PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO: ESTUDO DE CASO NO PRÉDIO DA VIVÊNCIA NA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE (UFS)

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Universidade Federal de Sergipe (UFS) 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia (CCET) 
Departamento de Engenharia Civil (DEC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hégon Jorge Santos 
 
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA SOLAR 
FOTOVOLTAICO: ESTUDO DE CASO NO PRÉDIO DA 
VIVÊNCIA NA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
(UFS) 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Cristóvão - SE 
Março de 2018 
 
 
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Hégon Jorge Santos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA SOLAR 
FOTOVOLTAICO: ESTUDO DE CASO NO PRÉDIO DA 
VIVÊNCIA NA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
(UFS) 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à 
Universidade Federal de Sergipe – UFS, para 
encerramento do componente curricular e 
conclusão da graduação em Engenharia Civil. 
 
Orientador: Prof. Dr. Daniel Moureira Fontes 
Lima 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Cristóvão - SE 
Março de 2018 
 
 
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PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA SOLAR 
FOTOVOLTAICO: ESTUDO DE CASO NO PRÉDIO DA 
VIVÊNCIA NA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
(UFS) 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Universidade Federal de 
Sergipe – UFS, para encerramento do 
componente curricular e conclusão da 
graduação em Engenharia Civil. 
 
 
Aprovado em: / / 
 
 
 
Banca Examinadora: 
 
 
 
 Nota: 
Prof. Dr. Daniel Moureira Fontes Lima - UFS 
(Presidente – Orientador) 
 
 Nota: 
 Prof. Dr. Ludmilson Abritta Mendes - UFS 
(Examinador 1) 
 
 Nota: 
Profa. Dra. Luciana Côelho Mendonça - UFS 
(Examinador 2) 
 
 
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AGRADECIMENTOS 
 
 
 Agradeço primeiramente aos meus pais, por serem meu porto seguro e a incentivarem-
me a perseguir meus sonhos; aos meus parentes e amigos, por estarem sempre presentes e 
torcerem pelas minhas conquistas; aos meus professores, pela dedicação e empenho em criar 
caminhos favoráveis de acesso ao conhecimento no ambiente de trabalho, em especial ao 
Orientador Pedagógico, prof. PhD. Daniel Moureira Fontes Lima, pela oportunidade à 
orientação deste relatório; aos meus colegas e a equipe do curso de engenharia civil da 
Universidade Federal de Sergipe pelos momentos de descontração e aprendizagem. Meus 
agradecimentos vão também a outros setores da UFS, como a DIPRO que me disponibilizou 
plantas baixas da edificação referentes ao local de estudo e a PROPLAN que me enviou um 
relatório da evolução do consumo de energia elétrica do campus de São Cristóvão-SE. 
Agradeço ao docente Prof. Dr. Milthon Serna Silva, por ter apresentado o laboratório de 
energias renováveis do curso de Engenharia Elétrica, além de ter passado o contato de dois 
estudantes de engenharia elétrica, Tiago e Jefferson, que me ajudaram bastante com 
bibliografias relacionadas ao tema. E ao curso online da Blue Sol, que me proporcionou bastante 
aprendizado teórico e prático, possibilitando futura parceria com a empresa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
‘ 
 RESUMO 
 
 
 
 
 
 
As energias renováveis são fontes inesgotáveis de energia obtidas da natureza que está ao redor 
de nós, como o sol ou o vento, por exemplo. A energia do Sol pode ser convertida em 
eletricidade ou em calor, como por exemplo os painéis solares fotovoltaicos ou térmicos para 
aquecimento do ambiente ou de água. Optar pela energia solar, hoje, não é só buscar economia 
na conta de luz, mas também mostrar e educar a população acerca de sua sustentabilidade. A 
integração de energias renováveis nos edifícios é um desafio para o qual o objetivo é conceber 
um edifício eficiente que permita a incorporação de um sistema que capte a energia e a 
transforme numa fonte de energia que seja útil para o edifício. Através desse contexto, foi 
realizado um estudo para analisar a aplicabilidade e viabilidade da implantação de um sistema 
fotovoltaico no prédio da vivência na Universidade Federal de Sergipe, campus São Cristóvão. 
Esse estudo foi realizado com base no consumo de energia anual do campus. Após coleta de 
dados da área da planta baixa de cobertura do edifício, orientação geográfica do telhado, foram 
criadas quatro alternativas de gerações fotovoltaicas através do software PVsyst, a fim de 
dimensioná-las e descobrir qual delas gerariam a maior quantidade de energia. Os resultados 
mostraram que os módulos feitos de silício monocristalino foram os que geraram mais energia 
e provocaram maior redução nas taxas de emissões de CO2. Além disto, por ser o mais eficiente, 
tem o segundo maior custo dos investimentos. O investimento se tornou totalmente viável, tanto 
por seu benefício ambiental quanto pela redução no custo pago à concessionária. 
 
 
Palavras-chave: Fontes alternativas. Energia solar. Sistema fotovoltaico. Viabilidade. 
Eficiência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
‘ 
 ABSTRACT 
 
 
 
 
 
Renewable energies are inexhaustible sources of energy obtained from the nature that is all 
around us, like the sun or the wind, for example. The sun’s energy can be converted to electricity 
or heat, such as photovoltaic or thermal solar panels for heating the environment or the water. 
To opt for solar power, today, it is not just to save money on your bill electricity, but also to 
show and to educate the population about sustainability. The integration of renewable energies 
in building is a challenge which the goal is to devise an efficient building that allows the 
incorporation of a system that captures the energy and turn into a power source that is useful to 
the building. Through this context, a study was conducted to analyze the applicability and 
feasibility of implementation of a photovoltaic system in the building of Vivência at Sergipe 
Federal University, São Cristóvão Campus. This study was carried out based on the annual 
energy consumption on campus. After collecting data from the ground plan of the building 
coverage, geographical orientation of the roof was created four alternatives of photovoltaic 
generations through software PVsyst, in order to dimension them and find out which of them 
generate the largest amount of energy. The results showed that the modules made of 
monocrystalline silicon were those that generated more energy and provoked further reduction 
in CO2 emissions. In addition, for being the most efficient, it has the second highest cost of the 
investments. The investment has become totally feasible, both for your environment benefit and 
the reduction in the cost paid to the power distribution company. 
 
 
 
Keywords: Alternative sources. Solar energy. Photovoltaic system. Viability. Efficiency 
 
 
‘ 
LISTA DE QUADROS 
 
 
 
 
Quadro 1 – Somatório das áreas da cobertura………………....……………...........................61 
Quadro 2 – Características do painel solar da alternativa 1……….….....…...……………….68 
Quadro 3 – Características do painel solar da alternativa 2……….….....…...……………….69 
Quadro 4 – Características do painel solar da alternativa 3……….….....…...……………….69 
Quadro 5 – Características do painel solar da alternativa 4……….….....…...……………….69 
Quadro 6 – Características do inversor solar da alternativa 1...................................................70 
Quadro 7 – Características do inversor solar da alternativa 2...................................................71 
Quadro 8 – Características do inversor solar da alternativa 3..................................................71 
Quadro 9 – Características do inversor solar da alternativa 4...................................................71 
Quadro 10 – Principaisresultados da alternativa de geração 1……………………….........…72 
Quadro 11 – Principais resultados da alternativa de geração 2…………………...…..........…74 
Quadro 12 – Principais resultados da alternativa de geração 3………………...….............….75 
Quadro 13 – Principais resultados da alternativa de geração 4…………………….............…77 
Quadro 14 – Preço total dos módulos e inversores solares da alternativa 1……….............…81 
Quadro 15 – Preço total dos módulos e inversores solares da alternativa 2…………........….81 
Quadro 16 – Preço total dos módulos e inversores solares da alternativa 3…………….....…82 
Quadro 17 – Preço total dos módulos e inversores solares da alternativa 4…….....….……...82 
Quadro 18 – Comparações de gastos da energia solar com a concessionária……......….........83 
 
 
 
 
 
 
 
 
‘ 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 01 – Número acumulado de sistemas fotovoltaicos conectados à rede em cada estado.................14 
Figura 02 – Representação das estações do ano e do movimento da terra em torno do sol…...................18 
Figura 03 – Luz solar no seu percurso através da atmosfera…………….................................................19 
Figura 04 – Representação dos ângulos segundo as técnicas solares…………….............................…..19 
Figura 05 – Representação de ângulos da posição solar………………………..............................….....20 
Figura 06 – Radiação solar no Brasil – média anual típica (Wh/m2.dia……….......................................21 
Figura 07 – Exemplo de coletor solar……………………………………………..................................22 
Figura 08 – Interface de utilização do programa RADIASOL2………………………...........................27 
Figura 09 – Band gap de condutores semicondutores e isolantes………………….................................29 
Figura 10 – Cristal de silício intrínseco (puro)………………………….................................................29 
Figura 11 – Dopagem com fósforo……………………………………..................................................30 
Figura 12 – Dopagem com boro………………………………………..............................................….30 
Figura 13 – Representação do efeito fotovoltaico……………………………...........................……….31 
Figura 14 – Representação do funcionamento de uma célula fotovoltaica de silício cristalizado............31 
Figura 15 – Distribuição das tecnologias usadas na produção industrial de células fotovoltaicos…........32 
Figura 16 – Detalhe de um forno de fundição (cadinho) similar aos utilizados para a 'cultura' de 
monocristais de silício………………………...............………...............………............................…...33 
Figura 17 – Células de silício monocristalino………………………...............………...............………34 
Figura 18 – Células de silício policristalino………………………………...............………..................35 
Figura 19 – Representação da forma construtiva de uma célula de silício Amorfo….……….................37 
Figura 20 – Módulo de silício amorfo................. ………...............………...............………..................37 
Figura 21 – Representação de uma célula CdTe…………………...............………...............……..…..38 
Figura 22 – Módulo de CdTe……………………………...............………...............……….....………39 
Figura 23 – Representação de uma célula CIGS…………………...............………...............…………40 
Figura 24 – Células CIS………………………………………...............………...................………….40 
Figura 25 – Curva Característica IxV, Células Conectadas em Série…………...............………....……41 
Figura 26 – Curva Característica IxV, Células Conectadas em Paralelo……………..............................41 
Figura 27 – Curva característica I-V e curva de potência P-V para um módulo com potência nominal de 
100Wp………………………...............………...............………...............……….......................…….42 
Figura 28 – Definição do fator de forma………………...............………...............………....…………43 
Figura 29 – Curvas I-V para um módulo de 220 Wp, 2 módulos idênticos associados em série e 4 
módulos idênticos associados em série………….............................................................................…...44 
 
 
‘ 
Figura 30 – Curvas I-V para a conexão em paralelo dos mesmos módulos fotovoltaicos da figura 
27……………………………………...............………...............………...............………....................47 
Figura 31 – Curva I-V para 4 módulos conectados em série e sem sombreamento (linha contínua); curva 
I-V para os mesmos 4 módulos na situação de sombreamento de uma de suas células, que passa a receber 
50% da irradiância original (linha tracejada); curva I-V com o mesmo sombreamento, mas com a 
utilização de diodos de desvio (curva com linha contínua e ponto)…………...…… ………....……… 47 
Figura 32 – Configuração básica de um SFI………………………...............………..............…...……48 
Figura 33 – Sistema fotovoltaico conectado à rede “cliente Rondônia 03” ……………….....................50 
Figura 34 – Exemplo de sistema híbrido…………………………...............…............……...............…50 
Figura 35 – Modelo de etiqueta do Inmetro para baterias………………...............………........……….52 
Figura 36 – Esquema de um SFI domiciliar; A – painel fotovoltaico; B – controlador de carga; C – banco 
de baterias; D – inversores; E – cargas c.a (equipamentos elétricos); F – caixa de 
conexão…………………………………………………………...............…………...................….…53 
Figura 37 – Formas de onda típicas dos inversores monofásicos……….……….………...............…....54 
Figura 38 – Interface geral do PVSyst…………………………..........………...............................……58 
Figura 39 – Detalhe da cobertura do prédio da Vivência na UFS……………...............……….........….59 
Figura 40 – Planta baixa da cobertura do prédio da Vivência na UFS……………..........................……60 
Figura 41 – Interface inicial do programa PVsyst………………...............….………...............……….63 
Figura 42 – Seleção do local desejado para implantação do sistema……………...……….....................63 
Figura 43 – Seleção da base de dados solar adotada……………………...............…………..............…64 
Figura 44 – Tela de Início do Projeto Fotovoltaico Conectado à Rede…………….............................…65 
Figura 45 – Visão geral do software............................ ………...............………...............………..........66 
Figura 46 – Diagrama de perdas no sistema fotovoltaico…………………...............……...........……...73 
Figura 47 – Produção de energia e perdas ao longo do ano…………………...............………….......…73 
Figura 48 – Diagrama de perdas no sistema fotovoltaico………………………...............………..........74 
Figura 49 – Produção de energia e perdas ao longo do ano……………………….....................……….75 
Figura 50 – Diagrama de perdas no sistema fotovoltaico……………………...............……………......76 
Figura 51 – Produção de energia e perdas ao longo do ano……………………...............…..........…….76 
Figura 52 – Diagrama de perdas no sistema fotovoltaico…………………………...............…...……...77 
Figura 53 – Produção de energia e perdas ao longo do ano…………………………..........……….…...78 
Figura 54 – Ficha técnica do gerador fotovoltaico necessário....... ………...............………...................85 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS 
 
 
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica 
AUTOCAD Desenho Auxiliado por Computador 
CA Corrente Alternada 
CC Corrente Contínua 
CNPJ Cadastro Nacional da Pessoa Jurídica 
CO2 Dióxido de Carbono 
CPF Cadastro de Pessoa Física 
DIPRO Divisão de Projetos 
GW Gigawatt 
IEC International Electrotechnical Commission 
INMET Instituto Nacional de Meteorologia do Brasil 
MPP Maximum Power Point 
MW Megawatt 
NOCT Nominal Operating Cell Temperature 
PROPLAN Pró-Reitoria de Planejamento 
RN-482 Resolução Normativa 482 
RN-687 ResoluçãoNormativa 687 
SFI Sistema Fotovoltaico Isolado 
SFVCR Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede 
SEE Surface Meteorology and Solar Energy 
SIGFI Sistema Individual de Geração de Energia Elétrica com Fonte 
SIPAC Sistema Integrado de Patrimônio, Administração e Contratos 
SONDA Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais 
STC Standard Test Condition 
SWERA Solar and Wind Energy Resource Assessment 
UFS Universidade Federal de Sergipe 
 
 
 
11 
 
‘ 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 14 
2 OBJETIVOS ................................................................................................................. 16 
2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................ 16 
2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 16 
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 17 
3.1 Energia Solar .............................................................................................................. 17 
3.1.1 Radiação Solar………………………………………………………………….. 18 
3.1.2 Energia Solar Fototérmica………………………………………………………. 22 
3.1.3 Tratamento e análise dos dados Solarimétricos…………………………………. 23 
3.1.3.1 Avaliação da qualidade dos dados medidos……………………………………..23 
3.1.3.2 Tratamento dos dados primários e sua análise………………………………….. 24 
3.1.4 Base de dados Solarimétricos e programas computacionais…………………….25 
3.1.4.1 Informações a partir de medições de superfície………………………………… 25 
3.1.4.2 Informações a partir de medições por satélite…………………………………... 25 
3.1.4.3 Programas computacionais para acessar e tratar dados de irradiação solar…... 26 
3.2 Efeito fotovoltaico……………………………………………………………… 27 
3.2.1 Breve histórico………………………………………………………………….. 27 
3.2.2 Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica……………………………... 28 
3.2.3 Tipos de células fotovoltaicas…………………………………………………... 31 
3.2.3.1 Sílicio Cristalino (c-Si) ………………………………………………………... 33 
3.2.3.1.1 Sílicio Monocristalino (m-Si) ……………………………………………….. 33 
3.2.3.1.2 Sílicio Policristalino (p-Si) ………………………………………………….. 34 
3.2.3.2 Sílicio Amorfo Hidrogenado (a-Si) ………………………………………….... 36 
3.2.3.3 Telureto de Cádmio (CdTe) …………………………………………………… 38 
3.2.3.4 Disseleneto de Cobre (Gálio) e índio (CIS e CIGS) …………………………... 39 
12 
 
‘ 
3.2.4 Módulos Fotovoltaicos………………………………………………………………..40 
3.2.4.1 Características elétricas dos módulos fotovoltaicos…………………………….......41 
3.2.4.2 Associação de módulos fotovoltaicos…………………………………………... ….44 
3.2.4.3 Efeitos de sombreamento……………………………………………………….. ….45 
3.2.4.4 Temperatura nominal de operação …………………………………………………46 
3.2.5 Sistemas fotovoltaicos…………………………………………………………. 47 
3.2.5.1 Sistemas Isolados (SFI) ……………………………………………………….. ….48 
3.2.5.2 Sistemas Conectados à rede……………………………………………………. ….49 
3.2.5.3 Sistemas Hibrídos……………………………………………………………… ….50 
3.2.6 Baterias…………………………………………………………………………. ….51 
3.2.6.1 Características para utilização em Sistemas Fotovoltaicos........................................51 
3.2.7 Controladores de Carga……………………………………………………….....….52 
3.2.8 Inversores CC/CA………………………………………………………………. ….53 
3.3 Resolução Normativa N° 482………………………………………………………. 55 
3.4 Resolução Normativa N° 687………………………………………………………. 56 
3.5 Enquadramento do trabalho numérico…………………………………………………..57 
3.5.1 Ferramenta computacional para projeto de sistemas fotovoltaicos……………..... 57 
4 MATERIAIS E MÉTODOS………………………………………………………... 59 
4.1 Descrição do local de estudos………………………………………………………. 59 
4.2 Incidência solar mensal e potencial fotovoltaico na Universidade Federal de Sergipe, em 
São Cristóvão - SE………………………………………………………................ 60 
4.3 Levantamento da área total da cobertura…………………………………………… 60 
4.4 Percentual de cobertura útil para a implantação do sistema solar fotovoltaico…….. 61 
4.5 Consumo de energia elétrica anual e média mensal………………………………... 61 
4.6 Ângulo, orientação geográfica dos painéis e premissas.............................................. 62 
4.7 Potência nominal necessária………………………………………………………... 62 
4.8 Dimensionamento do Sistema……………………………………………………….62 
13 
 
‘ 
4.9 Alternativas de geração……………………………………………………………... 66 
4.10 Simulando geração de energia completa da UFS...........................................................67 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO…………………………………………………..... 68 
5.1 Escolha dos equipamentos………………………………………………………….. 68 
5.1.1 Módulos Fotovoltaicos…………………………………………………………… 68 
5.1.2 Inversores…………………………………………………………………………. 70 
5.2 Economia de energia………………………………………………………………... 72 
5.2.1 Capacidade de geração da energia elétrica dos sistemas propostos…………......... 72 
5.2.2 Esquema de disposição dos módulos fotovoltaicos das 4 alternativas de gerações......79 
5.2.3 Estimativas de Custos …………………………………………………………………80 
5.2.4 Economia do sistema fotovoltaico………………………………………………... 82 
5.2.5 Comparativo entre consumo e geração de energia……………………………….. 84 
5.3 Aplicações de painéis e inversores…………………………………………………. 84 
5.4 Simulação para suprimento completo do consumo de energia da Universidade Federal de 
Sergipe…………………………………………………………………………...... 84 
6 CONCLUSÃO................................................................................................................86 
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 87 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
1 INTRODUÇÃO 
 O Brasil é um país tropical, ensolarado na maior parte do ano. Porém esse fato não vem 
traduzindo em um grande aproveitamento que poderia ser dado na geração elétrica a partir do 
sol. Além disso, existem enormes reservas de quartzo de alta qualidade em terras brasileiras, 
que geram vantagem para produção de silício, material que compõe os módulos fotovoltaicos 
(NASCIMENTO, 2017). 
 Graças a políticas de incentivo, isenção de tributos e regulamentação que ocorreram no 
país, foi possível sair de apenas um sistema fotovoltaico conectado à rede instalado em 2013, 
para 10000 quatro anos depois. No começo deste ano o país atingiu o primeiro gigawatt de 
potência instalada, colocando-se entre os 30 países que possuem mais de 1GW de fonte solar, 
com estimativa de chegar em 2026 com 7 GW. Apesar desses números, isso representará 
aproximadamente 2% de consumidores gerando a sua própria energia (BLUESOL, 2018). 
 A geração centralizada, que compreende grandes usinas fotovoltaicas, domina em 
termos de potência instalada, comparando-se com a geração distribuída, que são locais de 
sistema fotovoltaico de menor porte, como casas, edifícios comercias e públicos, condomínios, 
etc. Dentro da geração distribuída, a maioria que adquire o sistema fotovoltaico é o residencial, 
devido ao alto preço pago pela energia elétrica. Tratando-se de potência instalada da residencial 
e da comercial, chegam-se a valores praticamente similares, apesar do menor número absoluto 
em sistemas comerciais. A Figura 1 mostra como está representada por estado a instalação da 
geração distribuída (BLUESOL, 2017). 
 
 
Figura 1 – Número acumulado de sistemas fotovoltaicos conectados à rede em cada estado. Fonte: (ANEEL, 
2017) 
 A energia solar pode ser utilizada também para aquecimento da água, processo chamado 
de energia Fototérmica. Dois benefícios podem ser usufruídos neste tipo de sistema: redução 
15‘ 
na taxa de poluição e economia na conta de energia, já que parcela da conta por parte do uso do 
chuveiro elétrico é expressiva em uma residência. O Brasil vem utilizando este sistema de uma 
forma significativa, perdendo apenas para a China, Estados Unidos, Alemanha e Turquia. 
Mesmo assim ainda existe uma enorme possibilidade de crescimento neste setor, devido à alta 
taxa de irradiação solar que o Brasil possui. Este sistema é mais utilizado no Sul e Sudeste do 
país, por serem áreas mais frias do país, havendo uma necessidade maior de aquecer a água para 
consumo (SOLAREM, 2015). 
 Existiam mais de 11 milhões de m² de coletores solares instalados no país até o fim do 
ano de 2014, com mais de 3 milhões de sistemas instalados, provocando reduções na emissão 
de CO2 de quase 2.500.000 toneladas por ano (MAUTHNER; WEISS; SPORK-DUR, 2016). 
 Estes sistemas podem ser utilizados não somente para usos residenciais, mas também 
em hotéis, motéis e vestiários, para o aquecimento da água das pias, chuveiros, cozinhas e das 
piscinas (SOLAREM, 2015). 
 Ficam claros os vários benefícios que a utilização da energia solar trará para um país 
com alta incidência solar e que possua adequada tecnologia que possibilite a conversão daquela 
energia para os mais diversos fins necessários. Tratando-se da energia fotovoltaica, que é o 
objeto de estudo deste trabalho, a situação não é diferente. 
 O propósito de qualquer tecnologia é de levar a humanidade em direção a um mundo 
não só mais cômodo e funcional, como também que tenha um futuro mais sustentável e com 
qualidade de vida, entregando o essencial a população e ao mesmo tempo ajudando a preservar 
os recursos do nosso planeta. Esse é o pensamento criado ao imaginar uma instalação 
fotovoltaica também. Além disso, uma motivação extra para pensar a inserção deste tipo de 
sistema na Universidade Federal de Sergipe foi o aumento do consumo de energia registrado 
ano após ano, impactando as despesas da universidade. 
 
 
 
 
 
 
16 
 
‘ 
2 OBJETIVOS 
2.1 Objetivo Geral 
 Este trabalho apresentará um estudo de caso de um pré-dimensionamento de um sistema 
solar fotovoltaico integrado a uma edificação na Universidade Federal de Sergipe (UFS) e 
interligado à rede elétrica pública. O sistema tem por fim pré-dimensionar o sistema 
fotovoltaico das quatro alternativas de gerações e determinar qual opção é a melhor quanto à 
produção de energia e à redução nas taxas de emissões de dióxido de carbono. 
2.2 Objetivos específicos 
1. Avaliar a energia elétrica consumida em horários de ponta e fora de ponta e seus respectivos 
custos; 
2. Fazer estudo de aplicabilidade e viabilidade para a implantação do sistema fotovoltaico; 
3. Verificar o percentual do consumo de energia que poderá ser suprido através da aplicação de 
diferentes tecnologias dos painéis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
‘ 
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
3.1 Energia Solar 
 A energia do sol é de natureza eletromagnética e é produzida por reações nucleares, 
chegando na superfície da Terra propagando-se no espaço interplanetário. Sua energia fornecida 
para a atmosfera da Terra é de 5,445  1024 joules ou 1,5125  1018 kWh de energia. Este 
fornecimento de energia solar é extremamente grande, pois, de todas as formas de geração de 
energia existentes no ano de 1970, chega-se a uma porcentagem irrisória de 0,004% da energia 
recebida pelo sol (FADIGAS, 2012). 
 Também é de conhecimento que a energia solar que atinge a Terra é 10000 vezes maior 
do que a consumida no ano de 2006. Portanto é de fácil percepção que a infinita energia que o 
sol gera é de extrema importância para vencer desafios energéticos atuais e de grande utilidade 
em reaproveitá-la e convertê-la em outros tipos de energia (CRESESB, 2006). 
 A energia solar é indispensável a muitas fontes de energia, como a energia hidráulica, 
biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos. Outro fim que é dado à energia 
solar é quando se deseja aquecer fluidos e ambientes ou na criação de potência mecânica ou 
elétrica vinda da radiação do sol. A energia solar provoca efeitos ao atingir específicos sistemas, 
como o termoelétrico e o fotovoltaico, transformando a energia solar em energia elétrica. É 
possível ainda utilizar também a radiação solar para fins de aquecimentos de ambiente e 
iluminação. Para tanto, espera-se possuir técnicas avançadas de arquitetura e construção 
(ANEEL, 2002). 
 Com o uso de coletores ou concentradores solares é possível aquecer fluidos. Aplicam-
se geralmente coletores solares em construções residenciais e comerciais (hotéis, restaurantes, 
clubes, hospitais, etc.) e para aquecer a água da higiene pessoal, seja para lavar utensílios e 
ambientes. Já os concentradores solares são utilizados em situações que necessitam de 
temperaturas mais elevadas, como para secar grãos e para produzir vapor (ANEEL, 2002). 
 Determinados materiais, especialmente os semicondutores, convertem energia solar em 
energia elétrica através de efeitos da radiação (calor e luz). Os efeitos causados pela radiação 
solar é o termoelétrico e o fotovoltaico. O primeiro é criado pela união de dois metais, em 
condições especiais e então surge uma força eletromotriz. No fotovoltaico, a luz solar contém 
fótons que são convertidos em energia elétrica, através da utilização de células solares (ANEEL, 
2002). 
18 
 
‘ 
 No Brasil, a utilização da energia solar tem sido mais aproveitada para aquecer a água e 
na geração fotovoltaica de energia elétrica. Certas regiões se destacam no uso de cada processo 
por um específico motivo. O Sul e Sudeste possuem climas mais frios, portanto utiliza-se em 
maior nível a energia solar para fins de aquecimento do que em outras regiões do país. No Norte 
e Nordeste existem mais comunidades isoladas e sem acesso à energia elétrica, daí justifica-se 
o maior uso de painéis solares, principalmente para armazenamento da energia elétrica 
(ANEEL, 2002). 
3.1.1 Radiação Solar 
 Diversos fatores influenciam na quantidade da radiação solar que por fim chega à 
superfície do nosso planeta. Além de condições atmosféricas como a nebulosidade e a umidade 
relativa do ar no local, o nível de energia também é de maior ou menor grau em função da 
latitude da localização e do momento exato do ano. Isto ocorre devido aos dois movimentos 
que a Terra realiza, rotação e translação. A Terra gira diariamente em torno de um eixo 
imaginário com inclinação de 23º45´ com relação ao seu plano de órbita (movimento de 
rotação) e simultaneamente está desenvolvendo um curso elíptico em torno do sol (translação 
ou revolução), como ilustrado na Figura 2. Dessa forma, a duração solar do dia varia em 
algumas regiões do planeta e em diferentes períodos do ano. Essas variações de luz do sol têm 
uma maior diferença nas regiões dos polos e durante o solstício. Um menor grau de variação 
acontece próximo à linha do Equador e durante os equinócios, período no qual a duração solar 
é exatamente igual à duração da noite em toda a Terra (ANEEL, 2002). 
 
 
Figura 2 - Representação das estações do ano e do movimento da Terra em torno do sol. Fonte: ANEEL (2002) 
 
 
 
19 
 
‘ 
 A luz solar que atinge a superfície terrestre é composta por uma fração direta e por uma 
fracção difusa. A radiação direta vem segundo a direção do Sol, produzindo sombras bem 
definidas em qualquer objeto. Já a radiação difusa não possui uma direção específica, sofrendo 
desvio por gases presentes na atmosfera. Uma representação da situação está ilustrada de acordo 
com a Figura 3 (ENERGIA, 2004). 
 
 
Figura 3 - Luz solar no seu percurso atravésda atmosfera. Fonte: (ENERGIA, 2004) 
 
 É necessário saber a localização exata do sol para a determinação de dados da radiação 
e da energia produzida nos painéis solares fotovoltaicos. Dois parâmetros são utilizados para 
especificar precisamente onde o sol está situado. São eles: a sua altura e o seu azimute. 
Tratando-se de energia solar, o Sul é indicado geralmente como α = 0°. Atribui-se o sinal 
negativo para ângulos orientados a Leste, α = -90° e positivo para o Oeste, α = 90º. Uma 
representação da situação está ilustrada de acordo com a Figura 4 (ENERGIA, 2004). 
 
 
Figura 4 - Representação dos ângulos segundo as técnicas solares. Fonte: (ENERGIA, 2004) 
20 
 
‘ 
 Porém é utilizada outra convenção de azimutes solares na arquitetura e na construção. 
Ao Norte é designado 0º como o ângulo de azimute. Os outros ângulos adotaram-se com base 
no sentido dos ponteiros do relógio. Para o Leste, α = 90º, para o Sul, α = 180º e para o Oeste, 
α = 270º. Na Figura 5, está ilustrada uma representação da situação (ENERGIA, 2004). 
 
 
Figura 5 - Representação de ângulos da posição solar. Fonte: (ENERGIA, 2004) 
 
 A irradiação solar que atinge a Terra pode sofrer uma drástica redução na sua 
intensidade até chegar aos módulos, por exemplo, por fatores como moléculas presentes na 
atmosfera absorvendo a irradiação, reflexão da atmosfera ou ainda havendo dispersões em 
regiões industriais, cuja ar é bastante poluído (ENERGIA, 2004). 
 Todas estas mudanças estão interligadas a quão espessa é a camada da atmosfera, cujo 
nome também pode ser “Massa de Ar” (AM). A depender da hora do dia e da época do ano, o 
sol pode estar mais ou menos próximo da atmosfera. Existe uma relação direta do ângulo de 
incidência e da irradiação captada pela superfície receptora. É sabido que quando o sol está em 
uma posição perpendicular à superfície da terra, ele levará bem menos tempo para atingir a 
superfície e sofrerá menos desvios na sua irradiação quando comparado com um ângulo solar 
mais baixo, havendo mais desvios até chegar nos módulos, por exemplo. Existe uma equação 
para relacionar a posição do sol com a massa de ar, expressa pela equação 1 (ENERGIA, 2004): 
 AM = 
1
sin 𝛾𝑠
 (1) 
 Onde: 
AM (adimensional) – Massa de Ar; 
21 
 
‘ 
𝛾𝑠(𝐺𝑟𝑎𝑢𝑠) – Ângulo de elevação Solar. 
 Pode-se interpretar dessa equação que quanto mais próximo de 1 o valor da AM, menor 
redução da irradiação haverá até chegar à superfície receptora, que ocorre quando o ângulo 𝛾𝑠 
é igual a 90º. Esta condição acontece em regiões próximas à linha do equador ao meio dia, tanto 
no começo da Primavera ou do Outono (ENERGIA, 2004). 
 Na Figura 6, está representado o índice médio anual de radiação solar no país, em watt-
hora por metro quadrado ao dia (Wh/m².dia). Tal registro é de responsabilidade da Universidade 
Federal de Pernambuco, criado no ano 2000 e chamado de Atlas Solarimétrico. É facilmente 
perceptível que é a região Nordeste, com destaque para o Vale do São Francisco, que recebe a 
maior taxa de radiação solar, com média anual de aproximadamente 6 kWh/m².dia. Os menores 
índices são observados no Litoral do Sul e Sudeste, na Serra do Mar; na Amazônia ocidental e 
no Amapá e Leste do Pará. É de conhecimento geral que o Brasil recebe um enorme índice de 
radiação solar. Logo, mesmo essas regiões citadas acima com os menores índices de radiação 
do país, também possuem um enorme potencial para captação da energia solar e posterior 
aproveitamento. Entretanto os aproveitamentos energéticos solares que existem no Brasil são 
mínimos, percebendo-se o grande potencial de crescimento que este setor possui (ANEEL, 
2002). 
 
 
Figura 6 - Radiação solar no Brasil – média anual típica (Wh/m².dia). Fonte: ANEEL (2002) 
22 
 
‘ 
3.1.2 Energia Solar Fototérmica 
 A capacidade de energia que um corpo tem em absorver, sob a forma de calor, a partir 
da radiação solar incidente no próprio, é denominado de energia solar fototérmica. É preciso 
saber captar e armazenar esta energia. Para isto, existem equipamentos produzidos para este 
fim. Eles são denominados de coletores solares (CRESESB, 2008). 
 Os coletores solares são utilizados para aquecerem fluidos (líquidos ou gasosos) e 
podem ser de dois tipos, coletores concentradores e coletores planos. Isso dependerá se o 
dispositivo concentrará ou não a radiação solar. O funcionamento de coletores acontece de 
forma simples, através do aquecimento do fluído e armazenamento em reservatórios 
termicamente isolados até que seja necessário o seu emprego (água quente para banho, ar quente 
para secar grãos, gases para dar funcionamento às turbinas, etc.). Na Figura 7, é possível ver 
todo o sistema (CRESESB, 2008). 
 
 
Figura 7 - Exemplo de coletor solar. Fonte: Soletrol (2013) 
 
 Devido principalmente à qualidade proporcionada ao usuário e na redução do uso da 
energia elétrica, os coletos planos são amplamente usados no país em residências, hospitais, 
hotéis (CRESESB, 2006). 
 
 
23 
 
‘ 
3.1.3 Tratamento e análise dos dados Solarimétrico 
 Obter dados em qualquer área da engenharia é de fundamental importância para 
desenvolver projetos e avaliar sistemas. Tratando-se de sistemas de engenharia relacionados ao 
recurso solar não poderia ser diferente. Podem-se citar três aspectos importantes e que se 
completam neste tipo de sistema: (PINHO; GALDINO, 2014) 
 - Quando são usados os dados medidos diretamente no local da instalação para que se 
possa projetar e analisar viabilidade do sistema; 
 - Quando se deseja descobrir os valores de componentes direta e difusa no plano adotado 
do módulo fotovoltaico e da mudança da radiação incidente em qualquer outro plano não sendo 
o horizontal, realizam-se modelos que executem essa alteração na base temporal de dados; 
 - Quando é necessário estimar valores da radiação solar em locais com ausência 
completa de dados solares, fazendo-se através de extrapolações e interpolações. 
3.1.3.1 Avaliação da qualidade dos dados medidos 
 Em qualquer desenvolvimento de um projeto na engenharia, deve-se avaliar a qualidade 
dos dados, com medições realizadas de uma maneira que traga resultados confiáveis. Isto trará 
benefícios durante a fase de projeto, havendo menor possibilidade de incertezas associadas ao 
trabalho, o que barateará o sistema e durante a fase operacional, possibilitando acompanhar de 
forma verídica o desempenho do sistema (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Para descobrir se os valores dos dados da rede solar estão realmente concisos e reais, 
pode-se adotar algumas técnicas de verificação. A seguir elas estão explicitadas: 
 - Verificar os limites de uma determinada variável e então julgar se o valor mensurado 
está dentro desse intervalo; 
 - Utilizar mais de um sensor de medição da radiação e cruzar valores a fim de verificar 
similaridades; 
 - Averiguar semelhança histórica entre as componentes direta, difusa e total; 
 - Comparar com dados de modelos (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
 
 
24 
 
‘ 
3.1.3.2 Tratamento dos dados primários e sua análise 
 Depois que os dados são passados pelos testes de verificações citados anteriormente, 
ocorre o filtro destes dados, resultando em uma quantidade menor e mais concisa de valores de 
irradiação. Agora pode-se fazer uma média destes valores, numa determinada escala de tempo 
mais apropriada. Outra forma de representação destes dados é feita por curvas de distribuição 
de frequência da irradiância (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Depois de ser feito o tratamento dos dados, pode-se comparar tais valores de radiação 
solar de dois ou mais locais diferentes. Existem três conceitos verdadeiros que são utilizados 
para resolvereste problema: (PINHO; GALDINO, 2014) 
 - Para um determinado mês ou ano, o local que possuir maior média de irradiação solar 
é em primeiro momento o mais favorável para instalação; 
 - Para um especifico mês ou ano, o local que tiver maior variância, necessitará de uma 
área maior de módulos; 
 - Para análise da curva da distribuição acumulada, o local com maior tempo fracional 
mensal para um dado índice de claridade, isto é, razão entre a irradiação global que atinge a 
superfície terrestre e a irradiação que incide no topo da atmosfera, possuirá maior 
disponibilidade solar (PINHO; GALDINO, 2014). 
 É imprescindível saber o quanto de radiação solar atinge uma superfície receptora, no 
plano que ela estiver orientada, para que seja feito com precisão toda a análise e 
dimensionamento do sistema fotovoltaico. Para obter a radiação em um plano em uma direção 
qualquer, é necessário saber a radiação direta e difusa. No entanto, em geral têm-se posse apenas 
de dados da radiação solar global no plano horizontal. Para resolver este problema, é necessário 
criar correlações entre a radiação solar global e a difusa. Estas correlações dependem da escala 
temporal e podem ser classificadas em linear, polinomial ou exponencial. Tratando-se de 
escalas diárias quem criou as melhores correlações foram Liu e Jordan (1960), e Collares-
Pereira e Rabl (1979). Já se referindo a escalas horárias, as mais famosas foram estabelecidas 
por Erbs (1982) e Dal Pal e Escobedo (2012) (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
 
 
25 
 
‘ 
3.1.4 Base de dados solarimétricos e programas computacionais 
 Para ter acesso aos dados de irradiação solar, pode-se recorrer à internet e a publicações 
especificas. Deve-se destacar que os dados devem ser coletados de uma forma contínua no 
tempo, sem interrupções, possibilitando dessa forma um extenso catálogo de composições de 
irradiações solares, o que torna a amostra mais segura e rica em detalhes (PINHO; GALDINO, 
2014). 
3.1.4.1 Informações a partir de medições de superfície 
 Foi Nunes et al. (1979) responsável pelos primeiros mapas de irradiação solar no Brasil 
a partir de correlações de dados de quantidades de horas do sol. O mesmo fez em 1987 a 
Organização Latino Americana de Energia (OLADE), catalogando-os em estações do Instituto 
Nacional de Meteorologia, além de criar tabelas impressas. Optou-se por extrair dados da 
OLADE, os quais foram posteriormente digitalizados, ocorrendo uma vasta ampliação de seu 
uso. Uma organização espanhola chamada CENSOLAR incorporou informações da OLADE, 
podendo ser acessado pelo programa SunData (PINHO; GALDINO, 2014). 
 O Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), registrou médias mensais de insolação 
durante 30 anos e a partir daí estimou-se a radiação solar. Estes dados estão disponíveis no site 
do INMET (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Mais dados foram coletados e reunidos, o que permitiu a criação do Atlas Solarimétrico 
do Brasil. Foi estimada a irradiação solar no país interpolando-se e extrapolando-se dados 
adquiridos de estações meteorológicas encontradas por todo o país. É possível acessar dados 
destas estações pela rede Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais (SONDA) 
em seu site (PINHO; GALDINO, 2014). 
3.1.4.2 Informações a partir de medições por satélites 
 O Brasil é um país de dimensões continentais. Esse fato dificulta em números a área 
abrangida pelas estações que medem dados de radiação. Com isso, a captação de imagens por 
satélites além de ser muito mais abrangente, também tem sido constantemente desenvolvida 
(PINHO; GALDINO, 2014). 
 É sabido que caso seja necessária a instalação de um sistema distante donde houver 
dados capturados, é muito mais precisa a estimativa por imagens de satélite que de uma 
extrapolação. O primeiro modelo físico de transferência da radiação solar através da atmosfera 
utilizado foi o BRASIL-SR. Sua função é a de capturar imagens de satélite da superfície da 
26 
 
‘ 
Terra e através disto poder aferir a irradiação solar. No ano de 2006, foi publicado o Atlas 
Brasileiro de Energia Solar, utilizando o mesmo modelo, porém com imagens de mais satélites. 
Foi possível perceber que houve uma pequena variação dos valores de irradiação diária 
encontrados pelo modelo com os valores obtidos através de interpolação na superfície (PINHO; 
GALDINO, 2014). 
 Outros programas podem ser acessados para que se compreenda e verifique mapas e 
dados da irradiação solar no país. A seguir eles estão descritos: 
 - SWERA. Possui dados e mapas do Atlas Brasileiro de Energia Solar; 
 - SEE (Surface Meteorology and Solar Energy) da NASA. Possui um banco com 22 
anos de coleta de dados, podendo-se descobrir valores médios da irradiação em qualquer local 
do mundo; 
 - A página http://www.soda-is.com/ (PINHO; GALDINO, 2014). 
3.1.4.3 Programas computacionais para acessar e tratar dados de irradiação solar 
 Outra ferramenta para verificação de dados e mapas de irradiação solar são os programas 
computacionais. Como já citado anteriormente, o programa SunData possui uma base de dados 
suficiente para dimensionar um Sistema Fotovoltaico. Existem dados mensais para planos 
horizontais de mais de 350 pontos do Brasil, além de planos inclinados em três ângulos. Basta 
inserir no site da Cresesb a coordenada geográfica do local, que será possível acessar a 
informação desejada (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Um programa brasileiro da Universidade Federal do Rio Grande do Sul é o RADIASOL 
2. Ele se diferencia dos outros por permitir que se insira a inclinação desejada do módulo 
fotovoltaico e o ângulo de orientação azimutal do plano dos módulos. Deve-se saber valores de 
irradiação diária em média mensal no plano horizontal ou buscar na base de dados do próprio 
programa e saber a temperatura em base mensal. O programa então é capaz de resumir dados 
por hora da irradiação global, dando valores de radiação direta e difusa ao longo das horas que 
existem em um ano e por fim descobre a irradiação por hora do plano inclinado. Sua interface 
está representada de acordo com a Figura 8 (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
27 
 
‘ 
 
Figura 8 – Interface de utilização do programa RADIASOL2. Fonte: RADIASOL2 
 
 Finalmente, cita-se o programa METEONORM. É um software comercial, útil para 
descobrir valores de radiação que atingem planos inclinados e por ter registros climáticos em 
milhares de pontos do planeta (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
3.2 Efeito Fotovoltaico 
3.2.1 Breve Histórico 
 O efeito fotovoltaico foi descoberto por um físico francês chamado de Edmund 
Becquerel em 1839, quando percebeu que alguns materiais ao receberem radiação solar eram 
capazes de produzir corrente elétrica, cujo valor seria tão alto quanto maior era intensidade da 
luz que incidia nesses materiais (CRESESB, 2006). 
 Em 1877, o efeito fotovoltaico também foi notado no selênio por Adams e Day na 
Inglaterra. Apesar da baixa eficiência de conversão da célula de apenas 1%, a primeira célula 
solar foi registrada em 1883 com essa taxa. Na década de 30, cientistas como Langue, Grondahl 
e Schottkl contribuíram enormemente para o melhor entendimento do efeito fotovoltaico em 
junção do estado sólido (CRESESB, 2006). 
 Em 1941, o módulo de silício cristalino foi produzido por Ohl. Em 1949, a eficiência 
destas células foi medida. Os responsáveis por este fato foram os cientistas Billing e Plessnar. 
28 
 
‘ 
Simultaneamente, trabalhos a respeito da teoria da junção P-N eram descobertos e divulgados 
por Shockely (FADIGAS, 2012). 
 No entanto, somente em 1956 sua produção industrial deu o pontapé de partida. Entre a 
década de 50 a 70, as pesquisas nesta área começaram a ser estudadas. As primeiras empresasque buscaram este tipo de tecnologia foram as de telecomunicações, o que garantiu 
desenvolvimento da tecnologia. Outro setor que impulsionou as pesquisas foram as aplicações 
espaciais, isto é, a corrida espacial. Foi este acontecimento histórico a causa do amplo 
desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica, ocorrendo em nível de processo de fabricação, de 
rendimento das células e do seu peso (CRESESB, 2006). 
 A partir dos anos 70, impulsionada pela crise do petróleo, promoveu-se a tentativa de 
diversificação das fontes de energia, com interesse em estudos e pesquisas em aplicações 
terrestres destes sistemas, necessário para suprir a demanda de energia naquele momento. 
Porém era necessário abaixar o custo de produção das células na época em até 100 vezes para 
que fosse economicamente viável sua utilização em terra. Atualmente, devido ao aumento dos 
mercados e de várias empresas dedicadas à produção de células fotovoltaicas, é extremamente 
favorável obter um sistema solar. Produzi-lo tornou-se bem mais barato, podendo os sistemas 
serem utilizados em vários locais e para diversas finalidades, com a garantia de que haverá uma 
vida útil longa do produto e de pouca necessidade de manutenção, além da modularidade do 
equipamento, incrementando a capacidade energética do país (CRESESB, 2006). 
3.2.2 Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica 
 O efeito fotovoltaico é o aparecimento de uma tensão elétrica em um material 
semicondutor, geralmente o silício, e é denominado deste termo pois o material apresenta 
características que se alternam entre um condutor e um isolante. Para entender como funciona 
o efeito fotovoltaico, devemos conhecer o modelo atômico, que demonstra o comportamento 
das partículas que compõem um átomo. Mas para simplificar o que precisamos aqui, é 
necessário saber que os semicondutores têm a “banda de valência” completamente cheia e a 
“banda de condução” vazia, mas o “band-gap” dos semicondutores é de 1 eV (um elétron-volt). 
Isso faz com que um semicondutor se comporte como um isolante a zero Kelvin, mas, com o 
aumento da temperatura, começam a conduzir eletricidade, agindo como um condutor. Por isso 
o nome: semicondutor. O processo está sendo representado de acordo com a Figura 9 
(BLUESOL, 2014). 
 
29 
 
‘ 
 
Figura 9 - Band gap de condutores semicondutores e isolantes. Fonte: BLUESOL 
 
 O recebimento de fótons de radiação eletromagnética na frequência no intervalo do 
espectro da luz fusível causa o salto dos elétrons da banda de valência para a banda de condução. 
Este fato causa a produção de uma corrente elétrica dentro da estrutura cristalina do 
semicondutor. A recombinação de elétrons acontece quando um elétron sai donde se originou, 
deixando um espaço para que outro elétron o tome, causando a neutralidade elétrica do cristal. 
Um semicondutor é denominado de intrínseco quando esse não possui impurezas. O cristal de 
silício está representado de acordo com a Figura 10 (BLUESOL, 2014.) 
 
 
Figura 10 - Cristal de silício intrínseco (puro). Fonte: BLUESOL 
 
 É de conhecimento que se alterando a formação cristalina de qualquer material, neste 
caso o do semicondutor intrínseco, pode-se utilizar a corrente elétrica do interior do material. 
Este processo também é conhecido como dopagem. Aplicando-se essa teoria na dopagem do 
semicondutor silício, o que acontece é o seguinte: o silício possui quatro elétrons na sua última 
camada e, portanto, precisa de mais quatro átomos próximos para que seja feita a ligação 
covalente. Caso acrescente-se um elemento com 5 elétrons na sua última camada, o fósforo ou 
o arsênio, por exemplo, sobrará um elétron com uma ligação fraca ao átomo de origem e, 
quando o semicondutor se encontrar em temperatura ambiente, esse elétron ficará sozinho, 
tornando o cristal de silício dopado com o elemento de 5 elétrons na sua última camada 
30 
 
‘ 
negativamente carregado. Ele é classificado como um condutor do Tipo N. A dopagem está 
representada de acordo com a Figura 11 (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 11 - Dopagem com fósforo. Fonte: BlueSol 
 
 Caso seja adicionado um elemento dopante com 3 elétrons na sua última camada ao 
silício, carecerá de um elétron na estrutura cristalina. Ao contrário da primeira forma, ele ficará 
carregado positivamente após os elétrons serem liberados, sendo classificado como 
semicondutor do Tipo P. A dopagem com boro está representada de acordo com a Figura 12 
(BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 12 - Dopagem com boro. Fonte: BlueSol 
 
 Para que seja criada uma célula fotovoltaica ou diodo é necessária a junção dos dois 
tipos de semicondutores, Tipo P e Tipo N. Com a união destes, a junção PN, os elétrons, que 
estão em excesso do semicondutor tipo N, fluirão para o semicondutor tipo P para ocuparem 
esses buracos. A migração de elétrons não é feita de forma vaga, pois é criado um campo 
elétrico na área de junção, evitando que o fluxo dos elétrons cesse. O processo está representado 
de acordo com a Figura 13 (BLUESOL, 2014). 
31 
 
‘ 
 
 
Figura 13 - Representação do efeito fotovoltaico. Fonte: BlueSol 
 
 O efeito fotovoltaico surge da seguinte maneira. Ao receberem fótons da luz solar, que 
têm uma enorme quantidade de energia, os elétrons são energizados, porém não com energia 
suficiente para migrar da camada N para a P. Agora se existir uma ligação das duas camadas 
externamente, é possível utilizar a corrente elétrica que é criada no caminho dos elétrons de 
uma camada para outra. É desta forma a base de funcionamento das células fotovoltaicas. O 
processo está representado de acordo com a Figura 14 (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 14 - Representação do funcionamento de uma célula fotovoltaica de silício cristalizado - Fonte: BlueSol 
 
3.2.3 Tipos de Células Fotovoltaicas 
 Apesar das mais variadas tecnologias de produção das células fotovoltaicas que foram 
desenvolvidas nos últimos 60 anos, grande parte destas células estão disponíveis 
comercialmente usando o silício como matéria prima em duas formas: monocristalino e 
policristalino. Na Figura 15, é fácil constatar que desde registros dos anos 2000 estas duas 
tecnologias de silício são as mais usadas na produção industrial de células fotovoltaicas 
(PINHO; GALDINO, 2014). 
32 
 
‘ 
 O domínio do silício pode ser explicado por dois motivos. Primeiramente devido ao alto 
desenvolvimento durante o século XX da tecnologia do silício graças à microeletrônica. A 
segunda é devido ao fato de que o silício é um material facilmente encontrado na natureza 
(ZILLES, et al., 2012). 
 Contudo existem outros materiais empregados nas tecnologias fotovoltaicas. Podemos 
citar filmes finos de telureto de cádmio (CdTe), disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS), 
silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), silício microcristalino (µc-Si) e silício crescido em fitas 
(Si-fitas). Existem também novos materiais, alguns ainda em estudo, como é o caso das células 
fotovoltaicas multijunção de alta eficiência, células baseadas em corantes. A distribuição está 
representada de acordo com a Figura 15 (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
 
Figura 15 - Distribuição das tecnologias usadas na produção industrial de células fotovoltaicas. Fonte: PINHO; 
GALDINO, 2014 
Legenda: m-Si – silício monocristalino, p-Si – silício policristalino, CdTe – telureto de Cádmio, a-Si – silício 
amorfo, CIS – disseleneto de cobre índio, CIGS – disseleneto de cobre índio gálio, e Si-fitas – fitas de silício. 
 
 
 
 
 
33 
 
‘ 
3.2.3.1 Silício Cristalino (c-Si) 
3.2.3.1.1 Silício monocristalino (m-Si) 
 Para se produzir células monocristalinas, o silício purificado, porém em forma de 
policristal, deve ser decompostoem um único cristal (monocristalino). Um dos métodos mais 
conhecidos de “processo de cultura de cristais”, que possibilitará transformá-lo nas 
qualificações desejadas, é o “Método Czochralski”. Tal processo acontece derretendo 
novamente o silício em um cadinho de quartzo na temperatura de 1420ºC. Em seguida deve-se 
imergir uma semente de monocristal de silício no cadinho e, enquanto que o mostro sofre 
resfriamento, roda o cadinho e a semente. O efeito é alcançado quando o cristal semente for 
retirado do banho enquanto roda, de forma lenta, do cadinho. Dessa maneira, podem ser 
produzidos cristais únicos redondos de silício (monocristal) com um diâmetro de 
aproximadamente 30cm e vários metros de largura. O processo está representado de acordo 
com a Figura 16 (BLUESOL, 2014). 
 
Figura 16 - Detalhe de um forno de fundição (cadinho) similar aos utilizados para a 'cultura' de monocristais de 
silício. Fonte: BlueSol 
 
 O monocristal é estriado em um formato semiquadrado e depois cortado em pequenas 
lâminas de 0,3mm de espessura. O pó de serragem, perdido durante a serragem é derretido 
novamente, como também as partes cônicas do cilindro de silício. Arranca-se as rebarbas da 
lâmina, tratando-a a quimicamente e desbastando até 0,01mm de cada lado. A partir de lâminas 
já corretamente dopadas com boro, do Tipo-P, a camada superior do Tipo-N é produzida através 
da difusão de vapor de fósforo em um forno que provoca temperaturas entre 800 a 900ºC, 
obtendo-se a junção-PN. Depois de inserida uma camada de material antirreflexo, são impressos 
34 
 
‘ 
os contatos frontais e traseiros. Finalmente as células são desbastadas nas laterais para remover 
agentes que provocariam curto-circuito nas células (BLUESOL, 2014). 
 A célula possui eficiência entre 15% – 18% (Czochralski). São produzidas na maioria 
das vezes redonda, semiquadrada ou quadradas. Seu tamanho é 10x10 cm ou 12,5x12,5 cm ou 
15x15 cm ou com diâmetros de 10, 12,5 e 15 cm. Espessura de 0,3 mm. Possui cor geralmente 
de azul-escuro ou quase preto (com antirreflexo), cinza ou azul-acinzentado (sem antirreflexo). 
Os primeiros fabricantes são Astro Power, Bharat Electronics, BHEL, BP Solar, Canrom, CEL, 
CellSiCo, Deutsche Cell, Eurosolare, GE Energy, GPV, Helios, Humaei, Isofoton, Kaifeng 
Solar Cell Factory, Kwazar JSC, Maharishi, Matsushita Seiko, Microsolpower, Ningbo Solar 
Energy Power, Pentafour Solec Technology, Photowatt, RWE Schott Solar, Sharp, Shell Solar, 
Solartec, Solar Wind Europe, Solec, Solmecs, Solterra, Suntech, Sunways, Telekom-STV, 
Tian-jin Jinneng Solar Cell, Viva Solar, Webel SL, Yunnan Semiconductor. O processo está 
representado de acordo com a Figura 17 (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 17 - Células de silício monocristalino. Fonte: BlueSol 
 
3.2.3.1.2 Silício policristalino (p-Si) 
 Da mesma forma que o processo anterior, funde-se o silício purificado em um cadinho 
de quartzo e o molda em formato cúbico, controlando-se o aquecimento e o resfriamento. Dessa 
forma o bloco se solidificará em uma direção, alcançando uma formação cristalina e o tanto 
quanto homogênea. Em seguida há a cristalização do silício, formando-se vários cristais 
(policristalino) (BLUESOL, 2014). 
 A menor eficiência do silício policristalino em relação ao monocristalino é causado 
pelas perdas por recombinação dos vários cristais. Os lingotes de silício policristalino são 
criados na fase de solidificação e após são serrados em formatos de barras. Posteriormente são 
35 
 
‘ 
cortados em lâminas de 0,3 mm de espessura. Durante a serragem, são perdidas partes do silício 
na forma de pó de serragem (BLUESOL, 2014). 
 Depois do silício ser dopado com boro durante o processo de purificação, o próximo 
passo é o dopamento do fósforo em uma face apenas, aplicando-se uma camada de antirreflexo, 
facilitando a entrada de luz e finalmente são impressos os contatos frontais e traseiros. A célula 
possui eficiência entre 13 a 15% (com antirreflexo). São produzidas de forma geralmente 
quadrada. Seus tamanhos podem ser de 10x10 cm, 12,5x12,5 cm, 15x15 cm (BLUESOL, 2014). 
 Possui espessura fixa de 0,3 mm. Referindo-se a sua estrutura, durante o resfriamento, 
são formados vários cristais de silício com orientações distintas. Essa formação multicristalina 
é de fácil reconhecimento. Suas cores são azuis (com antirreflexo) ou cinza prateado (sem 
antirreflexo). Os primeiros fabricantes são: Al-Afandi, BP Solar, Deutsche Cell, ErSol, 
Eurosolare, GPV, Kwazar JSC, Kyocera, Maharishi, Mitsubishi, Motech, Photovoltech, 
Photowatt, Q-Cells, RWE Schott Solar, Sharp, Shell Solar, Solar Power Industries, Solartec, 
Solterra, Suntech, Sunways, Tianjin Jinneng Solar Cell. Na Figura 18 está representado as 
células (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 18 - Células de silício policristalino. Fonte: BlueSol 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
‘ 
3.2.3.2 Silício Amorfo Hidrogenado (a-Si) 
 O silício amorfo é desprovido de uma estrutura cristalina, por isso é chamado de amorfo, 
isto é, sem forma. É dotado de uma rede irregular e isto causa ligações livres que absorvem 
hidrogênio até a saturação. Este material é criado em “reatores de plasma”, pela vaporização 
química de silano gasoso, em temperaturas entre 220 e 250ºC (BLUESOL, 2014). 
 Adiciona-se o dopante pela mistura de gases que contém o devido material: o “diborano” 
(B2H6 – hidreto de boro) para o tipo-P, e o “fosfina” (PH3 – hidreto de fósforo) para o tipo-N 
(BLUESOL, 2014). 
 Por possuir uma reduzida extensão da difusão do material a-Si:H dopado, é uma película 
extremamente fina, os elétrons e buracos livres na junção-PN não conseguem sobreviver por 
um tempo suficiente para gerar uma corrente elétrica externa, causado pela recombinação dos 
elétrons. Logo justifica-se inserir uma camada de a-Si:H intrínseco (não dopado) entre camadas 
de a-Si:H do tipo-N e do tipo-P, porque é onde incide a absorção da luz e liberação dos elétrons 
e também aonde as cargas elétricas são mais duradouras (BLUESOL, 2014). 
 Nos contatos da parte frontal utilizam-se o Óxido de Estanho (SnO), o Óxido de Estanho 
e Índio (ITO - do inglês: Indium Tim Oxide) ou o Óxido de Zinco (ZnO). Caso os materiais 
sejam inseridos na frente do vidro, é formada uma estrutura do tipo p-i-n (tipo-P; tipo-I, de 
intrínseco; tipo-N). Pode-se inserir na parte de trás do substrato também, numa sequência 
chamada (n-i-p), o que ocasionará na criação de módulos fotovoltaicos flexíveis em substrato 
leves não transparentes, como plástico ou metal, proporcionando adequabilidade quando for 
inserir em telhados (BLUESOL, 2014). 
 A maior desvantagem das células amorfas é a sua pequena eficiência, que ainda diminui 
em valor durante os primeiros 6 a 12 meses de operação, ocasionado pela degradação induzida 
pela luz (através do efeito Staebler-Wronsky), até estabilizar-se e atingir a potência nominal de 
operação (BLUESOL, 2014). 
 Alguns fabricantes fazem a produção de células sobrepondo as estruturas p-i-n umas 
sobre as outras. Esse método de criação possibilita que as células usem um grau maior do 
espectro da radiação solar, o que melhora cada camada para uma banda de cor específica, 
misturando-se com o germânio (a-SiGe), por exemplo. Em adição, estas células empilhadas 
envelhecem menos, e as camadas do Silício Amorfo Hidrogenado do tipo I são mais finas, 
ocasionando numa menor probabilidade de sofrer deterioração pela luz (BLUESOL, 2014). 
37 
 
‘ 
 Sua eficiência varia entre 5% a 9%. Não têm um formato definido. O tamanho do 
módulo padrão é de 0,77x2,44 m; módulos especiais 2x3 m. Possui espessura de 1-3 mm para 
o substrato (plástico, vidro, etc.), com um revestimento de silício amorfo de 0,001 mm. Seu tomde cor varia de castanho avermelhado a azul escuro. Seus primeiros fabricantes são a BP Solar, 
Canon, Dunasolar, Dupont, ECD Ovonics, EPV, Free Energy Europe, Fuji Electric, ICP, Iowa 
Thin Film Technologies, Kaneka, MHI, RWE Schott Solar, Sanyo, Shenzhen Topray Solar, 
Sinonar, Terra Solar, Tianjin Jinneng Solar Cell, United Solar Ovonic, VHF Technologies. Nas 
Figuras 19 e 20 estão representados o material de silício amorfo (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 19 - Representação da forma construtiva de uma célula de silício amorfo. Fonte: BlueSol 
 
 
Figura 20 - Módulo de silício amorfo. Fonte: BlueSol 
 
 
 
 
38 
 
‘ 
3.2.3.3 Telureto de cádmio (CdTe) 
 As células fotovoltaicas de CdTe são produzidas em um substrato de vidro, com uma 
camada de condutor transparente, normalmente é o óxido de estanho e índio (OTI), em um 
contato frontal. É revestido com uma fina camada transparente de Sulfeto de Cádmio (CdS), 
considerado como um semicondutor do Tipo-N, depois revestido com uma camada absorvente 
de Telureto de Cádmio (CdTe), que é do Tipo-P. Esse procedimento pode ser feito por processos 
simples de fabricação, como por uma impressão em tela, disposição galvânica ou pirólise 
pulverizada (BLUESOL, 2014). 
 Para produzir módulos maiores, ou com maior eficiência, pode-se empregar de 
disposição por vaporização em uma câmara de vácuo com temperaturas de 700°C. A junção P-
N de CdS-CdTe é ativada quando entra em contato em uma atmosfera que contém cloro 
(BLUESOL, 2014). 
 O principal problema na fabricação de módulos fotovoltaicos utilizando o CdTe é o quão 
tóxico é o cádmio. O Telureto de Cádmio é um composto atóxico, estável. Seu risco ocorre 
somente durante o processo de fabricação, quando entra em condição de gás, o que exige 
procedimentos rigorosos de controle (BLUESOL, 2014). 
 As células de CdTe não se degradam na influência da ação da luz. Possui eficiência 
entre 6 – 9%. Não possui uma forma fixa. Possui espessura de 3 mm para o substrato com 0,008 
mm de revestimento. Seu tamanho é de geralmente 1,2 x 0,6 m². Possui cores em tons verde-
escuro a preto. Os primeiros fabricantes são a Antec Solar, First Solar, Matsushita. Nas figuras 
21 e 22 estão representados o material de CdTe (BLUESOL, 2014). 
 
 
Figura 21 - Representação de uma célula CdTe. Fonte: BlueSol 
 
39 
 
‘ 
 
Figura 22 - Módulo de CdTe. Fonte: BlueSol 
 
3.2.3.4 Disseleneto de Cobre (gálio) e Índio (CIS e CIGS) 
 Quando se fabricam as células, o substrato de vidro é inicialmente revestido com uma 
fina camada de molibdênio em um método de pulverização catódica. A camada do tipo-P de 
CIGS é alcançada vaporizando juntos os elementos (cobre, índio, gálio e selênio) numa câmara 
de vácuo, sob temperaturas de 500ºC; outra hipótese é pela pulverização dos elementos em 
camadas individuais em temperatura ambiente, com o passo seguinte de cozimento rápido em 
temperatura de 500°C (BLUESOL, 2014). 
 É usado o óxido de zinco dopado com alumínio (ZnO:al) como contato frontal 
transparente, classificado como tipo-N. Entre os dois tipos (P e N) de semicondutor é inserida 
uma camada de óxido de zinco intrínseco e uma camada de sulfato de cádmio que ajuda a 
diminuir perdas provocadas pela combinação entre o óxido de zinco e o CIGS (BLUESOL, 
2014). 
 Ao contrário do silício amorfo, as células fotovoltaicas de CIGS não sofrem degradação 
sob a ação da luz. Contudo é imperativo uma boa selagem devido à ambiente quentes e úmidos, 
para impedir a degradação do óxido de zinco, o que prejudicaria o módulo (BLUESOL, 2014). 
 Os módulos fotovoltaicos de CIGS são os mais eficientes dentre as células de película 
fina, com até 11% de eficiência. O seu custo, porém, não é tão atrativo quanto o do silício, sem 
ainda dizer que o índio é um material muito raro, bastante utilizado na indústria de smartphones, 
pois é o principal componente das telas táteis (touchscreen) capacitivas (BLUESOL, 2014). 
 Possui eficiência que varia entre 7,5% a 9,5 %. Não possui uma forma predefinida. Seu 
tamanho é geralmente de 1,2 x 0,6 m. Possui espessura de 3 mm para o substrato com 
revestimento de 0,003 mm. A cor é preta. Os primeiros produtores são a Shell Solar, Würth 
Solar, Showa Shell, EPV, Global Solar, Daystar. Nas Figuras 23 e 24, estão representados o 
material de CIGS (BLUESOL, 2014). 
40 
 
‘ 
 
Figura 23 - Representação de uma célula CIGS. Fonte: BlueSol 
 
 
Figura 24 - Células CIS. Fonte: BlueSol 
 
3.2.4 Módulos fotovoltaicos 
 Um módulo fotovoltaico é formado pela junção de várias células fotovoltaicas. O 
arranjo destas células nos módulos pode ser feito conectando-as em série ou paralelo, com o 
objetivo de gerar tensão e corrente satisfatórios para usar energia, como também de servir de 
proteção para as células, pois o encapsulamento em placas rígidas e flexíveis protege dos mais 
diversos intempéries e ações mecânicas o material fraco de que são compostas as células 
(PINHO; GALDINO, 2014). 
 Na seção anterior, foram abordadas as principais células fotovoltaicas do mercado 
atualmente. Individualmente, cada célula tem uma tensão muito baixa, da ordem de 0,5 a 0,8V, 
em casos de células de silício. Dessa forma, é preciso conseguir níveis de tensão consideráveis 
para o uso da energia. Isto é obtido conectando as células em série, resultando em uma mesma 
corrente, porém a tensão resultante será o somatório das tensões de cada célula que estão 
presentes na associação. Em conexões em paralelo, o efeito é o contrário, isto é, soma-se 
individualmente o valor da corrente das células e a tensão será igual. Na Figura 25 está 
representada a curva em série, na Figura 26 está representada a curva em paralelo (PINHO; 
GALDINO, 2014). 
41 
 
‘ 
 
Figura 25 - Curva Característica IxV, Células Conectadas em Série. Fonte: PINHO; GALDINO, 2014 
 
 
Figura 26 - Curva Característica IxV, Células Conectadas em Paralelo. Fonte: PINHO; GALDINO, 2014 
 
 A quantidade exata de células que integrarão um módulo e se será organizada em série 
ou paralelo está condicionada a valores que deseja alcançar de tensão e de corrente elétrica. 
Deve-se escolher células que sejam compatíveis eletricamente no momento de fabricação do 
módulo, pois, caso isto não seja cumprido, pode-se levar a módulos de baixa qualidade, 
causando um problema chamado de mismatch, ou conhecido também como descasamento, 
onde as células de menor fotocorrente é um fator limitante para o rendimento do conjunto, 
trazendo no final uma diminuição da eficiência global do módulo (PINHO; GALDINO, 2014). 
3.2.4.1 Características elétricas dos módulos fotovoltaicos 
 Os módulos são especificados pela potência elétrica de pico MPP (Maximum Power 
Point) ou potência máxima de saída, cujos parâmetros são retirados considerando a Condição 
Padrão de Testes (STC – Standard Test Conditions), definida pela norma IEC 61215 
(International Electrotechnical Commission): onde considera-se a irradiação solar de 
1000W/m2, temperatura da célula de 25ºC e sob uma distribuição espectral padrão de massa de 
ar igual a 1,5. Porém sabe-se que a maioria dos locais do planeta Terra apresentam condições 
diferentes de temperatura, irradiação e massa de ar mencionados acima. Por isto é de bastante 
utilidade que outros parâmetros sejam levados em conta para a diferenciação dos módulos 
fotovoltaicos (PINHO; GALDINO, 2014). 
42 
 
‘ 
 Quando um módulo está recebendo radiação solar, pode-se descobrir a voltagem que 
está percorrendo os terminais positivo e negativo através de um aparelho chamado voltímetro. 
A tensão do dispositivo observada quando não existe carga conectada ao circuito é a tensão de 
circuito aberto, representada pelaexpressão (𝑉𝑂𝐶). Diferentemente, quando existe uma tensão 
nula entre os terminais do módulo e é instalado um amperímetro, o dispositivo estará 
registrando a corrente de curto-circuito (𝐼𝑆𝐶) (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Porém esses dados dão muita pouca informação sobre o módulo em si. É possível obter 
mais características que caracterizem um módulo fotovoltaico, traçando-se uma curva 
característica I-V. O ensaio acontece da seguinte maneira. Primeiro de tudo o local deve atender 
as condições padrões de testes. Então aplica-se uma fonte de tensão variável em relação aos 
terminais do módulo, começando de uma tensão com valor negativo de poucos volts até que 
ultrapasse a tensão de circuito aberto do módulo, isto é, quando a corrente ficar com sinal 
negativo. Através desse ensaio é possível obter pares de ordenadas de tensões e correntes que 
completará todo o traçado da curva, descobrindo-se assim as características essenciais que 
caracterizam um módulo fotovoltaico. A curva está ilustrada na Figura 27 (PINHO; GALDINO, 
2014). 
 
Figura 27 - Curva característica I-V e curva de potência P-V para um módulo com potência nominal de 100Wp. 
Fonte: PINHO; GALDINO, 2014 
 
 
43 
 
‘ 
 O produto de cada par de coordenadas na curva acima, tensão e corrente, é a potência 
criada para aquele caso específico de operação. A figura acima também exibe uma curva de 
potência em função da tensão, ou curva P-V, o qual indica o ponto com o maior valor de 
potência. Para cada ponto na curva de potência existe um que corresponde na curva de corrente, 
com pares de tensão e corrente exclusivos, que ainda existirá um ponto em que a tensão e 
corrente é de máxima potência (𝑉𝑀P, 𝐼𝑀P). Este ponto é denominado de ponto de potência 
máxima (P𝑀P) (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Logo pode-se concluir que o ponto de maior potência é o produto do 𝑉𝑀P x 𝐼𝑀P. Logo os 
cinco parâmetros que caracterizam qualquer módulo fotovoltaico, sob a Condição Padrão de 
Teste são P𝑀P, 𝑉𝑀P, 𝐼𝑀P, 𝑉𝑂𝐶, 𝐼𝑆𝐶 (PINHO; GALDINO, 2014). 
 Um valor que mensura a qualidade do módulo fotovoltaico é o seu fator de forma ou 
Fill fator (FF). Graficamente, mensura-se sua qualidade através de quão mais aproximado 
esteja de um retângulo a curva I-V, melhor será o módulo. Na Figura 28 está representada o 
significado do que é o FF. A área que tem hachura maior satisfaz ao produto 𝑉𝑂𝐶 x 𝐼𝑆𝐶, valor que 
sempre ultrapassa a potência que o módulo pode alcançar. Já a menor hachura corresponde ao 
produto 𝑉𝑀P x 𝐼𝑀P, isto é, P𝑀P. Executando-se o quociente da área maior pelo menor chega-se ao 
valor do fator de forma (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
Figura 28 - Definição do fator de forma. Fonte: PINHO, J. T.; GALDINO, M. A., 2014 
 
 Por último, pode-se também descobrir a eficiência (ɳ) dos módulos através da razão da 
potência elétrica máxima gerada e da potência luminosa, conforme a equação 2. Caso o sistema 
esteja na condição padrão de teste, a potência luminosa que atinge o módulo é calculada 
simplesmente pelo produto da irradiância solar que é de G= 1000W/𝑚2 pela área do módulo 
44 
 
‘ 
(A𝑀). É importante citar que área do módulo contém a moldura metálica e qualquer outra parte 
construtiva do módulo (PINHO; GALDINO, 2014). 
 ɳ = 
𝑃𝑀P
G x 𝐴𝑀 
 x 100 % (2) 
 Onde: 
𝑃𝑀P (Watts) – Ponto de potência máxima; 
G (W/𝑚2) – Irradiância solar; 
𝐴𝑀 (𝑚2) – Área construtiva do módulo. 
3.2.4.2 Associação de Módulos Fotovoltaicos 
 Para ser feita a conexão em série dos módulos fotovoltaicos deve-se conectar o terminal 
positivo de um módulo ao terminal negativo do outro, continuando desta forma até que todos 
os módulos do sistema estejam interligados (PINHO; GALDINO, 2014). 
 A tensão resultante dos módulos para ligações em série é a soma de todos os módulos e 
a corrente resultante será a mesma, desde que os módulos sejam idênticos sob condições 
idênticas de radiação e temperatura, isto é, não pode haver sombreamento parcial, com o risco 
de que o conjunto em série tenha sua corrente limitada pela corrente de menor valor de um dos 
módulos (PINHO; GALDINO, 2014). 
 A Figura 29 representa o efeito com módulos iguais conectados em série, através da 
curva característica I-V. No exemplo, cada módulo possui 220 Wp , 𝐼𝑆𝐶 = 6,9A e 𝑉𝑂𝐶 = 43,4V. 
Associando-se o sistema com 4 módulos ligados em série, alcançando-se 880 Wp , 𝐼𝑆𝐶 = 6,9A e 
𝑉𝑂𝐶 = 173,6V (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
 
Figura 29 - Curvas I-V para um módulo de 220 Wp, 2 módulos idênticos associados em série e 4 módulos 
idênticos associados em série. Fonte: Fonte: PINHO; GALDINO, 2014 
45 
 
‘ 
 Para ser feita a conexão em paralelo dos módulos fotovoltaicos deve-se conectar os 
terminais positivos de todos os módulos entre si, realizando o mesmo procedimento para os 
terminais negativos. Esse processo resultará no somatório das correntes de todos dos módulos 
interligados, porém a tensão será a mesma (PINHO; GALDINO, 2014). 
 A Figura 30 representa o efeito com módulos iguais conectados em paralelo, através da 
curva característica I-V. No exemplo, cada módulo possui 220 Wp , 𝐼𝑆𝐶 = 6,9A e 𝑉𝑂𝐶 = 43,4V. 
Associando-se o sistema com 4 módulos ligados em paralelo, obtém-se 880 Wp , 𝐼𝑆𝐶 = 27,6A e 
𝑉𝑂𝐶 = 43,4V (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
Figura 30 - Curvas I-V para a conexão em paralelo dos mesmos módulos fotovoltaicos da figura 27. Fonte: 
PINHO; GALDINO, 2014 
 
3.2.4.3 Efeitos de sombreamento 
 Módulos de silício cristalino possuem células fotovoltaicas conectadas em série. Um 
fator que limita a corrente elétrica que atravessa o sistema em série é o fato de uma ou mais 
destas células receberem menos luz solar do que outras na mesma associação. Isso pode ser 
causado por diversas causas. As mais comuns são acúmulo de sujeira no módulo ou mesmo 
qualquer outro objeto que possa atingir e ficar no próprio módulo, além de que o módulo pode 
receber luz solar em apenas uma parte da sua área, causando o sombreamento na parte que não 
recebeu radiação solar. Este efeito se torna ainda pior, pois ele é propagado para os outros 
módulos conectados em série (PINHO; GALDINO, 2014). 
 O que acontece no interior dessas células sombreadas é a limitação da dissipação de 
potência, que irá causar risco de danos ao módulo, pois o que foi gerado de potência elétrica 
46 
 
‘ 
está sendo consumida não no aparelho elétrico e sim no módulo fotovoltaico ou até mesmo em 
apenas uma célula. Esse acontecimento é o ponto quente ou “hot spot”, como o próprio nome 
diz há um aquecimento do módulo ou célula afetada, podendo haver quebra do vidro e fusão de 
polímeros e metais. Na figura 31 temos o efeito que o sombreamento em apenas uma célula de 
um dos módulos pode afetar todo o sistema de módulos que estão conectados em série, 
reduzindo em metade a corrente elétrica do sistema (PINHO; GALDINO, 2014). 
 
Figura 31 - Curva I-V para 4 módulos conectados em série e sem sombreamento (linha contínua); curva I-V para 
os mesmos 4 módulos na situação de sombreamento de uma de suas células, que passa a receber 50% da 
irradiância original (linha tracejada); curva I-V com o mesmo sombreamento, mas com a utilização de diodos de 
desvio (curva com linha contínua e ponto). Fonte: Fonte: PINHO; GALDINO, 2014 
 
 Diodos de desvio (by-pass) são proteções que aliviam os efeitos do sombreamento, 
oferecendo um caminho distinto para a corrente no sistema. É importante citar que os módulos 
fotovoltaicos de filmes finos em geral reagem melhor na presença de sombreamento em sua 
área do que os cristalinos, havendo uma queda menor em seu rendimento (PINHO; GALDINO, 
2014). 
3.2.4.4 Temperatura nominal de operação 
 Sabe-se que