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TCC para Cursos Tcnicos

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

Carga Horria: 100 horas


Ttulo:
Estudo de Viabilidade da Energia Fotovoltaica em Residncias.
Problema
Levando em considerao o atual contexto energtico mundial, percebemos um dficit de gerao
de energia. A populao vem aumentando em ritmo acelerado e o poder de aquisio das pessoas tambm
est aumentando, o que resulta em um consumo mais elevado de energia. Vrias medidas esto sendo
criadas pelos pases para suprir este consumo. S no pensado na preservao ambiental e na produo
de energia limpa.
Pensando nisso, ser desenvolvido um projeto sobre uma fonte de energia limpa inesgotvel, sem
impactos ambientais e gratuitos: a energia solar utilizada para gerao de eletricidade.
Villalva, (2012, p. 13), no que diz respeito energia solar, comenta que:
A energia solar fotovoltaica tem uma caracterstica que no se encontra em nenhuma outra: ela
pode ser usada em qualquer local, gerando eletricidade no prprio ponto de consumo, sem a
necessidade de levar a eletricidade para outro lugar atravs de linhas de transmisso ou redes de
distribuio. Alem disso, diferentemente de outras fontes de energia, ela pode ser empregada em
praticamente todo o territrio nacional, em reas rurais e urbanas.

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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29/07/2011

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

Esclarecer a eficincia e os benefcios do uso da Energia Solar fotovoltaica;

Dimensionar equipamentos de um sistema residencial eltrico solar;

Demonstrar como uma fonte de energia limpa, abundante, renovvel importante;

Analisar como o uso da energia solar favorvel, da mesma forma, que seu custo benefcio.

Embasamento terico para a resposta.


1.1 Introduo
O que seria de ns sem a eletricidade? A eletricidade est presente em todos os setores da
sociedade moderna. Ela necessria para movimentar a economia dos pases. E est presente no nosso
trabalho, em relaes internacionais. As nossas prprias vidas, moradia, alimentao, sade, transporte,
em fim tudo o que fizemos est de um meio ou outro interligado com a eletricidade.

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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.

Com o crescimento da produo industrial, cresceram tambm as cidades, a populao tambm


cresceu rapidamente e estas pessoas, este crescimento das cidades e das indstrias levaram ao aumento
significativo do uso da eletricidade.
A eletricidade comeou a ser utilizada por volta do sculo XIX. Em 1880 foi produzida a primeira
lmpada. Logo aps isso foram desenvolvidos os motores eltricos, e a partir da a demanda mundial por
eletricidade cresceu rapidamente, e hoje a energia eltrica um bem bsico para a integrao do ser
humano ao desenvolvimento tecnolgico.
Mas como o consumo da energia eltrica cresceu muito e, continua crescendo, viemos enfrentando
problemas com o fornecimento adequado desta energia que chega at nossas casas, pelas concessionrias.
Pequenos apages, poluio excessiva do meio ambiente, por meio da emisso de gases txicos e o uso
desenfreado dos recursos no renovveis, oscilaes de tenso, controlar o consumo nos horrios de pico,
aumento do preo do Kilowatt por hora gasto, aumento acelerado da demanda por energia eltrica, a
necessidade de diminuir a dependncia de combustveis fsseis, so alguns dos problemas enfrentados
por todos ns hoje em dia.
Para a economia de qualquer regio se desenvolver necessrio que se tenha uma fonte de energia
garantida e de custo aceitvel. Nas nossas casas a disponibilidade da energia em todas as horas a
garantia de uma boa qualidade de vida.
Visando sanar os problemas enfrentados por ns hoje, viemos por meio deste trabalho apresentar o
uso de uma energia limpa, inesgotvel sem impactos ambientais, porm pouca difundida e usada na nossa
regio e no mundo: a energia solar para gerar eletricidade, tambm conhecida por energia fotovoltaica.

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Fotografia 01: Luz solar.


Fonte: Geonova.

O autor Lopez (2012, p.24) pontua que:


A uma distncia de 150 milhes de quilmetros e 33 000 vezes maior que a Terra, o Sol possui um
dimetro de 1,48 milhes de quilmetros e temperaturas que atingem 56000 C na superfcie e 15
000.0000 C no ncleo. uma imensa massa de atividade nuclear continua.

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.

1.2 - Histrico do uso da energia solar


A energia proveniente do sol est disponvel para toda a humanidade desde os primrdios da nossa
vida na terra, porm nunca foi aproveitada de uma forma eficiente.
Um agente impulsionador do uso da energia solar fotovoltaica foi a corrida espacial. As placas
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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.

Na medida em que vo surgindo normas regulamentadoras, e em que os sistemas fotovoltaicos


vo sendo difundidos em todas as regies do Brasil, as pessoas de um modo geral vo tomando
conhecimento das inmeras vantagens destes sistemas. Com isso, a procura por estes sistemas ser cada
vez maior e assim a contribuio da energia fotovoltaica ser significante para a matriz energtica
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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.

1.3 - A radiao solar


A energia do Sol transmitida para o nosso planeta atravs do espao na forma de radiao
eletromagntica. Essa radiao constituda de ondas eletromagnticas que possuem frequncias e
comprimentos de onda diferentes.
A energia que uma onda pode transmitir est associada a sua frequncia. Quanto maior a
frequncia, maior a energia transmitida. O comprimento da onda magntica inversamente proporcional
a frequncia. Quanto maior a frequncia da onda, menor o seu comprimento.
A radiao solar sofre diversas alteraes quando atravessa a atmosfera terrestre. As
caractersticas da radiao solar que chega ao solo dependem da espessura da camada de ar (massa de ar)
e da composio da atmosfera, incluindo o ar e os elementos suspensos, como vapor de gua e a poeira.
A espessura da camada de ar atravessada pelos raios solares depende do comprimento do trajeto
at o solo. Esse trajeto depende do ngulo de inclinao do Sol com relao linha do znite, ou ngulo
zenital do Sol.
Segundo Villalva (2012, p. 42):
O znite uma linha imaginaria perpendicular ao solo. O ngulo zenital do Sol zero quando ele
se encontra exatamente acima do observador. A espessura da massa de ar atravessada pelos raios
solares na atmosfera depende do ngulo zenital do Sol.

Fotografia 02: Linha do znite.


Fonte: Energia solar.
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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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Fotografia 03: Piranometro.


Fonte: INMET/CPTEC.

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.

Fotografia 04: Pireliometro


Fonte: Estao.

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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Fotografia 05: Movimento de rotao e translao.


Fonte: Os planetas.

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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Figura 06: Insolao media diria no Brasil.


Fonte: ATLAS Solarimtrico do Brasil.

Para o uso pratico na analise e no dimensionamento de instalaes fotovoltaicas podemos recorrer


a mapas de insolao e a ferramentas que fornecem imediatamente as informaes desejadas sobre a
radiao solar de uma determinada localidade.
Em se tratando de insolao solar Villalva (2012, p. 48), nos aponta que:
Uma ferramenta til para a obteno de informaes sobre a insolao de uma determinada
localidade a calculadora solar, disponibilizada gratuitamente no web site
www.calculadorasolar.com.br. Com essa ferramenta possvel obter o valor da energia recebida
do Sol por metro quadrado em qualquer lugar do Brasil, bastando informar a localizao
geogrfica desejada. A calculadora fornece um grfico com os valores mensais de energia e a
media anual. Esses valores so teis para o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos, [...].

Um outro mtodo de se informar sobre a insolao de um determinado local recorrendo a um


mapa que mostra o valor da energia por metro quadrado recebida do Sol diariamente em diversas regies
do Brasil.
A insolao no mesmo local diferente a cada dia do ano. Essa variao resultado da influencia
dos diferentes nveis de radiao solar nas estaes do ano, da ocorrncia de chuvas e da presena de mais
ou menos nuvens no cu em determinadas pocas do ano.

1.4 - Normas e regulamentao


No Brasil os estudos sobre a energia fotovoltaica so de datas recentes. Devido a isso, as normas e
regulamentaes comearam a surgir a pouco tempo, mas algumas j foram criadas e aprovadas.
Discusses e debates acerca da energia fotovoltaica ocorrem em universidades e em diversos fruns por
todo o Brasil. A importncia de se ter uma norma que regulamentarize este sistema que elas trazem
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esclarecimentos para os consumidores, fabricantes de equipamentos, instaladores e concessionrias de


energia eltrica.
Sobre normas e regulamentaes Villalva (2012, p. 36), nos aponta que:
Ao longo do ano de 2011, houve muitos avanos no setor de energia solar fotovoltaica no Brasil,
especialmente com os resultados das discusses geradas pelo Grupo Setorial de Energia
Fotovoltaica da Associao Brasileira da Indstria Eltrica e Eletrnica (ABINEE) e pela
comisso de estudos CE-03:082.01 do Comit Brasileiro de Eletricidade, Eletrnica, Iluminao e
Telecomunicaes (COBEI), responsvel pela elaborao da norma para a conexo de inversores
fotovoltaicos a rede eltrica. Esses dois fruns de discusso reuniram representantes de empresas e
universidades com o objetivo de prover a energia fotovoltaica, propor mecanismos e discutir
regras para a insero dessa fonte renovvel de energia na matriz brasileira.

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

consumo ou para a exportando a energia excedente para a rede.


De acordo com Villalva (2012, p. 37):
Em maro de 2012, com os resultados de discusses tcnicas ocorridas na comisso CE-03:083.01
do COBEI, foi publicada a norma tcnica ABNT NBR IEC 621 16:2012 sobre o procedimento de
ensaio de antiilhamento para inversores fotovoltaicos conectados a rede eltrica.
Em meados de 2012, iniciaram-se as primeiras discusses da comisso CE-03:064.01 do COBEI
sobre os procedimentos para a conexo dos sistemas fotovoltaicos a rede eltrica, tratando dos
sistemas de proteo, da especificao dos elementos eltricos e outros aspectos relacionados a
insero desses sistemas nas redes de distribuio de baixa tenso, em complementao a norma
NBR 5410 para sistemas eltricos.

1.5 - Princpio de funcionamento


Os sistemas de gerao distribuda baseados na energia solar fotovoltaica podem ser instalados em
qualquer local onde haja incidncia de luz. Praticamente todo o territrio brasileiro pode utilizar esse tipo
de gerao de energia eltrica. Alm de poderem constituir usinas de gerao, competindo com as
tradicionais fontes de energia, os sistemas fotovoltaicos, podem ser facilmente instalados nas cidades e
nos grandes centros urbanos. De um modo geral o uso de microusinas fotovoltaicas em todas as
residncias e prdios comerciais pode aumentar a oferta de energia eltrica para sustentar o crescimento
da demanda, principalmente para o uso industrial, pois os sistemas fotovoltaicos vo gerar eletricidade
durante o dia, justamente no perodo em que o consumo nas residncias menor e as indstrias
demandam mais energia.

1.6 - Tipos de clulas fotovoltaicas


O silcio empregado na fabricao de clulas fotovoltaicas extrado do mineral quartzo. O Brasil
um dos principais produtores mundiais desse minrio, mas a purificao do silcio no feita em nosso
Pas, assim como a fabricao de clulas, o que acaba deixando o produto final, que no caso so as placas
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fotovoltaicas, com um preo mais elevado.


Atualmente as clulas fotovoltaicas produzidas em larga escala e disponveis comercialmente so
constitudas de silcio monocristalino, policristalino ou amorfo. Existem diversos outros tipos de
tecnologias e materiais e recentemente tm surgido pesquisas sobre as chamadas clulas fotovoltaicas
orgnicas, que utilizam polmeros e outros tipos de materiais combinados no lugar dos semicondutores,
mas essa tecnologia ainda no alcanou e eficincia de converso muito elevada nem a confiabilidade
necessria para a produo comercial.
D-se o nome para as clulas fotovoltaicas conforme o seu mtodo de fabricao e em funo dos
materiais que a compe.
Silcio monocristalino: Estas clulas obtm-se a partir de barras cilndricas de silcio
monocristalino produzidas em fornos especiais. As clulas so obtidas por corte das barras em forma de
pastilhas finas (0,4-0,5 mm de espessura). A sua eficincia na converso de luz solar em eletricidade
superior a 12%. So blocos de silcio ultrapuro que so aquecidos em altas temperaturas e submetidos a
um processo de formao de cristal. O produto resultante desse processo o lingote de silcio
monocristalino.
Silcio policristalino: Estas clulas so produzidas a partir de blocos de silcio obtidos por fuso
de silcio puro em moldes especiais. Uma vez nos moldes, o silcio arrefece lentamente e solidifica-se.
Neste processo, os tomos no se organizam num nico cristal. Forma-se uma estrutura policristalina com
superfcies de separao entre os cristais. Sua eficincia na converso de luz solar em eletricidade
ligeiramente menor do que nas de silcio monocristalino (aproximadamente 12%).
Filmes finos ou silcio amorfo: Uma vantagem dos filmes finos o melhor aproveitamento da luz
solar para baixos nveis de radiao e para radiaes do tipo difusas. Alm disso, a diminuio da
produo de energia com o aumento da temperatura menor do que a verificada com outras tecnologias,
portanto os mdulos de filmes finos so mais adequados para locais com temperaturas elevadas.
Dentro deste enfoque, Villalva (2012, p. 72), ressalta que:
Os mdulos de filmes finos sofrem degradao de maneira mais elevada do que os cristalinos. Em
algumas instalaes fotovoltaicas tem-se observado a degradao muito acentuada quando os
mdulos no so apropriadamente aterrados, o que pode ser um aspecto muito inconveniente para
essa tecnologia.

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%.

1.7 - Componentes dos sistemas fotovoltaicos conectados rede eltrica


Os principais componentes de um sistema fotovoltaico conectado a rede eltrica so os mdulos
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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.

Placas fotovoltaicas funcionamento


Os termos mdulos, placa ou painel tm o mesmo significado e so usados indistintamente na
literatura para descrever um conjunto empacotado de clulas fotovoltaicas disponvel comercialmente.
A placa fotovoltaica tem pelo menos duas camadas de material semicondutor, uma camada
positivamente carregada enquanto a outra negativa, o que forma uma juno eletrnica, por meio de
clulas. . Se a clula for conectada a dois eletrodos haver tenso eltrica sobre eles. Se houver um
caminho eltrico entre os dois eletrodos, surgira uma corrente eltrica.
Segundo Lopez, (2012, p. 28):
Quando a luz do Sol atinge o semicondutor na regio dessa juno, o campo eltrico existente
permite o estabelecimento do fluxo eletrnico, antes bloqueado, e da inicio ao fluxo de energia na
forma de corrente continua. Quanto maior a intensidade de luz, maior o fluxo de energia eltrica.

O efeito fotovoltaico, que a base do sistema de energia solar fotovoltaica, consiste da


transformao da radiao eletromagntica do Sol em energia eltrica atravs da criao de uma diferena
de potencial sobre a clula fotovoltaica.
A corrente eltrica produzida por uma clula depende da sua rea, pois a corrente eltrica depende
diretamente da quantidade de luz recebida pela clula. Quanto maior a rea, maior a captao de luz e
maior a corrente fornecida.

Fotografia 07: Efeito fotovoltaico na juno PN.


Fonte: Energia solar.

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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Fotografia 08: Constituio dos mdulos fotovoltaicos.


Fonte: Painel solar.

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.

No momento em que as duas camadas (P em N) entram em contato formam uma juno


semicondutora, ou seja, os eltrons da camada N migram para a camada P.
De acordo com Villalva (2012, p. 68):
A camada superior de material N de uma clula fotovoltaica to fina que a luz pode penetrar
neste material e descarregar sua energia sobre os eltrons, fazendo com que eles tenham energia
suficiente para vencer a barreira de potencial e movimentar-se na camada N para a camada P.

Os eltrons em movimento so coletados pelos eletrodos metlicos. Se houver um circuito


fechado, os eltrons vo circular em direo aos eletrodos da camada N, formando uma corrente eltrica.
Como uma clula sozinha produz pouca energia, o procedimento adotado a ligao de varias
clulas fotovoltaica em serie. Assim conseguem fornecer maior quantidade de energia eltrica e gerar
uma tenso maior tambm.
Conforme Villalva (2012, p. 76):
Os painis ou mdulos fotovoltaicos so formados por um agrupamento de clulas conectadas
eletricamente. Uma clula fotovoltaica consegue fornecer uma tenso eltrica de at
aproximadamente 0,6 V. para produzir mdulos com tenso de sada maiores, os fabricantes
conectam vrias clulas em srie. Tipicamente um mdulo tem 36, 54 ou 60 clulas, dependendo
de sua classe de potncia. [...].

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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.

1.8 - Mdulos fotovoltaicos caractersticas


Folha de dados: Os fabricantes de mdulos fotovoltaicos disponibilizam folhas de dados com
caractersticas eltricas, caractersticas mecnicas e outras informaes relevantes sobre os mdulos.
Identificao e informaes gerais: As informaes gerais so relativas a estrutura e os materiais
empregados na fabricao, quantidade de clulas existentes, dados sobre a resistncia mecnica, as
dimenses do mdulo (espessura, largura e altura), o peso do mdulo, tipo de material que recobre o
mdulo e o tipo de conector disponvel para as conexes eltricas.
Caractersticas eltricas em STC: no que diz respeito s caractersticas dos mdulos
fotovoltaicos, Villalva (2012, p. 83), nos esclarece que:
A sigla STC (Standard Test Conditions) refere-se s condies padronizadas de teste do mdulo.
Todos os fabricantes de mdulos fotovoltaicos realizam testes nas mesmas condies, que so
padronizadas por organismos internacionais de certificao. Assim possvel comparar mdulos
de diversos fabricantes de acordo os mesmos critrios.

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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De acordo com Villalva, (2012, p. 84):


Evidentemente no existe nenhuma utilidade em fazer um curto-circuito no mdulo fotovoltaico.
A informao da corrente de curto-circuito til para auxiliara no dimensionamento dos sistemas
fotovoltaicos e na especificao dos equipamentos e acessrios ligados ao mdulo, pois indica a
mxima corrente que o mdulo pode fornecer quando recebe 1000 W/m2 de radiao solar. O valor
da corrente de curto-circuito a corrente mxima, em qualquer hiptese, que o mdulo vai
fornecer nessa condio.

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

Villalva (2012, p. 85):


No Brasil os mdulos fotovoltaicos so avaliados e certificados pelo INMETRO (Instituto
Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) atravs de seus laboratrios credenciados. Aps
os testes recebem um selo do Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica (PROCEL),
o qual atesta a classe de eficincia do mdulo.

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.

1.9 - Conjuntos ou arranjos fotovoltaicos


Os sistemas fotovoltaicos podem empregar um grande nmero de mdulos conectados em srie ou
em paralelo para produzir a quantidade de energia eltrica desejada. De acordo com Villalva um
agrupamento de mdulos denominado arranjo ou conjunto fotovoltaico. Na literatura de lngua inglesa
encontra-se o termo array para definir um conjunto de mdulos.
Conexo de mdulos em srie: Quando os mdulos so conectados em srie, a tenso de sada
do conjunto corresponde soma da tenso fornecida por cada um dos mdulos. A corrente que circula
pelo conjunto a mesma em todos os mdulos.
Conexo de mdulos em paralelo: Quando os mdulos so conectados em paralelo, a tenso de
sada do conjunto a mesma tenso fornecida para um mdulo individual. Por outro lado, a corrente
fornecida pelo conjunto a soma das correntes dos mdulos de conjunto.
Conexo de mdulos em srie e paralelo: Para conseguir alcanar a corrente e a tenso
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suficientes para suprir a demanda de energia de uma residncia, so conectados os mdulos


primeiramente em srie e depois em paralelo. Com isso a tenso de sada e a corrente de sada fornecida
pelo conjunto so somadas.
Sombreamento de mdulos fotovoltaicos: Como na ligao dos mdulos fotovoltaicos temos a
ligao em srie, ou seja, umas dependem das outras para gerar energia, o efeito da sombra sobre os
painis ocasiona uma diminuio drstica da gerao de energia. A localizao dos mdulos fotovoltaicos
deve ser cuidadosamente escolhida para que no ocorram sombras sobre sua superfcie.
De acordo com Villalva (2012, p. 92):
Para minimizar o efeito do sombreamento nos mdulos fotovoltaicos, os fabricantes adicionam
diodos de bypass (ou de passagem) ligados em paralelo com as clulas. O ideal seria existir um
diodo para cada clula do mdulo, mas isso teria um custo muito alto e tornaria difcil a fabricao
dos mdulos. Os fabricantes usam um diodo para um grupo com um certo nmero de clulas, [...].

1.10 - Conexes eltricas


Caixa de juno: Os mdulos fotovoltaicos comerciais apresentam uma caixa de conexo,
geralmente denominada caixa de juno, em sua parte traseira.A caixa de juno recebe os terminais das
conexes eltricas das clulas fotovoltaicas e aloja os diodos de bypass do mdulo. Na parte externa, os
cabos eltricos de conexo do mdulo so conectados caixa de juno atravs de dois conectores
externos, [...]. Conforme Villalva (2012, p. 94) as caixas de conexo dos mdulos fotovoltaicos
comerciais normalmente so seladas e resinadas e o usurio no tem acesso ao seu contedo.
Cabos eltricos: Os cabos que acompanham os mdulos de fabrica tm comprimentos adequados
para que os mdulos possam ser colocados lado a lado e conectados em srie pra formar strings em
conjuntos fotovoltaicos.
Com relao s conexes eltricas nos sistemas fotovoltaicos, Villalva (2012, p. 94) nos aborda
que:
Os sistemas fotovoltaicos geralmente trabalham com tenses de corrente continua mais elevadas
do que as tenses de corrente alternada encontrada nas instalaes eltricas convencionais,
principalmente os sistemas fotovoltaicos conectados a rede eltrica.
Alm disso, nas instalaes fotovoltaicas os cabos normalmente ficam sujeitos a intempries e
radiao solar excessiva, o que exige cabos eltricos com caractersticas especficas para evitar
ressecamento e deteriorao acelerada.

Conectores: Na prtica a conexo de mdulos fotovoltaicos em srie feita com os conectores


que j so fornecidos com os mdulos, bastando conectar o terminal positivo de um mdulo ao terminal
negativo do outro. As conexes em paralelo so feitas com conectores auxiliares ou com caixas de string
(string boxes).

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1.11 - Orientao dos mdulos fotovoltaicos


Para quem faz a instalao de mdulos fotovoltaicos de extrema importncia algum
conhecimento sobre a incidncia dos raios solares sobre o nosso planeta, pois sabendo disso, o instalador
saber a inclinao correta dos mdulos e fazendo com isso que estes captem da melhor maneira possvel
os raios solares.
Os raios solares so ondas eletromagnticas paralelas entre si que chegam a Terra em linha regra.
Ao cruzar a atmosfera terrestre, os raios sofrem o efeito da difuso e so desviados e refletidos em todas
as direes, mas a maior parte deles, que corresponde radiao direta continua sua trajetria em linha
reta.
Para conseguir um melhor aproveitamento da radiao solar incidente, os mdulos devero estar
inclinados em relao ao plano horizontal num ngulo que variar conforme a latitude da instalao. O
recomendado, segundo Solar Terra, so os seguintes ngulos:
Latitude

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.

1.12 - Escolha do ngulo de inclinao do mdulo solar


Devido existncia do ngulo de declinao solar, o Sol nasce e se pe em diferentes pontos do
cu e descreve uma trajetria com inclinao diferente em cada dia do ano. Conforme Villalva (2012, p.
55) a declinao solar o ngulo dos raios solares com relao ao plano do Equador, esse ngulo
consequncia da inclinao do eixo de rotao da Terra.
As instalaes fotovoltaicas, em sua maioria, possuem um ngulo fixo de inclinao. A escolha
incorreta da inclinao reduz a captao dos raios solares e compromete a produo de energia eltrica do
mdulo fotovoltaico. Ao que se deve dar ateno em especial que ao instalar um mdulo fotovoltaico
necessrio priorizar uma produo mdia anual de energia.
No existe um consenso geral sobre o melhor mtodo de escolher o ngulo de inclinao para a
instalao de um mdulo solar. possvel determinar para uma latitude geogrfica um ngulo de
inclinao que possibilite uma boa produo mdia de energia ao longo do ano.
As variveis que afetam a captao de energia nos mdulos solares so a inclinao do eixo de
rotao da Terra, o ngulo da altura solar, o ngulo de inclinao dos mdulos e o ngulo azimutal do Sol.
De acordo com Villalva (2012, p. 60), existem duas regras bsicas para fazer a instalao correta
de um painel solar:
Regra 1: sempre que possvel, orientar o modulo com sua face voltada para o norte geogrfico,
pois isso minimiza a produo mdia diria de energia.
Regra 2: ajustar o ngulo de inclinao correto do mdulo com relao ao solo para otimizar a
produo de energia ao longo do ano. Para isso, deve-se escolher o ngulo de inclinao correto,
em funo do ngulo da latitude geogrfica da localidade onde o sistema instalado.

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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1.13 - Tipos de sistemas fotovoltaicos


Ao tratarmos de energia solar fotovoltaica devemos levar em considerao que existem dois tipos
de sistemas que podemos termos instalados em nossas residncias: os sistemas conectados a rede,
denominados GRID TIE e os sistemas onde a energia gerada armazenada em baterias, chamado de OFF
GRID.

1.14 - Sistemas OFF GRID (sistema autnomo)


Neste sistema a energia provinda dos mdulos fotovoltaicos armazenada em um banco de
baterias. Esse sistema mais utilizado em lugares mais remotos, onde no se tem energia de uma
concessionria, que no o caso da nossa regio. No Brasil este sistema esta sendo largamente utilizado
nas Regies Norte e Nordeste, para bombeamento de gua e tambm para gerar eletricidade para as
residncias. Muitos lugares do Brasil no so atendidos por rede eltrica. Nesses locais um sistema
fotovoltaico autnomo pode ser empregado para substituir geradores movidos a diesel, com a vantagem
de reduo de rudos e poluio.
Sistemas autnomos encontram aplicaes na iluminao pblica, na sinalizao de estradas, na
alimentao de sistemas de telecomunicaes e no carregamento das baterias de veculos eltricos. Podem
ser usados para fornecer eletricidade para veculos terrestres e nuticos e para um nmero infinito de
aplicaes, desde pequenos aparelhos eletrnicos portteis at sistemas aeroespaciais.
Um sistema fotovoltaico autnomo geralmente composto de uma placa ou um conjunto de
placas fotovoltaicas, um controlador de carga, uma bateria e, conforme a aplicao, um inversor de tenso
continua para tenso alternada.

Fotografia 09: Sistema fotovoltaico autnomo.


Fonte: Energia solar.

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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.

1.15 - Sistemas GRID TIE (sistema conectado a rede eltrica)


Esse sistema conectado a rede eltrica e a sobra da energia gerada pelas placas solares
distribuda para a rede eltrica.

Fotografia 10: sistema Grid Tie.


Fonte: HLX TECH.

Neste sentido, a Revista Eletricidade Moderna (2010, p. 23), pontua que:


Conectado a rede eltrica, esse sistema padro utilizado mundialmente alimenta toda a rede da
instalao, com eficincia 30% superior aos sistemas com baterias. A operao, simplificada em
um nico equipamento, confere maior confiabilidade ao sistema.
A gerao ocorre diretamente no ponto de consumo, como apoio ao sistema convencional,
diminuindo investimentos em transmisso e distribuio, alm da reduo de impactos ambientais.

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.

1.16 - Clculo da energia produzida pelos mdulos fotovoltaicos


No dimensionamento de sistemas fotovoltaicos muito importante saber determinar quanta
energia produzida diariamente por um mdulo fotovoltaico.
Segundo Villalva (2012, p. 191):
Para construir um conjunto fotovoltaico, em geral se dimensiona primeiramente o nmero de
mdulos que sero conectados em srie em cada strings levando em conta a tenso admissvel na
entrada CC do inversor, escolhendo o nmero de painis mximo e mnimo podem ser
empregados em srie, em seguida, de acordo coma potncia do inversor ou com a potncia
desejada no sistema, escolhe-se o nmero de strings que sero conectados em paralelo.

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.

1.17 - Exemplo de dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado rede eltrica


Ao dimensionar um sistema fotovoltaico conectado a rede, o primeiro passo determinar quanta
energia necessrio produzir para suprir a demanda da residncia. O projetista pode levar em conta o
consumo mdio mensal de eletricidade, que pode ser analisado pelo talo que a concessionria entrega
para cada consumidor. O que pode ser levado em considerao tambm o espao disponvel para a
instalao dos mdulos fotovoltaicos. Outro critrio que tambm pode ser levado em conta o limite do
investimento que o cliente pode realizar no sistema fotovoltaico.
Os valores da potencia de cada equipamento variam de fabricante para fabricante e de
equipamento para equipamento. A potencia dos equipamentos deve ser calculada a cada nova instalao
fotovoltaica para que no haja um gasto excessivo na implantao do sistema por parte do cliente e para
que este tambm tenha uma eficincia satisfatria. Alem da potencia do equipamento, deve-se levar em
conta tambm o tempo de uso deste equipamento durante o ms, ou seja, quantas horas este ficar em uso.

1.19 - Dimensionamento do numero de mdulos


Conhecendo o modelo de mdulo que ser utilizado, deve-se determinar a quantidade de energia
produzida pelo painel na localidade em que ser instalado.

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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.

1.20 - Dimensionamento dos inversores


Ao dimensionar os inversores deve-se dar ateno a tenso mxima que a entrada do inversor
suporta e o conjunto dos mdulos no podem ter uma potencia de pico superior a mxima potencia
suportada pelo inversor.

1.21 - Fatores que influenciam a gerao de energia fotovoltaica


A intensidade e a disponibilidade da energia do Sol na superfcie terrestre variam conforme o local
e a poca do ano. Os projetistas ou os instaladores dos sistemas de energia solar devem fazer um estudo
para saber a eficincia do sistema instalado e previso da radiao solar no local, nos meios utilizados
para captar essa energia e na forma de armazenamento. As placas devem ser instaladas de modo que a
incidncia solar seja a mxima possvel. A latitude do lugar determina se o Sol est ao norte ou ao sul do
cu. As inclinaes das placas iro variar conforme a latitude do local.
Segundo Lopez (2012, p. 40):
Os painis fotovoltaicos trabalham melhor quando os raios do Sol incidem perpendicularmente (90
graus) em relao as clulas fotovoltaicas. Quando as clulas esto posicionadas frente ao Sol
tanto em altitude com em azimute, o ngulo de incidncia normal.

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:

As molculas de ar, o vapor de gua e a poeira em suspenso na atmosfera que dispersam a


luz;

O oznio, o vapor de gua e o dixido de carbono da atmosfera que absorvem a luz.


[...] A distncia da Terra ao Sol, assim como a inclinao do eixo da Terra tambm afeta a
quantidade de energia solar acessvel [...].

1.22 - Energia fotovoltaica no Brasil


A quantidade de energia produzida por um sistema fotovoltaico depende da taxa de irradiao
solar do local onde instalada. As Regies Nordeste e Centro-Oeste so as que possuem o maior
potencial de aproveitamento da energia solar. Entretanto, as demais regies no ficam muito atrs e
tambm possuem considerveis taxas de irradiao solar. A Regio Sul a menos privilegiada, entretanto
ainda possui taxas de irradiao melhores do que aquelas encontradas em pases que empregam
largamente a energia solar fotovoltaica.
titulo de comparao, na Alemanha, que hoje o Pas que tem a maior produo de energia
solar fotovoltaica do mundo, com capacidade de 20 GigaWatts instalada, a irradiao solar no elevada.
De acordo com Villalva (2012, p. 35):
A melhor taxa de irradiao solar da Alemanha cerca de 3500 Wh/m2(watt hora por metro
quadrado) por dia, disponvel apenas em uma pequena parte ao sul do seu territrio. A maior parte
do territrio alemo no possui mais do que 3500 Wh/m2 dirios de irradiao solar. Para
comparao, o Brasil apresenta taxas de irradiao entre 4500 e 6000 Wh/m2.

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.

1.23 - Vantagens da utilizao da energia fotovoltaica


Quando instalado em uma regio urbana e ligado diretamente a uma rede eltrica de baixa tenso
o sistema fotovoltaico produz eletricidade a um custo muito competitivo e pode ser empregado para
reduzir a conta de eletricidade do consumidor. Os sistemas fotovoltaicos tornam-se ainda mais vantajosos
se considerarmos os impostos sobre o preo da energia eltrica de uma concessionria.
No lugar de grandes investimentos concentrados necessrios para a construo de usinas
convencionais de eletricidade, como as hidreltricas, nucleares e termeltricas, a gerao distribuda de
eletricidade com sistemas fotovoltaicos tem a possibilidade de distribuir investimentos e recursos.
Petter Ahm, (2009, p. 264-265):

Sistemas FV no provocam nenhum impacto ambiental durante a operao;

Tais sistemas constituem uma forma robusta e confivel da produo de energia, com poucos
custos de operao e vida til longa;

A energia gerada durante o dia, quando a demanda maior;

A eficincia dos sistemas FV independe da escala sistemas pequenos so to eficientes quanto


os grandes;

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;

Existem boas possibilidades de integrao dos sistemas FV ao ambiente urbano e a edifcios.


A instalao em massa de pequenos sistemas de gerao distribuda contribui para o aumento da

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.

1.24 - Desvantagens da utilizao da energia fotovoltaica

O preo de um sistema FV ainda relativamente alto e a tecnologia ainda no competitiva com


as alternativas que atualmente suprem os sistemas eltricos.

No entanto, a expectativa de que os preos caiam continuamente no futuro at alcanar a


competitividade em cerca de 10 anos.

1.25 - Medidas de proteo contra surtos em instalaes fotovoltaicas


Um dos problemas encontrados em instalaes fotovoltaicas um sistema confiante de proteo
contra surtos. As descargas atmosfricas podem gerar graves consequncias para toda a instalao (placas
e inversores). necessrio tomar medidas preventivas j durante a instalao do sistema na residncia.
Ehrler e Zahlmann, (2010, p. 106-108): Na elaborao do conceito de proteo contra descargas
atmosfricas e surtos para instalaes fotovoltaicas, deve-se priorizar a preveno contra um acoplamento
direto da descarga atmosfrica sobre a instalao.
Uma medida preventiva que esta sendo tomada a instalao de um SPDA, tambm chamado de
pra-raios, que um sistema de proteo contra descargas atmosfricas. Nas placas fotovoltaicas h uma
grande concentrao de energia. Com isso, fica mais difcil proteger as placas contra os efeitos de uma
descarga atmosfrica.
Segundo a Norma 5419, que trata de Proteo de Estruturas contra Descargas Atmosfricas,
SPDA um Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas
atmosfricas. composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteo. O sistema externo
consiste em captores, condutores de descida e o aterramento. O sistema interno formado por
dispositivos que reduzem os efeitos eltricos e magnticos da descarga atmosfrica protegendo assim os
componentes.
Os DPSs so classificados de acordo com os ensaios a que so submetidos. Com isso podem ser
da classe I, II ou III.
Ehrler e Zahlmann, (2010, p. 106-108), apontam que:
Pelo fato de uma blindagem parcial ser possvel somente nos cabos eltricos, a instalao
fotovoltaica pode ser protegido contra os efeitos da descarga atmosfrica apenas atravs de
dispositivos de proteo contra surtos (DPS). Para essa funo os DPS classe II composto por
varistores mostraram-se mais eficientes.

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.
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ARANDA EDITORA, ANO XXXVII, No422, p. 264-265. MAIO 2009
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<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.
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Neo solar energia. Disponvel em: <http://www.neosolar.com.br/>. Acesso em 01 de Nov. 2013.
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