Geração de energia

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3. 3
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Índice
Lista de Figuras .....................................................................................10
Prefácio ................................................................................................15
1. Introdução.....................................................................................18
Origem e Linha Histórica .........................................................................19
Efeito Fotovoltaico..................................................................................25
Tipos de Energia Solar ............................................................................28
Energia Térmica ..................................................................................29
Energia Solar Concentrada ...................................................................30
Energia Solar Fotovoltaica ....................................................................31
O Sol....................................................................................................32
Irradiação Solar .....................................................................................34
Unidades............................................................................................35
Irradiação ..........................................................................................35
Solstício................................................................................................36
Célula Fotovoltaica .................................................................................39
Silício Cristalino...................................................................................41
Silício Monocristalino............................................................................42
Silício Policristalino ..............................................................................42
Silício em Fita .....................................................................................43
Filme Fino ..........................................................................................43
Produção das Células..............................................................................44
Matéria Prima .....................................................................................45
Processo de Fabricação ........................................................................46
Controle de Qualidade..........................................................................50

4. 4
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Sistemas Fotovoltaicos ...........................................................................52
Componentes......................................................................................59
Arranjo Fotovoltaico ............................................................................60
Módulo e Eficiência ..............................................................................61
Sombreamento e Sujeira......................................................................62
Insolação e Energia .............................................................................63
Montagem.............................................................................................65
Cabeamento .......................................................................................66
Tracker (Seguidor Solar) ......................................................................66
Inversor.............................................................................................68
Baterias .............................................................................................69
Monitoramento/Medição (NetMetering ou SmartGrid)...............................71
Outros Sistemas ....................................................................................72
CPV (Sistemas Fotovoltaicos Concentrados)............................................73
Sistemas Mistos ..................................................................................74
Sistemas Solares de Flutuação ..............................................................74
Sistemas Autônomos (Off-Grid).............................................................75
Sistemas Pico FV .................................................................................76
Luzes de Rua Solares...........................................................................77
Telecomunicações e Sinalização ............................................................77
Veículos Solares ..................................................................................78
Bombas Solares ..................................................................................78
Espaçonave ........................................................................................79
Conclusão .............................................................................................80
Futuro da Tecnologia ..............................................................................81

5. 5
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Onde Estamos Agora?.............................................................................81
O futuro da energia solar ........................................................................82
Painéis Híbridos (PVT)..........................................................................82
Tesla Power Wall .................................................................................83
Tesla + Solar City = Tesla Energy .........................................................83
Poder sem Fio do Espaço......................................................................84
2. Dimensionamento...........................................................................87
Energia do Sol .......................................................................................87
Radiação Solar.......................................................................................88
Radiação Direta e Difusa ......................................................................88
A Corrente e a Tensão para a Irradiância................................................93
Sistemas FV ..........................................................................................94
Medindo a Irradiação in loco (Piranômetro).............................................94
O Cálculo da Energia............................................................................95
Horas de Sol Pico ................................................................................96
Horas de Sol Pico para Calcular um Sistema ...........................................96
Consultando Mapas e Gráficos...............................................................97
Efeitos do Sol sobre a Terra.....................................................................99
Entenda estes Efeitos Sazonais .............................................................99
Entenda a Altitude e Azimute ..............................................................100
Altitude............................................................................................101
Azimute ...........................................................................................102
O Relógio Solar....................................................................................103
Interpretar Gráficos Solares................................................................103
Janela Solar......................................................................................104

6. 6
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Introdução ao Ângulo de Inclinação........................................................105
Orientando o Arranjo FV para o Azimute ..............................................107
Rastreamento (Trackers)....................................................................108
Análise de Conta ..................................................................................109
Grupos.............................................................................................110
Grupo A............................................................................................................................................... 110
Grupo B............................................................................................................................................... 111
Bandeiras Tarifárias...........................................................................112
Horário de Ponta e Fora de Ponta ........................................................113
Tributos ...........................................................................................113
Exemplos de Contas de Energia .............................................................115
AES ELETROPAULO............................................................................115
CELPE ..............................................................................................116
CEMIG .............................................................................................117
COELBA ...........................................................................................118
COPEL..............................................................................................119
COSERN...........................................................................................120
CPFL................................................................................................121
DME ................................................................................................122
ELEKTRO..........................................................................................123
ENERGISA ........................................................................................124
LIGHT ..............................................................................................124
3. Instalação ...................................................................................126
Gerenciamento de Projeto .....................................................................126
Ferramentas para Vistoria Técnica.......................................................126
Assegurar Autorização e Aprovação .....................................................128

7. 7
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Pré-Instalação .....................................................................................129
Implementar um Plano de Segurança ..................................................129
Segurança em Trabalhos com Sistema Fotovoltaico ...............................130
Equipamentos de Proteção ....................................................................131
Equipamentos de Proteção Individual (EPI)...........................................133
Capacete............................................................................................................................................. 135
Proteção para o Rosto................................................................................................................... 135
Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC) ............................................136
Ferramentas Manuais ...........................................................................136
Ferramentas para Instalação ..............................................................137
Alicates................................................................................................................................................ 137
Chaves................................................................................................................................................. 138
Outras Ferramentas....................................................................................................................... 138
Ferramentas Especiais .................................................................................................................. 138
Insumos.............................................................................................................................................. 139
Segurança da Escada.........................................................................140
Configuração Correta para Escada........................................................................................... 141
Segurança no Telhado .......................................................................142
Proteção Contra Quedas .............................................................................................................. 142
Armazenamento de suas Ferramentas................................................................................... 142
Análise de Segurança Elétrica ................................................................143
Risco de choque ................................................................................144
Visita Técnica ......................................................................................147
Montar as Peças Mecânicas....................................................................149
Concluindo a Instalação ........................................................................149
Solução de Problemas...........................................................................151
4. Vendas........................................................................................153
Preparando a Venda .............................................................................153

8. 8
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É Importante Escutar o Cliente ..............................................................154
Antes de Elaborar um Orçamento...........................................................155
Precificação .........................................................................................157
Valor Presente Líquido .......................................................................157
Taxa Interna de Retorno ....................................................................157
Proposta Comercial............................................................................158
5. Marketing ....................................................................................162
Introdução ..........................................................................................162
Definindo a Estratégia ..........................................................................162
Marketing Físico...................................................................................164
Flyer................................................................................................164
Outdoor ...........................................................................................164
Carta ...............................................................................................165
Telefonema ......................................................................................165
Visita ...............................................................................................165
Eventos............................................................................................165
Marketing Digital..................................................................................166
Site .................................................................................................167
Conclusão ...........................................................................................168
6. Empresarial .................................................................................170
Introdução ..........................................................................................170
Faça uma Pesquisa de Mercado ...........................................................170
Faça um Plano de Negócios ...................................................................171
Conheça a Tecnologia Fotovoltaica ......................................................171
Faça um Plano de Marketing ...............................................................172

9. 9
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Faça as suas Projeções Financeiras......................................................172
Desenvolva uma Marca ......................................................................172
Capitalize o seu Negócio.....................................................................173
Gestão Financeira ................................................................................173
Seguros ...........................................................................................174
Local de Trabalho ..............................................................................174
Presença Online ................................................................................175
Venda..............................................................................................175
Fornecedores....................................................................................175
Estrutura da Empresa ...........................................................................176
Equipe .............................................................................................176
Equipamentos...................................................................................177
7. Conclusão....................................................................................178
Referências Bibliográficas......................................................................181

10. 10
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Lista de Figuras
Figura 1 - Alessandro Volta - Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)............19
Figura 2 - Edmond Becquerel - Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com).........20
Figura 3 – Albert Einstein, prêmio Nobel pelo efeito fotoelétrico - Fonte:
Wikipédia (www.wikipedia.com)...............................................................21
Figura 4 – Astronauta na estação espacial, painéis fotovoltaicos
monocristalinos produzem a energia para o consumo da estação. - Fonte: Nasa
(www.nasa.gov) ....................................................................................22
Figura 5 – Primeiros módulos fotovoltaicos produzidos pela Bell Labs 1950. -
Fonte: KRCB (www.radio.krcb.org)..........................................................23
Figura 6 – Montagem de Painel Policristalino - Fonte: Pixabay
(www.pixabay.com) ...............................................................................24
Figura 7 - Número de Conexões acumulado em janeiro de 2016. - Fonte:
ANEEL (www.aneel.gov.br)......................................................................25
Figura 8 – Célula Fotovoltaica - Fonte: solarbrasil (www.solarbrasil.com.br) ..26
Figura 9 – Efeito Fotovoltaico – Fonte: Energia Tecsolar
(www.energiatecsolar.com.br) .................................................................26
Figura 10 – Constituição interna de uma célula fotovoltaica - Fonte:
Electronica-PT (www.electronica-pt.com) ..................................................27
Figura 11 – Conjunto de células formando um painel - Fonte: Electronica-PT
(www.electronica-pt.com) .......................................................................28
Figura 12 – Radiação Total – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org).............29
Figura 13 – Energia Térmica para aquecimento de água – Fonte:
www.micronovasrl.com...........................................................................30
Figura 14 – Usina de Energia Solar Concentrada – Fonte: Construction Review
Online www.constructionreviewonline.com ................................................31
Figura 15 – Satélite – Fonte: Nasa (www.nasa.org)....................................32
Figura 16 – O sol – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)..............................33
Figura 17 – Sol no horizonte – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) ..............34
Figura 18 – Mapa do Potencial Solar – Fonte:entrepreneurstoolkit.org ..........36

11. 11
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Figura 19 - Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério sul
(solstício de dezembro) - Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com).................37
Figura 20 - Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério
norte (solstício de junho) - Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com) ..............38
Figura 21 – Irradiância durante o dia. – Fonte: Econotecnia
(www.econotecnia.com)..........................................................................39
Figura 22 – Célula fotovoltaica - Fonte:www.energias.bienescomunes.org.....40
Figura 23 – Célula de filme fino – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org).......41
Figura 24 – Célula monocristalina – Fonte: Cresesb (www.cresesb.cepel.br)..42
Figura 25 – Célula policristalina – Fonte: Cresesb (www.cresesb.cepel.br).....43
Figura 26 – Células de Filme Fino –
Fonte:www.globaltradeissues.files.wordpress.com......................................44
Figura 27 – Silício em estado natural, areia - Fonte: APCMag
(www.apcmag.com) ...............................................................................45
Figura 28 – Silício – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org) .........................46
Figura 29 – Lingote de silício sendo fatiado - Fonte: APCMag
(www.apcmag.com) ...............................................................................47
Figura 30 – Disco de siliicio que será usado para produzir as células
fotovoltaicas - Fonte: APCMag www.apcmag.com.......................................48
Figura 31 – Estrutura da célula – Fonte: HowStuffWorks
(www.howstuffworks.com) ......................................................................49
Figura 32 – Áreas de super aquecimento detectadas – Fonte: Solar
professional (www.solarprofessional.com) .................................................51
Figura 33 - Teste de impacto – Fonte: cdn.deseretnews.com.......................51
Figura 34 – Certificados internacionais – Fonte: Roof Solar Panels
(www.roofsolarpanels.biz).......................................................................52
Figura 35 – Sistema On-Grid (Conectado à rede) – Fonte: www.eetim.ro......53
Figura 36 – Potencial da energia solar comparada a outras fontes – Fonte:
energiaheliotermica.gov.br......................................................................54
Figura 37 – Custo por Watt nos últimos 40 anos – Fonte:
www.portalsolar.com.br ..........................................................................55

12. 12
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Figura 38 – Usina Fotovoltaica – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) ...........56
Figura 39 – Sistema On-Grid – Fonte: Eletrotech (www.eletrotech-es.com)...57
Figura 40 – Sistema instalado em telhas de aço – Fonte: Ethical Power
www.ethical-power.com..........................................................................59
Figura 41 – Sistema ancorado – Fonte: www.enjoythessaloniki.com.............60
Figura 42 – Uma limpeza a cada 6 meses de forma simples é suficiente –
Fonte: www.pvnepal.supsi.ch ..................................................................63
Figura 43 – Radiação solar – Fonte: www.fcsolar.eco.br..............................64
Figura 44 – Trilho de alumínio – Fonte: Portal Solar www.portalsolar.com.br .65
Figura 45 – Cabo Nexans para sistemas fotovoltaicos – Fonte: Nexans
www.nexans.com.br...............................................................................66
Figura 46 – Tracker (seguidor solar) – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com) ...67
Figura 47 – Inversor Fronius (On-Grid) – Fonte: www.archiexpo.com ...........69
Figura 48 – Bateria estacionária Moura – Fonte: Moura (www.moura.com.br)70
Figura 49 – Tesla Power Wall feita de baterias de lítio-íon – Fonte: Tesla
(www.tesla.com)....................................................................................71
Figura 50 – Piranômetro – Fonte: Wikipedia (www.eikipedia.org) .................72
Figura 51 – CPV (Sistema Fotovoltaico Concentrado) – Fonte: Solar Tribune
(www.solartribune.com)..........................................................................73
Figura 52 – Usina fotovoltaica flutuantes - Fonte: www.lgcnsblog.com..........75
Figura 53 – Sistema Off-Grid com gerador opcional – Fonte:
www.energyinformative.org ....................................................................76
Figura 54 – Iluminação pública com sistema FV – Fonte: www.aurogsolar.com
...........................................................................................................77
Figura 55 – Bomba Solar – Fonte: www.sigmainovar.com.br .......................79
Figura 56 – Módulo Híbrido PVT – Fonte: www.zerocarbonsolution.co.uk.......83
Figura 57 – Telhas criadas pela Solar City, empresa irmã da Tesla. Ambas de
Elon Musk. - Fonte: Tesla (www.tesla.com) ...............................................84
Figura 58 – SSPS – Fonte: www.kijkmagazine.nl........................................85
Figura 59 – Irradiância Global Média – Fonte: Matthias Loster, 2006 ............90

13. 13
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Figura 60 – Radiação Solar Global Anual – Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil
(UFPE)..................................................................................................92
Figura 61 - Mapa brasileiro de irradiação solar em média anual – Fonte:
Pereira, 2006.........................................................................................93
Figura 62 - Ranking Tarifas B1 – Fonte: ANEEL ........................................114
Figura 63 - Exemplo de conta da AES Eletropaulo – Fonte: AES Eletropaulo 115
Figura 64 - Exemplo de conta da CELPE – Fonte: CELPE............................116
Figura 65 - Exemplo de conta da CEMIG – Fonte: CEMIG ..........................117
Figura 66 - Exemplo de conta da COELBA – Fonte: COELBA ......................118
Figura 67 - Exemplo de conta da COPEL – Fonte: COPEL...........................119
Figura 68 - Exemplo de conta da COSERN – Fonte: COSERN .....................120
Figura 69 - Exemplo de conta da CPFL – Fonte: CPFL ...............................121
Figura 70 - Exemplo de conta da DME – Fonte: DME ................................122
Figura 71 - Exemplo de conta da ELEKTRO – Fonte: ELEKTRO ...................123
Figura 72 - Exemplo de conta da ENERGISA – Fonte: ENERGISA................124
Figura 73 - Exemplo de conta da LIGHT – Fonte: LIGHT............................124
Figura 74 - Sinalização de entrada proibida – Fonte: Soliens .....................131
Figura 76- Escada firmemente amarrada e segura – Fonte: Soliens............132
Figura 75 - Sinalização e isolamento da área – Fonte: Soliens ...................132
Figura 77 - Equipamentos de Proteção Individual – Fonte: Soliens .............133
Figura 79 - Lonas, capas de chuva, instintor de incêndio, linhas de vida –
Fonte: Soliens .....................................................................................134
Figura 78 - EPI’s – Fonte: Soliens ..........................................................134
Figura 80 - Ferramentas – Fonte: Soliens................................................137
Figura 81 - Ferramentas – Fonte: Soliens................................................138
Figura 83 - Furadeira de alto impacto com martelete – Fonte: Soliens ........139
Figura 82 - Parafusadeira – Fonte: Soliens ..............................................139
Figura 84 - Kit de pontas e bits para parafusadeiras – Fonte: Soliens .........140
Figura 85 - Kit Bloqueio - Fonte www.masterlock.com ..............................146
Figura 87 - Instalação da String Box – Fonte: Soliens ...............................179
Figura 86 - Instalação do Sistema Fotovoltaico – Fonte: Soliens ................179

14. 14
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Figura 88 - Cabeamento – Fonte: Soliens................................................180

15. 15
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Prefácio
O objetivo deste livro digital é demonstrar como a tecnologia fotovoltaica
é simples e pode ser implementada em praticamente qualquer ponto do território
nacional. Temos uma das melhores irradiações solares do planeta, muito
superior a países em que a tecnologia já faz parte do cotidiano da população,
como é o caso da Alemanha.
Uma das funções deste E-Book é despertar a curiosidade dos leitores e
ao mesmo tempo responder dúvidas e esclarecer conceitos. Veremos aqui uma
introdução aos sistemas fotovoltaicos, passando pela sua origem e tipos de
tecnologia, incluindo a fabricação das células. Mais à frente veremos os fatores
que influenciam um dimensionamento, veremos também como se preparar para
uma instalação.
Nos módulos 4, 5 e 6, você terá acesso a técnicas de venda, estratégias
de marketing usadas no setor e informações de como constituir uma empresa
nesse mercado.
É importante frisar que apesar deste livro conter mais de 180 páginas, ele
é usado apenas como uma introdução aos conceitos, e não deverá ser usado
para a instalação de sistemas, pois não foi desenvolvido com este intuito. Para
isso forneceremos informações dos nossos cursos na Soliens Virtual
Academy, no fim deste e-book, no módulo de conclusão. Para mais
informações, acesse:

16. 16
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www.soliens.com.br (site)
www.fb.com/soliens (facebook)
Este livro foi editado e diagramado pela Equipe da Soliens Virtual
Academy
Todos os direitos reservados a Soliens e a Soliens Virtual
Academy
Jardim Canadá – Nova Lima – Minas Gerais
Brasil

17. 17
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18. 18
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1. Introdução
Compreender os fundamentos dos sistemas fotovoltaicos (FV) é a chave
para a concepção e instalação de sistemas de alta qualidade. É por isso que esta
parte é fundamental para abrangermos o que a tecnologia significou no passado,
no presente e quais são as expectativas para o futuro.
Neste e-book gratuito de introdução a sistemas fotovoltaicos desenvolvido
pela SOLIENS, vamos ver os principais componentes usados em todos os tipos
de sistemas fotovoltaicos e sua constituição com detalhes e como eles se
relacionam uns com os outros. Vamos estudar a sua origem e linha histórica, e
a explicação do efeito fotovoltaico. Vamos fornecer uma visão geral dos
fundamentos elétricos que conduzem os projetos e instalações de um sistema e
ver também o que delineia a relação entre o Sol e a Terra e orientar você na
avaliação do recurso solar.
Faremos uma análise sobre todos os tipos diferentes de energia solar,
incluindo o uso de “Trackers” (seguidores), as suas vantagens e desvantagens.
Vamos falar também sobre as unidades de energia e explicar o básico sobre os
fundamentos elétricos e suas diferenças.
Para finalizar vamos dar uma olhada geral nos tipos de célula fotovoltaica
padrão, os tipos de painéis e diferentes tipos de tecnologia fotovoltaica, além de
uma olhada geral nos sistemas On-Grid (conectados à rede) foco do nosso curso,
sistemas Off-Grid de uma forma geral e nos sistemas Híbridos.

19. 19
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Origem e Linha Histórica
O termo "fotovoltaico" começou a ser utilizado na Inglaterra no ano 1849.
Vem do grego: phos, que significa "luz", e de - voltaico, que vem do campo da
eletricidade, em estima ao físico italiano Alessandro Volta.
Figura 1 - Alessandro Volta - Fonte: Wikipédia
(www.wikipedia.com)

20. 20
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O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez dez anos antes, em
1839, pelo físico francês Alexandre Edmond Becquerel, porém a primeira
célula solar não foi fabricada até 1883.
Seu criador foi Charles Fritts, quem recobriu uma amostra de selênio
semicondutor com pó de ouro, formando junções. Esse aparelho antiquado
apresentava uma eficiência menor do que 1%, porém demonstrou de maneira
real que, efetivamente, criar eletricidade com luz era possível. As pesquisas
realizadas no século XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola
Tesla e Heinrich Hertz sobre indução eletromagnética, forças elétricas e ondas
Figura 2 - Edmond Becquerel - Fonte: Wikipédia
(www.wikipedia.com)

21. 21
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eletromagnéticas, e acima de tudo os de Albert Einstein em 1905,
proporcionaram a base teórica ao efeito fotoelétrico, que é o alicerce da
conversão de energia solar para eletricidade.
Nos anos 50, a Bell Labs criou a primeira peça de tecnologia fotovoltaica
projetada para uso no espaço. Esta tecnologia logo encontrou seu caminho de
volta para terra para uso em aplicações de telecomunicações em áreas remotas.
Nas décadas de 1970 e 1980, os módulos fotovoltaicos foram usados para
carregar baterias e, em seguida, para alimentar luzes e aparelhos em casas
afastadas. Estes primeiros pioneiros ajudaram a preparar o cenário para a
indústria fotovoltaica de hoje.
Figura 3 – Albert Einstein, prêmio Nobel pelo efeito fotoelétrico
- Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)

22. 22
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As primeiras células fotovoltaicas não foram muito eficientes ou
amplamente utilizadas fora do espaço, pois seu custo era bastante elevado. No
entanto, ao longo dos anos, as empresas de manufatura aumentaram a
eficiência e a confiabilidade e conseguiram reduzir drasticamente os custos.
Todas estas contribuições conduziram ao uso generalizado de módulos solares
e sua disponibilidade para todos nós.
Figura 4 – Astronauta na estação espacial, painéis fotovoltaicos monocristalinos produzem a energia
para o consumo da estação. - Fonte: Nasa (www.nasa.gov)

23. 23
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Para você e eu, a eletricidade está disponível em quase todos os lugares,
sistemas fotovoltaicos são capazes de se integrar com a rede elétrica existente.
Em regiões remotas os sistemas fotovoltaicos fornecem energia valiosa para
alimentar sistemas de iluminação, refrigeradores e ajudando a fornecer água
potável.
Figura 5 – Primeiros módulos fotovoltaicos produzidos pela Bell Labs 1950. - Fonte: KRCB
(www.radio.krcb.org)

24. 24
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Historicamente, os Estados Unidos lideraram a instalação de energia
fotovoltaica desde o seu início até 1996, quando a sua capacidade instalada
atingia os 77MW, mais que qualquer outro país até a data. Nos anos posteriores,
foi superado pelo Japão, que manteve a liderança até que a Alemanha o
ultrapassou em 2005, mantendo a liderança desde então. A partir de 2015, a
Alemanha aproximava-se dos 40GWp instalados.
No entanto, a China é um dos países onde a energia fotovoltaica mais
cresce. Espera-se que triplique a sua potência instalada atual até os 70GWp em
2017, se convertendo em curto prazo no maior produtor de energia fotovoltaica
do mundo.
No Brasil a tecnologia é recente. Abaixo um gráfico da ANEEL de Janeiro
de 2016 indicando como a implementação é recente:
Figura 6 – Montagem de Painel Policristalino - Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)

25. 25
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Em janeiro de 2017 o total de sistemas já ultrapassava os 9.000 pelo
Brasil, um crescimento de cerca de 450% durante um período de instabilidade
política e econômica. De acordo com dados da ANEEL, a previsão é de que
sejamos 1,5 milhões de sistemas até 2020 e cerca de 18% das residências no
Brasil tenham o sistema até 2024.
Efeito Fotovoltaico
O efeito fotovoltaico é a criação de tensão ou corrente elétrica em um
material após a exposição à luz e é uma propriedade física e química.
A primeira demonstração do efeito fotovoltaico em 1839 usou uma célula
eletroquímica, mas a forma mais familiar do efeito fotovoltaico nos tempos
modernos, porém, é em dispositivos de estado sólido, principalmente em
fotodiodos.
Figura 7 - Número de Conexões acumulado em janeiro de 2016. - Fonte: ANEEL (www.aneel.gov.br)

26. 26
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Quando a luz solar ou outra luz suficientemente energética incidem sobre
o fotodiodo, os elétrons presentes na camada de valência absorvem energia e,
sendo excitados, saltam para a banda de condução e tornam-se livres.
Figura 8 – Célula Fotovoltaica - Fonte: solarbrasil (www.solarbrasil.com.br)
Figura 9 – Efeito Fotovoltaico – Fonte: Energia Tecsolar (www.energiatecsolar.com.br)

27. 27
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Estes elétrons excitados difundem-se, e alguns alcançam a junção
retificadora (geralmente uma junção p-n) onde são acelerados em um material
diferente por um potencial incorporado (potencial de Galvani). Isso gera uma
força eletromotriz, e assim parte da energia luminosa é convertida em energia
elétrica.
Para conseguir uma célula solar prática, também é preciso acrescentar
contatos elétricos (que permitam extrair a energia gerada), uma capa que
proteja a célula mas deixe passar a luz, uma capa anti-reflexo para garantir a
correta absorção dos fótons, e outros elementos que aumentem a eficiência do
mesmo.
Um conjunto de células fotovoltaicas constitui um painel fotovoltaico, também
conhecido como módulo fotovoltaico.
Figura 10 – Constituição interna de uma célula fotovoltaica - Fonte: Electronica-PT (www.electronica-pt.com)

28. 28
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Tipos de Energia Solar
A energia solar é a luz e o calor do Sol que é aproveitado usando uma
gama de tecnologias em constante evolução, como o aquecimento solar, a
energia fotovoltaica, energia solar térmica, arquitetura solar, plantas de energia
de sal fundido e fotossíntese artificial. É uma importante fonte de energia
renovável e suas tecnologias são amplamente caracterizadas como solar passiva
ou solar ativa dependendo de como elas capturam e distribuem a energia ou a
convertem em energia elétrica.
Figura 11 – Conjunto de células formando um painel - Fonte: Electronica-PT (www.electronica-pt.com)

29. 29
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A Terra recebe 174.000 terawatts (TW) de radiação solar entrante
(insolação) na atmosfera superior. Aproximadamente 30% é refletido de volta
ao espaço enquanto o resto é absorvido por nuvens, oceanos e massas
terrestres. O espectro de luz solar na superfície da Terra é maioritariamente
espalhado pelas faixas visíveis e próximo ao infravermelho com uma pequena
parte no ultravioleta próximo.
Energia Térmica
Os sistemas de água quente solar usam a luz solar para aquecer a água.
Em baixas latitudes geográficas (abaixo de 40 graus), 60% a 70% da água
quente doméstica pode ser fornecida com sistemas de aquecimento solar até
60°C. Os tipos mais comuns de aquecedores de água solares são coletores de
vácuo (44%) e coletores de placas planas (34%) geralmente usados para água
quente doméstica; e coletores plásticos não esmaltados (21%) utilizados
principalmente para aquecer piscinas.
Figura 12 – Radiação Total – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)

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A partir de 2007, a capacidade instalada total de sistemas de água quente
solar era de aproximadamente 154 gigawatt térmicos (GWth). A China é o líder
mundial em sua implantação com 70GWth instalado a partir de 2006 e um
objetivo de longo prazo de 210GWth até 2020. Israel e Chipre são os líderes
per capita no uso de sistemas solares de água quente com mais de 90% das
casas usando-os. Nos Estados Unidos, Canadá e Austrália, a piscina de
aquecimento é a aplicação dominante de água quente solar com uma
capacidade instalada de 18GWth a partir de 2005.
Energia Solar Concentrada
O sal fundido pode ser empregado como um método de armazenamento
de energia térmica para reter a energia térmica coletada por uma torre solar ou
cocho solar de uma usina de energia solar concentrada, de modo que ele pode
ser usado para gerar eletricidade em mau tempo ou à noite. Foi demonstrado
no projeto Solar Two de 1995-1999. Prevê-se que o sistema tenha uma
eficiência anual de 99%, uma referência à energia retida armazenando calor
antes de transformá-lo em eletricidade.
Figura 13 – Energia Térmica para aquecimento de água – Fonte: www.micronovasrl.com

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Energia Solar Fotovoltaica
Nas duas últimas décadas, a energia fotovoltaica (FV), também conhecida como
PV solar, evoluiu de um nicho de mercado puro de aplicações de pequena escala para
se tornar uma fonte de eletricidade generalizada.
Uma célula solar é um dispositivo que converte luz diretamente em eletricidade
usando o efeito fotoelétrico. Como já vimos, a primeira célula solar foi construída por
Charles Fritts em 1880. Em 1931, um engenheiro alemão, o Dr. Bruno Lange,
desenvolveu uma célula fotográfica usando seleneto de prata no lugar de óxido de
cobre. Embora o protótipo de células de selênio tenha convertido menos de 1% da luz
Figura 14 – Usina de Energia Solar Concentrada – Fonte: Construction Review Online
www.constructionreviewonline.com

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incidente em eletricidade, Ernst Werner von Siemens e James Clerk Maxwell
reconheceram a importância desta descoberta.
O Sol
O Sol é a estrela no centro do Sistema Solar. É uma esfera quase perfeita
de plasma quente, com movimento convexo interno que gera um campo
magnético através de um processo de dínamo. É de longe a mais importante
fonte de energia para a vida na Terra. Seu diâmetro é cerca de 109 vezes o da
Terra, além de ser 330.000 vezes maior, representando cerca de 99,86% da
massa total do Sistema Solar.
Figura 15 – Satélite – Fonte: Nasa (www.nasa.org)

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O Sol se formou há aproximadamente 4,6 bilhões anos atrás, do colapso
gravitacional da matéria dentro de uma região de uma grande nuvem molecular.
A massa central tornou-se tão quente e densa que eventualmente iniciou a fusão
nuclear em seu núcleo. Depois que a fusão do hidrogênio em seu núcleo diminuir
ao ponto em que não está mais no equilíbrio hidrostático, o núcleo do sol
experimentará um aumento na densidade e na temperatura quando suas
camadas exteriores se expandirem para transformar eventualmente um gigante
vermelho.
Figura 16 – O sol – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)

34. 34
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Irradiação Solar
A irradiação solar é a potência por unidade de área recebida do Sol sob a
forma de radiação eletromagnética. A irradiação pode ser medida no espaço ou
na superfície da Terra após absorção atmosférica e dispersão. A irradiância solar
total (ETI), é uma medida da energia solar sobre todos os comprimentos de
onda por unidade de área incidente na atmosfera superior da Terra.
A constante solar é uma medida convencional de ETI média a uma
distância de uma unidade astronômica (AU). A irradiação na Terra também é
medida perpendicularmente à luz solar que entra. Insolação é a potência
recebida na Terra por unidade de área em uma superfície horizontal. Depende
da altura do Sol acima do horizonte.
Figura 17 – Sol no horizonte – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)

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Unidades
A unidade de irradiância é watt por metro quadrado (W/m2). A indústria
de energia solar usa watt-hora por metro quadrado (Wh/m2) dividido pelo
tempo. 1kW/m2 = 24kWh/m2dia.
Parte da radiação que atinge um objeto é absorvida e o restante refletido.
Geralmente a radiação absorvida é convertida em energia térmica, aumentando
a temperatura do objeto. As unidades de irradiância são usadas como entrada
para planilhas para dimensionar sistemas de energia solar fotovoltaica. Porque
os painéis solares são montados quase sempre em um ângulo determinado pela
localização para o sol, seguindo uma tabela, a insolação deve ser ajustada para
impedir as estimativas que são imprecisamente baixas para o inverno e
irregularmente elevadas para o verão.
Os painéis fotovoltaicos são classificados em condições padrão para
determinar a potência em Watt-Pico (Wp = pico de watts), que pode então ser
usada com insolação para determinar a saída esperada, ajustada por fatores
como inclinação, rastreamento e sombreamento (que podem ser incluídos para
criar a classificação Wp instalada).
Irradiação
O mapa solar do Brasil mostra a média anual do total diário de irradiação
solar global incidente no território brasileiro. Pode-se observar que a média
anual de irradiação global apresenta boa uniformidade, com médias anuais
relativamente altas em todo país. O valor máximo de irradiação global ocorre no
norte do estado da Bahia. A menor irradiação solar global ocorre no litoral norte
de Santa Catarina. Os valores de irradiação solar global incidente em qualquer
região do território brasileiro (4200-6700 kWh/m2) são superiores aos da

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maioria dos países da União Europeia, como Alemanha, França e Espanha, onde
projetos de energia solar, são amplamente disseminados.
Solstício
Na astronomia, solstício é o momento em que o Sol, durante seu
movimento aparente na esfera celeste, atinge a maior declinação em latitude,
medida a partir da linha do equador. Os solstícios ocorrem duas vezes por ano:
em dezembro e em junho. O dia e hora exatos variam de um ano para outro.
Figura 18 – Mapa do Potencial Solar – Fonte:entrepreneurstoolkit.org

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No hemisfério norte o solstício de verão ocorre por volta do dia 21 de junho
e o solstício de inverno por volta do dia 21 de dezembro. Estas datas marcam o
início das respectivas estações do ano neste hemisfério. Já no hemisfério sul, o
fenômeno é simétrico: o solstício de verão ocorre em dezembro e o solstício de
inverno ocorre em junho.
Os trópicos de Câncer e Capricórnio são definidos em função dos solstícios.
No solstício de verão do hemisfério sul, os raios solares incidem
perpendicularmente à superfície da Terra no Trópico de Capricórnio. No solstício
de verão do hemisfério norte, ocorre o mesmo fenômeno no Trópico de Câncer.
Figura 19 - Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério sul (solstício de dezembro) - Fonte:
Wikipédia (www.wikipedia.com)

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Na linha do equador a duração dos dias é fixa ao longo das estações, com
12 horas de luz e 12 horas de noite (latitude de 0°). Desse modo os solstícios
nessa linha não podem ser observados através de dias ou de noites mais longas.
Somente podem ser observados através do dia em que o Sol atinge a menor
elevação no meio-dia local, podendo o azimute dessa elevação do Sol estar
orientado para o norte (solstício de verão no hemisfério norte) ou para o sul
(solstício de verão no hemisfério sul).
Nas linhas dos trópicos de Câncer e Capricórnio, os solstícios de verão
respectivos a cada hemisfério da Terra coincidem com o único dia do ano em
que os raios solares incidem perpendicularmente.
Nas linhas dos círculos polares Ártico e Antártico, os solstícios marcam o
único dia do ano em que o dia ou a noite duram 24 horas ininterruptas
considerando a estação do ano: verão ou inverno, respectivamente.
Figura 20 - Iluminação da Terra pelo Sol durante o solstício do hemisfério norte (solstício de junho) -
Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.com)

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É de suma importância compreender este movimento, pois toda a
instalação e o dimensionamento dependem deste conceito. É bom lembrar que
os painéis serão voltados para o norte, pois estamos no Brasil (hemisfério sul).
Célula Fotovoltaica
Células solares são tipicamente nomeadas após o material semicondutor
de que são feitos. Estes materiais devem ter certas características a fim de
absorver a luz solar. Algumas células são projetadas para lidar com a luz solar
que atinge a superfície da Terra, enquanto outras são otimizadas para uso no
espaço. As células solares podem ser feitas de apenas uma camada única de
material absorvente de luz (junção simples) ou usar múltiplas configurações
físicas (junções múltiplas) para aproveitar vários mecanismos de separação de
carga e absorção.
Figura 21 – Irradiância durante o dia. – Fonte: Econotecnia (www.econotecnia.com)

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As células solares podem ser classificadas em células de primeira, segunda
e terceira geração.
As células da primeira geração – também chamadas de células
convencionais, tradicionais ou baseadas em “wafer” - são feitas de silício
cristalino, a tecnologia fotovoltaica predominante comercialmente.
As células de segunda geração – são células solares de película fina, que
incluem células de silício amorfo, CdTe e CIGS e são comercialmente
significativas em centrais eléctricas fotovoltaicas em grande escala, construindo
sistemas fotovoltaicos integrados ou em pequenos sistemas de energia
autónomos.
Figura 22 – Célula fotovoltaica - Fonte:www.energias.bienescomunes.org

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As células de terceira geração – são células solares que inclui várias
tecnologias de filmes finos, muitas vezes descritas como fotovoltaicas
emergentes - a maioria delas ainda não foi aplicada comercialmente e ainda está
em fase de pesquisa e desenvolvimento.
Silício Cristalino
De longe, o material mais prevalente para células solares é o silício
cristalino (c-Si), também conhecido como "silício de grau solar". O silício em
massa é separado em várias categorias de acordo com a cristalinidade e o
tamanho do cristal no lingote, fita ou “wafer” resultante. Estas células são
inteiramente baseadas em torno do conceito de uma junção p-n. Células solares
feitas de c-Si são feitas de wafers entre 160 e 240 micrômetros de espessura.
Figura 23 – Célula de filme fino – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)

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Silício Monocristalino
As células solares de silício monocristalino (mono-Si) são mais eficientes
e mais caras do que a maioria dos outros tipos de células. Os cantos das células
parecem cortados, como um octógono, porque o material de bolacha é cortado
de lingotes cilíndricos, que são tipicamente cultivados pelo processo de
Czochralski. Painéis solares usando células mono-Si exibem um padrão distinto
de pequenos diamantes brancos.
Silício Policristalino
Silício policristalino, ou células de silício multicristalino (multi-Si) são
feitas de lingotes quadrados de fundição - grandes blocos de silício fundido
cuidadosamente resfriado e solidificado. Eles consistem em pequenos cristais
dando ao material seu efeito de floco de metal típico. As células de polissilício
são o tipo mais comum usado em fotovoltaica e são menos dispendiosas, mas
também menos eficientes do que as feitas a partir de silício monocristalino.
Figura 24 – Célula monocristalina – Fonte: Cresesb
(www.cresesb.cepel.br)

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Silício em Fita
O silício em fita é um tipo de silício policristalino - é formado extraindo
películas finas planas do silício derretido e resulta em uma estrutura
policristalina. Estas células são mais baratas de fazer do que multi-Si, devido a
uma grande redução no desperdício de silício, uma vez que esta abordagem não
requer serração de lingotes. No entanto, eles também são menos eficientes.
Filme Fino
Figura 25 – Célula policristalina – Fonte: Cresesb
(www.cresesb.cepel.br)

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As tecnologias de filme fino reduzem a quantidade de material ativo em
uma célula. A maioria dos projetos envolve o material ativo entre duas lâminas
de vidro. Uma vez que os painéis solares de silício utilizam apenas um painel de
vidro, os painéis de película fina são aproximadamente o dobro do que os painéis
de silício cristalino, embora tenham um impacto ecológico menor (determinado
a partir da análise do ciclo de vida).
Produção das Células
As células solares fotovoltaicas são discos de silício finos que convertem a
luz solar em eletricidade. Esses discos atuam como fontes de energia para uma
ampla variedade de usos.
Com a explicação de Albert Einstein em 1905 sobre o efeito fotoelétrico -
o metal absorve a energia da luz e reterá essa energia até que a luz a acerte.
No entanto, poucos progressos foram feitos até que a pesquisa em diodos e
Figura 26 – Células de Filme Fino – Fonte:www.globaltradeissues.files.wordpress.com

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transistores produziu o conhecimento necessário para que os cientistas da Bell,
Gordon Pearson, Darryl Chapin e Cal Fuller produzissem uma célula solar
de silício de 4% em 1954. O trabalho adicional trouxe a eficiência da célula até
15%.
Matéria Prima
O componente básico de uma célula solar é silício puro, que não é puro
em seu estado natural.
O silício puro é derivado de tais dióxidos de silício como cascalho de
quartzito (a sílica mais pura) ou quartzo triturado. O silício puro resultante é
então dopado (tratado ) com fósforo e boro para produzir um excesso de elétrons
e uma deficiência de elétrons, respectivamente, para fazer um semicondutor
capaz de conduzir eletricidade. Os discos de silício são brilhantes e exigem um
revestimento antirreflexo, geralmente dióxido de titânio.
Figura 27 – Silício em estado natural, areia - Fonte: APCMag (www.apcmag.com)

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Processo de Fabricação
O dióxido de silício do cascalho de quartzito ou quartzo triturado é colocado
em um forno de arco elétrico. Aplica-se então um arco de carbono para libertar
o oxigénio. Os produtos são dióxido de carbono e silício fundido. Este processo
simples produz silício com 1% de impureza, útil em muitas indústrias, mas não
na indústria de células solares.
O silício puro de 99% é purificado ainda mais usando a técnica de zona
flutuante. Uma vareta de silício impuro é passada através de uma zona aquecida
várias vezes na mesma direção. Este procedimento "arrasta" as impurezas em
direção a uma extremidade com cada passagem. Em um ponto específico, o
silício é considerado puro, e a extremidade impura é removida.
As células solares são feitas de cristais de silício, estruturas mono
cristalinas que têm a estrutura atômica de um único cristal. O processo mais
comumente usado para criar o lingote é chamado o método Czochralski. Neste
processo, um cristal semente de silício é mergulhado em silício fundido. À
Figura 28 – Silício – Fonte: Wikipédia (www.wikipedia.org)

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medida que o cristal de semente é retirado e rodado, é formado um lingote
cilíndrico ou "boule" de silício. O lingote retirado é puro, porque as impurezas
tendem a permanecer no líquido.
Do lingote, os discos do silício são cortados uma de cada vez usando uma
serra circular cujo o diâmetro interno corte a haste, ou com uma serra de fio.
(Uma serra de diamante produz cortes que são tão largos quanto a bolacha –
5mm de espessura.) Cerca de metade do silício do lingote é perdida para o corte
dos discos acabados – mais ainda se o disco for cortado para ser retangular ou
hexagonal. Wafers retangulares ou hexagonais são por vezes utilizados em
células solares, porque eles podem ser montados juntos perfeitamente,
utilizando assim todo o espaço disponível na superfície frontal da célula solar.
Os discos são polidos para remover as marcas da serra. (Recentemente
foi descoberto que as células mais ásperas absorvem a luz de forma mais eficaz)
Figura 29 – Lingote de silício sendo fatiado - Fonte: APCMag
(www.apcmag.com)

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A forma tradicional de dopagem (doping = adição de impurezas) wafers
de silício com boro e fósforo é introduzir uma pequena quantidade de boro
durante o processo de Czochralski no passo #3 acima. Os discos são então
selados de costas para trás e colocadas num forno para serem aquecidos
ligeiramente abaixo do ponto de fusão do silício (1.410 graus Celsius) na
presença de gás fosforoso. Os átomos de fósforo tocam o silício, que é mais
poroso porque está perto de se tornar um líquido.
Os contatos elétricos conectam cada célula solar a outra e ao receptor da
corrente produzida. Os contatos devem ser muito finos (pelo menos na frente)
para não bloquear a luz solar para a célula. Os metais como paládio/prata, níquel
ou cobre são evaporados a vácuo. As células são encapsuladas em etileno
acetato de vinilo e colocadas numa armação metálica que tem uma folha
posterior “mylar” e cobertura de vidro.
Figura 30 – Disco de siliicio que será usado para produzir as células fotovoltaicas - Fonte:
APCMag www.apcmag.com

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Depois que os contatos estiverem no lugar, tiras finas (filamentos) são
colocadas entre as células. As tiras mais utilizadas são cobre estanhado e prata.
Porque o silício puro é brilhante, pode refletir até 35% da luz solar. Para
reduzir a quantidade de luz solar perdida, um revestimento anti-reflexo é
colocado sobre o disco de silício. O material usado para o revestimento é
aquecido até que suas moléculas fervam, viajam ao silício e condensam-se, ou
o material sofre pulverização catódica (sputtering). Neste processo, uma alta
tensão bate moléculas fora do material e os deposita no silício no eletrodo
oposto. Ainda outro método é permitir que o próprio silício reaja com gases
contendo oxigénio ou Nitrogênio para formar dióxido de silício ou nitreto de
silício.
As células solares acabadas são então encapsuladas. Isto é, seladas em
borracha de silício ou etileno acetato de vinilo. As células solares encapsuladas
Figura 31 – Estrutura da célula – Fonte: HowStuffWorks
(www.howstuffworks.com)

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são então colocadas em uma estrutura de alumínio que tem uma folha de fundo
“mylar” ou “tedlar” e uma cobertura de vidro ou plástico.
Controle de Qualidade
O controle de qualidade é importante na fabricação de células solares
porque a discrepância nos muitos processos e fatores pode afetar adversamente
a eficiência global das células.
O Low Cost Solar Array Project (Projeto de Sistema Fotovoltaico de
baixo custo - iniciado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos no final
da década de 1970) patrocinou uma pesquisa privada que visava reduzir o custo
das células solares.
O silício em si é testado quanto à pureza, orientação cristalina e
resistividade. Os fabricantes também testam a presença de oxigênio (que afeta
sua resistência e resistência à deformação) e carbono (que causam defeitos).
Os discos de silício acabados são inspecionados por qualquer dano, escamação
ou dobra que possa ter ocorrido durante a serragem, polimento e gravação.
Durante todo o processo de fabricação do disco de silício, a temperatura,
a pressão, a velocidade e as quantidades de contaminantes são continuamente
monitoradas. Também são tomadas medidas para assegurar que as impurezas
no ar e nas superfícies de trabalho são mantidas a um mínimo.
Os semicondutores concluídos devem ser submetidos a testes elétricos
para verificar se a corrente, a tensão e a resistência de cada um correspondem
a padrões apropriados.

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O teste final para módulos solares é o teste de campo, no qual os módulos
acabados são colocados onde eles serão realmente usados. Isso fornece ao
pesquisador os melhores dados para determinar a eficiência de uma célula solar
em condições ambientais e a vida útil da célula solar, os fatores mais
importantes de todos.
Figura 32 – Áreas de super aquecimento detectadas –
Fonte: Solar professional (www.solarprofessional.com)
Figura 33 - Teste de impacto – Fonte: cdn.deseretnews.com

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Se você mora em uma área que é propensa a tempestades de granizo,
você deve obter painéis solares que foram testados para o impacto. A
certificação européia IEC 61215. Todos os módulos vendidos pela SOLIENS,
tem esta e várias outras certificações.
Sistemas Fotovoltaicos
Um sistema fotovoltaico (sistema de energia solar fotovoltaica) é um
sistema de energia projetado para fornecer energia solar utilizável por meio da
tecnologia fotovoltaica.
Consiste em um arranjo de vários componentes, incluindo painéis solares
para absorver e converter luz solar em eletricidade, um inversor solar para
mudar a corrente elétrica de corrente contínua CC para corrente alternada CA,
cabeamento e outros acessórios elétricos para configurar um sistema de
trabalho. Também pode usar um sistema de rastreamento solar para melhorar
Figura 34 – Certificados internacionais – Fonte: Roof Solar Panels
(www.roofsolarpanels.biz)

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o desempenho geral do sistema e incluir uma solução de bateria integrada, uma
vez que os preços dos dispositivos de armazenamento devem diminuir nos
próximos anos, apesar de encarecerem imensamente os projetos no presente
(2017).
Os sistemas fotovoltaicos convertem a luz diretamente em eletricidade e
não devem ser confundidos com outras tecnologias, como a energia solar
concentrada ou solar térmica, utilizada para aquecimento e arrefecimento. Os
sistemas fotovoltaicos variam de sistemas pequenos montados no telhado ou
construídos com capacidade de algumas a várias dezenas de quilowatts, até
grandes usinas elétricas de centenas de megawatts.
Operando silenciosamente e sem quaisquer partes móveis ou emissões
ambientais, os sistemas fotovoltaicos passaram de aplicações de nicho de
mercado para uma tecnologia madura usada para geração de eletricidade em
escala global. Um sistema de telhado recupera a energia investida para sua
fabricação e instalação dentro de 3 a 7 anos e produz cerca de 95 por cento da
energia renovável limpa líquida ao longo de uma vida útil superior a 30 anos.
Figura 35 – Sistema On-Grid (Conectado à rede) – Fonte: www.eetim.ro

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Devido ao crescimento exponencial da energia fotovoltaica, os preços dos
sistemas fotovoltaicos diminuíram rapidamente nos últimos anos. No entanto,
eles variam de acordo com o mercado e o tamanho do sistema.
Atualmente, os módulos solares fotovoltaicos representam menos de
metade do custo global do sistema, deixando o restante para os componentes e
outros custos, que incluem a aquisição de clientes, o licenciamento, inspeção e
interconexão, o trabalho de instalação e os custos de financiamento.
Figura 36 – Potencial da energia solar comparada a outras fontes – Fonte:
energiaheliotermica.gov.br

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Visão Geral
Um sistema fotovoltaico converte a radiação do sol em eletricidade utilizável.
Compreende a matriz solar e o equilíbrio dos componentes do sistema. Os sistemas
fotovoltaicos podem ser categorizados por vários aspectos, tais como:
 Sistemas Conectados à Rede vs. Autônomos
 Sistemas Integrados vs. Sistemas Montados em Rack
 Sistemas Residenciais vs. Utilitários
 Sistemas Distribuídos vs. Centralizados
 Sistemas de Telhado vs. Sistemas Montados no Solo
 Sistemas de Rastreamento (tracker) vs. Sistemas de Inclinação Fixa
 Sistemas Construídos vs. Sistemas Adaptados
Outras distinções podem incluir sistemas com:
 Micro Inversores vs. Inversores Centrais
 Sistemas que usam Tecnologia de Silício Cristalino vs. Filme Fino (thin-film)
Figura 37 – Custo por Watt nos últimos 40 anos – Fonte: www.portalsolar.com.br

56. 56
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Cerca de 99% de todos os sistemas europeus e 90% de todos os sistemas de
energia solar dos EUA são conectados à rede elétrica, enquanto os sistemas off-grid
são um pouco mais comuns na Austrália e Coréia do Sul. Sistemas FV raramente usam
armazenamento de bateria. Isso pode mudar em breve, à medida que os incentivos
governamentais para o armazenamento distribuído de energia estão sendo
implementados e os investimentos em soluções de armazenamento estão
gradualmente se tornando economicamente viáveis para sistemas pequenos.
O silício cristalino é o material predominante usado em 90% dos módulos solares
produzidos em todo o mundo, enquanto o filme fino rival perdeu participação de
mercado nos últimos anos, mas pode ser uma tendência nos próximos anos. Cerca de
70% de todas as células solares e módulos são produzidos na China e Taiwan, deixando
apenas 5% para os fabricantes europeus e norte-americanos.
Existem vários milhões de sistemas fotovoltaicos distribuídos em todo o mundo,
principalmente na Europa, com 1,4 milhão de sistemas apenas na Alemanha, bem
Figura 38 – Usina Fotovoltaica – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)

57. 57
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como a América do Norte com 440.000 sistemas nos Estados Unidos. Um módulo solar
convencional aumentou sua eficiência de 15 para 20% nos últimos 10 anos e um
sistema fotovoltaico recupera a energia necessária para a sua fabricação em cerca de
2 anos.
Em locais excepcionalmente irradiados, ou quando a tecnologia de filme fino é
utilizada, o chamado tempo de retorno de energia diminui para um ano ou menos. A
medição líquida e os incentivos financeiros, como as tarifas preferenciais de alimentação
para energia solar, também apoiaram muito as instalações de sistemas fotovoltaicos
em muitos países.
Sistema On-Grid (Conectado à Rede)
Figura 39 – Sistema On-Grid – Fonte: Eletrotech (www.eletrotech-es.com)

58. 58
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Um sistema On-Grid é conectado a uma rede independente maior
(tipicamente a rede elétrica pública) e alimenta a energia diretamente na rede.
Essa energia pode ser compartilhada por um edifício residencial ou comercial
antes ou depois do ponto de medição.
Os sistemas conectados à rede variam de tamanho de residenciais para
usinas solares. Esta é uma forma de geração descentralizada de eletricidade. A
alimentação de eletricidade para a rede requer a transformação da corrente
contínua em corrente alternada por meio de um inversor de malha de rede
especial sincronizado. A maioria dos módulos (60 ou 72 células de silício
cristalino) geram de 160W a 300W de potência a 36V.
Os sistemas fotovoltaicos são geralmente classificados em três segmentos
de mercado distintos: telhado residencial, telhado comercial e sistemas de
grande escala montados no solo. Suas capacidades variam de alguns quilowatts
a centenas de megawatts.
Um sistema residencial típico é em torno de 10 quilowatts e montado em
um telhado inclinado. Embora os sistemas montados no teto sejam pequenos e
exibam um custo por watt maior do que as grandes instalações em grande
escala, eles representam a maior participação no mercado. Há, no entanto, uma
tendência crescente para maiores usinas, especialmente nas regiões de maior
insolação do planeta.

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Componentes
Um sistema fotovoltaico para o fornecimento de energia residencial,
comercial, ou industrial consiste na disposição solar e em um número de
componentes.
Os componentes incluem equipamentos de condicionamento de energia e
estruturas para montagem, tipicamente um ou mais conversores CC para CA,
mais conhecidos como inversores, um dispositivo de armazenamento de energia
(no caso de Off-Grid), um sistema de racking (trilhos) que suporta o arranjo
fotovoltaico, fiação elétrica e proteções e conexões.
Figura 40 – Sistema instalado em telhas de aço – Fonte: Ethical Power www.ethical-power.com

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Arranjo Fotovoltaico
Células solares convencionais de silício, normalmente ligadas em série, são
encapsuladas em um módulo solar para protegê-las do tempo. O módulo
consiste de um vidro temperado como capa, um encapsulante macio e flexível,
uma folha traseira feita de um material resistente ao intemperismo e resistente
ao fogo e uma moldura de alumínio em torno da borda externa. Eletricamente
conectados e montados em uma estrutura de suporte, módulos solares muitas
vezes são chamados de painéis solares.
A maioria dos arranjos fotovoltaicos usam um inversor para converter a
energia de corrente contínua produzida pelos módulos em corrente alternada
que pode alimentar luzes, motores e outras cargas. Os módulos em uma matriz
fotovoltaica são normalmente primeiro conectados em série para obter a tensão
desejada; As strings individuais são então conectadas em paralelo para permitir
que o sistema produza mais corrente.
Figura 41 – Sistema ancorado – Fonte: www.enjoythessaloniki.com

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Módulo e Eficiência
Um típico módulo FV "150 watts" é de cerca de um metro quadrado de
tamanho. Tal módulo pode produzir 0,75 quilowatts-hora (kWh) todos os dias,
em média, depois de ter em conta o tempo e a latitude, para uma insolação de
5 horas de sol/dia. Nos últimos 10 anos, a eficiência dos módulos comerciais de
silício cristalino com base em “wafer” (fatia) aumentou de cerca de 12% para
16% e a eficiência do módulo CdTe aumentou de 9% para 13% durante o
mesmo período.
O aumento da temperatura degrada o desempenho dos módulos. É preciso
permitir que o ar ambiente flua sobre, e se possível atrás dos módulos
fotovoltaicos reduzindo este problema. A vida útil média de um módulo é de
cerca de 25 anos ou mais. Alguns estão em operação a mais de 50 anos
(satélites).
Devido à baixa tensão de uma célula solar individual (normalmente cerca
de 0,5V), várias células são ligadas em série na fabricação de um "laminado". O
laminado é montado em um invólucro protetor contra intempéries, fazendo
assim um módulo fotovoltaico ou painel solar. Os módulos podem então ser
encadeados juntos em um arranjo.
Em 2012, os painéis solares disponíveis para os consumidores podiam ter
uma eficiência de até cerca de 17%, enquanto painéis comercialmente
disponíveis podem ir até 27%. Foi registrado que um grupo do Instituto
Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar criou uma célula que pode atingir
44,7% de eficiência, o que torna as esperanças dos cientistas de alcançar o
limiar de eficiência de 50% muito mais viável.

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Sombreamento e Sujeira
A célula fotovoltaica é extremamente sensível ao sombreamento. Os
efeitos deste sombreamento são bem conhecidos. Quando mesmo uma pequena
porção de uma célula, módulo ou arranjo é sombreado, enquanto o restante está
na luz solar, a saída cai dramaticamente.
Se a corrente extraída da sequência de séries de células não for maior que
a corrente que pode ser produzida pela célula sombreada, a corrente
desenvolvida pela sequência é limitada. Se houver tensão suficiente disponível
do restante das células em uma string, a corrente será forçada através da célula,
quebrando a junção na parte sombreada. Esta tensão de ruptura em células
comuns é entre 10 e 30 volts. Em vez de adicionar à potência produzida pelo
painel, a célula sombreada absorve energia, transformando-a em calor.
Uma vez que a tensão inversa de uma célula sombreada é muito maior do
que a tensão direta de uma célula iluminada, uma célula sombreada pode
absorver a potência de muitas outras células na string, afetando
desproporcionalmente a saída do painel. É, portanto, importante que uma
instalação fotovoltaica não seja sombreada por árvores ou outras obstruções.
Vários métodos foram desenvolvidos para determinar as perdas de
sombreamento de árvores para sistemas fotovoltaicos. A maioria dos módulos
tem diodos bypass entre cada célula ou sequência de células que minimizam os
efeitos de sombreamento e só perdem o poder da parte sombreada do arranjo.
A luz solar pode ser absorvida pela poeira, neve ou outras impurezas na
superfície do módulo. Isso pode reduzir a luz que atinge as células. Em geral,
estas perdas agregadas ao longo do ano são pequenas.
O Google descobriu que a limpeza dos painéis solares montados planos
após 15 meses aumentou sua produção em quase 100%, mas que as matrizes

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inclinadas a 5% foram adequadamente limpas pela água da chuva. Portanto é
indicado que sempre haja uma inclinação de preferência para o norte, em
sistemas instalados no hemisfério sul, reduzindo dramaticamente a limpeza das
placas.
Insolação e Energia
A insolação solar é composta de radiação direta, difusa e refletida. O fator
de absorção de uma célula fotovoltaica é definido como a fração de irradiância
solar incidente que é absorvida pela célula. Ao meio-dia em um dia sem nuvens
no equador, o poder do sol é de cerca de 1kW/m², na superfície da Terra, até
um plano perpendicular aos raios solares. Como tal, arranjos FV podem
acompanhar o sol através de cada dia para aumentar a coleta de energia. No
entanto, os dispositivos de rastreamento (trackers) adicionam custo e exigem
Figura 42 – Uma limpeza a cada 6 meses de forma simples é suficiente – Fonte:
www.pvnepal.supsi.ch

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manutenção, por isso é mais comum que os sistemas fotovoltaicos tenham
montagens fixas que inclinam a matriz e enfrentam o meio-dia solar (apontando
para o sul no hemisfério norte, ou para o norte no hemisfério sul).
O ângulo de inclinação, a partir da horizontal, pode ser variado, mas se
fixo, deve ser definido para dar saída ideal durante a parte de demanda elétrica
de pico de um ano típico para um sistema. A otimização do sistema fotovoltaico
para um ambiente específico pode ser complicada, uma vez que questões de
fluxo solar, sujeira e perdas devem ser levadas em conta. Além disso, trabalhos
recentes demonstraram que os efeitos espectrais podem desempenhar um ótimo
papel na seleção de materiais fotovoltaicos.
Figura 43 – Radiação solar – Fonte: www.fcsolar.eco.br

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Montagem
Os módulos são montados em arranjos em algum tipo de sistema de
montagem, que pode ser classificada como montagem em terra, montagem em
telhado ou montagem em postes.
Para parques solares um grande rack é montado no chão, e os módulos
montados no rack. Para os telhados lisos, as cremalheiras, as caixas e as
soluções integradas de edifício são usadas. As carcaças do painel solar montadas
sobre os postes podem ser estacionárias ou mover-se (Trackers). Montagens
laterais são apropriadas para situações em que um poste tem algo montado na
parte superior, como uma luminária ou uma antena.
Uma multiplicidade de racks pode ser formada em uma garagem de
estacionamento ou outra estrutura de sombra. Um rack que não segue o sol da
esquerda para a direita pode permitir ajuste sazonal para cima ou para baixo.
Figura 44 – Trilho de alumínio – Fonte: Portal Solar www.portalsolar.com.br

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Cabeamento
Devido ao seu uso ao ar livre, cabos solares são especificamente
projetados para ser resistentes contra radiação UV e flutuações de temperatura
extremamente altas e geralmente não são afetados pelo tempo. Uma série de
normas especificam a utilização da fiação elétrica em sistemas fotovoltaicos,
como a IEC 60364 pela Comissão Eletrotécnica Internacional, na seção 712
"Sistemas de energia solar fotovoltaica (FV)", a British Standard BS 7671,
incorporando regulamentos relacionados à micro-geração.
Tracker (Seguidor Solar)
Um sistema de monitoramento solar inclina um painel solar ao longo do
dia. Dependendo do tipo de sistema de rastreamento, o painel é direcionado
diretamente para o sol ou a área mais brilhante de um céu parcialmente nublado.
Os rastreadores melhoram muito o desempenho no início da manhã e no
final da tarde, aumentando a quantidade total de energia produzida por um
sistema em cerca de 20-25% para um rastreador de eixo único e cerca de 30%
ou mais para um rastreador de eixo duplo, dependendo da latitude. Trackers são
eficazes em regiões que recebem uma grande porção de luz solar direta. Em luz
difusa (isto é, sob nuvem ou neblina), o rastreio tem pouco ou nenhum valor.
Figura 45 – Cabo Nexans para sistemas fotovoltaicos – Fonte: Nexans
www.nexans.com.br

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Como a maioria dos sistemas fotovoltaicos concentrados são muito sensíveis ao
ângulo da luz solar, os sistemas de rastreamento permitem que eles produzam
energia útil por mais de um breve período a cada dia.
Os sistemas de rastreamento melhoram o desempenho por duas razões
principais. Primeiro, quando um painel solar é perpendicular à luz solar, recebe
mais luz em sua superfície do que se estivesse em ângulo. Em segundo lugar, a
luz direta é usada mais eficientemente do que a luz angular. Rastreadores e
sensores para otimizar o desempenho são frequentemente vistos como
opcionais, mas os sistemas de rastreamento podem aumentar a produção viável
em até 45%.
O rastreamento não é necessário para painéis planos e sistemas
fotovoltaicos de baixa concentração. Para sistemas fotovoltaicos de alta
concentração, o rastreamento de eixos duplos é uma necessidade. Tendências
de preços afetam o equilíbrio entre a adição de mais painéis solares estacionários
versus ter menos painéis que rastreiam. Quando os preços do painel solar caem,
os rastreadores se tornam uma opção menos atraente. Como é o caso dos
Figura 46 – Tracker (seguidor solar) – Fonte: Pixabay (www.pixabay.com)

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sistemas residenciais, o custo de um tracker e sua manutenção invalidaria um
projeto, portanto indica-se seu uso em projetos bem maiores, como usinas, por
exemplo.
Inversor
Os sistemas projetados para fornecer corrente alternada (CA), como
aplicações conectadas à rede, precisam de um inversor para converter a corrente
contínua (CC) dos módulos solares em corrente alternada (CA).
Os inversores conectados à rede devem fornecer energia CA em forma
senoidal, sincronizada com a frequência da rede, limitar a alimentação em
tensão mais alta que a tensão da rede e desconectar da rede se a tensão da
rede for desligada.
Um inversor solar pode se conectar a uma série de painéis solares. Em
algumas instalações, um micro inversor solar é conectado em cada painel solar,
individualmente. Por razões de segurança, um disjuntor é fornecido no lado CA
e CC para permitir a manutenção. A saída CA pode ser conectada através de um
medidor de eletricidade à rede pública.
O número de módulos no sistema determina os watts de CC totais capazes
de serem gerados pelo arranjo solar; No entanto, o inversor governa em última
instância a quantidade de watts de CA que podem ser distribuídos para consumo.

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Anti-ilhamento é um mecanismo de proteção que imediatamente desliga
o inversor impedindo-o de gerar energia CA quando a conexão com a carga já
não existe. Isso acontece, por exemplo, no caso de um apagão. Sem esta
proteção, a linha de suprimento se tornaria uma "ilha" com energia rodeada por
um "mar" de linhas não energizadas, já que o sistema FV continua a fornecer
energia CC durante a queda de energia. Ilhamento é um perigo para os
trabalhadores das distribuidoras de energia, que podem não perceber que um
circuito de corrente alternada ainda está ligado e pode impedir a reconexão
automática de dispositivos. Podendo ocasionar acidentes sérios
Baterias
Embora ainda caros, sistemas FV cada vez mais usam baterias
recarregáveis para armazenar um excedente para ser usado à noite. As baterias
utilizadas para armazenamento em rede também estabilizam a rede elétrica ao
nivelar as cargas de pico e desempenham um papel importante em uma rede
inteligente, pois podem se recarregar durante períodos de baixa demanda e
alimentar sua energia armazenada na rede quando a demanda é alta.
Figura 47 – Inversor Fronius (On-Grid) – Fonte: www.archiexpo.com

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As tecnologias comuns de baterias usadas nos sistemas fotovoltaicos de
hoje incluem a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, uma versão
modificada da bateria convencional de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio
e íon-lítio. Em comparação com os outros tipos, as baterias de chumbo-ácido
(estacionárias) têm uma vida útil mais curta e menor densidade de energia. No
entanto, devido à sua alta confiabilidade, baixa auto-descarga, bem como baixos
custos de investimento e manutenção, elas são atualmente a tecnologia
predominante usada em sistemas fotovoltaicos residenciais de pequena escala.
Em 2015, a Tesla (fabricante de automóveis elétricos) lançou o
Powerwall, uma bateria recarregável de lítio-íon que visa revolucionar o
consumo de energia. Os sistemas fotovoltaicos com uma solução de bateria
integrada também precisam de um controlador de carga, uma vez que a tensão
variável e a corrente do conjunto solar requerem um ajuste constante para evitar
danos causados pela sobrecarga. Os controladores de carga básicos podem
simplesmente ligar e desligar os painéis fotovoltaicos, ou podem medir os
impulsos de energia conforme necessário, uma estratégia chamada de
modulação PWM ou modulação de largura de pulso.
Figura 48 – Bateria estacionária Moura – Fonte: Moura
(www.moura.com.br)

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Os controladores de carga mais avançados incorporam lógica MPPT em
seus algoritmos de carregamento de bateria. Os controladores de carga também
podem desviar energia para um propósito diferente do carregamento da bateria.
Ao invés de simplesmente desligar a energia FV livre quando não é necessário,
um usuário pode escolher dar outro uso para a energia excedente.
Monitoramento/Medição (NetMetering ou SmartGrid)
Os sistemas fotovoltaicos precisam ser monitorados para detectar a avaria
e otimizar sua operação. Existem várias estratégias de monitoramento
fotovoltaico dependendo da saída da instalação e sua natureza. O
monitoramento pode ser realizado no local ou remotamente. Pode medir
somente a produção, recuperar todos os dados do inversor ou recuperar todos
os dados do equipamento de comunicação (sondas, medidores, etc.).
Ferramentas de monitoramento podem ser dedicadas apenas à supervisão
ou oferecer funções adicionais. Os inversores individuais e os controladores de
carga da bateria podem incluir a monitorização utilizando protocolos e software
específicos do fabricante.
Figura 49 – Tesla Power Wall feita de baterias de lítio-íon – Fonte: Tesla (www.tesla.com)

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A medição de energia de um inversor pode ter uma precisão limitada e
não é adequada para medições de receitas. Um sistema de aquisição de dados
de terceiros pode monitorar múltiplos inversores, usando os protocolos do
fabricante do inversor, e também adquirir informações relacionadas com o
tempo.
Medidores inteligentes independentes podem medir a produção de energia
total de um sistema fotovoltaico. Medidas separadas, como a análise de imagens
de satélite ou um medidor de radiação solar (um piranômetro) podem ser
utilizadas para estimar a insolação total para comparação.
Outros Sistemas
Esta seção inclui sistemas que são altamente especializados e incomuns
ou ainda uma nova tecnologia emergente. No entanto, sistemas off-grid têm um
lugar especial. Eles foram o tipo mais comum de sistemas durante os anos 1980
e 1990, quando a tecnologia FV ainda era muito cara e um nicho de mercado
puro de aplicações em pequena escala.
Figura 50 – Piranômetro – Fonte: Wikipedia (www.eikipedia.org)

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Somente em locais onde não havia rede elétrica disponível, eram
economicamente viáveis. Embora novos sistemas autônomos ainda estejam
sendo implantados em todo o mundo, sua contribuição para a capacidade
fotovoltaica global instalada está diminuindo.
CPV (Sistemas Fotovoltaicos Concentrados)
Os sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) e de alta concentração
fotovoltaica (HCPV) utilizam lentes ópticas ou espelhos curvos para concentrar
a luz solar em células solares pequenas mas altamente eficientes. Além de
concentrar, os sistemas CPV’s usam em algum momento rastreadores solares e
sistemas de refrigeração e são bem mais caros.
Figura 51 – CPV (Sistema Fotovoltaico Concentrado) – Fonte: Solar Tribune (www.solartribune.com)

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Sistemas Mistos
Um sistema misto combina FV com outras formas de geração, geralmente
um gerador a diesel. O biogás também é usado. A outra forma de geração pode
ser um tipo capaz de modular a saída de potência em função da demanda. No
entanto, pode utilizar-se mais do que uma forma renovável de energia, como o
vento. A geração de energia fotovoltaica serve para reduzir o consumo de
combustível não renovável.
Em 2015, um estudo de caso realizado em sete países concluiu que, em
todos os casos, os custos de geração podem ser reduzidos pela hibridização de
mini-redes e redes isoladas. No entanto, os custos de financiamento desses
sistemas híbridos são cruciais e dependem em grande parte da estrutura de
propriedade da usina.
Sistemas Solares de Flutuação
Os arranjos solares flutuantes são sistemas fotovoltaicos que flutuam na
superfície de reservatórios de água potável, lagos de pedreiras, canais de
irrigação ou lagoas de rejeitos. Um pequeno número desses sistemas existe na
França, na Índia, no Japão, na Coreia do Sul, no Reino Unido, em Singapura e
nos Estados Unidos.
Os sistemas têm vantagens sobre os sistemas fotovoltaicos na terra. O
custo da terra é mais caro, e há menos regras e regulamentos para as estruturas
construídas sobre os corpos de água não utilizados para recreação. Ao contrário
da maioria das usinas solares, as matrizes flutuantes podem ser discretas porque
estão escondidas da vista pública. Eles conseguem maior eficiência do que
painéis fotovoltaicos em terra, porque a água resfria os painéis. Os painéis têm
um revestimento especial para evitar ferrugem ou corrosão.

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Um outro benefício de um sistema fotovoltaico flutuante é que os painéis
são mantidos em uma temperatura mais fresca do que seriam na terra,
conduzindo a uma eficiência mais elevada da conversão da energia solar. O FV
flutuante também reduz a quantidade de água perdida através da evaporação e
inibe o crescimento de algas.
As fazendas flutuantes de energia solar estão começando a ser
construídas. O fabricante multinacional de eletrônicos e cerâmicas Kyocera
desenvolverá a maior do mundo, uma fazenda de 13,4 MW no reservatório
acima da barragem de Yamakura na prefeitura de Chiba no Japão usando 50 mil
painéis solares.
Sistemas Autônomos (Off-Grid)
Um sistema autônomo ou fora da rede não está conectado à rede elétrica.
Sistemas autônomos variam amplamente em tamanho e aplicação de relógios
de pulso ou calculadoras para edifícios remotos ou espaçonaves. Se a carga for
fornecida independentemente da insolação solar, a energia gerada é
armazenada em buffer com uma bateria. Em aplicações não portáteis onde o
Figura 52 – Usina fotovoltaica flutuantes - Fonte: www.lgcnsblog.com

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peso não é um problema, como em edifícios, as baterias de chumbo-ácido são
mais comumente usadas por seu baixo custo e tolerância a intempéries.
Um controlador de carga pode ser incorporado ao sistema para evitar
danos da bateria por carregamento ou descarga excessiva. Também pode ajudar
a otimizar a produção a partir da matriz solar usando uma técnica de
monitoramento de ponto de potência máxima (MPPT). No entanto, em sistemas
fotovoltaicos simples em que a voltagem do módulo fotovoltaico é compatível
com a tensão da bateria, o uso da eletrônica MPPT é geralmente considerado
desnecessário, uma vez que a tensão da bateria é estável o suficiente para
fornecer uma captação de energia quase máxima do módulo fotovoltaico.
Sistemas Pico FV
Os sistemas fotovoltaicos menores, muitas vezes portáteis são chamados
sistemas pico fotovoltaico, ou pico solar. Eles combinam principalmente uma
bateria recarregável e controlador de carga, com um painel FV muito pequeno.
A capacidade nominal do painel é de apenas alguns watt-pico (1-10 Wp) e sua
área menor do que um décimo de um metro quadrado, em tamanho.
Figura 53 – Sistema Off-Grid com gerador opcional – Fonte: www.energyinformative.org

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Luzes de Rua Solares
As luzes de rua solares são sistemas de energia autônomos e têm a
vantagem de economia em custos, paisagismo e manutenção, bem como nas
contas de energia elétrica, apesar de seu custo inicial mais alto em comparação
com a iluminação de rua convencional. Eles são projetados com baterias
suficientemente grandes para garantir a operação por pelo menos uma semana.
Telecomunicações e Sinalização
A energia solar fotovoltaica é ideal para aplicações de telecomunicações,
tais como telefonia local, rádio e TV, microondas e outras formas de
comunicação eletrônica. Isso ocorre porque, na maioria das aplicações de
telecomunicações, as baterias de armazenamento já estão em uso e o sistema
elétrico é basicamente CC. Em terrenos montanhosos, os sinais de rádio e de TV
podem não atingir seu destino enquanto ficam bloqueados ou refletidos devido
ao terreno ondulado. Nestes locais, os transmissores de baixa potência são
instalados para receber e retransmitir o sinal para a população local.
Figura 54 – Iluminação pública com sistema FV – Fonte: www.aurogsolar.com

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Veículos Solares
Os veículos solares, quer sejam veículos terrestres, aquáticos, aéreos ou
espaciais, podem obter parte ou toda a energia necessária para o seu
funcionamento a partir do sol. Veículos espaciais têm utilizado com sucesso
sistemas solares fotovoltaicos por anos de operação, eliminando o peso de
combustível ou baterias primárias.
Bombas Solares
Uma das aplicações mais econômicas do sol é uma bomba solar, porque é
mais barato comprar um painel solar do que é construir linhas elétricas. Muitas
vezes encontram-se fontes de água além do alcance de linhas de energia,
necessitando instalar no lugar, um moinho de vento ou uma bomba eólica.

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Espaçonave
Os painéis solares das naves espaciais foi uma das primeiras aplicações da
energia fotovoltaica desde o lançamento do Vanguard 1 em 1958, o primeiro
satélite a utilizar células solares.
Ao contrário do Sputnik, o primeiro satélite artificial a orbitar o planeta,
que ficou sem baterias dentro de 21 dias devido à falta de energia solar, a
maioria dos modernos satélites de comunicações e sondas espaciais no sistema
solar interno dependem do uso de painéis solares para geração de eletricidade.
Figura 55 – Bomba Solar – Fonte: www.sigmainovar.com.br

80. 80
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Conclusão
Para finalizarmos essa análise vamos resumir os quatro sistemas mais
utilizados no Brasil e no mundo:
1. Os sistemas FV-diretos são os mais simples, consistindo de um módulo
fotovoltaico ou módulos conectados diretamente a uma carga. Pode haver
controles eletrônicos ou um atuador de corrente linear entre os dois.
2. Sistemas autônomos ou "Off-Grid" acoplam módulos fotovoltaicos com
baterias para armazenamento de energia. Isso permite o uso de energia quando
o sol não está brilhando. Um controlador de carga impede a sobrecarga das
baterias; Ele também pode proteger contra a descarga muito profunda das
baterias.
3. Os sistemas On-Grid ligados à bateria (híbridos, bateria mais rede) são
semelhantes aos sistemas autônomos, exceto que eles podem usar a rede para
"trocar" energia excedente (por créditos para uso futuro) e para carregar a
bateria de backup.
4. Os sistemas ligados à rede sem baterias (On-Grid tradicional) são os mais
comuns e com o melhor custo. Comparados aos sistemas baseados em baterias,
eles são mais simples, mais econômicos e amigáveis ao meio ambiente, e
requerem menos manutenção.
Gostaríamos de frisar que no momento a melhor aplicação em termos de
custo-benefício é sem dúvidas o On-Grid, foco do curso SOLIENS. Uma solução
muito superior economicamente as outras, e a tecnologia que tem se
disseminado mais pelo Brasil e pelo mundo inteiro.

81. 81
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Futuro da Tecnologia
O próximo passo na evolução dos sistemas FV é o surgimento do Smart
PV System (Sistemas FV Inteligentes) com baterias integradas. A Alemanha
está liderando a tendência, que será seguida globalmente e terá um profundo
impacto sobre a estrutura dos mercados de eletricidade em todo o mundo. É o
próximo passo lógico no mercado fotovoltaico.
Pesquisadores do mercado estão prevendo que os sistemas residenciais e
comerciais de armazenamento de energia fotovoltaica serão um dos grandes
setores de crescimento primeiro no alemão e mais tarde em outros mercados de
FV, como no Brasil, por exemplo. Há de fato razões para supor que tais sistemas
são a onda do futuro.
Onde Estamos Agora?
A energia solar tem estado conosco por algum tempo. Já não é incomum
ver telhados com painéis solares ou grandes fazendas solares. Com o
desenvolvimento da tecnologia, os painéis solares tornaram-se amplamente
utilizados e não é apenas entusiastas de energia limpa que instala-os: as
pessoas estão instalando-os como uma forma de investimento.
Os dados são surpreendentes. Na última década, a energia solar tem
experimentado um rápido crescimento e não só aumentou o número de unidades
solares instaladas, a energia solar tornou-se um jogador importante na
economia dos EUA. Desde 2010, o número de pessoas que trabalham na
indústria solar duplicou. Em 2015, cerca de 210.000 pessoas trabalharam no
ramo de energia solar.

82. 82
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Como com qualquer outro negócio, o crescimento da concorrência
significou que os preços estavam caindo. Nos últimos 10 anos, os preços caíram
mais de 60%, tornando o investimento ainda mais rentável.
O futuro da energia solar
À primeira vista, a energia solar é talvez a solução mais elegante para as
nossas necessidades energéticas. O sol expõe a superfície do nosso planeta à
mais do que energia suficiente para nos manter para sempre. Estima-se que a
Terra receba mais de 173.000 terawatts de energia por ano, o que é mais de
10.000 vezes o que a humanidade precisa.
Painéis Híbridos (PVT)
Os coletores solares híbridos térmicos fotovoltaicos, às vezes conhecidos
como sistemas PV/Híbridos ou PVT, são sistemas que convertem a radiação
solar em energia térmica e elétrica. Estes sistemas combinam uma célula solar,
que converte luz solar em eletricidade, com um coletor solar térmico, que
captura a energia restante e remove o calor residual do módulo fotovoltaico. A
captura tanto de eletricidade como de calor permite que esses dispositivos
tenham maior energia e, portanto, sejam mais eficientes do que a energia solar
fotovoltaica (FV) ou a energia solar térmica.

83. 83
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Tesla Power Wall
Cada nova tecnologia traz novas oportunidades para os negócios. Tesla e
Panasonic já estão planejando uma fábrica de fabricação de painel solar
gigantesco em Buffalo, Nova York. O Powerwall da Tesla já é um dos
dispositivos de armazenamento de energia domésticos mais populares do
mundo, encontrado em milhares de residências pelos Estados Unidos e Europa,
as baterias de Lítio armazenam energia gerada pelo sistema fotovoltaico.
Tesla + Solar City = Tesla Energy
O conceito de uma telha solar integrada de vidro. A construção fotovoltaica
integrada (BIPV) vai ser uma parte do futuro da Tesla Motors - ou devemos dizer
Tesla Energia. Elon Musk CEO de ambas as empresas divulgou no final de 2016
vários tipos de telhas diferentes integradas com células fotovoltaicas. Sua
parceria com a Panasonic na produção de suas pilhas de Lítio para os automóveis
da Tesla (que produz veículos elétricos) se estende também a produção de novas
células fotovoltaicas de alta eficiência.
Figura 56 – Módulo Híbrido PVT – Fonte: www.zerocarbonsolution.co.uk

84. 84
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Poder sem Fio do Espaço
A Agência Espacial Japonesa (JAXA) acredita que aproximar-se do sol é a
melhor maneira de aumentar a eficiência e coletar mais energia. O projeto de
sistemas de energia solar espacial (SSPS) da equipe está tentando enviar
painéis solares para órbita próxima da Terra. A energia coletada será transmitida
sem fio de volta para a estação base via micro-ondas.
Se bem-sucedida, esta tecnologia poderia ser uma verdadeira mudança.
Figura 57 – Telhas criadas pela Solar City, empresa irmã da Tesla. Ambas de Elon Musk. - Fonte:
Tesla (www.tesla.com)

85. 85
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Figura 58 – SSPS – Fonte: www.kijkmagazine.nl

86. 86
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87. 87
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2. Dimensionamento
Energia do Sol
Vamos entender profundamente como o sol influencia no desempenho de
um sistema fotovoltaico, as diferentes formas de radiação solar e como eles
afetam a produção de um sistema fotovoltaico. Vamos abordar temas como a
intensidade dos raios solares, os efeitos do posicionamento do sol em
determinadas épocas do ano, portanto apresentando as chaves para a
compreensão de como esse “caminho” do sol (solstícios e equinócios) afeta a
localização do sistema. Para finalizar, vamos ensinar para você como posicionar
da melhor maneira possível os módulos para máxima eficiência.
Consideração chave no desempenho geral de qualquer sistema FV é a
forma como o sistema instalado pode usar a energia do sol de forma mais
eficiente. Para o sistema fotovoltaico funcionar perfeitamente, você precisa
instalá-lo de forma a que ele tenha acesso a maior quantidade possível de
energia. Porque a luz do sol é o "combustível" para qualquer sistema FV, para
ter certeza de que seus sistemas tenham pleno acesso a grande parte do recurso
solar.
Nossa intenção não é tornar você um astrônomo ou dissecar a radiação
solar em suas diferentes formas de espectro. Queremos apenas que você se
concentre em conceitos cruciais que irão afetar as suas decisões tanto no design
quanto na instalação de um sistema fotovoltaico.