AULA 2 - FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

Prévia do material em texto

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA 
PAU DOS FERROS/RN 
2017 02/12/2017 1 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
CENTRO MULTIDISCIPLINAR PAU DOS FERROS 
DISCIPLINA: FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA 
DOCENTE: ENG. MESSIAS FERNANDES NETO 
 
1 ENERGIA SOLAR 
02/12/2017 2 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 3 
• Quase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, 
combustíveis fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas 
de energia solar. 
 
• Além disso, a radiação solar pode ser utilizada DIRETAMENTE COMO 
FONTE DE ENERGIA TÉRMICA, para aquecimento de 
fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. 
Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, 
por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se 
destacam o TERMOELÉTRICO e o FOTOVOLTAICO. 
 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 4 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 5 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 6 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 7 
• O APROVEITAMENTO da iluminação natural e do calor para 
aquecimento de ambientes, denominado AQUECIMENTO SOLAR 
PASSIVO, 
decorre da penetração ou absorção da radiação solar nas edificações, 
reduzindo-se, com isso, as necessidades de iluminação e 
aquecimento. 
 
• Assim, um melhor aproveitamento da radiação solar pode ser feito 
com o auxílio de TÉCNICAS MAIS SOFISTICADAS DE ARQUITETURA E 
CONSTRUÇÃO. 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 8 
• O APROVEITAMENTO TÉRMICO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS é feito com o 
uso de COLETORES ou concentradores solares. 
 
 
• Os coletores solares são mais usados em aplicações residenciais e comerciais 
(hotéis, restaurantes, clubes, hospitais etc.) para o aquecimento 
de água (higiene pessoal e lavagem de utensílios e ambientes). 
 
 
• OS CONCENTRADORES SOLARES destinam-se a aplicações que requerem 
temperaturas mais elevadas, como a SECAGEM DE GRÃOS E A PRODUÇÃO DE 
VAPOR. Neste último caso, pode-se gerar energia mecânica com o auxílio de uma 
turbina a vapor, e, posteriormente, eletricidade, por meio de um gerador. 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 9 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 10 
• A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelos 
efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, 
particularmente os SEMICONDUTORES. 
 
• Entre esses, destacam-se os EFEITOS TERMOELÉTRICO E 
FOTOVOLTAICO. O primeiro caracteriza-se pelo surgimento de uma 
diferença de potencial, provocada pela JUNÇÃO DE DOIS METAIS, em 
condições específicas. 
 
• No segundo, OS FÓTONS CONTIDOS NA LUZ SOLAR SÃO 
CONVERTIDOS EM ENERGIA ELÉTRICA, por meio do uso de células 
solares. 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 11 
 
 
• Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais 
usados atualmente são o AQUECIMENTO DE ÁGUA e a GERAÇÃO 
FOTOVOLTAICA DE ENERGIA ELÉTRICA. 
 
• No Brasil, o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste, 
devido a características climáticas, e o segundo, nas regiões Norte e 
Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia elétrica. 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 12 
1. INTRODUÇÃO 
02/12/2017 13 
2 RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 14 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 15 
• Além das CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS (nebulosidade, 
umidade relativa do ar etc.), a DISPONIBILIDADE DE 
RADIAÇÃO SOLAR, também denominada ENERGIA TOTAL 
INCIDENTE SOBRE A SUPERFÍCIE TERRESTRE, depende da 
latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do 
ano). 
 
• Isso se deve à INCLINAÇÃO DO EIXO IMAGINÁRIO EM 
TORNO DO QUAL A TERRA GIRA diariamente (movimento de 
rotação) e À TRAJETÓRIA ELÍPTICA QUE A TERRA DESCREVE 
ao redor do Sol (translação ou revolução). 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 16 
• Desse modo, A DURAÇÃO SOLAR DO DIA – período de 
visibilidade do Sol ou de claridade – VARIA, EM ALGUMAS 
REGIÕES E PERÍODOS DO ANO, de zero hora (Sol abaixo da 
linha do horizonte durante o dia todo) a 24 horas (Sol 
sempre acima da linha do horizonte). 
 
• As variações são mais intensas nas regiões polares e nos 
períodos de solstício. 
 
• O inverso ocorre próximo à linha do Equador e durante os 
equinócios. 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 17 
• A maior parte do território brasileiro está localizada 
relativamente PRÓXIMA DA LINHA DO EQUADOR, de forma 
que não se observam grandes variações na duração solar do 
dia. 
 
• Contudo, a maioria da população brasileira e das atividades 
socioeconômicas do País se concentra em regiões mais 
distantes do Equador. Em Porto Alegre, capital brasileira mais 
meridional (cerca de 30º S), A DURAÇÃO SOLAR DO DIA 
VARIA DE 10 HORAS E 13 MINUTOS A 13 HORAS E 47 
MINUTOS, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de 
dezembro, respectivamente. 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 18 
• Desse modo, para MAXIMIZAR O APROVEITAMENTO DA 
RADIAÇÃO SOLAR, pode-se AJUSTAR A POSIÇÃO DO 
COLETOR ou painel solar DE ACORDO COM A LATITUDE 
LOCAL e o PERÍODO DO ANO em que se requer mais 
energia. 
 
• No Hemisfério Sul, por exemplo, um sistema de captação 
solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de 
inclinação similar ao da latitude local. 
 
 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 19 
• Duração solar do dia 
• INSOLAÇÃO 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 20 
 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 21 
• Como indicado anteriormente, a radiação solar depende 
também das condições climáticas e atmosféricas. Somente 
parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à 
reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. 
 
• Mesmo assim, estima-se que a energia solar incidente sobre 
a superfície terrestre seja da ordem de 10 MIL VEZES O 
CONSUMO ENERGÉTICO MUNDIAL (CRESESB, 2000). 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 22 
• No Brasil, entre os esforços mais recentes e efetivos de 
avaliação da disponibilidade de radiação solar, destacam-se 
os seguintes: 
• a) ATLAS SOLARIMÉTRICO DO BRASIL, iniciativa da 
Universidade Federal de Pernambuco – UFPE e da 
Companhia Hidroelétrica do São Francisco – CHESF, em 
parceria com o Centro de Referência para Energia Solar e 
Eólica Sérgio de Salvo Brito – CRESESB; 
• b) ATLAS DE IRRADIAÇÃO SOLAR NO BRASIL, elaborado pelo 
Instituto Nacional de Meteorologia – INMET e pelo 
Laboratório de Energia Solar – LABSOLAR, da Universidade 
Federal de Santa Catarina – UFSC. 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 23 
 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 24 
 
2. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 25 
•OBS: 
 É importante ressaltar que mesmo as regiões com 
menores índices de radiação apresentam grande potencial de 
aproveitamento energético. 
 
3 TECNOLOGIAS DE 
APROVEITAMENTO 
02/12/2017 26 
3.1 COLETOR SOLAR 
02/12/2017 27 
• COLETOR SOLAR: A radiação solar pode ser absorvida por coletores 
solares, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas 
relativamente baixas (inferiores a 100ºC). 
 
• O uso dessa tecnologia ocorre predominantemente no SETOR 
RESIDENCIAL, mas há demanda significativa e aplicações em outros 
setores, como edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes, 
hotéis e similares. 
 
• Esse sistema de aproveitamento térmico da energia solar, também 
denominado AQUECIMENTO SOLAR ATIVO, envolve o uso de um 
coletor solar discreto. 
3.1 COLETOR SOLAR 
02/12/2017 28 
• O coletor é INSTALADO normalmente NO TETO das residências e 
edificações. 
 
• Devido à BAIXA DENSIDADE DA ENERGIA SOLAR que incide sobre a 
superfície terrestre, o atendimento de uma única residência pode 
REQUERER A INSTALAÇÃO DE VÁRIOS METROS QUADRADOS DE 
COLETORES. 
 
• Para o suprimento de água quente de uma residência típica (três ou 
quatro moradores), são necessários cerca de 4 m 2 de coletor. 
3.1 COLETOR SOLAR 
02/12/2017 29 
• CONCENTRADOR SOLAR: O aproveitamento da energia solar aplicado 
a sistemas que requerem temperaturas mais elevadas ocorre por 
meio de concentradores solares, cuja finalidade é captar a energia 
solar incidente numa área relativamente grande e concentrá-la numa 
área muito menor, de modo que a temperaturadesta última aumente 
substancialmente. 
 
• A superfície refletora (espelho) dos concentradores tem FORMA 
PARABÓLICA OU ESFÉRICA, de modo que os raios solares que nela 
incidem sejam refletidos para uma superfície bem menor, 
denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido. 
3.1 COLETOR SOLAR 
02/12/2017 30 
• Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas 
bastante elevadas E ÍNDICES DE EFICIÊNCIA QUE VARIAM DE 14% A 
22% DE APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR INCIDENTE, podendo 
ser utilizada para a geração de vapor e, consequentemente, de 
energia elétrica. 
 
• Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena 
área exige algum DISPOSITIVO DE ORIENTAÇÃO, acarretando CUSTOS 
adicionais ao sistema, os quais tendem a ser minimizados em 
sistemas de grande porte. 
3.2 CONVERSÃO DIRETA DA RADIAÇÃO SOLAR EM 
ELETRICIDADE 
02/12/2017 31 
• A radiação solar pode SER DIRETAMENTE CONVERTIDA EM ENERGIA 
ELÉTRICA, por meio de EFEITOS DA RADIAÇÃO (CALOR E LUZ) sobre 
determinados materiais, particularmente os SEMICONDUTORES. 
• Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O 
primeiro se caracteriza pelo surgimento de uma diferença de 
potencial, provocada pela junção de dois metais, quando tal junção 
está a uma temperatura mais elevada do que as outras extremidades 
dos fios. 
• Embora muito empregado na construção de medidores de 
temperatura, seu uso comercial para a geração de eletricidade tem 
sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos 
elevados dos materiais. 
3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE 
02/12/2017 32 
• O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns 
materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de 
energia). 
 
• Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar 
em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células 
solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício. 
 
• A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção 
da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é 
convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores células 
apresentam um índice de eficiência de 25% (GREEN et al., 2000). 
3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE 
02/12/2017 33 
• Para a geração de eletricidade em escala comercial, o principal 
OBSTÁCULO tem sido O CUSTO DAS CÉLULAS SOLARES. Os custos de 
capital variam entre 5 E 15 VEZES OS CUSTOS UNITÁRIOS DE UMA 
USINA A GÁS NATURAL que opera com ciclo combinado nos anos 
2000. Contudo, nos últimos anos tem-se observado redução nos 
custos de capital. 
 
 
3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE 
02/12/2017 34 
3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE 
02/12/2017 35 
• Existem muitos pequenos projetos nacionais de geração fotovoltaica 
de energia elétrica, principalmente para o suprimento de eletricidade 
em comunidades rurais e/ou isoladas do Norte e Nordeste do Brasil 
em virtude do PRODEEM. 
 
• Esses projetos atuam basicamente com quatro tipos de sistemas: 
• i) BOMBEAMENTO DE ÁGUA, para abastecimento doméstico, irrigação e 
piscicultura; 
• ii) ILUMINAÇÃO PÚBLICA; 
• iii) SISTEMAS DE USO COLETIVO, tais como eletrificação de escolas, postos de 
saú- de e centros comunitários; e 
• iv) ATENDIMENTO DOMICILIAR. Entre outros, estão as estações de telefonia e 
monitoramento remoto, a eletrificação de cercas, a produção de gelo e a 
dessalinização de água. 
4 IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS 
02/12/2017 36 
4. IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS 
02/12/2017 37 
• Uma das restrições técnicas à difusão de projetos de aproveitamento 
de energia solar é a BAIXA EFICIÊNCIA DOS SISTEMAS DE 
CONVERSÃO DE ENERGIA, o que torna necessário o uso de grandes 
áreas para a captação de energia em quantidade suficiente para que o 
empreendimento se torne economicamente viável. 
 
• Comparada, contudo, a outras fontes, como a energia hidráulica, por 
exemplo, que muitas vezes requer grandes áreas inundadas, observa-
se que A LIMITAÇÃO DE ESPAÇO NÃO É TÃO RESTRITIVA ao 
aproveitamento da energia solar. 
4. IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS 
02/12/2017 38 
• No caso da geração em escala comercial, algumas dificuldades podem 
ser elencadas: 
• GRANDES ÁREAS para a exposição solar; 
 
• Necessidade de EQUIPAMENTO DE ARMAZENAMENTO; 
 
• COMPETIÇÃO DE CUSTOS com as fontes convencionais; e 
 
• Tempo de implantação 
 
 
5 RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 39 
5. REVISÃO 
02/12/2017 40 
• O aproveitamento da ENERGIA GERADA PELO SOL, INESGOTÁVEL na 
escala terrestre de tempo, tanto como fonte de calor quanto de luz, é 
hoje, sem sombra de dúvidas, uma das alternativas energéticas mais 
promissoras para enfrentarmos os desafios do novo milênio. 
 
• E quando se fala em energia, deve-se lembrar que o SOL É 
RESPONSÁVEL PELA ORIGEM DE PRATICAMENTE TODAS AS OUTRAS 
FONTES DE ENERGIA. Em outras palavras, as fontes de energia são, 
em última instância, derivadas da energia do Sol. 
5. REVISÃO 
02/12/2017 41 
• É a partir da energia do Sol que se dá a EVAPORAÇÃO, origem do 
ciclo das águas, que possibilita o represamento e a conseqüente 
geração de eletricidade (hidroeletricidade). 
 
 
• A radiação solar também INDUZ A CIRCULAÇÃO ATMOSFÉRICA em 
larga escala, causando os VENTOS. Petróleo, carvão e gás natural 
foram gerados a partir de resíduos de plantas e animais que, 
originalmente, obtiveram a energia necessária ao seu 
desenvolvimento, da radiação solar. 
5. REVISÃO 
02/12/2017 42 
• FORMAS DE APROVEITAMENTO: 
• CONVERSÃO DIRETA PARA AQUECIMENTO; 
• Aquecimento de água 
• Aquecimento de ambientes 
• Secagem de materiais e alimentos 
• Cozinha 
• Aquecimento industrial incluindo vapor e fornos solares. 
• CONVERSÃO PARA CALOR COM ETAPA TERMODINÂMICA INTERMEDIÁRIA 
• Destilação de água 
• Refrigeração 
• Potência mecânica ou produção de eletricidade a partir de calor 
• CONVERSÃO DIRETA PARA ELETRICIDADE 
• Conversão fotovoltáica 
• Conversão termoelétrica 
5. REVISÃO 
02/12/2017 43 
• ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA 
• o estudo que visa HARMONIZAR AS CONSTRUÇÕES AO CLIMA e 
características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, 
e TIRANDO PARTIDO DA ENERGIA SOLAR, através de CORRENTES 
CONVECTIVAS NATURAIS e de MICROCLIMAS criados por vegetação 
apropriada. 
 
• É a ADOÇÃO DE SOLUÇÕES ARQUITETÔNICAS E URBANÍSTICAS 
adaptadas às condições específicas (clima e hábitos de consumo) de 
cada lugar, utilizando, para isso, a energia que pode ser diretamente 
obtida das condições locais. 
5. REVISÃO 
02/12/2017 44 
 
5. REVISÃO 
02/12/2017 45 
• A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão 
direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). 
 
• O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é o 
aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma 
estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. 
 
• A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de 
conversão. 
5. REVISÃO 
02/12/2017 46 
• Inicialmente o desenvolvimento da tecnologia apoiou-se na busca, 
por empresas do setor de telecomunicações, de fontes de energia 
para sistemas instalados em localidades remotas. 
 
• O segundo agente impulsionador foi a “corrida espacial”. A célula 
solar era, e continua sendo, o meio mais adequado (menor custo e 
peso) para fornecer a quantidade de energia necessária para longos 
períodos de permanência no espaço. 
 
• Outro uso espacial que impulsionou o desenvolvimento das células 
solares foi a necessidade de energia para satélites. 
5. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 47 
• A crise energética de 1973 renovou e ampliou o interesse em 
aplicações terrestres. Porém, para tornar economicamente viável essa 
forma de conversão de energia, seria necessário, naquele momento, 
reduzir em até 100 vezes o custo de produção das células solares em 
relação ao daquelas células usadas em explorações espaciais. 
 
 
5. RADIAÇÃO SOLAR02/12/2017 48 
• O Sol fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 1,5 X 1018 
KWH de energia . Trata-se de um valor considerável, correspondendo 
a 10000 VEZES o consumo mundial de energia neste período. 
 
• Este fato vem indicar que, além de ser responsável pela manutenção 
da vida na Terra, a radiação solar constitui-se NUMA INESGOTÁVEL 
FONTE ENERGÉTICA, havendo um enorme potencial de utilização por 
meio de sistemas de captação e conversão em outra forma de energia 
(térmica, elétrica, etc.). 
5. RADIAÇÃO SOLAR – CAPTAÇÃO E CONVERSÃO 
02/12/2017 49 
• O nosso planeta, em seu movimento anual em torno do Sol, descreve 
em TRAJETÓRIA ELÍPTICA um PLANO que é INCLINADO de 
aproximadamente 23,5° COM RELAÇÃO AO PLANO EQUATORIAL. 
 
• ESTA INCLINAÇÃO É RESPONSÁVEL PELA VARIAÇÃO DA ELEVAÇÃO 
DO SOL NO HORIZONTE em relação à mesma hora, ao longo dos dias, 
dando origem às estações do ano e dificultando os cálculos da 
posição do Sol para uma determinada data. 
5. RADIAÇÃO SOLAR – CAPTAÇÃO E CONVERSÃO 
02/12/2017 50 
• A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do 
Equador (Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (δ). 
 
• Este ângulo, de acordo com o dia do ano, dentro dos seguintes 
limites: 
-23,45° ≤ δ ≤ 23,45° 
 
• A SOMA DA DECLINAÇÃO COM A LATITUDE LOCAL determina a 
TRAJETÓRIA do movimento aparente do Sol para um determinado dia 
em uma dada localidade na Terra. 
5. RADIAÇÃO SOLAR – CAPTAÇÃO E CONVERSÃO 
02/12/2017 51 
 
5. RADIAÇÃO SOLAR – CAPTAÇÃO E CONVERSÃO 
02/12/2017 52 
• Antes de atingir o solo, as características da 
radiação solar (intensidade, distribuição 
espectral e angular) são afetadas por 
interações com a atmosfera devido aos efeitos 
de absorção e espalhamento. 
 
• Estas modificações são dependentes da 
espessura da camada atmosférica, também 
identificada por um coeficiente denominado 
"Massa de Ar" (AM), e, portanto, do ângulo 
Zenital do Sol, da distância Terra-Sol e das 
condições atmosféricas e meteorológicas. 
5. RADIAÇÃO SOLAR – NÍVEL DO SOLO 
02/12/2017 53 
• De toda a radiação solar que chega às camadas superiores da 
atmosfera, APENAS UMA FRAÇÃO ATINGE A SUPERFÍCIE TERRESTRE, 
devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. 
 
• Esta fração que atinge o solo é constituída por um componente 
DIRETA (ou de feixe) e por uma componente DIFUSA. 
5. RADIAÇÃO SOLAR – NÍVEL DO SOLO 
02/12/2017 54 
 
5. RADIAÇÃO SOLAR 
02/12/2017 55 
• Notadamente, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à 
horizontal, HAVERÁ UMA TERCEIRA COMPONENTE REFLETIDA PELO 
AMBIENTE DO ENTORNO (solo, vegetação, obstáculos, terrenos rochosos, 
etc.). 
 
• O COEFICIENTE DE REFLEXÃO destas superfícies é denominado de 
“ALBEDO”. 
 
• Devido à alternância de dias e noites, das estações do ano e períodos de 
passagem de nuvens e chuvosos, O RECURSO ENERGÉTICO SOLAR 
APRESENTA GRANDE VARIABILIDADE, induzindo, conforme o caso, à 
seleção de um sistema apropriado de estocagem para a energia resultante 
do processo de conversão. 
 
6 SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS 
DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 56 
6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 57 
• A medição da radiação solar, TANTO A COMPONENTE DIRETA COMO 
A COMPONENTE DIFUSA na superfície terrestre é de maior 
importância para o estudos das influências das condições climáticas e 
atmosféricas. 
 
• Com um HISTÓRICO dessas medidas, pode-se VIABILIZAR A 
INSTALAÇÕES de sistemas térmicos e fotovoltaicos em uma 
determinada região GARANTINDO O MÁXIMO APROVEITAMENTO 
AO LONGO DO ANO onde, as variações da intensidade da radiação 
solar sofrem significativas alterações. 
6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 58 
• PIRANÔMETROS 
• Os piranômetros medem a RADIAÇÃO 
GLOBAL. 
 
• Este instrumento caracteriza-se pelo USO DE 
UMA TERMOPILHA que mede a DIFERENÇA 
DE TEMPERATURA ENTRE DUAS 
SUPERFÍCIES, uma pintada de preto e outra 
pintada de branco igualmente iluminadas. 
 
• A EXPANSÃO sofrida pelas superfícies 
provoca um DIFERENCIAL DE POTENCIAL 
que, ao ser medida, mostra o valor 
instantâneo da energia solar. 
6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 59 
• PIRELIÔMETROS 
• Os pireliômetros são instrumentos que 
medem a RADIAÇÃO DIRETA. 
 
• Ele se caracteriza por apresentar uma 
PEQUENA ABERTURA DE FORMA A 
“VISUALIZAR” APENAS O DISCO SOLAR e a 
região vizinha denominada circunsolar. 
 
• O instrumento SEGUE O MOVIMENTO 
SOLAR onde é constantemente ajustado 
para focalizar melhor a região do sensor. 
6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 60 
• HELIÓGRAFO 
• Instrumento que registra a DURAÇÃO DO 
BRILHO SOLAR. 
 
• A radiação solar é focalizada por uma ESFERA 
DE CRISTAL de 10 cm de diâmetro sobre uma 
fita que, pela ação da radiação é energrecida. 
 
• O comprimento desta fita exposta a radiação 
solar mede o número de horas de insolação. 
6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO 
02/12/2017 61 
• ACTINÓGRAFO 
• Instrumento usado para medir a RADIAÇÃO 
GLOBAL. 
 
• Este instrumento é composto de sensores 
baseados na expansão DIFERENCIAL DE UM PAR 
BIMETÁLICO. 
 
• Os sensores são conectados a uma pena que, 
quando de suas expansão, registram o valor 
instantâneo da radiação solar. SUA PRECISÃO 
encontra-se NA FAIXA DE 15 A 20% e é 
considerado um instrumento de terceira classe. 
7 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
02/12/2017 62 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
02/12/2017 63 
• Um dos fatores que impossibilitava a utilização da energia solar 
fotovoltaica em larga escala era o alto custo das células fotovoltaicas. 
 
• As primeiras células foram produzidas com o custo de US$600/W 
para o programa espacial. 
 
• Com a ampliação dos mercados e várias empresas voltadas para a 
produção de células fotovoltaicas, o preço tem reduzido ao longo dos 
anos podendo ser encontrado hoje, para grandes escalas, o custo 
médio de US$ 8,00/W. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
02/12/2017 64 
• Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo utilizados em 
instalações remotas possibilitando vários projetos: 
• Sociais, 
• Agropastoris, 
• Irrigação e 
• Comunicações. 
 
• As facilidades de um sistemas fotovoltaico tais como: 
• modularidade, 
• baixos custos de manutenção e vida útil longa, fazem com que sejam de 
grande importância para instalações em lugares desprovidos da rede elétrica. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 65 
• O EFEITO FOTOVOLTAICO dá-se em materiais da natureza 
denominados SEMICONDUTORES que se caracterizam pela presença 
de bandas de energia onde é permitida a presença de elétrons (banda 
de valência) e de outra onde totalmente “vazia” (banda de condução). 
 
 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 66 
• O semicondutor MAIS USADO É O SILÍCIO. Seus átomos se caracterizam 
por possuirem QUATRO ELÉTRONS QUE SE LIGAM AOS VIZINHOS, 
FORMANDO UMA REDE CRISTALINA. 
 
• Ao ADICIONAREM-SE ÁTOMOS COM CINCO ELÉTRONS DE LIGAÇÃO, como 
o FÓSFORO, por exemplo, HAVERÁ UM ELÉTRON EM EXCESSO que não 
poderá ser emparelhado e que ficará "SOBRANDO", fracamente ligado a 
seu átomo de origem. Isto faz com que, COM POUCA ENERGIA TÉRMICA, 
este elétron se livre, indo para a banda de condução. 
 
• Diz-se assim, que O FÓSFORO É UM DOPANTE DOADOR DE ELÉTRONS e 
denomina-se DOPANTE N ou impureza n. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 67 
• Se, por outro lado, introduzem-se ÁTOMOS COM APENAS TRÊS 
ELÉTRONS DE LIGAÇÃO, como é o caso do BORO, haverá uma falta de 
um elétron para satisfazer as ligações com os átomos de silício da 
rede. 
 
• ESTA FALTA DE ELÉTRON É DENOMINADA BURACO ou lacuna e 
ocorre que, COM POUCA ENERGIA TÉRMICA, UM ELÉTRON DE UM 
SÍTIO VIZINHO PODE PASSAR A ESTA POSIÇÃO, fazendo com que o 
buraco se DESLOQUE. 
 
• Diz-se portanto, que o boro é um ACEITADOR DE ELÉTRONS ou um 
Dopante p 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA– EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 68 
• Se, partindo de um silício puro, forem introduzidos átomos de boro 
em uma metade e de fósforo na outra, será formado o que se chama 
JUNÇÃO PN. 
 
• O que ocorre nesta junção é que elétrons livres do lado n passam ao 
lado p onde encontram os buracos que os capturam. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 69 
• Se uma junção pn for exposta a fótons com energia maior que o gap, 
ocorrerá a geração de pares elétron-lacuna. 
 
• Se isto acontecer na região onde o campo elétrico é diferente de zero, 
as cargas serão aceleradas, gerando assim, uma corrente através da 
junção; este deslocamento de cargas dá origem a uma diferença de 
potencial ao qual chamamos de Efeito Fotovoltaico. 
 
• Se as duas extremidades do "pedaço" de silício forem conectadas por 
um fio, haverá uma circulação de elétrons. Esta é a base do 
funcionamento das células fotovoltaicas. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 70 
 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 71 
 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO 
02/12/2017 72 
 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 73 
• SILÍCIO MONOCRISTALINO 
• A célula de silício monocristalino é 
historicamente as mais usadas e 
comercializada como conversor direto de 
energia solar em eletricidade e a tecnologia 
para sua fabricação é um processo básico 
muito bem constituído. 
• A fabricação da célula de silício começa com a 
extração do cristal de dióxido de silício. Este 
material é desoxidado em grandes fornos, 
purificado e solidificado. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 74 
• SILÍCIO MONOCRISTALINO 
 
• Dentre as células fotovoltaicas que utilizam o silício como material 
base, as monocristalinas são, em geral, as que apresentam as maiores 
eficiências. 
 
• As fotocélulas comerciais obtidas com o processo descrito atingem 
uma eficiência de até 15% podendo chegar em 18% em células feitas 
em laboratórios. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 75 
• SILÍCIO POLICRISTALINO 
• As células de silício policristalino são mais 
baratas que as de silício monocristalino por 
exigirem um processo de preparação das células 
menos rigoroso. 
• A eficiência, no entanto, cai um pouco em 
comparação as células de silício monocristalino. 
• O processo de pureza do silício utilizada na 
produção das células de silício policristalino é 
similar ao processo do Si monocristalino, o que 
permite obtenção de níveis de eficiência 
compatíveis. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 76 
• SILÍCIO POLICRISTALINO 
• Basicamente, as técnicas de fabricação de células policristalinas são 
as mesmas na fabricação das células monocristalinas, porém com 
menores rigores de controle. 
 
• Cada técnica produz cristais com características específicas, incluindo 
tamanho, morfologia e concentração de impurezas. Ao longo dos 
anos, o processo de fabricação tem alcançado eficiência máxima de 
12,5% em escalas industriais. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 77 
• SILÍCIO AMORFO 
• Uma célula de silício amorfo difere das demais 
estruturas cristalinas por apresentar alto grau de 
desordem na estrutura dos átomos. 
• A utilização de silício amorfo para uso em 
fotocélulas tem mostrado grandes vantagens 
tanto nas propriedades elétricas quanto no 
processo de fabricação. 
• Por apresentar uma absorção da radiação solar 
na faixa do visível e podendo ser fabricado 
mediante deposição de diversos tipos de 
substratos, o silício amorfo vem se mostrando 
uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos 
de baixo custo. 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 78 
• SILÍCIO AMORFO 
• Mesmo apresentando um custo reduzido na produção, o uso de 
silício amorfo apresenta duas desvantagens: 
 
• a primeira é a baixa eficiência de conversão comparada às células mono e 
policristalinas de silício; 
 
• em segundo, as células são afetadas por um processo de degradação logo 
nos primeiros meses de operação, reduzindo assim a eficiência ao longo da 
vida útil 
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS 
02/12/2017 79 
• SILÍCIO AMORFO 
• Por outro lado, o silício amorfo apresenta vantagens que 
compensam as deficiências acima citados, são elas: 
 
• processo de fabricação relativamente simples e barato; 
 
• possibilidade de fabricação de células com grandes áreas; 
 
• Baixo consumo de energia na produção. 
8 MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS 
02/12/2017 80 
8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS 
02/12/2017 81 
• Pela baixa tensão e corrente de saída em uma célula fotovoltaica, 
agrupam-se várias células formando um módulo. O arranjo das 
células nos módulos podem ser feito conectando-as em série ou em 
paralelo. 
• Ao conectar as células em paralelo, soma-se as correntes de cada 
módulo e a tensão do módulo é exatamente a tensão da célula. 
• A corrente produzida pelo efeito fotovoltaico é contínua. 
• Pelas características típicas das células (corrente máxima por volta de 
3A e tensão muito baixa, em torno de 0,7V) este arranjo não é 
utilizado salvo em condições muito especiais. 
 
8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS 
02/12/2017 82 
• CONEXÃO DE CÉLULAS EM PARALELO 
8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS 
02/12/2017 83 
• A conexão mais comum de células fotovoltaicas em módulos é o 
arranjo em série. 
 
• Este consiste em agrupar o maior número de células em série onde 
soma-se a tensão de cada célula chegando a um valor final de 12V o 
que possibilita a carga de acumuladores (baterias) que também 
funcionam na faixa dos 12V. 
8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS 
02/12/2017 84 
• CONEXÃO DE CÉLULAS FOTOVOLTÁICAS EM SÉRIE 
9 COMPONENTES DE UM SISTEMA 
FOTOVOLTAICO 
02/12/2017 85 
9. COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO 
02/12/2017 86 
 
OBRIGADO!!! 
02/12/2017 87 
REFERÊNCIAS 
• ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA 
• PALZ, Wolfgang. Energia Solar e Fontes Alternativas 
 
02/12/2017 88