Capítulo 4 A Energia Solar

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CURSO DE TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 1 
Prof. Avanir Lessa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 
 
 
 
 
 
 
 
PROFESSOR: AVANIR CARLOS LESSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tatuapé 
Victor Civita 
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Prof. Avanir Lessa 
Capítulo 4 A Energia Solar 
 
4.1 Introdução 
 
O Sol é a principal fonte de energia para a Terra, sendo as outras formas de energias conhecidas 
pelo homem derivadas da energia fornecida por ele. Ele é responsável pelos ciclos das águas que enchem 
os reservatórios, as variações de temperatura que geram diferenças de pressões atmosféricas e dão origem 
aos ventos, até as diferentes temperaturas dos oceanos que modificam as densidades das águas gerando as 
correntes marítimas. Mesmo o grande impulsionador da era industrial, o carvão, foi resultado de milhares 
de anos de decomposição de compostos orgânicos que só se formaram devido à energia provida pelo Sol, 
assim como os outros combustíveis fósseis, petróleo e gás natura. 
 
Edmond Becquerel em 1839 descobriu o efeito fotovoltaico, a capacidade que alguns cristais 
possuem para criar uma diferença de potencial elétrico entre os seus polos quando submetidos à luz. A 
partir desta descoberta, o homem obteve conhecimento necessário para aproveitar a luz do Sol de mais 
uma forma, convertendo-a diretamente em energia elétrica com as células solares. 
 
Durante a corrida espacial, esse efeito foi alvo de constantes investimentos pelas grandes 
potências mundiais, EUA capitalista e a URSS comunista competiram intensamente para manter seus 
satélites e estações espaciais funcionais, e a energia solar foi à alternativa de menor custo. Com a crise 
dos combustíveis fósseis em 1973, iniciou-se outra corrida, mas dessa vez na busca de fontes renováveis 
de energia. A redução dos recursos disponíveis mostrou que esse tipo de combustível não iria poder suprir 
as necessidades mundiais por muito tempo, assim, mais uma vez muitas expectativas foram depositadas 
sobre as fontes de energia alternativas, entre elas a energia solar. 
 
No entanto, a energia solar depende da incidência dos raios solares sobre o planeta que varia com 
a localização latitudinal, sendo mais intensa no equador e mais fraca nos polos. Grande parte dessa 
energia é refletida ou absorvida pela atmosfera e nuvens, apenas uma pequena parcela chega até a 
superfície, que mesmo assim é cerca de 10 mil vezes maior que o consumo de energia elétrica mundial. 
 
Além disso, esta fonte de energia é suscetível às modificações do período de insolação, tempo 
em que o arco solar permanecem visível, chuvas e os períodos das estações do ano, portanto sua 
implantação deve levar em considerações várias outros aspectos para se tornar viável economicamente. 
Por esta razão, apesar das grandes expectativas sobre a energia solar, ela não é capaz de suprir todas as 
necessidades mundiais, mas serve como um complemento para as existentes. 
 
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica, grande parte do território do Brasil fica em 
regiões próximas ao equador, porém as maiorias dos centros consumidores ficam em regiões distantes 
dele, no sul e sudeste do país, onde mesmo com esta distância, possuem uma média anual de 7 horas 
diárias de insolação. 
 
Assim, tem-se no Brasil muitas áreas com grande capacidade de produção de energia solar, com 
destaque para o vale do São Francisco no nordeste, mas apesar disso a grande maioria das instalações de 
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energia solar é particular ou em comunidades isoladas, utilizadas para bombeamento de água para 
irrigação, e sistemas de comunicação. 
 
A principal matriz de energia elétrica no Brasil é hidráulica, com complementação de 
termoelétricas. Atualmente enfrenta-se uma crise energética devido ao baixo nível dos reservatórios, 
portanto, termoelétricas estão operando com a máxima capacidade para suprir as necessidades energéticas 
do país, isto ocasiona aumentos graduais no preço da taxa de energia elétrica. 
 
Segundo o Instituto de Energia e Ambiente (IEE), devido a essa tendência de aumentos nas 
tarifas de energia elétrica, as mini e micro geradoras de energia elétrica solar tem se mostrado os 
melhores investimentos. Elas são compactas o suficiente para serem instaladas nos centros consumidores, 
servindo como complemento, pois reduzem perdas de energia pelo transporte na rede, além de não serem 
poluentes. 
 
4.2 Geração de Energia Solar no Tempo e nos Dias Atuais 
 
Desde a antiguidade, o homem utiliza indiretamente a energia do Sol, desde a madeira para 
aquecimento a lenha e à tração animal utilizada no transporte e acionamento de pequenos engenhos, 
sendo estas duas formas de energia derivada exclusivamente da fotossíntese, até os ventos e as águas 
utilizadas para mover moinhos. 
 
Apesar dos combustíveis fósseis serem conhecidos desde a antiguidade, o petróleo usado como 
asfalto, o gás natural utilizado como iluminação e o carvão para a fundição de metais, seu uso industrial 
se deu apenas no século XVIII com a revolução do vapor e queima de combustíveis, seja em minas de 
carvão extensamente exploradas a partir de 1820 ou o petróleo explorado a partir de 1859. 
 
Com a crise do petróleo em 1973, o consumo de seus derivados caiu em todo o mundo, e houve a 
conscientização dos crescentes perigos da poluição do dióxido de carbono, gás carbônico expelido pelo 
processo de respiração dos seres vivos e queima de combustíveis fósseis ou de origem vegetal, que desde 
a primeira revolução industrial aumentou a níveis jamais vistos no planeta. 
 
Já em 1896, o cientista sueco Svante Arrhenius demonstrou as drásticas mudanças climáticas que 
o aumento do gás carbônico na atmosfera iria causar, fato comprovado futuramente por outros cientistas e 
levado a sério pelas indústrias a partir de 1980, quando era notado o já previsto derretimento das calotas 
polares. O petróleo e o carvão, impulsionadores da era industrial e moderna, deixam indícios de que não 
estarão disponíveis por muito tempo e se tornaram os grandes vilões do planeta, então se inicia uma 
corrida por fontes de energia renováveis e limpas. 
 
A solução para esses problemas é conhecida a muito mais tempo do que se imagina. Na feira de 
Paris em 1878, Augustin Mouchot apresentou o concentrador de energia solar para gerar vapor que 
movimenta uma máquina mecânica, mas meses após o preço do carvão cai para preços irrisórios e tal 
invenção foi esquecida. 
 
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Em 1913, Frank Shuman implanta no Egito um sistema que utiliza o concentrador de luz solar de 
Mouchot para acionar uma bomba utilizada para irrigação. O sistema é tido como revolucionário, uma 
forma prática de utilizar a energia solar de forma industrial que solucionou o problema da custosa 
chegada de carvão em locais isolados. Porém, uma crescente indústria de petróleo, combustível na época 
barato e de fácil extração, impediu maiores investimentos no sistema de Shuman, e a energia solar é 
novamente mandada para escanteio pelos combustíveis fósseis. 
 
A capacidade de se obter energia elétrica a partir da luz do Sol foi descoberta ao acaso, e por 
décadas permaneceu mais como uma curiosidade de laboratório sem muita utilização prática. Assim 
como a maioria das descobertas feitas naquela época, foram necessários muitos anos de estudo para 
compreender o que realmente ocorria nesse fenômeno, e para se desenvolver os primeiros produtos com 
utilidade comercial. 
 
A energia solar começou a ser utilizada pela NASA, embora não estivesse muito convencida das 
vantagens, mesmo assim dotouo satélite Vanguard I de um pequeno painel para alimentar um transmissor 
back-up, a situação mudou quando Joseph Lindmeyer inventou uma célula 50% mais eficiente, o sucesso 
desta célula foi o que o convenceu de que a energia solar estava pronta para o público geral. 
 
A partir de 1960 com os avanços da eletrônica de potência, que surgiu da necessidade de 
interruptores mais eficientes, compactos e rápidos, foi desenvolvido o tiristor, um componente que mudou 
a trajetória da engenharia e das atividades industriais. Hoje existe uma gama de equipamentos para 
geração de energia solar, com capacidades, tecnologia, eficiência e custos diferenciados, divididas em três 
gerações de placas solares e diferentes modelos de conversores para as mais diversas aplicações, vistos 
com detalhes neste capítulo. 
 
Visando ampliar os horizontes para utilização em massa da energia solar como opção energética, 
inúmeros programas mundiais foram lançados para a demonstração da viabilidade técnica-comercial da 
energia solar fotovoltaica em projetos de eletrificação rural nos países em desenvolvimento. 
 
Uma aplicação que surgiu nos anos 1990 foi à construção de sistemas fotovoltaicos integrados à 
arquitetura das construções (janelas, fachadas e telhados) em unidades comerciais e residenciais que 
podem estar conectadas ou não à rede elétrica, isso apresenta as vantagens de atender à exigência de área 
e de reduzir os custos, uma vez que diminuem os gastos com materiais que serviriam como base para os 
módulos fotovoltaicos. 
 
Vale ressaltar dois pontos importantes: primeiro, é mais eficiente integrar um sistema 
fotovoltaico às novas construções do que montá-lo depois do projeto executado, e segundo, os aspectos 
estéticos também devem ser levados em consideração. 
 
A nova transformação trazida pela resolução normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, abre o 
mercado para o consumidor-produtor, dono de uma microgeradora em sua unidade de consumo que além 
de utilizar energia fornecida pela distribuidora e sua própria eletricidade, ele poderá vender o excedente 
produzido para a concessionária de distribuição. 
 
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A preservação do meio ambiente é um fator muito importante e que muitas vezes é “ignorado” 
com a ampliação das linhas de transmissão e construções de usinas hidroelétricas, além da importante 
tarefa de conscientização sociocultural pelo uso de uma energia limpa, e a economia de energia elétrica 
convencional. 
 
Quando se evita o gasto de energia elétrica convencional, causada pela utilização da energia 
solar, há benefícios para a economia e se impedem perdas ambientais, já que estamos num momento em 
que os reservatórios estão muito abaixo de suas capacidades e alguns lugares estão à beira de um colapso 
pela falta de água. 
 
O Brasil é um país privilegiado em incidências de radiação solar, com uma radiação acima de 
2500 horas/ano, em um clima tropical com alta disponibilidade de energia solar. Hoje, um dos maiores 
desafios que o setor enfrenta é a redução de custos dos sistemas fotovoltaicos, com as novas tecnologias 
em desenvolvimento, é possível reduções significativas. 
 
O fato de ter que depender da importação de equipamentos mais sofisticados deixa o país 
limitado no avanço do uso desta tecnologia, o qual exigiria um maior investimento e treinamento para 
capacitar mão-de-obra qualificada para instalação e até mesmo manutenção do equipamento adquirido, já 
que os mesmos são certificados por normas internacionais e não são padronizados. 
 
4.3 Características da Geração Solar 
 
A conversão direta da energia solar em energia elétrica se dá por meio das células solares, por 
um processo conhecido como efeito fotovoltaico. Um efeito de conversão fotovoltaica pode ser obtido 
nos semicondutores, em que os semicondutores mais apropriados à conversão da luz solar são aqueles que 
dão o maior produto corrente-tensão para luz visível. 
 
Estes processos não dependem do calor, que por sinal diminui a eficiência da célula. Como 
exemplo, pode se citar a geração solar instalada no Polo Sul, com ótimo desempenho, apesar do clima, 
gerando uma potência acima do esperado. Isso acontece, porque o fóton da luz solar transfere energia 
diretamente aos elétrons, evitando geração desnecessária de calor. 
 
Com isso, conclui-se que a geração solar por células fotovoltaica pode ser aplicada 
independentemente de lugares ensolarados ou de baixa insolação, elas continuam a render mesmo sob 
nebulosidade, entretanto, o rendimento dos coletores de calor para aquecimento cai para valores 
ineficazes nesta mesma situação. 
 
A energia solar é caracterizada pela sua forma de ser produzida e em seus equipamentos 
necessários, já que se aproveita da luz proveniente do Sol sobre os painéis fotovoltaicos que captam esta 
energia luminosa, transformando-a em energia elétrica. Esta energia é produzida em corrente contínua 
(CC) e precisa ser transformada em corrente alternada (CA). Para isso é utilizado o inversor que também 
ajusta a tensão de acordo com a necessidade, e por último as baterias que são usadas em sistemas isolados 
para armazenar energia que são controladas pelos controladores de carga. 
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4.3.1 Equipamentos Auxiliares na Geração Solar 
 
Os painéis solares ganharam importância com a crise energética da década de 1970, e passaram a 
ser alvo de constantes pesquisas com o intuito de aumentar a eficiência e reduzir o tamanho, peso e custo 
das células. Auxiliada pelas mudanças industriais da década de 1980, quando a sociedade tomou 
consciência para os problemas ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis, a energia solar 
passou também a ser vista como uma fonte de energia limpa, onde não há emissão de poluentes. 
 
Com os avanços da eletrônica de potência foi possível converter a corrente contínua, produzida 
pelas células solares, na corrente alternada que hoje é utilizada em larga escala mundial devido às 
facilidades de transmissão. 
 
Hoje os principais modelos para a geração a partir da energia solar são baseados em dois 
sistemas: 
 
 O primeiro, o sistema off-grid, são os sistemas ilhados, em que o armazenamento de 
energia é feito principalmente em acumuladores para ser utilizada mesmo com a ausência 
da luz do Sol para a produção de eletricidade. 
 
 O segundo é o sistema grid-tie, um sistema ligado à rede de transmissão de energia 
elétrica para uso em outros locais. Nos sistemas off-grid, as baterias correspondem a 64% 
do orçamento, sendo mais caros do que os próprios painéis solares. 
 
4.3.2 Células Fotovoltaicas 
 
O primórdio das células solares ocorreu no século XIX, quando os cientistas experimentavam o 
curioso efeito que transformava luz em eletricidade. Nessa época foram desenvolvidos os primeiros 
equipamentos feitos a partir de materiais semicondutores amorfos, principalmente selênio e óxido de 
cobre, para produção de células. 
 
Essas primeiras células possuíam eficiência inferior a 1%, isso significa que de toda a energia 
luminosa que atingia a célula, menos de 1% era convertida em energia elétrica. Elas também possuam 
vários problemas técnicos e alto custo de produção, o que inviabilizava sua utilização comercial. 
 
Para os avanços dessa tecnologia foram necessários anos de pesquisas, e o nascimento de uma 
nova física. A física quântica proposta por Max Planck trouxe uma nova visão para os efeitos já 
conhecidos nos semicondutores, possibilitando a criação dos componentes que hoje movem e conectam o 
mundo. 
 
 
 
 
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Em 1905, Albert Einstein utiliza a teoria quântica de Planckpara explicar sobre o efeito 
fotoelétrico, com isso foi esclarecida a interação da luz com a matéria na produção de três efeitos: 
 
 O efeito fotovoltaico, aplicado na produção de células de conversão direta de luz em 
energia elétrica através das células fotovoltaicas. 
 
 O efeito fotocondutivo aplicado na produção de células cuja resistência elétrica varia 
conforme a intensidade da luz incidente, que é o princípio de funcionamento dos 
dispositivos LDR (Resistor Dependente de Luz). 
 
 O efeito fotoemissivo, um efeito fotoelétrico descoberto por Hertz em 1887. 
 
Células fotovoltaicas são essencialmente semicondutores, por isso pode ser dito que a grande 
revolução tecnológica ocorreu em 1945, quando o primeiro semicondutor comercialmente satisfatório foi 
criado nos laboratórios Bell Labs. 
 
Ele contou com germânio de alto grau de pureza, e a partir disso se tornaram necessários alguns 
termos que hoje são cruciais: 
 
 A necessidade de ultrapureza. 
 
 O uso de monocristais com alto grau de perfeição estrutural. 
 
 A dopagem controlada com elementos ativos selecionados. 
 
A primeira célula fotovoltaica com uso comercial foi produzida em 1954, nos mesmos 
laboratórios da Bell Labs, a primeira aplicação para este painel foi alimentar uma cabine telefônica no 
estado da Geórgia. 
 
As células solares são constituídas de semicondutores dopados com portadores, que quando 
dopados com elementos trivalentes, deixam lacunas no cristal semicondutor formando um substrato com 
buracos, conhecido com tipo “P”. 
 
Enquanto semicondutores dopados com elementos pentavalentes formam um substrato com 
elétrons livres conhecido como tipo “N”. Com a junção desses dois substratos se tem um efeito de 
combinação de elétrons livres com as lacunas, criando na junção uma região neutra isolante de corrente 
elétrica. Dessa forma, pode se definir uma célula solar como um diodo, a diferença começa quando a luz 
incide sobre essa junção do cristal dopado. 
 
Como mostrado na figura a seguir, a luz solar é capaz de remover elétrons recombinados na área 
da junção do substrato P, fazendo-os migrar novamente para o substrato N e deixando lacunas que 
poderão ser preenchidas por novos elétrons, dessa forma a luz provoca uma corrente elétrica com 
intensidade diretamente proporcional à intensidade luminosa que atinge a placa solar. Junto com isso se 
tem um acúmulo de cargas opostas nas extremidades da célula, uma diferença de potencial conhecida 
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tecnicamente como tensão elétrica, que fará com que os elétrons livres do substrato N procurem um 
caminho externo para se recombinarem com as lacunas do substrato P. 
 
 
 Princípio de funcionamento da célula solar. 
Fonte: DEMONTI (1998). 
 
Cada uma das células fotovoltaica de silício possui uma tensão de 0,5V entre os seus terminais e 
fornece uma corrente elétrica de até 8A, dependendo da área da célula. Para utilizações práticas, é 
necessário agrupá-las em série para se obter a tensão desejada, ou em paralelo para elevar a capacidade de 
fornecimento de corrente do sistema de placas solares, aumentando assim a potência do conjunto. 
 
Na equação a seguir é apresentada a relação entre tensão (𝑉), dada em Volt, e corrente (𝐼), dada 
em Ampere, que determina a potência (𝑃), dada em Watt, que uma célula pode fornecer. 
 
𝑃 = 𝑉 × 𝐼 
 
As placas solares são feitas principalmente de silício, em suas diversas formas, seja a ultrapura 
monocristalina, policristalina ou com as estruturas sem forma do silício amorfo. A principal diferença 
entre elas nota-se pela eficiência, durabilidade e custo. 
 
O silício é um dos elementos mais ambulantes na Terra, ele é encontrado na areia, em 
praticamente todas as rochas e derretido no magma do interior do planeta. O silício está geralmente 
associado ao oxigênio, formando óxido de silício, sendo o quartzo, com formula química SiO2 (dióxido 
de Silício), o mais interessante economicamente como matéria prima por sua pureza natural. 
 
Após o quartzo passar por um processo de purificação com a queima junto com carbono (carvão 
mineral), é obtido um silício com 98% de pureza, que ainda necessita ser mais purificada por um processo 
custoso, conhecido como Czochralski, onde o silício é crescido em um único cristal com um grau de 
pureza de 99,9999% para que possa atingir um grau de pureza solar. 
 
Na busca de placas mais eficientes, foram feitas placas com diferentes materiais, como as células 
de arseneto de gálio (AsGe), fabricadas de forma semelhante as de silício e com múltiplas camadas. 
Apesar de serem obtidas placas com eficiência superior a 20%, além da natureza tóxica do arsênico, o 
custo do processo de purificação desse elemento é mais alto do que do silício, o que aumenta 
drasticamente o preço dessas placas e as retira do mercado comum, deixando-as restrita a nichos 
específicos de aplicações. 
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Atualmente, são produzidas placas de arseneto de gálio com três junções, conhecidas como 
placas tandem (multicamadas), com eficiência de 29,5% para uso espacial. As pesquisas prosseguiram 
objetivando a obtenção de placas mais baratas, eficientes, duráveis e leves. 
 
Com o descobrimento de outros materiais para confecção de células, abriu-se um leque de 
possibilidades para produção de placas solares, livres do alto custo da purificação do silício, dentre os 
quais se destacam o telureto de cádmio com sulfeto de cádmio (CdTe/CdS), disseleneto de cobre e índio 
(CuInSe2 ou CIS), o dióxido de titânio (TiO2) com corante Dye e células orgânicas conhecidas como OPV 
do inglês Organic Photovoltaic Cells. 
 
Placas solares são divididas em três gerações, nomeadas como primeira, segunda e terceira 
geração. 
 
A primeira geração de placa é feita com células de silício cristalino, que envolvem alto grau de 
pureza, fazem parte dela as placas monocristalinas e policristalinas. Apesar do elevado custo de produção 
dessas placas, devido ao processo de purificação do silício, elas são as mais utilizadas, correspondendo a 
80% do mercado mundial. 
 
As placas de segunda geração foram concebidas para serem fabricadas com a técnica de filme 
fino, onde os elementos que compõem a placa são depositados em uma película plástica. Isso dá a essas 
placas as vantagens de terem um baixo custo de produção, serem mais flexíveis, inquebráveis, leves, 
semitransparentes e maleáveis, o que as tornam mais versáteis para diversas aplicações arquitetônicas, 
porém as eficiências dessas células são menores do que as células de silício cristalino de primeira 
geração. Fazem parte dessa geração as células de silício amorfo, telureto e sulfeto de cádmio (CdTe/CdS) 
e células do tipo disseleneto de cobre e índio (CIS). 
 
A terceira geração de placas tem o objetivo de aumentar a eficiência das células de segunda 
geração e manter o custo baixo, fazem parte dessa geração as células solares sensibilizadas por corante 
(Dye-sensitized Solar Cells) e as células orgânicas. As células solares orgânicas têm atraído inúmeros 
estudos em materiais promissores, apresentam baixo custo e facilidade de produção. 
 
Na figura a seguir é mostrada a diferente aparência dos tipos de placas: 
 
 A placa de silício policristalino (a) tem aparência de um cristal quebrado em vários 
pedaços. 
 
 Enquanto que o silício monocristalino (b) tem uma aparência homogênea de um único 
cristal, o silício amorfo(c) nem lembra a aparência de um cristal, placas do tipo filme 
finos(d) são altamente flexíveis. 
 
 As placas de disseleneto de cobre e índio (e). 
 
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 Células solaresde silício policristalino(a), silício monocristalino(b), silício amorfo(c), filme fino(d) e 
disseleneto de cobre e índio(e). 
Fonte: SUZUKI e REZENDE. 
 
A característica mais observada nas células solares é a sua eficiência (𝜂), que é o quanto de 
radiação solar, potência de entrada dado em kW/m² (𝑃 ), esta placa transforma em energia elétrica, 
potência de saída dada em Watt (𝑃 ), e a da área da célula (𝐴). 
 
𝜂 . 𝐴 = 
 
Conforme apresentado na figura a seguir, cada tecnologia tem uma eficiência diferente. Existe 
ainda, uma drástica mudança entre as eficiências obtidas em produção em massa, produzidas em fábricas 
e disponíveis no mercado, para as produzidas em laboratório. 
 
Fica evidente a superioridade das placas de silício monocristalino, seguida das placas de silício 
policristalino e logo após, placas de disseleneto de cobre e índio, e por último a de silício amorfo, com 
uma eficiência inferior a 10%. 
 
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Eficiência das Tecnologias de células Solares. 
Fonte: LÓPEZ e ANGARITA. 
 
Outro parâmetro importante é o fator ecológico. Para produzir uma placa, é gasta energia que 
geralmente vem de fontes tradicionais, portanto não faz sentido tratar como energia limpa uma fonte que 
produza menos energia do que o que a que foi gasta para a sua elaboração, chega a ser até 
economicamente inviável. 
 
A figura a seguir mostra a amortização ecológica da placa, o tempo que um determinado tipo de 
célula leva para gerar a energia gasta em sua fabricação. As placas com célula monocristalina demoram 
de quatro a seis anos para produzir a mesma quantidade de energia gasta em sua fabricação, do qual esse 
tempo varia conforme a quantidade de insolação diária no local onde a célula foi instalada. Instalações 
com silício policristalino levam de três a cinco anos para iniciarem a cumprir o seu papel ecológico, 
enquanto as células de filme fino, de silício amorfo ou células orgânicas, levam de dois a três anos. 
 
 
 Amortização das células solares. 
Fonte: LÓPEZ e ANGARITA. 
 
No mercado atual existem placas solares que fornecem tensões de 1,5V a até 150V, e potências 
que vão desde os 3W a até 250W. Essas placas são modulares e podem ser arranjadas em painéis com 
ligações em série ou paralelo para fornecer a tensão e corrente necessária para a aplicação requerida. 
 
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Nas equações é demonstrado o resultado das associações como o somatório das tensões (𝑉) nas 
ligações em série, e o somatório das correntes (𝐼) nas ligações em paralelo. 
 
∑ 𝑉 
 
∑ 𝐼 
 
 
 Montagem dos painéis solares. 
Fonte: SUSUK e REZENDE. 
 
4.3.3 Conversor Solar 
 
As placas solares em si já são produtos de uma grande tecnologia, porém por produzir uma 
corrente contínua de baixa tensão, muitas vezes de até 35V, elas não são capazes de fazer funcionar os 
equipamentos que normalmente temos em casa, muito menos mover as grandes indústrias. 
 
Mesmo que modifiquemos esses equipamentos para funcionarem diretamente com uma placa 
solar, e isto implicaria na troca de todos os eletros eletrônicos, ainda se tem o grande problema de como 
levar esta energia gerada para locais distante das geradoras. Os únicos dispositivos conhecidos capazes de 
transformar a relação entre tensão e corrente em um circuito elétrico com o mínimo de perda, são os 
transformadores, que são de fácil construção e por isso são os mais utilizados, e os dobradores de tensão, 
que apesar de serem compactos necessitam de componentes específicos e caros que suportem altas 
tensões e por isso não são usados. 
 
Esses dois dispositivos apenas funcionam com corrente alternada, e não fazem nenhuma 
transformação com a corrente contínua gerada pelas células solares. 
 
A eletrônica permitiu ao homem controlar a eletricidade através de chaves, por isso sempre 
houve a necessidade de se desenvolver chaves mais eficientes, rápidas e compactas. O transistor 
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desenvolvido na Bell Labs e os tiristores criados no laboratório da General Electric, foram sem dúvida 
alguma, a maior revolução feita nessas chaves. 
 
Dessas criações se derivaram os milhares de produtos, equipamentos, técnicas e processos que se 
utiliza nos dias atuais. Com esses avanços foi possível transformar a corrente contínua (CC) em corrente 
alternada (CA), assim como o contrário já era possível, e com o nascimento da eletrônica de potência, 
também foi possível transformar toda a indústria. 
 
Com as tecnologias que surgiram foi possível desenvolver os conversores, sistemas constituídos 
por elementos passivos (resistores, indutores e capacitores) e elementos ativos, que totalizam as chaves de 
controle de eletricidade criadas a partir dos diodos, transistores e tiristores. 
 
Dessa forma, pode se definir um conversor como um dispositivo que realiza o tratamento 
eletrônico da energia elétrica com o objetivo de se ter o controle do fluxo de energia entre dois ou mais 
sistemas. 
 
Eles são aplicados em fontes chaveadas, controle de motores de corrente contínua ou alternada, 
controle de fornos indutivos e resistivos, filtros ativos de potência, iluminação com lâmpadas 
fluorescentes e LED (Light Emitting Diode), equipamentos de soldagem, sistemas de nobreaks UPS 
(Uninterruptible Power Supplies), retificadores para eletroquímica, transmissão de corrente contínua e 
várias outras aplicações, tanto domésticas como industriais. 
 
Os conversores utilizados na geração de energia solar possuem a função regular a tensão 
fornecida pelas células solares, mantendo os níveis de tensão para a rede regular independentemente da 
variação da radiação solar durante o dia, isolar galvanicamente os estágios de diferentes tensões, 
permitindo o desligamento entre os estágios para manutenção, converter a corrente contínua em corrente 
alternada para serem utilizados pelos mais diversos equipamentos existentes, eliminar harmônicos 
gerados pelo chaveamento do equipamento, injetando no sistema CA uma corrente com baixa distorção 
harmônica. 
 
4.4 Sistema Off-Grid 
 
Os sistemas de geração solar são divididos em duas categorias, os sistemas conectados à rede e 
sistemas autônomos não conectados à rede, que por sua vez podem ainda ser divididos como isolados, 
quando são puramente fotovoltaicos, ou híbridos, quando além da geração fotovoltaica se utilizam de 
outros meios de geração, como eólica e/ou diesel. 
 
Os sistemas autônomos, também ditos como sistema off-grid (desligado da rede), são 
amplamente utilizados em locais isolados, regiões onde as redes elétricas ainda não alcançaram, ou em 
instalações simples para alguma aplicação que busque economia de eletricidade ou sirva como uma 
demonstração ecológica de geração de energia limpa. 
 
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Elas dependem geralmente, mas não unicamente, de alguma forma de armazenamento. Por 
exemplo, em sistemas de bombeamento onde a água é armazenada em tanques elevados, e a energia solar 
é transformada em energia potencial gravitacional, ou sistemas onde é preciso armazenar diretamente a 
energia elétrica, o que é feito exclusivamente com o uso de baterias. 
 
Nesses sistemas a energia é gerada por um conjunto fotovoltaico e pode ser utilizada diretamente 
como corrente contínua (CC) por alguns equipamentos ou convertida para corrente alternada. Em caso de 
sistemas que utilizam o armazenamento direto de energia elétrica, as baterias são utilizadas seguidas por 
um controlador de carga, estecontrolador deve controlar a carga e descarga das baterias para que não 
cause danos no conjunto de armazenamento, aumentando sua vida útil. 
 
A figura a seguir apresenta os tipos de instalações utilizadas em sistemas fotovoltaicos, onde em: 
 
a) Sistema com armazenamento de corrente contínua e carga operando em corrente alternada; 
b) Sistema sem armazenamento e carga operado com corrente alternada; 
c) Sistema com armazenamento e carga operando em corrente contínua; 
d) Sistema sem armazenamento e uso direto da corrente contínua pela carga; 
 
 
 Tipos de instalações em sistemas off-grid. 
Fonte: JUCÁ e CARVALHO. 
 
4.5 Baterias 
 
Em geral, sistemas off-grid acompanham a instalação de um banco de baterias, acumuladores 
secundários capazes de serem recarregados, para armazenagem da energia elétrica para uso quando as 
células solares não dispõem de luz solar para geração. As primeiras baterias amplamente difundidas no 
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mercado foram as de chumbo de ácido, com eletrodos de chumbo mergulhados em uma solução de 36% 
de ácido sulfúrico. 
 
Criadas inicialmente por Planté em 1859, e aprimorada em 1881 por Sellon, elas são ainda hoje 
as mais usadas, devido ao seu baixo custo. A partir disso as baterias sofreram evoluções, com o 
desenvolvimento de baterias de níquel e cadmio (NiCd), níquel e metal hidreto (Ni-MH), até se chegar na 
atual tecnologia de íons de lítio. 
 
Hoje pode-se encontrar no mercado diversos tipos de baterias, e com diversas capacidade de 
carga, porém por fatores técnicos e econômicos, em sistemas de geração fotovoltaica onde existe a 
necessidade de se guardar energia, quase que absolutamente são usadas baterias de chumbo/ácido. As 
baterias de íons de lítio, devido a seu alto custo de produção, ficam restritas a aplicações críticas. 
 
Segundo Jucá e Carvalho, baterias de chumbo/ácido possuem uma série de implicações: 
 
 Número restrito de ciclos de recargas. 
 
 Menor durabilidade em elevada temperatura. 
 
 Gaseificação causada pela deterioração do eletrólito de solução ácida. 
 
 Auto descarga da bateria que ocorre quando ela fica sem utilização por algum tempo, 
efeito que é acelerado em locais de temperatura elevada. 
 
 Efeito de sulfatação, onde ocorre o acumulo de sulfatos nos eletrodos, o que aumenta a 
resistência interna e reduz a capacidade de fornecimento de corrente da bateria, ocorre 
principalmente quando a bateria é descarregada inúmeras vezes abaixo do nível 
especificado e não totalmente recarregada, ou permanece descarregada por um longo 
tempo. 
 
As baterias de íons de lítio não possuem muitos dos problemas que ocorrem nas baterias de 
chumbo/ácido e possui um número maior de ciclos de recarga, o que aumenta a vida útil desse tipo de 
acumulador e reduz os custos de manutenção, porém seu alto preço desestimula o seu uso em sistemas 
que buscam baixo custo de implantação, deixando elas restrita a nichos específicos de aplicação. 
 
O uso de acumuladores, em geral, aumenta o custo do sistema de geração solar com 
características isoladas autônomas, tanto de implantação do sistema quanto no de manutenção e 
substituição de baterias defeituosas. 
 
No entanto o principal problema desse tipo de instalação é o fator ecológico, sobretudo com as 
baterias de chumbo/ácido. O chumbo é um metal pesado que facilmente se acumule no ambiente e causa 
problemas, tanto na flora e na fauna, quanto em seres humanos, chegando a ser um risco de saúde pública. 
 
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Não existem níveis seguros para essa toxina no organismo humano. O descarte incorreto deste 
tipo de material é de profunda preocupação para organizações governamentais e ambientais, que possuem 
o grande desafio de desenvolver políticas de descarte que atinjam todo o mercado consumidor de baterias, 
não só as de chumbo/ácido, mas também de vários outros tipos. 
 
4.6 Sistemas Grid-Tie 
 
A outra classificação de sistemas de geração de energia solar fotovoltaica são as conectadas à 
rede, chamados também de grid-tie. Os modelos apresentados por este sistema são semelhantes à de uma 
geradora convencional, onde se tem a redução de custo e um fator ecológico positivo, por não se fazer o 
uso de acumuladores secundários. 
 
As usinas que operam desta forma são ainda subclassificadas como de grande porte, grandes 
centrais fotovoltaicas que ocupam grandes áreas e estão instalada em locais afastados das cidades, e as de 
pequeno porte de geração distribuída, micro geradoras instaladas nas unidades consumidor. 
 
As microgeradoras instaladas nas unidades consumidoras são uma grande proposta para o 
mercado brasileiro, previstas por normativas da ANEEL, elas criam um novo mercado que beneficia tanto 
o investidor que se engaje nessa modalidade, quanto às concessionárias, que terão suas já saturadas redes 
de distribuição aliviadas. 
 
A geração local nos centros consumidores possui a grande vantagem de reduzir perdas com 
transmissões longínquas, diminuem a necessidade de investimentos nas linhas, e trazem uma melhoria na 
qualidade da energia distribuída, podendo atender unidades de consumo próximo à geradora quando há 
excedente de energia gerada. 
 
Além disso, enquanto que geradoras de grande porte precisam ocupar grandes áreas, as 
microgeradoras podem ocupar espaço já utilizados, sendo integrada às unidades de consumo, substituindo 
revestimentos e coberturas e, pelo fato das placas solares serem modulados, a instalação pode ser montada 
conforme as necessidades da unidade de consumo e permite ser ampliada futuramente. 
 
Os conversores utilizados em sistemas grid-tie são um pouco diferentes dos utilizados em 
sistemas isolados, além de realizar a conversão da corrente contínua em alternada, eles devem obedecer as 
exigências de segurança. 
 
Eles precisam contar com proteções contra sobretensão e sobrecorrentes, controle de harmônicas, 
onda senoidal pura e em fase com a da rede, e sistema anti-ilhamento (islanding), efeito que ocorre 
quando por algum motivo o fornecimento de energia é interrompido pela concessionária em alguma 
região, nesses casos o conversor deve interromper o fornecimento imediatamente para que seja realizada a 
manutenção na rede. 
 
 
 
 
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4.6 Eficiência da Geração Solar 
 
De toda a energia que o Sol envia para a Terra, sua totalidade não poderia ser utilizada para 
geração de eletricidade, pois obviamente, boa parte dela tem a função fundamental de manter o planeta 
aquecido juntamente com todos os sistemas que garantem a existência da biosfera como conhecemos. 
 
Vale ainda ressaltar que apenas uma parcela pequena do espectro solar atinge o solo, sendo ela 
composta em quase tua totalidade de radiação infravermelha, calor, restando uma parcela de luz visível 
além de uma mínima quantidade de radiação ultravioleta. 
 
A luz visível é o principal agente de geração nas células fotovoltaicas, sua radiação é energética 
o suficiente para deslocar os íons no semicondutor, e corresponde a apenas uma parte da energia que 
atinge o solo. Mesmo assim, se fossemos capazes de captar esta parte de energia por uma hora, em uma 
região do tamanho do deserto do Saara, região com maior capacidade de insolação do planeta Terra, isso 
seria o suficiente para suprir as necessidades energéticas mundiais por um ano. 
 
Mesmo diferenças latitudinais não tornam inviável a geração fotovoltaica, a exemplo disso, a 
Alemanha, onde se tem um nível de insolação 30% menor que o local de menor insolação no Brasil, é 
líder mundial nessa modalidade de produção de energia elétrica. 
 
O principallimitador em geração fotovoltaica não é, portanto, a energia que nos chega do Sol, 
latitudinal ou sazonal, mas sim puramente tecnológica. Por este motivo, busca-se cada vez mais o estudo 
de células fotovoltaicas mais eficientes e sistemas de acumuladores com maiores capacidades e menores 
perdas. 
As células solares, que no início tinham eficiência de menos de 1%, hoje atingem 20%, no 
entanto para serem economicamente viável, é requisitado um mínimo de 10%. Isso faz com que o foco no 
momento não seja em aumentar a eficiência das células, mas sim reduzir preços, para que se tenha um 
aumento do mercado. Pesquisas sempre são encaminhadas, seja para conseguir células mais eficiente para 
mercados específicos, ou seja para criar células adaptáveis aos mais diversos ambientes. 
 
No ponto de eficiência, as microgeradoras de energia solar possuem o atrativo extra na 
transmissão, local onde ocorre uma perda de 12,70% de energia antes que elas cheguem aos 
consumidores. Com a geração local, essa perda é evitada dando mais um incremento de eficiência para a 
geração de energia fotovoltaica. 
 
4.7 Vantagens e Desvantagens 
 
4.7.1 Vantagens 
 
A geração de energia solar possui várias vantagens, entre elas se destacam muitas de cunho 
técnico, além das com apelo ecológico. Durante a geração ela não emite CO2, gás causador do efeito 
estufa, para atmosfera, sendo considerada uma fonte não poluente. Apesar de gerar poluição durante a 
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fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares, ela é totalmente 
controlável e se paga com o seu longo período de uso. 
 
Os desenvolvimentos de painéis solares mais potentes e eficientes fazem com que os custos 
caiam exponencialmente, o que torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável 
e sua utilização cada vez mais difundida. 
 
A geração de energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, sua instalação em 
pequena escala elimina os enormes investimentos em linhas de transmissão, e a manutenção necessária 
nas unidades geradoras é mínima. 
 
Além de que, em países tropicais como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em 
praticamente todo o território, principalmente em locais longe dos centros de produção de energia 
elétrica. Sua utilização ajuda a diminuir a demanda de energia nestes locais, e consequentemente as 
perdas que ocorreria na transmissão. 
 
Outra vantagem da energia solar fotovoltaica é a sua densidade W/m2, ou seja, sua potência 
gerada por área ocupada é muito maior do que a de uma hidroelétrica, que alaga quilômetros do leito de 
um rio. 
 
Segundo Ruther, se a represa de Itaipu fosse coberta com células comerciais de filme finos, se 
geraria o dobro do que essa usina hidroelétrica gera atualmente, no entanto esta proposta não seria 
razoável, nem comercialmente e nem tecnicamente. 
 
A maior vantagem da geração fotovoltaica é poder ser distribuída, pois ao contrário das 
hidroelétricas e dos parques eólicos, as microgeradoras fotovoltaicas podem ser instaladas em locais onde 
serão consumidas. 
 
4.7.2 Desvantagens 
 
Apesar das vantagens, a geração de energia solar possui também desvantagens que devem ser 
analisadas antes de sua aplicação. Os painéis solares são artigos de alta tecnologia que poucos países 
dominam, a sua produção consome uma grande quantidade de energia, principalmente painéis de silício 
cristalino, a energia gasta na fabricação pode inclusive ser maior do que a energia gerada por ele, em 
função da perda do painel, por motivos ocasionais, em um período curto de uso. 
 
Por este motivo, os custos para instalação dos painéis solares são muito elevados em relação aos 
outros meios de energia, chegando a ser até seis vezes maiores do que uma hidroelétrica de mesma 
potência. 
 
Outro ponto negativo é a irregularidade na quantidade de energia produzida de acordo com a 
situação atmosférica (chuvas, neve), e variações sazonais das diferentes épocas do ano. Países em zonas 
temperadas e frias sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor 
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radiação solar, e locais com frequente cobertura de nuvens e neblina tendem a ter variações diárias de 
produção. Além de que durante a noite não existe produção, o que obriga que se exista algum meio de 
armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados 
à rede de transmissão de energia. 
 
As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas a outros 
meios de geração, por exemplo, os combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidrelétrica 
(represas) e a biomassa (bagaço da cana). Por isso necessita de um sistema de armazenamento eficiente e 
sistemas de segurança para se garantir disponibilidade, o que aumenta mais ainda os custos das 
instalações. 
 
 Após serem vistas as vantagens e desvantagens pode se analisar a compensação do custo 
benefício da energia solar. Tendo em vista a questão ambiental, pelo pouco impacto que energia solar 
causa na sua produção, a geração solar já é uma enorme vantagem, porém há a necessidade de analisar 
também valores econômicos para sua aplicação. 
 
Este fator de valor econômico terá variações dependendo do projeto que será aplicado a energia 
solar, o tamanho e a capacidade de geração. Em média consegue se ter o retorno em um período de seis a 
dez anos após o investimento, portanto a aplicação da energia solar é viável a longo prazo, e quando 
aliada às questões ambientais, torna-se ainda mais viável. 
 
 
4.8 Desafios e Perspectivas do Crescimento da Energia Solar no Brasil 
 
No Brasil, o mercado de energia solar vem tendo um grande crescimento nos últimos dez anos, 
mais especificamente no ano de 2014, período em que o país realizou a aprovação de 40 novas usinas 
solares capazes de gerar 1.096.523 kW. O país é privilegiado por sua localização para instalação de usinas 
solares, dentre as regiões geográficas com alto potencial de geração estão o nordeste, norte e centro-oeste, 
pois recebem sol durante boa parte do ano, não significando que o sul e o sudeste também não consigam 
ter capacidade de gerar. No gráfico apresentado na figura 2.6.1 se vê as áreas de maiores incidências solar 
no planeta terra. 
 
Figura 0.1 Atlas da incidência solar mundial (kWh/m²). 
Fonte: NASA Ilustrativa. 
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Ainda assim a utilização da energia solar no Brasil é muito baixa, se comparada à de outros 
países, como o Chipre onde 90% das casas dispõem de coletores solares. A seguir é demonstrado, no 
gráfico da figura 2.6.2, a evolução da geração da energia solar no mundo, onde se vê que entre os anos de 
2009 e 2010, houve um crescimento gigantesco no mundo na produção, principalmente na Europa. 
 
 
Figura 0.2 Gráfico da evolução da geração de energia solar no mundo entre 2000 e 2010. 
Fonte: EPIA - European Photovoltaic Industry Association (2013). 
 
No que se diz da energia solar para aquecimento, em vários países os coletores solares competem 
diretamente com sistemas convencionais de aquecimento (elétrico e gás natural), mas o mercado solar 
térmico só se tornou atraente impulsionado por programas de incentivo. Apesar da quase inexistência de 
incentivo para fomentar esse tipo de tecnologia no Brasil, de 2001 a 2008 o país teve uma taxa de 
crescimento na área instalada similar à da França. A principal razão para este fenômeno é a rápida 
amortização dos sistemas de aquecimento solar, que se pagam em meses, enquanto que instalações 
fotovoltaicas levam anos para se ter oretorno do investimento dispendido. 
 
A energia solar pode ser gerada domesticamente com inúmeras vantagens, mas há vários fatores 
que refreiam esta empreitada e o alto custo do investimento é o principal deles. Segundo afirmou Adriano 
Moehlecke, coordenador do Núcleo de Tecnologia em Energia Solar da PUC-RS, “O cidadão não pode 
tirar R$ 20 mil do orçamento e esperar 10 anos para recuperar o investimento só com redução da conta de 
luz”. No mínimo seria necessário colocar à disposição linhas de financiamento com juros reduzidos e 
prazos de carência prolongados para incentivar a população. 
 
Apesar do grande potencial ainda não explorado da energia solar no Brasil, o país já é o quarto 
maior mercado mundial de coletores solares, atrás de China, Alemanha e Turquia, e à frente da 
Índia. Para intensificar o uso de energia solar no país, é necessário a implementação de políticas públicas 
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consistentes e duradouras, através de programas nacionais de incentivo à produção e ao financiamento da 
comercialização. Iniciativas como a obrigatoriedade do aquecimento neste setor solar das habitações do 
programa governamental “Minha Casa, Minha Vida”, aliada à exigência de um selo de qualidade dos 
equipamentos, podem impulsionar o mercado e em médio prazo aumentar a participação da energia solar 
na matriz energética do país. 
 
Atualmente as placas vendidas no Brasil são certificadas pelo Inmetro, porém não há fabricantes 
nacionais, o que desestimula o consumo por falta de assistência técnica. Em compensação, o mercado de 
energia solar térmica para aquecer água para chuveiros, piscinas e processos industriais, apresenta um 
crescimento acelerado, devido aos custos serem significativamente menores em relação a energia 
fotovoltaica. Segundo a Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e 
Aquecimento (ABRAVA), associação representante do setor, um sistema de aquecimento solar para 
atender uma família de quatro pessoas custa cerca de R$ 1.700, a redução da conta de luz chega a 35% e 
proporciona retorno do investimento em menos de dois anos, além de ser uma energia que não paga 
impostos sobre o consumo, pois diferente da proposta de minigeração fotovoltaica distribuída, não existe 
a venda do excedente pois a água aquecida é armazenada para consumo da própria unidade. A ABRAVA 
aponta crescimento médio anual de 15% na área instalada de coletores de energia solar no Brasil, avanços 
esses que vem sendo impulsionado por incentivos como o adotado pelas prefeituras de Guarulhos (SP) e 
Capivari (SC), que concedem descontos no Imposto Predial e Territorial Urbano (IPTU) para imóveis 
dotados de aquecimento solar. 
 
4.9 Questões Legislativas na Geração de Energia Solar no Brasil 
 
A legislação básica do setor elétrico se origina de quase 70 anos de história, é a soma de artigos 
da constituição, leis complementares e ordinárias, decretos, portarias do Ministério de Minas e Energias 
(MME) e do extinto Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE), e resoluções da 
ANEEL, a Agência Nacional de Energia Elétrica, e do CONAMA, o Conselho Nacional do Meio 
Ambiente. 
 
Na figura a seguir é dada uma breve história do setor elétrico brasileiro, marcada pela criação de 
leis e órgãos para regulamentar a indústria elétrica no Brasil. 
 
Em 1903 é aprovado pelo Congresso Nacional o primeiro texto de lei regulamentando o uso de 
energia elétrica no país, o que pode ser chamada de “a primeira normativa”. 
 
Esta lei abre espaço para a criação da empresa canadense Rio de Janeiro Tramway, Light and 
Power Company (Light-Rio), para exploração de bacias hidrográficas no Brasil para suprimento do 
mercado. 
 
Em 1943 a criação da Comissão de Energia Elétrica do Estado, aponta o setor elétrico como o 
principal gargalo para o desenvolvimento do país. Na década de 60, ocorre a criação do Ministério de 
Minas e Energia (MME), e da Eletrobrás, cujo principais funções é regulamentar o setor elétrico. 
 
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Figura: Marcos importante no setor elétrico brasileiro. 
 
A partir dos anos 90 ocorreram drásticas mudanças no setor elétrico, a lei n° 8.031/1990 institui 
a criação do PND (Programa Nacional de Desestatização) e o Sintrel (Sistema Nacional de Transmissão 
de Energia Elétrica). Junto com a lei n° 8.987/1995, de Concessões de Serviços Públicos, em 1995 ocorre 
o leilão de privatização da Escelsa e Light-Rio e a criação da Abradee (Associação Brasileira de 
Distribuidores de Energia Elétrica), no ano seguinte a aprovação da lei n° 9.427/1996 institui a criação da 
ANEEL, Agencia Nacional de Energia Elétrica. 
 
Assim pode se dizer que essa época foi marcada pela descentralização e privatização das 
empresas de energia, e a abertura do mercado brasileiro de energia elétrica para um modelo atacadista 
para grandes consumidores (BARROS, 2014). Em 2000, é criado o Conselho Nacional de Política 
Energética (CNPE), com o papel de propor ao presidente da República diretrizes para a política 
energética nacional. Em 2004 é aprovada a lei n° 10.847/2004 e lei n° 10.848/2004, que definem regras 
para comercialização de energia elétrica regulamentada no decreto n° 5.163/2004, e cria se a Empresa de 
Pesquisa Energética (EPE), com a função de realizar o planejamento técnico, econômico e socioambiental 
dos empreendimentos de energia elétrica, petróleo e gás e de fontes de energia renováveis. 
 
A criação da lei n° 9.991/2000, ratificada pelo artigo 24 da lei n° 10.438/2002, artigo 12 da lei n° 
10.848/2004 e o artigo 1° da lei 11.465/2007, as empresas geradoras e distribuidoras de energia, estando 
isentas geradoras que geram energia exclusivamente a partir de instalações eólica, solar, biomassa, 
cogeração qualificada e pequenas centrais hidrelétricas, devem destinar um percentual mínimo de sua 
Receita Operacional Líquida (ROL) em programas de eficiência energética (PEE) e Pesquisa e 
Desenvolvimento tecnológico no setor de energia elétrica (P&D), ambas regulamentadas em manuais da 
ANEEL. 
 
A geração distribuída no Brasil se inicia com o decreto n° 2.003/1996, que regulamenta a 
produção de energia elétrica pelo Autoprodutor (AP) e Produtor Independente de Energia (PIE), e o 
decreto n° 5.163/2004, que torna possível a aquisição da geração distribuída pelas concessionárias. Em 
2012 acontece uma nova transformação trazida pela resolução normativa nº 482/2012, que amplia o 
mercado consumidor-produtor, onde o dono de uma microgeradora em sua unidade de consumo, além de 
utilizar energia fornecida pela distribuidora e sua de própria eletricidade produzida, poderá vender o 
excedente produzido para a concessionária de distribuição. 
 
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A Resolução Normativa nº 482 representa um grande avanço para a difusão das microgeradoras 
e minigeradoras de energia no país, ela permite a conversão do excedente de energia gerado em créditos 
de energia para serem utilizados posteriormente. Antes desta normativa, era possível para a pessoa física 
gerar energia para consumo próprio e vender o excedente, no entanto a concessionária não possuía 
obrigação de comprar a energia gerada pelo AP. Atualmente, embora as concessionárias não sejam 
obrigadas a pagar um valor monetário pela energia excedente de geradores distribuídos, são gerados 
créditos de energia para que possam ser utilizados em até 36 meses pelos consumidores-produtores 
distribuídos. 
 
No art. 2º da Resolução Normativa nº 482, define-se a micro e minigeração distribuída a partir de 
centrais geradoras que utilizem fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa oucogeração qualificada e que tenham a potência limitada pela seguinte faixa de valores; Menor ou igual a 
100 kW para microgeradoras, e para potências instaladas acima de 100 kW e menores ou iguais a 1 MW 
para minigeradoras. Ainda, de acordo com o art. 2º, é possível que o crédito gerado seja utilizado por 
outra unidade consumidora, desde que esta esteja relacionada ao mesmo CPF (Cadastro de pessoa Física) 
ou CNPJ (Cadastro de Pessoa Jurídica) da unidade consumidora responsável pela geração dos créditos. 
 
4.10 Estudo de Caso 
 
4.11 Usina Fotovoltaica Cidade Azul 
Como estudo de caso está apresentado uma análise técnica e financeira da Usina Fotovoltaica 
Cidade Azul (UFCA), localizada na cidade de Tubarão em Santa Catarina. Cidade Azul é uma das 
maiores usinas fotovoltaica operando atualmente no Brasil, possui uma capacidade de produção máxima 
de 3MW (ACE, 2014). 
 
Ela foi construída como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento P&D Estratégico 
exigido pela ANEEL, junto com mais outros sete pontos de avaliação de clima, instalados em locais 
diversos do país. 
 
Concebida pela empresa privada de geração de energia brasileira Tractebel Energia, junto com a 
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e empresas cooperadas, ela contou com um investimento 
de aproximadamente 30 milhões de reais. 
 
Suas instalações ocupam uma área de cem mil metros quadrados (100.000 m²), está conectado à 
rede de distribuição de 13,8 kV da CELESC (Centrais Elétricas de Santa Catarina), e é capaz de alimentar 
2500 residências. 
 
Esta usina foi idealizada com o propósito de estudar a tecnologia mais favorável para o clima 
tropical do Brasil, assim ela conta com três tecnologias de células fotovoltaicas, silício amorfo 
microcristalino (a-Si/µc-Si), disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS) e silício policristalino (p-Si), e 
modelos diferentes de inversores para estudo de arranjos e tensões que proporcionem os melhores 
rendimentos. 
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Figura 0.1 Vista aérea da Usina Fotovoltaica Cidade Azul. 
 
Além desta usina, o projeto P&D PE-0403-0027/2011 realizou a instalação de Módulos de 
Avaliação (MA) em Capivari de Baixo/SC, Itiquira/MT, Aratiba/RS, Porto Velho/RO, Cachoeira 
Dourada/GO, Caucaia/CE, Juazeiro do Norte/CE e Búzios/RJ. O objetivo destes módulos é identificar 
locais adequados à implantação de parques fotovoltaicos no país (SILVA, 2014). Na figura a seguir é 
apresentado os climas de interesse nas regiões onde foram instalados os Módulos de Avaliação. 
 
 
Climas avaliados pelos Módulos instalados em diferentes regiões do Brasil. 
 
4.11.1 Características da Usina Fotovoltaica Cidade Azul 
 
Como uma grande geradora fotovoltaica a instalação da Usina Cidade Azul é composta por 
diversos módulos, inversores, proteções e transformadores elevador de tensão que envia a energia gerada 
para a rede de distribuição da CELESC. 
 
4.11.2 Equipamentos Instalados 
 
A instalação da usina Cidade Azul possui 19424 placas fotovoltaicas, sendo destas: 
 
i. 7204 módulos da marca Dupont com tecnologia de filme fino de silício amorfo 
microcristalino (a-Si/µc-Si) e potência de pico nominal de 140W cada. 
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ii. 8020 módulos da marca Avancis com tecnologia de disseleneto de cobre índio e gálio 
(CIGS), sendo que destas são 5410 módulos com potência de pico nominal de 130W e 
2610 módulos com potência de pico nominal de 120W. 
iii. 4200 módulos da marca Yingli com tecnologia de silício policristalino (p-Si) com potência 
de pico nominal de 245W. 
 
Na tabela abaixo é demonstrado a quantidade de cada tipo de módulo, potência de pico (Wp) 
instalada de cada tecnologia e a área dos módulos, que corresponde a um total de 27,97436km², ficando o 
restante do espaço da usina para disposição dos painéis FV e demais instalações dos conversores, 
transformador de rede e demais equipamentos de monitoramento de produtividade. 
 
 
Tabela 0.1 Tabela de módulos utilizados. 
 
Cada tecnologia de placa fotovoltaica na usina fotovoltaica Cidade Azul foi dimensionada para 
geração de 1MW, sendo que a soma dos dois diferentes módulos CIGS da Avancis resultam em uma 
geração de 1,016MW correspondente ao padrão. 
 
Com isso é possível ser obtido a primeiro comparativo entre os quatro modelos, a potência por 
área (W/m²), que difere basicamente da potência do módulo e da tecnologia da célula, algo a ser levado 
em consideração em uma instalação onde se procura um melhor aproveitamento do espaço ou discrição 
da instalação. Módulos de silício policristalino apresentam vantagem com relação a esse quesito, 
apresentando 125W por metro quadrado, porém são módulos de potência elevada e por isso mais caros. 
 
As placas de CIGS são intermediárias, apresentando uma boa relação entre potência de placa e 
área coberta, mesmo com módulos de menor potência, enquanto que módulos de silício amorfo apresenta 
a pior relação W/m². 
 
Na figura a seguir é mostrado um diagrama da disposição das instalações nas usinas, é visto que 
a maior área é ocupada pelas placas de silício amorfo (a-Si/µc-Si), enquanto que a menor área é ocupada 
pelas placas policristalinas (p-Si), ficando os módulos de disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS) como 
intermediário. 
 
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Os módulos são ligados em série e a energia gerada é transportada em corrente contínua até as 
centrais de conversão (SE1, SE2 e SE3), onde ficam os conversores e transformadores elevadores. 
 
 
Disposição das células instaladas. 
 
Na figura a seguir é demonstrado as primeiras proteções do sistema, montadas em caixas 
chamadas string box(1) localizadas próximo às placas, ela é composta por seccionadores com fusível(2), 
para proteção contra sobrecorrentes, correntes reversas e desconexão para manutenções, e dispositivos de 
proteção contra surtos DPS(3), que desviam para um aterramento picos de sobretensão provocados 
acidentalmente e descargas atmosféricas indiretas que possam danificar placas e conversores acoplados 
na parte de corrente contínua da instalação. 
 
Proteções da String Box. 
 
A usina Cidade Azul conta com quatro modelos de conversores, igualmente arranjados nos três 
tipos de tecnologias, a razão para isto é poder realizar uma comparação entre tecnologias fotovoltaicas e 
conversores, para se determinar qual modelo de sistema apresenta melhor eficiência de geração. 
 
Na figura a seguir é apresentado os modelos de conversores utilizados na usina, onde é 
encontrado modelos de 500kW, 150kW, 50kW e 10kW. 
 
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 Modelo de conversores instalados. 
 
O diagrama elétrico da figura a seguir é uma representação gráfica disponibilizada no software 
de monitoramento da usina, ele mostra de forma simples o ligamento dos transformadores e dispositivos 
de proteção e manobra formado por disjuntores e seccionadoras. 
 
Após ser elevada pelos transformadores a energia gerada segue para a subestação, que centraliza 
toda a energia produzida pelos diversos arranjos fotovoltaicos e envia para a rede de distribuição da 
concessionária CELESC numa tensão de 13,8kV. 
 
O software permite também monitorar o processo de geração em várias fases, desde a tensão e 
potência instantânea gerada pelos conjuntos fotovoltaicos, entrada e saída dos diversos conversores e 
temperatura dos enrolamentos dos transformadores elevadores, além do monitoramento em tempo real da 
energia que é entregue para a rede elétrica. 
 
 
Diagrama elétrico da planta.4.11.3 Produtividade Mensal 
Apesar a potência instalada ser de 3MW, a usina solar Cidade Azul produz essa potência total 
apenas em horário de pico, que são as horas do dia onde a incidência de radiação solar é mais intensa. 
Esta usina corresponde a 26% de energia gerada por este tipo de geradora elétrica no Brasil, sendo até a 
CURSO DE TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 28 
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data de realização deste trabalho, a maior instalada no país e a primeira a se conectar ao Sistema 
Interligado Nacional (SIN). 
 
Nesta usina, uma das principais características que pôde ser observada durante o seu tempo de 
operação é que, a eficiência das células nem sempre é o fator culminante na produtividade. Em locais 
quentes, a característica do coeficiente de temperatura (%/C°), que é a porcentagem potência perdida pela 
célula com o aumento da temperatura, deve ser levado em consideração. 
 
Nas células utilizadas na usina Cidade Azul isto se torna evidente em horários próximos a meio 
dia, onde as células de silício amorfo, que possui baixa eficiência, porém apresenta um coeficiente de 
temperatura de -0,3%/C°, produzem uma potência igual a produzida pelas células de silício policristalino, 
que apesar de possuir a maior eficiência entre as tecnologias, apresenta um coeficiente de temperatura de 
-0,45%/C°, o mais alto entre as três. 
 
 
Energia gerada por mês. 
 
Na figura a seguir é apresentado um gráfico com a geração de energia mensal, com uma 
produção parcial em abril de 2014, data de início da operação, e início de operação comercial com toda 
capacidade a partir de agosto de 2014. 
 
O gráfico demonstra principalmente a diferença de energia gerada entre os meses, onde deve ser 
lembrado de que a geração não ocorre no período noturno e também é comprometida por dias nublados, 
chuvosos e períodos sazonais das épocas do ano com menor radiação solar direta. 
 
As características das estações do ano são evidenciadas na curva mostrada neste gráfico, onde se 
vê os picos de geração nos meses de outubro a abril, correspondentes ao período de primavera e verão no 
Brasil, ficando o resto do ano com menor geração, sendo a mais baixa entre os meses de junho a 
setembro, período de inverno. Até o mês de julho de 2015, esta usina produziu um total de 3,88 GWh de 
energia elétrica. 
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4.11.4 Os Custos da Instalação 
 
A primeira noção de custo que pode ser retirada da usina Cidade Azul é o custo de implantação 
por watt, isto é, quanto custa cada watt instalado. Com um investimento de 30 milhões de reais, Cidade 
Azul teve um custo de US$ 2,791 (dólares) por watt instalado. Um custo muito menor do que uma 
instalação de 1779 que, segundo Palz, custava US$ 10 por watt, porém ainda é bastante elevado em 
comparação com as hidroelétricas. 
 
Em exemplo, a usina de Belo Monte, na qual é investido R$25,8 bilhões de reais em uma 
instalação de 11 GW de potência, apresenta um custo de US$ 0,65 por watt instalado, 4,2 vezes menor do 
que a UFCA. 
 
Mas apesar dos incentivos fiscais governamentais, como a isenção do ICMS sobre equipamentos 
para geração fotovoltaica, o custo desses módulos ainda é demasiadamente elevado. Parte deste alto custo 
se deve aos processos tecnológicos, dos quais o Brasil ainda não tem domínio e apenas uma política que 
invista em pesquisa de ciência e tecnologia poderia solucionar por isso as placas fotovoltaicas são 
importadas de países como França e China. 
 
Outra parte se deve também ao pouco uso dessa tecnologia, que fica mais cara por não se ter uma 
venda em massa, o que pode mudar caso se continue tendo iniciativas públicas e privadas na utilização da 
geração fotovoltaica. 
 
Porém como ponto positivo, a UFCA possui uma relação entre potência por área de 30 W/m², 
enquanto que na Belo Monte, com seus 508,2 km² de área ocupada, sendo que metade desta área é de 
alagamento do leito do rio, esta relação cai drasticamente para 0,029W/m². Dessa forma fica visível que 
apesar do alto custo de instalação no presente momento, usinas fotovoltaicas possuem um enorme 
potencial.