Aula - Energia Solar

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FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
02/12/2017 1
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
CENTRO MULTIDISCIPLINAR PAU DOS FERROS 
DISCIPLINA: FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA 
DOCENTE: ALISSON RUAN SILVA DANTAS
1 ENERGIA SOLAR
02/12/2017 2
1. INTRODUÇÃO
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• 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
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1. INTRODUÇÃO
02/12/201
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1. INTRODUÇÃO
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1. INTRODUÇÃO
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• 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
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• 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
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1. INTRODUÇÃO
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• 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
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• 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
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1. INTRODUÇÃO
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2 RADIAÇÃO SOLAR
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2. RADIAÇÃO SOLAR
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• 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
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• 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
inócios.
2. RADIAÇÃO SOLAR
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• 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
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• 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
• Duração solar do dia
• INSOLAÇÃO
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2. RADIAÇÃO SOLAR
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2. RADIAÇÃO SOLAR
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• 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
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Federal de Santa Catarina – UFSC.
• No Brasil, entre os esforços mais recentes e efetivos de
avaliação da disponibilidade de radiação solar, destacam-se
os seguintes:
Universidade Federal de Pernambuco – UFPE e
• a) ATLAS SOLARIMÉTRICO DO BRASIL, iniciativa da
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
2. RADIAÇÃO SOLAR
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2. RADIAÇÃO SOLAR
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2. RADIAÇÃO SOLAR
•OBS:
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É importante ressaltar que mesmo as regiões com
menores índices de radiação apresentam grande potencial de
aproveitamento energético.
3 TECNOLOGIAS DE
APROVEITAMENTO
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3.1 COLETOR SOLAR
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• 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
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• 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
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• 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 temperatura desta 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
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• 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 focalizara 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
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• 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
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• 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
• 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.
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3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE
34
3.2 CONVERSÃO DIRETA EM ELETRICIDADE
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• 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
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4. IMPACTOS SOCIOAMBIENTAIS
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• 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
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• 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
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5. REVISÃO
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• 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
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
originalmente, obtiveram a energia necessária ao
foram gerados a partir de resíduos de plantas e animais que,
seu
desenvolvimento, da radiação solar.
5. REVISÃO
IA
• 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 INTERMEDIÁR
• Destilação de água
• Refrigeração
• Potência mecânica ou produção de eletricidade a partir de calor
• CONVERSÃO DIRETA PARA ELETRICIDADE
• Conversão fotovoltáica
• Conversão termoelétrica
42
5. REVISÃO
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• 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
44
5. REVISÃO
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• 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
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
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• 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 SOLAR
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• 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
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• 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
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• 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
51
5. RADIAÇÃO SOLAR – CAPTAÇÃO E CONVERSÃO
• 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.
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5. RADIAÇÃO SOLAR – NÍVEL DO SOLO
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• 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
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5. RADIAÇÃO SOLAR
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• 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
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6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
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
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• 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
• 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.
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6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
registra a DURAÇÃO DO
• HELIÓGRAFO
• Instrumento que
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.
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6. SOLARIMETRIA E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
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medir a RADIAÇÃO
• ACTINÓGRAFO
• Instrumento usado para
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
62
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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• 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
64
utilizados em• Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vêm sendo 
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
• 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).
65
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO
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
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
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• 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
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• 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
70
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO
71
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – EFEITO 
FOTOVOLTÁICO
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7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS
• SILÍCIO MONOCRISTALINO
• A célula de silício 
as maishistoricamente 
comercializada como conversor
usadas 
direto
monocristalino é
e 
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.73
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS
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• 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
• SILÍCIO POLICRISTALINO
baratas que as de silício monocristalino
• As células de silício policristalino são mais
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.
75
7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS
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
• 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.
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7. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – TIPOS DE CÉLULAS
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
79
• SILÍCIO AMORFO
vantagens que• Por outro lado, o silício amorfo apresenta 
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
80
8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS
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
• CONEXÃO DE CÉLULAS EM PARALELO
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8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS
• 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.
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8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS
• CONEXÃO DE CÉLULAS FOTOVOLTÁICAS EM SÉRIE
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8. MÓDULOS FOTOVOLTÁICOS
• CONEXÃO DE PAINÉIS
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8.1 CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS MÓDULOS 
FOTOVOLTÁICOS
86
• Geralmente, a potência dos módulos é dada pela POTÊNCIA DE PICO;
• Tão necessário quanto este parâmetro, existe outras características 
elétricas que melhor caracterizam a funcionabilidade do módulo;
• As principais características elétricas dos modúlos fotovoltaicos são as 
seguintes:
• Voltagem de circuito aberto (Voc);
• Corrente de curto circuito (Isc);
• Potência máxima (Pm);
• Voltagem de potência máxima (Vmp);
• Corrente de potência máxima (Imp).
87
8.1 CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS MÓDULOS 
FOTOVOLTÁICOS
8.1 CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS MÓDULOS 
FOTOVOLTÁICOS
• GRÁFICOS DAS CARACTERÍSTICAS
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8.2 FATORES QUE AFETAM AS CARACTERÍSTICAS 
ELÉTRICAS DOS MÓDULOS
89
• Os principais fatores que influenciam nas características elétricas de
um painel é a INTENSIDADE LUMINOSA e a TEMPERATURA DAS
CÉLULAS.
• A CORRENTE gerada nos módulos AUMENTA LINEARMENTE com o
aumento da INTENSIDADE LUMINOSA.
• Por outro lado, o AUMENTO DA TEMPERATURA na célula faz com que
a EFICIÊNCIA DO MÓDULO CAIA abaixando assim os pontos de
operação para potência máxima gerada.
9 COMPONENTES DE UM SISTEMA
FOTOVOLTAICO
90
9. COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
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• Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias 
distintas:
• Sistemas isolados;
• Híbridos; e
• Conectados a rede.
• Os sistemas obedecem a uma configuração básica onde o sistema
deverá ter uma unidade de controle de potência e também uma
unidade de armazenamento.
9. COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO
92
9.1 SISTEMAS ISOLADOS
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• Sistemas isolados, em geral, UTILIZA-SE alguma forma de
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA.
• Este armazenamento pode ser feito através de BATERIAS, quando se
deseja utilizar aparelhos elétricos ou armazena-se na forma de
energia gravitacional quando se bombeia água para tanques em
sistemas de abastecimento.
• ALGUNS sistemas isolados NÃO NECESSITAM DE ARMAZENAMENTO,
o que é o caso da irrigação onde toda a água bombeada é
diretamente consumida ou estocadas em reservatórios.
9.1 SISTEMAS ISOLADOS
94
• Em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em
baterias, usa-se um DISPOSITIVO PARA CONTROLAR A CARGA e a
descarga na bateria.
• O “controlador de carga” tem como principal função NÃO DEIXAR
QUE HAJA DANOS NA BATERIA POR SOBRECARGA OU DESCARGA
PROFUNDA.
• O controlador de carga é usado em sistemas pequenos onde os
aparelhos utilizados são de baixa tensão e corrente contínua (CC).
9.1 SISTEMAS ISOLADOS
95
• Para ALIMENTAÇÃO de equipamentos de CORRENTE ALTERNADA (CA)
é necessário um INVERSOR.
• Este dispositivo geralmente incorpora um seguidor de ponto de
máxima potência necessário para otimização da potência final
produzida.
• Este sistema é usado quando se deseja mais conforto na utilização de
eletrodomésticos convencionais.
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9.1 SISTEMAS ISOLADOS
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9.1 SISTEMAS ISOLADOS
9.2 SISTEMAS HÍBRIDOS
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• Sistemas híbridos são aqueles que, DESCONECTADO DA REDE convencional,
apresenta VÁRIAS FONTES DE GERAÇÃO DE ENERGIA como por exemplo:
• Turbinas eólicas,
• Geração diesel,
• Módulos fotovoltaicos
• Entre outras.
• A utilização de várias formas de geração de energia elétrica torna-se
COMPLEXA na necessidade de OTIMIZAÇÃO do uso das energias.
• É necessário um CONTROLE de todas as fontes para que haja MÁXIMA
EFICIÊNCIA na entrega da energia para o usuário.
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9.2 SISTEMAS HÍBRIDOS
9.3 SISTEMAS CONECTADOS À REDE
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0
• Estes sistemas utilizam grandes números de painéis fotovoltaicos, e não
utilizam armazenamento de energia pois toda a geração é entregue
diretamente na rede.
• Este sistema representa uma FONTE COMPLEMENTAR AO SISTEMA 
ELÉTRICO de grande porte ao qual esta conectada.
• Todo o arranjo é conectado em inversores e logo em seguida guiados 
diretamente na rede.
• Estes inversores devem satisfazer as exigências de qualidade e segurança 
para que a rede não seja afetada.
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1
9.3 SISTEMAS CONECTADOS À REDE
REFERÊNCIAS
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• ANEEL – AGÊNCIA NACIONALDE ENERGIA ELÉTRICA
• PALZ, Wolfgang. Energia Solar e Fontes Alternativas