ARTIGO sobre uso de placas foto voltaicas

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XXVI Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica, 
CREEM 2019 
19 a 23 de agosto de 2019, Ilhéus, BA, Brasil 
 
ENERGIA FOTOVOLTAICA UM PROJETO DE FUTURO E INCLUSÃO 
SOCIAL 
 
Joanne Ribeiro de Araújo, joannerbr35@gmail.com1 
Valdenor Oliveira Silva, valdenorsilva36@hotmail.com2 
Eduardo Rafael Barreda Del Campo, eduardoserapio@yahoo.com.br3 
123Centro Universitário do Norte – Uninorte. Av. Leonardo Malcher, 715- centro, Manaus - Am 
 
 
Resumo: O artigo visa mostrar a viabilidade do uso da energia fotovoltaica de um sistema isolado off-grid e sua 
aplicabilidade nas residências brasileiras, principalmente em lugares longínquos. A busca por sistemas de energias 
renováveis tem aproximado cada vez mais projetos que demandam o uso de tecnologias mais eficazes e confiáveis, 
pois o objetivo é trazer melhorias e dignidade as pessoas de comunidades onde a falta de energia pode ser real. 
Existem regiões onde o poder aquisitivo das pessoas é baixíssimo e a energia elétrica convencional é escassa ou não 
há, diante deste desafio será mostrado que o uso de placas fotovoltaicas poderá minimizar os custos ou até mesmo 
acabar num período curto de tempo, ou seja, uma alternativa viável e de fundamental importância tanto para a 
comunidade urbana quanto rural. 
 
Palavras chave: Energia fotovoltaica, Áreas afastadas do perímetro urbano, Inclusão social, viabilidade econômica 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Entre todas as fontes de energias disponíveis, a energia solar é a mais abundante e pode ser explorada nas 
formas direta e indireta. Se 0,1% da radiação solar que atinge a superfície terrestre fosse convertida em energia 
elétrica, a 10% de eficiência, seria gerada uma quantidade equivalente a quatro vezes a capacidade de produção 
mundial instalada. No entanto, 80% da energia utilizada atualmente no mundo possui origem em fontes não 
renováveis (THIRUGNANASAMBANDAM; INIYAN; GOIC, 2010). Neste artigo será apresentada uma solução 
economicamente viável sobre o uso de painéis fotovoltaicos em residências. Se pensássemos nessa possibilidade 
na década de 60, não teríamos a menor chance devido ao baixo preço do petróleo, mas segundo o jornal o globo, 
com a guerra de Kippur em 1973, o preço do petróleo aumentou drasticamente, favorecendo novamente o sonho 
do retorno das pesquisas envolvendo a energia solar. O Brasil possui uma posição muito vantajosa em termos de 
disponibilidade de recursos naturais e, com isso, torna-se um desafio considerável assegurar a sustentabilidade 
dos recursos a serem explorados (Pereira Jr e col., 2011). O Brasil recebe níveis médios de radiação solar 
superiores aos observados na maioria dos países europeus e com variabilidade sazonal baixa, devido à grande 
parte do país estar presente na zona tropical (MARTINS; PEREIRA, 2011). 
Em vista, do crescente aumento do consumo de energia elétrica pelo país, tem-se buscado soluções que possam 
melhorar ou mitigar estes elevados índices que oneram não só os cofres do governo como o bolso do consumidor. 
Pois, segundo o atlas brasileiro de energia solar segunda edição, torna‐se evidente, portanto, o importante papel 
que a energia solar pode desempenhar na expansão da matriz elétrica brasileira, aumentando sua resiliência com 
a diversificação das fontes e exploração de possíveis complementaridades. 
Este projeto visa fazer uma comparação e análise da viabilidade econômica custo x benefício na instalação de 
placas fotovoltaicas numa residência onde o consumo é de 250kWh/mês. Nesse estudo será utilizada a taxa de 
juros simples (TJS) e taxa de juros compostos (TJC), os cálculos aqui apresentados são básicos e 
de efeitos comparativos e analíticos, não se levando em conta outras variáveis como a inflação que possam 
influenciar o resultado. 
 
2. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
2.1. CONSUMO DE ENERGIA DO BRASIL 
 
 Segundo o atlas brasileiro de energia solar, o uso de sistemas fotovoltaicos possibilita a geração distribuída de 
eletricidade com plantas de pequena e média escala instaladas em edifícios residenciais e comerciais que produzem 
energia para consumo próprio e despacham o excedente para distribuição na rede do sistema elétrico. O uso de 
tecnologias de conversão de energia solar vem crescendo mundialmente a taxas elevadas, tanto para aplicações 
 
 
térmicas, quanto fotovoltaicas. Entre 2010 e 2016, a capacidade instalada global por sistemas fotovoltaicos cresceu em 
média 40% contra 16% da eólica e aproximadamente 3% da hídrica (REN21, 2017). 
 
2.2. Custo da Energia 
 
As políticas públicas aplicadas erroneamente no setor energético têm sofrido alguns reveses, altos impostos e as 
estiagens têm contribuído para colocar o sistema atual em colapso. Todas essas consequências têm trazido problemas 
onerosos a população como um todo, envolvendo até o setor produtivo do país. Segundo Jannuzzi 2005, muitos países 
estão enfrentando dificuldades para suprir a demanda crescente de energia de suas populações e, ao mesmo tempo, 
fornecem recursos energéticos para suprir seu crescimento econômico. Cabe, cada vez mais, ao poder público conhecer 
o comportamento dos consumidores para criar mecanismos que promovam o uso racional de energia nos diferentes 
setores e assim, otimizar, o uso de energia pela sociedade. A agência nacional de energia elétrica traz em seu site 
informações das concessionárias que fornecem serviços à população e suas respectivas tarifas. A concessionária que 
atende a região norte é Amazonas Energia (AmE) e sua tarifa será utilizada como referência. 
 
 
 Tabela 1 
 
 fonte: http://www.aneel.gov.br/tarifas 
 
 
2.3. Um breve histórico da energia fotovoltaica 
 
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 por Edmund Bequerel e consiste em uma diferença de 
potencial entre dois semicondutores de propriedades elétricas diferentes (BUHLER, 2011). As primeiras células 
fotovoltaicas foram construídas a partir de Selênio por C.E. Frits por volta de 1883. Somente em torno de 1950 foram 
construídas, nos laboratórios Bell nos Estados Unidos, as primeiras células utilizando semicondutor, silício cristalino, 
esses painéis fabricados em 1950 tiveram um rendimento relevante na época. Nas últimas décadas veem sendo 
aplicadas várias tecnologias na fabricação de células fotovoltaicas. Existem as células baseadas em filmes finos e as de 
multijunção de alta eficiência e células baseadas em corantes, no entanto as células de silício cristalino dominam o 
mercado mundial no que diz respeito à fabricação e comercialização. (PINHO (org.), GALDINO (Org). 2014). 
As fontes de energia – biomassa, combustíveis fósseis, eólica e hidráulica – são formas indiretas de energia solar 
(Aneel, 2005). O Sol representa uma fonte renovável de energia para a humanidade, tornado possível a transformação 
 
 
 
das mais variadas maneiras que melhor se adequem ao seu uso diário, no caso a energia fotovoltaica (Angelis-Dimakis e 
col., 2011). 
A tecnologia fotovoltaica é promissora (Li e col., 2012); o efeito fotovoltaico ocorre por meio da transformação direta 
da luz em energia elétrica, recorrendo-se, para isso, a células solares (Sidawi e col., 2011). “Células solares são 
dispositivos capazes de transformar a energia luminosa, proveniente do Sol ou de outra fonte de luz, em energia 
elétrica” (Carvalho e col., 2004, p. 5). 
A célula de silício cristalina é a mais comum, com cerca de 95% de todas as células solares existentes no mundo; porém 
outros materiais semicondutores também são utilizados, como o silício, o arsenieto de gálio, telurieto de cádmio ou 
diselenieto de cobre e índio (Santos, 2011). 
 
3. METODOLOGIA 
 
Para dimensionar o investimento do sistema de placas fotovoltaicas,haja visto, que o sistema é off-grid, ou seja, isolado 
da rede elétrica. Assim sendo, foi feito um levantamento do consumo elétrico de uma casa com aproximadamente 25m2 
e com os dispositivos elétricos relacionados. Foram dispostos numa tabela simples, apontando seus respectivos 
potenciais (W), o número médio de horas utilizadas por dia e o número médio de dias de utilização do equipamento por 
mês (dias) e ao longo do ano, visando desta forma saber o tempo do retorno do investimento. Os dados e os cálculos 
desses fatores estão representados na tabela abaixo. 
 
 Tabela 2 – Potência x Consumo 
Carga Potência média 
W 
Uso Por Dia 
h 
Uso Por Mês Uso por ano Consumo 
anual 
01 Geladeira 250 24 30 12 2160 kWh/ano 
02 Ventiladores 200 8 30 12 576 kWh/ano 
01 TV 250 12 30 12 1080 kWh/ano 
04 Lâmpadas 240 8 30 12 691,2 kWh/ano 
 http://www.eflul.com.br/consumidores/tabela-de-consumo Média mês – 375,585 kWh 
 
Observações: O valor da tarifa obtido na tabela 1 da planilha da companhia de energia e os valores da tabela 2 não 
sofrerão reajustes no primeiro ano, ou seja, será um valor fixo a título de facilitar os cálculos. 
Após estimativas de consumo obtidas na tabela 2 com valores próximos do real e fazendo a somatória do consumo 
anual obtivemos um valor total de 4.507,2 kwh-ano. Utilizando o valor da tabela 1 de R$ 0,706 da tarifa convencional 
da Amazonas energia (AmE) e multiplicando os valores de consumo anual x tarifa convencional foi obtido o valor de 
R$ 3.182,0832 para o primeiro ano. 
 
 
3.1. Comparação e dados 
As tabelas abaixo fazem um comparativo entre o valor investido e o tempo do retorno do investimento. A escolha do 
sistema convencional ou fotovoltaico é passivo de análise, pois dependerá da distância entre o consumidor em relação à 
linha de distribuição mais próxima e do número de domicílios atendidos. Nesse caso o sistema escolhido é um sistema 
isolado off-grid. O valor a ser investido foi obtido no portal solar onde se consegue fazer uma estimativa de preço de 
mercado, online. Foram feitas duas simulações de financiamentos, uma a vista e outra em 12 vezes com parcelas fixas. 
A tabela 3 refere-se ao financiamento em 12x e a tabela 4 ao valor à vista. O valor do consumo foi deixado fixo, o valor 
da tarifa que será reajustada a partir do segundo ano foi fixada em 6% a.a. Esse valor foi obtido tirando uma média 
aritmética dos anos compreendidos de 2007 até 2017. Os dados foram retirados do site do banco central. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3- Custo e retorno do investimento na modalidade de parcelamento 
Anos Valor da 
tarifa 
R$ 
Consumo 
mensal 
KW/h 
Consumo 
anual KW/h 
Valor 
consumo 
anual em R$ 
Valor do 
investimento R$ 
Valor investido 
menos valor do 
consumo 
1 0,7060 375,585 4.507,02 3.181,95 23.751,96 -20.570,01 
2 0,7483 375,585 4.507,02 3.372,73 23.751,96 -17.197,28 
3 0,7931 375,585 4.507,02 3.574,66 23.751,96 -13.622,62 
4 0,8406 375,585 4.507,02 3.788,75 23.751,96 -9.833,87 
5 0,8910 375,585 4.507,02 4.015,91 23.751,96 -5.817,96 
6 0,9444 375,585 4.507,02 4.256,59 23.751,96 -1.561,37 
7 1,001 375,585 4.507,02 4.511,70 23.751,96 +2.950,33 
 
A tabela 3 descreve um Parcelamento em 12x, com o valor de cada parcela R$ 1.979,33 e retorno do 
investimento em 6,4 anos. O orçamento comtempla 10 painéis de 325w, com potência instalada 3,25 kWp 
 
 
Tabela 4- custo e retorno do investimento na modalidade a vista 
Anos Valor da 
tarifa 
R$ 
Consumo 
mensal 
KW/h 
Consumo 
anual KW/h 
Valor 
consumo 
anual em R$ 
Valor do 
investimento R$ 
Valor investido 
menos valor do 
consumo 
1 0,7060 375,585 4.507,02 3.181,95 20.039,80 -16.857,85 
2 0,7483 375,585 4.507,02 3.372,73 20.039,80 -13.485,12 
3 0,7931 375,585 4.507,02 3.574,66 20.039,80 -9.910,46 
4 0,8406 375,585 4.507,02 3.788,75 20.039,80 -6.121,71 
5 0,8910 375,585 4.507,02 4.015,91 20.039,80 -2.105,80 
6 0,9444 375,585 4.507,02 4.256,59 20.039,80 +2.150,79 
 
A tabela 4 descreve o valor pago à vista, e retorno do investimento em 5,6 anos. O orçamento comtempla 
10 painéis de 325w, com potência instalada 3,25 kWp. 
 
4. Complemento 
O sistema isolado off-grid exposto neste trabalho com seus devidos cálculos de investimentos e retornos, não 
contemplou o cálculo com a inclusão das baterias. Item a parte. 
4.1. Baterias 
Um dos componentes do sistema off-grid, as baterias são responsáveis por todo o armazenamento das cargas elétricas 
que serão posteriormente consumidas nos períodos noturnos ou em dias cujo Sol esteja encoberto. Segundo a empresa 
solar Brasil, é importante frisar que elas não produzem nenhum tipo de energia, mas sim que sua função é a de acúmulo 
e que, para utilização em sistemas solares fotovoltaicos, as mais recomendadas são as baterias estacionárias. A bateria 
estacionária foi projetada para oferecer quantidade constante de corrente por um longo período, além de poder ser 
descarregada completamente diversas vezes. São ideais para diversas aplicações, em diferentes setores, inclusive em 
sistemas fotovoltaicos, afirma a fabricante de baterias Moura. 
 
 
 
O cálculo da quantidade de baterias e seu preço não foram explicitados devido a sua complexidade. Em vista disso, 
optou-se em não o fazer, haja visto, que as empresas que vendem os projetos de energia já fazem esse trabalho. Então, o 
que será apresentado já é o resultado. 
Levando em conta os equipamentos da tabela 2, sua potência e tempo de uso chegou- se num total de 522Ah. Para esse 
projeto foram utilizados um total de 6 baterias estacionárias de 220 Ah. Em valores de mercado, atualmente uma bateria 
estacionária de 220Ah custa em torno de R$ 990,00 preço este pesquisado no mercado livre. Então, para este projeto o 
valor agregado seria em torno de R$ 6.000,00. Abaixo uma imagem de um sistema isolado off-grid. 
 
 
 
1 – Painel Solar produz energia elétrica (CC); 
2 – Inversor Solar converte a energia em Corrente Alternada; 
3 – Energia produzida pelos painéis é armazenada na bateria solar; 
4 – Quadro de Luz distribui energia para casa 
5 – Consumo de Energia 
 
 
Esquema de funcionamento de um sistema off-grid 
 
 
 
 
 
 
5. Conclusão 
A questão energética é um problema de grande relevância para qualquer nação. Pois, a falta de políticas públicas 
adequadas e de investimentos mal aplicados, acarretam transtornos de vão desde apagões até queda na arrecadação 
devido à falta de energia para as empresas desenvolverem suas atividades. 
Essa discussão sobre o tema tem um forte argumento que é a busca por alternativas mais viáveis e autossustentáveis. 
Uma destas soluções seria a energia solar, uma vez que o Brasil possui uma área litorânea privilegiada proporcionando 
o uso desta tecnologia de forma exaustiva. A energia solar no Brasil ainda é pouco explorada cerca de 1% e os custos 
que vão desde o projeto até a compra dos insumos ainda são bastantes elevados. Existe a necessidades de investimentos 
neste setor energético que só cresce a cada ano. Segundo o portal (ecoa.org.br) especialistas do setor energético 
apontaram que nos últimos dois anos a energia solar cresceu cerca de 70% no país. O boom registrado pelos estudiosos 
aponta que 90% das unidades sistemas solares foram registrados nesse período. A redução de mais de 70% no preço da 
energia solar nos últimos dez anos e o aumento de mais de 50% nas tarifas de energia elétrica em 2015 impulsionaram 
o uso da energia solar no Brasil com efeito de geração em energia elétrica. 
O próprio ministério das minas e energia (MME) em parceria com Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica(ABSOLAR) fez a instalação de154 painéis solares (1,0 x 1,64 m), sem a alocação de recursos do Orçamento do 
Governo Federal. O investimento, estimado em R$ 400 mil, foi viabilizado pela ABSOLAR e seus associados. Segundo 
a ABSOLAR, a potência de geração da miniusina é de 69 kW, ou 60 kWp (quilowatts pico), que representa por volta de 
5% a 7% do consumo do edifício, que equivale ao consumo de 23 residências de uma família média brasileira (3 a 4 
pessoas consumindo 300kWh/mês). 
Outras usinas também se destacam pelo país com uma produção de energia considerável, dentre elas estão: 
Parque Solar Lapa (Bom Jesus da Lapa-BA) – maior usina solar do Brasil (em agosto de 2017). Começou a operar no 
começo de junho de 2017. Possui capacidade de geração de 80 MW. 
Usina Cidade Azul (Tubarão-SC) – segunda maior usina de energia solar do Brasil. Possui capacidade geradora 
instalada de 4 MW (capacidade para abastecer cerca de 2,5 mil residências). Possui 19.424 painéis fotovoltaicos 
instalados. Foi inaugurada em agosto de 2014. 
Usina Megawatt Solar (Florianópolis-SC) – possui capacidade geradora de 1MWp. Ela gera atualmente 1 GWh por 
ano (consumo de cerca de 670 casas). 
Usina Solar Noronha II (Fernando de Noronha-PE) – foi inaugurada em 2015. Possui potência instalada de 550 kWp 
(800 MWh por ano). 
Portanto, apesar de os investimentos serem escassos e o uso da tecnologia solar pouco explorada, observa-se que o 
mercado de energia solar fotovoltaica está em pleno crescimento e desenvolvimento. Este é um avanço irrefutável que 
trará muitos benefícios as pessoas e ao país. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
https://acervo.oglobo.globo.com/fatos-historicos/opep-mergulha-mundo-na-crise-do-petroleo-nos-anos-70-causando-
recessao-10230571 acessado em 28/05/2019 
PEREIRA JR, A. O. et al. Strategies to promote renewable energy in Brazil. Renewable and Sustainable Energy 
Reviews, Golden, v. 15, n. 1, p. 681-688, 2011. 
http://ftp.cptec.inpe.br/labren/publ/livros/Atlas_Brasileiro_Energia_Solar_2a_Edicao.pdf. acessado em 04 de junho de 
2019 
http://epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-energetico-nacional-2018 
http://epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-303/topico-
419/BEN2018__Int.pdf 
http://absolar.org.br/atlas-brasileiro-de-energia-solar-2a-edicao.html . acesso em 05 de junho 2019 
PORTAL SOLAR. Simulador para projetos de energia solar fotovoltaica. Disponível em 
https://www.portalsolar.com.br/calculo-solar . acesso em 05 de junho 2019 
THIRUGNANASAMBANDAM, M.; INIYAN, S.; GOIC, R. A Review of Solar Thermal.Technologies. Renewable 
and Sustainable. Energy Reviews, v. 14, n. 1, p. 312-322, 2010. 
MARTINS, F. R.; PEREIRA, E. B.; ABREU, S. L.Satellite-Derived Solar Resource Maps for Brazil Under SWERA 
Project. Solar Energy, v. 81, n. 4,p. 517-528, 2007. 
JANNUZZI, G. M. Power sector reforms in Brazil and its impacts on energy efficiency and research and development 
activities. Energy Policy, v.3, p.1753-62, 2005. 
http://www.aneel.gov.br/ranking-das-tarifas acessado em 06 de junho de 2019 
https://www.bcb.gov.br/controleinflacao/historicotaxasjuros acessado em 10 de junho de 2019 
https://ecoa.org.br/energia-solar-registra-crescimento-de-70-nos-ultimos-dois-anos/ acessado em 12 de junho de 2019. 
http://www.mme.gov.br/web/guest/pagina-inicial/outras-noticas/-/asset_publisher/32hLrOzMKwWb/content/mme-
inaugura-1-usina-solar-distribuida-em-predio-do-governo-federal acessado em 13 de junho de 2019. 
http://www.solarbrasil.com.br/blog-da-energia-solar/100-como-escolher-a-bateria-para-um-sistema-de-energia-
fotovoltaica-off-grid acessado em 14 de junho de 2019. 
https://www.moura.com.br/noticias/qual-o-uso-de-uma-bateria-estacionaria/ acessado em 14 de junho de 2019. 
https://www.suapesquisa.com/energia/usinas_solares_brasil.htm acessado em 14 de junho de 2019.