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AUREO RODRIGO RIBEIRO NERES
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA:
AS VANTAGENS E DESVANTAGENS
São Luís
2019
AUREO RODRIGO RIBEIRO NERES
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA:
AS VANTAGENS E DESVANTAGENS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de São Luís, como requisito parcial para a obtenção do título de graduação em Engenharia Elétrica.
Orientadora: Prof.Caio Vivan
São Luís
2019
AUREO RODRIGO RIBEIRO NERES
A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: AS VANTAGENS E
DESVANTAGENS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras de São Luís, como requisito parcial para a obtenção do título de graduação em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(ª). Titulação Nome do Professor(a)
São Luís,00dede 2019.
NERES, AureoRodrigo Ribeiro. A energia solar fotovoltaica: as vantagens e
desvantagens. 2019. 34f. Graduation in ElectricalEngineering - Pitágoras College, São Luís, 2019.
RESUMO
Muito se tem falado acerca de energia solar renovável, tendo em vista que estamos passando pela era da sustentabilidade. A energia solar fotovoltaica pode ser obtida através da conversão da radiação solar em eletricidade que utiliza materiais semicodutores como intermediários, cujo fenômeno é conhecido como efeito fotovoltaico. Nos últimos anos, o uso da energia solar como geração de energia elétrica tornou-se uma condição mais favorável, principalmente para alimentar o consumo de indústrias, casas e edifícios que possuíam problemas para alimentar seu consumo direto. É nesse ambiente que a energia fotovoltaica se apresenta como sustentável e renovável. Mediante esse contexto nasce uma problemática a ser analisada: Qual a importância da energia fotovoltaica para a matriz energética nacional?O objetivo geral deste trabalho é identificar a importância do uso de energia por radiação solar fotovoltaico para provimento de eletricidade. Já os objetivos específicos são: estudar energia solar fotovoltaica; descrever os painéis fotovoltaicos e por fim descrever o sistema de geração de energia fotovoltaica e suas vantagens e desvantagens.O trabalho foi elaborado por meio da metodologia de estudo bibliográfico e teórico que abordam todas as questões sobre a geração de energia elétrica utilizando as células fotovoltaicas. Como conclusão, apresentamos as vantagens e desvantagens desse tipo de energia. Palavras-chave: Energia Solar; Energia Elétrica; Célula Fotovoltaica; Sistema Solar Fotovoltaico; Efeito Fotovoltaico.
NERES, Aureo Rodrigo Ribeiro. A energia solar fotovoltaica: as vantagens e
desvantagens. 2019. 34f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Faculdade Pitágoras, São Luís, 2019.
ABSTRACT
Much has been said about renewable solar energy, given that we are going through the era of sustainability. Photovoltaic solar energy can be obtained by converting solar radiation into electricity that uses semiconductor materials as intermediates, whose phenomenon is known as photovoltaic effect. In recent years, the use of solar energy as electricity generation has become a more favorable condition, mainly to feed the consumption of industries, houses and buildings that had problems to feed their direct consumption. It is in this environment that photovoltaic energy presents itself as sustainable and renewable. Through this context, a problem to be analyzed arises: What is the importance of photovoltaic energy to the national energy matrix? The general objective of this work is to identify the importance of the use of energy by photovoltaic solar radiation to provide electricity. The specific objectives are: to study photovoltaic solar energy; describe the photovoltaic panels and finally describe the photovoltaic power generation system and its advantages and disadvantages. The work was elaborated through a methodology of bibliographic and theoretical study that address all the questions about the generation of electric energy using the photovoltaic cells. In conclusion, we present the advantages and disadvantages of this type of energy. Keywords: Solar energy; Electricity; Photovoltaic cell; Photovoltaic Solar System;
Photovoltaic Effect.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Exemplo de Energia Solar Fotovoltaica ..................................................... 9
Figura 2 – Exemplo de Energia Solar Fotovoltaica ................................................... 10
Figura 3 – Sistema de geração fotovoltaico residencial ............................................ 14
Figura 4 – Estrutura de participação das fontes de energia no Brasil ...................... 15
Figura 5– Energia solar fotovoltaica ......................................................................... 22
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CdTe Telureto de cádmio
CuInGaSe2 Disseleneto de cobre, gálio e índio
CuInSe2 Disseleneto de cobre e índio
GaAs Arseneto de gálio
GW Gigawatts
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 8
2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ...................................................................... 9
2.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO ............................................................................... 14
2.2 ENERGIA FOTOVOLTAICA NO BRASIL ........................................................... 14
3 A GERAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DOS MÓDULOS SOLARES
FOTOVOLTAICOS.................................................................................................... 17
3.1 VANTAGENS DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ...................................... 19
3.2 DESVANTAGENS DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA .............................. 21
4 O SISTEMA FOTOVOLTAICO .............................................................................. 22
4.1 CÉLULA FOTOVOLTAICA .................................................................................. 23
4.2 EVOLUÇÃO DO EFEITO FOTOVOLTAICO ....................................................... 23
4.3 RENTABILIDADE DOS PAINÉS FOTOVOLTAICOS .......................................... 24
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 26
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 28
8
1 INTRODUÇÃO
O atual modelo energético tem sido questionado nos últimos tempos, em
decorrência do aumento de energia em escala mundial, bem como a poluição
causada por sua queima. Sendo assim, busca-se um modelo de energia mais limpa
e renovável que permita que a energia seja satisfatória. Nesse contexto é que a
energia solar fotovoltaica se apresenta.
O Brasil é repleto de recursos naturais e tem lugar privilegiado em relação à
disponibilidade de energia solar, além de possuir recursos humanos disponíveis para
agir no setor de geração de energia solar fotovoltaica. Entretanto, embora haja
notáveis esforços, ainda continuam alguns entraves que trazem empecilho a
inserção em grande escala da energia fotovoltaica na matriz elétrica nacional.
Entendemos como relevante esse tema tendo em vista o interesse por fontes
renováveis de energia, além de que o consumo intensivo de recursos fosse
prejudica a natureza. Esse lado, mesmo assustador por devastar a natureza,
apresenta-se como motivação para o estudo de energias alternativas de produção
de energia para que haja cada vez menos a agressão ao meio ambiente.
Diante desse contexto nasce uma problemática a ser analisada: Qual a
importância da energia fotovoltaica para a matriz energética nacional?
O objetivo geral deste trabalho é identificar a importância do uso de energia
por radiação solar fotovoltaico para provimento de eletricidade. Já os objetivos
específicos são: estudar energia solar fotovoltaica; descrever os painéis fotovoltaicos
e por fim descrever o sistema de geração de energia fotovoltaica e suas vantagens e
desvantagens.
Para elaboração deste trabalho será feita uma pesquisa bibliográfica baseada
nas obras dos autores Albabó (2002), Chuco (2007), Gurgel (2006) Reis (2011) e
Silva (2015), entre outros citados no decorrer do desenvolvimento. Será realizado
também o levantamento de informações sobre esta temática em artigos, livros,
revistas e relatórios periódicos desenvolvidos nos últimos anos. Sobre os materiais
impressos, serão observados os sumários para sinalizar que tratam do assunto em
questão.Para ambos, os descritores procurados serão: “Energia Solar”, “Energia
Fotovoltaica”, “Painéis Fotovoltaicos” e “Energias Renováveis”.
9
2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A energia solar fotovoltaica é obtida por meio da radiação solar que é
convertida em eletricidade, através de materiais semicondutores de energia. Esse
efeito é denominado de efeito fotovoltaico e
[...] foi observado pela primeira vez em 1839 pelo físico francês Edmund Becquerel, numa solução de selênio. Becquerel notou o aparecimento de uma tensão entre os eletrodos de soluções condutoras, quando esta era iluminada pela luz solar. Mais tarde, por volta do ano de 1870, o efeito fotovoltaico foi estudado em sólidos, tal como selênio e, por volta de 1880, a primeira célula fotovoltaica foi construída utilizando-se o selênio (BRAGA, 2008, p. 15).
Segundo Alves (2011) existem muitos materiais semicondutores apropriados
para a conversão fotovoltaica, entre eles o silício cristalino e o silício amorfo
hidrogenado, que são os normalmente usados. A energia solar fotovoltaica é
considerada algo promissor tecnologicamente falando, por causa do seu processo
de geração, tendo em vista que não envolve queima de combustível, o que faz com
que o efeito estufa seja evitado.
Figura 1 – Exemplo de Energia Solar Fotovoltaica
Fonte:Alves (2011)
10
Figura 2 – Exemplo de Energia Solar Fotovoltaica
Fonte: Alves (2011)
A energia solar é proveniente do calor do sol, podes ser utilizada por
diferentes meios de tecnologia que podem se encontrar em constante evolução,
assim como o processo de aquecimento solar, a energia solar fotovoltaica e a
fotossíntese artificial. Esses tipos de tecnologias podem ser ativos ou passivos,
temos como exemplo, o uso de painéis fotovoltaicos e coletores solares térmicos
que utilizam a energia solar de maneira ativa. As técnicas passivas utilizam o
processo de seleção de materiais como massa térmica favorável ou propriedades
translúcidas que buscam encontrar espaço para circularem de forma natural
(MACHADO; MIRANDO, 2014).
Compreende-se que a energia solar renovável é obtida através do sol, onde
sua captação ocorre atrás das placas solares que tem como principal função captar
a energia luminosa e a transformar em energia elétrica ou térmica. Ressalta-se que
esse tipo de energia também pode ser utilizado para produção de energia termina,
utilizando o método de aquecimento solar (BORGES, 2007).
O movimento de translação da Terra em volta do Sol, recebe cerca de 1 420
W/m² de energia, por conta disso a quantidade de energia recebida pela terra é
apenas cerca de 18% da mesma que é absorvida pela atmosfera terrestre que é de
35% refletida pelas nuvens. Toda a energia solar que é absorvida pela atmosfera
está presente na luz ultravioleta e na luz visível, onde a mesma é utilizada pelas
plantas para realizar o processo de fotossíntese (REIS, 2011).
Segundo Reis (2011) trata-se de apenas uma pequena fragmentação da
energia solar que está disponível para utilização. Pode-se definir que o espectro
presente na luz solar presente na superfície da Terra é definida apenas por uma
11
gama visível e infravermelho, além de uma outra gama pequena de radiação
ultravioleta.
A absorção da energia solar é feita pela superfície terrestre, oceanos e
atmosfera, que lhe proporcionam um aumento da temperatura. Todo o ar quente que
contém água evaporada pelos oceanos, busca promover a convecção e circulação
da atmosfera. Quando o ar atinge uma altitude elevada, arrefece e o vapor da água
se condensa onde se formam nuvens que provocam o processo de precipitação
sobre a superfície terrestre, criando assim o chamado ciclo da água. Todo esse calor
que fica concentrado durante a condensação da água leva ao processo de formação
dos ventos e ciclones (SILVA, 2015).
De acordo com esse processo é que é possível o processo de fotossíntese
realizado pelas plantas, onde estas transformam energia solar em energia química,
oxigênios e outros compostos minerais presentes durante esse processo. Toda a
energia solar que é absorvida pela atmosfera terrestre é de aproximadamente
3.890.00 EJ ao ano. A energia solar serve para ser utilizadas em diferentes formas,
como é possível compreender (ALDABÓ, 2002).
O efeito fotovoltaico, foi descoberto por Edmond Becquerel, em 1839, que
implica no surgimento de uma diferença de potencial nos terminais de uma célula
eletroquímica causada pela absorção de luz. Em 1876 foi percebido o primeiro
aparato fotovoltaico advindo dos estudos da física do estado sólido e, apenas em
1956, iniciou-se a produção industrial, seguindo o crescimento da área eletrônica.
(MACHADO, 2014).
Logo a palavra “fotovoltaico” vem do grego photos, que significa luz, e de
volta, nome do físico italiano Edmond Becquerel, que capta uma solução de um
eletrólito com eletrodos de metal, quando exposta à radiação luminosa, tem sua
condutividade aumentada. Em 1873, Willoughby Smith descobre a fotocondutividade
no selênio sólido.Em 1876, Adams e Day percebem que uma junção de selênio e
platina desenvolve o efeito fotovoltaico quando exposta à luz solar (CUNHA, 2006).
Conforme Reis(2011), partir do século XX, o desenvolvimento da tecnologia
dos semicondutores tornou possível o crescimento da indústria fotovoltaico, e sua
expansão no mercado mundial foi acelerada com a utilização dessa tecnologia em
aplicações aeroespaciais, militares e, posteriormente, para a criação de eletricidade,
tanto na forma distribuída como em grandes centrais. Os módulos são compostos
por células fotovoltaicas, conforme mostra a figura, e a conversão da radiação solar
12
em energia elétrica são obtidas utilizando-se material semicondutor como elemento
transformador, conhecido como célula solar ou célula fotovoltaica (SILVA,2015).
Segundo Zilles et al. (2012), ressalta que o material semicondutor se
transforme em uma célula fotovoltaica, primeira passa por uma etapa de purificação
e posteriormente por uma etapa de dopagem. A dopagem ocorre através da adição
de traços de certos elementos químicos, tais como boro e fósforo,dosados em
quantidades certas, para formar a junção p-n3.
A dopagem eletrônica, é o processo de adição de impurezas químicas
(comumente boro ou fósforo) em um elemento químico semicondutor puro (germânio
ou silício, notadamente este último), com a finalidade de dotá-lo de propriedades de
semicondutores. A adição de boro, elemento trivalente, provoca o aparecimento de
cargas positivas (ou “lacunas”), enquanto que a adição de fósforo, elemento penta
valente, provoca o aparecimento de cargas negativas elétrons livres (CHUCO,
2007).
São encontrados na natureza materiais de baixa condução elétrica
classificados como semicondutores, dos quais, caracterizam-se por possuírem uma
banda de valência totalmente preenchida por elétrons e uma banda de condução
perfeitamente vazia quando expostas a temperaturas muito baixas, uma propriedade
fundamental para as células fotovoltaicas é a contingencia de fótons, na faixa
visível, com força superior ao gap do material, excitarem as partículas negativas de
forma que estas se transfiram à banda de condução (REIS, 2011).
De acordo com IEEE (2014), atualmente há três inteligências destinadas a
produção de células Fotovoltaica, com gerações distintas de acordo com seu
material e suas características, conduto a primeira é o silício é o material mais
importante, pois há um conhecimento amplo dele e da matéria prima que lhe dá
origem. Portanto a célula de silício monocristalino é a mais utilizada. No entanto
existe outros semicondutores são: silício monocristalino, policristalino e amorfo;
arseneto de gálio (GaAs); disseleneto de cobre e índio (CuInSe2); disseleneto de
cobre, gálio e índio (CuInGaSe2); e telureto de cádmio (CdTe) (CUNHA, 2006).
Entretanto, o uso crescente da tecnologia fotovoltaico tem despertado o
interesse já há algum tempo para estudo de outros materiais tais como o arseneto
de gálio e o sulfeto de cádmio, entre outros. Enfim, ainda em estágio de investigação
e expansão, têm-se as células fundamental ou poliméricas(CUNHA, 2006).
As aplicações dos sistemas fotovoltaicos podem ser divididas em: sistemas
autônomos isolados e híbridos e sistemas conectados à rede elétrica. Entretanto os
13
sistemas isolados ou autônomos nesse caso não há conexão com a redede
distribuição, por esta ser inexistente no local ou se o sistema é dedicadoà
alimentação de cargas específicas; nos sistemas híbridos têm como característica o
uso de mais de uma fonte de energia e nossistemas conectados à redetêm uma
particularidade de estarem ligadas à rede de distribuição da concessionária.
(MACHADO; MIRANDA, 2014).
De acordo com Cunha (2006), salienta as vantagens e as desvantagens de
uma energia solar limpa, considerando-se alguns fatores acessíveis no grupo de
vantagens, onde a primeira é de ser uma energia solar renovável, outro detalhe
importante é que essa disponibilidade não requer nenhum tipo de adaptação porém
nas áreas de máxima insolação, a energia solar está sempre presente sem precisar
da intervenção humana.
Destacando sua primeira desvantagem é o custo acentuado, uma tecnologia
com valor avançado principalmente nas placas fotovoltaicas, que expõem o nível
mais avançado de complexidade. Contudoa tendência é que tais custos tenha uma
diminuição do valor. Tendo também o armazenamento das placas solares é ainda
pouco eficiente, pois as placas ainda demandam uma grande extração de minérios,
tais como o zinco(REIS, 2011).
Não há razão para acreditar que o uso de sistemas fotovoltaicos em larga
escala implicara grandes danos ao meio ambiente se todos os cuidados forem
tomados antecipadamente. Na verdade, os maiores problemas se encontram na
produção das células; impactos significativos na aplicação não são esperados.Esses
impactos na produção seriam mis importantes numa análise de ciclo de vida ou
numa comparação mais ampla de tecnologias de geração, que englobasse também
o impacto da produção dos equipamentos (turbinas e geradores nas hidrelétricas;
turbinas, geradores e caldeiras nas termelétricas). Alguns métodos de fabricação de
células fotovoltaicas utilizam materiais perigosos, como o seleneto de hidrogênio, e
de solventes similares àqueles usados na produção de outros semicondutores
(CHUCO, 2007).
Sucintamente o cenário brasileiro de energia elétrica na previa da segunda
década do século XXI. Permeando um detalhamento nas diversas fontes disponíveis
no país, desde publicações até páginas da internet e entre outros encontram-se
dados relativos à operação e planejamento com dados globais da energia como um
todo, onde o Ministério de Minas e Energia, opera na regulação e operação do setor
elétrico(REIS, 2011).
14
2.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO
Esse sistema é capaz de gerar energia por meio da radiação solar. Isso faz
com que os consumidores domésticos produzam sua própria energia, podendo
também fornecer o que for excedente para as distribuidoras de sua
proximidade(RELLA, 2017). Seu sistema de instalação é simples, conforme mostra a
figura
Figura 3 – Sistema de geração fotovoltaico residencial
Fonte: RELLA, 2017
2.2 ENERGIA FOTOVOLTAICA NO BRASIL
O Brasil possui um bom índice de radiação solar, principalmente no Nordeste,
segunda Braga (2008). Tal fator faz com que o país esteja em vantagem com
relação aos demais países industrializados no que diz respeito ao uso de energia
solar fotovoltaica
O Brasil é o mais avançado país da América do Sul, no que diz respeito ao desenvolvimento das energias renováveis. Foi o primeiro país do Terceiro Mundo a fabricar comercialmente a célula fotovoltaica, a partir do silício monocristalino, não se limitando à simples montagens de painéis solares. A FoneMat, uma empresa da área de telecomunicações, sediada na cidade de Sâo Paulo, começou a montar módulos fotovoltaicos utilizando células
15
fotovoltaicas importadas da Solarex, com objetivo de atender ao mercado de telecomunicações (BRAGA, 2008, p. 21).
Rella (2017) diz que o Brasil é um dos poucos países que recebem uma
“insolação” superior a 3000 horas por ano. Só esse índice já coloca o país em
destaque no que diz respeito ao potencial solar. Tendo em vista tais dados, é
possível afirmar que, talvez, só haja a falta de incentivo por meio das instituições e
governo para que a energia solar se desenvolva no Brasil.
Uma parte considerável dos sistemas fotovoltaicos existentes no Brasil foram
instalados em decorrência do Programa de Desenvolvimento Energético de Estados
e Municípios (PRODEEM) em 1994.
Embora o Brasil tenha dado o pontapé ao incentivo de fontes renováveis de
energia, a energia fotovoltaica não tem sido comtemplada pela legislação. Hoje
somente a hidroeletricidade e a biomassa estão contribuindo para o suprimento
energético do país (BRAGA, 2008).
Figura 4 – Estrutura de participação das fontes de energia no Brasil
Fonte: EPE, 2007
Conforme mostra a figura 4, pode-se perceber um forte predomínio da
biomassa e da hidroeletricidade sobre as demais fontes de energia renovável. Já a
energia fotovoltaica possui apenas células solares que são os responsáveis pela
geração de energia. Tal processo acontece sem a emissão de gases poluentes, sem
ruídos e sem necessidade de manutenção.
Rella (2017, p. 4) afirma que “A capacidade instalada no Brasil, levando em
conta todos os tipos de usinas que produzem energia elétrica, é da ordem de 132
gigawatts (GW)”. Sendo assim, somente menos de 0,0008% é produzida por
16
sistemas solares fotovoltaicos. Isso nos faz refletir o quão pouco o paÍs tem investido
na utilização de fontes renováveis.
Além disso, existem condições diferenciadas de financiamento, lei que dá
isenção tributária para bens de informática e automação, leilões de compra de
energia elétrica com produto específico para fonte solar e recursos destinados a
pesquisa no setor elétrico (SILVA, 2015).
Cabe então salientar que existem, sim, incentivos governamentais para essa
prática, entretanto, há muito que precisa ser feito ainda para que haja maior adesão
desse modelo de energia, de forma que venha a ser consolidado como matriz de
energia nacional(REIS, 2011)..
17
3 A GERAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DOS MÓDULOS SOLARES
FOTOVOLTAICOS
A geração de energia através das células fotovoltaicas tornou-se um dos
métodos mais difundidos no mundo, como forma de alternativa sustentável para
aquisição de energia elétrica. Esse método fez com que a adoção de painéis
fotovoltaicos em residências, nas indústrias ou nos comércios que estejam dispostos
a aderir essa tecnologia sustentável ficasse mais viável e comum, onde esse tipo de
adoção fosse feito com pagamentos direcionados apenas uma parcela para as
distribuidoras dessa energia renovável (SALAMONI, 2009).
Justifica-se que o consumo desse tipo de energia não tem ligação
diretamente na rede de energia, o que faz com que este possua um menor custo
para seus consumidores. Mesmo diante de alegações por conta dos custos dos
painéis fotovoltaicos, esse tipo de energia é considerado por vários autores como o
mais rentável para o futuro(REIS, 2011).
Para Vidal e Vasconcelos (2002) a geração de energia através das células
fotovoltaicas ocorre por meio de painéis fotovoltaicos, onde as células fotovoltaicas
atuam no processo de capacitação da radiação solar, transformando as células em
energia elétrica. Esse método é considerado mais eficaz em relação aos métodos
tradicionais, que tem um processo mais lento.
No Brasil mais de 70% da produção de energia vem das hidrelétricas e utiliza
a força da água para sua geração. Após o processo de transmissão essa energia é
distribuída para as cidades através das chamadas linhas e torres de transmissão de
alta tensão. Antes da energia se tornar elétrica, ela se torna energia cinética. Esse
tipo de transformação é feito por uma turbina, que consiste na adoção de pás, que
são postas para a rotação que recebem a massa de água (PINHO; GALDINO,
2014).
Os impactos ocasionados pela construção das usinas hidrelétricas são
debatidos há anos e quase sempre sem êxito. As hidrelétricas causam uma serie de
impactos negativos principalmente para o meio ambiente. A grande problemática em
questão é compreender qual a dimensão real desses impactos e como estes podem
ser minimizados, usando essa como fonte de energias renováveis e limpas (SOUZA,
1994).
As hidrelétricas provocam alterações nas temperaturas, na umidade relativa
do ar e afetam o ciclo pluvial. Todo o ecossistema e a biodiversidade são afetados.
18
A emissão de gases do efeito estufa é outra problemática comumente vista nessas
áreas, isso ocorre por conta da decomposição das árvores que ficam nas áreas
desmatadas para que sejam feitos o enchimento dos reservatórios que propagam a
emissão do gás carbônico (MESSENGER; VENTRE, 2010).
Os autores ressaltam também que nessas áreas é comum a liberação de gás
metano nas zonas de deplecionamento (áreas do fundo do reservatório). Esses
reservatórios apresentam a chamada estratificação térmica, que causam a formação
de termoclina. Nesse contexto há uma outra problemática ambiental que é causada
pelo excesso de nutrientes na água, principalmente o fosfato e o nitrato que
ocasionam um aumento significativo da chamada população de algas e de micro-
organismos decompositores na água o diminui o oxigênio dissolvido(MESSENGER;
VENTRE, 2010).
Os impactos ambientais causados pelas usinas hidrelétricas variam de açodo
com o processo utilizado para a obtenção de energia. Porém ao longo da vida das
usinas, o uso do espaço físico envolvido pode ou não aumentar o que ocasiona uma
série de danos ambientais irreversíveis. Os impactos ambientais podem ser
minimizados com a ajuda de leis ambientais e da aplicação da gestão ambiental,
que visa gerenciar os aspectos positivos e negativos desse tipo de empreendimento
no meio ambiente (PEREIRA; OLIVEIRA, 2011).
Segundo Ruther (2004) a produção de energia elétrica utilizando a energia
solar através de módulos fotovoltaico é consolidada como a forma mais limpa de se
produzir eletricidade. Por conta dos sistemas fotovoltaicos que tem sua distribuição
na rede possuem duas configurações consideradas distintas, são elas: os sistemas
distribuídos e os sistemas fotovoltaicos centralizados.
A comparação entre a geração de energia elétrica feita através de módulos
solares fotovoltaicos em relação a outras fontes tem sua classificação em:
nucleares, fósseis (que incluem o petróleo, carvão e o gás natural) e solares que
incluem os raios solares, assim como o vento e a força hidráulica. A utilização de
máquinas rotativas, como as turbinas e os geradores necessitam de uma rotina de
manutenção considerada complexa e gera um desgaste natural das peças, além de
gerar poluição sonora durante o processo de funcionamento (SOUZA, 1994).
Já a energia fotovoltaica possui apenas células solares que são responsáveis
pela geração de energia para estabelecer uma tensão e valores nominais para os
aparelhos. Todo esse processo é considerado mais simples, e não emito gases
poluentes e ruídos, assim como a manutenção é considerada mínima(REIS, 2011).
19
A geração de energia com uso de células fotovoltaicas tem sua promoção
através do auto abastecimento em dois sistemas diferentes, ambos estão sujeitos a
serem decididos pelo cliente. Esses sistemas podem sistemas on grid, onde a
geração de energia é feita através de células fotovoltaicas ligadas diretamente a
rede de distribuição energética da edificação, ou off grid onde a energia é
armazenada em baterias que tem sua ligação direta a rede de distribuição (PINHO;
GALDINO, 2014).
Toda a energia armazenada em baterias é essencial, pois a geração de
energia através das células fotovoltaicas não é feita a todo o momento, por conta da
variação de horário. No período da noite as baterias servem para deixar o cliente
reabastecido até a manhã do dia seguinte(REIS, 2011).
Dentro desse contexto as instalações de geração de energia através de
células fotovoltaicas é que estas não emitem ruídos e são silenciosas, o que
ocasiona uma série de benefícios para aqueles que buscam uma solução altamente
modular, com ausência total de emissão de poluentes durante o processo de
funcionamento, além do baixo custo para manutenção(REIS, 2011).
3.1 VANTAGENS DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Os sistemas fotovoltaicos são geradores de energia que utilizam a energia do
sol como seu único combustível. Isso torna a tecnologia fotovoltaica extremante
confiável, por conta da abundância e a disponibilidade do sol em grande parte das
regiões do planeta Terra. Essas características ocasionam uma série de vantagens
competitivas quando se tem uma comparação da energia fotovoltaica com energias
geradas pelas hidrelétricas, carvão e gás (ALVARENGA, 2001).
O Brasil tem cerca de 65% de suas matrizes energéticas correspondentes a
hidrelétricas, onde o país fica dependendo de regimes de chuva para manter seus
reservatórios em bons níveis de operação, além das chamadas fontes de backup
que tem custos elevados para a geração e constantemente tem seus preços
elevados pelo governo. A autoprodução de energia ocasiona ao consumidor uma
diminuição significativa para os pagamentos de impostos (SOUZA, 1994).
As vantagens da utilização a energia solar fotovoltaica se baseiam na falta de
provocação de ruídos, onde a geração de poluição é considerada a menor possível.
Esse tipo de vantagem faz com que sua instalação possa ser feita em qualquer
residência, sem que os moradores mais próximos sejam prejudicados.
20
A instalação os painéis fotovoltaicos podem ser feitos nos telhados e nas
coberturas, eliminando assim as necessidades de comprometimento de outras áreas
para a instalação destes. Porém há uma necessidade de ser feito um prévio estudo
sobre o posicionamento dos módulos fotovoltaicos nos telhados para que se
compreenda em qual posicionamento a geração dos sistemas possui mais eficiência
(PEREIRA; OLIVEIRA, 2011).
Para Alvarenga (2001) a instalação dos sistemas fotovoltaicos é simples e
rápida, se comparada às demais. Grande parte dos módulos e o dos inversores se
adéquam facilmente as telhados e paredes já existentes nos módulos, sem que haja
a necessidade de uma estrutura adicional. Os quadros com dispositivos de proteção
geralmente devem ser fixados próximos aos inversores.
O autor destaca que mesmo com a proteção UV é necessário que se faça a
proteção dos equipamentos por eletrodutos rígidos, que são fáceis de instalação e o
curso não costuma ser elevado. Sempre que instalados é necessário que sejam
testados mais de uma vez, para que se comprove o funcionamento (ALVARENGA,
2001).
O baixo custo de manutenção também é considerado vantajoso para a
aquisição desse tipo de energia. Para se compreender os módulos podem ser
lavados com água corrente a cada seis meses. Porém o processo de instalação dos
módulos já faz com que este tenha sua limpeza feita com ajuda da chuva. A
instalação de inversores em locais cuja a proteção e a utilização de eletrodutos
rígidas ajudas no processo de diminuição precoce dos componentes (VILLALVA;
GAZOLI, 2012).
A vida útil dos sistemas fotovoltaicos costuma gerar em torno de 25 anos em
grande maioria dos casos, o retorno desse tipo de investimento ocorre entre 3 a 7
anos. Essa variação ocorre por diversos fatores, como por exemplo, o local onde
este é instalado, já o processo do retorno do investimento dependerá
exclusivamente da tarifa da energia e do potencial solar gerado do local (PEREIRA,
2011).
Vários estudos apontam que os imóveis dos sistemas fotovoltaicos são mais
atrativos para o mercado, por se tratarem de soluções econômicas e sustentáveis.
Após o período de retorno do investimento, toda a energia solar gerada pelo sistema
fotovoltaico, pode ser considerada lucro para o investidor(REIS, 2011).
21
3.2 DESVANTAGENS DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
O preço dos sistemas fotovoltaicos ainda são as grandes desvantagens para
aquisição da solução fotovoltaica. Para se compreender um sistema de 1,5kWp de
potência, que pode gerar uma economia de 170kWh por mês, não sairá por menos
de R$ 12.000,00 contando com o projeto de estruturação e processo de instalação
(RUTHER, 2004).
A instalação dos módulos corresponde a aproximadamente cerca de 67% dos
custos totais de um sistema. Porém o avanço tecnológico tem feito com que os
meios de produção percam valor no mercado e a eficiência desses componentes
aumento. Mesmo com o financiamento de bancos e consócios de grupos privados,
esse tipo de procedimento necessita de um planejamento financeiro que é
considerado por muitos investidores um custo elevado (SALAMONI, 2009).
Outra problemática que envolve a desvantagem da aquisição da energia
fotovoltaica é a dependência das concessionárias. Os sistemas fotovoltaicos quando
conectados a rede, ao contrário do que a maioria pensa fica dependendo das
concessionárias de energia. Isso ocorre porque a primeira geração fica totalmente
comprometida quando o dia é nublado e é interrompida durante a noite, voltando a
funcionar apenas no período da manhã(REIS, 2011).
Para Pinho (2014) a aquisição do sistema de anti-ilhamento é outra
desvantagem, se houver uma queda de rede os sistemas fotovoltaicos deixam de
operar o que pode ocasionar uma série de danos para os investidores. Esse tipo de
situação depende exclusivamente das concessionárias para reestabilização da
energia, mesmo sendo uma medida protetiva esse tipo de aquisição causa aos
investidores um custo relativamente alto.
Destaca-se, portanto que os sistemas conectados à rede não possuem
dispositivos para armazenamento de energia através de baterias faz com que o
cliente necessite das concessionárias para que a energia armazenada seja
distribuída. Mesmo que o sistema fotovoltaico reduza a conta de energia em 95%,
ele ainda dependerá de outros custos para manter seu funcionamento durante
outros períodos do dia(REIS, 2011).
O próximo capítulo abordará o sistema fotovoltaico e suas metodologias de
aplicabilidade, assim como os módulos fotovoltaicos e as características para o uso
do sistema fotovoltaico.
22
4 O SISTEMA FOTOVOLTAICO
O sol tem sido visto como recurso energético passivo de gerar energia
elétrica, o que ocasiona reconhecimento e representatividade na matriz energética
brasileira. Uma das tecnologias utilizadas para evidenciar tal recurso é a energia
solar fotovoltaica, que já é utilizado em larga escala no contexto nacional(REIS,
2011).
A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2005) aponta que a energia
solar pode ser utilizada diretamente para iluminação, aquecimento de fluidos e
ambientes, bem como geração de potência mecânica ou elétrica como fonte de
energia térmica. Dessa forma, a energia solar pode ser transformada em energia
elétrica por meio de efeitos sobre os materiais. O aproveitamento da luz natural e do
calor para aquecimento de ambientes é ocasionado pela penetração ou absorção da
radiação causada pelo sol, fazendo com que seja minimizada a necessidade de
aquecimento e luz no ambiente.
A energia solar fotovoltaica é aquela cuja energia é tida da conversão direta
da luz do sol, transformando-a em eletricidade. É tido em decorrência de um efeito
nomeado de fotovoltaico que consiste no aparecimento de uma diferença de
potencial nas pontas de material semicondutor, produzida por meio da absorção da
luz. Nesse sentido, a célula fotovoltaica é de suma importância nesse processo.
Podemos observar um exemplo na figura abaixo:
Figura 5– Energia solar fotovoltaica
Fonte: Reis (2011)
No efeito fotovoltaico, descoberto em 1839 por Edmond Becquerel, é
observado que os fótons contidos na luz solar são transformados em energia elétrica
por meio do uso de células solares, o método mais comum de geração de energia
elétrica a partir da energia solar. Dentre os materiais mais adequados para a
conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são normalmente
23
nomeados de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício. Silva (2015),
discorre que cerca de 80% das células fotovoltaicas são fabricadas a partir do silício
cristalino.
Se for analisado o ponto de vista elétrico, a energia fotovoltaica contribui para
a diversidade da matriz, aumentando a segurança no fornecimento, além de redução
das perdas e alívio de transformadores e alimentadores. Se analisado pelo ponto de
vista ambiental, há a diminuição da emissão de gases do efeito estufa, bem como da
emissão de materiais particulados e do uso de água para geração de energia
elétrica. No que tange aos benefícios econômicos, há a contribuição de empregos
locais, o que ocasiona o aumento de arrecadação e investimentos (NASCIMENTO,
2017).
4.1 CÉLULA FOTOVOLTAICA
As células fotovoltaicas são os dispositivos básicos para se produzir o efeito
fotovoltaico, ou seja, é o dispositivo básico que converte a energia da luz do sol
diretamente em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico. Normalmente, são
utilizadas 36, 60 ou 72 células fotovoltaicas conexas em série para montar um painel
fotovoltaico (Módulos Fotovoltaicos). A energia suscitada pelos painéis fotovoltaicos
é nomeada de energia solar fotovoltaica.
Segundo o Portal Solar (2019), a primeira célula fotovoltaica comercial foi
lançada em 25 de Abril 1954 pelo Laboratório Bell. Hoje, ocasionado pelo aumento
constante da capacidade produtiva mundial das células, estas tiveram redução
considerada no preço nos últimos anos. Algo que contribuiu para a aumento do uso
das células fotovoltaicas foi o fato da energia elétrica ter ficado cara, por alguns
fatores. A imagem abaixo exemplifica a questão da queda drástica dos valores.
A respeito dos tipos de células fotovoltaicas, existem as células de silício
cristalino, que correspondem ao material mais utilizado para a fabricação das células
solares. Também é conhecido como silício do grau solar.
4.2 EVOLUÇÃO DO EFEITO FOTOVOLTAICO
A primeira célula de solar foi apresentada em 1954. Tinha somente 2 cm² de
área e eficiência de 6%, gerando 5 mW de potência elétrica. Após 50 anos, em
2004, foram produzidos aproximadamente mil milhões de células, com eficiência
24
estimada em 24,7%, o que alcançava a capacidade instalada mundial de energia
solar superior a 8,2 GW em 2008, cerca de 57% da capacidade instalada de Itaipu
(AMBIENTE BRASIL, 2019).
Na atualidade, 90% da produção total de módulos é feita no Japão, nos
Estados Unidos da América e na Europa, por meio de grandes companhias como a
Siemens, Sanyo, Kyocera, Solarex e BPSolar, que detêm 50% do mercado mundial.
Os demais 10% da produção são feitos no Brasil, Índia e China (PINTO et al, 2015).
Hoje, o Brasil, por sua diversidade de recursos e por sua respeitável extensão
territorial, apresenta muitas oportunidades na diversificação da matriz energética.
Isso éé afirmado pela Resolução Normativa Nº 482, de 17 de abril de 2012, a qual
regulamenta a geração de energia através de placas solares fotovoltaicas (ANEEL,
2012). A incidência de radiação solar no território brasileiro faz com que a tecnologia
seja avançada e os incentivos aumentados (ALMEIDA et al., 2016).
4.3 RENTABILIDADE DOS PAINÉS FOTOVOLTAICOS
A rentabilidade de um sistema solar fotovoltaico não é apenas determinada
pelo custo de venda do produto, mas pela produtividade da instalação, ou seja, a
área e exposição solar, bem como pelo custo do investimento inicial. Dessa forma,
pode-se afirmar que a rentabilidade depende de diversos fatores. Nesse caso, há
exemplos da quantidade de horas de sol disponíveis anualmente, tendo em vista as
condições de implantação dos painéis solares fotovoltaicos e de qualidade dos
painéis usados (PINTO et al, 2015).
Embora haja o elevado custo e baixo rendimento no que tange o processo de
conversão, os sistemas fotovoltaicos fazem parte do cotidiano do dia-a-dia de
qualquer um. Sendo assim, existem dois tipos de aplicações: as aplicações em
grande escala e as aplicações em pequena escala, denominada também como
micropotência. Hoje, as calculadoras e relógios de pulso tem energia por meio de
pequenos painéis instalados. Porém, as aplicações em grande escala são vistas de
forma melhor, tendo em vista a rentabilidade e usabilidade (PINTO et al, 2015.
Os painéis solares contribuem ainda de forma pouca para a produção mundial
de energia, o que ocorre em ocasião do custo por watt ser cerca de duas vezes
maior que o dos combustíveis fosseis. Maria, Coutinho e Gomes (2010) afirmam que
o uso mais bem-sucedido de painéis solares é um dos veículos espaciais, incluindo
a maioria das naves que orbitam a Terra e Marte, e naves viajando rumo as regiões
25
mais internas do Sistema Solar. E nas regiões mais distantes do Sol, a luz é fraca
para causar energia o suficiente e, dessa forma, são usados geradores
termoelétricos de radioisótopos.
A respeito das vantagens, podemos afirmar que ela não polui durante seu
uso, os painéis solares são a cada dia mais potentes e a todo tempo seu custo vem
caindo, a energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso e em
países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em
praticamente todo o território (COOPER; MARTINS JUNIOR, 2013).
Sobre as desvantagens do uso da energia eólica, o painel solar consome uma
quantidade grande de energia a ser fabricado, tendo em vista que a energia solar
pode ser maior que a energia gerada por ele. Outro fator a ser analisado é a questão
dos preços serem muito elevados em relação aos meios de energia. Os lugares em
latitude médios e altos sofrem quedas bruscas de produção durante o inverno por
causa da pouca disponibilidade do sol (MARIA; COUTINHO; GOMES, 2010).
26
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em decorrência do aumento populacional e do consumo em alta escala de
energia no mundo, associado a natureza de forma não permanente quando falamos
dos combustíveis fosseis e a poluição gerada por sua queima o modelo energético
começou a ser questionado. É nesse contexto que a procura por um modelo
baseado no desenvolvimento sustentável, com prazo estendido motivou o
investimento por formas de energias mais limpas e renováveis que suprissem as
necessidades energéticas e não alterassem as condições de vida do planeta. A
inserção da energia solar fotovoltaica nessa situação acontece por ser uma energia
suficiente para o suprimentoda necessidade da população, além de possuir mais
vantagens sobre as tradicionais fontes de geração de energia elétrica.
Essa propagação de fontes alternativas de energia, inclusive a energia solar
fotovoltaica, com o passar dos anos se fez cada vez mais necessária, se levarmos
em consideração que a energia atualé feita como vetor na preservação do equilíbrio
ambiental e ser um agente disseminador da inclusão social. Embora seja
considerada mais cara, em relação as demais fontes de energia a energia solar
fotovoltaica possuem um elevado grau de confiabilidade e alta flexibilidade, que
pode chegar aos locais mais remotos onde as redes convencionais ainda não
tiveram acesso.
No decorrer da elaboração deste estudo, foi possível compreender que no
Brasil a principal fonte de energia elétrica ocorre por meio das hidrelétricas, porém
essas sofrem com as secas e ocasionam uma série de escassez dos recursos
hídricos. Dessa forma surge a necessidade de fontes alternativas para suprir o
consumo energético nacional, onde se encaixa a uso da energia solar fotovoltaica.
Outro fator predominante está no uso das usinas térmicas, que possui um alto custo
para os consumidores, o que cria uma necessidade de investimento em fontes
alternativas.
Assim, nota-se a relevância de apoio e investimento intensivo para investir no
aumento da eficiência das células como soluções energéticas de geração autônoma
que possam chegar a populações mais isoladas, como as solares fotovoltaicos que
são armazenadas através de baterias e que podem possibilitar o acesso a energia
elétrica e a toda a população. É necessário ressaltar que essa carência energética
ocorre principalmente por conta do baixo investimento do governo e das localizações
geográficas que ainda são consideradas complexas.
27
Pretendeu-se com esse estudo responder a respeito à importância da energia
fotovoltaica para a matriz energética nacional. Para isso, identificou-se a importância
do uso de energia por radiação solar fotovoltaico para provimento de eletricidade,
estudou-se a energia solar fotovoltaica, além de descrever os painéis fotovoltaicos e
o sistema de geração de energia fotovoltaica e suas vantagens e
desvantagens.Afirma-se que ainda há muito a ser estudado sobre a temática, graças
a atualidade do assunto e relevância para a sociedade contemporânea, que tanto
busca soluções sustentáveis e econômicas para sua geração.
28
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