Sistemas-fotovoltaicos

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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
 
TITULO- MODELO DE APOSTILA 
 
 
 
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Sumário 
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ............................................................... 0 
FACUMINAS ............................................................................................ 3 
INTRODUÇÃO ......................................................................................... 4 
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ....................................................... 5 
O efeito fotovoltaico.............................................................................. 7 
TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS ........................................................... 7 
Silício Cristalino .................................................................................... 7 
Silício Amorfo hidrogenado .................................................................. 8 
Células de Si do tipo HIT ...................................................................... 8 
Tebureto de Cádmio (CdTe) ................................................................ 9 
Disseleneto de cobre e índio (CIS) .................................................... 10 
Painel Solar híbrido – HJT ................................................................. 10 
Filme fino ............................................................................................ 11 
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE ELÉTRICA .. 12 
Grandes centrais ................................................................................ 12 
Produção distribuída .......................................................................... 14 
Os primeiros SFCR´s instalados no Brasil ......................................... 19 
Sistema LABSOLAR/UFSC ................................................................ 19 
Sistema IHE/USP ............................................................................... 20 
Sistema grupo FAE-UFPE (Restaurante Lampião -PE) ..................... 20 
Sistema CEMIG (Laboratório de Sementes) ...................................... 21 
Sistema Eficiência Máxima Energia ................................................... 21 
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ....... 21 
Sistemas fotovoltaicos domésticos isolados ou autônomos ............... 22 
file:///C:/Users/Thales%202019/Documents/Heron/Sistemas%20fotovoltaicos/Sistemas%20fotovoltaicos.docx%23_Toc48839072
 
 
 
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Sistemas autônomos (puros) ............................................................. 22 
Sistemas autônomos sem armazenamento ....................................... 23 
Sistemas fotovoltaicos domésticos não isolados ............................... 24 
Sistemas fotovoltaicos distribuídos conectados à rede ...................... 24 
Sistemas fotovoltaicos centralizado conectados à rede ..................... 24 
Sistemas fotovoltaicos conectados à rede ......................................... 25 
HORAS DE SOL PICO .......................................................................... 28 
CARACTERÍSTICAS DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .................. 29 
Características físicas e mecânicas ................................................... 29 
Características elétricas ..................................................................... 31 
REFERENCIAS ..................................................................................... 33 
 
 
 
 
 
 
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FACUMINAS 
 
A história do Instituto Facuminas, inicia com a realização do sonho de um 
grupo de empresários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos 
de Graduação e Pós-Graduação. Com isso foi criado a Facuminas, como 
entidade oferecendo serviços educacionais em nível superior. 
A Facuminas tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de 
conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a 
participação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua 
formação contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, 
científicos e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o 
saber através do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. 
A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma 
confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base 
profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições 
modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, 
excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
Muitos países começaram a implantar sistemas fotovoltaicos em 
aplicações terrestres em zonas remotas na década de 70. Os sistemas 
fotovoltaicos autônomos foram instalados em postos de saúde no meio rural, 
refrigeração, bombeamento de água, telecomunicações, eletrificação rural e o 
restante atendia ao mercado mundial de produtos fotovoltaicos. O início da 
década de 90 ficou marcado pelo crescimento das aplicações dos sistemas 
fotovoltaicos conectados à rede elétrica para uso residencial e comercial nos 
países desenvolvidos. 
Diariamente incide sobre a superfície da terra mais energia vinda do sol 
do que a demanda total de todos os habitantes de nosso planeta em todo um 
ano. O aproveitamento da energia gerada pelo sol, inesgotável na escala 
terrestre de tempo (segundo os astrofísicos, o sistema solar ainda perdurará ao 
redor de quatro e meio bilhões de anos), tanto como fonte de calor quanto de 
luz, apresenta-se hoje como uma das alternativas energéticas mais promissoras 
para geração de energia “limpa” e desenvolvimento sustentável. 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, existe a necessidade de implantação de uma legislação 
específica para sistemas de energia solar fotovoltaica no intuito de aproveitar o 
potencial solar brasileiro, desenvolver a indústria nacional de equipamentos e 
serviços, com o fim de restringir a importação, e tornar a energia solar também 
efetivamente competitiva. 
 
 
 
 
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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA 
A primeira aplicação das células solares de Chapin, Fuller e Pearson foi 
realizada em Americus, no estado da Georgia, para alimentar uma rede 
telefônica local. O módulo, com nove células com 30 mm de diâmetro, foi 
montado em outubro de 1955 e removido em março de 1956. Os resultados 
foram promissores. 
Inicialmente, os satélites usaram pilhas químicas ou baseadas em 
isótopos radioativos. As células solares eram consideradas uma curiosidade, e 
foi com grande relutância que a NASA aceitou incorporá-las, como back-up de 
uma pilha convencional, no Vanguard I, lançado em março de 1958. A pilha 
química falhou, mas o pequeno painel com cerca de 100 cm2, que produzia 
quase 0,1 W, manteve o transmissor de 5 mW em funcionamento muito para 
além de todas as expectativas: o Vanguard I manteve-se operacional durante 
oito anos. Depois desta demonstração de confiabilidade, durabilidade e baixo 
peso, o programa espacial norte-americano adotou as células solares como 
fonte de energia dos seus satélites. 
O desenvolvimento de células solares cada vez mais eficientes para 
utilização no espaço levou a alguns avanços tecnológicos importantes na década 
que se seguiu. É o caso da substituição, a partir de 1960, do contacto frontal 
único por uma rede de contatos mais finos mais espalhados, reduzindo a 
resistência série e aumentando a eficiência. 
Outro avanço importante foi a chamada “célula violeta”, dos COMSAT 
Laboratories, que obteve uma eficiência recorde de 13,5%. 
No outono de 1973, o preço do petróleo quadruplicou, então, o pânico 
criado pela crise petrolífera de levoua um súbito investimento em programas de 
investigação para reduzir o custo de produção das células solares. Algumas das 
tecnologias financiadas por estes programas revolucionaram as ideias sobre o 
 
 
 
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processamento das células solares. É o caso da utilização de novos materiais, 
em particular o silício multicristalino (em vez de cristais únicos de silício, 
monocristais, muito mais caros de produzir) ou de métodos de produção de silício 
diretamente em fita (eliminando o processo de corte dos lingotes de silício, e 
todos os custos associados). Outra inovação particularmente importante do 
ponto de vista de redução de custo foi a deposição de contatos por serigrafia em 
vez das técnicas tradicionais: a fotolitografia e a deposição por evaporação em 
vácuo. O resultado de todos estes avanços foi a redução do custo da eletricidade 
solar de 80 $/Wp para cerca de 12 $/Wp em menos de uma década. 
As décadas de oitenta e noventa foram também marcadas por um maior 
investimento em programas de financiamento e de demonstração motivados 
sobretudo pela consciência crescente da ameaça das alterações climáticas 
devido à queima de combustíveis fósseis. Exemplos destas iniciativas são a 
instalação da primeira central solar de grande envergadura (1 MWp) na 
Califórnia, em 1982, e o lançamento dos programas de “telhados solares” na 
Alemanha (1990) e no Japão (1993). Os poderes políticos compreenderam então 
que a criação de um verdadeiro mercado fotovoltaico não poderia basear-se 
apenas no desenvolvimento tecnológico, aumentando a eficiência das células, 
ou reduzindo o seu custo de produção, mas também através de uma economia 
de escala: quantas mais células forem fabricadas, menor será o custo unitário. 
O desenvolvimento tecnológico fotovoltaico não para. Assim, em 1998 foi 
atingida a eficiência recorde de 24,7%, com células em silício monocristalino, 
enquanto, em 2005, o grupo do Fraunhofer Institut for Solar Energy Systems 
anunciou uma eficiência superior a 20% para células em silício multicristalino. 
Células solares com configurações mais complexas, as chamadas células em 
cascata (in tandem) que consistem na sobreposição de várias células 
semicondutoras, cada uma otimizada para um dado comprimento de onda da 
radiação, permitem atingir rendimentos de conversão superiores a 34%. 
 
 
 
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O efeito fotovoltaico 
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). 
TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS 
Silício Cristalino 
No caso de células fotovoltaicas de silício monocristalino (m-Si), o 
monocristal é “crescido” a partir de um banho de silício fundido de alta pureza 
(Si = 99,99% a 99,9999%) em reatores sob atmosfera controlada e com 
velocidades de crescimento do cristal extremamente lentas. As temperaturas 
envolvidas são de 1400 ºC, o consumo de energia neste processo é 
extremamente intenso e o chamado “energy pay-back time” (tempo necessário 
para que o painel gere energia equivalente à utilizada em sua fabricação) é 
superior a três anos. Etapas complementares ao crescimento do monocristal 
envolvem usinagem do tarugo; corte de lâminas por serras diamantadas; 
lapidação, ataque químico e polimento destas lâminas (processos estes todos 
em que ocorrem consideráveis perdas de material); processos de 
difusão/dopagem, deposição da máscara condutora da eletricidade gerada e 
finalmente a interconexão de células em série para a obtenção do painel 
fotovoltaico. Células de silício monocristalino, de área de 4,0 cm2 apresentaram 
eficiência de 24,7% em testes realizados nos laboratórios Sandia, em março de 
1999. 
 
 
 
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Silício Amorfo hidrogenado 
No início dos anos 80 o a-Si era visto como a única tecnologia fotovoltaica 
em filmes finos (películas delgadas) comercialmente viável. Tendo sido pela 
primeira vez empregado em células solares em meados da década de 70, 
imediatamente despontou como tecnologia ideal para aplicação em 
calculadoras, relógios e outros produtos onde o consumo elétrico é baixo. Por 
apresentar uma resposta espectral mais voltada para o azul, tais células se 
mostraram extremamente eficientes sob iluminação artificial (principalmente sob 
lâmpadas fluorescentes). 
Estas células são menos eficientes que as células de silício policristalino, 
no entanto, poderão vir a ser competitivas para produção em grande escala. Os 
processos de produção de silício amorfo ocorrem a temperaturas menores que 
300ºC, em processos a plasma, o que possibilita que estes filmes finos sejam 
depositados sobre substratos de baixo custo, como vidro, aço inox e alguns 
plásticos. Desta forma, foram desenvolvidos painéis solares hoje disponíveis no 
mercado que são flexíveis, inquebráveis, mais leves, semitransparentes, com 
superfícies curvas, que estão ampliando o mercado fotovoltaico por sua maior 
versatilidade. Por sua aparência estética mais atraente, o silício amorfo tem 
encontrado aplicações arquitetônicas diversas, substituindo materiais de 
cobertura de telhados e fachadas na construção civil. Eficiência aproximada de 
13% tem sido demonstrada para células de pequena área. 
Células de Si do tipo HIT 
Outra alternativa para fabricação de células solares, são as células de Si 
baseadas em hetero junções com filmes finos intrínsecos. Esta célula combina 
silício cristalino (c-Si) na forma de wafer e filme fino de silício amorfo hidrogenado 
 
 
 
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(a-Si:H) na mesma estrutura. A alta absorção na camada de a-Si reduz a 
densidade de corrente de curto circuito das células HIT, então a camada de a-Si 
tem que ser finas para reduzir perdas na absorção. Há ainda uma camada de 
filme fino de um óxido transparente condutor (TCO) que pode atuar como 
camada anti-refletora ou contato transparente. Além disso, a superfície frontal da 
célula HIT são texturizadas para reduzir reflexões na superfície. Em geral 
utilizam-se filmes de ZnO nesses dispositivos. Sua eficiência de conversão é de 
aproximadamente 21% em uma área de 100 cm2. 
Tebureto de Cádmio (CdTe) 
Outro competidor do c-Si e a-Si no mercado fotovoltaico para geração de 
potência é o CdTe, também na forma de filmes finos. Mas nas assim chamadas 
aplicações terrestres, há pouco tempo vêm sendo utilizado e a ser 
comercializados painéis solares de grandes áreas. Estes painéis, normalmente 
sob a forma de placas de vidro num tom marrom/azul escuro, também 
apresentam um atrativo estético em comparação ao c-Si e as empresas 
envolvidas com esta tecnologia vêm buscando as aplicações arquitetônicas 
como um nicho de mercado enquanto desenvolvem seu produto, ampliam seus 
volumes de produção e reduzem custos. 
Assim como no caso do a-Si, os custos de produção do CdTe são 
atrativamente baixos para produção em grande escala. A relativamente baixa 
abundância dos elementos envolvidos e sua toxicidade são aspectos que têm de 
ser levados em conta, principalmente se esta tecnologia atingir quantidades 
significativas de produção. 
 
 
 
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Disseleneto de cobre e índio (CIS) 
Outro competidor no mercado fotovoltaico são os compostos baseados no 
disseleneto de cobre e índio, CuInSe2, ou simplesmente CIS, principalmente por 
seu potencial de atingir eficiências relativamente elevadas. 
Módulos fotovoltaicos de CIS apresentam, como o silício amorfo e o CdTe, 
uma ótima aparência estética e estão no mercado com grandes superfícies, 
encontrando aplicações arquitetônicas diversas. Assim como no caso do CdTe, 
a pouca abundância dos elementos envolvidos e sua toxicidade são aspectos 
que têm de ser considerados se esta tecnologia atingirquantidades significativas 
de produção. 
Painel Solar híbrido – HJT 
Existe uma "nova" tecnologia no mercado conhecida por hetero junção. 
Comercialmente falando, a eficiência dos painéis que utilizam esta tecnologia é 
de 21% a 24%. 
O processo de fabricação, com algumas diferenças, é similar a fabricação 
dos painéis fotovoltaicos monocristalinos, porém, possuem uma passivação com 
camada de Silício Amorfo (a-Si), dentre outras diferenças. 
Colocando de uma forma simples, este painel produz mais energia por 
metro quadrado e também funciona muito bem com temperaturas mais altas, 
desta forma, esta tecnologia é ideal para o Brasil. 
Sua eficiência comercial da célula fotovoltaica é de aproximadamente 
24%, possuindo uma cor escura, e com antirreflexo. 
 
 
 
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Filme fino 
No intuito de se buscar alternativas na fabricação de células 
fotovoltaicas, principalmente para redução dos seus custos, muitos 
trabalhos de pesquisa vêm sendo realizados no mundo todo. Um dos 
principais campos de investigação é o de células fotovoltaicas de filmes 
finos. 
Depositar uma ou várias camadas finas de material fotovoltaico sobre um 
substrato é a essência básica de como os painéis fotovoltaicos de filme fino são 
fabricados. Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas de película 
fina (TFPV). Os diferentes tipos painéis solares de filme fino podem ser 
categorizados por material fotovoltaico que é depositado sobre o substrato: 
 Silício amorfo (a-Si) 
 Telureto de cádmio (CdTe) 
 Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS) 
 Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV) 
Dependendo da tecnologia da célula fotovoltaica de filme fino utilizada, os 
painéis de filme fino possuem eficiências médias entre 7-13%. Algumas 
tecnologias de painel de filme fino já estão chegando nos 16%, sendo similares 
a eficiência dos painéis Policristalinos. Em 2015, os painéis fotovoltaicos que 
utilizam a tecnologia de filme fino representam aproximadamente 20% do 
mercado mundial de painéis solares fotovoltaicos. Sendo a maioria de silício 
cristalino. 
 
 
 
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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A REDE 
ELÉTRICA 
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFCR) podem ser 
de grande porte (as centrais fotovoltaicas) ou de pequeno porte (descentralizada 
e instalada em edificações urbanas). 
Grandes centrais 
Uma grande central fotovoltaica fornece a potência à rede elétrica 
instantaneamente por meio de um ou mais inversores e transformadores. Esses 
sistemas utilizam inversores comutados pela rede para evitar a operação isolada, 
e em geral, são equipamentos com seguidor de ponto de máxima potência 
(SPMP). Segue na figura a seguir a representação. 
 
 
 
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A Figura anterior exemplifica a primeira central de 1 MW de potência 
nominal em módulos de silício cristalino, montados em sistemas de seguimento 
em dois eixos, em um deserto próximo a Hysperia, no sul da Califórnia 
(MARKVART, 1994). 
Essa instalação foi construída em 1982, próximo a uma subestação e, 
segundo Strong & Scheller (1993), levou menos de nove meses para ser 
concluída, suprindo cerca de 100 MWh/mês à rede elétrica de transmissão de 
alta tensão da concessionária, com poucas interrupções. 
Apesar das grandes centrais fotovoltaicas terem potência muito inferior 
em comparação às grandes centrais hidroelétricas, nucleares, etc., não há 
nenhuma barreira técnica ou qualquer restrição quanto a confiabilidade desses 
sistemas. 
 
 
 
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Produção distribuída 
A chamada produção distribuída é constituída pelos módulos montados 
diretamente nas edificações ou em outros locais, tais como coberturas de 
estacionamentos, áreas livres etc. Essas edificações serão alimentadas pela 
energia elétrica produzida por esses por esses módulos, através de um inversor 
CC/CA, concomitantemente com a rede elétrica de distribuição em baixa tensão 
na qual estão interligadas. Esse sistema de produção de energia elétrica 
geralmente está presente em residências e em pequenos comércios. 
Na figura a seguir, encontram-se todos os elementos que são utilizados 
em uma instalação solar fotovoltaica interligada à rede. Verificam-se os módulos 
onde ocorre a transformação de luz em energia elétrica, o inversor, a rede 
elétrica de distribuição, os medidores de energia e alguns exemplos de 
equipamentos de uso final de energia elétrica. 
 
 
 
 
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Os sistemas solares fotovoltaicos interligados ao sistema de distribuição 
oferecem uma série de vantagens para o sistema elétrico. Dentre elas, pode-se 
destacar: 
- A energia é produzida junto à carga, assim as perdas nas redes de 
transmissão e distribuição são minimizadas; 
- A produção de energia elétrica ocupa um espaço já utilizado, uma vez que 
esta é integrada a edificação; 
- Investimentos em linhas de transmissão e distribuição são reduzidos; 
- Existe a coincidência no consumo, principalmente em se tratando de 
prédios comerciais onde a maior utilização acontece no horário de maior 
produção de energia pelos módulos; 
- Edificações solares fotovoltaicos têm capacidade de oferecer suporte 
kVAr a pontos críticos da rede de distribuição; 
- O sistema possui modularidade, ou seja, pode ser ampliado conforme 
haja carga da edificação se houver espaço para isso; 
- A montagem do sistema pode substituir materiais de revestimento e de 
cobertura; 
- É uma fonte de energia inesgotável, que está disponível praticamente em 
todos os locais, e produz energia limpa, silenciosa e renovável, sem emitir gases 
causadores do efeito estufa. 
Nos sistemas interligados à rede elétrica de distribuição, os geradores 
fotovoltaicos podem ser dimensionados para atender parte ou toda demanda da 
edificação. Essa produção de energia ocorre em CC e a utilização de eletricidade 
é feita em CA. Assim, é necessário um inversor que irá transformar CC em CA. 
Nas instalações residenciais conectadas à rede elétrica, pode-se utilizar 
tanto a energia foto gerada como a convencional. Nesse tipo de conexão, não 
 
 
 
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há a necessidade de acumuladores de energia (baterias), pois quando se tem 
um consumo elétrico maior que a eletricidade produzida pelos módulos 
fotovoltaicos (isto ocorre normalmente ao amanhecer, durante a noite e nos dias 
sem ou com baixa radiação solar), a rede irá fornecer a energia necessária para 
o perfeito funcionamento da edificação. Ao contrário, quando se tem um 
consumo elétrico baixo ou quando os módulos produzem eletricidade acima do 
que está sendo consumido pela edificação, o excesso de energia elétrica é 
injetado na rede de distribuição da concessionária. 
A demonstração do descrito acima se encontra na figura a seguir, sendo 
que no período de 18h às 5h (noite e amanhecer), em que não se tem radiação 
solar, o consumidor irá utilizar a energia da concessionária. No outro período, a 
residência irá consumir a energia fotovoltaica que necessita e o restante da 
energia produzida será vendida à concessionária. 
 
Curva de carga de uma residência (em vermelho), contrastada com a curva 
de produção de um sistema fotovoltaico com 700 Wp instalados (em verde) 
 
Nota-se que, dependendo do tamanho do sistema fotovoltaico, do tipo de 
conexão à rede e dos hábitos de consumo do morador da residência, ele pode 
deixar de pagar energia para a concessionária e passará a receber desta. 
 
 
 
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Nas instalações comerciais, de qualquer porte, há ainda uma vantagem 
adicional que é a coincidência de produção e consumo de energia elétrica. Isto 
significa que no período que mais se consome eletricidade é justamente o 
período que os módulos fotovoltaicos estão produzindo energia elétrica.Com 
isso, dependendo do tamanho da instalação, o consumo via concessionária 
poderá ser reduzido significativamente, conforme mostrado na figura a seguir. 
 
Curva de carga de prédio comercial com o consumo de energia (azul traço fino), 
energia fotovoltaica (em vermelho) e energia comprada da concessionária (azul traço grosso) 
 
O traço azul fino retrata o consumo de energia elétrica de um dia típico do 
local. A linha vermelha demonstra a energia elétrica produzida pelo gerador 
fotovoltaico instalado da edificação. A linha grossa azul mostra a energia que foi 
comprada da concessionária, ou seja, a diferença entre o consumo de um dia 
típico e o que foi gerado pelos módulos fotovoltaicos. 
Nota-se, conforme demonstrado acima, o caráter complementar da 
produção fotovoltaica e o consumo elétrico da edificação. Em caso de aumento 
da potência do sistema instalado, a dependência da concessionária diminuirá. 
 
 
 
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Por sua natureza intermitente, sistemas fotovoltaicos tradicionalmente 
não são considerados como fontes despacháveis de energia e a eles são 
atribuídos normalmente fatores de capacidade (FC) baixos. No entanto, um 
gerador fotovoltaico de porte apropriado e localizado em um ponto estratégico 
do sistema de distribuição pode trazer uma série de benefícios que vão além da 
quantidade de energia que são capazes de produzir. 
Existem estudos (Barker et al., 1997; Hoff et al., 1992, Perez et al., 1993) 
demonstrando que, sob condições favoráveis, especialmente em centros 
urbanos quando a demanda é devida a cargas de ar-condicionado em horários 
comerciais, a geração fotovoltaica coincide com o pico de demanda e pode assim 
contribuir efetivamente com o fator de capacidade localizado do alimentador em 
questão. 
Nessas regiões, o maior consumo ocorre no verão no período entre 
09:00h e 17:00h, exatamente o período de maior geração solar. Comparando 
curvas de consumo e geração solar, pode-se conhecer a “capacidade” que uma 
planta FV tem de gerar energia quando é necessária. Sendo assim, uma planta 
FV pode ser vista não apenas como uma fonte geradora de energia, mas 
também, e principalmente, como uma planta que aumenta a capacidade da rede 
elétrica local. 
 
 
 
 
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Representação da diminuição do pico de demanda com a geração FV 
 
Na figura anterior, a curva superior representa a curva de um alimentador 
com pico de demanda durante o dia, a curva intermediária representa a nova 
curva de demanda a ser suprida pela geração convencional caso seja 
complementada pela geração solar e a curva inferior descreve a geração 
fotovoltaica num dia limpo, ou seja, de máxima geração solar. 
Os primeiros SFCR´s instalados no Brasil 
No Brasil os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica necessitam 
de incentivos e investimentos para, efetivamente, integrarem a matriz energética 
nacional. 
Os primeiros sistemas, a maioria foram implementados por universidades 
e centros de pesquisa com o intuito acadêmico de pesquisa e desenvolvimento. 
A seguir, são detalhados alguns desses projetos de sistemas fotovoltaicos 
conectados à rede elétrica em território brasileiro. 
Sistema LABSOLAR/UFSC 
O sistema do LABSOLAR constitui a primeira instalação solar fotovoltaica 
integrada a uma edificação urbana e interligada à rede elétrica pública no Brasil. 
Localizado no bloco A do Departamento de Engenharia Mecânica da 
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, o sistema está em operação 
ininterrupta desde setembro de 1997. 
Atualmente, o sistema fotovoltaico encontra-se em expansão. O Projeto 
de Expansão do Laboratório Fotovoltaica/UFSC da Universidade Federal de 
http://fotovoltaica.ufsc.br/sistemas/fotov/
 
 
 
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Santa Catarina foi contemplado pela Chamada Pública PROCEL Edifica – NZEB 
Brasil da Eletrobras no âmbito do Programa Nacional de Conservação de 
Energia Elétrica – PROCEL e irá receber recursos de R$ 1 milhão para sua 
construção. 
Sistema IHE/USP 
Este sistema fotovoltaico foi instalado no LSF (Laboratório de Sistemas 
Fotovoltaicos) do Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE da Universidade de 
São Paulo - USP e conectado à rede elétrica de baixa tensão. O gerador 
fotovoltaico corresponde a cobertura do estacionamento do IEE, em frente ao 
LSF. 
Sistema grupo FAE-UFPE (Restaurante Lampião -PE) 
Localizado no município de Piranhas - AL, às margens do rio São 
Francisco, com financiamento do Ministério de Minas e Energia, o sistema 
assessorado pelo grupo FAE atende ao Restaurante Lampião. 
Alguns dados de janeiro fornecidos pelos equipamentos de 
monitoramento demonstraram que a energia gerada pelo sistema foi suficiente 
para atender a demanda do restaurante (basicamente com iluminação) e ainda 
houve injeção de energia elétrica na rede. Foram produzidos 568 kWh, enquanto 
o consumo do estabelecimento foi de 483 kWh. 
 
 
 
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Sistema CEMIG (Laboratório de Sementes) 
Dos primeiros sistemas fotovoltaicos, a CEMIG (Companhia Energética 
de Minas Gerais) por meio de projetos de P&D implantou quatro sistemas 
conectados à rede elétrica. 
O primeiro deles foi instalado no Laboratório de Sementes Nativas - LSN, 
em Belo Horizonte MG, no ano de 2004. Este sistema é composto por módulos 
de silício monocristalino. 
Sistema Eficiência Máxima Energia 
A empresa Eficiência Máxima Consultoria instalou, em 2010, um sistema 
fotovoltaico residencial em um condomínio no município de Brumadinho-MG, os 
módulos fotovoltaicos foram instalados em uma estrutura metálica no telhado da 
residência incorporado a arquitetura da edificação. 
Na época, o sistema gerou, em média, 386 kWh, conforme os dados de 
monitoramento. 
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS SISTEMAS 
FOTOVOLTAICOS 
Existem duas principais categorias de sistemas fotovoltaicos: os sistemas 
isolados, ou não conectados à rede elétrica, e os sistemas conectados à rede 
elétrica. A escolha dos componentes que serão integrados aos módulos 
dependerá em qual categoria os sistemas são enquadrados. A diferença 
fundamental entre esses dois tipos de configuração é a existência ou não de um 
 
 
 
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sistema acumulador de energia, ou seja, as baterias. Neste trabalho, portanto, 
apenas os sistemas conectados à rede elétrica serão objeto de consideração. 
Sistemas fotovoltaicos domésticos isolados ou 
autônomos 
Os sistemas domésticos isolados são aqueles sistemas que fornecem 
eletricidade às residências e que, como o próprio nome já diz, não estão 
conectados à rede de distribuição de eletricidade da concessionária local. No 
Brasil, estes sistemas atendem às comunidades isoladas, fornecendo 
eletricidade, na maior parte dos casos, para iluminação, refrigeração e outras 
cargas baixas de energia. 
Sistemas autônomos (puros) 
Um sistema fotovoltaico puro é aquele que não possui outra forma de 
geração de eletricidade. Devido ao fato de o sistema só gerar eletricidade nas 
horas de sol, os sistemas autônomos são dotados de acumuladores que 
armazenam a energia para os períodos sem sol, o que acontece todas as noites, 
e também nos períodos chuvosos ou nublados. Os acumuladores são 
dimensionados de acordo à autonomia que o sistema deve ter, e essa varia de 
acordo às condições climatológicas da localidade onde será implantado o 
sistema fotovoltaico. 
Um sistema fotovoltaico residencial autônomo, geralmente, possui os 
seguintes componentes: 
 
 
 
 
 
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Componentes de um sistema fotovoltaico autônomo 
 
1 – Painel fotovoltaico; 
2 – Controlador de carga/ Descarga das baterias; 
3 – Banco de baterias; 
4 – Inversor autônomo, para cargas em CA; 
5 – Cargas CC ou CA. 
Sistemas autônomos sem armazenamento 
São sistemas que funcionamsomente durante as horas de sol. Temos 
como exemplo os sistemas de bombeamento de água. As características das 
bombas são calculadas levando em consideração a necessidade água e o 
potencial Solar da localidade. O painel fotovoltaico é dimensionado para fornecer 
 
 
 
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potencial para a bomba. Apesar de, geralmente, não utilizarem sistemas de 
armazenamento elétrico, o armazenamento energético é feito na forma de água 
no reservatório. 
Sistemas fotovoltaicos domésticos não isolados 
Os sistemas fotovoltaicos não domésticos isolados foram as primeiras 
aplicações comerciais para sistemas terrestres. Esses sistemas fornecem 
energia para uma ampla escala de aplicações, tais como em telecomunicação, 
refrigeração de medicamentos e vacinas em postos de saúde, bombeamento de 
água e outros. 
Sistemas fotovoltaicos distribuídos conectados à rede 
Os sistemas fotovoltaicos distribuídos conectados à rede são instalados 
para fornecer energia ao consumidor, que pode usar a energia da rede elétrica 
convencional para complementar a quantidade de energia demandada, caso 
haja algum aumento do consumo de energia em sua residência ou 
estabelecimento comercial. O consumidor pode também vender a energia 
gerada pelo sistema para a distribuidora, caso use menos energia do que a 
gerada pelo sistema. 
Sistemas fotovoltaicos centralizado conectados à rede 
Os sistemas centralizados conectados à rede executam a função de 
estações centralizadas de energia. A fonte de alimentação por tal sistema não é 
associada com um cliente particular da eletricidade. Estes sistemas são 
 
 
 
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tipicamente instalados em terrenos ou campos e funcionam normalmente a certa 
distância do ponto de consumo. 
Sistemas fotovoltaicos conectados à rede 
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede apresentam duas 
configurações distintas: os sistemas fotovoltaicos distribuídos e os sistemas 
fotovoltaicos centralizados. 
A figura a seguir apresenta um esquema simplificado da configuração de 
um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Os dois principais 
equipamentos pertencentes ao sistema são o gerador fotovoltaico e o inversor 
conectado à rede elétrica que converte a energia elétrica gerada em CC pelos 
painéis para CA, adequada à conexão na rede de distribuição de energia. 
Um sistema fotovoltaico conectado à rede, geralmente, possui os 
seguintes componentes: 
 
 
Diagrama esquemático de sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica 
 
 
 
 
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Componentes de um sistema fotovoltaico on-grid, 
 
1 – Painel fotovoltaico; 
2 – Caixa de 
Junção do painel 
fotovoltaico; 
3 - Cabeamento 
4 – Inversor Grid-Tie; 
5 – Medidor(es) de energia; 
Os sistemas fotovoltaicos distribuídos podem ser instalados de forma 
integrada a uma edificação, no telhado ou na fachada de um prédio e, portanto, 
junto ao ponto de consumo, conforme mostra a figura a seguir. 
 
 
 
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Exemplo de um sistema fotovoltaico distribuído conectado à rede elétrica 
Já os sistemas fotovoltaicos centralizados, como em uma usina central 
geradora convencional, normalmente se localizam a certa distância do ponto de 
consumo, conforme a seguinte figura. Neste caso, existe, como na geração 
centralizada convencional, a necessidade dos complexos sistemas de 
transmissão e distribuição (T&D) tradicionais. 
 
Exemplo de um sistema fotovoltaico centralizado conectado à rede 
elétrica 
 
No caso dos sistemas distribuídos, algumas vantagens deste tipo de 
instalação podem ser destacadas, a saber: não requerem área extra e podem, 
portanto, serem utilizados no meio urbano, próximo ao ponto de consumo, o que 
leva a eliminar perdas por T&D da energia elétrica, como ocorre com usinas 
 
 
 
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geradoras centralizadas, além de não requererem instalações de infraestrutura 
adicionais. Os módulos fotovoltaicos podem ser também considerados como um 
material de revestimento arquitetônico no caso de instalações em prédios e 
casas, reduzindo os custos e dando à edificação uma aparência estética 
inovadora. 
HORAS DE SOL PICO 
A Radiação solar varia durante o dia e tem sua maior intensidade ao 
meio-dia-solar. 
A partir do momento em que o sol aparece no horizonte até o ocaso, a 
radiação solar vai do mínimo ao máximo (ao meio-dia-solar), e de volta ao 
mínimo. As nuvens influenciam a irradiação direta, fazendo com que mesmo ao 
meio-dia-solar possamos captar menos energia que no começo da manhã ou 
final da tarde. 
Se colocarmos em um gráfico a variação da irradiação em um dia 
médio, podemos observar as horas do dia em que a irradiação é próxima ou 
igual a 1000 W/m². 
 
Gráico das Horas de Sol Pico 
 
 
 
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Esse valor é de extrema importância para o cálculo de sistemas 
fotovoltaicos, pois é nessas horas que um painel fotovoltaico estará gerando o seu 
máximo durante o dia. As horas de sol pico estão compreendidas entre duas a três 
horas antes e depois do meio-dia-solar. O meio-dia-solar acontece quando os 
raios de sol estão se projetando na direção Norte-Sul, no meridiano local. Como 
o meio dia solar varia ao longo do ano, na maioria das vezes será diferente do 
meio dia no horário civil. 
CARACTERÍSTICAS DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 
Cada tipo de módulo, de acordo com a tecnologia utilizada na célula, tem 
suas características particulares. Apresentaremos aqui, as características dos 
módulos de silício cristalizado, pois são os mais utilizados atualmente. 
Os módulos são classificados no mercado de acordo à sua potência-pico 
(Wp), e ao ipo de célula. Mas para um técnico ou projetista, existem outras 
características a serem consideradas. 
Características físicas e mecânicas 
Os módulos fotovoltaicos comerciais têm forma quadrada ou retangular. A 
espessura, sem a moldura, não costuma ultrapassar 4 cm. Não são muito 
pesados e, apesar da aparência rígida, suportam ligeiras deformações, 
adaptando-se a esforços mecânicos. 
 
 
 
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Corte transversal de um módulo fotovoltaico 
 
As caixas de conexão possuem o isolamento necessário para a conexão 
dos cabos e a outros módulos. Além disso, os módulos têm um ponto de 
aterramento, para os casos em que as conexões entre módulos cheguem a 
tensões maiores. 
As dimensões e o peso dos módulos variam de acordo ao fabricante e à 
potência-pico, mas seguem padrões gerais seguidos por todos. Módulos para 
sistemas on-grid costumam vir de fábrica com os conectores especiais para 
conexão rápida. Os mais comuns são os modelos MC3 e MC4, desenvolvidos 
pela empresa Multi-contact, mas que são fabricados por diversos outros 
fabricantes no mesmo padrão. 
 
 
 
 
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Conectores MC3 e MC4 
 
Nem todos os modelos de módulos fotovoltaicos vêm com conectores. Os 
modelos de menor potência geralmente não os têm. Mesmo módulos de maior 
potência, mas com foco em sistemas fotovoltaicos isolados, também não 
costuma ter os conectores. Possuem apenas a caixa de conexão. 
Características elétricas 
Tensão de Máxima Potência (Vmpp): é a tensão máxima que o módulo 
gerará, em seu ponto de máxima potência, sob as condições padrão de teste 
(STC) 
Tensão em Circuito Aberto (Voc): tensão máxima que o modulo fornece 
em seus terminais, sem a presença de uma carga (em vazio). É uma tensão de 
teste. Podemos medi-la com um multímetro. 
Corrente em Máxima Potência (Imp): corrente máxima que um módulo 
fotovoltaico pode fornecer a uma carga, em condições padrão de teste. 
Corrente de Curto Circuito (Isc): corrente máxima que o módulo 
fotovoltaico fornece, quando seus terminais estão em curto circuito, sob as 
condições padrão de teste. Diferente das baterias e outrasfontes de energia, 
podemos medir a corrente em curto circuito de um módulo fotovoltaico. A 
corrente em curto circuito, geralmente é 5% superior à corrente máxima. 
Potência Máxima: a corrente elétrica gerada por um módulo varia de zero 
ao Isc, enquanto a tensão entre os terminais varia de zero até o Voc sob 
diferentes condições de radiação solar e temperatura. Como a potência é o 
produto da tensão pela corrente, essa só será a máxima para uma única 
combinação 
 
 
 
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de tensão e corrente. Um módulo fotovoltaico estará fornecendo a máxima 
potência, quando o circuito externo possuir uma resistência tal, que determine 
os valores máximos de tensão e corrente e, portanto o seu produto será o 
máximo. Existem aparelhos que conseguem alcançar o ponto de máxima 
potência (MPP Maximum Power Point) em diversas condições de radiação solar 
e temperatura. São os Seguidores do Ponto de Máxima Potência (MPP Trackers). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERENCIAS 
FRAUNHOFER. New Record Efficiency for Tandem Solar Cell Technology. 
Disponível em:< https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/press-
releases/2020/new-record-efficiency-for-tandem-solar-cell-technology.html >. 
Acesso em: 15 ago.2020. 
 
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https://www.portalsolar.com.br/tipos-de-painel-solar-fotovoltaico.html >. Acesso 
em: 17 ago.2020. 
 
BLUE SOL. Sistema fotovoltaico conectado à rede. Disponível em: < 
https://blog.bluesol.com.br/sistema-fotovoltaico-conectado-a-rede-on-grid/ >. 
Acesso em: 19 ago.2020. 
 
ORLANDO LISITA JÚNIOR. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede: 
Estudo de caso – 3 Kwp instalados no estacionamento do IEE-USP. 2005. 
Programa Interunidades de pós-graduação em energia – Curso Engenharia 
Elétrica, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, 2008. 
 
CARLOS FERNANDO CÂMARA. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede 
elétrica. 2011. Monografia – Título de especialista em Formas Alternativas de 
Energia, Universidade Federal de Lavras, Minas Gerais, 2011. 
 
https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/press-releases/2020/new-record-efficiency-for-tandem-solar-cell-technology.html
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GILBERTO DE MARTINO JANNUZZI. Sistemas fotovoltaicos conectados à 
rede Elétrica no Brasil. 2009. Relatório final – International Energy Initiative, 
Campinas, São Paulo,2009.