CAMPO GRANDE 2019
FREDERICO ALEX DA SILVA CACERES
CAMPO GRANDE 2019
VIABILIDADE DE ENERGIA SOLAR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Instituição Anhanguera como requisito parcial para a obtenção do título de graduado ao Curso de Engenharia elétrica.
FREDERICO ALEX DA SILVA CACERES
VIABILIDADE DE ENERGIA SOLAR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Instituição Anhanguera, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Curso de Curso de Engenharia elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(ª). Titulação Nome do Professor
Prof(ª). Titulação Nome do Professor
“Dedico este trabalho, em primeiro lugar, а Deus, porque Ele foi quem me deu força е coragem durante toda esta longa
caminhada”.
E a todos os professores, que foram essenciais em minha trajetória e formação.
AGRADECIMENTOS
A elaboração deste trabalho não teria sido possível sem a colaboração, estímulo e empenho de diversas pessoas.
Primeiramente agradeço a Deus que permitiu que este momento fosse vivido por mim, trazendo alegria e a todos que contribuíram para a realização deste trabalho.
Quero expressar toda a minha gratidão e apreço a todos aqueles que contribuíram para que esta tarefa se tornasse uma realidade.
CACERES, Frederico Alex da Silva. Viabilidade de Energia Solar. 2019. 26
páginas. Engenharia elétrica. – Anhanguera, Campo Grande, 2019.
RESUMO
O Brasil é um dos países que apresenta um dos maiores níveis de potencial energético nas mais diversas fontes: hidráulica, biomassa, eólica e solar. Apesar disso, o país tem falhado em implantar uma matriz energética eficiente, ocupando posições baixíssimas no ranking mundial. A geração distribuída apresenta diversos benefícios ao sistema elétrico, como o baixo impacto ambiental, a redução das cargas na rede, a diversificação da matriz energética e a diminuição das perdas. Apesar do enorme potencial de geração fotovoltaica no Brasil, a quantidade de energia produzida dessa forma ainda não é significativa. O objetivo do estudo compreende a viabilidade de energia solar. A conversão da energia solar em eletricidade pode ser obtida por meio do chamado sistema fotovoltaica. A geração distribuída contribui como um enorme estímulo para a inserção de fontes renováveis na matriz energética de um país, principalmente das fontes eólicas e solares através do uso de aerogeradores e painéis solares fotovoltaicas, promovendo o investimento privado na área de energia. A inserção de novas fontes de geração de energia é de extrema importância para reforçar a economia do país o uso de painéis solares seria uma boa alternativa para a crise Brasileira. É extremamente importante que as políticas públicas aplicadas à área de geração de energia por incentivem a fonte solar fotovoltaica para promover a penetração da tecnologia fotovoltaica em todos os níveis
CACERES, Frederico Alex da Silva. Solar Energy Feasibility. 2019. 26 páginas.
Engenharia elétrica. – Anhanguera, Campo Grande, 2019.
ABSTRACT
Brazil is one of the countries that has one of the highest levels of energy potential in the most diverse sources: hydro, biomass, wind and solar. Nevertheless, the country has failed to implement an efficient energy matrix, occupying very low positions in the world ranking. Distributed generation has several benefits to the electricity system, such as low environmental impact, reduction of grid loads, diversification of the energy matrix and reduction of losses. Despite the enormous potential of photovoltaic generation in Brazil, the amount of energy produced in this way is still not significant. The objective of the study comprises the viability of solar energy. The conversion of solar energy into electricity can be achieved through the so-called photovoltaic system. Distributed generation contributes as a huge stimulus for the insertion of renewable sources in a country's energy matrix, mainly from wind and solar sources through the use of wind turbines and photovoltaic solar panels, promoting private investment in the energy area. The insertion of new sources of energy generation is of utmost importance to strengthen the country's economy. The use of solar panels would be a good alternative to the Brazilian crisis. It is extremely important that public policies applied to the area of power generation encourage the photovoltaic solar source to promote the penetration of photovoltaic technology at all levels.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 09
2 CONCEITO HISTÒRICO ... 10
2. 1 SISTEMA FOTOVOLTAICO ... 12
2. 1 Viabilidade da Energia Solar Fotovoltaica ... 13
3 ENERGIAS RENOVÁVEIS E A CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ... 15
3. 1 CONFIGURAÇÃO ... 15
3. 1.1 sistemas híbridos ... 16
3. 1.1.1 Sistemas ON-GRID E OFF-GRID ... 16
4 SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA ... 18
5 CONSIDERAÇÕS FINAIS ... 23
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1 INTRODUÇÃO
A presente pesquisa tem como intuito destacar a viabilidade de energia solar. A conversão da energia solar em eletricidade pode ser obtida por meio do chamado sistema fotovoltaica. À energia solar, tem como finalidade de permitir ao consumidor gerar energia elétrica a partir da energia solar em seu próprio estabelecimento, a Agência Nacional de Energia Elétrica. Originou-se a resolução normativa n° 482, de 17/07/2012.
A pesquisa justifica-se pela importância do assunto que deve ser debatido descrevendo em analisar a viabilidade da energia solar, é muito importante analisar as características da sua implantação e os diferentes tipos de indicadores de viabilidade econômico-financeira podem ser utilizados.
Tendo em vista a viabilidade econômica do uso de sistemas fotovoltaicos (FVs) na modalidade de geração distribuída. Quais são os possíveis impactos e setor principais aplicações no setor elétrico?
A pesquisa teve como objetivo geral descrever a viabilidade de energia solar e seus aspectos. Os objetivos específicos do trabalho são compreender como ocorre a conversão da energia solar em eletricidade por meio do sistema fotovoltaico e a sua viabilidade; destacar como ocorre a conversão direta da luz solar em eletricidade com sistemas fotovoltaicos e finalmente evidenciar os benefícios da implantação e uso de energia solar e em relação aos impactos ambientais,
O estudo constitui-se em uma metodologia bibliográfica para identificar aspectos gerais do tema abordado e para possibilitar o enriquecimento na construção de novos conhecimentos acadêmicos na área. Através de uma revisão de literatura, a pesquisa estará pautada com base documental em artigos sólidos publicados.
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2 CONCEITO HISTÓRICO
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez por Alexandre Edmond Becquerel, físico francês, quando realizava algumas experiências com eletrodos metálicos numa solução condutora, pode se dizer que, foi ele quem criou a energia solar em 1839. A observação não bastava para explicar tal fenômeno, somente em 1905 que o físico alemão Albert Einstein conseguiu formular uma teoria de forma simples e objetiva, o chamado Efeito Fotoelétrico, que lhe conferiu o premio Nobel de Física em 1923. (ANEEL, 2002).
Visto que a energia é obtida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado. (GTES, 2004).
No inicio da descoberta da energia solar, ela foi considerada como uma tecnologia do futuro. A produção industrial iniciou em 1956, seguindo o crescimento da área da eletrônica, sustentou-se na busca, por empresas do setor de telecomunicações, de fontes de energia para sistemas instalados em locais remotos e na “corrida espacial”, cujo uso se restringia exclusivamente aos cientistas e suas pesquisas. (ZANESCO et al., 2005).
Segundo Pinho e Galdino (2014, p. 52) “a célula fotovoltaica era, e continua sendo, o meio mais adequado para fornecer a quantia de energia necessária para longos períodos de alimentação de equipamentos eletrônicos no espaço”.
O sistema fotovoltaico é um gerador de energia elétrica que aproveita a energia irradiada pelo sol como fonte de energia primaria e transforma em energia elétrica.
O termo fotovoltaico significa a transformação da radiação solar diretamente em corrente elétrica, utilizando as células fotovoltaicas, também chamadas de células solares. As células fotovoltaicas são constituídas de materiais semicondutores como: silício, arseneto de gálio, telureto de cádmio ou disseleneto de cobre e índio. (SOUZA, 2016).
Uma das formas de se aproveitar a energia solar é a energia solar fotovoltaica. Essa forma de energia é obtida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são
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componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado. (GTES, 2004).
De acordo com GTES - Grupo de Trabalhos de Energia Solar (2004, p. 24), a terra recebe anualmente 1,5×10^18 kWh de energia solar, que coresponde a 10.000 vezes o consumo mundial de energia nesse período, deste modo proporcionando um acentuado potencial de utilização por meio de sistema de captação e conversão de energia térmica, elétrica entre outras.
Segundo Souza (2016) a energia irradiada pelo sol chega à terra vinda do espaço através das partículas de energia chamadas de fótons. O efeito fotovoltaico consiste na entrada desses fótons dentro do material semicondutor que compõe as células fotovoltaicas, esses fótons doam sua energia elétrica aos elétrons das camadas mais externas do material semicondutor provocando uma diferença de potencial, havendo um circuito ligado ao sistema se obterá energia elétrica, porém as células fotovoltaicas não armazena essa energia, se cessar a entrada de luz cessará o efeito fotovoltaico, portanto vai interromper o fluxo da corrente elétrica. Com a diferença de potencial os sistemas fotovoltaicos pode alimentar diretamente uma carga (um aparelho consumidor de energia elétrica) ou um banco de baterias (dispositivo de armazenamento).
O sistema fotovoltaico não possui partes móveis, portanto não produz resíduos, ruídos sonoros ou eletromagnéticos durante a produção da energia elétrica. O sol emite irradiação solar que é diretamente convertido em energia elétrica através do efeito fotovoltaico (GTES, 2004).
O efeito fotovoltaico foi constituído inicialmente no ano de 1839 por Edmund Bequerel e consiste em uma diferença de potencial entre dois semicondutores de propriedades elétricas diferentes. (BUHLER, 2013).
O sistema fotovoltaico é um gerador de energia elétrica que aproveita a energia irradiada pelo sol como fonte de energia primaria e transforma em energia elétrica. Segundo Pinho e Galdino (2014, p. 52) “a célula fotovoltaica continua sendo, o meio mais adequado para fornecer a quantia de energia necessária para longos períodos de alimentação de equipamentos eletrônicos no espaço”.
O termo fotovoltaico constitui a modificação da radiação solar abertamente em corrente elétrica, onde faz uso das células fotovoltaicas, também chamadas de células solares. As células fotovoltaicas são constituídas de materiais
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semicondutores como: silício, arseneto de gálio, telureto de cádmio ou disseleneto de cobre e índio. (SWART, 2008).
A radiação solar depende também das condições climáticas e atmosféricas. Somente parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Mesmo assim, estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial. (GTES, 2004).
No entanto umas das formas de utilizar a energia solar fotovoltaica. Essa forma de energia é obtida através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos conhecidos como células fotovoltaicas. Estas células são componentes optoeletrônicos que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade. São basicamente constituídas de materiais semicondutores, sendo o silício o material mais empregado. (SOUZA, 2016).
2.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO
Montenegro (2013) descreve que utilização da energia solar tem muitas vantagens, como a economia na conta de energia, a diminuição da demanda pela energia do sistema nacional, adiando assim, a construção de novas barragens e usinas termelétricas e nucleares, que geram diversos impactos ambientais e por ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem produzir resíduos poluentes. De fatos os custos operacionais são baixos, ao investir no início da construção de uma central de produção de energia através de energia solar fotovoltaico.
A energia elétrica fotovoltaica fornece uma energia a um circuito responsável pela iluminação em residências, pequenas cargas como: rádios, televisores, os sistemas aquecedor solar, fotovoltaico e energia convencional trabalhando de forma conjugada, proporcionaria uma maior economia. (BUHLER, 2013).
De acordo com Brum (2013) nos últimos tempos as energias elétricas fotovoltaica veem sendo aplicadas em tecnologias na fabricação de células fotovoltaicas. As células são baseadas em filmes finos e as de muitas funções de alta eficiência e células baseadas em corantes, no entanto as células de silício cristalino dominam o mercado mundial no que descreve respeito à fabricação e comercialização.
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Vieira (2015) descreve que utilização da energia solar tem muitas vantagens, como a economia na conta de energia, a diminuição da demanda pela energia do sistema nacional, adiando assim, a construção de novas barragens e usinas termelétricas e nucleares, que geram diversos impactos ambientais e por ser uma fonte de energia renovável e limpa, sem produzir resíduos poluentes. De fatos os custos operacionais são baixos, ao investir no início da construção de uma central de produção de energia através de energia solar fotovoltaico.
2.1.1 Viabilidade da energia Solar fotovoltaica
A viabilidade da adoção do sistema fotovoltaico por consumidores residenciais, devemos levar em consideração dois aspectos principais: o custo da energia produzida por esse sistema e o custo da energia fornecida pela concessionária no local em questão. (MONTENEGRO, 2013).
A Resolução Normativa no 482/2012 da ANEEL abriu espaço para uma diversificação ainda maior da matriz energética do Brasil. Apesar dos vários benefícios que a geração distribuída fotovoltaica pode trazer ao sistema elétrico, os possíveis impactos devem ser avaliados, principalmente na atual estrutura tarifária.
De acordo com ABRADEE (2016) um aspecto que deve ser considerado ao se tratar de energia fotovoltaica é a possível a diminuição na tarifa de energia. Isso ocorreria do fato de os consumidores que podem instalar sistemas FVs serem, em grande parte, integrantes das classes sociais mais altas.
É de grande importância que se tenha interesse para este estudo, pois decorre da crescente visibilidade e empenho que as energias renováveis vêm despertando em pesquisadores, empresas, governos e países, inclusive no Brasil, nos últimos anos. As energias renováveis são na atualidade, um dos mais importantes assuntos para as discussões sobre o futuro da humanidade.
A viabilidade da adoção do sistema fotovoltaico por consumidores residenciais, devemos levar em consideração dois aspectos principais: o custo da energia produzida por esse sistema e o custo da energia fornecida pela concessionária no local em questão. (ZILLES, 2016).
A Resolução Normativa no 482/2012 da ANEEL abriu espaço para uma diversificação ainda maior da matriz energética do Brasil. Apesar dos vários benefícios que a geração distribuída fotovoltaica pode trazer ao sistema elétrico, os
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possíveis impactos devem ser avaliados, principalmente na atual estrutura tarifária. (ANNEL, 2012).
De acordo com ABRADE (2016) um aspecto que deve ser considerado ao se tratar de energia fotovoltaica é a possível a diminuição na tarifa de energia. Isso ocorreria do fato de os consumidores que podem instalar sistemas FVs serem, em grande parte, integrantes das classes sociais mais altas.
Brum (2013) descreve que energia solar que chega a Terra, bate na atmosfera e nas nuvens e retorna para o espaço. Considerando a radiação solar que chega à superfície terrestre e incide sobre uma superfície receptora para geração de energia, tem-se que ela é constituída por uma componente direta (ou de feixe) e por uma componente difusa.
A radiação direta é aquela que provêm diretamente da direção do Sol e produz sombras nítidas. Em outras palavras, é a fração da radiação solar que atravessa a atmosfera terrestre sem sofrer qualquer alteração em sua direção original. O coeficiente de reflexão destas superfícies é denominado de “albedo” e quanto maior o seu valor, maior será o valor da irradiância no plano inclinado. (COGEN, 2012).
O Sol é o principal responsável por manter as condições na Terra que possibilitam a existência da vida. Além de ser o responsável pela manutenção da vida no planeta, ele também é uma fonte de energia inesgotável. A energia proveniente dele é infinita e com um grande potencial de utilização e conversão em outros tipos de energia. (CEPEL, 2014).
As componentes da radiação solar são a radiação direta, a qual chega na terra sem nenhuma interferência, e a radiação difusa, a qual sofre alteração pela interação com moléculas e partículas presentes no ar. A radiação refletida também se enquadra como radiação difusa. (LOPO, 2010).
A utilização da energia solar pode resultar em redução significava de energia elétrica. A utilização este tipo de energia para iluminação, reduz a necessidade do uso de lâmpadas durante as horas do dia. O aquecimento de água pode servir como alternativa para redução no consumo de energia elétrica, através da troca de aparelhos que funcionam a base de resistência elétrica por equipamentos de aquecimento solar de água. (SWART, 2008).
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3 ENERGIAS RENOVÁVEIS E A CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
A energia renovável a energia que é obtida de fontes naturais capazes de se regenerar, e, portanto virtualmente inesgotáveis, ao contrário dos recursos não renováveis. São conhecidas pela imensa quantidade de energia que contêm, e porque são capazes de se regenerar por meios naturais. (OLIVEIRA, 2002).
Ressalta-se que, desde o início do século XX, o mundo sofre com a exploração de seus recursos naturais, com a poluição da atmosfera e com a degradação do solo. Considerado uma fonte de energia, o petróleo, por exemplo, foi tão vorazmente extraído que a tendência de esgotamento de seus poços figura como uma veemente realidade. (SOUZA, 2016).
De acordo com a (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2008) a classificação dos sistemas fotovoltaicos é feita da seguinte maneira: quanto à interligação com o sistema publico de fornecimento de energia elétrica e quanto a configuração.
3.1 CONFIGURAÇÃO
Sistemas puros e sistemas híbridos, conforme estudos realizados pela empresa BlueSol Educacional (2009) um sistema fotovoltaico puro é aquele que não possui outra forma de geração de eletricidade. Devido ao fato de o sistema só gerar eletricidade nas horas de sol, estes sistemas são dotados de acumuladores que armazenam a energia para os períodos sem sol, o que acontece todas as noites, e também nos períodos chuvosos ou nublados.
Os acumuladores são dimensionados de acordo com à autonomia que o sistema deve ter e essa varia de acordo às condições climatológicas da localidade onde será implantado o sistema fotovoltaico. Também existem os sistemas puros sem armazenamento que funcionam somente durante as horas de sol, exemplo disso são os sistemas de bombeamento de água. As características das bombas são calculadas levando em consideração a necessidade de água e o potencial solar da localidade. O painel fotovoltaico é dimensionado para fornecer potencial para a bomba. Apesar de, geralmente, não utilizarem sistemas de armazenamento elétrico,
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o armazenamento energético é feito na forma de água no reservatório (VILLALVA, 2012).
3.1.1 Sistemas Híbridos
De acordo com o estudos realizados pela empresa BlueSol Educacional, o sistema fotovoltaico híbrido trabalha em conjunto com outro sistema de geração elétrica, que pode ser um aerogerador (no caso de um sistema híbrido solar-eólico), um moto-gerador a combustível líquido (ex.: diesel), ou qualquer outro sistema de geração elétrica. Um sistema híbrido pode ou não possuir sistema de armazenamento de energia. Quando possui, geralmente o sistema de armazenamento tem autonomia menor ou igual há um dia. A figura 2 representa um sistema hibrido em funcionamento. (VILLALVA, 2012).
Os Sistemas Fotovoltaicos Híbridos oferecem uma gama de aplicações especificas, assim como sua composição de ativos e equipamento podem variar conforme aplicação (OLIVEIRA, 2002).
3.1.1.1 Sistemas ON-GRID E OFF-GRID
De acordo com estudos realizados pela empresa BlueSol Educacional, o sistema fotovoltaico conectado (On-Grid) a rede é quando esta ligada a rede pública de energia elétrica. Sistema fotovoltaico isolado (Off-Grid) não está ligado à rede pública, ele alimenta diretamente as cargas da residência (RÜTHER, 2003)
Uma célula fotovoltaica de silício cristalizado produz uma corrente aproximadamente 30 mA/cm² e uma tensão de aproximadamente 0,46 a 0,56 volts. As células comerciais geram em torno de 1A; 2,5A; 3A; 5A; e 7A. Para alcançar tais potências comerciais, os fabricantes de módulos fotovoltaicos conectam células fotovoltaicas (VIEIRA, 2015).
Dependendo da tecnologia utilizada na célula, cada módulo tem suas características particulares. Os módulos são classificados no mercado de acordo à sua potência-pico (Wp), e ao tipo de células. O controlador de carga é o responsável por usar a sobra da energia para as tarefas de manutenção do banco de baterias (ZANESCO, 2005).
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No Brasil há laboratórios e equipes de especialistas em universidades públicas e privadas, centros de pesquisa e empresas, atuando no desenvolvimento de tecnologias de purificação de silício, células e módulos fotovoltaicos, inversores e controladores de carga, bem como no estudo de aplicações dessas tecnologias.
A ANEEL, em 17 de abril de 2012, consolidou a Resolução Normativa ANEEL nº 482/2012, garantindo a população o uso do sistema fotovoltaico para gerar a energia elétrica e firmar acordo com as unidades. Outra possibilidade seria a geração de energia em condomínios.
No entanto, não foi atingido o nível de aperfeiçoamento tecnológico dos países desenvolvidos nesta área e compete à ANEEL regulamentar os investimentos em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) e Eficiência Energética (EE), seja incentivando a busca constante por inovações necessárias para enfrentar os desafios tecnológicos do setor elétrico, seja promovendo o uso eficiente e racional, associado às ações de combate ao desperdício (BANDEIRA, 2012).
Antes de instalar um sistema fotovoltaico numa rede pública de acordo com Silva (2015) deve ser feito um estudo da viabilidade técnica e também fazer um planejamento. As duas partes envolvidas, tanto o consumidor quanto a distribuidora devem fazer este estudo para analisar os possíveis impactos que este sistema e os equipamentos envolvidos poderão ocasionar a rede pública. Outro fato que deve ser levado em consideração é a viabilidade econômica que esta relacionada com o custo e manutenção do sistema fotovoltaico.
3.1.1.1.1 Equipamentos Auxiliares
Para que ocorra o funcionamento de um sistema fotovoltaico é necessário a instalação de equipamentos auxiliares em conjunto com os módulos. Esses componentes atuarão, principalmente, no processo de armazenamento e distribuição da energia elétrica gerada, sendo diferenciados de acordo com o tipo de sistema implantado, se on grid ou off grid (PINHO; GALDINO, 2014).
As baterias, ou acumuladores, entre os diversos sistemas, são mais utilizadas naqueles isolados da rede elétrica, ou seja, off grid. Segundo Dazcal e Mello (2008), são dispositivos responsáveis por fazer o armazenamento da energia elétrica gerada pelos módulos, com o intuito de suprir a demanda da mesma na ausência da
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radiação solar. Com isso, podem ser consideradas de extrema importância, já que a radiação solar não ocorre nos períodos noturnos, e é reduzida em dias nublados
São vários os tipos de baterias existentes, distinguindo-se devido às células empregadas, as quais influenciam diretamente na eficiência de armazenamento. Considerando o fato de que nem todos os modelos são economicamente viáveis, Messenger e Ventre (2010) apresentam as baterias de chumbo-ácido como o tipo, até hoje, mais utilizado para os sistemas fotovoltaicos (MARTIN et. al., 2015).
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4 SISTEMA DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA
A crise energética de 1973 ajudou a renovar e ampliar o interesse na aplicação da energia solar, porém o custo das células utilizadas em explorações espaciais era extremamente elevado, tornando aquele tipo de tecnologia inviável para uso terrestre. (CRESESB, 2006).
As células fotovoltaicas são dispositivos formados por material semicondutor, que transformam energia luminosa, proveniente do sol ou de outra fonte de luz, em energia elétrica. Os semicondutores se caracterizam pela presença de duas bandas de energia: a banda de valência (onde existe a presença de elétrons) e a banda de condução (totalmente “vazia”, onde não existem elétrons). O semicondutor mais usado na fabricação das células é o silício. (NASCIMENTO, 2004).
A energia fotovoltaica é alcançada pelo convertimento da energia solar em energia elétrica por meio de células fotoelétricas. Tais células comumente são feitas de cristal de silício, nas quais são introduzidas determinadas impurezas, processo este conhecido como dopagem, cuja função é transformar e melhorar a maneira de condução de eletricidade da célula (ZANESCO et al., 2005).
A base do funcionamento das células fotovoltaicas é dada pelo processo descrito anteriormente. Na Figura 1 tem-se a ilustração da estrutura de uma célula. Como foi mencionado anteriormente, o material mais utilizado na construção das células é o silício, segundo elemento mais abundante no globo terrestre. Os principais tipos de células, desse material, disponíveis no mercado são de silício monocristalinas e de silício policristalinas (WALISIEWICZ, 2016).
Figura 1: Célula Fotovoltaica
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Quanto às células de silício amorfo, estas possuem uma eficiência menor, e necessitam de uma área de instalação maior. Por outro lado, possuem um processo de fabricação simples e barato, e são mais resistentes ao efeito do sombreamento e altas temperaturas (PINHO, 2014, p. 45). As figuras 2 e 3 apresentam as células fotovoltaicas de silício mono e policristalina, respectivamente.
Figura 2. Representação de uma célula fotovoltaica
Fonte: Walisiewicz, (2016).
Figura 3. Célula fotovoltaica de silício monocristalina
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Os fatores que limitam a eficiência de conversão de uma célula fotovoltaica e a Figura 4 esquematizam esses mesmos fatores: a) reflexão na superfície frontal; b) sombra proporcionada pela área da malha metálica na face frontal; c) absorção nula de fótons de energia menor que do que o gap (Ef < Eg); d) baixa probabilidade de coleta, pela junção PN, dos portadores de carga gerados fora da zona de carga espacial; e) recombinação dos portadores de carga, isto é, o “reencontro” dos elétrons e lacunas em impurezas e defeitos do material e f) resistência elétrica no dispositivo e nos contatos metal-semicondutora, bem como possíveis caminhos de fuga da corrente elétrica. (MOEHLECKE, 2005).
Figura 4. Fatores que limitam a eficiência de uma célula fotovoltaica
Fonte: Moehlecke, (2005).
O material é utilizado para a produção das células de alta eficiência, usado especialmente na tecnologia espacial (PAIXÃO, 1999), existem outras tecnologias de células solares sendo desenvolvidas, principalmente, para reduzir os custos e aumentar a eficiência da geração da energia fotovoltaica. Uma única célula de silício produz uma corrente CC entre 3A e 5A e uma tensão de saída de aproximadamente 0,7V. Por esse motivo é necessário agrupar várias células em série e/ou paralelo para que os valores de tensão e corrente sejam adequados às aplicações desejadas (MOEHLECKE, 2005, p.65).
A combinação de células em série ou paralelo forma um módulo fotovoltaico, e a combinação destes módulos, também em série ou paralelo, dão origem ao painel fotovoltaico.
Nas Figuras têm-se as ilustrações de módulos fotovoltaicos fabricados com células de silício mono e policristalino, respectivamente.
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Figura 5. Célula, módulo e painel fotovoltaico.
Fonte: Walisiewicz (2016)
A construção de um módulo fotovoltaico, de acordo com Walisiewicz (2016) geralmente, é formada como mostra a figura com diversos componentes compõem o módulo de formar a aumentar sua resistência e facilitar a instalação.
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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Dentre todas as fontes, a energia solar fotovoltaica é a que mais tem enfrentado problemas para se inserir no Brasil, possuindo ainda uma participação inferior a 1% na matriz elétrica. As razões para a energia solar fotovoltaica não ter evoluído no país, nota-se que não é uma questão de pouco potencial. O Brasil é um dos países com os maiores índices de incidência solar do mundo tendo a capacidade de gerar anualmente de 1200 KWh/m² a 2400 KWh/m² por fonte solar.
Sendo uns dos motivos que levam essa tecnologia não engrenar no Brasil, são pontos como a falta de políticas e incentivos diretos para o uso da energia solar fotovoltaica no país e o alto custo inicial com tempo muito longo de retorno, tornando o investimento desinteressante para quem procura ingressar nessa área
É necessário que as políticas públicas aplicadas à área de geração de energia por incentivem a fonte solar fotovoltaica para promover a penetração da tecnologia fotovoltaica em todos os níveis.
Constata-se que é fundamental desenvolver novas pesquisas na área, com a utilização de métodos quantitativos para avaliar o real impacto que as políticas públicas brasileiras têm efetuado na inserção da energia solar fotovoltaica na matriz energética e assim promover melhorias eficientes na legislação para se alcançar os resultados positivos para o desenvolvimento nacional sustentável e eficiente.
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