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8/17/2019 TCC energia solar
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UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA
IGOR DE OLIVEIRA PRAÇA
JONATHAN XAVIER DOS REIS
JOÃO PAULO LIMA DE OLIVEIRA
SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR
BRASILIA
2014
8/17/2019 TCC energia solar
2/63
I
IGOR DE OLIVEIRA PRAÇA
JONATHAN XAVIER DOS REIS
JOÃO PAULO LIMA DE OLIVEIRA
SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR
Trabalho de conclusão de curso paraobtenção do titulo de graduação emngenharia letr!nica apresentado "#ni$ersidade %aulista & #'I%(
)rientadora* %ro+a( ,a( Larissa,ar-ues %eres
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II
IGOR DE OLIVEIRA PRAÇA
JONATHAN XAVIER DOS REIS
JOÃO PAULO LIMA DE OLIVEIRA
SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR
) presente trabalho +oi .ulgado ade-uado para obtenção do t/tulo de raduado
em ngenharia ltrica e apro$ada na sua +orma +inal pela oordenação do
urso da #ni$ersidade %aulista 3 #'I%(
Igor de )li$eira %raça
onathan 5a$ier dos Reis
oão %aulo Lima de )li$eira
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III
IGOR DE OLIVEIRA PRAÇA
JONATHAN XAVIER DOS REIS
JOÃO PAULO LIMA DE OLIVEIRA
SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR
Trabalho de conclusão de curso paraobtenção do titulo de graduação emngenharia letr!nica apresentado "#ni$ersidade %aulista & #'I%(
Apro$ado em*
BA'A 5A,I'A6)RA
_____________________________ ___/____/_______ %ro+a( )rientadora* Larissa ,ar-ues %eres
#ni$ersidade %aulista & #'I%
____________________________ ____/____/_______ %ro+( * ,ichel dos Santos ,oreale
#ni$ersidade %aulista & #'I%
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IV
AGRADECIMENTOS
Agradecemos aos +amiliares7 -ue nos apoiaram durante esses anos de+aculdade7 aos nossos colegas -ue nos a.udaram a chegar ao +inal do curso e
aos pro+essores -ue muito nos ensinaram(
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V
“Ainda que tivesse o dom de profecia, e
conhecesse todos os mistérios e toda a
ciência, e ainda que tivesse toda fé, de
maneira tal que transportasse os montes,
se não tivesse amor, nada seria.”
8or/ntios 19* 27 B/blia:
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VI
RESUMO
ste pro.eto ter; como base o estudo da captação da energia solar por meio deum painel +oto$oltaico -ue +icar; sempre perpendicular " lu< solar7 conseguindoassim7 melhor apro$eitamento da energia incidente para carregar uma bateria
atra$s de seu controlador7 pois normalmente h; uma perda de energiacausada pelo =ngulo em -ue a lu< solar incide( A mo$imentação do painel solar em direção ao sol ser; +eita por meio de um sistema microcontrolado pelomicrocontrolador AT,A2>?07 programado em linguagem 7 -ue se baseiana incid@ncia de lu< em resistores L6R 8resistores -ue t@m a resist@nciadiminu/da linearmente de acordo com a intensidade da lu< -ue est; sobre eles:e na correção do erro de direção atra$s de dois ser$o&motores da marcautaba modelo S9009 com =ngulo de trabalho de 10 graus(
Palavras-cav!" %ainel +oto$oltaico( nergia solar( Ser$o&motores7,icrocontrolador
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VII
A#STRACT
This pro.ect Cill be based on the studD o+ collecting solar energD through aphoto$oltaic panel that Cill alCaDs be perpendicular to sunlight7 getting therebDbetter utili?0 microcontroller7 programmed in language7 Chich is based onthe light incidence on resistor L6R 8resistor that ha$e the resistance decreasedlinearlD according to the intensitD o+ the light abo$e them: and in the correctiono+ the error o+ direction through tCo sla$e& motors o+ the utabaFs brand7 modelS9009 Cith a angle o+ CorE o+ 10 degrees$
%!&'(r)s" %hoto$oltaic panel( Solar nergD( Sla$e&motors7 ,icrocontroller
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VIII
LISTA DE IMAGENS
Imagem 2(1& s-uema de +uncionamento de uma usina hidreltrica((((((((((((((((21
Imagem 2(2& #sina Gidreltrica de Itaipu7 Brasil((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((21
Imagem 2(9 & s-uema de +uncionamento da usina termoeltrica((((((((((((((((((((22
Imagem 2(4 & s-uema da usina mar&motri 3 #sina eHlica(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((24
Imagem 2(? & entral eradora oto$oltaica Grcules7 %ortugal((((((((((((((((((((((2>
Imagem 9(1 & oto de al$in uller 8-u/mico:7 erald %earson 8+/sico: e 6arDl
hapin 8engenheiro:7 todos do laboratHrio da Bell em ,urraD Gill7 'o$a erseD
(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 91
Imagem 9(2 & oletor Solar((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((92
Imagem 9(9 & omponentes do Sistema oletor Solar((((((((((((((((((((((((((((((((((((((99
Imagem 9(4 & #sina solar trmica %S&107 spanha(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((94
Imagem 9(> & %laca solar oto$oltaica(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((9>
Imagem 9(? & %ainel oto$oltaico com sistema de rastreamento solar(((((((((((((9
Imagem 4(2 & ,Hdulo de ontrole((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((41
Imagem 4(9& %laca +onte > JK 8$ista in+erior:(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((42
Imagem 4(4 & %laca +onte > JK 8$ista superior:((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((42
Imagem 4(>& s-uema de ligação do ontrolador de arga(((((((((((((((((((((((((((((44
Imagem 4(? & Arduino ,ega 2>?0((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4>
Imagem 4(M & ,Hdulo Atuador((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4?
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IX
Imagem 4( & Ser$o&motor internamente(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4M
Imagem 4( & L6R((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4
Imagem 4(10 & s-uema do 6i$isor de Tensão(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((4
Imagem 4(11 & Sensor L6R((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>0
Imagem 4(12& Base giratHria hori2
Imagem 4(19& Base giratHria $ertical((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>2
Imagem >(1& Sistema em posição hori9
Imagem >(2 & Sistema em eNecução um((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>?
Imagem >(9 & Sistema em eNecução dois((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>M
Imagem >(4 & Sistema em eNecução tr@s(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>M
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X
LISTA DE TA#ELAS E GR*FICOS
r;+ico 2(1& ,atri< energtica do Brasil em 2012((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((2M
r;+ico 2(2 3 %ercentual de nergia reno$;$el gerada no Brasil((((((((((((((((((((((2M
Tabela >(1 & orrente medida(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>4
Tabela >(2 & %ot@ncia calculada((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>>
r;+ico >(1 & ur$a da pot@ncia de carga((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((>>
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XI
LISTA DE SIGLAS E A#REVIATURAS
AIE Ag@ncia Internacional de nergia
ANEEL Ag@ncia 'acional de nergia ltrica
AP Amap;
C)S Sul+eto de c;dmio
CE# ompanhia ltrica de Bras/lia
CEPEL entro de %es-uisas de nergia ltrica
CPU entral %rocessing #nit
ENEM Name 'acional do nsino ,dio
EPE mpresa de %es-uisa nergtica
I#GE Instituto Brasileiro de eogra+ia e stat/stica
LDR Light Dependent Resistor
MA ,aranhãoMME ,inistrio de ,inas e nergia
NTD 'orma Tcnica de 6istribuição
OCDE )rgani
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XII
LISTA DE SIM#OLOS
+ )hm7 unidade de medida de resist@ncia eltrica(
V Kolt7 unidade de medida de tensão eltrica(
A Ampre7 unidade de medida de corrente eltrica(
, Oatt7 unidade de pot@ncia eltrica(
,./0 $ )1a PuiloCatts hora por metro -uadrado7 medida de irradiaçãosolar(
C) andela7 unidade de intensidade luminosa(
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XIII
SUM*RIO
2 INTRODUÇÃO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$23
0 FONTES DE GERAÇÃO DE ENERGIA EL4TRICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$05
0$2 USINA HIDREL4TRICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$05
0$0 USINA TERMOEL4TRICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$02
0$6 USINA MAR4-MOTRI7$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$00
0$8 USINA E9LICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$06
0$: USINA SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$08
0$3 IMPACTOS DOS SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA EL4TRICA$$$$$$$$$$$$$$$$$0:
6 ENERGIA SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65
6$2 HIST9RIA DA CRIAÇÃO DA PLACA FOTOVOLTAICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65
6$0 FUNCIONAMENTO DOS GERADORES SOLARES$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$60
6$0$2 COLETOR SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$60
6$0$0 REFRAÇÃO SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$68
6$0$6 PLACA FOTOVOLTAICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$6:
6$0$8 PLACA FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$6;
8 DESENVOLVIMENTO DO PROT9TIPO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃOFOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$6<
8$2 M9DULO DE CONTROLE$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85
8$2$2 PLACA CONVERSORA DE TENSÃO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$82
8$2$0 CONTROLADOR DE CARGA E DESCARGA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$80
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XIV
8$2$6 ARDUINO $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$88
8$0 M9DULO ATUADOR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$8:
8$0$2 SERVO-MOTORES$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$83
8$0$0 PLACA FOTOVOLTAICA$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$8;
8$0$6 SENSOR LDR$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$8=
8$0$8 SUPORTE ARTICULADO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$:2
: TESTES REALI7ADOS> AN*LISES E RESULTADOS$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$:6
3 CONCLUSÃO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$:=
REFER?NCIAS$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$:<
AP?NDICE$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$30
2 INTRODUÇÃO
Ao longo de milhares de anos a humanidade sempre buscou os
melhores recursos para suprir suas necessidades b;sicas de sobre$i$@ncia( As
di$ersas +ontes de energia sempre +oram necess;rias para -ue o homem
pudesse co
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XV
6i$ersas +ontes podem ser utili
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XVI
• ,elhorar a e+ici@ncia de um sistema de geração +oto$oltaicaQ
• riar uma +onte de energia sustent;$el -ue colabore positi$amente com
o +ator ambiental(
2$0 JsB11caB1va
m tempos de escasse< de chu$a os reser$atHrios estão em n/$eis
cr/ticos nas usinas hidreltricas( Isso pode causar problemas na principal +onte
de geração de energia eltrica no Brasil( %reciso sempre buscar melhorias e
no$as +ontes de energia alternati$as e limpas( onsiderando -ue o processo de
crescimento econ!mico de uma nação se $incula a um aumento da o+erta de
energia eltrica7 o tema desta pes-uisa torna&se promissor para o +uturo da
geração deste tipo de energia( A geração de energia eltrica por meio de placas +oto$oltaicas uma
+orma de energia -ue tem crescido bastante no mundo7 pois se trata de uma
+onte alternati$a -ue ino$adora7 remetendo a uma +acilidade cotidiana7
sustent;$el7 em -ue placas de sil/cio trans+ormam lu< direta do sol em energia
eltrica( As placas +oto$oltaicas sempre estarão em constante mo$imento
rastreando a posição do sol7 apro$eitando todos os raios solares incidentes eobtendo assim7 melhor apro$eitamento da lu< solar(
2$6 M(B1va(
A principal moti$ação desen$ol$er um sistema de geração de energia
eltrica ecologicamente correto7 com manutenção simpli+icada7 eNcelente custo
bene+/cio e apro$eitar ao m;Nimo a irradiação solar(
)utra moti$ação7 a mdio e longo pra
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XVII
ApHs todas estas pes-uisas7 iniciou&se o processo de construção7
programação e con+iguração de um sistema protHtipo em pe-uena escala( Ao
+inali
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XVIII
colhidos para serem analisados7 con+eridos e usados na prHNima etapa7 -ue
a conclusão(
) seNto cap/tulo a conclusão7 -ue indicar; se as metas e ob.eti$os
+oram alcançados7 detalhando as $antagens e des$antagens encontradas
durante o processo de montagem e o per/odo de utili
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XIX
transportada e distribu/da para -ue possamos melhorar a e+ici@ncia na
produção7 transportar de maneira e+iciente e aper+eiçoar o consumo(
A principal +orma de se gerar energia eltrica trans+ormar um tipo de
energia 8cintica7 mec=nica7 potencial7 solar7 entre outras: em energia eltrica7-ue pode ser +eita de $;rias maneiras(
0$2 Us1a H1)r!lKBr1ca
As usinas hidreltricas são muito empregadas no Brasil7 -uase toda a
eletricidade gerada no pa/s tem origem nessa +onte( ) princ/pio de
+uncionamento7 segundo a Imagem 2(17 mostra -ue a ;gua de um rio
represada e escoada por um duto( ntão7 a energia potencial da ;gua
arma
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XX
onte* #sinas hidroeltricas e seus impactos ambientais7 2014(
0$0 Us1a T!r/(!lKBr1ca
6e+ine&se como usina termoeltrica7 Imagem 2(97 como o tipo de usina
geradora -ue utili
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XXI
onte* #sina termoeltrica7 200(
'o Brasil7 onde historicamente a geração de energia eltrica
predominantemente hidreltrica7 a geração trmica tem desempenhado papel
importante no atendimento da demanda de pico do sistema eltrico7 -uando+alta ;gua para a geração nas hidreltricas e7 principalmente7 no suprimento de
energia eltrica a munic/pios e comunidades não atendidos pelo sistema
interligado(
0$6 Us1a MarK-/(Br1
) potencial de geração de energia eltrica a partir do mar inclui oapro$eitamento das mars7 correntes mar/timas7 ondas7 energia trmica e
gradientes de salinidade( A eletricidade pode ser obtida a partir da energia
cintica produ
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XXII
onte* Sergio Oagner7 2012(
0$8 Us1a El1ca
A usina eHlica7 apresentada na Imagem 2(>7 obtm energia a partir daenergia cintica contida nas massas de ar em mo$imento7 seu apro$eitamento
ocorre por meio da con$ersão da energia cintica de translação em energia
cintica de rotação7 com o emprego de turbinas eHlicas7 denominadas
aerogeradores( As principais des$antagens desse tipo de geração de energia
são a poluição sonora7 pois as turbinas são muito barulhentas7 a poluição $isual
e a inter+er@ncia eletromagntica causada pelas turbinas em sinais de r;dio
+re-u@ncia J?(
Imagem 2(> 3 #sina eHlica
onte* Anda7 2010(
A energia eHlica7 ou a energia do $ento7 .; empregada pelo homem h;
muitos sculos no transporte7 como em na$ios $eleiros7 e no acionamento de
mecanismos( A energia do $ento pode ser utili
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XXIII
+onte inesgot;$el e muito importante de eletricidade( 6esde o ano de 2004 o
Brasil $em eNplorando com sucesso esta +onte de energia para a geração de
eletricidade( ) %rograma de Incenti$o "s ontes Alternati$as de energia eltrica
8%R)I'A:7 criado pelo go$erno +ederal para incenti$ar o uso de biomassa7
pe-uenas centrais hidreltricas e energia eHlica7 +oi respons;$el pela criação
do setor de energia eHlica no pa/s( A indstria desta +onte de energia
consolidou&se no Brasil e $em crescendo muito( 6i$ersos par-ues de geração
eHlica .; +oram instalados e h; muitos outros em construção no pa/s7
especialmente nas regies nordeste e sul7 onde h; bons regimes de $entos JM(
0$: Us1a S(lar
A usina solar obtm energia pela irradiação da lu< solar captada atra$s
de painis solares( ssa irradiação não atinge de maneira uni+orme toda a
crosta terrestre7 mas su+iciente para atender milhares de $e
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XXIV
Imagem 2(? & entral eradora oto$oltaica Grcules7 %ortugal
onte* ata$ento S(A(7 2014(
0$3 I/acB(s )(s S1sB!/as )! G!ra( )! E!r1a ElKBr1ca
Ao analisar as di$ersas plata+ormas di+erentes -ue eNistem ho.e para
geração de energia eltrica7 torna&se essencial uma an;lise pro+unda dos
custos e de impactos sociais e ambientais em curto e em longo pra
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XXV
m 20127 o Brasil mante$e em sua matri< energtica uma grande
participação da energia reno$;$el7 como mostrado no r;+ico 2(17 obtendo um
dos maiores /ndices mundiais7 inclusi$e maiores do -ue os pa/ses da )6
8)rgani
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XXVI
onte* %7 2019(
Ao obser$ar o r;+ico 2(17 +ica $is/$el -ue o maior consumo de energia
est; baseado em insumos de petrHleo* gasolina7 diesel7 g;s natural7 entre
outros( Todos estes combust/$eis apresentam um grande impacto negati$osobre o meio ambiente7 pois a -ueima destes insumos libera g;s carb!nico na
atmos+era7 -ue pre.udicial " camada de o
deri$ados de petrHleo t@m uma baiNa taNa de apro$eitamento de energia7 pois
apenas 90W da energia do combust/$el são apro$eitadas( omo a -ueima do
petrHleo necess;ria para o +uncionamento do motor7 o aumento do uso dessa
m;-uina tambm aumenta a -uantidade de gases emitidos7 pro$ocando o
e+eito estu+a(
) e+eito estu+a um processo -ue ocorre -uando uma parte da radiação
in+ra$ermelha emitida pela super+/cie terrestre absor$ida por gases presentes
na atmos+era( omo conse-u@ncia7 o calor +ica retido como se +osse uma
estu+a7 não sendo liberado para o espaço( ) e+eito estu+a dentro de uma
determinada +aiNa de $ital import=ncia7 mas como conse-u@ncia da enorme
-uantidade de gases emitidos nas ltimas dcadas7 este e+eito pode
desestabili
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XXVII
construção de uma usina hidreltrica muito compleNa e trabalhosa7 de tal
maneira -ue o pro.eto en$ol$e $;rios ramos da engenharia* Gidrologia7
hidr;ulica7 geologia aplicada7 mec=nica dos solos e das rochas7 est;tica7
mec=nica e eletricidade J12( Alm dos +atores -ue não podem ser pre$istos
durante a +ase do pro.eto7 por eNemplo7 a -uantidade de ;gua -ue ter; no
reser$atHrio7 -ue não um $alor est;tico(
'a construção de uma usina necess;ria tanta -uantidade de cimento7
areia7 argila7 dentre outras matrias&primas7 -ue se +a< necess;rio um estudo
geolHgico para encontrar estas matrias nas imediaçes do local onde ser;
constru/da a usina J12(
)utro impacto na construção de uma usina hidreltrica a -uestão
+inanceira( )s custos de construção são inmeros* custos de trabalho
preparatHrio7 desapropriaçes e indeni
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XXVIII
; eNistem pes-uisas -ue buscam maneiras mais e+icientes de se gerar
energia eltrica( ) Brasil tem um grande potencial para a produção de energia
eltrica em usinas eHlicas7 pois as correntes de ar nas proNimidades das praias
brasileiras7 principalmente no nordeste7 apresentam uma boa $elocidade para a
produção de energia eltrica7 mas este pro.eto compleNo e in$i;$el para a
maior parte do Brasil(
Ao analisar todas as opçes atuais7 a energia solar com uso de placas
+oto$oltaicas tem sido uma das melhores +ormas de gerar energia limpa no
Brasil( A posição do 6istrito ederal no globo terrestre recebe uma mdia anual
de 479 JEOhVm2(dia7 -ue poderia ser melhor apro$eitada J(
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30/63
XXIX
6 ENERGIA SOLAR
nergia solar um termo -ue se re+ere ao apro$eitamento da lu< e do
calor do sol para produção de energia7 atra$s de di+erentes tecnologias em
constante e$olução( São eNemplos de energia solar o a-uecimento solar7 aenergia +oto$oltaica e a energia heliotrmica( omo a +orma de energia mais
utili(
6$2 H1sBr1a )a cr1a( )a Placa F(B(v(lBa1ca
A primeira pessoa a obser$ar o e+eito +oto$oltaico +oi o +/sico +ranc@s AleNandre dmond Bec-uerel7 -ue7 ao +a
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XXX
A primeira placa solar de sil/cio +oi in$entada por Russell )hl7 mas a era
moderna da energia solar te$e in/cio -uando al$in uller7 um -u/mico da "ell
La#oratories7 em ,urraD Gill7 'o$a erseD7 desen$ol$eu o processo de
dopagem do sil/cio7 em 1>4( Sua descoberta +oi compartilhada com o +/sico
erald %earson7 seu colega na "ell La#oratories, -ue7 seguindo suas
orientaçes7 +e< a primeira .unção %&'7 um diodo7 mergulhando em um banho
de l/tio uma barra de sil/cio dopado com um elemento doador eletr!nico(
%earson descobriu7 ao caracteri
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32/63
XXXI
6$0 Fc1(a/!B( )(s G!ra)(r!s S(lar!s
%ara -ue os geradores solares +uncionem7 preciso algumas condiçes
atmos+ricas7 como nebulosidade e umidade relati$a do ar7 e disponibilidade de
radiação solar incidente na terra7 -ue $aria de acordo com a latitude em -ue se
encontra locali o J1M( omo
Bras/lia est; 1>7>o ao sul do hemis+rio7 o sol não +ica a pino no solst/cio de
$erão 8-uando o sol est; a pino no trHpico de capricHrnio:7 mas o sol chega a
+icar a pino duas $e
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XXXII
A radiação $is/$el entra no coletor7 por uma cobertura +eita de $idro7
a-uecendo a placa coletora7 -ue +eita de um material -ue absor$e radiação
trmica e emite radiação in+ra$ermelha( ) +ato da cobertura do coletor ser de
$idro garante -ue a energia emitida pela placa coletora não saia +acilmente do
aparelho7 contribuindo para o a-uecimento mais r;pido do sistema e maior
per/odo de temperaturas ele$adas(
m conse-u@ncia destes +atores7 a temperatura da placa coletora ir;
aumentar7 trans+erindo energia sob a +orma de calor para uma serpentina de
tubos com um +luido -ue se encontra abaiNo da placa coletora e ligado ao
reser$atHrio atra$s dos conectores7 Imagem 9(9( omo o +luido com
temperatura ele$ada menos denso7 ir; subir at o depHsito com ;gua darede7 trans+erindo energia sob a +orma de calor para a ;gua no depHsito7 sendo
então7 arre+ecido7 +icando mais denso e descendo de $olta ao coletor7 onde
reiniciar; o seu ciclo( A $antagem de a-uecer a ;gua desta maneira -ue não
necess;rio usar outras +ontes de energia7 como a energia eltrica7 g;s de
co
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XXXIII
6$0$0 R!ra( S(lar
sta opção um pouco mais compleNa do -ue a anterior7 eNigindo
materiais espec/+icos7 lugares e locali
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XXXIV
maneira -ue a re+ração do sol sempre incida no ponto central durante todo o
per/odo do dia(
A solução mais interessante desen$ol$ida um sistema de suporte do
espelho7 dotado de dois motores controlados por computadores7 -ue +a7 um transdutor utili
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XXXV
Puando h; incid@ncia de lu< sobre uma placa +oto$oltaica7 ela capa<
de produ JK7 ou se.a7 cerca de 072>
JO -uando eNposta a uma iluminação direta com intensidade de 1 Jcd J1(
poss/$el a associação de $;rias placas em srie7 para aumentar a
tensão7 ou em paralelo7 aumentando a pot@ncia gerada( Ao ligar $;rias placas
em srie e paralelo7 tem&se a tensão dese.ada com uma alta pot@ncia(
) sil/cio tem algumas propriedades -u/micas especiais7 principalmente
em sua +orma cristalina( #m ;tomo de sil/cio tem 14 eltrons7 organi
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XXXVI
+ornece a corrente e o campo eltrico das clulas causa uma tensão eltrica(
om a corrente e a tensão7 temos a pot@ncia -ue o produto de ambas(
Alguns cuidados adicionais de$em ser obser$ados( ) sil/cio um
material muito brilhante e7 portanto7 re+lete muito( )s +Htons -ue são re+letidosnão podem ser usados pela clula( %or esta ra
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XXXVII
solar7 o sistema gira os painis +oto$oltaicos at encontrar a melhor posição7
acompanhando o mo$imento solar(
6e acordo com J227 o uso de um rastreador solar aumenta a entrega de
energia de um sistema +oto$oltaico em 1>W a 9>W( ,as7 de$e&se le$ar emconsideração a presença dos motores ou ser$o&motores -ue aumentam a
carga consumida7 e outros aspectos relacionados " instalação do rastreador
solar(
)utro moti$o para a utili
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XXXVIII
Imagem 9(? & %ainel oto$oltaico com sistema de rastreamento solar
INCLUDEPICTURE
"http://www.cresesb.cepel.br/imaes/casa_s!lar/rastrea!r.#p" $%
&ER'E()R&*TINET INCLUDEPICTURE
"http://www.cresesb.cepel.br/imaes/casa_s!lar/rastrea!r.#p" $%
&ER'E()R&*TINET INCLUDEPICTURE
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"http://www.cresesb.cepel.br/imaes/casa_s!lar/rastrea!r.#p" $%
&ER'E()R&*TINET
onte* RSSB7 2014(
'este conteNto7 este trabalho tem como ob.eti$o desen$ol$er um
protHtipo de um sistema de geração +oto$oltaica com rastreador solar7 e
$eri+icar se eNiste um maior desempenho potencial do painel +oto$oltaico7 com
a adoção desse mecanismo rastreador(
8 DESENVOLVIMENTO DO PROT9TIPO DE UM SISTEMA DE GERAÇÃO
FOTOVOLTAICA COM RASTREADOR SOLAR
) sistema de geração +oto$oltaica com rastreador solar +oi modelado
con+orme o es-uema mostrado na Imagem 4(1( om o intuito de +acilitar o
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XXXIX
transporte e resol$er -ual-uer problema -ue o protHtipo apresente7 este +icou
di$idido em dois mHdulos +uncionais7 o mHdulo de controle e o mHdulo atuador(
) mHdulo de controle respons;$el por en$iar as de$idas tenses de
alimentação do sistema7 controlar a carga da bateria atra$s da placa
+oto$oltaica7 receber e interpretar os dados coletados pelo sensor L6R 8Light
Dependent Resistor : e mo$imentar as bases giratHrias(
Imagem 4(1& s-uema de ligação do sistema
onte* %rHpria7 2014(
8$2 M)l( )! C(Br(l!
) mHdulo de controle7 apresentado na Imagem 4(27 respons;$el por
alimentar7 receber7 tratar e en$iar os dados para o mHdulo atuador de acordo
com a +unção de cada componente( ste mHdulo +ormado pela placa
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XL
con$ersora de tensão7 controlador de carga e descarga7 placa de prototipagem
eletr!nica 8Arduino ,ega 2>?0:7 bateria e microcontrolador(
Imagem 4(2 & ,Hdulo de ontrole
onte* %rHpria7 2014(
8$2$2 Placa C(v!rs(ra )! T!s(
A placa con$ersora de tensão7 apresentada nas Imagens 4(9 e 4(47 +a< a
con$ersão de 12 JK para > JK( oi +eita usando um regulador de tensão
IM0> e uma placa de +enolite -ue +oi desenhada7 corro/da com percloreto de
+erro e +urada manualmente( A placa con$ersora controla os ser$o&motores e
alimenta os sensores7 uma bateria de 12 JK7 o controlador de carga7 dois
potenci!metros e o Arduino ,ega 2>?0(
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XLI
Imagem 4(9& %laca +onte > JK 8$ista in+erior:
onte* %rHpria7 2014(
Imagem 4(4 & %laca +onte > JK 8$ista superior:
onte* %rHpria7 2014(
8$2$0 C(Br(la)(r )! Cara ! D!scara
um componente utili
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XLII
descarregadas abaiNo de um $alor seguro( instalado eletricamente entre o
painel +oto$oltaico e as baterias( um controlador t/pico -ue possui entrada
para os painis +oto$oltaicos7 sa/da para baterias e sa/da para a carga de
corrente cont/nua 8:(
)s ontroladores modernos utili
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XLIII
Imagem 4(>& s-uema de ligação do ontrolador de arga
onte* ,anual do controlador de carga ,%&127 2014(
8$2$6 Ar)1(
Arduino uma placa de prototipagem eletr!nica de cHdigos abertos7 pois
o ob.eti$o principal de sua criação permitir aos seus usu;rios montar de
maneira +;cil pro.etos protHtipos e pe-uenos trabalhos ligados " eletr!nica7
automação7 mecatr!nica e controle de sistemas interati$os7 de baiNo custo e
acess/$el a todos( om a utili
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XLIV
Imagem 4(? & Arduino ,ega 2>?0
onte* Arduino7 2014(
)s desen$ol$edores do Arduino optaram em usar a linha de
microcontroladores da empresa AT,L da linha AT,ega 8AT,ega7
AT,ega1?2 e AT,ega92p:( ) microcontrolador utili?0 o AT,ega1?2 -ue se di+ere na -uantidade de memHria de programa
R), 8Read!-nl (emor e na con+iguração dos mHdulos de entrada e sa/da
dispon/$eis( ) microcontrolador possui uma %# 8/entral &rocessing 0nit :7
memHria RA, 8Randon access memor, memHria de R),7 uma unidade deprocessamento de aritmtica e os dispositi$os de entrada e sa/da( Sendo
assim7 o microcontrolador possui todo hard*are para obter dados eNternos7
processar esses dados e de$ol$er para o mundo eNterno(
8$0 M)l( ABa)(r
) mHdulo atuador7 apresentado na Imagem 4(M7 a parte mec=nica do
pro.eto( le respons;$el pela captação e trans+ormação da lu< solar em
energia eltrica7 monitoramento e direcionamento da placa +oto$oltaica( ste
mHdulo composto por uma placa +oto$oltaica7 pelo sensor L6R7 pelas bases
giratHrias e pelos ser$o&motores(
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XLV
Imagem 4(M & ,Hdulo Atuador
onte* %rHpria7 2014
8$0$2 S!rv(-/(B(r!s
6e$ido a sua simplicidade7 grande disponibilidade para compra e
+acilidade de manuseio7 o ser$o&motor est; ganhando cada $e< mais espaço na
comunidade robHtica( muito usado em aeromodelismo7 carros de controle
remoto7 helicHpteros e em rob!s mH$eis ser$o&controlados( Sua grande
$antagem -ue não se precisa de um circuito compleNo ou uma ponte&G para
control;&lo7 pois .; possui um circuito interno para controle de =ngulo7 direção e
$elocidade do motor e seu tor-ue proporcional ao $alor de tensão de controle
aplicado e o sentido do tor-ue determinado pela polaridade da tensão de
controle J2M(
'o mercado eNistem $;rios tipos de ser$o&motores dispon/$eis -ue se
di+erenciam em tamanho7 tipo de corrente de entrada 8alternada ou cont/nua:7
com ou sem esco$a7 tor-ue7 $oltagem e limite de rotação 80o7 120o e 10o:(
)s ser$o&motores utili JK(
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XLVI
Imagem 4( & Ser$o&motor internamente
onte* ,oises Ricardo7 2011(
8$0$0 Placa F(B(v(lBa1ca A clula solar 8tambm chamada clula +otoeltrica ou placa +oto$oltaica:
um dispositi$o eltrico -ue con$erte a lu< diretamente em energia eltrica
atra$s do e+eito +oto$oltaico( )s con.untos de placas usadas para +a
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XLVII
8$0$6 S!s(r LDR
) L6R7 mostrado na Imagem 4(7 composto por sul+eto de c;dmio
8dS:7 um material semicondutor7 -ue disposto num traçado onduloso na
super+/cie do componente( sse material tem a propriedade de diminuir sua
resist@ncia " passagem da corrente eltrica -uando a luminosidade sobre ele
aumenta(
Imagem 4( & L6R
onte* letronicpiece7 2012(
%ode&se utili
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XLVIII
poss/$el tambm trocar a posição do L6R7 colocando&o no lugar do
resistor 8R1:( 'esse caso7 teremos um circuito cu.o +uncionamento contr;rio
ao mostrado na Imagem 4(10( ) $alor da tensão para o Arduino 8K arduino:diminuir; -uando a luminosidade do ambiente diminuir( 'a e-uação 84(1: do
di$isor de tensão7 nota&se -ue7 -uanto menor o $alor da resist@ncia R17 menor
ser; o $alor da tensão Karduino(
8$2
'o protHtipo7 utili
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XLIX
Imagem 4(11 & Sensor L6R
onte* %rHpria7 2014(
%ara reali
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L
8$0$8 S(rB! ArB1cla)(
) suporte articulado a parte do sistema -ue sustenta a placa
+oto$oltaica e permite a mo$imentação do sistema7 possibilitando a orientação
da placa em relação ao sol( ) custo de um sistema de seguimento7 -uando .;
se tem em conta o $alor do pro.eto7 de um incremento de 20W desse $alor7
mas preciso le$ar em conta -ue um sistema deste tipo pode $ir a aumentar
as receitas geradas em cerca de 40W( )s seguidores solares são sistemas -ue
normalmente t@m baiNo custo de manutenção(
Nistem muitos tipos de seguidores solares7 estes $ariam em custo7
compleNidade e +unçes( %odem seguir o sol atra$s de um ou dois eiNos e
garantir di+erentes n/$eis de precisão e classi+icam&se em relação ao tipo deseguimento como passi$os ou ati$os(
Puando um seguidor passi$o7 ele depende do sol para se mo$imentar7
ou se.a7 o -ue mo$imenta este sistema o calor do sol( ntão7 se a
temperatura do ambiente esti$er muito alta ou muito baiNa7 corre o risco do
sistema so+rer um des$io muito grande( A $antagem do sensor passi$o o
custo7 -ue costuma ser baiNo( ) seguidor ati$o mo$imentado atra$s de
motores e seguem o sol a partir de sensores ou algoritmos cronolHgicos de
mo$imentação solar(
%ara o protHtipo desse pro.eto7 +oi utili
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LI
Imagem 4(12& Base giratHria hori
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LII
: TESTES REALI7ADOS> AN*LISES E RESULTADOS
'este cap/tulo ser; apresentado o teste reali
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LIII
Tabela >(1 & orrente medida
+!r,ri!amei-
!
C!rrete ecara a bateria0m*123l!
h!ri4!tal
23l!
a4im3te5:67 57 897:77 ;7
Analisando a Tabela >(17 obser$a&se -ue utili(17 onde 8#: a tensão da bateria 812 JK: e 8I: o $alor de cada
corrente medida na Tabela >(1(
:$2
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LIV
Tabela >(2 & %ot@ncia calculada
+!r,ri!amei-
!
P!t?cia e caraa bateria @AB23l!h!ri4!t
al
23l!
a4im3te5:67 7> 68=:77 ;5 6>:67 89> 65=;7:77 855 =75;7:67 6=5 ===;;:77 698 =;;:67 65= =>5;8:77 =8 =>5
;8:67 === =8;6:77 =>5 =8;6:67 =75 =8;=:77 65= =>5;=:67 66> ===; =68;= =75;>:77 8;> 6>;>:67 ;68 6;8Pm.
6;;8=
;8
=8=86(1 & ur$a da pot@ncia de carga
)bser$a&se -ue utili
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LV
sem utili
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LVI
Imagem >(9 & Sistema em eNecução dois
onte* %rHpria7 2014(
Imagem >(4 & Sistema em eNecução tr@s
onte* %rHpria7 2014(
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LVII
3 CONCLUSÃO
A re+erente pes-uisa e seus $alores encontrados demonstram -ue o
sistema guiado pela lu< solar obte$e melhor apro$eitamento da pot@ncia
recolhida pela placa +oto$oltaica com o sistema de base mH$el com
rastreamento solar(
A base mH$el adotada7 com dois graus de liberdade7 utili
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LVIII
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Anhembi ,orumbi7 #ni$ersidade Anhembi ,orumbi7 São %aulo7 200( ap( (
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LX
2
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LXI
AP?NDICE
Puando uma pessoa ou empresa decide instalar algum meio de geração
de energia eltrica alternati$a7 se.a por meio solar7 eHlico7 heliotrmico7 entre
outros7 desde -ue o potencial de geração se.a menor -ue 1,O7 o mesmo
começa a ser considerado um micro gerador ou mini&gerador para a
concession;ria de nergia da localidade( 'o -uadro de medição ou na
Subestação7 algumas adaptaçes de$em ser +eitas7 alem da obser$=ncia de
alguns procedimentos -ue não podem ser es-uecidos(
stas regras7 procedimentos7 in+ormaçes são regulamentados pela
A'L7 -ue criou o %R)6IST 3 %rocedimentos de 6istribuição7 Resolução
42( ) ,odulo do %R)6IST -ue trata especi+icamente destes casos o
mHdulo 9(
A$ PRODIST – MODULO 6 – Ac!ss( a( S1sB!/a )! D1sBr1@1(
%R)6IST a sigla para %rocedimentos de 6istribuição7 um acer$o dedocumentos elaborados pela A'L para normati
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LXII
#$ R!s(l( 8=0 – ANEEL
sta resolução estabelece as condiçes gerais para o acesso de
microgeração e minigeração distribu/da aos sistemas de distribuição de energiaeltrica7 sistema de compensação de energia eltrica e outras pro$idenciam(
sta norma engloba algumas regras -ue de$em ser atendidas tanto pelas
concession;rias de energia eltrica7 como pelos clientes da concession;ria
com sistema de geração(
A 'T6?(0 & B 7 inclusi$e7 o atendimento " eNig@ncia do Art( 9Z
desta resolução7 -ue di< -ue as distribuidoras de$em ade-uar seus sistemas e
elaborar ou re$isar normas tcnicas para tratar do acesso de microgeração e
minigeração distribu/da( A B elaborou esta resolução para reunir dados7
estabelecer regras7 procedimentos e padres -ue de$em ser atendidos pelos
microgeradores e minigeradores interligados em sua rede(
C$ N$T$D$ 3$5< – CE#
A 'T6 ?(0 uma norma tcnica de re-uisitos para coneNão de
usu;rios ao sistema de 6istribuição B & 6 3 oneNão em BaiNa e ,dia
Tensão( sta norma um con.unto de in+ormaçes tcnicas7 regulamentos e
padroni