TCC RAFAEL Savino corrigido

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UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI 
Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia 
 
Rafael Parada Savino 
 
 
 
 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO DE BAIXO CUSTO CAPAZ DE 
CARACTERIZAR ELETRICAMENTE CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Janaúba 
2019
 
 
 
 
 
 
 
Rafael Parada Savino 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO DE BAIXO CUSTO CAPAZ DE 
CARACTERIZAR ELETRICAMENTE CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 
 
 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao Curso Interdisciplinar em 
Ciência e Tecnologia da Universidade Federal dos 
Vales do Jequitinhonha e Mucuri como parte dos 
requisitos para a conclusão do curso. 
 
Orientador: Prof. Dr. Thiago Franchi Pereira da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
Janaúba 
2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rafael Parada Savino 
 
DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO DE BAIXO CUSTO CAPAZ DE 
CARACTERIZAR ELETRICAMENTE CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao Curso Interdisciplinar em 
Ciência e Tecnologia da Universidade Federal dos 
Vales do Jequitinhonha e Mucuri como parte dos 
requisitos para a conclusão do curso. 
 
 
Orientador: Prof. Dr. Thiago Franchi Pereira da Silva 
 
 
Data de aprovação _____/_____/_____. 
 
 
 
 
Prof. Dr. Thiago Franchi Pereira da Silva 
Instituto de Ciência e Tecnologia – UFVJM 
 
 
 
Prof. Dr. Jáder Fernando dias Breda 
Instituto de Ciência e Tecnologia – UFVJM 
 
 
 
Prof. Dr. Ananias Borges Alencar 
Instituto de Ciência e Tecnologia – UFVJM 
 
 
 
Janaúba 
2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho ao meu Deus. 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço ao meu DEUS, que me ama, me sustenta a cada dia, me dando força e 
perseverança para continuar a minha caminhada. 
Agradeço meus pais e minha filha Júlia, que estão presentes em minha vida e em 
qualquer situação me sustentando com suas orações e seu amor incondicional. 
Agradeço a Heloísa por sempre estar ao meu lado em todos os momentos nessa 
minha caminhada acadêmica, me ensinando a ter paciência, persistência, por me amar e pelos 
cuidados, sem você minha vida não teria sentido. 
Agradeço à minha psicóloga Elen e Gabriela do NANCI da UFVJM, por me 
escutarem, orientarem e me acalmarem em meus momentos difíceis durante minhas crises 
crônicas físicas e psicológicas. 
Agradeço à República ComVento por me proporcionalizar conforto, amizade e por 
estarem presentes a cada segundo de luta e batalha da minha vida, me ajudando a lutar com fé. 
Agradeço ao Pastor Messias, Tia Lúh e toda a Igreja Resgatar em Cristo pelos 
momentos de orações e pelo carinho, jamais me esquecerei de vocês. 
Agradeço à Maria Gisenilda, Marta Néris, Raick e Sandra, os técnicos admirativos 
da UFVJM, por me orientar e ajudar com todas as informações burocráticas envolvendo o meu 
curso de graduação. 
Agradeço à UFVJM/IECT, a todo o corpo docente do IECT, técnicos 
administrativos, por ampliarem meus conhecimentos e estarem presentes na minha caminhada. 
Agradeço ao laboratório de Engenharia física e em especial ao técnico 
Rossini, pelos ensinamentos, puxões de orelha, pelo local, materiais e equipamentos de 
trabalho. 
Agradeço à toda a equipe da empresa JG Elétrica e Hidráulica e especialmente ao 
Giovanni, por me apoiarem e ajudarem com equipamentos e peças para adiantar meu 
dispositivo em minha casa. 
Agradeço à Prof.ª Virginia, por todas as aulas de inglês e o imenso apoia para não 
desistir do mesmo, para me transformar em um profissional qualificado para o mercado de 
trabalho Nacional ou Internacional. 
Agradeço à cada um dos meus amigos e colegas que fizeram parte da minha vida 
acadêmica, me suportando e aturando todos os dias. 
Agradeço imensamente ao meu orientador Thiago por ter acreditado no meu 
potencial e sempre ter me incentivando a crescer. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 A geração de energia elétrica utilizando a radiação solar vem se tornando cada vez 
mais popular, por ser uma fonte de energia renovável e sustentável. Atualmente conta com 
grande número de módulos fotovoltaicos instalados e com um enorme e promissor mercado em 
expansão. Uma das características mais importantes dos módulos fotovoltaicos é a curva 
corrente tensão (I-V), capaz de fornecer importantes informações do sistema como tensão de 
circuito aberto, corrente de curto-circuito, máxima corrente, máxima tensão, máxima potência 
e eficiência. Assim, o objetivo do trabalho consiste em construir um dispositivo utilizando um 
Arduino para obtenção da curva I-V da célula solar e ainda fazer o monitoramento do 
dispositivo fotovoltaico ao longo de sua vida útil. O projeto consiste na utilização da plataforma 
livre do Arduino e materiais de baixo custo para desenvolver um dispositivo capaz de monitorar 
a corrente elétrica, a tensão e a resistência de qualquer dispositivo fotovoltaico e registrar os 
dados em forma de gráficos e tabelas, facilitando a interpretação das informações. O dispositivo 
será conectado à placa solar de onde serão colhidos os dados analogicamente e convertidos para 
digital. Os dados serão interpretados pela linguagem do Arduino, com transferência de dados 
obtida através de uma conexão USB. Os resultados mostraram que é possível medir a tensão e 
a corrente de maneira bastante prática, demostrando resultados bastante significativos. Com os 
resultados obtidos com o dispositivo foi possível realizar a caracterização das grandezas 
importantes, o que permitirá monitorar e caracterizar qualquer dispositivo fotovoltaico. 
 
Palavras-chave: Arduino. Célula fotovoltaica. Curva I-V. Energia solar. Monitoramento. 
Corrente. Tensão. Potência máxima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
 Electricity generation using solar radiation is becoming increasingly popular as it 
is a renewable and sustainable source of energy. It currently has a large number of photovoltaic 
modules installed and a huge and promising expanding market. One of the most important 
characteristics of photovoltaic modules is the voltage current curve (I-V), capable of providing 
important system information such as open circuit voltage, short circuit current, maximum 
current, maximum voltage, maximum power and efficiency. Therefore, the objective of this 
work is to build a device using an Arduino to obtain the I-V curve of the solar cell and also to 
monitor the photovoltaic device over its lifetime. The project consists of utilizing the free 
Arduino platform and low-cost materials to develop a device capable of monitoring the 
electrical current, voltage and resistance of any photovoltaic device and recording the data in 
graphs and tables, facilitating the interpretation of information. The device will be connected 
to the solar plate from which data will be collected analogously and converted to digital. The 
data will be interpreted by Arduino language, with data transfer obtained through a USB 
connection. The results show that it is possible to measure voltage and current in a verypractical way, showing very significant results. With the results obtained with the device it was 
possible to characterize the important quantities, which will allow monitoring and 
characterizing any photovoltaic device. 
 
 Keywords: Arduino. Photovoltaic cell. I-V curve. Solar energy. Monitoring. Chain. 
Tension. Maximum Power. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 – Configuração de uma célula fotovoltaica ........................................................ 23 
Figura 2 – Dopagem tipo N (A) e dopagem tipo P (B) ...................................................... 24 
Figura 3 – Excitação pelos fótons .................................................................................... 24 
Figura 4 – Esquema genérico de um módulo fotovoltaico ................................................ 25 
Figura 5 – Esquema de uma célula, módulo e arranjo fotovoltaico .................................. 26 
Figura 6 – Curva I-V de uma célula com e sem iluminação .............................................. 27 
Figura 7 – Curva I-V e Potência ....................................................................................... 29 
Figura 8 – Arduino UNO ................................................................................................. 29 
Figura 9 – IDE do Arduino ............................................................................................... 30 
Figura 10 – Entradas e saídas digitais no Arduino UNO .................................................... 31 
Figura 11 – Entradas e saídas Analógicas no Arduino UNO .............................................. 32 
Figura 12 – IDE Arduino e Serial Monitor ......................................................................... 33 
Figura 13 – Potenciômetro ................................................................................................. 34 
Figura 14 – Ilustração dos terminais do Potenciômetro ...................................................... 35 
Figura 15 – Símbolo do potenciômetro .............................................................................. 35 
Figura 16 – Curva característica dos potenciômetros ......................................................... 36 
Figura 17 – Motores de passo de vários tamanhos ............................................................. 37 
Figura 18 – Motor e passo modelo – 28BYJ-48 ................................................................. 38 
Figura 19 – Esquema do motor Unipolar ............................................................................ 38 
Figura 20 – Esquema do Drive UNL2003 com o motor de passo ...................................... 39 
Figura 21 – Esquema de uma chave fim de curso .............................................................. 39 
Figura 22 – Esquema do circuito ........................................................................................ 42 
Figura 23 – Esquema do Dispositivo Montado................................................................... 44 
Figura 24 – Dispositivo ...................................................................................................... 47 
Figura 25 – Gráfico: Curva I-V (Teste 1 e Teste 2)............................................................ 54 
Figura 26 – Gráfico: Curva I-V (Teste 3 e Teste 4)............................................................ 55 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Resistências para cada passo do motor ........................................................ 48 
Tabela 2 – Dados coletados manualmente ..................................................................... 50 
Tabela 3 – Dados coletados com o dispositivo .............................................................. 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIGLAS 
 
A – Ampére 
ADC – Conversor analógico digital 
Curva I-V – Curva Corrente x Tensão 
FF – Fator de preenchimento 
GND – graduated neutral density filter 
I - Corrente 
i – Corrente 
𝐼𝑚 – Corrente total do módulo 
Ics – Corrente de curto-circuito 
ICSP – In Circuit Serial Programming 
IDE – Integrated Development Environment 
Imp – Corrente máxima potência 
J – Joule 
K – Kelvin 
𝐾 – Kilo 
𝑚 – Mili 
NPM – Número de células em paralelo 
NSM – Número de células em série 
𝜂 – Eficiência de conversão 
Pmax – Potência máxima 
PWM - Pulse Width Modulation 
R – Resistência elétrica 
𝑇𝑐 – Temperatura da célula 
U – Diferença de potencial 
UFVJM – Universidade Federal dos Vales dos Jequitinhonha e Mucuri 
V – Tensão 
Voc – Tensão de corrente aberta 
𝑉𝑚 – Tensão total do módulo 
𝑉𝑟𝑒𝑓 – Tensão de referência 
Ω – Ohm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 21 
 
2. REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................ 23 
2.1 Células e módulos fotovoltaicos ...................................................................................... 23 
2.2 Caracterização das células ou módulos fotovoltaicos ................................................... 26 
2.3 Arduino ............................................................................................................................. 29 
2.3.1 Arduino UNO ................................................................................................................ 30 
2.3.2 Entradas e saídas do Arduino ...................................................................................... 31 
2.3.2.1 Entradas e saídas digitais .......................................................................................... 31 
2.3.2.2 Entradas e saídas analógicas ..................................................................................... 32 
2.3.3 Comunicação serial ....................................................................................................... 33 
2.4 Potenciômetro .................................................................................................................. 34 
2.4.1 Lei de Ohm .................................................................................................................... 36 
2.5 Motor de passo ................................................................................................................. 36 
2.5.1 Motor de passo modelo -28BYJ-48 ............................................................................. 37 
2.5.2 Drive ULN2003 ............................................................................................................. 38 
2.6 Chave fim de curso .......................................................................................................... 39 
 
3. MATERIAS E MÉTODOS ............................................................................................... 41 
3.2 Materiais utilizados para montagem ............................................................................. 41 
3.3 Equipamentos e softwares utilizados .............................................................................. 413.4 Montagem do equipamento ............................................................................................ 42 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 47 
 
5. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 57 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 59 
 
APÊNDICE A ........................................................................................................................ 63 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
 O sol é o um dos principais aliados para a produção de energia elétrica, quando 
buscamos por energias renováveis. Com o passar dos anos o Brasil teve um aumento significativo 
na utilização de sistemas fotovoltaicos. Um dos fatores importantes para escolha desse tipo de 
energia é devido a altas taxas de radiação solar no território nacional, que é mais uniforme que a 
produção de energia eólica [1]. 
 Devido ao aumento da demanda por dispositivos fotovoltaicos mais eficientes, há uma 
constante busca pelo aperfeiçoamento da tecnologia dos materiais e técnicas de fabricação de células 
solares. As células orgânicas, por possuírem baixo custo de produção e por terem uma característica 
flexível, são uma ótima opção para o futuro. Atualmente essas células orgânicas, possuem uma 
eficiência baixa em relação às células de primeira geração. Há estudos nessa área para encontrar ou 
elaborar novos materiais capazes de aumentar a eficiência, esses estudos podem proporcionar a 
criação de uma células fotovoltaicas orgânicas com maior eficiência e ao mesmo tempo possuir um 
custo mais baixo, podendo até aumentar ainda mais sua procura comercialmente [2]. 
 Também há a necessidade de que os processos de fabricação sejam eficientes e que as 
informações estejam à disposição a qualquer momento. Utilizando o conceito IoT (Internet of 
Things) os equipamentos são interligados e mostram sua eficiência em tempo real. Muitas dessas 
interligações são feitas com a ajuda de microcontroladores e microprocessadores, como, por 
exemplo, a utilização do Arduino que é uma plataforma de prototipagem eletrônica com hardware 
e software [3]. 
 Levando em consideração a procura por criar equipamentos de baixo custo, o Arduino 
é uma ótima opção, pois além do seu preço, possui fácil utilização, plataforma livre para criação de 
projetos, diversas entradas e saídas para acoplar sensores de temperatura, luz, umidade, etc. Com 
essas características o Arduino, é perfeito para elaboração e afeiçoamento de dispositivos para 
estudos ou para serem levados para o mercado de trabalho, podendo ser usado em diversas áreas 
como: administração, medicina, robótica, indústrias automatizadas, etc. [4]. 
 Por fim, o presente trabalho propõe a elaboração de um dispositivo capaz de caracterizar 
eletricamente células e módulos fotovoltaicos, através de conhecimentos e técnicas demonstradas 
nas disciplinas de eletrônica, eletrotécnica, fabricação de equipamentos técnicos, linguagem de 
programação, algoritmo e programação, microcontroladores e microprocessadores com a utilização 
do Arduino. A Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) ainda não 
22 
 
 
possui alguns materiais para montagem e nem células de silício para pesquisa e análise, assim o 
trabalho limitou-se a realizar os testes com uma célula solar de uma calculadora antiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
2. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
 Nesta seção serão apresentar as referências teóricas necessárias para o entendimento da 
montagem do dispositivo construído, capaz de caracterizar eletricamente células e módulos 
fotovoltaicos. Começaremos explicando sobre células e módulos fotovoltaicos. 
 
2.1 Células e módulos fotovoltaicos 
 
 Células fotovoltaicas são dispositivos que convertem a energia da radiação solar em 
energia elétrica. Essa conversão é conhecida como efeito fotovoltaico. Tal efeito foi observado por 
Edmond Becquerel em 1839. Uma célula fotovoltaica convencional é constituída por silício dopado 
formando uma configuração chamada de junção PN [5]. 
 As células fotovoltaicas são principalmente construídas com materiais semicondutores, 
que as permitem ter uma configuração de junção PN, sendo similar a de um diodo semicondutor. A 
conversão de energia das células solares é dada pela absorção da luz nas estruturas semicondutoras, 
fazendo com que tenha uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades dos 
semicondutores. A Figura 1 mostra a configuração geral de uma célula fotovoltaica [6]. 
 
Figura 1 – Configuração de uma célula fotovoltaica 
 Fonte: [6] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 A junção PN é formada por um bloco de material do tipo P em uma região e um do tipo 
N na outra região, conforme mostrado na Figura 1. Na junção PN a parte P da junção possui maior 
quantidade de lacunas e menor de elétrons, já a parte N da junção há elétrons sobrando e não possui 
lacunas, nessas condições ocorre uma transição da dopagem P para uma dopagem N [7]. 
 A transição da dopagem P para N ocorre devido ao semicondutor do tipo P ser formado 
pela adição de elementos com três elétrons na camada de valência, como o boro, em uma lâmina de 
24 
 
 
silício e o semicondutor do tipo N ser formado pela adição de elementos com cinco elétrons na 
camada de valência, como o fósforo, espalhado por toda a lâmina de silício. A Figura 2 mostra a 
dopagem do tipo N e do tipo P. Quando ocorre a junção entre o tipo P e tipo N os elétrons nessa 
região se difundem para a região do tipo P. Quando ocorre o equilíbrio entre as regiões, não há fluxo 
de cargas entre elas [8]. 
 
Figura 2 – Dopagem tipo N (A) e dopagem tipo P (B) 
Fonte: [8] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Para que os elétrons fluam na direção do tipo P, é necessário que os elétrons sejam 
excitados por fótons (radiação solar). Após a absorção desses fótons, os buracos e elétrons são 
separados. Essa separação faz com que haja um fluxo de elétrons produzindo energia [8]. A Figura 
3 mostra a excitação dos elétrons pelos fótons. 
 
Figura 3 – Excitação pelos fótons 
 Fonte: [8] (versão colorida disponível em PDF). 
 
25 
 
 
 As células fotovoltaicas são divididas em três gerações, sendo [8]: 
 
• 1º geração: A mais utilizada comercialmente. Essa geração engloba as células de 
junção PN simples de silício; 
• 2º geração: Criada para diminuir o gasto com matérias primas. Um exemplo são as 
células de silício amorfo (não cristalinos); 
• 3º geração: Uma geração com arquitetura bem diferente das demais com utilização 
de corantes orgânicos. 
 
 Uma única célula fotovoltaica não possui potência suficiente para alguns tipos de 
atribuições. Como por exemplo, carregar uma bateria de 12V. Esse tipo de problema é simplesmente 
resolvido utilizando as células fotovoltaicas em agrupamentos em série e paralelo, sendo essa 
formação chamada de módulo fotovoltaico. A Figura 4 demonstra um esquema do agrupamento de 
um módulo fotovoltaico, onde C é a célula, NSM é o número de células em série, NPM é número 
das células em paralelo, 𝐼𝑀 é a corrente total do módulo e 𝑉𝑀 é a tensão do módulo [9]. 
 
Figura 4 – Esquema genérico de um módulo fotovoltaico 
 Fonte:[9] 
 
 
 
26Além dos módulos fotovoltaicos, podemos ter os chamados arranjos fotovoltaicos, que 
são módulos fotovoltaicos interligados entre si em uma configuração com uma única saída de 
corrente elétrica contínua. A Figura 5 mostra um esquema de célula, módulo e arranjo fotovoltaico 
[10]. 
Figura 5 – Esquema de uma célula, módulo e arranjo fotovoltaico 
 Fonte: [10] (versão colorida disponível em PDF). 
 
2.2 Caracterização das células ou módulos fotovoltaicos 
 
 As células e módulos fotovoltaicos podem ser caracterizados de duas maneiras: óptica 
e eletricamente. A caracterização óptica é realizada por meio de um equipamento chamado 
espectrofotômetro, que mostra a região de maior absorção luminosa para o material da célula. Esse 
método é realizado em uma célula por vez. A caracterização pelo método elétrico pode ser feita 
diretamente em uma célula, módulos ou arranjos fotovoltaicos, por meio de um equipamento de 
simulação solar, que utilizam a curva I-V para gerar a curva característica [5]. Nesta seção, será 
apresentada apenas a caracterização elétrica que é o foco do trabalho (curva I-V). 
 A curva I-V é obtida através das medidas das correntes 𝐼 em função das tensões 𝑉. Essa 
curva demostra a característica de uma célula, módulo ou arranjo fotovoltaico, sendo capaz de fazer 
a análise de seu desempenho. Na presença de luz (Radiação solar ou feixes de luz de lâmpadas), 
uma célula ideal possui sua curva característica idêntica à de um diodo em paralelo com uma fonte 
de corrente e quando está no escuro, esse comportamento também é semelhante ao do diodo. Esse 
comportamento parecido com o do diodo é uma característica muito importante que as células 
fotovoltaicas possuem. A Figura 6 mostra a curva I-V quando está na presença de luz e quando está 
no escuro [8]. 
 
27 
 
 
Figura 6 – Curva I-V de uma célula com e sem iluminação 
 
 Fonte: [8] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Com os dados obtidos na curva I-V é possível se obter a curva da potência da célula, 
módulo ou arranjo fotovoltaico, usando a equação (1), onde 𝐼 é a corrente, 𝑉 é a tensão e 𝑃 é a 
potência [8]. 
 𝑃 = 𝐼 × 𝑉 (1) 
 
 A Figura 7 demostra os principais parâmetros de uma curva I-V, a corrente de curto-
circuito (Ics), tensão de circuito aberto (Voc), corrente de máxima potência (Imp), tensão de máxima 
potência (Vmp), potência máxima ( Pmax) e fator de preenchimento (FF) [6]. Do gráfico da Figura 
5 podem ser extraídas informações importantes para a caracterização e funcionamento das células 
solares: 
 
• Corrente de curto-circuito (Ics): é a corrente quando os terminais se encontram em curto-
circuito, ou seja, o valor da tensão será nulo e sua corrente será máxima [10]. 
• Tensão de corrente aberta (Voc): é a tensão quando a corrente corresponde a zero na saída, 
ou seja, toda a corrente gerada flui pelo diodo. Esse valor pode ser obtido através da equação 
(2). Onde 𝐼𝑠 é a corrente de saturação reversa, 𝑛 é o fator de idealidade, 𝑘 = 1,38 𝑥 10
23 J/K 
é a constante de Boltzmann, 𝑞 = 1,602 𝑥 10−19 𝐶 é a carga elementar, 𝑇𝑐 é a temperatura 
da célula e 𝐼𝑠𝑐 é a corrente de curto-circuito [6,10]. 
 
28 
 
 
 𝑉𝑜𝑐 =
𝑛𝑘𝑇𝑐
𝑞
 ln (1 + 
𝐼𝑠𝑐
𝐼𝑠
) (2) 
 
• Ponto máximo de potência: é o ponto onde o produto da tensão pela corrente tem o seu maior 
valor, ou seja, maior valor de potência que a célula pode chegar. O ponto máximo de 
potência pode ser determinando pela equação (3) [6,10]. 
 
 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝑚𝑝 × 𝑉𝑚𝑝 (3) 
 
• Fator de preenchimento (fill factor – FF): Esse fator é o que determina o desempenho das 
células, ou seja, a qualidade delas, o FF é dado pela equação (4) e também na Figura 5. Os 
valores superiores a 0,7 de FF são considerados de células de alta qualidade, entre 0,4 a 0,7 
são consideradas células de segunda linha, pois possuem um rendimento menor, sendo que 
todos esses dados dependem do material e das técnicas de fabricação [6,8,10]. 
 
 𝐹𝐹 =
𝐼𝑚𝑝 𝑥 𝑉𝑚𝑝
𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝑉𝑜𝑐
=
Á𝑟𝑒𝑎 𝐴
Á𝑟𝑒𝑎 𝐵
 (4) 
 
• Eficiência de conversão: uma das formas de calcular é pela razão entre a potência máxima 
obtida pelo produto da área da célula pela potência de radiação solar incidida, demostrada 
pela equação (5), onde A é a área da célula e G é a potência da radiação [6]. 
 
 𝜂 =
𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐴×𝐺
 (5) 
 
29 
 
 
Figura 7 – Curva I-V e Potência 
 Fonte:[6] (versão colorida disponível em PDF). 
 
2.3 Arduino 
 
 Segundo o site oficial do Arduino [14], o Arduino é uma plataforma open-source 
(código aberto) de prototipagem eletrônica com hardware e software embutidos de fácil utilização. 
Sendo dividido em duas partes: a própria placa que é o Hardware, que consiste de um 
microcontrolador que é um microcomputador com apenas um circuito e com componentes para 
facilitar a montagem de outros circuitos em projetos, conforme demonstrada na Figura 8 sendo a 
parte física de um projeto, e o Integrated Development Environment, chamado de IDE do Arduino 
(Software), aonde escrevemos os códigos a ser processado pela placa. A Figura 9 mostra o layout 
da plataforma IDE Arduino [11, 12, 13]. 
 
Figura 8 – Arduino UNO 
 Fonte: [14]. Adaptado (versão colorida disponível em PDF). 
 
30 
 
 
Figura 9 – IDE do Arduino 
 Fonte: [14] (versão colorida disponível em PDF). 
 
Essa plataforma é de fácil utilização, pois pessoas sem conhecimento de programação 
conseguem aprender o básico na internet e fazer seus próprios projetos em um intervalo de tempo 
consideravelmente pequeno. Como, por exemplo, acender uma lâmpada por um período de tempo 
apenas pressionando um botão. De modo mais simples, o Arduino pode ser considerado um 
minúsculo computador que pode ser programado para efetuar tarefas através de suas entradas e 
saídas (digitais e analógicas) [13, 15]. 
 
2.3.1 Arduino UNO 
 
O modelo UNO é uma placa microcontrolada que foi feita baseada no ATmega328P, que é 
um microcontrolador tipo chip único. Sua configuração e dada por [14]: 
• 14 pinos de entrada / saída digital (6 com saída Pulse Width Modulation (PWM)); 
• 6 entradas analógicas; 
• Um cristal de quartzo de 16MHz; 
• Conexão USB; 
• Conector de energia; 
• Conector In Circuit Serial Programming (ICSP); 
• Botão de reset. 
 
 
 
31 
 
 
2.3.2 Entradas e saídas do Arduino 
 
 As entradas e saídas das placas Arduino são divididas em dois tipos principais, digital 
e analógica. 
 
2.3.2.1 Entradas e saídas digitais 
 
 As entradas e saídas consideradas digitais em uma placa Arduino trabalham apenas com 
dois tipos de estados de tensões definidas que são consideradas como: nível lógico alto que é 
chamado de “HIGH” e um nível lógico baixo que é chamado de “LOW”, respectivamente, 
correspondem a 5V e 0V. O uso de entradas e saídas digitais é restrita apenas para problemas 
considerados de lógica discreta. A Figura 10 mostra quais são os pinos digitais do Arduino UNO[15,16]. 
 
 
 
Figura 10 – Entradas e saídas digitais no Arduino UNO 
 Fonte: [15]. Adaptada (versão colorida disponível em PDF). 
 
 
 
 
 
32 
 
 
2.3.2.2 Entradas e saídas analógicas 
 
 As entradas analógicas são usadas em muitas situações que não envolvem problemas 
discretos. São usados em casos onde podem assumir valores contínuos como, por exemplo, medir a 
temperatura, voltagem, corrente, umidade, pressão e grandezas que variam dessa forma [17]. 
 Uma placa Arduino contém pinos específicos para lidar com esses tipos de grandezas, 
para a entrada dos dados analógicos utiliza-se os pinos de A0 até A5, esses mesmos pinos também 
podem ser usados como entradas e saídas digitais caso necessário. Já para se simular informações 
de grandezas analógicas, ou seja, modulação de larguras de pulso, utiliza-se os pinos de saída 
chamados de Pulse Width Modulation (PWM), representados pelos pinos 3,5,6,9,10 e 11, conforme 
mostrado na Figura 11 [18]. 
 
Figura 11 – Entradas e saídas Analógicas no Arduino UNO 
 Fonte: [18]. Adaptada (versão colorida disponível em PDF). 
 
 O microcontrolador do Arduino utiliza dados digitais para efetuar suas tarefas, logo ao 
se utilizar dados analógicos é preciso fazer uma conversão (tradução). Esse processo de conversão 
é realizado por um conversor analógico digital (ADC) [17]. 
 Um ADC dimensiona o valor analógico de acordo com a quantidade de bits da sua 
resolução. A resolução é dada pela equação (6), onde 𝑉𝑟𝑒𝑓 é a tensão de referência do conversor 
A/D e 𝑛 é o número de bits do conversor. A resolução dará o menor valor possível para leitura nos 
pinos analógicos [17]. 
33 
 
 
 
 𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 
𝑉𝑟𝑒𝑓
2𝑛
⁄ (6) 
 
 Conforme o datasheet do microcontrolador ATmega328, que é o mesmo usado no 
Arduino Uno, apesar do microcontrolador ser de 8 bits o seu conversor é de 10 bits. A tensão de 
referência para o Arduino Uno pode variar de 1,1𝑉 até o valor de 𝑉𝑐𝑐, ou seja, a resolução estará 
entre 1,07 𝑚𝑉 e 4,8 𝑚𝑉 [18,19]. 
 
2.3.3 Comunicação serial 
 
 A comunicação serial nada mais é que o envio de dados em forma de bits, sendo um bit 
por vez em sequência até o último. Esse tipo de comunicação é muito utilizado para realizar a 
comunicação entre o Arduino com outros dispositivos externos, como por exemplo, um computador. 
A comunicação serial entre o Arduino e o computador ocorre através do conversor serial USB 
presente na placa [20]. 
 A IDE do Arduino fornece uma ferramenta que possibilita acompanhar a comunicação 
serial, chamada de Serial Monitor, que se trata de uma interface gráfica. Essa interface pode ser 
acessada apenas clicando no ícone que é apontado na Figura 12 e, a direita nessa mesma figura, a 
janela onde aparecem as informações da comunicação serial [21]. 
 
Figura 12 – IDE Arduino e Serial Monitor 
 Fonte: [21] (versão colorida disponível em PDF). 
34 
 
 
2.4 Potenciômetro 
 
 O potenciômetro é um resistor variável, em que seu valor pode ser escolhido por meio 
de um cursor mecânico. Os potenciômetros podem ser classificados como: simples, duplo, micro, 
trimmer, multivoltas ou deslizantes, dependendo do modelo. A Figura 13 mostra um modelo de 
potenciômetro simples. Como todos os resistores, eles transformam energia elétrica em energia 
térmica, causando uma queda de tensão no circuito instalado [22,23]. 
 
Figura 13 – Potenciômetro 
 
 Fonte:[23] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Esse dispositivo é formado por três terminais (início, central e fim), uma faixa de 
material resistivo e um cursor, conforme mostra a Figura 14. A resistência entre o início e o fim será 
fixa e é chamada de resistência nominal, pois esses terminais representar 100% do material resistivo. 
Para se obter a variação no valor da resistência escolhe-se o terminal do centro com o início ou o 
fim. O ângulo mínimo de rotação do cursor é de 0º (zero grau) e o valor máximo irá depender do 
modelo de fabricação [23]. 
 
35 
 
 
Figura 14 – Ilustração dos terminais do Potenciômetro 
 Fonte:[23] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Há diversas aplicações para o uso desse dispositivo eletrônico, principalmente na área 
da tecnologia. São usados de duas formas: divisores de tensão variáveis ou como limitadores de 
corrente elétrica. Alguns exemplos de suas utilizações são: eletrodomésticos, equipamentos 
industriais etc. Na literatura e nos projetos de eletrônica os potenciômetros são representados 
normalmente pelo símbolo mostrado na Figura 15 [23,24]. 
 
Figura 15 – Símbolo do potenciômetro 
 
 Fonte: [24]. Adaptado. 
 
 Existem três tipos de potenciômetros no mercado, que são classificados como lineares 
(ôhmicos), logarítmico e logarítmico inverso (não ôhmicos). Cada um tem sua curva característica 
que representa o valor da resistência em relação ao giro do potenciômetro entre o terminal do centro 
com um dos outros terminais, conforme mostrado na Figura 16 [22]. 
 
 
 
 
 
 
36 
 
 
Figura 16 – Gráfico – Curva característica dos potenciômetros 
 
 Fonte:[25] (versão colorida disponível em PDF). 
 
2.4.1 Lei de Ohm 
 
 Os potenciômetros lineares que são conhecidos como ôhmicos seguem a Lei de Ohm. 
Os não lineares não seguem essa lei. Segundo o Jearl Walker, “ A lei de Ohm é a afirmação de que 
a corrente que atravessa um dispositivo é sempre proporcional à diferença de potencial aplicada ao 
dispositivo”. Essa frase é demostrada matematicamente pela equação (7), onde 𝑈 é a diferença de 
potencial elétrico, 𝑅 é a resistência e 𝑖 a corrente [26]. 
 
 𝑼 = 𝑹 × 𝒊 (7) 
 
2.5 Motor de passo 
 
 O motor de passo é um tipo de motor elétrico capaz de deslocar-se em diferentes ângulos 
específicos a cada pulso recebido. Cada modelo desses motores possui suas especificações para 
deslocamento, sendo o deslocamento angular mínimo a cada pulso conhecido como passo. A Figura 
17 mostra uma variedade de motores de passo [27]. 
 
37 
 
 
Figura 17 – Motores de passo de vários tamanhos 
 
 Fonte: [28] (versão colorida disponível em PDF). 
 
 A precisão de rotação dos motores de passo é muito alta, o que permite que seja usado 
em impressoras, sistemas de automação industrial, robótica etc. O que determina a quantidade de 
passo em uma volta completa (360º) é o número de polos em seu rotor. Assim, quanto maior o 
número de passos por volta, maior sua precisão. Sua eficiência nas aplicações e seus baixos preços 
são as principais vantagens. Uma desvantagem que se deve levar em consideração é o fato de não 
memorizar o ponto que se encontra no momento, pois se movimenta com base nos sinais recebidos 
pelas bobinas [28,29]. 
 
 
2.5.1 Motor de passo modelo -28BYJ-48 
 
 O motor de passo modelo 28BYJ-48 (Figura 18), é unipolar, ou seja, possui cinco fios 
com cada fase tendo dois enrolamentos por fase, sendo um para cada sentido da corrente. Esse 
modelo necessita de pelo menos 5V para mover o eixo em 5,625 graus, sendo necessários 64 passos 
para que ocorra uma volta completa. A melhor maneira para controlar os pulsos do motor é 
utilizando um driver ULN2003, junto ao Arduino [30]. 
 
38Figura 18 – Motor e passo modelo – 28BYJ-48 
 
 Fonte: [31]. Adaptado (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Alguns dados importantes do modelo 28BYJ-48: tensão nominal de 5V DC, quatro fases 
(fios: Azul, Rosa, Amarelo e Laranja), um neutro (Fio graduated neutral density filter (GND): 
Vermelho.), taxa de variação de velocidade de 1 para 64 e ângulo de passada de 5,625º. O esquema 
do motor Unipolar com suas respectivas cores é mostrado na Figura 19 [32]. 
 
Figura 19 – Esquema do motor Unipolar 
 Fonte: [31] 
 
2.5.2 Drive ULN2003 
 
 O Driver ULN2003 é um módulo controlador com um circuito, que tem a função de 
converter sinais de comando para sinais de potência. Esses dispositivos são ótimos para conduzir 
uma variedade de carga. Além disso, possui 16 portas, onde 8 são entradas e 8 saídas, suportam 
correntes de até 500𝑚𝐴. As saídas estão normalmente ligadas a motores de passo (Figura 20), que 
mostra o esquema das conexões do driver como o motor de passo. Uma das principais funções do 
ULN2003 nesse contexto é evitar que o motor queime, pois caso haja uma correte muito alta o 
39 
 
 
mesmo irá queimar, podendo ser substituído com facilidade, por se tratar de um componente de 
encaixe no driver [33,34]. 
 
Figura 20 – Esquema do Driver UNL2003 com o motor de passo 
 
 Fonte: [31]. Adaptado. 
 
2.6 Chave fim de curso 
 
 A chave fim de curso é um dispositivo eletrônico que tem a função de indicar o fim de 
um caminho no qual se encontra conectado. Esse dispositivo é constituído de um interruptor 
comutador, que tem a função de alterar o sentido da corrente. Essa mudança no sentido da corrente 
ocorre com um simples toque (força mínima) na sua haste de acionamento. A Figura 21 mostra um 
esquema similar de uma chave fim de curso e um dos modelos [35,36]. 
 
Figura 21 – Esquema de uma chave fim de curso 
 Fonte: [35, 37]. Adaptado (versão colorida disponível em PDF). 
 
40 
 
 
 O dispositivo é de baixo custo e sua vida útil média pode durar cerca de 1 milhão de 
ciclo de uso. Esses pontos são positivos fazendo com que haja uma ampla área aplicações. Como, 
por exemplo, acionamento e interrupção de tarefas usando uma placa Arduino [36, 37]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
 
3. MATERIAS E MÉTODOS 
3.2 Materiais utilizados para montagem 
 
 Os materiais utilizados para a montagem do dispositivo: 
 
• Arduino Uno; 
• Base de madeira; 
• Botão de controle para potenciômetro; 
• Botão tátil; 
• Cabo USB para Arduino; 
• Chave de fim de curso; 
• Driver ULN3003; 
• Haste de ferro; 
• Jumpers e Fios; 
• Motor de passo (unipolar); 
• Parafusos; 
• Potenciômetro de 540 𝐾Ω; 
• Protoboard; 
• Suportes de alumínio. 
 
3.3 Equipamentos e softwares utilizados 
 
 Os equipamentos e softwares utilizados para montagem e testes do dispositivo: 
 
• Célula solar; 
• Década Resistiva; 
• Ferro de solda; 
• Furadeira e Parafusadeira; 
• IDE Arduino; 
• Multímetro; 
• Notebook; 
• Solda branca. 
42 
 
 
3.4 Montagem do equipamento 
 
 A montagem do dispositivo foi feita pensando em uma estrutura capaz de fazer a leitura 
e controlar por meio do Arduino, para se obter os dados necessários para a realização da curva 
característica I-V. Assim variou-se o valor da resistência, aonde para cada resistência a um valor de 
tensão e corrente. A Figura 22 demostra o esquema do circuito para a criação da Curva I-V. 
 
Figura 22 – Esquema do circuito 
 
 Fonte: Autoria própria. 
 
 Para não ser necessário ficar trocando a resistência a cada etapa para a obtenção da 
Curva, podemos substituí-la por um potenciômetro. Assim para cada valor de resistência no 
potenciômetro teremos um valor de Tensão 𝑉𝑛 e uma corrente de 𝑖𝑛. 
 Já tendo em mente o circuito base para a elaboração do dispositivo, colocou-se um motor 
de passo acoplado para realizar a movimentação do potenciômetro através de um código criado 
para o Arduino. Os valores do potenciômetro para cada passo do motor foram pré-estabelecidos 
através de testes manuais com a média dos valores obtidos. Na Figura 23 temos um esquema do 
dispositivo após sua montagem. As letras A e B da imagem demarcam o local no qual se acopla a 
célula a ser analisada. 
 O Arduino terá como função: 
• Controlar o motor de passo, utilizado as portas digitais de 8 a 11; 
• Realizar a leitura da porta analógica A3 (valor de tensão do circuito), a cada movimento do 
motor; 
• Realizar as contas pré-definidas a cada passo do motor; 
• Realizar a leitura da porta digital 12, essa porta está conectando o botão de inicialização do 
sistema de leitura dos dados; 
43 
 
 
• Realizar a leitura da chave fim de curso com a porta digital 7 ( sistema de segurança, para 
sempre iniciar na mesma posição); 
• Realizar comunicação serial entre o dispositivo e o software IDE Arduino. O código para 
execução dos comados no Arduino encontra-se no apêndice A. 
 O código do apêndice A, já possui os valores dos potenciômetros pré-definidos para 
cada passo do motor. Esses valores serão utilizados para realizar as contas para se encontrar a 
corrente conforme a equação (7), pois a porta analógica A3 irá fornecer a tensão naquele momento, 
sendo que, os dados são enviados para o monitor de leitura serial em forma de uma matriz.
 Com os dados construiu-se o gráfico a ser analisado. Nesse trabalho foi utilizado o 
SciDAVis1. Para se comparar os dados do dispositivo foi feito a leitura manual utilizando-se uma 
década resistiva, que é um dispositivos com chaves para a variação das resistências, e anotaram-se 
os valores para criação da curva I-V. 
 Para ajudar no movimento do motor foi utilizado uma biblioteca já fornecida pelo 
Arduino, essa biblioteca é chamada de “ include <Stepper.h>”, ela libera o pacote de dados para a 
movimentação das bobinas do motor de passo, sendo esses utilizados: 
 
• “ const int stepsPerRevolution = 64”, determina a quantidade de passos do motor; 
• “Stepper myStepper (stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11)”, determina quais os pares de portas 
para cada bobina do motor; 
• “myStepper.setSpeed(350)”, determina a velocidade do motor. 
 
 Para poder liberar a leitura serial no monitor é utilizados os seguintes comandos: 
• “Serial.begin(9600)”, para utilizar a porta serial; 
• “Serial.print( ), para imprimir no monitor serial. 
 
 
 
 
 
 
1 O SciDAVis ® é um programa de computador para construção de gráficos, esse foi desenvolvido por Tilman 
Benkert e Knut Franke em 2007 [38]. 
44 
 
 
Figura 23 – Esquema do Dispositivo Montado 
Fonte: Autoria própria (versão colorida disponível em PDF). 
 
45 
 
 
 O funcionamento do dispositivo é feito da seguinte forma: 
 
1. Acoplar a célula, módulo ou arranjo entre os pontos A e B, sendo A negativo e B 
positivo; 
2. Conectar o dispositivo em um aparelho como o IDE; 
3. Apertar o botão tátil para inicializar a análise da célula; 
4. Esperar os dados aparecerem no monitor serial; 
5. Pegar os dados e construir o gráfico; 
6. Fazer a análise do gráfico. 
 
Após apertar o botão tátil, o Arduino irá efetuar os seguintes passos: 
 
1. O motor será acionado para girar até tocar no fim de curso; 
2. Volta a posição inicial pré-definidapelo código; 
3. Realiza a leitura da Porta A3; 
4. Efetua as contas com a equação (7); 
5. Imprimi no monitor serial os dados; 
6. Aciona o motor para realizar o giro; 
7. Efetuas os passos a partir do 3, até o fim de curso ser acionado; 
8. Desliga o motor. 
9. Aguarda o botão ser acionada de novo para ir ao passo 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 A Figura 24 mostra o dispositivo construído. Nessa montagem foram utilizados 
materiais de baixo custo, em relação aos equipamentos vendidos pela internet. Equipamentos 
similares são vendidos por aproximadamente R$ 35.000,00, segundo orçamento realizado por e-
mail. O custo para elaboração desse dispositivo foi de aproximadamente R$ 50,00, sendo assim, 
pode-se afirmar que o dispositivo construído é de baixo custo. Foram utilizados materiais que 
estavam à disposição na universidade e de acervo próprio, ou seja, não tendo a opção de utilizar 
materiais de menor valor ofertados para compra. O cálculo do custo foi feito considerado os valores 
para todos os materiais utilizados. 
 
Figura 24 – Dispositivo 
 Fonte: Autoria Própria (versão colorida disponível em PDF). 
 
1 
2 3 
4 
5 
6 7 
8 
48 
 
 
 
 As setas numeradas mostrados na Figura 24 são os seguintes materiais: 
 
1. Potenciômetro; 
2. Motor de passo; 
3. Arduino; 
4. Cabo USB, para comunicação serial; 
5. Driver ULN2003; 
6. Célula fotovoltaica da calculadora; 
7. Botão tátil; 
8. Botão fim de curso. 
 
 A Tabela 1 mostra os valores médios pré-estabelecido para cada passo do motor, 
considerando que o motor foi configurado para dar um passo com aproximadamente 13,36º de 
rotação, após três leituras consecutivas com a ajuda de um multímetro. 
 
Tabela 1 – Resistências para cada passo do motor 
PASSO MEDIDA 1 (kΩ) MEDIDA 2 (kΩ) MEDIDA 3 (kΩ) MÉDIA (kΩ) 
1 543,00 544,00 543,00 543,33 
2 543,00 544,00 543,00 543,33 
3 533,00 533,00 533,00 533,00 
4 508,00 508,00 507,00 507,67 
5 478,00 478,00 478,00 478,00 
6 445,00 446,00 446,00 445,67 
7 403,00 403,00 403,00 403,00 
8 372,00 372,00 372,00 372,00 
9 341,00 342,00 341,00 341,33 
10 302,00 302,00 302,00 302,00 
11 267,00 267,00 267,00 267,00 
12 232,00 235,00 235,00 234,00 
13 193,90 194,30 194,00 194,07 
14 158,00 157,90 158,10 158,00 
15 127,00 127,80 128,80 127,87 
49 
 
 
16 99,50 99,60 99,76 99,62 
17 83,00 83,30 83,30 83,20 
18 71,40 71,60 71,60 71,53 
19 63,60 63,70 63,80 63,70 
20 57,30 57,40 57,50 57,40 
21 52,70 52,80 52,80 52,77 
22 49,20 49,30 49,30 49,27 
23 46,20 46,30 46,30 46,27 
24 43,50 43,50 43,50 43,50 
25 40,50 40,50 40,50 40,50 
26 38,00 38,10 38,10 38,07 
27 35,50 35,50 35,50 35,50 
28 32,80 32,90 32,90 32,87 
29 30,20 30,20 30,20 30,20 
30 27,50 27,60 27,60 27,57 
31 24,50 24,50 24,50 24,50 
32 21,80 21,80 21,80 21,80 
33 18,68 18,74 18,77 18,73 
34 15,69 15,75 15,80 15,75 
35 12,70 12,71 12,71 12,71 
36 9,94 9,96 9,98 9,96 
37 7,11 7,12 7,13 7,12 
38 4,35 4,42 4,45 4,41 
39 1,82 1,82 1,85 1,83 
40 0,0980 0,0990 0,0990 0,0987 
41 0,0808 0,0809 0,0809 0,0809 
42 0,0666 0,0667 0,0667 0,0667 
43 0,5330 0,0531 0,0531 0,2131 
44 0,0420 0,0425 0,0425 0,0423 
45 0,0356 0,0362 0,0360 0,0359 
 Fonte: Autoria Própria. 
50 
 
 
 Entre os passos 39 e 40, notou-se uma variação muito grande no valor da resistência, 
logo o potenciômetro tem a característica de não ser linear, pois o linear teria a mesma variação para 
cada passo do motor. 
 A Tabela 2 possui os valores coletados manualmente do circuito da Figura 21, no lugar 
do potenciômetro foi utilizado uma década resistiva para poder realizar a variação. Foram feitos 
dois testes consecutivos para compração dos valores obtidos, esses testes foram chamados de teste 
1 e teste 2. 
 
Tabela 2 – Dados coletados manualmente 
 TESTE 1 TESTE 2 
LEITURA 
RES. 
(kΩ) 
CORRENTE 
(mA) 
TENSÃO (V) 
CORRENTE 
(mA) 
TENSÃO (V) 
1 550,00 0,002 1,732 0,002 1,716 
2 540,00 0,002 1,730 0,002 1,715 
3 530,00 0,002 1,727 0,002 1,710 
4 500,00 0,002 1,727 0,002 1,705 
5 470,00 0,002 1,721 0,002 1,706 
6 440,00 0,002 1,721 0,002 1,701 
7 400,00 0,003 1,721 0,003 1,698 
8 370,00 0,003 1,722 0,003 1,705 
9 340,00 0,004 1,722 0,004 1,713 
10 300,00 0,004 1,722 0,004 1,712 
11 270,00 0,005 1,720 0,005 1,711 
12 240,00 0,006 1,719 0,006 1,710 
13 200,00 0,007 1,710 0,007 1,708 
14 170,00 0,009 1,709 0,009 1,709 
15 140,00 0,011 1,709 0,011 1,705 
16 100,00 0,016 1,709 0,015 1,703 
17 70,00 0,023 1,706 0,023 1,699 
18 40,00 0,041 1,691 0,040 1,684 
19 30,00 0,055 1,686 0,054 1,674 
20 20,00 0,082 1,670 0,082 1,651 
21 10,00 0,161 1,662 0,159 1,603 
51 
 
 
22 9,00 0,171 1,617 0,176 1,590 
23 8,00 0,199 1,607 0,197 1,580 
24 7,00 0,228 1,580 0,224 1,568 
25 6,00 0,263 1,578 0,258 1,546 
26 4,00 0,380 1,526 0,373 1,486 
27 3,00 0,487 1,438 0,479 1,434 
28 2,00 0,680 1,352 0,678 1,344 
29 1,00 1,240 1,220 1,230 1,259 
30 0,90 1,340 1,215 1,330 1,211 
31 0,80 1,470 1,185 1,460 1,180 
32 0,70 1,630 1,146 1,620 1,142 
33 0,60 1,820 1,100 1,820 1,096 
34 0,50 2,080 1,043 2,000 1,039 
35 0,40 2,420 0,970 2,410 0,996 
36 0,30 2,900 0,871 2,880 0,869 
37 0,20 3,620 0,725 3,600 0,725 
38 0,10 4,860 0,486 4,840 0,489 
39 0,09 5,020 0,453 5,000 0,456 
40 0,08 5,210 0,417 5,180 0,421 
41 0,07 5,410 0,379 5,400 0,383 
42 0,06 5,620 0,338 5,590 0,342 
43 0,05 5,850 0,293 5,830 0,298 
44 0,04 6,100 0,245 6,080 0,250 
45 0,03 6,370 0,191 6,350 0,198 
46 0,02 6,660 0,134 6,650 0,140 
47 0,01 6,990 0,071 6,970 0,078 
48 0,009 7,030 0,064 7,040 0,064 
49 0,008 7,060 0,057 7,080 0,057 
50 0,007 7,090 0,050 7,110 0,050 
51 0,006 7,130 0,044 7,140 0,044 
52 0,005 7,170 0,037 7,170 0,037 
53 0,004 7,210 0,030 7,210 0,030 
54 0,003 7,240 0,022 7,240 0,022 
52 
 
 
55 0,002 7,290 0,015 7,280 0,015 
56 0,001 7,320 0,008 7,330 0,008 
Fonte: Autoria Própria. 
 
 A Tabela 3, contém os dados coletados automaticamente pelo dispositivo montado nesse 
trabalho, chamados de teste 3 e 4. 
 
Tabela 3 – Dados coletados com o dispositivo 
 TESTE 3 TESTE 4 
LEITURA 
RES. 
(kΩ) 
CORRENTE 
(mA) 
TENSÃO (V) 
CORRENTE 
(mA) 
TENSÃO (V) 
1 543,333 0,003 1,636 0,003 1,726 
2 543,333 0,003 1,637 0,003 1,726 
3 533,000 0,003 1,637 0,003 1,726 
4 507,666 0,003 1,636 0,003 1,726 
5 478,000 0,003 1,636 0,004 1,726 
6 445,666 0,004 1,636 0,004 1,726 
7 403,000 0,004 1,636 0,004 1,726 
8 372,000 0,004 1,634 0,005 1,729 
9 341,333 0,005 1,633 0,005 1,728 
10 302,000 0,005 1,633 0,006 1,729 
11 267,000 0,006 1,633 0,006 1,729 
12 234,000 0,007 1,633 0,007 1,728 
13 194,066 0,008 1,633 0,009 1,727 
14 158,000 0,010 1,631 0,011 1,726 
15 127,866 0,013 1,628 0,013 1,726 
16 99,620 0,016 1,625 0,017 1,726 
17 83,200 0,019 1,622 0,021 1,722 
18 71,533 0,023 1,618 0,024 1,721 
19 63,700 0,025 1,614 0,027 1,721 
20 57,400 0,028 1,614 0,030 1,717 
21 52,766 0,030 1,609 0,033 1,716 
22 49,266 0,033 1,608 0,035 1,716 
53 
 
 
23 46,266 0,035 1,604 0,037 1,714 
24 43,500 0,037 1,603 0,039 1,712 
25 40,500 0,039 1,599 0,042 1,711 
26 38,066 0,042 1,594 0,045 1,710 
27 35,500 0,045 1,591 0,048 1,706 
28 32,866 0,048 1,589 0,052 1,703 
29 30,200 0,052 1,585 0,056 1,701 
30 27,566 0,057 1,5790,062 1,696 
31 24,500 0,064 1,578 0,069 1,692 
32 21,800 0,072 1,572 0,077 1,687 
33 18,730 0,084 1,564 0,090 1,682 
34 15,690 0,025 1,555 0,027 1,673 
35 12,706 0,121 1,540 0,131 1,662 
36 9,960 0,153 1,521 0,165 1,647 
37 7,120 0,210 1,493 0,228 1,624 
38 4,406 0,330 1,455 0,361 1,590 
39 1,830 0,754 1,380 0,834 1,525 
40 0,098 0,981 1,174 0,853 1,358 
41 0,080 2,505 0,200 6,113 0,489 
42 0,066 2,447 0,161 6,403 0,423 
43 0,053 2,576 0,137 6,924 0,367 
44 0,042 2,652 0,111 7,461 0,313 
45 0,035 2,396 0,084 7,281 0,255 
Fonte: Autoria Própria. 
 
 Analisando os dados da Tabela 2 com a Tabela 3, podemos ver que são bem parecidos, 
a única diferença é pelo fato de o potenciômetro não possuir alguns valores de resistência no 
dispositivo, conforme já foi mencionado que esse potenciômetro não é linear. 
 Com os dados coletados nos testes 1 e 2, construiu-se o gráfico, representando a curva 
I-V demostrada na Figura 25. 
 
 
 
 
54 
 
 
 
 Figura 25 – Gráfico: Curva I-V (Teste 1 e Teste 2) 
 
 Fonte: Autoria Própria (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Foi possível verificar no gráfico da Figura 25, que os testes 1 e 2, não representam 
exatamente a curva característica similar à de uma célula fotovoltaica. Esse fato pode ser explicado 
pelo fato de a célula ser de baixa qualidade e também por ser de uma calculadora velha, mas mesmo 
assim isso não atrapalhou o objetivo do trabalho, que nesse caso era fazer a leitura das células em 
qualquer estágio de sua vida útil. 
 Com os dados coletados nos testes 3 e 4, construiu-se o gráfico, representando a curva 
I-V demostrada na Figura 26. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
55 
 
 
Figura 26 – Gráfico: Curva I-V (Teste 3 e Teste 4) 
 
 Fonte: Autoria Própria (versão colorida disponível em PDF). 
 
 Já no gráfico dos testes 3 e 4 (Figura 26), foi possível ver que há uma grande área sem 
pontos demarcados, essa área representa exatamente os valores que não temos com os passos do 
motor conectado ao potenciômetro, mas mesmo assim é possível ver que os pontos estão 
aproximados com relação ao dos dados coletados manualmente. 
 Pelo motivo da qualidade dessa célula não ser boa, não foi possível determinar a corrente 
de curto-circuito, onde a tensão é nula e a corrente máxima. Já a tensão da corrente aberta pode ser 
estimada com a aproximação do corrente a zero e a tensão ao seu valor máximo. É importante 
mencionar que, como os dados coletados dependem da radiação solar, durante os experimentos 
ocorreu de a tensão máxima variar, como por exemplo: a passagem de uma nuvem no céu, ou 
qualquer objeto ou animal que possa realizar sombra. 
 O dispositivo montado é capaz de medir os valores de tensão e corrente de células ou 
módulos de até 12 volts, pois essa é a tensão máxima que o Arduino suporta. Mas, futuramente, 
poderá realizar com qualquer valor de tensão, pois será realizada a montagem de um divisor de 
corrente. 
 
 
 
 
 
 
56 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
57 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
 O objetivo do trabalho foi alcançado, tendo em vista que foi possível criar um 
dispositivo de baixo custo capaz de realizar a caracterização da curva I-V. Esse dispositivo é capaz 
de realizar leituras de vários tipos de células fotovoltaicas com até 12 volts. Esses dados coletados 
servirão para determinar os melhores tipos células e até mesmo demostrar a eficiência de conversão, 
ponto máximo de potência, corrente de curto-circuito, tensão de corrente aberta e fator de 
preenchimento. 
 Como perspectivas futuras, o presente dispositivo poderá ser aperfeiçoado para realizar: 
• A leitura de tensões e correntes mais altas; 
• Ter uma tamanha menor para facilitar a instalação; 
• Utilizar potenciômetro digital; 
• Acoplado a algum tipo de aplicativo de onde poderá ser monitorado via Wifi, não 
necessitando de cabos para a comunicação serial e os gráficos poderem ser feitos 
automaticamente em tempo real. Podendo até mesmo ser comercializado a um preço 
acessível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
58 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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63 
 
 
APÊNDICE A 
 
 Código elaborado para controlar as funções do dispositivo de caracterização elétrica 
de células ou módulos fotovoltaicos: 
 
#include <Stepper.h> //Inclui biblioteca para controle de motor de passo 
long resist[]= {543333.33, 543333.33, 533000.00, 507666.67, 478000.00, 445666.67, 
 403000.00, 372000.00, 341333.33, 302000.00, 267000.00, 234000.00, 
 194066.67, 158000.00, 127866.67, 99620.00, 83200.00, 71533.33, 
 63700.00, 57400.00, 52766.67, 49266.67, 46266.67, 43500.00, 
 40500.00, 38066.67, 35500.00, 32866.67, 30200.00, 27566.67, 
 24500.00, 21800.00, 18730.00, 15690.00, 12706.67, 9960.00, 
 7120.00, 4406.67, 1830.00, 98.67, 80.87, 66.67, 53.17, 42.33, 
 35.93 };// vetor com os valores já estabelecido pelo potenciômetro 
int botao = 12; // Botão de Inicialização 
int fim_de_curso = 7;// fim de curso no pino 7 
int valor_botao = 0; // Valor Atribuído para inicialização no Loop 
int fim = 0;// Valor atribuído para inicialização no Loop 
float ad3 = 0.0000; // variável para o somatório com o potenciômetro 
float media_potenciomentro = 0.000; // valor da média de Ad3 
int amostras = 100;// valor de n para o somatório 
int i, m=1; 
int soma; 
int vet= 45; // quantidade de resistência no resist[] 
float corrente; 
const int stepsPerRevolution = 64; // motor de 64 pulsos por volta 
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11); 
// inicializa a biblioteca utilizando as portas de 8 a 11 para ligação do motor 
void setup() 
{ 
 myStepper.setSpeed(350); //Determina a velocidade do motor 
 pinMode(fim_de_curso, INPUT_PULLUP); 
 // o comando PULLUP irá garantir que o valor não ficar oscilando 
64 
 
 
 pinMode(botao, INPUT); //pino de entrada para a leitura do botão 
 pinMode(A3, INPUT); //pino de entrada para a leitura do potenciômetro 
 Serial.begin(9600); // Comando para utilizar a porta serial 
} 
void loop() 
{ 
 soma = 0; 
 valor_botao = digitalRead(botao); // atribui a leitura digital a variável 
 if ( valor_botao == HIGH ) // O Loop só começa quando o botão for pressionado 
 { 
 do {// Loop criado para garantir que o motor de passo irá iniciar na mesma posição 
 fim = digitalRead(fim_de_curso); 
 if ( fim == 1) myStepper.step(25); // atribui a leitura digital a variável 
 } while (fim == 1); 
 myStepper.step(-1900); 
 do { // Loop criado para realizar as 45 leituras 
 for ( m = 0; m < vet+1; m++){ 
 if ( m<45) 
 { 
 soma = soma + 1; 
 myStepper.step(38); // Dá uma volta no motor no sentido horário 
 delay(500); 
 ad3 = 0; 
 delay(1000); 
 for (int i = 1; i <= amostras; i++) 
 { 
 ad3 += analogRead(A3); 
 // somatorio da variavel 
 } 
 delay(1000); 
 media_potenciomentro = (5.000 / 1023) * (ad3 / amostras); 
 // Converte o número digital para analogico 
 corrente= media_potenciomentro/resist[m]; 
65 
 
 
 //Serial.print( media_celula, 3); 
 //Serial.print("\t"); 
 Serial.print(resist[m] ); 
 Serial.print("\t"); 
 Serial.print(corrente,6); 
 Serial.print("\t"); 
 Serial.print(media_potenciomentro, 3); 
 Serial.print("\n"); 
 } 
 else 
 { 
 digitalWrite(8, LOW); 
 digitalWrite(9, LOW); 
 digitalWrite(10, LOW); 
 digitalWrite(11, LOW); 
 // desliga as portas que alimentam o motor de passo 
 Serial.print(soma); 
 Serial.print("\n"); 
 } 
 } 
 } while (m<=45); // vai para o Loop quando o fim de curso for acionado 
 } 
} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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