energias disponíveis para a população brasileira, o consumo residencial de energia elétrica representa 37,7%. Deste valor, o uso de energia utilizada para aquecimento de água representa apenas 08% em todo o País.
O estado brasileiro que apresenta o maior número de aquecedores solares é o estado de São Paulo, onde na sua maioria, encontram-se instalados em edificações novas. Isto porque no ano de2007 o então prefeito Gilberto Kassab sancionou a lei 14.459, onde tornou obrigatória a preparação de todas as casas e edifícios novos para o uso de aquecedores solares de água. As casas e apartamentos que tiverem mais de 04 banheiros, incluindo lavabos, são obrigados a instalar aquecedores solares.
Outras edificações que são obrigadas a instalarem aquecedores, além das casas e apartamentos são: hotéis, motéis e similares, clubes, academias, escolas, clinicas, hospitais, indústrias e etc. É obrigatório a instalação de aquecedor solar de água em todas as edificações novas ou que venham a construir uma piscina aquecida. Através desta lei a redução no consumo de energia onde existem os aquecedores de água foi de 40%. 
Atualmente o governo vem adotando medidas para a redução da energia elétrica no país, instalando aquecedores solares para a população de baixa renda, principalmente em conjuntos habitacionais e casas populares da COHAB. O momento que o país vive está cheio de oportunidades para empresas que queiram se destacar no setor de aquecedores solares, ajudando-o de uma forma direta e indireta a população a reduzir o uso e consumo de energia elétrica, economizando água e preservando o meio ambiente.
No ano de 2008 foi instalada uma área 4,4 milhões de metros quadrados de coletores solares no Brasil, um crescimento próximo a 20%. Este valor representa apenas 2% do mercado potencial do país. Neste mesmo ano foi possível fazer uma economia de 655 GWh de energia elétrica, isto porque o número de casas que foram abastecidas era de 376 mil e tiveram um consumo médio de 145 KWh por mês.
Para entender como o mercado brasileiro este muito baixo em relação a outros países, a Agência Internacional de Energia (IEA) apresentou no ano de 2007 dados em que os coletores solares são usados por 48 países, instalando-os em uma área de 180 bilhões m², tendo de potência térmica 1.278,00 GW e gerando em torno de 70 mil GWh de energia. Em primeiro lugar esta a China com 75.000.000 de m² de coletores solares, sendo: residências unifamiliares 75%, multifamiliares 20% e 5% em industriais e comerciais.
COLETORES SOLARES
Segundo Szokolay (1991 apud TIRADENTES, 2007), a energia solar baseia-se na absorção da energia radiante por uma superfície negra, chegando a ser um complexo, dependendo do material que absorverá os raios. Os fótons então são envolvidos na absorção e difusão, enquanto os elétrons são acelerados com múltiplas colisões. Ou seja, toda energia se transforma em calor e o resultado final é o aquecimento da água. As moléculas das superfícies se excitam, ocorrendo assim o incremento da temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8 e 0,98 (os 0,2 ou 0,02 restantes).
Figura 44: Estrutura do coletor solar.
Fonte: GRUPO DE ESTUDO EM ENERGIA, 2010.
A radiação do sol incide diretamente na parte transparente do coletor. A chapa de alumínio é pintada de preto porque a cor preta aumenta a absolvição dos raios solares, quando estes atingem a chapa. As placas ao capitarem o calor do Sol, o transfere para a água que esta no interior das tubulações de cobre. Já os reservatórios térmicos de água são recipientes compostos por cilindros de cobre, inox ou de polipropileno onde são isolados termicamente com poliuretano expandido, sem composto químico não agredindo a camada de ozônio. A água fria é responsável por alimentar o reservatório térmico e estes reservatórios servem para armazenarem a água aquecida e ficarem sempre cheios.
A quantidade de coletores depende do volume do reservatório, mas pode variar de acordo com o nível de insolação de uma região ou com as condições de instalação, isto devido à baixa densidade de energia solar que incide sobre a superfície da terra. O número de placas coletoras a serem instaladas varia muito para cada metro quadrado.
Para calcular a quantidade necessária dos coletores que deverão ser instalados, é preciso saber o dimensionamento da área e do volume de água do coletor, o local da instalação e a posição. Para locais muito quentes como o litoral, utiliza-sea razão de 100 litros de água para cada 1 m² de coletor solar. Para locais frios como a região Sul, utiliza-se a razão de 65 litros de água para cada 1 m² de coletor. Para regiões com temperaturas variadas, como a cidade de São Paulo, utiliza-se a razão de 75 litros de água para cada 1 m² de coletor.
Por exemplo:
Figura 45: Cálculo de coletores.
FONTE: Manual OURO FINO, 2010.
Já para fazer o cálculo do volume de água do aquecedor solar, usamos a razão de m² para cada litro de água e multiplicamos pelo número de moradores da residência. Temos então o volume do reservatório. Como exemplo em uma família com cinco moradores que pretende usar o aquecedor em dois pontos diferentes da casa, sendo a cozinha e o banheiro com hidromassagem. Logo temos:
Figura 46: Cálculo de volume de água.
FONTE: Manual OURO FINO, 2010.
As placas devem sempre ser instaladas e posicionadas para o norte garantindo assim uma boa absolvição dos raios solares, já os reservatórios, instalados sempre acima das placas do coletor solar. Geralmente eles vêm com uma válvula de anticongelamento que serve para garantir o aquecimento de água. 
Para a instalação em uma residência pequena com até 04 moradores, será necessário uma área de até 04 m² de coletor solar. Os coletores podem ser instalados através de dois tipos de circulação de água: a circulação natural (termossifão) ou circulação forçada. A escolha do tipo de circulação depende do volume de água que será aquecida na residência.
Circulação Natural (Termossifão) - O sistema movimenta a água dentro da tubulação, através da diferença térmica entre o reservatório e os coletores. Para a utilização dos pontos elétricos será usado apenas um ponto de energia junto ao boiler, e a troca de água quente entre os coletores e o reservatório vai acontecer de forma natural, sem necessidade de nenhum equipamento para auxiliar.
Figura 47: Sistema térmico de Termossifão.
FONTE: ELETROSOL, 2011.
Circulação Forçada – em muitas situações o telhado não permite que o reservatório seja instalado acima dos coletores, quando isto acontece, é usado o sistema de circulação forçada, que consiste em uma bomba pequena acoplada a um controlador elétrico operando a circulação da água quente, mecanicamente quando é necessário. Nesse sistema, usam-se dois pontos de energia junto ao reservatório e outro ponto para o controlador ou circulador.
É composta porcaixa d' água, boiler, coletor solar, respiro, descida para coletores, retorno dos coletores, alimentação de água fria, consumo de água quente, moto bomba e T.D.T. (termostato diferencial de temperatura).
Figura 48: Sistema de circulação forçada.
FONTE: Portal de Energias Renováveis, 2014.
RESERVATÓRIO TÉRMICO (BOILER)
Os tanques de armazenamentos, também conhecidos como BOILER, são importantes, pois a radiação solar não é constante durante todo período do dia. Eles armazenam a energia absorvida pelo Sol, possibilitando assim, o uso em períodos nublados ou chuvosos em que a radiação solar é muito baixa. Porém, para o reservatório manter a água aquecida, ele precisa ter um baixo coeficiente de trocas térmicas com o ambiente. São sugeridos materiais resistentes a corrosão, que possuam boa rigidez quanto a estrutura e que possam suportar as temperaturas que variam entre 60 Cº a 80 Cº. O aço inoxidável também compõe esse sistema, mas como seu custo é alto, utilizam-se em seu lugar o cobre que possui um elevado coeficiente de condução térmico (385 W/mK). Esse sistema é usado principalmente em residências unifamiliar. 
O reservatório é coberto por um material isolante, composto de lã de vidro e poliuretano, onde os coeficientes térmicos obedecem a uma ordem de 0,03 a 0,04 W/mK. O acabamento é feito de aço galvanizado ou alumínio, garantindo assim que o reservatório tenha um bom isolamento térmico.
TIPOS DE COLETORES SOLARES
Os coletores solares são os equipamentos mais difundidos e conhecidos com o objetivo específico de se utilizar esta fonte de energia. Eles podem ser aquecedores de fluídos líquidos ou gasosos, e eles são classificados em: coletores planos, coletores concentradores e coletores CPC (coletores concentradores parabólicos).
Coletor Solar Plano: é o mais comum e são usados para aquecer a água das residências com uma temperatura de até 100 Cº, eles reduzem principalmente o consumo de energia elétrica oferecendo conforto não só no banho como na economia do consumo que pode chegar até 35%. Lembrando que este sistema funciona mesmo em dias nublados e os reservatórios conversam a água quente por até 03 dias.
Figura 49: Estrutura do coletor solar plano.
FONTE: ASTROSOL, 2014.
A - Cobertura Transparente: provoca o efeito estufa e reduz as perdas de calor segurando a estanqueidade do coletor.
B - Tubulação Condutora de Água: é por onde o fluído térmico circula.
C - Chapa Absorvedora do Calor: também chamada de chapa absorvedora, ela serve para receber a energia e transformá-la em calor, depois transmite para o fluído térmico que circula pela tubulação condutora.
D - Caixa Externa: a caixa do coletor solar deve ser feita com material resistente a corrosão e rigidez mecânica suficiente para garantir a estrutura do equipamento. As caixas podem ser fabricadas em chapas dobradas de aço galvanizado, ou de alumínio, com perfis e chapas de alumínio, moldadas em plástico, etc.
E - Isolamento Térmico: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada termicamente, para dar rigidez e proteger o interior do coletor dos agentes extremos.
Coletor Solar Concentrador: são os coletores que atingem o nível mais elevado de uma temperatura, podendo chegar até 1000 Cº, diminuindo as perdas térmicas do receptor em relação à superfície da captação (área de vidro que serve de tampa da caixa) na proporção da redução. Quanto maior for a concentração, menor será o ângulo com a superfície dos coletores, onde os raios solares vão incidir para captação, mantendo-se sempre perpendiculares ao movimento dos raios solares, seguindo o Sol sempre no período diurno.
Figura 50: Coletores concentrados.
FONTE: Portal das Energias Renováveis, 2004.
Coletor Solar C.P.C. (coletores concentradores parabólicos): são concentradores que combinados comas propriedades dos coletores planos produzem temperaturas mais elevadas, eles podem ser montados em estruturas fixas, permitindo assim um grande ângulo de visão e a captação da radiação difusa. A diferença do coletor parabólico e o coletor plano estão principalmente na geometria das superfícies dos mesmos. A absorção dos coletores parabólicos está nas grelhas de alhetas em forma de um acento circunflexo, eles são colocados por cima de uma superfície refletora. É através das duas faces das alhetas que é feita a captação dos raios solares, pois o Sol incide na parte superior delas, e os raios refletidos incidem na parte inferior, aumentando ainda mais a temperatura do fluído e diminuindo as perdas térmicas.
Figura 51: Coletor concentrado parabólico.
FONTE: Portal das Energias Renováveis, 2004.
Quando o sistema de coletores solares é instalado em uma residência eles podem durar por até 20 anos, dentro de dois ou três anos se consegue pagar o valor investido na instalação. O sistema requer o mínimo de intervenções, sua manutenção é muito fácil e tem um valor baixíssimo. Para os dias seguidos de chuvas, o sistema possui aquecimento elétrico complementar. A superioridade dele quanto ao chuveiro elétrico é muito melhor, isto porque a capacidade da sua vazão também é superior a do chuveiro. Como por exemplo, em um dia ensolarado e sem nuvens o calor máximo e a temperatura gerada por um coletor solar chega até 80ºC.
 Por estas razões é cabível dizer que o coletor solar é uma solução de conforto, economia e redução para a crise energética atual que o Brasil esta enfrentando, ajudando a diminuir a emissão de gás do efeito estufa. Mesmo porque o uso do coletor solar teve um avanço muito significativo no Brasil, por ele ser mais acessível e viável.
Figura 52: Classificação