TCC
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Formulrio
DADOS GERAIS
Nomes dos Estudantes:
Junior Rafael Barbosa e Nilton Kraemer.
Curso Tcnico:
Eletromecnica 2012 N2.
Professor Orientador:
Charles Roecker.
Incio: 29/07/2013
Trmino: 20/11/2013
Desta forma, ser abordada a sua viabilidade para a nossa regio, por meio da pergunta: vivel a
utilizao da energia solar fotovoltaica em residncias no Extremo-Oeste de Santa Catarina?
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Soluo proposta
Esperamos, com a realizao deste trabalho, esclarecer para a populao os benefcios e a
viabilidade do uso da energia solar fotovoltaica nas residncias. Pretendemos conscientizar as pessoas da
importncia do uso de uma fonte de energia eltrica limpa, renovvel e abundante, contribuindo com isso
para a preservao do meio ambiente.
Por meio de pesquisas bibliogrficas, de um estudo de caso e de uma pesquisa descritiva,
procuraremos chegar a uma concluso satisfatria para o nosso problema. Objetivamos deixar clara a
viabilidade da energia solar para gerar eletricidade na regio do extremo-oeste de Santa Catarina.
Pretendemos no decorrer deste projeto atender a estes objetivos:
Objetivo geral
Realizar estudo sobre a viabilidade do uso residencial da Energia fotovoltaica no Extremo-Oeste
de Santa Catarina para assim, avaliar se possvel tornar esta fonte de energia eficiente.
Objetivos especficos
Analisar como o uso da energia solar favorvel, da mesma forma, que seu custo benefcio.
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Palz (2002, p. 07), nos aborda sobre a importncia da utilizao da energia para nosso dia a dia e
sua relao com nosso meio:
Notemos que, em ultima analise, s h uma necessidade humana imprescindvel: a energia.
Quando comemos, suplementamos a energia qumica de que nosso corpo necessita, para dar
continuidade as suas funes vitais: quando nos vestimos, impedimos que esta energia qumica
seja desnecessariamente dissipada para a atmosfera; quando construmos em teto, procuramos
impedir que as intempries dissipem as nossas energias violentamente para a atmosfera, como os
ventos, a chuva, etc. Quando construmos veculos, enfim, qualquer meio de transportes,
aumentamos a possibilidade de empregar nossa energia em tarefas mais nobres, ao invs de
desperdi-las em movimentaes que poderiam mesmo levar o tempo d uma vida, contando
apenas com a musculatura humana. As comunicaes aumentam a capacidade de manipulao de
informao, poupando a repetio ou cancelamento de esforos. Enfim, tudo isso pode ser
reduzido a um intercambio de energias. O prprio processo de aperfeioamento da sociedade
uma questo de otimizao da gerao e utilizao da energia.
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A converso direta da energia solar em energia eltrica ocorre pelo efeito da radiao (luz solar)
sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. As clulas solares que compe as
placas fotovoltaicas so fabricadas com silcio trabalhado em varias formas. As clulas convertem os
ftons contidos na luz solar em energia eltrica. O nome fotovoltaico vem do prprio principio de
funcionamento do mesmo: foto vem de ftons (luz), voltaica vem de volts (tenso eltrica).
Segundo Villalva (2012, p.13):
Antes praticamente restrita a aplicaes em pequenos sistemas de eletrificao instalados em
localidades no atendidas pela rede de energia eltrica, a partir do ano de 2012 a energia solar
fotovoltaica passou a ser considerada seriamente como uma alternativa para nosso pas, tendo sua
insero na matriz energtica nacional garantida com a aprovao da resoluo normativa no482 da
Agencia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL), que incentiva e regulamenta a microgerao e a
minigerao de eletricidade com fontes renovveis de energia em sistemas conectados a rede
eltrica de distribuio.
Com a aprovao desta resoluo, o Brasil passa para a lista dos pases que apiam e incentivam o
uso e a autoproduao de energia fotovoltaica por todos os cidados, empresas e outros rgos que
queiram produzir a prpria eletricidade em paralelo com a rede pblica.
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fotovoltaicas eram utilizadas devido ao seu baixo custo e por serem leves. Foram muito utilizadas em
equipamentos espaciais devido tambm a sua eficincia. Os satlites que esto na rbita terrestre tambm
utilizam painis fotovoltaicos.
Dentro deste enfoque Lopez (2012, p. 85) expe descrevendo que:
A crise energtica de 1973 renovou e ampliou o interesse em aplicaes terrestres. Porm, para
tornar economicamente vivel essa forma de converso de energia, seria necessrio, naquele
momento, reduzir em at 100 vezes o custo de produo das clulas solares em relao ao daquelas
clulas usadas em exploraes espaciais.
Hoje, com as melhorias no processamento do silcio (matria prima para a confeco das placas),
com o aumento do nmero de instalaes fotovoltaicas, o custo da instalao vem barateando
gradativamente. Outro fator que devido ao aumento da demanda por energia tambm devido a
preocupao com a preservao do meio ambiente comeou a terem-se mais investimentos por parte de
rgos federais e estaduais.
Conforme Palz (2002, p. 22):
O desenvolvimento das aplicaes da energia solar no significa o comeo de um novo mundo
econmico: pelo contrario, os novos sistemas de energia primeiro devem conquistar seu lugar no
mercado global de energia, devem se tornar competitivos com o petrleo, carvo ou energia
nuclear, quer pela razo do esgotamento dos recursos naturais, da poluio trmica ou qumica do
ambiente natural, maior independncia dos fornecedores estrangeiros ou simplesmente custos
inferiores.
Para que a gerao e o uso da energia fotovoltaica ganhem importncia necessrio que haja uma
evoluo geral da situao energtica do mundo, como por exemplo, crises energticas, aumento do custo
de fontes no renovveis. necessrio tambm sucesso dos projetos que so instalados, vontade poltica e
investimentos no desenvolvimento de equipamentos e barateamento de custos para se gerar energia
fotovoltaica. A insero em larga escala de novas fontes de energia depende de regulamentaes e da
criao de normas tcnicas, alm de aes governamentais, atravs da concesso de estmulos, na forma
de subsdios ou isenes, e da criao de linhas de financiamentos para projetos de gerao de
eletricidade baseados em fontes renovveis.
Conforme Villalva, (2012, p. 19):
A explorao e a integrao de fontes alternativas de energia aos sistemas eltricos, sobretudo a
solar fotovoltaica na forma de micro e miniusinas conectadas as redes de baixa tenso, demandam
investimentos em pesquisa cientifica e tecnolgica e originam cadeias para a fabricao de
materiais e equipamentos e para o fornecimento de servios, gerando empregos locais e
segmentando os investimentos em energia, tradicionalmente concentrados na construo de usinas
de grande capacidade.
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brasileira.
De acordo com Villalva (2012, p. 34):
Um importante passo para a insero da energia fotovoltaica no pas foi o projeto estratgico
Arranjos Tcnicos e Comerciais para a Insero da Gerao Solar Fotovoltaica na Matriz
Energtica Brasileira, lanado pela ANEEL em 2011 em conjunto com empresas concessionrias
de energia eltrica de todo o Pas. O projeto tem o objetivo de promover a criao de usinas
experimentais de energia fotovoltaicas interligadas ao sistema eltrico nacional, que devero
somar quase 25 MW de potncia instalada.
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As ondas eletromagnticas vindas do Sol produzem efeitos diversos sobre os objetos e os seres
vivos. Uma pequena parte das ondas pode ser captada pelo olho humano e representa o que se chama de
luz visvel. Outra parte da radiao solar no pode ser vista pelo olho humano e sua presena pode ser
percebida de outras formas.
Chama-se de espectro da radiao solar o conjunto de todas as frequncias de ondas
eletromagnticas emitidas pelo Sol. Todo o espectro de radiao, incluindo as ondas visveis ao olho
humano e as no visveis, transportam energia que pode ser captada na forma de calor ou para a gerao
de energia eltrica.
A distribuio de energia do espectro de radiao solar depende da localizao geogrfica, da hora
do dia, do dia do ano, das condies climticas, da composio da atmosfera, da altitude e de outros
fatores. O perfil caracterstico mdio da radiao solar em uma determinada localidade varia em funo
da massa de ar e pode ser obtido experimentalmente.
O Brasil por ser um pas que est situado entre os trpicos de cncer e capricrnio, nazona tropical
do planeta, os raios solares incidem com ngulos azimutais menores e por isso ficam sujeitos a massas de
ar reduzidas.
A massa de ar definida internacionalmente pela sigla AM (que vem do ingls e significa Air
Mass) e de acordo com Villalva (2012, p. 42), pode ser calculada como:AM = 1/ cosz.Onde z o
ngulo zenital do Sol e quanto maior este ngulo, mais espessa a camada de ar, tendo com isso, maior
influencia da atmosfera sobre a radiao solar.
De acordo com Villalva (2012, p. 43):
A massa de ar AM 1,5 e sua respectiva distribuio espectral de energia tornaram-se padres para
o estudo e a analise dos sistemas fotovoltaicos, pois a tecnologia fotovoltaica surgiu e
desenvolveu-se em pases do hemisfrio norte, principalmente na Europa, sia e nos Estados
Unidos. A massa de ar AM 1,5 usada mundialmente como referencia e citada em praticamente
todos os catlogos de fabricantes de clulas e mdulos fotovoltaicos.
A radiao solar pode ser diferenciada como global, difusa ou direta. A radiao global a soma
da radiao direta e da radiao difusa. A radiao direta a luz recebida do Sol em linha reta e a
radiao difusa a luz recebida do Sol que chega at a superfcie terrestre de forma irregular, que so
resultado da difrao na atmosfera e da massa de ar.
A radiao global pode ser medida por um instrumento denominado piranmetro, que consiste em
uma redoma de vidro que recebe luz de todas as direes e a concentra em um sensor de radiao solar
instalado em seu interior.
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A radiao direta pode ser medida com um instrumento chamado pirelimetro, composto por um
sensor de radiao solar instalado dentro de um tubo com uma abertura de luz estreita, de modo que
somente a luz direta recebida do Sol em linha reta possa alcanar o sensor.
Se tratando de equipamentos que medem a radiao solar, Villalva (2012, p. 44-45), destaca que:
Medidas de radiao solar tambm podem ser realizadas com sensores baseados em clulas
fotovoltaicas de silcio. Esses sensores capturam uma faixa mais estreita do espectro solar e no
conseguem distinguir a radiao direta da difusa, mas so suficientes para a maior parte das
aplicaes fotovoltaicas. So sensores de baixo custo que permitem avaliar o desempenho dos
mdulos fotovoltaicos que fazem parte de uma instalao.
A durao dos dias e as diferentes massas de ar percorridas pelos raios solares, que dependem da
localizao geogrfica, so os principais fatores que afetam a quantidade de energia solar recebida em
cada regio do planeta.
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Para fazer a quantificao da radiao solar so faz-se uso de duas grandezas: a irradincia e a
insolao.
Irradincia: Uma grandeza empregada para quantificar a radiao solar a irradincia, chamada
tambm de irradiao, expressa na unidade de W/m2 (watt por metro quadrado). Trata-se de uma unidade
de potencia por rea. Como se sabe, a potencia uma grandeza fsica que expressa a energia transportada
durante um certo intervalo de tempo, ou a taxa de variao da energia com o tempo. Quanto maior a
potencia da radiao solar, mais energia ela transporta em um determinado intervalo de tempo.
Dentro deste enfoque, Villalva (2012, p. 45), destaca que:
A irradiao de 1000 W/m2 adotada como padro na indstria fotovoltaica para a especificao e
avaliao de clulas e mdulos fotovoltaicos. Assim como a massa de ar AM 1,5, a irradincia de
1000 W/m2 mencionada em praticamente todos os catlogos de fabricantes de dispositivos
fotovoltaicos.
A medida de irradincia em W/m2 muito til para avaliar a eficincia dos dispositivos e sistemas
fotovoltaicos. Com o valor padro de 1000 W/m2 as eficincias das clulas e mdulos
fotovoltaicos de diversos fabricantes podem ser especificadas e comparadas com base numa
condio padro de radiao solar.
Insolao: A insolao a grandeza utilizada para expressar a energia solar que incide sobre uma
determinada rea de superfcie plana ao longo de um determinado intervalo de tempo. Sua unidade o
Wh/m2 (watt-hora por metro quadrado). O watt-hora uma unidade fsica de energia e o watt-hora por
metro quadrado expressa a densidade de energia por rea.
De acordo com Villalva, (2012, p. 47) a medida de insolao em Wh/m2 muito til para fazer o
dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos, [...]. Na prtica encontramos tabelas e mapas de insolao
que fornecem valores dirios expressos em Wh/m2/dia (watt-hora por metro quadrado por dia).
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A resoluo no 482 da ANEEL estabelece que cada cidado brasileiro ou empresa pode ter no
telhado de sua casa painis fotovoltaicos para produzir a prpria eletricidade,
complementando o
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Estas clulas so obtidas por meio da deposio de camadas muito finas de silcio ou outros
materiais semicondutores sobre superfcies de vidro ou metal. Sua eficincia na converso de luz solar em
eletricidade varia entre 5% e 7%.
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fotovoltaicos, os inversores para a conexo a rede eltrica as caixas de strings, oquadro de proteo de
corrente contnua e o quadro de proteo de corrente alternada.
O painel fotovoltaico possui a grade e a base metlica inferior, onde so os terminais eltricos que
fazem a coleta da corrente eltrica produzida pela ao da luz. A base inferior uma pelcula de alumnio
ou de prata. A parte superior da clula, que recebe a luz, precisa ser translcida, portanto os contatos
eltricos so construdos na forma de uma fina grade metlica impressa na clula. Uma clula comercial
ainda possui uma camada de material antireflexivo, necessria para evitar a reflexo e aumentar a
absoro de luz pela clula.
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O silcio o material mais empregado na fabricao das clulas fotovoltaicas, apesar destas
poderem ser feitas de outros materiais tambm. Cerca de 95% de todas as clulas fotovoltaicas fabricadas
no mundo so de silcio, pois um material muito abundante e barato. Um semicondutor um material
que no pode ser classificado como condutor eltrico nem como isolante. No caso das clulas solares a
composio feita pela juno de duas camadas de material semicondutor. Uma camada denominada
do tipo P, enquanto a outra denominada do tipo N.
Conforme Villalva (2012, p. 66), no que diz respeito a juno das camadas P e N:
O material N possui um excedente de eltrons e o material P apresenta falta de eltrons. Devido
diferena de concentrao de eltrons nas duas camadas de materiais, os eltrons da camada N
fluem para a camada P e criam um campo eltrico de uma zona de depleo, tambm chamada de
barreira de potencial, no interior da estrutura da clula.
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O que vem ocorrendo nos ltimos anos o interesse por fontes de energia limpa e isso tem
motivado e tambm impulsionado a pesquisa e o desenvolvimento de clulas e equipamentos para
sistemas fotovoltaicos com uma eficincia maior e com um custo menor.
As clulas solares convertem a energia solar em Corrente Contnua-CC. Como a energia utilizada
em nossas residncias em Corrente Alternada-CA, ao instalarmos um sistema fotovoltaico necessrio
tambm um conversor CC/CA.
Um mdulo fotovoltaico no se comporta como uma fonte eltrica convencional, pois a tenso de
sada no constante nos seus terminais. A tenso eltrica depende da sua corrente e vice-versa.
A condio padro de teste (STC) considera irradincia solar de 1000 W/m2 e a temperatura de
25oC da clula solar. Esta condio produzida em laboratrio, dentro de uma cmara climtica que
possui um sistema preciso de controle e medio de iluminao e de temperatura.
Tenso de circuito aberto (VOC): Conforme Villalva (2012,p. 83) em outras palavras, VOC a
tenso medida por um voltmetro quando no existe nada ligado ao mdulo ou quando no existe corrente
eltrica circulando pelo mdulo, [...].
A informao sobre a tenso de circuito aberto importante para o dimensionamento de um
sistema fotovoltaico, pois o projeto de um sistema deve respeitar as tenses mximas dos inversores,
baterias, controladores de carga e outros componentes que so ligados aos mdulos fotovoltaicos.
Corrente de curto-circuito (ISC): A corrente de curto-circuito do mdulo fotovoltaico,
simbolizada como ISC (SC = Short Circuit), medida em ampres (A), a corrente eltrica que o mdulo
consegue fornecer quando seus terminais esto em curto-circuito.
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Eficincia do mdulo (
)
Critrios de teste padronizados so empregados pelos organismos de certificao nacionais e
internacionais para a avaliao dos mdulos antes de serem lanados no mercado.
De acordo com
Alguns fabricantes mencionam em suas folhas de dados a eficincia do mdulo. Mesmo quando
essa informao no est explcita, possvel identificar a eficincia do mdulo a partir das suas
caractersticas.
Segundo Villalva (2012, p. 85) a eficincia de converso de um mdulo fotovoltaico pode ser
calculada com a seguinte expresso:P = PMX/ AP x 1000, em que PMX a potncia mxima ou de pico
do mdulo (W) e AP a rea do mdulo (m2)calculada a partir das dimenses fornecidas na folha de
dados. Na frmula apresentada o nmero 1000 corresponde taxa de radiao solar padronizada de 1000
W/m2 em STC.
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ngulo de Inclinao
0 a 4 graus
10 graus
5 a 20 graus
Latitude + 5 graus
21 a 45 graus
Latitude + 10 graus
46 a 65 graus
Latitude + 15 graus
66 a 75 graus
80 graus
Tabela 01: latitude correta para a instalao dos painis fotovoltaicos.
Fonte: Solar Terra.
Em cada ponto do planeta a radiao direta incide no solo com uma inclinao diferente. Essa
inclinao varia ao longo dos dias e meses do ano, de acordo com a posio da Terra e do Sol no espao.
A radiao difusa no pode ser captada de uma maneira eficiente pelos painis fotovoltaicos. Ao
instalar os painis deve-se coloc-los de modo que estes consigam captar ao mximo a radiao direta do
Sol, melhorando assim o aproveitamento da radiao global.
A instalao correta de um mdulo solar fotovoltaico deve levar em conta o movimento dirio do
Sol. Um mdulo instalado com sua face voltada para o Leste far o aproveitamento da energia apenas
pela parte da manh, e para o Oeste o aproveitamento ser apenas pela parte da tarde.
De acordo com Villalva (2012, p. 51):
A melhor maneira de instalar um mdulo solar fixo, sem um sistema de rastreamento solar,
orient-lo com sua face voltada para o Norte geogrfico. Essa orientao melhora o
aproveitamento da luz solar ao longo do dia, pois durante todo o tempo o mdulo tem raios solares
incidindo sobre sua superfcie.
Para saber onde fica o Norte, pode ser utilizado uma bssola, porm a agulha da bussola sempre
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fica alinhada com o sentido das linhas do campo magntico da Terra. Essas linhas distribuem-se pelo
globo terrestre de maneira irregular, de modo que nem sempre a agulha aponte para o Norte geogrfico.
Para descobrir a direo do Norte geogrfico podemos utilizar uma tabela ou um mapa com ngulos de
correo. Em cada regio do Brasil necessrio subtrair um ngulo de correo do ngulo encontrado na
leitura da bussola.
Hoje j existem alguns sistemas com rastreamento automtico da posio do Sol. Nestes sistemas
o mdulo acompanha o movimento do Sol durante o dia de Leste Oeste e tambm acompanha a altura
solar. Estes sistemas so chamados de sistemas com rastreamento e melhoram a captao de energia dos
mdulos solares, mas apesar de serem mais eficientes, tem um custo elevado devido aos dispositivos
eletrnicos empregados.
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Em aplicaes que requerem baterias deve ser empregado um controlador de carga, que um
carregador de bateria especifico para aplicaes fotovoltaicas. O controlador de carga usado para
regular a carga da bateria e prolongar sua vida til, protegendo-a de sobrecargas ou descargas excessivas.
Alguns modelos de controladores ainda tm a funo de maximizar a produo de energia do painel
fotovoltaico atravs do recurso denominado MPPT (Maximum Power Point Tracking rastreamento do
ponto de mxima potncia).
Villalva (2012, p. 103), ao tratar dos sistemas off grid, nos pontua que:
O inversor pode alimentar lmpadas, aparelhos eletrodomsticos, computadores e qualquer tipo de
equipamento que normalmente alimentado pelas redes residenciais de tenso alternada.
Aparelhos que utilizam tenso e corrente continua podem ser ligados diretamente ao controlador
de carga, sem a necessidade de inversor.
Os inversores recebem a energia em corrente continua, que provem dos mdulos solares, e a
transformam em corrente alternada. Quando a gerao de energia provinda das placas solares superior
ao consumo dos equipamentos eltricos utilizados nas residncias, a sobra desta energia vai para a rede da
concessionria. Se a energia gerada pelos mdulos fotovoltaicos inferior ao consumo, o que ocorre
geralmente a noite, o sistema alimentado pela energia da concessionria.
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Para o controle e medio dos quilowatts consumidos pela residncia necessrio um medidor
que marque a energia que cedida para a rede da concessionria e o que foi utilizada da rede da
concessionria.
A Aneel (Agencia Nacional de Energia Eltrica) imps regras destinadas a reduzir barreiras para
instalao de gerao distribuda de pequeno porte, que incluem a microgerao, com at 100 KW de
potncia, e a minigerao, de 100 KW a 1 MW. A norma cria um sistema denominado Compensao de
Energia, que permite ao consumidor instalar pequenos geradores em sua unidade consumidora e trocar
energia com a distribuidora local.
Para conectar o seu sistema fotovoltaico a rede eltrica, o consumidor deve atender as exigncias
da concessionria, adequando a instalao eltrica de sua residncia com as normas e acrescentando os
sistemas de proteo que forem exigidos, alm de observar se os equipamentos utilizados (inversores,
dispositivos de proteo e mdulos fotovoltaicos) atendem as certificaes nacionais e internacionais
vigentes.
De acordo com Villalva (2012, p. 156):
O consumidor que possui um sistema de gerao fotovoltaica registrado na concessionria de
energia recebe todo ms uma conta de eletricidade em que vo constar duas medidas: a energia
consumida e a energia gerada. O consumidor paga somente a diferena e verifica mensalmente a
economia proporcionada pelo sistema fotovoltaico conectado a rede eltrica.
Com este sistema instalado em casa necessrio um medidor especial para a controlar a
quantidade de energia usada da concessionria e a quantidade de energia gerada pelos painis
fotovoltaicos. Dentre as principais vantagens deste sistema esto a economia dos investimentos em
transmisso, reduo das perdas nas redes e melhoria da qualidade do servio de energia eltrica.
A seguir so apresentados dois mtodos muito simples que podem ser empregados no sistema
fotovoltaico. Para realizar o calculo necessrio conhecer as condies de insolao do local e as
caractersticas do mdulo utilizado.
Mtodo da insolao: Esse mtodo pode ser empregado no clculo da energia produzida pelo
mdulo fotovoltaico quando se tem informao sobre a energia do Sol disponvel diariamente no local da
instalao. O valor da insolao diria para uma regio geogrfica pode ser encontrada em mapas
solarimtricos ou obtida atravs de uma ferramenta computacional como a calculadora solar
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(www.calculadorasolar.com.br).
Sobre o mtodo da insolao Villalva (2012, p. 135-136), nos aborda que:
Os dados de insolao disponveis nos mapas solarimtricos referem-se a uma mdia de insolao
anual. Em outras palavras, o valor fornecido pelos mapas a soma das insolaes de cada dia do
ano dividida pelo nmero de dias, ou seja, 365. Se, por exemplo, obtm-se no mapa o valor de
5000 Wh/m2/dia para certa localidade, isso significa que na mdia diariamente o Sol fornece
energia de 5000 Wh para cada metro quadrado de rea daquele lugar. Entretanto, nos meses de
vero esse numero ser maior e nos meses de inverno a energia ser bem menor.
O dimensionamento de um sistema fotovoltaico com base na insolao mdia anual pode levar a
falha do sistema por falta de energia nos meses de inverno e excesso de energia nos meses de vero. O
excesso de energia torna o sistema excessivamente caro, mas tecnicamente no h nenhum problema
nisso. A questo principal como dimensionar o sistema correto para atender a demanda de energia
eltrica em todos os dias do ano. Neste caso deve-se utilizar para o clculo o valor da insolao referente
ao pior ms do ano para garantir o abastecimento de energia eltrica nos meses de menor insolao.
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No que diz respeito ao dimensionamento do numero de mdulos, Villalva (2012, p.214), comenta
que:
Como os sistemas conectados a rede sempre dispe de um sistema de MPPT, o mtodo adequado
aquele baseado na insolao diria, ou seja, no valor do quilowatt-hora por metro quadrado dirio
(kWh/m2/dia) disponvel em uma determinada localidade. Conhecendo a rea do mdulo e a sua
eficincia, calcula-se com facilidade a energia eltrica por ele produzida diariamente. Para saber a
produo mensal, basta multiplicar por trinta o valor dirio obtido.
Uma vez calculada a energia produzida por um modulo e conhecendo o valor da energia que se
deseja produzir diariamente ou mensalmente, de acordo com os critrios empregados pelo
projetista, determina-se a quantidade de mdulos necessrios no sistema fotovoltaico:
NP= Esistema/Emdulo
Sendo:
NP = nmero de mdulos da instalao fotovoltaica;
Esistema = energia produzida pelo sistema (kWh) no intervalo de tempo considerado;
Emdulo = energia produzida por um mdulo (kWh) no mesmo intervalo de tempo.
Conforme Lopez (2012, p.22) ao que diz respeito aos desvios da luz solar:
Algumas das variaes so previsveis: a variao diurna, que funo do movimento de rotao
da Terra em torno do seu eixo; a variao sazonal, que funo da inclinao do eixo da terra; e a
variao anual, que funo da orbita elptica da Terra em torno do Sol. Outras variaes
significativas so previsveis por estatsticas, tal como a incidncia media da radiao solar por um
perodo de tempo. Nesse caso, existem os efeitos da formao de nuvens, poluio atmosfrica, p
e nevoeiros
A quantidade de energia incidente sobre uma superfcie plana de um metro quadrado, no perodo
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de um dia, em torno de 0,2 kWh/m2. Isso no muito quando comparado com a intensidade de outras
fontes conhecidas de energia. Por exemplo, uma lmpada incandescente de 100 W possui uma
intensidade de 12 kWh/m2 e um forno eltrico de 500 W, intensidade de 25 kWh/m2.
Lopez (2012, p. 38-39) nos pontua que:
A radiao solar recebida na superfcie da Terra esta submetida a variaes causadas pela
atenuao atmosfrica. As causas primrias desse fenmeno so:
O Brasil conhecido mundialmente por ser um produtor de energia renovvel provinda em sua
maioria de fontes renovveis, a tendncia que isso no perdure por muito tempo, pois com as mudanas
climticas que vem ocorrendo atualmente, quanto mais diversificada for a matriz energtica do Pas,
maior vai ser o seu crescimento e por conta disso mais auto suficiente energeticamente este vai ser.
Atualmente a participao da energia fotovoltaica na matriz energtica brasileira praticamente
desprezvel. Apesar do enorme potencial de utilizao, grande parte da nossa populao ainda desconhece
essa tecnologia. Um dos motivos que ainda acarretam a no evoluo dos sistemas fotovoltaicos no
Brasil, em nvel de criao de usinas, o seu elevado custo. O que se torna mais atraente financeiramente
a instalao de mini e microusinas, que so as instaladas nas residncias apenas para o auto consumo,
principalmente na zona urbana, onde o custo da energia eltrica muito elevado devido a incidncia dos
impostos e dos custos de transmisso e distribuio no preo final da energia eltrica pago pelo
consumidor.
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No que diz respeito aos empecilhos do pouco uso da energia fotovoltaica no Brasil, Villalva
(2012, p. 36), aponta que:
A presena de um enorme potencial hidreltrico ainda no explorado no Pais tambm um fator
negativo para a insero da energia fotovoltaica em nossa matriz energtica. A existncia desse
potencial torna menos atraente o investimento em outras fontes de energia. Entretanto, quando se
levam em conta as dificuldades para construir usinas hidreltricas, relacionadas aos licenciamentos
ambientais e ao enfrentamento da opinio publica acerca dos impactos causados pela construo
de barragens, outras fontes de energia, incluindo a fotovoltaica, tornam-se mais vantajosas.
Tais sistemas constituem uma forma robusta e confivel da produo de energia, com poucos
custos de operao e vida til longa;
Um sistema FV constitudo por mdulos solares individuais e seu tamanho pode ser expandido
para a casa dos MW ou GW como blocos de construo, mas mdulos solares podem ser
adicionados at se criar um sistema teoricamente sem limite de tamanho;
Sistema FV so facilmente adaptveis rede eltrica, tanto como gerao distribuda quanto
central;
disponibilidade de eletricidade no Pas, ajudando a poupar gua nos reservatrios das hidreltricas nos
perodos de seca. Alm disso, os sistemas de gerao distribuda reduzem a necessidade de construir
usinas baseadas em fontes no renovveis.
Alm de proporcionar bem-estar e qualidade de vida com a introduo de fontes limpas de
energia, a gerao distribuda descentraliza a produo de energia, produzindo eletricidade perto do local
de consumo e permitindo aliviar as linhas de transmisso e os sistemas de distribuio.
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Uma outra vantagem de um sistema fotovoltaico que no precisa ser realizada manutenes
peridicas.
A instalao de um DPS varia de residncia para residncia, e uma medida que deve ser tomada
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ainda na fase de dimensionamento dos componentes, pois dependem da rea ocupada pela instalao,
respeitando uma distancia de segurana.
Ehrler e Zahlmann, (2010, p.110)
[...] Com SPDA externo, para plena eficincia da proteo, os DPS devem ser instalados nos lados
CA e CC do inversor da instalao fotovoltaica. Os DPS instalados no quadro geral de distribuio
complementam estas medidas.
O dimensionamento da proteo contra surtos no circuito do gerador fotovoltaico exige, tanto do
fabricante do DPS como do projetista/instalador, um conhecimento tcnico detalhado dos
parmetros em circuitos fotovoltaicos.
Devem ser instalados DPSs especficos no sistema fotovoltaico. Antes do inversor, onde a energia
est em corrente continua, deve-se instalar um DPS especfico para corrente continua. Na sada do
inversor onde a corrente alternada deve se ter instalado um DPS para corrente alternada.
Ao instalar sistemas de proteo contra surtos em instalaes fotovoltaicas, necessrio equilibrar
sua viabilidade tcnica e econmica, pois a instalao vai encarecer mais o sistema, mas ao mesmo tempo
uma garantia da durabilidade dos componentes utilizados e tambm para as residncias em geral.
Nos DPSs h dois componentes internos, o que podem ser o centelhador a gas ou o varistor. Estes
dispositivos apresentam uma resistncia eltrica muito elevada em condies normais. Acima de um
determinado valor do aumento de tenso, que o que ocorre quando acontece uma descarga atmosfrica,
os dispositivos mudam do estado de alta resistncia para o estado de baixa resistncia, deixando a
corrente eltrica passar e descarregar para o aterramento da instalao.
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Concluso
Desenvolvido o referido projeto com o tema Energia Solar Fotovoltaica, percebemos que este,
por mesmo que seja pouco utilizado na nossa regio, indispensvel ter conhecimento e realizar estudos
sobre esta nova fonte de energia utilizada atravs da luz solar, visto que a energia fotovoltaica um
mercado promissor para um futuro prximo, pois em pases nos quais a radiao solar menor que no
Brasil, esta fonte de energia j faz parte significativa de sua matriz energtica.
Por meio da nossa pesquisa realizada, chegamos a concluso que a energia fotovoltaica vivel
para a nossa regio. O que falta uma melhor divulgao das vantagens e possibilidades desta fonte ser
implantada em nossas residncias. O que se percebe que faltam investimentos por parte do governo
brasileiro no setor fotovoltaico, pois matria prima para a fabricao dos mdulos fotovoltaicos, que o
silcio, tem em abundncia. O insumo principal, que o Sol, tambm somos privilegiados. Abordamos
um pouco sobre o Brasil para poder esclarecer que a energia fotovoltaica no pouco divulgada apenas
na nossa regio. Em todo o territrio brasileiro h poucos sistemas fotovoltaicos instalados.
Como j descrito anteriormente, para um sistema fotovoltaico ser eficiente, necessrio que o
local onde sero instaladas as placas tenha uma boa irradiancia solar e uma boa insolao solar. Na nossa
regio a insolao por metro quadrado, em mdia por ano, fica em torno de 6 kWh/m2. A irradincia que
outro fator fundamental para a eficcia de um sistema fotovoltaico, na nossa regio, em mdia por ano,
fica em torno de 5.57 5.62 kW/h/m2 .
Com estes dados conclumos que luz solar temos o suficiente para termos um sistema fotovoltaico
instalado em nossas residncias aqui no extremo oeste catarinense. Sistema que se for dimensionado e
instalado corretamente ser muito eficiente, capaz de suprir a demanda de energia de qualquer residncia
da nossa regio, sem que o custo do sistema seja muito alto.
Segundo a fabricante de equipamentos Neosolar, tomando como exemplo uma residncia que
consome aproximadamente 300 kW ao ms de energia eltrica da concessionria e que o proprietrio
deseje instalar um sistema fotovoltaico, ele ter uma garantia do sistema de aproximadamente 25 anos,
que tambm a garantia oferecida pelos fabricantes dos componentes para os sistemas fotovoltaicos. O
investimento fica em torno de R$ 10 000,00. Com isso, este produtor de energia fotovoltaica ter um
retorno do investimento em cerca de 7 anos, pois tendo como base o custo do kW/h R$ 0,40, ele gastar
na faixa de R$ 120,00 por ms, o que ao ano d R$ 1440,00.
No extremo oeste de Santa Catarina temos uma disponibilidade solar mdia mensal de 22 dias. As
placas solares no precisam ter a luz do Sol para gerar eletricidade. As placas podem ter potencias que
ficam entre 20W/h 250W/h. No exemplo citado acima, foi usado placas com potencia de 235 W/h. Para
suprir a demanda da residncia exemplificada acima, foi necessrio instalar 7 placas da marca Yingli.
Estas placas geram, com a insolao mdia de 6 kWh/m2, cerca de 200 Watts por hora. Com as 7 placas
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instadas no sistema, durante o dia h uma sobra de energia produzida. Esta energia gerada que
excedente, lanada na rede da concessionria. Como a gerao de energia das placas durante a noite
menor, a residncia utilizar a energia da concessionria, estabelecendo assim o sistema de compensao
de energia.
Baseando-se em dados descritos no decorrer deste trabalho, podemos afirmar que para uma
instalao correta dos painis fotovoltaicos, aqui no extremo oeste, eles devem estar voltados com sua
face voltada para o Norte geogrfico. A inclinao dos mdulos deve ser de aproximadamente 36 graus
de latitude, ao Norte.
Os sistemas fotovoltaicos podem ser ligados diretamente a rede ou um sistema autnomo, que
com armazenamento em baterias. O sistema autnomo utilizado em lugares remotos, o que no e o caso
do extremo oeste catarinense. Devido a isso, abordamos mais a fundo o sistema conectado a rede,
denominado Grid Tie. Podemos ter aqui no extremo oeste de Santa Catarina um sistema fotovoltaico
instalado no telhado de nossas residncias conectado com a rede da concessionria, compartilhando a
energia no modo de compensao.
Um fator que num futuro prximo impulsionar o uso dos sistemas fotovoltaicos no extremo oeste
catarinense que o poder de aquisio da populao em geral vem crescendo em ritmo acelerado. As
residncias esto ficando cada vez mais repletas de equipamentos eletrnicos e com isso cresce tambm a
demanda por energia eltrica.
Portanto, com o desenvolvimento desta pesquisa conclumos que energia solar temos em
abundancia e o suficiente para nos tornarmos produtores desta nova fonte de energia e sermos produtores
da nossa prpria eletricidade, contribuindo assim com o meio ambiente e reduzindo os gastos com energia
eltrica.
Para a realizao deste trabalho, seguimos o seguinte cronograma:
Descrio das Etapas
Data
Ago
Escolha do tema
Set
Out
Nov
Pesquisa bibliogrfica
Descrio do TCC
Reviso final
Concluso
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Dez
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Referncias
AHM, Peter. Energia solar para gerao eltrica e aquecimento: situao atual e perspectivas.
Eletricidade Moderna: Os avanos e as tendncias da tecnologia eletroeletrnica.
ARANDA EDITORA, ANO XXXVII, No422, p. 264-265. MAIO 2009
ATLAS Solarmtrico do Brasil. Disponvel em:
<http://www.fazendatamandua.com.br/arquivos/atlas.pdf>. Acesso em 16 de Nov. de 2013.
EHRLER, Jehns; Peter Zahlmann. Medidas de proteo contra surtos em instalaes fotovoltaicas.
Eletricidade Moderna. Os avanos e as tendncias da tecnologia eletroeletrnica. ARANDA EDITORA,
ANO 38, No 430, p. 106-113, Jan. 2010.
LOPEZ, Ricardo Aldab. Energia solar para produo de eletricidade. SP: editora Artliber, 2012.
PALZ, Wolfgang. Energia Solar e fontes alternativas. Editora: Hemus. 2002.
UNITRON. Energia solar fotovoltaica: sistemas conectados a rede (Grid Tie). Eletricidade Moderna. Os
avanos e as tendncias da tecnologia eletroeletrnica. ARANDA EDITORA, ANO 38, No 430, p. 23,
Jan. 2010.
VILLALVA, Marcelo Gradella; GAZZOLI, Jonas Rafael. Energia solar fotovoltaica. SP: editora rica,
2012.
(El Financiero, Negocios, p. 27. / Esther Arzate / EXPOKNEWS. Crece aprovechamiento de luz solar
en Mxico. Disponvel em: <http://geonova.wordpress.com/2011/11/10/crece-aprovechamiento-de-luzsolar-en-mexico/> acesso em 16 de nov. 2013
Estao de Caic. Disponvel em: <http://sonda.ccst.inpe.br/fotos/CAI/2002/caico_20.html>. Acesso em
16 de nov. 2013.
Instrumentos climatolgicos Disponvel em:
<http://seraquerolaumclima.blogspot.com.br/2011/11/instrumentos-climatologicos.html>. Acesso em 16
de nov. 2013.
Os planetas. Disponvel em:
<http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Universo/sistemasolar2.php>.Acesso em 16 de Nov. de 2013.
MONTEIRO, Maurici Amantino. Disponvel em:
<ttps://www.google.com.br/search?q=dura%C3%A7ao+dos+dias&source=lnms&sa=X&ei=dduHUtv4N
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MSIkQfCkYDQCA&ved=0CAYQ_AUoAA&biw=1024&bih=605&dpr=1#q=insola%C3%A7ao+no+oe
ste+catarinense>. Acesso em: 16 de Nov. de 2013.
SILVA, Deivid F. Disponvel em: <http://cienciadaterra.blogspot.com.br/2009/03/coordenadasgeograficas.html>. Acesso em 02 de Nov. de 2013.
Disponvel em: <http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/271/202/>. Acesso em 02 de
Nov. de 2013.
Neo solar energia. Disponvel em: <http://www.neosolar.com.br/>. Acesso em 01 de Nov. 2013.
Energia solar fotovoltaica. Disponvel em http: <//mbecovilas.files.wordpress.com/2011/06/energia-solarfotovoltaica.pdf>. Acesso em: 03 de Out. 2013.
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Assinatura do
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