DP APS 3º semestre UNIP - Painel Solar Construído com LEDs

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 UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DP DE ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA – 3º SEMESTRE - ENGENHARIA 
BÁSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Painel Solar Construído com LEDs 
DP de Atividade Prática Supervisionada 
 
 
 
 
 
 
Professores responsáveis: 
Pedro José Gabriel Ferreira, Iara Lima, Túlio Vivaldini 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
 
 
 
 
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DP DA ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA 
PAINEL SOLAR CONSTRUÍDO COM LEDS 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho escrito por este aluno de Engenharia 
Civil à Universidade Paulista, com a finalidade 
de avaliação da disciplina de DP da Atividade 
Prática Supervisionada, cujo objetivo é 
agregar experiência e conhecimento ao 
referido aluno.
 
 
 
 
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Sumário 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 5 
2 OBJETIVO .............................................................................................................................. 8 
3 PARÂMETROS TÉCNICOS DE CONSTRUÇÃO ...................................................................... 9 
4 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO ....................................................................................... 10 
4.1 MATRIZ ENERGÉTICA E ELÉTRICA DO BRASIL .................................................................. 10 
4.2 FONTES DE ENERGIA ELÉTRICA NO PAÍS .......................................................................... 12 
4.2.1 Hidrelétrica ...................................................................................................................... 12 
4.2.2 Termoelétrica ................................................................................................................... 13 
4.2.3 Solar Fotovoltaica ............................................................................................................ 14 
4.2.4 Eólica .............................................................................................................................. 17 
4.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS LEDs ................................................................... 19 
4.4 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE CAPACITORES ...................................................... 22 
4.4 TIPOS DE CAPACITORES ................................................................................................. 24 
4.5 TIPOS DE LEDS ................................................................................................................. 26 
4.6 ASSOCIAÇÕES DE LEDs EM SÉRIE E EM PARALELO ................................................... 29 
5 ETAPAS DE CONSTRUÇÃO ................................................................................................. 33 
6 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 34 
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 35 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
Para realizarmos qualquer tipo de atividade, seja ela manual, mecânica ou 
tecnológica, precisamos de energia, algo que nos dê força para conseguirmos concluir 
tal atividade. É de consenso geral que nada do que fazemos, produzimos ou criamos 
seria possível sem a eletricidade, basta somente olhar ao nosso redor e perceber que 
a energia elétrica está bem presente em nossas vidas. Desde a descoberta do fogo, 
nos tempos primórdios, até os carros automáticos dos dias atuais, tivemos avanços 
significativos nas formas de obtenção de energia. 
Com isso em mente, foi pensado em se fazer esse trabalho,onde descorrerei sobre os 
tipos de energia que existem no Brasil, em específico as fontes de energia elétrica do 
país, a viabilidade de cada uma, o prospecto futuro para cada uma e os desafios da 
implantação das mais recentes, que são as energia solar e eólica, consideradas as 
energias do futuro. 
Conjuntamente a isto, também será mostrado aqui os princípios de 
funcionamento e os tipos de capacitores e LEDs, importantes peças eletrônicas nos 
dias de hoje. Também serão estudadas as associações em série e em paralelo 
possíveis de LEDs. 
Tendo em mente o trabalho teórico sobre as energias, foi proposto um modelo 
de painel solar constituído de LEDs de alto brilho, que deve gerar pelo menos 1,5 V. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 OBJETIVO 
 
O objetivo máximo deste trabalho consiste em desenvolver um projeto teórico 
sobre a construção de um painel solar com LED’s de alto brilho, tendo que gerar um 
sinal elétrico de pelo menos 1,5 V. Painel este que deve ser de placa de vidro ou 
fenolite ilhada e perfurada, com o suporte adequado. 
Também faz parte da linha de pesquisa desta Atividade o funcionamento das 
variadas matrizes enérgeticas e elétricas e suas utilizações no Brasil, juntamente com 
a viabilidade que cada uma possui. Também faz parte do escopo da pesquisa os 
princípios de funcionamento e os tipos de LED’s. 
Para o modelo teórico do projeto, foram definidas pelo corpo docente alguns 
requisitos de materiais específicos para alcançar o objetivo, parâmetros mínimos de 
voltagem e dimensões máximas de estrutura. 
 
 
 
 
 
 
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3 PARÂMETROS TÉCNICOS DE CONSTRUÇÃO 
 
O modelo do protótipo do projeto deverá conter obrigatoriamente os seguintes 
materiais: 
 
• Placa fibra de vidro ou de fenolite ilhada e perfurada; 
• A placa de deverá ter suporte adequado; 
• Conjunto de LED’s de alto brilho (mínimo 18 LED’s); 
• Dimensões do protótipo: até 30 cm x 30 cm; 
• Ponto de medição de tensão (terminal banana fêmea) (FIG. 1), após o painel solar; 
• A medição nesse ponto deve ser acima de 3,0 V (DC); 
• É opcional a utilização de capacitores, dependendo da necessidade do projeto; 
• Um equipamento (a escolha do aluno) conectado ao terminal banana fêmea do 
protótipo, de acordo com a tensão gerada pelo projeto; 
• Painel solar desenvolvido com LED’s de alto brilho para o acionamento equipamento 
escolhido pelo aluno; 
• A fonte luminosa será constituída por uma lâmpada halógena dicróica, de 127 V e 50 
Watts; 
• O painel será posicionado aproximadamente a 5 cm da fonte luminosa; 
• As dimensões máximas da maquete serão de 30 cm x 30 cm, incluindo o painel solar. 
 
 
 
 
 
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4 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 
 
4.1 MATRIZ ENERGÉTICA E ELÉTRICA DO BRASIL 
 
De acordo com a geógrafa Amarolina Ribeiro (2021), o conjunto de fontes de 
energias disponíveis no país que servem para captação e suprimento da demanda de 
energia nos setores comerciais, industriais e residenciais, chama-se matriz energética. 
Estas fontes de energia são divididas em duas classificações: renováveis, que 
possuem reserva nominalmente ilimitada, podendo ser reposta pela natureza em um 
menor espaço de tempo, considerada como mais limpa, pois não agride tanto o meio 
ambiente; e as não-renováveis, estas possuindo uma reserva limitada que pode se 
esgotar, já que seu processo de formação é lento comparado à demanda de uso. 
No Brasil, de acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (2020), a 
composição da matriz energetica é bem equilibrada, entre fontes de energia 
renováveis e não-renováveis, correspondendo a 46,1% e 53,9%, respectivamente, da 
produção nacional de energia. Constrastando bastante com a matriz energética 
mundial, que é composta em média por 14% de fontes renováveis e 86% de fontes 
não-renováveis, de acordo com a Agência Internacional de Energia (2020), conforme 
vemos detalhadamente nos gráficos abaixo. 
 
 
Gráfico 1 
 
Petróleo e 
derivados; 
31,5%
Gás Natural; 
22,8%Nuclear; 5,0%
Hidráulica; 
2,5%
Biomassa; 
9,3%
Outros; 2,0%
Carvão, 
Mineral; 26,9%
Matriz Energética Mundial (IEA, 2020)
 
 
 
 
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Gráfico 2 
 
 
Cabe salientar aqui que há uma diferença entrematriz energética e matriz 
elétrica. Enquanto a primeira engloba todas as formas de energia que atende o país, a 
última representa o conjunto de fontes de energia utilizadas unicamente para produção 
de energia elétrica. Portanto, podemos concluir que a matriz elétrica faz parte da 
matriz energética de um país 
A matriz elétrica do Brasil é composta majoritariamente de fontes renováveis, 
com incríveis 83% do total da produção de energia elétrica, com a massiva 
representação da energia hidrelétrica, responsável por 64% da geração de energia 
elétrica no país, graças a abundância deste recurso a nivel nacional. De acordo com a 
Empresa de Pesquisa Energética (2020), no ano de 2019 podemos ainda verificar que 
houve um aumento de 15,5% de produção de energia eólica em relação ao ano 
anterior, confirmando a tendência do Brasil em manter suas fontes renováveis como 
principal fonte energética. Pode-se afirmar também que há uma tendência mundial, 
inclusive no Brasil, de redução da participação de petróleo e derivados e hidráulica e 
aumento da participações das demais fontes, a exceção do carvão mineral, como 
podemos ver na figura abaixo. 
 
Petróleo e 
derivados
34,6%
Gás Natural; 12,2%
Carvão Mineral; 
5,3%
Nuclear; 1,4%
Hidráulica; 12,4%
Lenha e Carvão 
vegetal; 8,7%
Cana de açucar e 
derivados; 18,0%
Outras renováveis; 
7,0%
Matriz Energética Brasileira (EPE, 2020)
 
 
 
 
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Figura 1 Matriz Elétrica do Brasil e mundial (% e TWH) (EPE, 2020). 
 
 
4.2 FONTES DE ENERGIA ELÉTRICA NO PAÍS 
 
4.2.1 Hidrelétrica 
 
As usinas hidrelétricas utilizam a força da água para produção de energia 
elétrica. Para que isso aconteça, são construídas barragens em rios com o objetivo de 
represar a água, formando um reservatório, muito semelhante a um lago. Essa água, 
que fica represada, é captada e conduzida por meio de tubulações até uma edificação 
chamada de casa de força, onde ficam as turbinas e geradores que vão transformar a 
pressão da água da barragem em movimento e esse movimento em energia elétrica. 
A hidreletricidade tem sido a principal fonte de geração do sistema elétrico 
brasileiro por várias décadas. Isto se deve tanto à topografia brasileira que combina 
bacias hidrográficas de grande porte, centenas de rios com forte fluxo e um relevo 
abundante em variações de elevações que facilitam a construção de reservatórios, 
quanto à competividade ecônomica com a presença de 223 Usinas Hidrelétricas - 
UHE, 746 Centrais Geradoras Hidrelétricas – CGH e 542 Pequenas Centrais 
Hidrelétricas – PCH, segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica – 
ANEEL. 
A Resolução Normativa da ANEEL Nº 875 (2020) classifica como PCH se a 
potência instalada for entre 5 MW e 30 MW e a área de reservatório for de até 13 km², 
excluindo a calha do leito regular do rio. Já as CGH são assim denominadas se a 
potência for igual ou inferior a 5 MW. As UHE por sua vez, são todas aquelas em que 
a potência instalada for maior que 5 MW e que necessitem de outorga de autorização 
 
 
 
 
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ou concessão, ou seja, a burocracia é bem maior para esse tipo de usina. 
Apesar de ser uma fonte de energia renovável, a construção de grandes Usinas 
pode causar grandes impactos negativos no meio ambiente local aonde será 
implantada, causados pela grande área de alagamento necessária, pelo 
desmatamento necessário para sua construção e pelas alterações na estrutura dos 
rios. Para as hidrelétricas menores, como as PCH’s e CGH’s, o impacto ambiental é 
bem reduzido e a burocracia é bem menor, possibilitando que muitas empresas 
privadas possam entrar nesse mercado, ajudando a fortalecer a malha geracional 
brasileira de energia elétrica. 
 
 
4.2.2 Termoelétrica 
 
Uma usina termoelétrica, também chamada de central térmica, gera eletricidade 
a partir da energia térmica, em sua maior parte através de turbinas movidas a vapor. 
Um volume de água é aquecido pela queima de algum combustível, transforma-se em 
vapor e gira uma turbina que aciona um gerador elétrico. Este gerador está ligado a 
um transformador que envia a energia elétrica para os consumidores através dos 
sistemas de transmissão de alta voltagem. Ou seja, a eletricidade é produzida a partir 
de energia cinética obtida pela passagem do vapor pela turbina, transformando 
potência mecânica em potência elétrica. (REIS, 2012). 
Em sua maior parte, as térmicas utilizam combustíveis fósseis, que podem ser 
sólidos (carvão), líquidos (óleo combustível ou diesel) ou gasosos (gás natural). 
Quando abastecida com estes combustíveis fósseis, considera-se como Energia Não-
Renovável. Existem também usinas térmicas que utilizam biomassa para a queima, o 
principal sendo o bagaço da cana-de-açúcar. Todavia também são utilizados a lixívia, 
lenha, carvão vegetal, capim elefante, casca de arroz e alguns outros, sendo uma 
solução prática e sustentável, por utilizar resíduos para produzir energia. Ainda há 
também as usinas termonucleares, que são um pouco diferentes, pois utilizam o 
processo físico-químico da fissão nuclear do átomo de Urânio para gerar o calor 
necessário para transformar água em vapor, girar a turbina e acionar o gerador 
(TOLMASQUIM, 2016). 
A depender do tipo de combustível e da tecnologia de geração, elas podem 
cumprir diferentes papéis, tais como atuar na geração contínua, na geração 
 
 
 
 
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complementar, denominada co-geração ou no atendimento às demandas de ponta, 
visto que podem ser construídas próximo às regiões de consumo, reduzindo custos 
com torres e linhas de transmissão. Para exemplificar, uma termoelétrica movida a 
óleo combustível fica perto de uma refinaria, térmicas a gás ficam próximas a 
Unidades de Processamento de Gás Natural e térmicas a biomassa localizam-se perto 
de zonas rurais, para aproveitar os dejetos da agricultura. A exceção da regra é 
quando se refere a Usinas Termonucleares. Estas, apesar de conseguirem produzir 
bastante energia (1 libra de urânio produz 3 milhões de kWh de energia elétrica em 
uma usina nuclear), também trazem consigo riscos muito grandes, pois no processo 
de fissão do núcleo de urânio ocorre a liberação de resíduos radioativos, ou seja, 
toneladas de lixo que permanecem radioativos por séculos, oferecendo riscos ao meio 
ambiente e a população que vive próximo ao local de armazenamento/descarte. 
A inclusão das termelétricas na base do Sistema Interligado Nacional – SIN 
ajuda a aumentar a segurança no abastecimento e reduzir os custos de energia. A 
energia térmica é importante para suprir o sistema quando as condições climáticas não 
permitirem a geração de energia eólica, solar ou hídrica. De acordo com a ANEEL, há 
cerca de 3172 UTE – Usinas Termelétricas no Brasil, sendo este segmento sendo 
responsável por aproximadamente 26% da geração de energia elétrica do país. 
 
4.2.3 Solar Fotovoltaica 
 
A geração de energia solar ou fotovoltaica funciona através do aproveitamento 
da luz do sol, transformando-a em energia elétrica, através de painéis fotovoltaicos ou 
de um sistema heliotérmico (PEREIRA, et al; 2017). No sistema com painéis 
fotovoltaicos, que é o amplamente usado para a geração de eletricidade, a irradiação 
solar é convertida diretamente em energia elétrica. Já no sistema heliotérmico, a 
energia do sol é convertida em energia térmica (calor) e posteriormente em energia 
elétrica. 
O painel solar, principal componente deste sistema de geração de energia, é 
composto por um conjunto de células fotovoltaicas feitas de materiais semicondutores 
como o silício, e possuem a particularidade de possuir sensibilidade para absorver a 
energia solar. No momento em que as partículas da luz solar, os fótons, colidem junto 
aos átomos desses materiais, provocam o deslocamento dos elétrons, gerando a 
eletricidade. 
 
 
 
 
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Há dois modos de distribuição de energia solar. A centralizada e a distribuída. A 
distribuída se caracterizaonde o consumidor – que pode ser uma residência ou 
empresa – produz a própria energia elétrica com os painéis solares. E quando há 
excesso de energia gerada, este é injetado na rede da distribuidora e gera-se crédito 
de energia para consumo. 
Esses créditos servem para dar descontos nas contas de luz nos meses 
seguintes. A validade para uso dos créditos é de 60 dias. Assim, a conta pode vir 
muito baixa ou até zerada. Os créditos também podem ser aproveitados para suprir a 
carência de energia, como à noite, em dias chuvosos ou quando há maior consumo do 
que geração. Nestes casos, a residência recebe energia da distribuidora, 
normalmente. Por trazer tamanha economia na conta de luz, é o modelo de energia 
solar mais usado, chegando a bater 5.177 MW de potência instalada em março de 
2021, conforme a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (2021). 
Já no modelo de geração centralizada, temos a participação de grandes usinas 
solares fotovoltaicas que produzem energia elétrica e a transmitem na rede de 
distribuição para o uso em casa ou empreendimento. 
Apenas há alguns anos que a implementação de fato deste tipo de energia vem 
ocorrendo no Brasil, tanto que o primeiro regulamento governamental foi em 2012, 
com a Resolução Normativa nº 482 da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, 
estabelecendo as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração 
distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica. 
Conquanto a energia solar seja bem recente, ela está em franca ascensão. 
Representando 1,02% da matriz elétrica brasileira e com um aumento de 92,2% em 
2019 em relação a 2018, de acordo com a Resenha Energética Brasileira (2020), há a 
previsão oficial de que ela chegue a 4% em 2030, produzindo cerca de 8 GW, segundo 
o Plano Decenal de Expansão de Energia 2030 (2021). Essa expectativa de 
crescimento se deve ao fato de que esta é uma energia limpa, inesgotável, onde não 
há emissão de poluentes, como material particulado, gás carbônico, oxido de enxofre 
e, tampouco, gases de efeito estufa, fato extremamente positivo ao meio ambiente em 
escala local e global. 
De acordo com Pereira et al. (2017), também há no Brasil a incidência de níveis 
altos e constantes de irradiação solar em todo o território nacional, conferindo um 
enorme potencial para a implementação da energia solar. Como vemos na tabela 
abaixo, consoante os dados da Global Solar Atlas (2021), são índices mais altos que 
 
 
 
 
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em países referências em energia solar, como a Alemanha, China e Japão. 
 
 
Tabela 1 Global Solar Atlas (2021) 
 
Uma das desvantagens deste sistema geracional de energia é o seu custo de 
implantação, o que pode afastar algumas pessoas ao seu alcance, mas isso também 
está mudando. Desde o primeiro leilão para contratação de energia promovidos pelo 
Governo Federal para fornecedores, o preço pelo MWh vem caindo, estando agora 
com um deságio de 80% do preço inicial, segundo dados da ABSOLAR (2019) na 
figura abaixo. Verifica-se que há grandes vantagens na implementação deste tipo de 
energia renovável no Brasil, podendo trazer tanto investimentos e geração de emprego 
quanto opção de energia elétrica mais barata. 
 
 
Figura 2 Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (2019) 
 
 
 
 
Países
Irradiação Global Horizontal 
(kWh/m²/dia)
Irradiação Difusa 
Horizontal (kWh/m²/dia)
Irradiação Normal 
Direta (kWh/m²/dia)
Brasil 4,15 - 6,12 1,69 - 2,60 3,01 - 6,22
Alemanha 2,75 - 3,34 1,45 - 1,61 2,32 - 3,24
China 2,64 - 5,93 1,31 - 2,37 0,98 - 7,58
Japão 2,94 - 4,27 1,60 - 2,07 1,84 - 4,01
 
 
 
 
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4.2.4 Eólica 
 
A energia eólica é aquela obtida a partir da força do vento. Por meio de um 
aerogerador, transforma a energia cinética das correntes de ar em energia elétrica. O 
processo de extração é realizado principalmente graças ao rotor (que transforma a 
energia cinética em energia mecânica) e ao gerador (que transforma dita energia 
mecânica em elétrica). Trata-se de uma energia renovável, inesgotável e eficiente, 
fundamental para a transição energética e a descarbonização da economia. 
Para termos uma capacidade aceitável de geração de energia é necessário 
termos um parque eólico/usina eólica, que consiste em vários aerogeradores em uma 
região, seja ela em terra (onshore) ou no mar (offshore). 
Juntamente com a energia solar, esta fonte de energia renovável é recente no 
Brasil. Sua implementação começou a crescer de fato após o Programa de Incentivo 
às Fontes Alternativas (PROINFA) de 2002, que concedia estímulos à produção de 
energia elétrica renovável, como resposta à crise energética que abateu o país no 
período de 2001 a 2002, conhecida como a “Crise do Apagão”. 
Sua expansão desde então é notável, visto que em 20 anos ela já alcançou o 
posto da segunda fonte de energia renovável mais usada no Brasil, representando 
9,7% da Matriz Elétrica Brasileira no final de 2020 e com 18,00 GW de capacidade 
instalada, de acordo com a ABEEólica – Associação Brasileira de Energia Eólica 
(2021). E não para por aí, visto que no Plano Decenal de Energia para 2030, há a 
previsão oficial de que haja 32 GW de capacidade instalada no Brasil, correspondendo 
a 16,3% da Matriz Elétrica Brasileira. 
As vantagens que explicam esse crescimento e expectativa são várias: a 
energia eólica é uma fonte de energia limpa, que não produz poluentes ou resíduos; 
gera de renda para os proprietários de terras arrendadas; é uma alternativa de 
investimentos em zonas desfavorecidas; traz capacitação de mão de obra local e seu 
custo-benefício é bem maior quando comparado às fontes de energia que usam 
combustiveis fosséis. Uma das poucas desvantagens é que pode haver impacto sono 
Um dos principais fatos que também corroboram para este crescimento 
exponencial são os ventos que incidem no território brasileiro. De acordo com o Atlas 
do Potencial Eólico Brasileiro (2017), o potencial eólico onshore tecnicamente viável 
no Brasil é de cerca de 500 GW, com o uso de torres que alcançam 150 metros de 
altura. Como podemos ver no mapa abaixo a maior concentração desse potencial se 
 
 
 
 
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encontra nas regiões Nordeste e Sul. Como prova cabal desse potencial elétrico, 
94,40% e 16,90% da energia elétrica consumida em 2020 nos subsistemas Nordeste e 
Sul, respectivamente, veio das Eólicas, conforme explicitado pela ABEEólica (2021). 
 
Figura 3 Densidade de potência a 100 metros de altura. Fonte: Cepel, 2017 
O potencial offshore atualmente não é explorado no Brasil, ao contrário do que 
acontece ao redor do mundo, onde esta tecnologia já está em voga há bastante 
tempo. A Global Wind Energy Council – GWEC afirma que em 2019 havia cerca de 
23,1 GW de capacidade instalada no mundo inteiro, apenas como offshore. Ciente 
dessa direção mundial para a fonte eólica, a EPE realizou um estudo em 2020 
dedicado a identificar possíveis barreiras e desafios a serem enfrentados para o 
desenvolvimento desse potencial no Brasil, chamado Roadmap Eólica Offshore Brasil. 
Nele constatou-se que na região marítima brasileira há o potencial técnico eólico de 
700 GW, com uma profundidade de 50 metros e considerando os ventos de 100 
metros de altura. 
 
 
 
 
 
 
 
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4.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS LEDs 
 
O LED é um componente eletrônico semicondutor, ou seja, um diodo emissor 
de luz (LED = Light emitter diode), mesma tecnologia utilizada nos chips dos 
computadores, que tem a propriedade de transformar energia elétrica em luz. Tal 
transformação é diferente da encontrada nas lâmpadas convencionais que utilizam 
filamentos metálicos, radiação ultravioleta e descarga de gases. 
Nas lâmpadas incandescentesm por exemplo, há um filamento de metal 
colocado no seu interior que se aquece pela passagem de uma corrente. Os átomos 
tem seu grau de agitação de tal forma aumentado que ocorre a emissãode luz. Para 
que o metal não se queime com o oxigênio atmosférico, o filamento é encerrado num 
bulbo de vidro dentro do qual o ar atmosférico ou é completamente retirado ou 
substituído por uma mistura de gases inertes. Uma lâmpada incandescente é como um 
transmissor de rádio sem sintonia, um transmissor de ruído. Os comprimentos e onda 
da luz que ela emite se espalham por todo o espectro. Dependendo da tensão 
aplicada à lâmpada, teremos predominância de certos comprimentos de onda e a luz 
emitida poderá ser amarelada, branca ou mesmo tender para o azulado. Logo, a luz 
produzida por uma lâmpada incandescente não é considerada pura. 
Nos LEDs, a transformação de energia elétrica em luz é feita na matéria, sendo, 
por isso, chamada de Estado sólido. Seu princípio de funcionamento pode ser 
entendido a partir da análise do que ocorre com a sua estrutura quando uma corrente 
elétrica a percorre, conforme vejos na imagem abaixo. 
 
 
Figura 4 Emissão de radiação por uma junção PN percorrida por uma corrente. 
 
Nesta estrutura temos uma junção PN, ou seja, um diodo semicondutor comum. O 
diodo se torna condutivo acima de uma tensão limite (threshold voltage) suficiente para 
forçar os elétrons na região tipo N a se combinarem com as lacunas da região tipo P, 
 
 
 
 
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vide figura 5. Sempre que isso ocorre, energia é liberada, criando um fóton, ou 
quantum de luz. A quantidade de energia liberada depende da banda proibida (band 
gap), uma propriedade do material semicondutor empregado. Essa energia determina 
o comprimento de onda e, assim, a cor da luz emitida. O band gap também determina 
a tensão limite do LED. Por isso, LEDs de cores diferentes possuem tensões de limite 
bem diferentes entre si. 
 
Figura 5 
 
Podemos dizer que, diferentemente de uma lâmpada comum, a radiação emitida 
neste caso é “sintonizada” já que tem frequência única. Para os diodos comuns de 
silício, onde foi descoberto o fenômeno, a intensidade de radiação emitida é muito 
pequena e praticamente não há utilidade para ela. No entanto, descobriu-se também 
que se fossem usados outros materiais semicondutores e ainda fossem acrescentados 
dopantes especiais era possível emitir luz com maior intensidade e em diversas faixas 
do espectro. Repare que a cor da luz do LED não vem do plástico que o envolve. A cor 
da luz depende do chip semicondutor usado, como vemos na figura abaixo de uma 
representação de LED convencional. Se um LED usa plástico vermelho, é porque este 
plástico tem a mesma cor da luz emitida e não é ele que determina essa radiação. 
LEDs com plástico transparente ou branco podem emitir luz de diversas cores. 
 
 
 
 
 
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Figura 6 
 
Hoje já é possível obter LEDs capazes de emitir luz azul e mesmo violeta. Uma 
das principais vantagens dos LEDs em relação às lâmpadas quando são usados como 
fontes de luz é o seu rendimento. Um LED comum pode ter rendimento superior a 80% 
enquanto que existem tipos de alto rendimento e alto brilho que vão muito além. Uma 
lâmpada comum incandescente, por outro lado, desperdiça a maior parte da energia 
que aplicamos na forma de calor. Apenas 20 a 25% da energia consumida por uma 
lâmpada incandescente é luz. O restante é calor. Ao contrário dos LEDs onde a luz 
emitida é fria devido a não presença de infravermelho no feixe luminoso. 
 
 
Figura 7 Os LEDs evoluem rumo a comprimentos de onda cada vez menores. 
 
 
 
 
 
 
 
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4.4 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE CAPACITORES 
 
Um dos componentes que figuram entre os mais utilizados dentro da eletrônica 
são os capacitores, que são capazes de armazenar energia na forma de campo 
elétrico no seu processo de carga, liberando essa energia no processo de descarga. 
São largamente utilizados para diversos fins, tanto em aplicações de corrente 
contínua, como temporizadores, retificadores e em corrente alternada para correção 
do fator de potência, filtros passivos, entre outros. Os capacitores mais comuns são 
construídos por duas placas condutivas (metálicas), separadas por um material 
dielétrico (material isolante). 
O princípio de funcionamento de um capacitor acontece quando uma tensão 
elétrica é aplicada entre suas placas condutoras, conhecidas como “armaduras”. Um 
lado da armadura condutora armazena cargas positivas, o outro lado armazena cargas 
negativas. As cargas são acumuladas de igual modo, balanceado, tanto cargas 
negativas quanto as positivas possuem o mesmo valor em módulo. 
O material dielétrico utilizado para isolar as placas geralmente dá o nome ao 
capacitor (cerâmica, poliéster, mica e etc.). Podemos dizer que a principal função de 
um capacitor é acumular cargas elétricas em um circuito para posteriormente 
descarregar estas mesmas cargas. 
O período de carga de um capacitor é denominado de regime transitório, após o 
mesmo estar plenamente carregado, ou seja, estável ele passa para um regime 
denominado permanente. 
Todo capacitor tem um parâmetro denominado capacitância cuja unidade é 
o Farad (F), que determina quanta carga ele é capaz de armazenar. Como 1 Farad 
(1F) é considerado uma capacitância muito grande, o mais comum é vermos 
componentes com subunidades do Farad, como microFarad (uF), nanoFarad (nF) ou 
mesmo picoFarad (pF). 
A tendência é de quanto maior a capacitância, maior as dimensões do capacitor, 
aumentando também os cuidados em seu manuseio. Há também uma tensão máxima 
impressa no capacitor, essencial para garantir a isolação do dielétrico e manter o 
funcionamento do dispositivo. 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
Figura 8 Comparação de tamanho de diversos valores de capacitor eletrolítico 
 
Quando se estuda capacitores em um circuito RC (circuito resistivo capacitivo), o 
mesmo se comporta de duas formas, durante a carga do capacitor e durante a 
descarga. 
Durante o período de carga de um capacitor a corrente na carga começa a 
diminuir, isso acontece porque no instante que o capacitor recebe a tensão da fonte o 
mesmo absorve a tensão elétrica até que o capacitor esteja completamente carregado. 
Esse comportamento pode ser expresso na seguinte fórmula: 
 
Vr = E.(e-t/T) (1) 
 
Vr = Tensão da carga; 
E = Tensão da fonte; 
t = Instantes em segundos; 
T = Constante de tempo. 
 
A Constante de tempo (T) se dá pela multiplicação da capacitância (C) pela 
resistência total do circuito (R). 
A Tensão no capacitor aumenta durante a sua carga, esse comportamento 
acontece até que o capacitor esteja completamente saturado, atingindo seu limite 
máximo de capacitância. O modelo matemático que regula este comportamento é 
descrito abaixo. 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
Vc(t) = E.(1-e-t/T) (2) 
Vc = Tensão no capacitor; 
E = Tensão na fonte; 
t = Instante em segundos; 
T = Constante de tempo. 
 
4.4 TIPOS DE CAPACITORES 
 
No mercado há diversos tipos de capacitores, sendo citados abaixo os mais 
comuns: 
• Capacitor cerâmico: São capacitores apolares, cujo dielétrico é feito de 
cerâmica. Geralmente possuem um encapsulamento de esfera achatada. 
Como tratam-se em sua maioria de capacitores muito pequenos, usa-se 
com uma codificação especial para obter seu valor nominal de capacitância. 
 
Figura 9 Interior de um capacitor cerâmico. 
 
• Capacitores de Poliéster: São também apolares, geralmente maiores que 
os de cerâmica e com a capacitância já impressa na resina externa. 
Formado por várias camadas de poliéster e alumínio, o que o 
torna bastante compacto. Este capacitor tem uma capacidade de 
autorregeneração, no caso de dano entre as camadas (por pulsos de 
tensão acima do especificado, por exemplo), o material metálico que está 
sobre a folha de poliéster evapora, por ser muito fino, evitando um curto 
circuito. A quantidade de folhas e a espessura das mesmas determinam a 
capacitância deste capacitor. 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
Figura 10 Exemplos de capacitores de poliéster 
 
• Capacitor Eletrolítico:Usado em circuitos de corrente contínua, o 
capacitor eletrolítico é polarizado, ou seja, há um terminal específico para o 
positivo e outo para o negativo dentro do circuito. Nesse tipo de capacitor, 
as informações mais importantes estão impressas na capa plástica que 
envolve o dispositivo. Os capacitores eletrolíticos são muito importantes são 
uns dos mais usados no mercado, sua capacitância geralmente começa em 
0,47 uF e atinge até 10 mF. Esse tipo de capacitor é encontrado em fontes 
de tensão, onde além de tornar a fonte mais estável é capaz de filtrar 
possíveis ruídos que possam vir da rede elétrica. 
 
 
Figura 11 A faixa de cor diferenciada indica o terminal negativo do capacitor 
 
 
 
 
 
 2 
 
 
4.5 TIPOS DE LEDS 
 
• LED comum: Sua luz é dispersa e distribuída num encapsulamento, que 
geralmente é de plástico e opaco. Dessa forma sua luminosidade é 
difusa. Por essa razão, pode não ter luminância regular. 
• LED SMD (Surface Mounted Diode): São aqueles LEDs pequenos que 
encontramos nas fitas de LED, e até em placas de circuitos impressos. 
Ele pode ser difuso e transparente. LED SMD funciona da mesma forma 
que um convencional a diferença é que fabricado para montagem em 
superfície. Especificamente, é um díodo emissor de luz que é montado e 
soldado sobre a placa de circuito. Uma vez que não tem ligações as suas 
dimensões são mais reduzidas que um LED convencional. O calor emitido 
pelo componente é muito reduzido tornando-os particularmente úteis em 
espaços de reduzida dimensão. 
• LED de alto brilho: O brilho da sua luz é mais intenso que dos outros 
LEDs, e seu encapsulamento geralmente é de plástico transparente, que 
torna a luz mais focada e direcional. 
• LED COB (Chips On Board): São vários módulos SMD agrupados, o que 
potencializa a luminância. 
• DIODO LASER: É o laser mais difundido em tecnologia no mercado atual. 
Atua na transmissão de dados em fibras óticas, leitura de CDs e DVDs, 
apontadores de laser, entre vários outros dispositivos. 
• FITAS DE LED: LEDs em fita são muito utilizados em decoração. 
Vendidos por metragem, costumam ser baratos e fáceis de instalar. 
 
Uma das maneiras de se diferenciar os LEDs são pela diferenças de cor, que 
dependem do tipo de material químico utilizado em sua fabricação e do comprimento 
da onda de luz, que se mede em nanômetros (nm), emitido por este. 
A tabela a seguir mostra as faixas de valores de saída de pico, em nm 
(nanômetros), para os LEDs indicadores básicos comumente disponíveis: 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
Tabela 2 
 
 
 
Os materiais de fabricação mostrados na tabela são: 
▪ GaAS – Arsenieto de Gálio 
▪ GaAsP – Fosfoarsenieto de Gálio 
▪ AlGaInP – Fosfeto de Índio, Gálio e Alumínio 
▪ InGaN – Nitreto de Gálio e Índio 
▪ ZnSe – Seleneto de Zinco 
▪ BN – Nitreto de Boro 
▪ AlGaN – Nitreto de Gálio e Alumínio 
 
Os terminais de um indicador LED contendo um ou mais diodos podem ser 
configurados de várias maneiras: 
Bicolor: Um díodo emissor luz bicolor tem dois LEDs ligados em anti-paralelo 
em uma única cápsula. LED de dupla cor pode produzir qualquer uma das três 
cores, por exemplo, cor vermelha é emitida quando o dispositivo está ligado em um 
sentido e verde quando em sentido inverso. 
Este tipo de ligação bidirecional é útil para dar indicação de polaridade, por 
exemplo, a ligação correta de baterias ou fontes de alimentação. Além disso, uma 
corrente bidireccional produz ambas as cores misturadas em conjunto, se o 
componente for ligado (através de uma resistência adequada) a uma tensão 
alternada de baixo valor e baixa frequência. 
 
 
 
 
 
 2 
 
 
 
Tricolor: São compostos por dois leds ligados com cátodo comum. O mais 
comum é composto por um LED vermelho e um verde combinados em uma cápsula 
com os terminais ligados em cátodo comum. Denominam-se tricolores, porque 
podem dar uma única cor, ligando apenas o vermelho ou apenas o verde. Ligando 
ambos projeta uma mistura de cor. 
Estes dispositivos tricolores ou multicor podem gerar tons adicionais a partir 
das suas cores primárias (a terceira cor), como o laranja ou amarelo, ligando os dois 
LEDs com diferentes valores de corrente. Possibilita 4 cores diferentes a partir de 
apenas dois díodos junções. 
 
LED RGB (Red, Green, Blue): Em apenas um componente são combinados 
3 LEDs um de cada cor vermelha, verde e azul. Esta combinação permite que, em 
função da intensidade de cada um individualmente, possa criar praticamente todo o 
espetro visível de cor. Como estão muito próximos uns dos outros, nossos olhos 
veem o resultado da combinação das cores, em vez das três cores individualmente. 
 
 
 
 
 
 2 
 
 
4.6 ASSOCIAÇÕES DE LEDs EM SÉRIE E EM PARALELO 
 
Ao usar um LED não basta levar em conta a tensão que ele precisa para 
acender. Existem outros fatores a serem considerados. 
Um deles é o comportamento do LED semelhante ao de um diodo. Quando o LED 
começa a conduzir, sua resistência cai de tal forma que, se não houver um resistor 
para limitar a corrente ela aumenta a ponto de causar sua queima. As curvas 
características mostram esse aumento rápido da corrente com a tensão a partir do 
ponto de condução. Isso significa que, nas aplicações práticas, é obrigatório ligar em 
série com um LED um resistor limitador. 
O valor desse resistor vai depender da corrente que desejamos para o LED e 
da tensão disponível. O cálculo pode ser feito de maneira simples utilizando-se a 
seguinte fórmula: 
 
R = (V – Vd)/I (3) 
 
Onde: 
R = resistência que deve ser ligada em série com o LED (ohms); 
V = tensão contínua de alimentação; 
Vd = queda de tensão no LED, em volts (V), conforme tabela abaixo; 
I = corrente no LED. 
 
Cor Vd 
Infravermelho 1,6 V 
Vermelho 1,6 V 
Laranja 1,8 V 
Amarelo 1,8 V 
Verde 2,1 V 
Azul 2,7 V 
Branco 2,7 V 
 
Podemos alimentar diversos LEDs em série a partir de uma mesma fonte com 
apenas um resistor. Não se recomenda ligar os LEDs em paralelo conforme 
mostra a figura 12. Com esta ligação a corrente não se distribui igualmente 
 
 
 
 
 2 
 
 
entre os LEDs, pois eles sempre têm pequenas diferenças de características. 
Isso faz com que sempre um LED brilhe mais do que o outro. Uma das 
maneiras de se alimentar diversos LEDs é com o circuito mostrado na figura 
13 em que os alimentamos em série. 
 
 
Figura 12 – Ligação de LEDs em série e em paralelo. 
 
 
Figura 13 – R deve ser calculado em função da tensão de entrada e corrente nos LEDs. 
 
 
 
 
 2 
 
 
O cálculo do resistor R, para ser ligado em série, será realizado com a 
utilização da seguinte fórmula: 
R = (V-n.Vd)/I (Para V>n.Vd + 2V) (4) 
 
Onde: 
R = Valor do resistor (ohms); 
V = Tensão de alimentação; 
n = número de LEDs ligados; 
Vd = queda de tensão em cada LED conforme tabela que damos 
anteriormente (em volts); 
I = intensidade da corrente que desejamos nos LEDs. 
 
Veja que n.Vd ou seja, a queda de tensão total nos LEDs deve ficar pelo 
menos 2 V abaixo da tensão de entrada. 
Outra forma de se alimentar LEDs de forma eficiente é com o uso de uma 
fonte de corrente constante como a mostrada na figura 14. 
 
 
Figura 14 Fonte de corrente constante com circuito integrado. 
Nesta fonte a corrente nos LEDs se mantém constante independentemente de 
variações da tensão de entrada. O resistor Rx é calculado pela seguinte equação: 
R = 1,25/I (5) 
 
A tensão de entrada neste circuito em específico deve ser pelo menos 2 V maior que 
a queda de tensão nos LEDs que são alimentados. 
Como elemento ativo os LEDs podem servir de referências de tensão, como 
 
 
 
 
 2 
 
 
na fonte de corrente constante mostrada na figura 15. 
 
Figura 15 Fonte de corrente constante usando um LED como referência de tensão. 
 
Finalmente, para alimentar LEDsbrancos ou de alto rendimento a partir de 
fontes de baixa tensão, podem ser usados circuitos integrados específicos como o 
mostrado na figura 16. 
 
Figura 16 Circuito integrado dobrador de tensão para alimentar LEDs a partir de baixas tensões. 
Esse circuito consiste num dobrador de tensão que eleva a tensão de entrada no 
circuito a um valor que seja mais apropriado à excitação do LED. 
 
 
 
 
 2 
 
 
5 ETAPAS DE CONSTRUÇÃO 
 
Como este trabalho trata-se de um projeto teórico, irei abordar aqui quais as 
etapas necessárias para construir um painel solar com LED de alto brilho 
Para construí-lo, precisamos dos seguintes materiais: 
▪ Uma placa fenoide ilhada e perfurada; 
▪ 18 LEDs de alto brilho vermelho; 
▪ Um par de terminal banana fêmea; 
▪ Um capacitor 10 microF 50V; 
▪ Um suporte de madeira; 
▪ Um metro de cabo de fio elétrico 1mm; 
▪ Uma lâmpada halógena dicroica 50 Watts; 
▪ Parafusos para madeira, de cabeça chata Philips 3,5X25mm; 
▪ Multímetro 
 
Com os devidos materiais, podemos começar a montar nosso projeto. 
Primeiro precisamos descobrir qual cor de LED gera a melhor tensão elétrica. 
Embora os LEDs sejam projetados para emitir fótons, eles também podem funcionar 
como receptores de luz. Porém, a recepção se dá para uma faixa de frequências. 
Este comportamento dos LEDs permite que eles sejam utilizados como sensores 
para faixas restritas do espectro. Um LED que emita luz azul, por exemplo, será um 
bom receptor para luz azul, mas não para outras cores do espectro. Um dos LEDs 
que gera mais tensão é o vermelho, por isso recomenda-se este. 
Após isso, precisa-se escolher qual a melhor configuração para o circuito, se 
em série, paralelo ou misto. Como o circuito misto é o que mais gera mais 
eletricidade, recomenda-se usar este, juntamente com um capacitor para armazenar 
energia e estabilizar a tensão de saída. 
Concluído os ensaios, segue-se para a construção da placa onde será 
instalado circuito. Soldando os LEDs, capacitor e os cabos de polo negativo e 
positivo que serão ligados ao terminal, interpoem-se a placa fenoide entre o suporte 
de madeira e o conjunto do circuito, também fazendo dois furos nas placas de 
madeira para a fixação dos terminais banana fêmea. 
Terminado esse processo, recomenda-se testes usando multímetro e uma 
fonte de luz para averiguar se ocorre a tensão e corrente necessária para termos um 
projeto exequível.
 
 
 
 2 
 
 
6 CONCLUSÃO 
 
Neste projeto teórico, tive a oportunidade de estudar e conhecer um pouco 
mais sobre a matriz energética Brasil, como ela é composta e quanta 
representatividade cada uma das energias tem sobre a composição total e o 
panorama futuro que esperamos ter, com o detrimento das energias fósseis em 
face das renováveis. 
Também encontra-se nesse trabalho um panorama geral da matriz elétrica 
brasileira, onde detalhei quais fontes de energia que ela é feita, tendo em sua 
maioridade energias limpas. Foi visto quais as energias mais usadas no Sistema 
Interligado Nacional, como cada uma funciona e quais estão em amplo 
crescimento, o caso das energias solar e eólicas, que despontam como as mais 
promissoras no quesito energia sustentável e barata na expectativa do mercado. 
Foi relatado nesta Atividade os princípios de funcionamento de LEDs e 
capacitores, peças que são fundamentais para qualquer trabalho eletrônico que 
requeira o uso de armazenamento de energia, caso do capacitor, e para variados 
usos, como iluminação de ambientes, transmissão de dados em fibras óticas, 
leitura de CDs e DVDs, apontadores de laser 
Na parte derradeira deste trabalho, foi demonstrado um método para se 
construir um modelo de painel solar com LEDs de alto brilho, usando todo o 
conhecimento que foi ministrado nas aulas teóricas e práticas de eletricidade 
básica. 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
 
 
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