Energia solar

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 Introdução aos Sistemas Fotovoltaicos 
 
 
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 Introdução aos Sistemas Fotovoltaicos 
SUMÁRIO 
1. DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO ............................................................................. 8 
1.1 O que são sistemas fotovoltaicos? .............................................................. 8 
1.2 Classificação dos sistemas fotovoltaicos ...................................................... 9 
1.2.1 Sistemas fotovoltaicos Isolados .................................................................. 9 
1.2.2 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede................................................ 13 
1.3 Referências ............................................................................................... 16 
2. O SOL COMO FONTE DE ENERGIA ..................................................................... 17 
2.1 Radiação eletromagnética ......................................................................... 18 
2.1.1 Luz Visível .................................................................................................. 18 
2.1.2 Aproveitamento da radiação .................................................................... 19 
2.1.3 Irradiância x Radiação .............................................................................. 19 
2.1.4 Radiação Solar .......................................................................................... 20 
2.1.5 Inclinação ideal ......................................................................................... 21 
2.2 Movimento de translação terrestre ........................................................... 22 
2.2.1 Solstício ..................................................................................................... 23 
2.2.2 Equinócio .................................................................................................. 23 
2.2.3 Orientação ideal ....................................................................................... 24 
2.3 Horas de sol-pico ...................................................................................... 24 
2.4 Referências ............................................................................................... 26 
3. TECNOLOGIAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS .................................................... 28 
3.1 Célula fotovoltaica de Silício cristalizado ................................................... 28 
3.1.1 Silício Monocristalino (m-Si) ..................................................................... 28 
3.1.2 Silício Policristalino (p-Si) .......................................................................... 30 
3.2 Célula fotovoltaica PERC ........................................................................... 31 
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3.3 Célula fotovoltaica de Silício amorfo ......................................................... 32 
3.4 Célula fotovoltaica orgânica ...................................................................... 33 
3.5 Referências ............................................................................................... 34 
4. MONTAGEM DOS MÓDULOS ........................................................................... 35 
4.1 Soldagem das células ................................................................................ 35 
4.2 Vidro fotovoltaico ..................................................................................... 36 
4.3 Filme encapsulante ................................................................................... 37 
4.4 Backsheet ................................................................................................. 38 
4.5 Caixa de junção ......................................................................................... 39 
4.6 Molduras .................................................................................................. 40 
4.7 Características mecânicas ......................................................................... 40 
4.7.1 Módulos fotovoltaicos standard ............................................................... 40 
4.7.2 Módulos fotovoltaicos double-glass ......................................................... 40 
4.7.3 Módulos fotovoltaicos bifaciais ................................................................ 41 
4.7.4 Módulos fotovoltaicos Half-cell ................................................................ 41 
4.7.5 Robustez mecânica ................................................................................... 42 
4.8 Características elétricas ............................................................................ 44 
4.8.1 Curva de tensão e corrente ....................................................................... 46 
4.8.2 Condições padrão de testes (STC) ............................................................. 47 
4.8.3 Condições NOCT/NMOT ............................................................................ 49 
4.8.4 Coeficientes de temperatura .................................................................... 49 
4.8.5 Grandezas elétricas padrão ...................................................................... 50 
4.8.6 Rendimento energético de módulos fotovoltaicos ................................... 51 
4.9 Estimativa de produção de energia ........................................................... 55 
4.10 Referências ............................................................................................... 57 
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5. UTILIZAÇÃO EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS .................................................... 58 
5.1 Baterias .................................................................................................... 58 
5.1.1 Funções básicas ........................................................................................ 58 
5.1.2 Características construtivas ...................................................................... 58 
5.1.3 Autonomia ................................................................................................ 59 
5.1.4 Vida-útil .................................................................................................... 59 
5.2 Controlador de carga ................................................................................ 60 
5.2.1 Princípio de funcionamento ...................................................................... 60 
5.2.2 Tipos de controladores de carga .............................................................. 62 
5.3 Inversor autônomo ................................................................................... 64 
5.3.1 Características construtivas ......................................................................64 
5.3.2 Carcaça ..................................................................................................... 64 
5.3.3 Tipos de inversores ................................................................................... 65 
5.4 Inversor interativo .................................................................................... 67 
5.4.1 Características construtivas ...................................................................... 67 
5.4.2 Carcaça ..................................................................................................... 68 
5.4.3 Tipos de inversores ................................................................................... 69 
5.4.4 MPPT ......................................................................................................... 70 
5.4.5 Monitoramento online .............................................................................. 70 
5.5 Referências ............................................................................................... 71 
6. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 01 .............................................................. 72 
6.1 Potência total da carga ......................................Erro! Indicador não definido. 
6.2 Energia total consumida pela carga ....................Erro! Indicador não definido. 
6.3 Esquema típico de sistema fotovoltaico .............Erro! Indicador não definido. 
6.4 Definição do inversor fotovoltaico .....................Erro! Indicador não definido. 
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6.5 Controlador de carga .........................................Erro! Indicador não definido. 
6.6 Bateria ...............................................................Erro! Indicador não definido. 
6.7 Arranjo fotovoltaico ...........................................Erro! Indicador não definido. 
6.7.1 Inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos ..... Erro! Indicador não definido. 
6.7.2 Fator K para correção do HSP ........................ Erro! Indicador não definido. 
6.7.3 Correção da potência nominal ...................... Erro! Indicador não definido. 
6.7.4 Cálculo dos módulos em série........................ Erro! Indicador não definido. 
6.7.5 Cálculo dos módulos em paralelo .................. Erro! Indicador não definido. 
7. Resultado .................................................................Erro! Indicador não definido. 
8. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO 02 .......................Erro! Indicador não definido. 
8.1 Potência total da carga ......................................Erro! Indicador não definido. 
8.1.1 Calculando consumo de motores elétricos .... Erro! Indicador não definido. 
8.2 Energia total consumida pela carga ....................Erro! Indicador não definido. 
8.3 Esquema típico de sistema fotovoltaico .............Erro! Indicador não definido. 
8.4 Definição do inversor fotovoltaico .....................Erro! Indicador não definido. 
8.5 Controlador de carga .........................................Erro! Indicador não definido. 
8.6 Bateria ...............................................................Erro! Indicador não definido. 
8.7 Arranjo fotovoltaico ...........................................Erro! Indicador não definido. 
8.7.1 Inclinação ideal dos painéis fotovoltaicos ..... Erro! Indicador não definido. 
8.7.2 Fator K para correção do HSP ........................ Erro! Indicador não definido. 
8.7.3 Correção da potência nominal ...................... Erro! Indicador não definido. 
8.7.4 Cálculo dos módulos em série........................ Erro! Indicador não definido. 
8.7.5 Cálculo dos módulos em paralelo .................. Erro! Indicador não definido. 
9. Resultado .................................................................Erro! Indicador não definido. 
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1. DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO 
1.1 O QUE SÃO SISTEMAS FOTOVOLTAICOS? 
O termo "fotovoltaico" tem origem etimológica nas palavras phos, que significa "luz" em 
grego e voltaico, em referência ao físico italiano Alessandro Volta, grande estudioso da 
eletricidade e inventor da pilha voltaica. Sendo assim, a energia solar fotovoltaica é 
aquela obtida através da conversão direta da luz em eletricidade por meio do efeito 
fotovoltaico. 
Dessa maneira, o sistema fotovoltaico é um conjunto de equipamentos que juntos 
formam um gerador de energia por onde se torna possível transformar a energia solar 
fotovoltaica em energia elétrica na forma que conhecemos. A célula fotovoltaica, um 
dispositivo fabricado com material semicondutor, é a principal unidade desse processo 
de conversão. 
Diferentemente do que acontece com outros tipos de geradores elétricos que realizam 
trabalho através da queima de material orgânico, combustíveis fósseis e carvão, e que 
geram subprodutos como resíduos, calor, ruído e fumaça, por exemplo, os geradores de 
energia solar fotovoltaica trabalham de maneira limpa, sem ruídos e não geram 
qualquer tipo de descarte. A única perda existente no processo de transformação da luz 
solar em energia elétrica é o calor oriundo das células fotovoltaicas que acaba sendo 
expelido pela superfície do módulo fotovoltaico. Por esses motivos é que o uso dessa 
tecnologia vem aumentando dia a dia, pois os sistemas fotovoltaicos podem ser 
aplicados nos mais variados tipos de ambientes, dos litorâneos aos montanhosos, dos 
residenciais aos industriais, desde que recebam incidência de radiação solar. 
Podendo ser formado pela combinação de módulo fotovoltaico, controlador de carga, 
bateria e inversor, um sistema fotovoltaico típico é classificado como isolado ou 
conectado à rede, dependendo apenas de características construtivas e aplicabilidade. 
 
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Figura 1 - Aplicação da energia solar fotovoltaica. Fonte: https://blog.bluesol.com.br/energia-solar-para-empresas/ 
1.2 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
Por serem geradores de energia elétrica, os sistemas fotovoltaicos são classificados de 
acordo com sua topologia perante o meio mais comum de fornecimento de eletricidade, 
a rede de distribuição pública de energia elétrica. Dessa forma, os sistemas fotovoltaicos 
isolados são aqueles que não possuem qualquer tipo de interligação com a rede de 
distribuição de energia. Já, por outro lado, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede 
são aqueles que dependem da interconexão com a rede para realizar a transformação 
da radiação solar em energia elétrica. 
1.2.1 Sistemas fotovoltaicos Isolados 
1.2.1.1 Autônomos sem armazenamento 
Os sistemas fotovoltaicos isolados são formados pelo conjunto de módulos 
fotovoltaicos, controlador de carga e inversor. 
 
Figura 2 - Sistema fotovoltaico autônomo sem armazenamento. Fonte: autor. 
 
Módulo 
fotovoltaico
Controlador 
de carga
Inversor
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Compostos pela união das células fotovoltaicas, os módulos fotovoltaicos são os 
responsáveis por captar a luz solar e convertê-la em eletricidade através do efeito 
fotovoltaico. O controlador de carga faz a interligação entre os módulos e o inversor. A 
principal função desse dispositivo é fornecer um controle ativo sobre a energia que está 
sendo gerada de maneira a entregá-la com qualidade ao inversor, uma vez que, na 
grande maioria, esses controladores promovem o melhor aproveitamento possível da 
energia através do máximo ponto de potência ou do termo em inglês , maximum power 
point tracking (MPPT). Por fim, o inversor fica responsável por fazer a conversão da 
eletricidade gerada para os padrões de consumo conhecidos, sejam eles em corrente 
contínua ou alternada. 
Por não possuírem o armazenamento de energia através de baterias, esse tipo de 
sistema fotovoltaico tem uma aplicação mais restrita aos locais onde a conversão deve 
ser utilizada instantaneamente pela carga durante o período de geração. Além disso, 
por ser totalmente dependente da disponibilidade momentânea de luz solar, o 
fornecimento de energia elétrica é instável, não garantindo alimentação constante à 
carga. 
Exemplo prático do uso de sistemas autônomos sem armazenamento são os 
bombeadores de água para açudes e poços artesianos, como ilustrado na Figura 3, a 
seguir. 
 
Figura 3 - Kit bombeamento solar Anauger. Fonte: 
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1.2.1.2 Autônomos com armazenamento 
O sistema fotovoltaico autônomo com armazenamento, assim como o anterior, segue a 
mesma topologia estudada, composta por módulo fotovoltaico, controlador de carga e 
inversor. No entanto, a novidade surge através da conexão de baterias para realizar o 
acúmulo de energia, como ilustrado pela Figura 4. 
 
Figura 4 - Sistema fotovoltaico autônomo com armazenamento. Fonte: autor. 
 
O ponto principal da discussão sobre as diferenças entre os modelos estudados é que os 
sistemas com armazenamento podem ser mais amplamente utilizados, pois possuem a 
capacidade de fornecer energia elétrica de forma constante e ininterrupta enquanto 
perdurar a capacidade energética das baterias. Essas, por estarem conectadas ao 
controlador de carga, fornecem energia para o inversor com melhor qualidade e com 
menos oscilações, já que períodos de baixa geração podem ser corrigidos pela energia 
armazenada. Além disso, o sistema passa a ter maior confiabilidade, pois conta com 
duas fontes de energia, ora oriunda do módulo fotovoltaico e ora da bateria. 
Os sistemas com armazenamento são largamente aplicados na indústria de 
telecomunicações e em regiões inóspitas de mais difícil acesso, onde não há 
fornecimento de energia elétrica através da rede de distribuição pública de energia. 
Bateria
Módulo 
fotovoltaico
Controlador 
de carga
Inversor
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Figura 5 - Uso de energia solar em comunidades ribeirinhas. Fonte: https://origoenergia.com.br/projetos-
especiais/porto-de-moz 
 
Outras aplicações dos sistemas fotovoltaicos autônomos com armazenamento podem 
ser vistos ao longo das rodovias para promover a iluminação pública das vias e fornecer 
postos de atendimento viajantes via telefone e internet. 
 
Figura 6 - Poste de iluminação pública com energia solar. Fonte: https://extra.globo.com/noticias/rio/arco-
metropolitano-tem-4-mil-postes-de-iluminacao-sem-necessidade-segundo-dnit-20529444.html. 
 
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1.2.2 Sistemas fotovoltaicos conectados à rede 
Como o nome já diz, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede são aqueles onde 
existe, obrigatoriamente, a conexão do sistema gerador com a rede de distribuição de 
energia elétrica. 
Para esse tipo de topologia, além dos módulos fotovoltaicos, mantêm-se também os 
papéis do controlador de carga e inversor. Porém, esses últimos passam a ser 
representados através de um único equipamento, o “inversor interativo”. Além de ser o 
responsável por amplificar o aproveitamento da energia oriunda dos módulos 
fotovoltaicos através do uso de MPPTs e convertê-la com maior rendimento pela maior 
quantidade de tecnologia embarcada, agora o inversor interativo também carrega as 
funções de vigilante dos parâmetros elétricos da rede de distribuição, para que a energia 
gerada e injetada tenha as mesmas características da fonte primária. 
Os geradores fotovoltaicos conectados à rede fazem parte de um complexo e interligado 
sistema de fornecimento de energia elétrica com inúmeros agentes, consumidores e 
outros vários geradores solares, eólicos, hidrelétricos, térmicos, entre outros. Por esse 
motivo, precisam respeitar inúmeras regras de conformidade técnica e de proteção, 
para que estejam aptos e autorizados a operarem em paralelismo com a rede de 
distribuição. Os parâmetros mais comuns a serem respeitados por esse tipo de sistema 
gerador são os valores de tensão ou popularmente conhecidos como “voltagem da 
rede” e frequência. Não é à toa que os inversores interativos são denominados os 
“cérebros” dos sistemas fotovoltaicos. 
1.2.2.1 Conectados sem armazenamento 
Os sistemas sem armazenamento são o tipo mais comum de geradores fotovoltaicos 
conectados à rede. 
Representados pela sigla SFCR (sistema fotovoltaico conectado à rede), têm sua 
aplicação garantida pela Resolução Normativa nº 687 de 24 de novembro de 2015 da 
ANEEL, onde são expressas as regras e termos que garantem o direito de qualquer 
consumidor, que seja abastecido pela rede de distribuição de energia, gerar a própria 
energia através de um sistema fotovoltaico. 
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Naturalmente, por esse tipo de gerador operar em paralelismo constante com a rede de 
distribuição e depender exclusivamente dela para obter os parâmetros técnicos de 
referência para a injeção de energia, o SFCR não tem a capacidade de permanecer em 
funcionamento na falta de energia elétrica oriunda da rede de distribuição pública, não 
servindo, portanto, como fonte primária ou emergencial de energia. 
Outro fato relevante é que o sistema conectado não pode fornecer energia para a rede 
elétrica em conjunto de um banco de baterias. Dessa forma, para estar conectado, o 
SFCR não pode conter um sistema de armazenamento de energia. 
A maneira mais fácil de se compreender a disposição comum de um gerador conectado 
à rede, é através da Figura 7, a seguir. 
 
Figura 7 - Sistema fotovoltaico (sem armazenamento) conectado à rede. Fonte: https://ribsol.com.br/sistemas-
fotovoltaicos/ 
1.2.2.2 Conectados com armazenamento 
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede com armazenamento são os mesmos 
geradores estudados anteriormente no item 1.2.2.1., mas agora com a presença de 
baterias junto ao circuito elétrico. 
Por terem a energia elétrica oriunda de duas fontes de abastecimento, módulos e 
baterias, esses sistemas são popularmente conhecidos como híbridos. 
Reunindo as melhores características dossistemas autônomos e conectados, os híbridos 
têm a capacidade de fornecer energia elétrica para as cargas em horários diferentes 
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daqueles de geração fotovoltaica ou em momentos onde a fonte solar não se faz 
presente. 
Nesse tipo de configuração, onde há a presença de baterias, têm-se novamente o uso 
dos controladores de carga como parte integrante do sistema, única e exclusivamente 
com a finalidade de controlar os momentos em que as baterias, ora estão fornecendo 
energia para as cargas e ora estão recebendo energia para se carregarem. Dessa forma, 
a topologia mais comum é ilustrada através da Figura 8. 
 
Figura 8 - Sistema fotovoltaico (com armazenamento) conectado à rede. Fonte: https://ribsol.com.br/sistemas-
fotovoltaicos/ 
 
Por fim, o último detalhe importante relativo aos sistemas híbridos é que até o presente 
momento (julho de 2020) eles não possuem regulamentação para operarem em 
paralelismo constante com a rede de distribuição elétrica. Por isso, nos instantes ou 
períodos em que as baterias estiverem alimentando as cargas conectadas a elas, o 
sistema fotovoltaico deverá permanecer, obrigatoriamente, desconectado da rede 
elétrica. 
 
 
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1.3 REFERÊNCIAS 
[1] ANEEL. Resolução Normativa nº 687 de 24 de novembro de 2015. Disponível em: 
<https://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2015687.pdf>. Acesso em: 30 de julho de 2020. 
[2] PINHO, João Tavares e Galdino, Marco Antonio. Manual de engenharia para 
sistemas fotovoltaicos. Rio de Janeiro: CEPEL - CRESESB. Março de 2014. Disponível 
em: 
<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_de_Engenharia_FV_20
14.pdf>. Acesso em: 29 de julho de 2020. 
[3] WIKIPEDIA. Energia Solar Fotovoltaica. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar_fotovoltaica>. Acesso em: 30 de julho de 
2020. 
 
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2. O SOL COMO FONTE DE ENERGIA 
 
Figura 9 - Sistema solar. Fonte: https://www.infoescola.com/astronomia/planetas-do-sistema-solar/ 
 
O Sol, principal astro sistema que leva o nome de “Sistema Solar”, está no centro do 
sistema, sendo responsável por fornecer energia a todos os outros corpos que compõem 
o sistema solar. O Sol, por ter o maior volume e massa, está no centro do sistema, 
exercendo a maior força gravitacional sobre todos os outros astros que, por essa razão, 
orbitam-no. 
Composto majoritariamente de Hidrogênio (74% de sua massa, ou 92% de seu volume) 
e Hélio (24% da massa solar, 7% do volume solar), o Sol ainda têm outros elementos, 
incluindo Ferro, Níquel, Oxigênio, Silício, Enxofre, Magnésio, Néon, Cálcio e Crômio. 
Dessa forma, a energia que o Sol irradia provém principalmente de seu núcleo, onde a 
temperatura é aproximadamente 14 milhões de Kelvin. Essa gigantesca quantidade de 
energia é liberada em decorrência de uma reação termonuclear onde quatro átomos de 
Hidrogênio (H2) se combinam para formar um átomo de Hélio (He). Nessa reação de 
fusão, uma pequena parte da massa do átomo é transformada em energia. Como essas 
reações acontecem incessantemente, a cada segundo, cerca de 4,7 bilhões de toneladas 
da massa do Sol se transformam em energia, propagadas na forma de ondas 
eletromagnéticas e calor, conhecida como radiação eletromagnética. 
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2.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 
A radiação solar é a junção de duas componentes de onda, elétrica e magnética. Como 
resultado, apresenta grande variação de comprimento e frequência, característica 
herdada da componente magnética. Além disso, através da vertente elétrica, fica 
responsável por transportar a “energia da luz” através do espaço, pelas partículas 
‘fótons’, muito conhecidas por nós pelos efeitos fotoelétrico, fotoquímico, fotovoltaico 
e de fotossíntese. 
Pode ser classificada de acordo com a frequência da onda, em ordem crescente, nas 
seguintes faixas: ondas baixas, rádio, micro-ondas, radiação terahertz, radiação 
infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios X e gama. 
 
Figura 10 - Espectro da radiação solar. Fonte: http://labcisco.blogspot.com/2013/03/o-espectro-eletromagnetico-
na-natureza.html 
2.1.1 Luz Visível 
Apenas uma pequena parcela da radiação solar com ondas de comprimento 
700 nm a 400 nm pode ser vista pelos olhos humanos. Essa luz visível é a responsável 
por permitir que seres humanos tenham horas de claridade durante um dia, vejam 
objetos e formas das mais variadas cores presentes no espectro luminoso. É também 
através dessas ondas que são transportadas grande parte da energia da radiação solar. 
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Das ondas não visíveis a olho nu, rádio, micro-ondas e infravermelho, por possuírem 
grande comprimento, têm baixa oscilação de movimento e como consequência, 
carregam pouca energia. 
Por outro lado, as também não visíveis, mas perigosas ondas ultravioleta, raios X e gama, 
possuem pequeno comprimento de onda, alta oscilação de movimento e carregam 
grandes quantidades de energia. 
2.1.2 Aproveitamento da radiação 
Como já é sabido, as células fotovoltaicas utilizam da energia da radiação solar presente 
nos fótons para energizar e excitar os elétrons presentes na camada “n” que livres, 
passam a compor um movimento ordenado na presença de carga elétrica, gerando 
assim a corrente elétrica. 
 
Figura 11 - Aproveitamento fotovoltaico do espectro luminoso. Fonte: http://www.cresesb.cepel.br/ 
 
Do total de ondas que chegam à célula, desde a rádio com menor energia solar à onda 
gama, mais energética, a célula fotovoltaica tem a capacidade de converter em energia 
elétrica apenas as ondas presentes na luz visível. As de grande comprimento de onda e 
baixa frequência pouco excitam os elétrons, não contribuindo para o movimento, mas 
gerando aquecimento. Já, as de alta frequência e muita energia, causam um excesso de 
agitação nos átomos de Silício, causando aquecimento excessivo na célula fotovoltaica, 
mas também não contribuindo para o movimento de elétrons. 
2.1.3 Irradiância x Radiação 
É comum se deparar com literaturas sobre o tema da luz solar ora expostos como 
irradiância, ora como radiação solar. Embora tenham grafia muito semelhante e sejam 
correlatas, os significados podem ser definidos individualmente. 
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A irradiância solar mensura a quantidade de potência luminosa que atinge uma unidade 
de área. Dessa forma, para a dimensãode potência, utiliza-se o Watt (W), já para a área, 
utiliza-se o metro-quadrado (m²), resultando, então, que a irradiância é medida 
em W/m². 
Em sequência, a radiação solar nada mais é que a quantidade de irradiância (potência) 
emitida pela fonte durante uma unidade de tempo. Usualmente, utiliza-se a escala de 
tempo em horas (h). Ainda, como o ciclo da radiação solar é diário, a resultante de 
medida é representada por Wh/m²/dia ou Wh/m²*dia-1. 
2.1.4 Radiação Solar 
 
Figura 12 - Componentes da radiação solar. Fonte: http://www.iep.org.br/semana_engenharia14/wp-
content/uploads/Energia-Solar.pdf 
2.1.4.1 Direta 
A radiação direta é parcela dos raios solares que atravessa a atmosfera e incide 
diretamente na superfície terrestre. É a componente mais abundante e que carrega 
grande parte dos fótons, sendo fortemente absorvida pelas células fotovoltaicas. 
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2.1.4.2 Difusa 
A radiação difusa, como o próprio nome já diz, é aquela parcela que sofre um processo 
de difusão ou espalhamento. Esse efeito é uma consequência do choque dos raios 
solares contra edifícios ou gotículas de água presentes na atmosfera, por exemplo. A 
radiação difusa é a segunda mais absorvida dos sistemas fotovoltaicos. 
2.1.4.3 Albedo 
Por fim, a radiação de albedo é a resultante das ondas diretas e difusas que ao se 
chocarem com a superfície terrestre são refletidas e voltam para a atmosfera. 
2.1.5 Inclinação ideal 
Agora que já são conhecidos os movimentos de espalhamento dos raios solares quando 
entram em choque contra obstáculos e a superfície terrestre, é possível determinar com 
mais facilidade de que maneira inclinar os módulos fotovoltaicos em relação ao plano 
horizontal a fim de se obter o melhor aproveitamento da radiação solar. 
Portanto, a inclinação ideal do módulo proporciona que o máximo de luz solar chegue 
à superfície da célula fotovoltaica e não sofrendo nenhum tipo de reflexão para a 
atmosfera. Esse resultado é obtido quando o raio solar atinge a célula 
perpendicularmente à superfície do módulo. 
 
Figura 13 - Inclinação ideal do módulo fotovoltaico. Fonte: autor. 
Raio de Sol 
Plano horizontal 
90º 
. 
Ângulo ideal 
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2.2 MOVIMENTO DE TRANSLAÇÃO TERRESTRE 
Parte fundamental do estudo sobre a geração fotovoltaica é conhecer as características 
do movimento de translação que a Terra faz em torno do Sol e que impacta diretamente 
na geração de energia elétrica através da fonte fotovoltaica. 
Esse movimento possui formato elíptico, como ilustrado na Figura 14, onde, em dois 
momentos da trajetória, a Terra está mais distante do Sol (pontos a e c) e em outros 
dois, está mais próxima (pontos b e d). 
 
Figura 14 - Movimento de translação da Terra. Fonte: http://astro.if.ufrgs.br/tempo/mas.htm 
 
Outro detalhe muito importante de se analisar é que a Terra está inclinada a 23,5º em 
relação ao seu próprio eixo vertical, significando que as quantidades de radiação solar 
que chegam aos polos Norte e Sul são distintas em grande parte do ano. 
Embora seja natural pensar que são os períodos de proximidade e distanciamento da 
Terra em relação ao Sol que causam as estações do ano (outono; inverno; primavera; 
verão), trata-se de um enorme engano, pois essas são causadas justamente pela 
inclinação da Terra perante seu próprio eixo vertical, como já mencionado 
anteriormente. 
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2.2.1 Solstício 
Os períodos de solstício acontecem duas vezes por ano, justamente nos momentos onde 
a Terra se encontra mais distante do Sol. Porém, como dito, não é a distância que 
impõem a condição climática ao planeta, mas sim a inclinação da Terra perante a 
radiação solar, como exposto na Figura 15. 
 
Figura 15 - Solstício terrestre. Adaptado de: http://astro.if.ufrgs.br/tempo/mas.htm 
Veja que, quando é verão no hemisfério Sul, a Terra está inclinada de tal maneira que a 
metade ao sul recebe mais radiação solar que a metade ao norte. O início desse período 
é marcado pelo dia 21 ou 22 de dezembro, solstício de verão no hemisfério Sul e solstício 
de inverno ao Norte. 
Quando a Terra está novamente no momento mais distante do Sol, mas agora na 
posição oposta, é a vez do hemisfério Norte ficar mais exposto a radiação solar, iniciando 
então o período de verão por lá. Dessa forma, no dia 21 ou 22 de junho tem-se o solstício 
de verão ao Norte e solstício de inverno ao Sul. 
2.2.2 Equinócio 
Se os solstícios são os períodos onde a radiação solar é mais percebida por um 
hemisfério que pelo outro, os equinócios são os momentos onde ambas as partes, Norte 
e Sul, recebem luz solar igualmente na mesma proporção e a Terra apresenta a menor 
distância em relação ao Sol. 
O equinócio de outono no hemisfério Sul e primavera ao Norte se dá no dia 21 ou 22 de 
março. Já, o contrário acontece entre os dias 22 ou 23 de setembro. 
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2.2.3 Orientação ideal 
Assim como se estudou a maneira ideal de se inclinar um módulo fotovoltaico a fim de 
obter o melhor rendimento da radiação solar incidente sobre a superfície da célula 
fotovoltaica, a orientação também deve seguir pressupostos ideais para que o 
aproveitamento seja o melhor possível. 
Para isso, sistemas fotovoltaicos instalados no hemisfério Norte, devem ser orientados 
para o Sul, uma vez que estão ‘acima’ da linha do Equador e percebem o movimento do 
Sol acontecendo de oeste para leste. Por outro lado, sistemas instalados no hemisfério 
Sul, estão posicionados ‘abaixo da linha do Equador e, por isso, devem ser orientados 
idealmente para o Norte. Dessa forma, aproveitarão o máximo do movimento solar. 
2.3 HORAS DE SOL-PICO 
Depois de conhecer todas as variações do movimento da Terra em relação ao Sol, 
chegou a hora de estudar a percepção de movimento que se tem do Sol em relação à 
Terra. 
Todos aqueles que estão localizados ao Sul da linha do Equador, têm a sensação de que 
o Sol realiza um movimento anti-horário. Por isso, nasce a Leste e se põem a Oeste. 
Por outro lado, quem está ao Norte do Equador, têm a visão do Sol realizando um 
movimento no sentido horário, nascente a Oeste e poente a Leste. 
Sendo assim, tomando como exemplo um sistema fotovoltaico instalado sobre o 
telhado de uma residência, no início do dia, logo ao ‘nascer do Sol’, a quantidade de 
radiação solar que chega até as superfícies dos módulos fotovoltaicos é bastante 
reduzida. Conforme o dia vai passando e se aproximando do meio dia, a radiação solar 
atinge o valor máximo esperado. Já, ao entardecer, a radiação solar incidente sobre os 
módulos fotovoltaicos vai se reduzindo juntamente com o pôr-do-sol. 
O aparente movimento do Sol durante um dia revela sua disponibilidade luminosa que 
pode ser ilustrada pelo gráfico da Figura 16, a seguir. Veja que a quantidade de radiação 
percebida na superfície terrestre é variável e depende diretamente das condições 
meteorológicas momentâneas do local onde se está medindo a quantidade de luz solar. 
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Portanto, um dia de céu limpo e claro transpassa ao solo muito mais radiação que um 
dia nublado ou chuvoso. 
Com o intuito de facilitar o entendimento sobre a quantidade de energia solar disponível 
durante um dia, determinou-se o HSP (horas de sol-pico) como sendo a unidade de 
medida padrão para mensurar a quantidade de potência que chega até uma 
determinada área durante um dia. 
Dessa forma, estabeleceu-se que a medida padrão do HSP é a quantidade de horas (em 
um dia) que a radiação solar atinge a quantia de 1.000 W/m². 
Assim, como exposto no exemplo da Figura 16, em um dia ensolarado onde ao longo de 
12 horas de Sol (das 6:00 às 18:00), a quantidade de radiação solar medida foi de 
6.000 Wh/m², o HSP pode ser convertido em 6 horas, pois como sabido, o HSP mede a 
quantidade de horas no dia em que a radiação solar foi de 1.000 Wh/m². Portanto, 
nesse exemplo, 12 horas de Sol = 6 HSP. 
 
Figura 16 - Disponibilidade de radiação solar. Fonte: https://docplayer.com.br/78337121-Hugo-guilherme-
maestri.html 
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2.4 REFERÊNCIAS 
BASU, S.; ANTIA, H.M. Helioseismology and Solar. Disponível em: 
<https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0370157307004565?via%3D
ihub>. Acesso em: 30 de julho de 2020. 
BRASIL. Energia heliotérmica – O Sol: fonte de energia. Disponível em: 
<http://energiaheliotermica.gov.br/pt-br/energia-heliotermica/o-sol-fonte-de-
energia>. Acesso em: 05 de agosto de 2020. 
FOGAÇA, Jennifer R. V. Luz solar e a radiação ultravioleta. Disponível em: 
<https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/luz-solar-radiacao-ultravioleta.htm>. 
Acesso em: 01 de agosto de 2020. 
PINHO, J. T. e GALINDO, M. A. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos. Rio 
de Janeiro: CEPEL - CRESESB. Março de 2014. Disponível em: 
<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_de_Engenharia_FV_20
14.pdf>. Acesso em: 29 de julho de 2020. 
RAMOS, Edson Osni. Sol: nossa fonte de energia. Disponível em: 
<http://www.pascal.com.br/sol-nossa-fonte-de-energia>. Acesso em: 01 de agosto de 
2020. 
STEFFEN, Carlos Alberto. Introdução ao Sensoriamento Remoto. Disponível em: 
<http://www3.inpe.br/unidades/cep/atividadescep/educasere/apostila.htm>. Acesso 
em: 30 de julho de 2020. 
SUPER INTERESSANTE. Qual é a fonte de energia Sol? Disponível em: 
<https://super.abril.com.br/mundo-estranho/qual-e-a-fonte-de-energia-do-sol/>. 
Acesso em: 04 de agosto de 2020. 
WIKIPEDIA. Energia Solar Fotovoltaica. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_solar_fotovoltaica>. Acesso em: 30 de julho de 
2020. 
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WIKIPEDIA. Radiação eletromagnética. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica>. 
Acesso em: 05 de agosto de 2020. 
WIKIPEDIA. Sol. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Sol#cite_ref-
Phillips1995-47_45-1>. Acesso em: 01 de agosto de 2020. 
 
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3. TECNOLOGIAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS 
3.1 CÉLULA FOTOVOLTAICA DE SILÍCIO CRISTALIZADO 
O Silício (Si), é o segundo componente químico mais abundante no mundo, ficando atrás 
apenas do Oxigênio (O2) e equivalente a 28% da massa da Terra. Por ser um material 
semicondutor e fotossensível quando combinado com Boro (B) e Fósforo (P), é um dos 
responsáveis pela existência do efeito fotovoltaico, como já estudado anteriormente. 
Por apresentar excelentes características para condução elétrica, o Silício é muito 
utilizado na indústria da eletrônica integrada e informática, sendo responsável por 
compor os circuitos eletrônicos. Para esse fim, a pureza do Silício deve ser de 
99,9999999%, sendo conhecido como “Silício grau-eletrônico” ou “9-Noves”. 
Na indústria fotovoltaica, onde o Silício é o principal composto da célula fotovoltaica, 
utilizá-lo no mesmo padrão de pureza da indústria eletrônica é inviável, por impactar 
diretamente no custo do módulo fotovoltaico. Por isso, visando a larga aplicação da 
tecnologia, desenvolveu-se o “Silício grau-solar” ou “6-Noves” com pureza de 99,9999%. 
Dos mais variados métodos de produção desse tipo de Silício, dois ficaram bastante 
conhecidos e são aplicados até hoje na produção da célula fotovoltaica de Silício 
Monocristalino (m-Si) e no desenvolvimento da célula de Silício Policristalino (p-Si). 
3.1.1 Silício Monocristalino (m-Si) 
As células fotovoltaicas de Silício Monocristalino são aquelas que apresentam o maior 
grau de eficiência energética e pureza do composto. Por esse motivo, também é o 
processo mais complexo e custoso para a obtenção das células. 
O Método Czochralski, um dos mais empregados e que leva o sobrenome do 
pesquisador que polonês inventor do processo de cristalização do Silício, é capaz 
produzir lingotes de material na forma de um único cristal. Por possuir tal forma, a célula 
fotovoltaica monocristalina (de um único cristal), possui maior eficiência energética e 
tem aspecto único em sua coloração. 
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Na Figura 17, a seguir, onde o método é exemplificado, é possível identificar que os 
cristais de Silício purificados são colocados no interior de um recipiente, passam por um 
processo de dopagem química em alta temperatura e alinhamento das moléculas de 
Silício para todas fiquem “na mesma direção”. Ao final, o monocristal é resfriado 
lentamente para formação do lingote e posteriormente fatiado nas células fotovoltaicas. 
 
Figura 17 - Método Czochralski. Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Czochralski_Process.svg 
 
Na Figura 18, está ilustrado um lingote de Silício Monocristalino (m-Si) resultante da 
produção pelo Método Czochralski. 
 
Figura 18 - Lingote de Silício monocristalino. Fonte: https://www.tf.uni-
kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_6/illustr/i6_1_2.html 
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:Czochralski_Process.svg
https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_6/illustr/i6_1_2.html
https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_6/illustr/i6_1_2.html
 
 
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O processo de produção de uma célula fotovoltaica de Silício Monocristalino deriva de 
um lingote cilíndrico. Por esse motivo, na etapa de corte das lâminas, há perdas em 
excesso de matéria-prima para que a célula tenha o formato quadrado, como 
exemplificado na Figura 19, a seguir. 
 
Figura 19 - Corte na célula de m-Si. Fonte: autor. 
 
Dessa forma, para que o refugo seja aproveitado, eles são novamente integrados ao 
processo de derretimento do Silício para a formaçãode novos lingotes. 
3.1.2 Silício Policristalino (p-Si) 
A produção das células fotovoltaicas de Silício Policristalino, como o nome já diz, tem 
em sua formação vários tipos de cristais de Silício. Esse processo, diferentemente do 
Czochralski, pode ser aplicado em mais larga escala e possui menor custo no processo 
fabril por ser menos complexo. Por esse motivo, são as células mais encontradas no 
mercado. 
O processo de fabricação do Silício Policristalino utiliza do derretimento de variados 
blocos de Silício purificado para a obtenção de um novo lingote, assim como acontece 
no processo do Monocristalino. Porém, as duas principais diferenças é que não se utiliza 
da dopagem química em alta temperatura e alinhamento das moléculas do Silício para 
a formação de um monocristal. O outro ponto é que o lingote não é resfriado através de 
um processo controlado de temperatura. 
CORTE 
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Por esse motivo, as células policristalinas possuem menor eficiência energética em 
decorrência das diferentes características construtivas dos blocos utilizados em sua 
formação. Uma das características visuais mais marcantes que diferem as células 
monocristalinas das policristalinas, é que a segunda tem uma coloração heterogênea, 
como ilustrado na Figura 20, a seguir. 
 
Figura 20 - Célula fotovoltaica de Silício Policristalino. Fonte: 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio_policristalino 
3.2 CÉLULA FOTOVOLTAICA PERC 
A palavra PERC é a sigla para Passivated Emitter Rear Cell. Em uma tradução livre, é 
aquela célula que possui contato traseiro com emissor passivo. Inventada há mais de 30 
anos pela Universidade de South Wales na Austrália, mas somente há 2 anos começou 
a ser empregada comercialmente. 
Esse processo permite produzir células fotovoltaicas com metade da espessura de uma 
célula monocristalina tradicional. O benefício direto desse método é a drástica redução 
de custos de fabricação do módulo fotovoltaico. Porém, por ser mais fina, naturalmente 
a célula tem menor capacidade de conversão direta da energia solar em eletricidade. 
Para acabar com o problema da eficiência energética da célula, a tecnologia PERC aplica 
uma camada de material dielétrico que aumenta o rendimento da célula, maximiza a 
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radiação absorvida pelo Silício por um processo de reflexão dos raios solares e tem 
menor perda de energia. 
Por esse motivo, a nova geração de células fotovoltaicas com Silício Monocristalino PERC 
vêm ganhando cada vez mais mercado mundo afora, levando para os consumidores, 
módulos fotovoltaicos com alto rendimento e baixo custo. 
3.3 CÉLULA FOTOVOLTAICA DE SILÍCIO AMORFO 
A palavra amorfo, no dicionário, tem o significado de aquilo que não possui forma 
definida. Dessa forma, o Silício Amorfo (a-Si) se diferencia dos demais por não possuir 
formato de cristal como os monos e policristalinos. Esse é o principal motivo que as 
tornam flexíves, podendo ser aplicadas nas mais variadas superfícies. 
Outro ponto relevante das células Amorfo é que esse material possui alto potencial 
ótico. Por isso, tem a capacidade de absorver grande quantidade de luz solar com fina 
espessura da célula. Essa característica permite que módulos fotovoltaicos de Silício 
Amorfo sejam menos espessos que os convencionais com Silício cristalizado. 
Consequentemente, no mercado são conhecidos como módulos de película fina. 
Por outro lado, por serem extremamente finas, uma das desvantagens das células 
fotovoltaicas produzidas com o Silício Amorfo é que possuem alta perda de eficiência ao 
longo de sua vida-útil. Esse desabono obriga os fabricantes a utilizarem duplas ou até 
triplas camadas de Silício Amorfo em uma única célula para que o rendimento possa se 
manter por um período maior, encarecendo o processo de fabricação. 
Para somar à essa conta, os módulos com Silício Amorfo são mais pesados, pela grande 
quantidade de vidro e as estruturas fotovoltaicas para esse fim também são especiais e, 
como resultado, mais caras. 
 
Figura 21 - Comparação entre células fotovoltaicas de Silício. Fonte: 
https://www.porquecomoydonde.net/2017/02/que-es-un-panel-solar.html 
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3.4 CÉLULA FOTOVOLTAICA ORGÂNICA 
As células fotovoltaicas orgânicas (OPV), assim como as de Silício Amorfo, possuem fina 
espessura e tamanha elasticidade que dão à célula a capacidade de se aderir a 
praticamente qualquer tipo de superfície. 
Diferentemente das células tradicionais que utilizam do Silício para a obtenção do 
material semicondutor de eletricidade, as células orgânicas utilizam de compostos 
derivados da indústria petroquímica impressos em camadas de vidro ou PET 
(Politereftalato de etileno). 
O processo de fabricação de uma célula OPV requer uso de menor quantidade de 
energia que a tecnologia tradicional. Por isso, o custo envolvido também é menor. 
Porém, a principal desvantagem dessa tecnologia é que ainda sofre forte redução do 
rendimento energético em presença constante da radiação solar pela degradação dos 
compostos polímeros e orgânicos. Por isso, ainda não fabricados em pequena escala. 
 
Figura 22 - Célula fotovoltaica orgânica. Fonte: https://itsolar.com.br/energia-solar/o-que-e-opv-paineis-solares-
fotovoltaicos-organicos/ 
 
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https://itsolar.com.br/energia-solar/o-que-e-opv-paineis-solares-fotovoltaicos-organicos/
https://itsolar.com.br/energia-solar/o-que-e-opv-paineis-solares-fotovoltaicos-organicos/
 
 
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3.5 REFERÊNCIAS 
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<http://www.articleworld.org/index.php/Czochralski_process>. Acesso em: 12 de 
agosto de 2020. 
BEZERRA, Marcelo Soares. Série Rochas e Minerais Industriais – O Potencial dos 
Agrominerais Alternativos na Região Nordeste do Brasil. Disponível em: 
<https://www.cetem.gov.br/series/serie-rochas-e-minerais-
industriais/item/download/1694_1d2db6e0900ffe23fb2ceedc14daf8ad>. Acesso em: 
10 de agosto de 2020. 
PINHO, João Tavares e Galdino, Marco Antonio. Manual de engenharia para sistemas 
fotovoltaicos. Rio de Janeiro: CEPEL - CRESESB. Março de 2014. Disponível em: 
VILLALVA, Marcelo Grandella. Tecnologia PERC - a nova geração de células 
fotovoltaicas. Disponível em: <https://canalsolar.com.br/artigos/artigos-
tecnicos/item/64-tecnologia-perc-a-nova-geracao-de-celulas-fotovoltaicas>. Acesso 
em: 14 de agosto de 2020. 
WIKIPEDIA. Célula solar polimérica. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_solar_polim%C3%A9rica>. Acesso em: 14 
de agosto de 2020. 
WIKIPEDIA. Método Czochralski. Disponível em: 
<https://en.wikipedia.org/wiki/Czochralski_method>. Acesso em: 12 de agosto de 
2020. 
WIKIPEDIA. Silício Policristalino. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio_policristalino>. Acesso em: 10 de agosto 
de 2020. 
 
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4. MONTAGEM DOS MÓDULOS 
Com exceção ao processo de fabricação das células fotovoltaicas, a montagem do 
módulo fotovoltaico é relativamente simples. Segue uma sequência de 10 a 15 passos 
em uma linha de produção que visa estruturá-lo de maneira rápida, mas seguindo 
rigorosas rotinas de testagem e verificação de conformidade às normas competentes. 
O produto acabado conta com um conjunto de moldura em alumínio, vidro temperado, 
películas EVA para proteção das células fotovoltaicas entrepostas, backsheet e caixa de 
junção, como ilustrado na figura a seguir. 
 
Figura 23 – Como é feito um painel fotovoltaico. Fonte: https://blog.bluesol.com.br/energia-solar-fotovoltaica-guia- 
supremo/ 
4.1 SOLDAGEM DAS CÉLULAS 
A célula fotovoltaica é a menor unidade geradora de um sistema solar. Como já 
estudado, um conjunto de células interligadas em série e paralelo são responsáveis por 
formar o painel fotovoltaico. 
Os filamentos em liga de alumínio e estanho que ficam na superfície superior da célula, 
conhecidos como “busbar”, fazem o transporte da energia elétrica das células 
fotovoltaicas para o circuito elétrico conectado ao conjunto. Para que esse movimento 
ocorra, os filamentos precisam ser ligados de maneira contínua, ou seja, o final de um 
se conecta ao início do outro. Em outras palavras, os terminais positivos de uma célula 
precisam ser ligados aos terminais negativos da outra célula. 
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Como já é sabido, a parte frontal da célula tem características positivas, por conta da 
dopagem com Boro, enquanto a parte posterior é negativa por conta do Fósforo. Dessa 
forma, eletricamente, o topo de uma célula se conecta à base da célula seguinte, até 
formar uma fileira completa de células de um módulo fotovoltaico. O conjunto de várias 
fileiras em paralelo formam o módulo fotovoltaico. 
 
Figura 24 – Soldagem das células fotovoltaicas. Fonte: https://sunergia.com.br/blog/novas-celulas-perc-para-
paineis-solares-de-alto-desempenho/ 
4.2 VIDRO FOTOVOLTAICO 
Engana-se quem pensa que o vidro utilizado na construção de um módulo fotovoltaico 
é semelhante ao utilizado em janelas. 
Segundo a Associação Brasileira de Distribuidores e Processadores de Vidros Planos 
(Abravidro), o vidro fotovoltaico é fabricado com baixo teor de Ferro, que proporciona 
máxima transparência ao material, possibilitando a maior passagem de luz possível pelo 
interior do corpo translúcido. É temperado, com espessura de 2 a 4 mm, para garantir a 
integridade do painel durante condições climáticas desfavoráveis, como chuvas de 
granizo ou até mesmo ao excessivo aquecimento por altas temperaturas. 
Além disso, possui características construtivas de tal modo que a superfície do vidro 
reduz a chance de reflexão do raio solar incidente e, adicionalmente, para aqueles que 
atravessam a superfície do material, permaneçam mais tempo em movimentos de 
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refração no interior do mesmo, permitindo maior absorção da energia pela célula 
fotovoltaica. 
 
Figura 25 – Superfície de proteção do módulo fotovoltaico. https://abravidro.org.br/punoticias/teste-como-deve-
ser-o-vidro-para-paineis-fotovoltaicos/ 
4.3 FILME ENCAPSULANTE 
O EVA (acetato-vinilo de etileno), é a película utilizada para proteger o conjunto de 
células fotovoltaicas da degradação precoce em decorrência da radiação solar, como o 
envelhecimento causado pelos raios UV, altas temperaturas e umidade. 
Por ser um material de cura rápida, é utilizado para encapsular as células fotovoltaica 
tanto na parte frontal, quanto na parte traseira, antes de receber a camada protetora 
do backsheet. 
 
Figura 26 – Filme encapsulante EVA. Fonte: https://www.saurenergy.com/solar-energy-news/polyamide-
backsheets-from-tomark-worthens-join-the-fray-for-backsheets-market 
 
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4.4 BACKSHEET 
A parte traseira do módulo fotovoltaico, também muito utilizada pela indústria 
aeronáutica, é composta por material polimérico flexível em formato de filme vinílico 
de alta resistência. Tem como principal função proteger a parte posterior das células 
fotovoltaicas contra radiação UV, intempéries, manchas, tem baixa permeabilidade a 
vapores, queima muito lentamente, tem excelente resistência à maioria dos produtos 
químicos e deve ser estável em uma faixa de temperatura entre -40 ° C e + 85 ° C. Nos 
módulos monofaciais, geralmente têm coloração branca. Já, nos bifaciais, onde a luz 
solar também deve ser absorvida pela parte traseira da célula, o vinil deve ser 
transparente. 
 
Figura 27 – Backsheet do módulo fotovoltaico. Fonte: https://www.pv-magazine.com/2020/05/25/new-solar-
module-backsheet-based-on-polyamide/ 
 
O backsheet é inserido ao final do processo de montagem do conjunto de células 
fotovoltaicas já interligadas eletricamente e posicionadas sobre o vidro de proteção. 
Dessa forma, a folha é colada de maneira uniforme sobre a superfície traseira do 
módulo, por meio de um processo cuidadoso sob temperatura controlada, onde se 
elimina a presença de bolhas de ar existentes entre as células e o vinil. 
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Para essa etapa, deve-se utilizar polímeros de boa qualidade, pois eles serão um dos 
principais responsáveis por se evitar a prematura degradação das células fotovoltaicas 
em decorrência da entrada de vapores, aquecimento excessivo e choques mecânicos. 
4.5 CAIXA DE JUNÇÃO 
A caixa de junção é a responsável por proporcionar o contato elétrico do interior do 
módulo fotovoltaico com as demais unidades pertencentes ao sistema fotovoltaico. 
Inserida sobre o backsheet através de um processo robotizado, a caixa de junção é 
colada por intermédio de uma pasta em silicone que dissipa calor e impermeabiliza o 
conjunto de conexão. 
É também no interior da caixa de junção que são instalados os diodos by-pass, 
responsáveis por promover um caminho alternativo à corrente elétrica das séries 
fotovoltaicas dos módulos, quando as células são obstruídas por sombreamento, 
sujeiras ou outros tipos de obstáculos. 
 
Figura 28 – Caixa de junção. Fonte: https://www.aregroupeg.net/junction-box 
DIODO BY-PASS 
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4.6 MOLDURAS 
O “frame” em alumínio anodizado cumpre a função dar resistência mecânica e robustez 
ao módulo fotovoltaico. Além disso, as molduras também servem para proteger as 
bordas do vidro temperado contra choques acidentais. 
 
Figura 29 – Molduras em alumínio. Fonte: https://www.hbfuller.com.br/-/media/images/markets-and-
applications/new-energy/frame-sealing/frame-sealing-for-solar-panels-767x595.jpg 
4.7 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS 
4.7.1 Módulos fotovoltaicos standard 
Os módulos standard ou convencionais, foram os primeiros e ainda são os mais 
fabricados até hoje no mercado solar. Configuradoscomo o exemplo teórico estudado 
no início da unidade, os convencionais são aqueles que possuem moldura em alumínio, 
vidro de proteção na face frontal do módulo e backsheet na parte posterior. Além disso, 
também possuem o menor custo de produção se comparado aos demais modelos. 
4.7.2 Módulos fotovoltaicos double-glass 
Os módulos “vidro-vidro”, como são conhecidos, possuem vantagem em relação aos 
convencionais no quesito durabilidade. A principal característica, é a presença da 
camada de vidro protetor no lugar do backsheet. Dessa forma, a parte posterior do 
módulo se torna mais resistente às intempéries e demais degradações que possam 
ocorrer em locais com condições ambientais severas. Detalhe importante é que, apesar 
dos módulos double-glass possuírem vidro na parte traseira, as células fotovoltaicas não 
têm capacidade de absorver a radiação solar por albedo na parte posterior, pois essas 
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superfícies estão recobertas por pasta metálica, não deixando a luz solar chegar ao 
Silício. 
4.7.3 Módulos fotovoltaicos bifaciais 
Alguns podem até pensar que módulos double-glass e bifaciais são a mesma coisa. 
Colocando um ao lado do outro a semelhança é enorme. Ambos possuem as superfícies 
frontais e posteriores feitas por vidro. Ambos podem ser encontrados com ou sem a 
moldura em alumínio. Porém, esses painéis têm uma diferença crucial em relação à 
geração de energia elétrica. O módulo double-glass, como estudado, não tem a 
capacidade de absorver luz solar na parte posterior da célula fotovoltaica. Já, o módulo 
bifacial, SIM! O Aproveitamento da radiação acontece em ambos os lados, pois a 
superfície em Silício está exposta, recebendo diretamente os raios solares de albedo. 
Nas grandes usinas fotovoltaicas, por exemplo, os módulos bifaciais são extremamente 
utilizados, para que o aproveitamento da energia solar seja a maior possível. Por outro 
lado, perdem mercado para os convencionais nas instalações em telhado, uma vez que, 
a parte posterior do módulo ficará próxima ao contato com as telhas, reduzindo a 
quantidade de radiação que incide na célula por essa face. 
4.7.4 Módulos fotovoltaicos Half-cell 
Por fim, outra tecnologia que vem sendo massivamente empregada na fabricação de 
módulos fotovoltaicos, é a célula half-cell ou “meia célula”, na tradução livre. 
O princípio de funcionamento desse método construtivo é transformar um módulo de 
72 células, por exemplo, em um de 144 células. Dessa forma, ao invés de se obter 5 
fileiras em paralelo de 12 células em série, tem-se 2 conjuntos de 5 fileiras em paralelo 
com 12 “meias-células” em série. Ao se obter maior quantidade de fileiras em paralelo, 
aumenta-se a quantidade de caminhos pelos quais a corrente elétrica pode fluir. O 
resultado direto desse processo é que os módulos se mostram mais eficientes e menos 
sensíveis às perdas por conta de sombreamentos e outro obstáculos, por exemplo. A 
Figura 30 ilustra a explicação do parágrafo estudado. 
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Figura 30 – Tipo de módulos fotovoltaicos. Adaptado de: https://eskutr.cz/fotovoltaicke-panely/1033-solarni-panel-
canadiansolar-poly-300wp-half-cut-.html 
4.7.5 Robustez mecânica 
Todos os módulos fotovoltaicos possuem, de maneira geral, elevada resistência contra 
torções e choques mecânico, por conta das superfícies em vidro temperado, filme 
encapsulante e moldura em alumínio. Como resultado, os painéis devem respeitar às 
mais exigentes normas internacionais de qualidade e conformidade. 
Uma das mais importantes do setor é a IEC 61215 que expõem os padrões para que 
módulos suportem às chuvas de granizo. Obrigatoriamente testados, esses painéis 
devem ser capazes de suportar o impacto de 11 esferas de gelo de 25 mm² com massa 
de 7,53 g, em velocidade de 23 m/s (equivalente a 82 km/h). 
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Figura 31 – Teste com cubos de gelo em módulos fotovoltaicos. Fonte: 
https://microgeracaofv.wordpress.com/2017/09/18/os-paineis-fotovoltaicos-podem-suportar-uma-chuva-de-
granizos/ 
 
Embora o parágrafo anterior tenha demonstrado a grande capacidade que os módulos 
fotovoltaicos têm de suportarem a impactos oriundos das chuvas granizo, engana-se 
quem pensa que caminhar sobre a superfície de vidro do painel é algo que possa ser 
feito sem nenhum dado ao gerador. 
Aparentemente, andar sobre os módulos não causa nenhum tipo de dano. Os vidros têm 
capacidade de suportar à massa de uma pessoa. Alguns testes mostram indivíduos 
pulando sobre a superfície e até mesmo veículos estacionados sobre os painéis. Até aí, 
tudo bem. O dano não é externo. O Conjunto estrutural é robusto e produzido para 
suportar às grandes cargas. 
Porém, a falta grave acontece sobre as células fotovoltaicas. Como já estudado, as 
espessuras não passam de 0,2 milímetros. Não é difícil de concluir que a excessiva força 
causada por corpos sobre as superfícies produz pequenas fraturas nessas células, como 
ilustrado na Figura 32, a seguir. Essas fissuras, como o passar dos anos provocarão 
pontos de aquecimento e perda de rendimento, reduzindo drasticamente a vida-útil do 
painel. 
Por isso, lembre-se: CAMINHAR SOBRE O MÓDULO FOTOVOLTAICO, JAMAIS! 
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Figura 32 - Caminhar sobre módulos fotovoltaicos. Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=-qdyxIybmoc 
4.8 CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS 
Para iniciar os estudos das características elétricas do módulo fotovoltaico, o primeiro 
entendimento deve ser feito sobre a menor unidade geradora, a célula fotovoltaica. 
De maneira geral, toda célula fotovoltaica, independentemente do tamanho, possui 
nível de tensão constante entre 0,5 V a 0,7 V, variando minimamente sob as condições 
de temperatura e climatológicas do ambiente. O gráfico padrão da tensão de uma string 
pode ser visto na figura, a seguir. 
 
Figura 33 - Curva de tensão na string fotovoltaica. Adaptado de: http://server.growatt.com/ 
 
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Eletricamente, quando se interliga um conjunto de células fotovoltaicas em série, tem-
se a soma desses potenciais ao final do circuito. Dessa forma, como ilustrado na Figura 
34 a seguir, em caráter de exemplo, 09 células conectadas em série, geram cerca de 5,4 
V nos extremos da fileira. Por outro lado, a associação em série das células não causa 
nenhum tipo de alteração no valor total da corrente elétrica. Como só existe apenas um 
único caminho para se percorrer, a corrente se mantém a mesma, não importando se a 
fileira é composta por 1, 2 3 ou 100 células em série. 
 
Figura 34 – Série fotovoltaica. Adaptado de: https://vocesolar.com.br/painel-solar-fotovoltaico/ 
 
Agora, quando se pensa na associação das células em paralelo, o cenário muda. O valor 
da tensão do conjunto se mantém inalterado, enquanto o valor da corrente é somado a 
cada trecho adicionado. Tomando-se como exemploa fileira de 09 células em série, com 
tensão de 5,4 V, ao se conectar em paralelo outra fileira com a mesma quantidade de 
células, o valor da tensão se mantém o mesmo. Porém, como agora se tem 2 fileiras em 
paralelo, o valor da corrente do conjunto é multiplicado por 2. 
 
Figura 35 – Associação paralelo de células em série. Adaptado de: https://vocesolar.com.br/painel-solar-
fotovoltaico/ 
 
Por fim, outro detalhe bastante importante é que a corrente elétrica é diretamente 
proporcional à quantidade de radiação solar que a célula recebe. Por isso, 
diferentemente do que acontece com o nível de tensão da célula que se mantém 
constante durante todo um dia de geração, valor de corrente é variável e apresenta um 
gráfico com curva característica exemplificada a seguir. 
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Figura 36 - Curva de corrente da string fotovoltaica. Adaptado de: http://server.growatt.com/ 
4.8.1 Curva de tensão e corrente 
Como já mencionado anteriormente, a tensão da célula fotovoltaica pouco se altera com 
a disponibilidade de radiação solar incidente, o que já não acontece com a corrente, que 
varia proporcionalmente em relação a quantidade de luz recebida. 
Através dessas características, torna-se possível traçar um gráfico de tensão versus 
corrente onde fica evidente o comportamento do módulo fotovoltaico em diferentes 
cenários de exposição ao Sol. 
Tamanha é a interferência da radiação sobre a corrente que o gráfico do HSP diário de 
um local onde tem instalado um sistema fotovoltaico é exatamente igual ao da corrente 
elétrica dos painéis. 
 
Figura 37 – Tensão x corrente sob a variação de radiação solar. Fonte: 
https://www.jasolar.com.cn/uploadfile/2020/0123/20200123123344322.pdf 
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4.8.1.1 Variação de tensão e corrente de acordo à irradiância 
Outro fator muito importante de se estudar é a influência que as células fotovoltaicas 
sofrem em relação à temperatura ambiente do local onde estão inseridas. 
Da mesma forma que a corrente depende da radiação solar, a tensão da célula sofre 
com a variação da temperatura. Esse fator é tão relevante que durante o processo de 
dimensionamento de um sistema fotovoltaico, calcula-se as tensões das strings nas 
entradas do inversor no início do dia para se obter o pior cenário, quando as 
temperaturas estão mais baixas e as tensões mais altas. 
O gráfico da Figura 38, ilustra a curva de tensão versus corrente sob a ótica da variação 
de temperatura de célula fotovoltaica. 
 
Figura 38 - Tensão x corrente sob a variação de temperatura. Fonte: 
https://www.jasolar.com.cn/uploadfile/2020/0123/20200123123344322.pdf 
 
Então, para resumir todo o entendimento sobre o assunto: 
Quadro 1 - Comparação tensão x corrente sob a variação de temperatura 
1.000 W/m² Tensão Corrente 
Quanto menor a temperatura Maior Menor 
Quanto maior a temperatura Menor Maior 
4.8.2 Condições padrão de testes (STC) 
A sigla STC (Standard Test Conditions), que significa condições padrão de teste, é aquele 
realizado nas células fotovoltaicas de um módulo sob condições ambientes e 
solarimétricas ideais. Esse tipo de teste é feito para que painéis de diferentes fabricantes 
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ao redor do mundo possam ser experimentados, comparados e classificados sob os 
mesmos parâmetros técnicos. Garantindo assim que diferentes módulos de 410 Wp, por 
exemplo, apresentam essa mesma quantidade real de potência nominal em qualquer 
lugar do mundo. 
Dessa forma, sob as condições STC, inicialmente, as células fotovoltaicas precisam estar 
a uma temperatura de 25ºC. Aqui, vale frisar que não é a temperatura ambiente que 
está a 25 graus, mas sim as células fotovoltaicas. A quantidade de radiação solar 
disponível deve ser de 1.000 W/m² distribuída homogeneamente por toda a área 
delimitada de teste. E, por fim, a quantidade de massa de ar que o raio solar deve 
atravessar é de um espectro de 1.5 AM (massas atmosféricas). Em outras palavras, 
significa dizer que o Sol está de tal forma que a radiação solar índice sobre a célula a um 
ângulo médio de 48,19º em relação ao plano horizontal. 
Como resultado desses testes, ao final do processo produtivo de um módulo 
fotovoltaico são obtidos os dados técnicos de operação do painel sob as condições STC, 
como potência máxima nominal, corrente de curto-circuito, tensão de circuito-aberto, 
entre outros, como ilustrado na, a seguir. 
 
Figura 39 - Condições STC do módulo fotovoltaico. Fonte: 
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4.8.3 Condições NOCT/NMOT 
A segunda maneira de se aferir as características técnicas de um módulo fotovoltaico é 
através dos parâmetros NMOT (Nominal Module Operating Temperature) ou NOCT 
(Nominal Operating Conditions Test). Diferentemente do que acontece nas condições 
ideais STC, onde dificilmente o módulo fotovoltaico será exposto ao cenário teórico, os 
testes realizados sob a ótica das condições normais de operação estabelecem 
características diferentes, como por exemplo, a radiação solar disponível em 800 W/m² 
ao invés de 1.000 W/m², valor mais próximo da realidade comum aos sistemas 
fotovoltaicos. Outra mudança acontece com a percepção de temperatura, pois agora se 
considera apenas que a temperatura ambiente deve estar em 20ºC (não mais a da célula 
fotovoltaica). E por fim, a inclinação do módulo deve ser de 45º e a velocidade do vento 
a 1 m/s. 
 
Figura 40 - Condições NOCT do módulo fotovoltaico. Fonte: 
https://www.jasolar.com.cn/uploadfile/2020/0123/20200123123344322.pdf 
 
Vale ressaltar que apesar das condições NOCT representarem resultados de parâmetros 
técnicos de cenários supostamente reais, a referência de dados STC é a mais utilizada e 
considerada por todos que trabalham com energia solar. 
4.8.4 Coeficientes de temperatura 
Na prática, para se utilizar dos dados em condições STC em cenários reais do dia-a-dia, 
os parâmetros técnicos são corrigidos por coeficientes que variam proporcionalmente à 
temperatura de trabalho da célula fotovoltaica. 
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Esse é o cenário mais comum de aplicação do gerador fotovoltaico. Por isso, para se 
obter dados fiéis dos parâmetros técnicos do painel quando estiver em uma condição 
genérica de uso, deve-se aplicar os coeficientes de temperatura para correção das 
informações STC mostradas no datasheet, como ilustrado a seguir. 
 
 
Figura 41 - Coeficientes de temperatura STC. Adaptado de: 
https://www.jasolar.com.cn/uploadfile/2020/0123/20200123123344322.pdf 
Os parâmetros de corrente e tensão, como já mencionados, são dependentes da 
temperatura a qual estão inseridos. Dessa forma, no exemplo da ilustração estudada, 
para cada 1ºC de aumento na temperatura da célula fotovoltaica, a corrente de curto-
circuto (Isc) se eleva em 0,058%