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Cidade
Ponta Grossa 2018
MAURO SÉRGIO WORUBY
SISTEMA DE ENERGIA SOLAR RESIDENCIAL
Ponta Grossa 2018
SISTEMA DE ENERGIA SOLAR RESIDENCIAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à, Universidade do Norte do Paraná como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Bacharel em Engenharia Elétrica.
Orientador: Professor Carlos Junior
MAURO SÉRGIO WORUBY
MAURO SÉRGIO WORUBY
SISTEMA DE ENERGIA SOLAR RESIDENCIAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à, Universidade do Norte do Paraná como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Bacharel em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a).
Prof(a).
Ponta Grossa, de mês de ano
Dedico este trabalho aos meus Pais
Mariano e Irene, “in memorian”, que não
puderam vivenciar esse momento, mas
que estarão para sempre em meu coração.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, iluminou о mеυ caminho durante esta
caminhada, Deus Tu és fiel.
Agradeço a minha belíssima esposa, Anna e meu querido filho Mateus, que nos
momentos difíceis, de desanimo e cansaço, me motivaram e sempre estiveram ao
meu lado, quero que saibam que vocês são motivo para que eu jamais pensasse em
desistir.
Agradeço а todos os professores, mestres, o coordenador do curso de
Engenharia Elétrica, Paulo Abdala, Professor Carlos Junior, me orientou para a
elaboração deste trabalho, muito obrigado.
Agradeço aos meus familiares, pelo amor, incentivo е apoio incondicional.
A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram parte da minha formação, о mеυ
muito obrigado.
WORUBY, Mauro Sérgio. Sistema de Energia Solar Residencial.2018, 33 pag. Trabalho de Conclusão de Curso Bacharel em Engenharia Elétrica – Universidade Norte do Paraná- UNOPAR, Ponta Grossa,2018.
RESUMO
O sol é a fonte de energia com maior potencial para suprir a crescente demanda energética em todo o mundo, a energia solar que chega a Terra em um ano é cerca de 35 vezes maior do que as reservas mundiais de petróleo, carvão, gás natural e urânio somadas, e comparadas também as outras fontes de energias renováveis, esta tem um maior potencial na geração de eletricidade. O sistema solar fotovoltaica em residências, ainda é pouco conhecida, com objetivo de levar ao conhecimento da população de uma alternativa para complementar a geração de eletricidade, qual pode ser utilizada em todo o território, áreas rurais ou urbanas, a energia solar produz eletricidade limpa e renovável, através de um ponto próprio de consumo, seu estudo é importante para o crescimento e desenvolvimento da população, neste trabalho através de uma linguagem acessível, pretende-se mostrar como funciona o processo de instalação do sistema de captação de energia solar nas residências, como é feita instalação dos painéis fotovoltaicos, que benefícios traz o consumo dessa fonte de energia renovável e as possíveis consequências.
Palavras-chave: Energia solar fotovoltaico; Energia renovável; Energia elétrica.
WORUBY, Mauro Sérgio. Residential Solar Energy System.2018, 33 p. Bachelor's Degree in Electrical Engineering - Universidade Norte do Paraná - UNOPAR, Ponta Grossa, 2018.
ABSTRACT
The sun is the energy source with the highest potential to meet growing energy demand worldwide, the solar energy that comes to Earth in one year is about 35 times greater than the world's reserves of oil, coal, natural gas and added uranium, and other renewable energy sources also have a greater potential for generating electricity. The photovoltaic solar system in homes is still little known, with the objective of bringing to the knowledge of the population an alternative to complement the generation of electricity, which can be used throughout the territory, rural or urban areas, solar energy produces clean electricity and renewable, through a point of consumption, its study is important for the growth and development of the population, in this work through an accessible language, it is intended to show how the process of installation of the solar energy capture system works in homes , how is installed photovoltaic panels, what benefits brings the consumption of this renewable energy source and the possible consequences.
Keywords: Photovoltaic solar energy; Renewable energy; Electricity
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 –Estrutura de uma célula fotovoltaica ........................................................ .7
Figura 2 – Lingote de silício monocristalino ............................................................. .8
Figura 3 – Wafer de silício monocristalina ............................................................... .9
Figura 4 – Célula de silício monocristalino .............................................................. .9
Figura 5 – célula fotovoltaica de silício Policristalino. .............................................. .11
Figura 6 – Módulos fotovoltaicos de filme fino de silício. ......................................... .12
Figura 7 – Esquema do Sistema Fotovoltaico Autônomo..........................................15
Figura 8 – Figura 8- Sistema de Microgeração Fotovoltaica.....................................18
Figura 9 – Sistema de Minigeração Fotovoltaica.......................................................19
Figura 10 – Usinas de Geração Fotovoltaica............................................................20
LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Comparação Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Fotovoltaico
autônomo e Sistema Fotovoltaico Ligado à rede ..................................................... 13
Quadro 2 – Custo para instalação do sistema fotovoltaico residencial .................... 18
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CA Corrente Continua CC Corrente Alternada SFA Sistema Fotovoltaico Autônomo
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 1
1. ENEGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ........................................................................ 3
1.1 ORIGEM DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA ................................................ 3
1.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO BRASIL ................................................. 5
1.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA ........ 6
2. CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ................................................................................ 7
2.1 CÉLULA DE SILÍCIO MONOCRISTALINO ............................................................ 8
2.2- CÉLULAS DE SÍLICIO POLICRISTALINO ......................................................... 10
2.3 CÉLULAS FOTOVOLAICAS FILMES .................................................................. 11
3. SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL ........................................................ 13
3.1 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÔNOMOS ................................................... 14
3.1.1 Aplicação do Sistema Fotovoltaico autônomo ........................................... 16 3.2.SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE .......................................... 16
3.2.1 Sistema de Microgeração Fotovoltaica ..................................................... 17 3.2.2 Sistema de Minigeração Fotovoltaica ........................................................ 19 3.2.3 Usinas de Geração Fotovoltaica ............................................................... 20
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................... 21
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 22
1
INTRODUÇÃO
Considerando o avanço das tecnologias e o crescimento considerável de
consumo de eletricidade no mundo, e a dependência de energia elétrica o presente
trabalho tem por objetivo trazer ao conhecimento apresentar da comunidade
acadêmica e demais interessados, sobre energia solar fotovoltaica, energia gerada
pelo sol.
A energia solar fotovoltaica é considerada uma fonte de energia limpa e
sustentável, muitas pessoas ainda desconhecem outras formas de geração de
energia, e quais os benefícios dessa, a Agencia Nacional de Energia Elétrica,
(ANEEL), através da resolução normativa n° 482, incentiva e regulamenta a geração
de fontes alternativas de consumo de energia, porem essa resolução ainda é
desconhecida por uma boa parcela da população, esse talvez seja o fato de não haver
um consumo maior.
Atualmente a dependência e o conforto que a energia elétrica traz as casas,
empresas, parques, vias públicas, essa dependência e conforto traz um custo muito
alto ao planeta grande parte da energia elétrica produzida em todo o planeta tem
origem na queima de combustível fósseis e na energia nuclear, apenas uma pequena
parte tem origem em fontes de energia renováveis, os recursos para geração de
energia não renovável irão se esgotar um dia, além de que a queima de combustíveis
fosseis, polui a atmosfera e contribui para o aquecimento global, o chamado efeito
estufa.
As fontes renováveis representam 20% da produção de eletricidade, e no futuro
com investimento e desenvolvimento tecnológico no setor, toda a necessidade de
eletricidade ou pelo menos a maior parte dela poderá ser suprida pelo abastecimento
de fontes de energias renováveis, aas energias solar e eólica que atualmente são
consideradas alternativas e tem pouca participação na matriz energética mundial
serão as principais fontes de energia para o futuro, podendo a energia solar
fotovoltaica ocupar o lugar mais importante na geração de energia elétrica.
O processo de captação e produção de energia solar fotovoltaica, tem origem
na captação sol através de um processo chamado de fotossíntese, que converte a
energia da luz do sol em energia elétrica, a energia solar é considerada uma fonte de
energia alimpa e renovável, considerada inesgotável, a energia solar fotovoltaica tem
capacidade de captar diretamente a luz solar e produzir corrente elétrica, essa
2
corrente é coletada e processada por dispositivos controladores e conversores,
podendo ser armazenada em bateias ou ser utilizada ser diretamente em sistema
conectado a rede elétrica.
A importância do consumo uma fonte renovável, como a energia solar permite
a geração de energia elétrica em locais de difícil acesso, onde ainda não dispõe de
rede de energia elétrica, o consumo de energia solar fotovoltaica, proporciona a toda
a população e ao meio ambiente muitas vantagens, e isso motiva o desenvolvimento
tecnológico. Como funciona o processo de captação e produção de energia solar
fotovoltaica, quais as vantagens e desvantagens, em comparação relação a energia
elétrica?
A metodologia plicada na pesquisa a ser realizada neste trabalho, será uma
Revisão de Literatura, no qual será realizada, consultas a livros, dissertações e por
artigos por artigos científicos selecionados através de busca á livros, sites de
pesquisas, relacionados energia Solar fotovoltaico residencial. Desta forma, requer
através deste estudo ampliar, os conhecimentos e aumentar o interesse da população,
para possam utilizar e se beneficiar da energia elétrica solar em suas residências.
3
1. ENEGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Energia solar é a energia renovável, produzida pela luz e o calor do sol, e pode
ser usada por diversas tecnologias em constante evolução, considerada uma fonte de
energia limpa e renovável, é a fonte de produção de energia que mais cresce no
mundo. (VILLALVA,2017).
1.1 ORIGEM DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
A energia solar é obtida através da conversão da irradiação solar em
eletricidade por intermédio de materiais semicondutores, esse fenômeno é chamado
de efeito fotovoltaico .A quantidade de energia solar nas formas de energia e calor,
recebida anualmente no nosso planeta é suficiente para suprir a necessidade
relacionada ao abastecimento de energia, mas todo esse potencial é pouco
aproveitado, por outro lado podemos afirmar que até mesmo a energia gerada através
de combustíveis fosseis também originam da energia solar, por resultarem da
decomposição da matéria orgânica produzida a milhares de anos. (GEENBRAS,2018)
No ano de 1839,foi descoberto a energia solar, por Alexandre Edmond quando
realizava algumas experiências com eletrodos, em um experimento contendo placas
metálicas de prata e platina percebeu que com a luz do sol era possível obter energia
elétrica, quando mergulhadas as placas em um eletrólito e colocadas em contato com
a luz solar, estas geravam um pequeno potencial elétrico, então foi chamado esse
fenômeno de efeito fotovoltaico, mas apenas em 1884, apareceu a primeira célula
fotovoltaica que usava selênio, mas tinha apenas 1% de eficiência.(GEENBRAS,2018)
Mas foi apenas após a explicação de Albert Einstein, em 1905 que permitiu um
melhor esclarecimento em torno do efeito fotoelétrico, e no ano de 1905 a mecânica
quântica com a teoria das bandas de energia, física dos semicondutores com os
processos de purificação e dopagem aplicadas aos transmissores, que o processo de
produção de energia solar fotovoltaica começou a evoluir com essa descoberta,
Einstein foi premiado com o Nobel de física, no ano de 1923. (GEENBRAS,2018)
Em março de 1905, Einstein afirmou que certos fenômenos seriam
compreendidos se um raio de luz fosse entendido não como uma onda, distribuída
continuamente no espaço, mas sim como pequenos pacotes de energia se
propagando, sendo apenas onda eletromagnética, a luz não poderia propiciar energia
4
suficiente para expulsar elétrons de um átomo e assim, criar corrente elétrica, a
descoberta de Einstein possibilitou, a verificação experimental da equação sobre o
Efeito Fotoelétrico, ser essencial para o desenvolvimento de painéis
fotovoltaicos.(GEENBRAS,2018).
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da
luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico) sendo a célula fotovoltaica, um dispositivo
fabricado com material semicondutor, a unidade fundamental desse processo de
conversão, a energia solar é inesgotável na escala terrestre de tempo tanto como
fonte de calor quanto de luz, sendo uma das alternativas energéticos mais
promissoras para prover a energia necessário ao desenvolvimento humano. O sol é a
principal fonte de energia do nosso planeta, é responsável pela origem de
praticamente todas as outras fontes de energia na terra, assim as fontes de energia
derivam em sua maioria da energia solar. (GEENBRAS,2018).
Para Chambouleyron (1989); A eletricidade gerada através da energia do sol é
considerada uma exelente fonte tecnológica de energia, sendo que seu processo de
geração, realizado pos dispositivos semicondutores não contêm partes móveis, não
produz resíduos, não libera calor residual, o que contribui para o equilíbrio da biosfera,
evitando por completo o efeito estufa. (CHAMBOULEYRON,1989).
A eletricidade solar fotovoltaica é a tecnologia energética promissora, em que
as células solares convertem diretamente a energia solar, qual é a mais abundante e
renovável fonte de energia em eletricidade, assim o processo de geração de energia
acontece por dispositivos semicondutores, não tem partes metráveis, esse processo
não gera resíduos e, não libera calor residual, mantendo o equilíbrio da biosfera
evitando o aumento do efeito estufa. (BRAGA ,2008).
É a partir da energia solar que ocorre a evaporação, que possibilita o
represamento e consequente a geração de energia hídrica, a radiação solar também
induz a circulação atmosférica em larga escala, causando os ventos, e assim a energia
eólica, uma forma indireta de energia solar, já que os ventos se formam a partir da
conversão da radiação solar em energia cinética, em função de um balanço
diferenciado nas diferentes latitudes entre a radiação solar incidente e a radiação
terrestre emitida. O sistema fotovoltaico, são baseados em painéis ou módulos,
dispositivos que captam a energia da luz solar e produzem corrente elétrica, essas
correntes produzidas pelos módulos fotovoltaicos, a produção de energia fotovoltaica
é muito mais vantajoso, uma casa ou empresa que utilize a energia solar, pois assim
5
conseguem diminuir os gastos e “fica” imune ao aumento da energia elétrica
convencional, devido ao baixo consumo desta. (PINHO; GODINHO,2014).
1.2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO BRASIL
O Brasil emprega várias fontes de renováveis, quase toda a energia consumida
no pais é gerada por usinas hidroelétricas, comparado a outros países o Brasil não
tem muitos avanços na busca por fontes de energia renováveis, devido ao seu grande
potencial de aproveitamento hidroelétrico, entretanto a fonte hidroelétrica não será
suficiente para o Brasil alcançar uma geração de eletricidade comparável aos outros
países. (CRESESB,2018)
No Brasil a energia solar fotovoltaica era empregada apenas em sistemas
isolados ou autônomos instalados em locais onde não era atendido pela rede elétrica,
regiões de difícil acesso, muitas residências passaram a ser atendida por esse sistema
de energia solar fotovoltaica, através do programa de governo federal “Luz para
todos”, esse sistema autônomo de geração de energia solar fotovoltaica tenha um
valor significativo, a melhor forma de aproveitamento ocorre através do sistema
conectados à rede, o número de sistemas fotovoltaicos conectados a rede vem se
expandindo cada vez mais por todo território nacional, estima-se que nos próximos
anos o Brasil esse sistema cresça consideravelmente.(GEENBRAS,2018).
A energia solar fotovoltaica apresenta mais regularidade no fornecimento de
eletricidade do que a energia eólica, e pode ser empregada em qualquer região do
país, é razoável esperar par o Brasil um imenso potencial na geração de energia
fotovoltaica pelo menos dez vezes maior que a capacidade da Alemanha, que
atualmente é o pais que mais se utiliza a energia fotovoltaica, com um grande
potencial fotovoltaico o Brasil pode se tornar um dos principais líderes na instalação
de energia solar fotovoltaica. (GEENBRAS,2018).
O sistema fotovoltaico tem muito espaço para crescer no país, a energia solar
fotovoltaica é uma opção viável e promissora para complementar e ampliar a geração
de energia elétrica, podendo gerar eletricidade em qualquer local onde seja possível
instalar os painéis fotovoltaicos, em áreas urbanas podem ser instalados em telhados
e faixadas de prédios e residências, usinas de eletricidade que podem ser construídas
em áreas abertas de qualquer dimensão, próximas ou distantes dos centros de
6
consumo, as condições climáticas e espaço territorial do nosso país são favoráveis
para a geração de energia solar fotovoltaica. (GEENBRAS,2018).
1.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
Energia solar fotovoltaica, é uma fonte de energia renovável em eletricidade,
as células solares convertem a energia solar, os sistemas fotovoltaicos conectados à
rede, disseminados na forma de micro e mini usinas de eletricidade, permitem
aumentar a oferta de energia elétrica ao mesmo tempo contribuir para a manutenção
da característica renovável de nossa matriz energética, em regiões urbanas em que é
ligado diretamente à rede elétrica de baixa tensão, produz eletricidade e reduz o valor
no custo da geração de energia o que atrai o consumidor final. (VILLALVA,2017).
Além do aumento da disponibilidade elétrica e os benefícios ambientais pois o
processo de geração de energia solar, não gera resíduos, e o desenvolvimento
tecnológico da energia solar, além de movimentar a economia nacional, também gera
muitos empregos, gerando profissionais capacitados, além de que a utilização deste
meio de geração de energia renovável, por não liberar calor residual, não altera o
equilíbrio da biosfera, não envolve queima de combustível, não gera nenhum tipo de
poluição, tem vida útil superior a 20 anos, exige o mínimo de manutenção, sua
instalação é muito simples e fácil, não causa impacto no meio ambiente e evita por
completo o efeito estufa. (VILLALVA,2017).
Entretanto por mais que a geração de energia solar fotovoltaica, tenha muitas
vantagens, a exploração de qualquer fonte de energia provoca alterações, as usinas
solares térmicas empregam fluidos tóxicos e ocupam grades áreas altera o ambiente
em volta, apesar dos impactos negativos as fontes renováveis são limpas e seguras
quando comparadas as não renováveis, outro ponto negativo é o custo de
investimento elevado para instalação de usinas solares. (CRESESB,2018)
7
2. CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
As células fotovoltaicas são responsáveis pela conversão pela conversão direta
do sol em eletricidade, esse fenômeno ocorre quando a luz ou radiação
eletromagnética do sol, incide sobre a célula composta de materiais semicondutores
com propriedades especificas. Uma célula fotovoltaica é composta por duas camadas
de material semicondutores, silício “N” e silício “P”, como ilustra a figura abaixo, uma
grade de condutores metálicos superior, qual recebe a luz , então deve ser translucida,
por isso os contatos elétricos são construídos em formato de grade, que deve ser fina
metálica impressa na célula, e uma base metálica inferior que são terminais elétricos
responsáveis pela coleta da corrente elétrica produzida pela ação da luz, formada por
uma película de alumínio ou de prata, como demostra a figura1. (VILLALVA,2017).
Figura 1- Estrutura de uma célula fotovoltaica
Fonte: Blue Sol (2018).
As camadas semicondutoras da célula podem ser fabricadas com vários
materiais diferentes, sendo o mais comum silício, que corresponde a 95% das células
fotovoltaicas fabricadas em todo o mundo, os semicondutores não são materiais
isolantes, nem condutores elétricos. (CRESESB,2018).
As células fotovoltaicas são fabricadas por diversas tecnologias, as mais
comuns encontradas são a de silícios monocristalino, silício policristalino e a do filme
fino de silício, o silício usado na fabricação das células e painéis fotovoltaicos é
extraído de uma fonte de mineral chamado quartzo, que é produzido no brasil, mas
8
apesar do Brasil ser o maior produtor de quartzo, a purificação do silício não é feita
aqui. (VILLALVA,2017).
2.1 CÉLULA DE SILÍCIO MONOCRISTALINO
Blocos de silício ultrapuro são aquecidos em altas temperaturas e submetidos
a um processo de formação de cristal chamado o método de Czochralski, o resultado
final desse processo é o lingote de silício monocristalino é constituído de uma estrutura
cristalina única e possui organização molecular homogênea que caracteriza o aspecto
brilhante e uniforme. (VILLALVA,2017).
Figura 2- Lingote de Silício Monocristalino
Fonte: Portal Solar, (2018).
A figura 2, acima demonstra como é lingote de silício monocristalino, antes de
ser serrado e fatiado para que seja produzido wafers, que são finas bolachas de silício
puro, quais não possuem as propriedades de uma célula fotovoltaica, ilustrado na
figura 3. (VILLALVA,2017).
9
Figura 3- Wafer de silício monocritalino.
Fonte: Global Source, (2018)
Os wafers são submetidos a processo químico onde recebem impurezas em
ambas as faces, formando uma camada de silício “P” e “N”, que constituem a base
para o funcionamento da célula fotovoltaica, por último, a célula semiacabada recebe
uma película metálica em uma das faces, uma grande metálica na outra face e uma
camada de material antirreflexo no lado que recebe a luz a figura 4, mostra como é a
finalização da célula de silício monocristalina. (VILLALVA,2017).
Figura 4- Célula de silício monocristalino
Fonte: Sol na amazonia, (2018).
10
As células de silício monocristalino, é uniforme tem coloração azul ou preto
podendo obter uma coloração diferente, dependendo do tipo de tratamento
antirreflexivo que irá receber, essas células são as mais eficientes produzidas em
larga escala e disponível para comercializar, podem alcançar 15% a 18% mas o custo
de sua produção é mais alto comparado a outros tipos de células, são consideradas
rígidas e quebradiças e para que tenham mais resistência devem ser montadas em
módulos. (VILLALVA,2017).
2.2 CÉLULAS DE SÍLICIO POLICRISTALINO
As células de silício policristalino são mais baratas que as de silício
monocristalino por exigirem um processo de preparação das células menos rigoroso,
o lingote de silício policristalino é formado por um aglomerado de pequenos cristais
de vários aspectos, porem o baixo custo e forma de produção diminui um pouco a
eficiência da célula, o processo de purificação do silício utilizada na produção das
células de silício policristalino é semelhante ao processo do Si monocristalino, o que
permite deixa mais compatível com relação aos níveis de eficiência, as técnicas de
fabricação de células policristalinas são as mesmas na fabricação das células
monocristalinas, porém com menores rigores de controle, tornando assim mais
baratas. (VILLALVA,2017).
Também é produzido o wafers, do lingote de policristalino para a produção de
células policristalinas, as células policristalinas tem aparência heterogênea, são
encontradas na cloração azul, que pode sofrer alterações conforme a função e o
tratamento antirreflexivo, na figura 5, podemos observar como é o resultado da célula
de policristalino já finalizada. (VILLALVA,2017).
11
Figura 5- Célula fotovoltaica de silício Policristalino
Fonte: LUX NOVA (2018).
Por seu processo de fabricação ser mais barato comparado as células de silício
monocristalino, as células de silício policristalino tem eficiência comercial entre 13% a
15%, inferiores as células monocristalinas, também são células rígidas e quebradiças,
que necessitam ser montadas em módulos para ter resistência mecânica.
2.3 CÉLULAS FOTOVOLAICAS FILMES
Os filmes finos é uma nova tecnologia, diferente das células cristalinas, que são
produzidas através de fatias de lingotes de silício, os dispositivos filmes finos são
fabricados através da deposição de finas camadas de silícios e outros materiais, sobre
uma base rígida ou flexível, o processo de deposição ocorre por vaporização ou
através de outros métodos, em que pequenas quantidades de matéria-prima sejam
empregadas na fabricação de módulos evitando desperdícios que ocorre na serragem
dos wafers cristalinos. (VILLALVA,2017).
As temperaturas para fabricação dos filmes finos variam entre 200°C e 500°C,
muito menor que as temperaturas necessárias para fabricação de células cristalinas,
consomem menos matéria prima, tem um custo muito mais acessível, podendo ser
produzidos em qualquer dimensão e a única restrição é a área da base para a
fabricação do módulo, por ter uma custo baixo os dispositivos de filmes finos tem baixa
12
eficiência, de modo que precisam de uma área de módulos maior para produzir a
mesma energia que produzem ao outras tecnologias. (VILLALVA,2017).
Os filmes finos aproveitam muito melhor a luz solar para baixos níveis de
radiação e para radiações de tipos difusas, o coeficiente também é mais favorável, a
tecnologia de filmes fino são mais adequados para locais com temperaturas elevadas,
os módulos de filmes finos sofrem degradação muito mais acelerado, quando não são
corretamente aterrados (VILLALVA,2017).
Figura 6- Módulos fotovoltaicos de filme fino de silício
Fonte: Neo Solar, (2018).
As vantagens dos filmes finos podem ser produzidas em massa, sendo
potencialmente mais baratos de fabricar do que as células solares de base cristalinas,
possuem aparência homogênea, que a deixa esteticamente bonita, pode ser feito
flexível, favoráveis a lugares de altas temperaturas e sombreamento de árvores e
outras obstruções tem menos impacto sobre o desempenho do painel solar de filme
fino, as desvantagens dessa tecnologias são eles também exigem uma grande
quantidade de espaço, menos eficiente, significa que o seu custo com estrutura de
instalação, mão-de-obra e cabeamento tende a aumentar pois ocupam um espaço
maior, fino tendem a degradar mais rapidamente do que os painéis solares mono e
policristalino, figura 6, acima mostra como são os módulos de filme fino de silício,
instalados (VILLALVA,2017).
13
3. SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL
O Sol produz 4 milhões de vezes mais energia do que consumimos, para o seu
potencial é ilimitado, a produção de energia solar é fonte de energia sustentável, a
instalação do sistema de energia fotovoltaica em residências, tem um grande
benefício ao consumidor que pode diminuir 90% do valor da sua conta de energia
podendo até zerar, porém é necessário ter um direcionamento sobre os processos de
compra, instalação e funcionamento da tecnologia. (LUZ SOLAR,2018).
A energia elétrica é essencial no dia a dia de toda a população, e garante além
de conforto, qualidade de vida, principalmente em centros urbanos, porém em áreas
rurais ainda existem locais que não contam com luz elétrica, mas este esse cenário
está mudando a cada dia, devido as instalações de fontes alternativas de energia
como a energia solar. No mundo globalizado é difícil se imaginar como seria a vida
sem a energia elétrica. (LUZ SOLAR,2018).
A Energia solar fotovoltaica é considerada a mais ampla, pois atende a todas
as demandas de energia da unidade de consumo, a implantação de células
fotovoltaicas, deve ser feita em locais onde existe uma boa insolação, para obter
melhor desempenho do o sistema elétrico. A produção de energia renovável, por meio
do uso de painéis fotovoltaicos, populariza-se cada vez mais, existem dois tipos de
sistema fotovoltaico, Sistema fotovoltaico autônomos ou isolado, também conhecido
como “off grid” e o Sistema conectado à rede, chamado de “on grid”. (VILLAIVA,2017).
Abaixo o quadro 1, mostra um comparativo das vantagens e desvantagens dos
Sistemas Fotovoltaico autônomo e Sistema Fotovoltaico Ligado à rede.
Quadro 1- comparação Sistemas Fotovoltaico autônomo e Sistema
Fotovoltaico Ligado à rede.
Sistema VANTAGENS DESVANTAGENS
Sistema Fotovoltaico
Autônomo (off grid)
Podem ser utilizados em
locais distantes, por ser
independente da rede de
distribuição de energia:
Não gera tarifa de energia;
Necessita de utilização de
baterias e controladores
de carga;
Custo elevado se
comparado ao sistema “on
grid”;
14
Possui sistema de
armazenagem de energia.
Menos eficiente.
Sistema Fotovoltaico
Ligado à rede (on grid)
Dispensa uso de baterias
e controladores de carga
A energia gerada à mais,
podem gera créditos e
podem ser usados por
outras unidades
consumidoras do mesmo
consumidor.
Mais eficiente
Necessita está conectada
à rede de eletricidade;
Não tem sistema de
armazenagem de energia;
Necessidade de pagar
conta de luz, quando a
demanda for maior que a
produção e não houver
créditos disponíveis
Fonte: ECYCLE (2018).
3.1 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÔNOMOS
O emprego do Sistema Fotovoltaico Autônomo, geralmente é mais utilizado
sobretudo, para auxiliar o consumo de energia elétrica em localidades que não são
ligadas a rede elétrica, ou manter algum equipamento, que consomem mais energia
e que precisam se manter funcionando, mesmo quando com a falta de energia elétrica.
O sistema autônomo, é isolado, ou seja, é independente da rede, nesse caso não há
necessita de autorizações da concessionária e nem tem legislação que proíba
produção para consumo desse sistema. (VILLAIVA,2017).
Assim o Sistema Fotovoltaico Autônomo (SFA ou off-Grid), casos de queda
temporária de ou apagão de energia, mantem o abastecimento de energia, devido a
um conjunto de Baterias, que tem a função de acumular energia, possibilitando
atender e abastecer localidades mais e áreas remotas, ajudando em tarefas
essenciais, como bombeamento, irrigação, iluminação de galpões, entre outros,
possibilitando autonomia na geração de energia elétrica, nesses lugares, e as falhas
de energia na rede de serviços públicos, não afetam os sistemas isolados.
(VILLAIVA,2017).
Não é recomenda-se a utilização do sistema fotovoltaico autônomo, para
residências localizadas em grandes centros urbanos, embora isso posso ser
realizado, apenas se sugere que, não é interessante se levar em questão o custo
15
implantação, operação e manutenção, para esses locais o mais adequado é utilização
sistema fotovoltaico ligado à rede. (VILLAIVA,2017).
O Sistema Fotovoltaico Autônomo, é capaz de ser projetado para sustentar
todo tipo de carga, valor de potência e montante de energia, deixando obvio que,
quanto maior a potência dos instrumentos que são eletricamente sustentados, e
quanto maior o período de consumo, maior é a quantidade de energia usada, o
Sistema Fotovoltaico Autônomo deve ser maior, para que toda a demanda consiga
ser abastecida. (VILLAIVA,2017).
Pois quanto mais potente for o Sistema Fotovoltaico Autônomo, seu custo para
a ser instalado também será maior. Devido a isso é mais comum a alimentação cargas
pequenas, pois grandes projetos exigem grande infraestruturas e uma engenharia
especializada. Na figura 7, abaixo mostra através de um esquema básico como
funciona o sistema fotovoltaico autônomo ou isolado, como também é chamado.
(VILLAIVA,2017).
Figura 7- Esquema do Sistema Fotovoltaico Autônomo.
Fonte: Researchgate (2018).
Acima a figura 7, mostra como é formado um sistema fotovoltaico autônomo,
composto por um ou mais módulos fotovoltaicos, um controlador de carga, uma bateria
e um inversor, na imagem, denominado “ondulador”, que transforma a corrente (CC),
continua em corrente alternada (CA).
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3.1.1 Aplicação do Sistema Fotovoltaico autônomo
Os sistemas autônomos ou sistemas isolados, também são chamados “off grid”,
são muito comuns em regiões em que não são atendidos por uma rede elétrica, e
também são muito usados no fornecimento de eletricidade para residências situadas
em áreas rurais, praias, ilhas e demais locais isolados, onde não possua
disponibilidade de rede energia elétrica, nesses locais pode ser usado o sistema
fotovoltaico para geração de eletricidade. (VILLAIVA,2017).
Geralmente os sistemas de geração de energia fotovoltaica autônomo, é
composto por:
Módulos fotovoltaicos, conhecido como células fotovoltaica, composta
por duas ou mais camadas de materiais semicondutores uma do tipo P e outra tipo N;
Controlador de energia, é dispositivo que conecta o painel fotovoltaico e
a bateria, evitando a sobrecarga ou descarga.
Bateria, necessária para proporcionar o abastecimento constante de
energia para o consumidor, para evitar desperdício de energia gerada quando o
consumo é baixo, assim a energia excedente é armazenada para que possa ser usada
em momentos de pouca ou nenhuma radiação.
Inversor, é um equipamento eletrônico capaz de transforma a corrente
continua (CC), em corrente alternada (CA), é usado nos sistemas fotovoltaico para
alimentar consumidores em corrente alternada a partir da energia elétrica corrente
continua geradas pelo painel fotovoltaico ou armazenada na Bateria.
(VILLAIVA,2017).
3.2.SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO À REDE
O sistema fotovoltaico conectado à rede de energia elétrica, é o nome técnico
brasileiro do que é conhecido internacionalmente como on-grid, o funciona de forma
alterada com a rede elétrica, gerando energia para consumo local, esse sistema pode
reduzir ou zerar o consumo da rede elétrica, podendo até mesmo produzir energia a
mais. (VILLAIVA,2017).
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Residências e empresas que contam com esse sistema, produzem energia
excedente, passam a ser produtores de eletricidade. Sistema solar conectado à rede
é composto: (NEOSOLAR,2018).
Módulos fotovoltaicos, conhecido como células fotovoltaica, composta
por duas ou mais camadas de materiais semicondutores uma do tipo P e outra tipo N;
Inversor interativo, recebe a energia gerada pelas placas solares, em
corrente contínua (CC), e a transforma em energia elétrica de corrente alternada (CA).
(NEOSOLAR,2018).
Diferente do sistema autônomo, o sistema ligado à rede, não tem as baterias e
os controladores de carga, quais são componentes particularidades do sistema off
grid, porém para garantir a segurança energética pode ser utilizado o chamado “No
Break”, um equipamento que funciona como um banco de baterias que poderá
alimentar os equipamentos caso haja interrupção do fornecimento de energia pela
concessionária. (NEOSOLAR,2018).
Esse é o sistema é o que mais apresenta benefícios ao consumidor, pois o
devido seu fornecimento de energia é continuo, que significa na falta de energia pelo
sistema fotovoltaico ou esse não for suficiente, este será abastecido pela rede elétrica.
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede, podem ser centralizados, usados na
construção de usinas de geração de energia elétrica, o micro e minissistemas
descentralizados. São classificados em três categorias: Sistema de Microgeração
Fotovoltaico; Sistema de Minigeração Fotovoltaico; Usinas de Geração Fotovoltaica.
(NEOSOLAR,2018).
3.2.1 Sistema de Microgeração Fotovoltaica
Esse sistema tem potência instalada até 100 KW, instalados em locais de
menor consumo de eletricidade, esses sistemas são geralmente instalados e
residências, shopping, empresas, quais podem suprir totó o consumo de eletricidade
tornando-os consumidores autossuficientes, assim a energia obtida é consumida no
próprio local, e o excedente, se houver é exportado para a concessionaria.
(VILLAIVA,2017).
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Figura 8- Sistema de Microgeração Fotovoltaica
Fonte: LUZSOLAR (2018)
Acima a figura 8, demonstra como é o sistema de Microgeração fotovoltaica,
em uma residência, de fácil instalação e por utilizar poucos componentes, a fixação
de módulos fotovoltaicos em telhados é feita com técnicas semelhantes às usadas ne
instalação de coletores solar térmicos. (LUZ SOLAR, 2018).
Os módulos fotovoltaicos são conectados à rede elétrica da residência por um
inversor CC-CA especifico para a conexão à rede elétrica, capaz de aproveitar áreas
vazias e telhados para a produção de eletricidade, capaz de contribuir com a geração
de eletricidade em níveis nacionais, reduzindo emissões de carbono e demais danos
ao meio ambiente, causados por combustíveis fosseis e outras fontes de energia.
(VILLAIVA,2017).
O custo de um sistema de energia solar fotovoltaico depende principalmente
do tamanho e da complexidade da instalação, conforme mostra o quadro 2, abaixo.
Quadro 2- Custo para instalação do sistema fotovoltaico residencial
Residência Quantidade de
pessoas
Sistema Preço médio R$
Residência
pequena
2 pessoas 1.32 Kwp 10.673,36
19
Residência média 3 a 4 pessoas 2,64 Kwp 17.570,00
Residência média 4 pessoas 3,3Kwp 20.320,00
Residência grande 4 a 5 pessoas 4,62Kwp 25.695,00
Residência grande 5 pessoas 6,6Kwp 32.410,00
Mansões Acima de 5
pessoas
10,56Kwp 52,240,00
Fonte: Portal Solar (2018)
Os dados acima na tabela são referentes a metade do 2018, conforme pesquisa
realizadas em 4.500, em média o custo para instalação de geradores de energia solar,
incluindo, projeto, homologação e o equipamento todo. (PORTAL SOLAR,2018).
3.2.2 Sistema de Minigeração Fotovoltaica
Sistema de Minigeração Fotovoltaica, possui potência instalada entre 100KW e
1 MW, sistema fotovoltaico, instalado geralmente em comercio e industrias, capazes
de suprir parcialmente ou total a demanda de energia elétrica a esses consumidores,
diminuindo sua dependência da energia elétrica da rede pública, proporcionando
economia na conta, e imunidade no aumento da tarifa da energia elétrica. Abaixo a
figura 9, demonstra como é o sistema de Minigeração de energia fotovoltaica.
(VILLAIVA,2017).
Figura 9- Sistema de Minigeração Fotovoltaica
Fonte: ENERGY (2018)
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A figura 9, mostra um exemplo de instalação de Sistema de Minigeração,
instalado em telhado de prédio comercial, esse sistema econômico, sustentável e
ecologicamente correto. A energia produzida por esse sistema que excede, ou seja,
que não tenha sido compensado na própria unidade consumidora pode ser utilizado
para compensar o consumo de outras unidades consumidoras. (VILLAIVA,2017).
3.2.3 Usinas de Geração Fotovoltaica
Usinas de Geração Fotovoltaica tem a potência acima de 1 MW, usados na
construção de usinas de geração de energia elétrica conectadas a rede, através de
transformadores e linha de transmissão, são formadas por grandes módulos
fotovoltaicos conectados a inversores centrais, que são conectados a uma ou mais
cabine de transformação, que elevam as tensões a níveis iguais as linhas de
transmissão do sistema elétrico. (VILLAIVA,2017).
Figura 10- Usinas de Geração Fotovoltaica
Fonte: Portal solar. (2018)
A figura 10, mostra um exemplo de energia sola fotovoltaica, formada por um
grande número de módulos fotovoltaicos e diversos inversores centrais, que podem
ter potência de 100 KW até mais de 1MW, e que estão conectados à rede de alta
tensão trifásica. As usinas de geração de energia. (VILLAIVA,2017).
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente trabalho buscou mostra a importância do consumo da Energia Solar
Fotovoltaica Residencial, e o quanto o aproveitamento dessa fonte de energia
alternativa, pode útil não apenas para na geração de eletricidade, como também para
o ambiente, os benefícios gerados pela de energia produzida pelo sol, é de fato muito
vantajosa, do que a energia produzida por fontes de energia fósseis como por
exemplo: carvão, petróleo entre outros.
É possível através da instalação do sistema de geração de energia solar
fotovoltaica residencial, reduzir o valor pago pelos consumidores em suas residências,
em locais onde existe implantação de um sistema solar isolado, pode zerar ou até
pode chegar a reduzir em 50% o custo da tarifa, a vida útil dos sistemas de energia
solar fotovoltaicas, também é importante, pode variar de 25 a 30 anos.
Assim podemos concluir que apesar das vantagens e tudo mais que a energia
solar traz, o custo para sua instalação ainda é pouco atrativo, isso impossibilita que
esse tipo de sistema se de expandir, acredito que com maiores investimentos essa
tecnologia possa em breve estar disponível e beneficiar pelo menos 70% população.
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REFERÊNCIAS
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LUX NOVA, Principais Tipos Células Fotovoltaica. Disponível em: http://www.luxnova.com.br/principais-tipos-celulas-fotovoltaicas/.Acesso em 05 out.2018 NEOSOLAR, Painel Solar Fotovoltaico < https://www.neosolar.com.br/aprenda/saiba-mais/painel-solar-fotovoltaico/>. Acesso em 05 set. 2018.
23
PINHO, João Tavares; GOLDINO, Marco Antônio. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos: Edição Revisada e Atualizada, Rio de Janeiro, 2014. PORTAL SOLAR, Tipos de Painel Solar Fotovoltaico < https://www.portalsolar.com.br/tipos-de-painel-solar-fotovoltaico.html />. Acesso em: 05 set.2018. PORTAL SOLAR. Usina solar. Disponível em <htps://www.portalsolar.com.br/usina-solar.html>. Acesso em 09 out. 2018.
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