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Energia solar
A construção dos principais conceitos e das aplicações da geração de energia elétrica utilizando a
conversão de energia solar através de células fotovoltaicas.
Prof. André Luís Funcke
1. Itens iniciais
Propósito
A geração de energia solar demanda conhecimentos específicos na área de eletricidade para a realização de
projetos de geração de energia elétrica sustentável, disponibilizando energia limpa que não causa
contaminação do meio ambiente e que compõe a matriz energética do país.
Preparação
Antes de iniciar a leitura deste conteúdo, tenha em mãos uma calculadora. Você pode usar a do seu
computador/smartphone.
Objetivos
Analisar a energia solar e o funcionamento do sistema de aquecimento solar e da geração fotovoltaica.
Identificar como funciona a geração fotovoltaica.
Reconhecer as modalidades de geração fotovoltaica.
Introdução
Assista ao vídeo a seguir para conhecer as características e aplicações da energia solar. 
Conteúdo interativo
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1. A energia solar
Vamos começar!
Características e formas de utilização da energia solar
Com a ajuda do vídeo a seguir, entenda o contexto da energia solar e o funcionamento do sistema de
aquecimento solar (SAS) e da geração fotovoltaica.
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Contextualização da energia solar
Os chamados processos de geração de energia são, na realidade, ciclos de conversão de determinadas
formas de energia que existem na natureza para outras formas de energia que possam ser utilizadas pelo ser
humano para a realização de trabalho. Como trabalho, podemos pensar em exemplos tais como aquecer um
ambiente, fazer funcionar um equipamento ou transportar pessoas e materiais de um local para outro.
Existem inúmeras formas de se obter energia, como a partir de forças da natureza, como vento, a água e o
Sol, ou através da combustão de materiais orgânicos que geram calor e movimentam equipamentos de
geração de energia, que, por sua vez, impulsionam processos diversos. 
Exemplo
Um barco tem como função transportar pessoas ou cargas. De maneira geral, essa embarcação pode
usar diversas formas de energia. Barcos a vela podem usar o vento, que transforma a energia cinética do
vento em movimento do barco através de velas. Um barco a motor pode usar combustíveis fósseis em
motores a combustão e gerar o seu deslocamento através das hélices. Também um barco a motor pode
usar a conversão da energia solar para energia elétrica, a qual alimenta motores elétricos, que, por sua
vez, movimentam a embarcação por meio do giro das hélices. 
Há grande riqueza e abundância de formas de energia à disposição da humanidade. Na realidade, toda a
civilização se organiza em torno das formas de energia que estão disponíveis em dados momentos e locais,
onde sua aplicação é necessária para executar alguma forma de trabalho.
Neste conteúdo, trataremos do processo de transformação e aplicação da energia solar, uma das mais
abundantes no planeta em que vivemos, e uma das que mais influenciam outros fenômenos da natureza, os
quais também podem ser usados para conversão de energia. 
O que é a energia solar
O Sol é uma estrela que está em constante processo de fusão nuclear. No seu interior ocorrem reações que
fazem com que átomos de hidrogênio se transformem em átomos de hélio. Essas reações liberam grande
quantidade de energia que viajam desde a superfície solar até a Terra, na forma de emissão de ondas de calor
e luz.
Vamos analisar a imagem a seguir e, logo em seguida, compreender de que forma a fusão cria energia solar
assim: 
Fusão nuclear.
Perceba que os isótopos de hidorgênio (deutério e trítio) são prensados uns contra os outros em temperaturas
superquentes.
O Sol influencia diversos sistemas de geração de energia, criando sistemas climáticos que causam ventos,
ondas, chuvas e resíduos que armazenam a energia na forma de carbono. No entanto, neste conteúdo, vamos
nos voltar para a discussão apenas das formas de conversão de energia solar diretas, que têm como
consequência a geração de energia e trabalho.
Nas últimas décadas, o Brasil e o mundo vêm enfrentando o grande desafio de substituir os combustíveis de
origem fóssil, buscando cada vez mais aumentar a participação de energias sustentáveis e renováveis na sua 
matriz energética.
matriz energética
Conjunto de fontes de energia e de formas de consumo que caracterizam a utilização da energia em um
país.
Alguns dos principais aspectos da energia solar estão relacionados a sua abundância e sustentabilidade.
Com relação ao aspecto de sustentabilidade, existem basicamente três tipos de energia, conforme analisamos
a seguir:
Não renováveis
São fontes de energia cuja utilização não pode ser reposta dentro de um ciclo curto de tempo.
Geralmente, sua utilização deixa resíduos que não podem ser aproveitados. Como principal exemplo,
podemos citar os combustíveis fósseis, como o diesel e a gasolina, que, quando são queimados,
deixam resíduos de monóxido de carbono e dióxido de carbono na atmosfera.
Renováveis
As fontes de energia renováveis são aquelas que são repostas por ciclos da natureza, como a energia
hidrelétrica. No entanto, não podemos dizer que a energia hidrelétrica é sustentável, pois a sua
utilização implica a criação de barragens e represas que geram degradação ambiental em seu
entorno, bem como são fontes emissoras de gases de enxofre e metano para a atmosfera.
Sustentáveis
São fontes de energia que têm o chamado ciclo limpo, ou seja, não geram resíduos ao longo do
processo de conversão de energia. Como principais exemplos podemos citar a energia solar e a
energia eólica. A queima do bagaço de cana também pode ser considerada sustentável, já que o
carbono emitido é reabsorvido pelas plantas em seu crescimento, gerando um ciclo equilibrado.
Dessa forma, compreendemos um dos principais aspectos da energia solar, que está associado ao fato de ela
ser sustentável.
Outro aspecto importante da energia solar é o fato de ela ser inesgotável, ou seja, enquanto habitarmos o
nosso planeta, em equilíbrio dentro do Sistema Solar, poderemos usufruir da energia solar de forma
essencialmente infinita. O processo de fusão nuclear do Sol já ocorre, e continuará ocorrendo, transcendendo
o tempo de utilização de gerações e gerações de seres humanos. Podemos comparar isso ao fato de que os
combustíveis fósseis (por exemplo) estão disponíveis em depósitos finitos, cujo processo de formação dura
muito mais tempo do que o seu processo de utilização. 
É importante, também, dizer que a energia solar pode ser utilizada em qualquer local onde haja
incidência de raios solares. Podemos ter sistemas independentes em locais mais distantes ou
remotos, bem como sistemas integrados com a matriz energética nacional.
A energia solar pode ter diversos usos, como:
Geração de energia elétrica.
Energia solar térmica.
É importante lembrar que a energia solar não pode ser aproveitada 24 horas por dia. O aproveitamento
máximo desse tipo de energia se dá no momento do dia em que o Sol está perpendicular à superfície.
Portanto, à noite, sem a incidência direta do Sol, não é possível realizar geração de energia a partir desse
astro.
Essa dinâmica torna necessário um planejamento das atividades que dependem da geração de energia solar.
Tal aspecto gera duas situações distintas: a primeira em termos de adequar o trabalho que se deseja realizar
às horas de incidência solar; a segunda quando desejamos ter energia, independentemente das horas de
incidência solar. Nesse caso, devemos armazenar parte da energia gerada em baterias elétricas ou combinar a
geração da energia solar com outras fontes de geração de energia. 
Energia solar térmica
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A energia solar térmica é a conversão da energia provida pela radiação solar em energia térmica, ou seja, em
calor. Uma das principais aplicações desse tipo de aproveitamento da energia solar é o aquecimento de água
em edificações residenciais ou em processos produtivosindustriais.
O SAS de água é composto pelos elementos a seguir.
Coletor solar
Geralmente composto por uma sequência de mangueiras que ficam
expostas ao Sol, aquecendo a água em seu interior.
Reservatório térmico
Reservatório onde fica armazenada a água aquecida.
Como mencionado anteriormente, dado que o Sol não incide 24 horas por dia sobre uma dada superfície, esse
tipo de sistema de aquecimento normalmente é utilizado em conjunto com outras fontes de energia, como a
energia elétrica ou a gás. Essas fontes complementares são acionadas quando não há incidência de raios
solares suficientes para realizar o aquecimento da água quente demandada.
Atenção
É importante lembrar que o Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) normaliza o padrão do sistema de
coletores e reservatórios utilizados nessa metodologia de aquecimento de água. 
O uso desse tipo de método de aquecimento de água pode representar redução de custos para os
consumidores, já que o sistema de aquecimento deixa de ser inteiramente dependente de fontes de energia
tarifadas. De certa forma, o uso desse tipo de tecnologia aumenta a eficiência energética do sistema de
aquecimento.
No entanto, o aquecimento solar da água
também traz benefícios para os sistemas
integrados de geração e distribuição de
energia, já que o uso da luz do Sol representa a
substituição de outras energias que precisam
ser geradas e transportadas, como é o caso do
gás e da eletricidade.
 
Do ponto de vista ambiental, a energia solar
térmica é considerada uma energia limpa, já
que tem a capacidade de aquecer a água sem
que ocorram emissões de gases de efeito
estufa ou quaisquer outros danos ao meio ambiente.
Essa forma de energia vem aumentando sua participação na matriz energética brasileira. Em 2020, a área
acumulada de coletores atingiu aproximadamente 19,2 milhões de m2, o que equivale a 13,4 GW (Giga-Watts)
de energia gerados. O uso desse tipo de energia vem crescendo exponencialmente no Brasil. Estima-se que
em 2020 tenham sido instalados no país 1,5 milhão de m2 de novos coletores de SAS.
A aplicação dos SAS ocorre principalmente no aquecimento de água para banho do setor residencial,
representando a substituição do chuveiro elétrico por esse tipo de sistema de aquecimento.
A ampliação do uso de SAS está impulsionada por políticas públicas, como a Lei no 12.424/2011, que
incentiva o uso desse tipo de tecnologia em determinados tipos de moradias ou regiões do país
declaradas habitação de interesse social (HIS).
De acordo com o Plano Decenal de Energia (PDE) 2031, o número de residências que utilizarão o SAS em dez
anos será aproximadamente o dobro das residências atuais. Ou seja, em 2021, esse tipo de sistema esteve
presente em cerca 5,3 milhões de residências no Brasil, sendo previsto o seu uso para quase 12 milhões de
residências em 2031.
Número de residências com SAS no Brasil (mil unidades).
O SAS pode ser adquirido de duas formas: por meio do mercado ou de sistemas de incentivos, que são as
políticas de indução. Como dito anteriormente, as unidades instaladas via políticas de incentivo são chamadas
de HIS. Assim, para 2031, espera-se que a quantidade total de domicílios usando SAS seja de 11,7 milhões,
sendo 2,3 milhões (14%) de unidades de HIS, conforme demonstra o gráfico acima.
O seu custo-benefício parece ser o fator que mais influencia na escolha pelo SAS, já que o retorno do
investimento se torna atraente diante da redução do custo em relação à energia elétrica consumida pelos
domicílios brasileiros. Dessa forma, o tempo de retorno do investimento em projetos fica reduzido.
Os SAS foram vendidos no Brasil, em 2020, da seguinte forma: 
55% das vendas na região Sudeste.
19% no Sul.
13% no Centro-Oeste.
8% no Nordeste.
5% no Norte.
Por essa distribuição é possível verificar a necessidade de aumentar as vendas nas regiões mais quentes do
Brasil, as quais teriam grande potencial de utilização do recurso.
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Curiosidade
Apesar do avanço das vendas de SAS no Brasil em relação a 2019, podemos reparar uma concentração
das instalações nas regiões de maior poder aquisitivo e com maior alcance das informações sobre os
benefícios dessa tecnologia. No entanto, há regiões do país que sendo tão quentes quanto o Norte e o
Nordeste acabam por ter baixos percentuais de domicílios que aquecem água para banho. Cálculos da
Empresa de Pesquisa Energética (EPE), utilizando os dados coletados em nível nacional, indicam que, em
média, 35% dos domicílios brasileiros não aqueciam água para banho em 2019. Em particular, nas
regiões Norte e Nordeste, essas estatísticas são muito maiores, sendo 94% e 88%, respectivamente. 
Em termos de políticas de incentivo, os programas de HIS poderão ser revistos ao longo dos anos, de modo a
envolver sistemas alternativos de geração de energia, como aqueles ligados à energia da biomassa, energia
eólica ou energia solar fotovoltaica, que podem competir por recursos públicos e privados destinados a
projetos com a tecnologia SAS.
Podemos citar a Portaria nº 643, de 13 de novembro de 2017, do Ministério do Desenvolvimento Regional
(MDR), que dispõe sobre o uso de sistemas alternativos de geração de energia elétrica através do programa
Casa Verde Amarela do governo federal. É importante ressaltar que, nesse aspecto, a difusão do SAS tem,
inicialmente, uma desvantagem pelo fato de estar ligada somente ao aquecimento de água, enquanto as
demais fontes de geração de energia possibilitam a autogeração e o autoconsumo de eletricidade e
associação a uma maior variedade de usos finais (iluminação, climatização de ambientes, conservação e
cocção de alimentos etc.) dentro das habitações.
A partir do uso dessa tecnologia espera-se que o consumo evitado de energia elétrica nas residências, devido
à substituição de chuveiros elétricos por SAS, venha a abranger tanto evoluções demográficas quanto a
evolução tecnológica dos equipamentos.O gráfico a seguir aponta o crescimento do consumo evitado de
eletricidade, em relação a 2021, para aquecimento de água utilizando SAS. 
Consumo evitado de eletricidade residencial para aquecimento de água utilizando
outras fontes energéticas (GWh).
É possível verificar que pode ser atingido cerca de 1,8 TWh em 2031, o equivalente aproximado da geração de
uma usina hidrelétrica com cerca de 400 MW.
Sobre esse gráfico, é importante ressaltar o:
Primeiro
Incremento do consumo de outras fontes de
energia que deslocam a demanda de
eletricidade no aquecimento de água para
banho com chuveiros elétricos em relação a
2020.
Segundo
Incremento do consumo de gás natural que
desloca a demanda de eletricidade no
aquecimento de água para banho com
chuveiros elétricos com relação a 2020.
Terceiro
Consumo evitado de eletricidade para
aquecimento de água para banho com
chuveiros elétricos a partir da instalação
incremental de SAS com relação a 2020.
Energia fotovoltaica
A energia solar fotovoltaica (ESFV)
Muitas empresas e pessoas têm avaliado e optado por investir em sistemas de energia solar fotovoltaica
(ESFV). A utilização desses sistemas implica se valer de energia gerada pelo Sol, que chega na Terra através
da irradiação dos raios solares, e, com tecnologia própria para conversão, gerar energia elétrica.
Vários são os motivos que levam ao interesse pela ESFV. 
A energia solar é essencialmente infinita, dentro da perspectiva de organização da Terra e do Sistema
Solar, constituindo uma fonte “inesgotável” de geração de energia elétrica.
A instalação de sistemas de geração de ESFV reduz as contas mensais de energia elétrica pagas para
as empresas distribuidoras de energia.
O Brasil possui excelentes condições de incidência da radiação solar.
A vida útil esperada dos módulos de conversão fotovoltaica é de cerca de vinte anos, ou seja, bastante
longa.
Os sistemas de geração de ESFV são seguros do ponto de vista da instalação.
Os sistemas de geração são de fácil instalação e necessitam de pouca manutenção.
A geração fotovoltaica (FV) não emite gases poluentes ao longo do seu uso.Existe a possibilidade de instalação tanto em locais abastecidos pela rede elétrica quanto de forma
autônoma, em locais sem conexão com a rede de abastecimento de energia convencional.
São sistemas com funcionamento confiável.
Há uma tendência de valorização dos imóveis comerciais ou residenciais que contam com geração de
ESFV.
Uma vez vistos alguns dos principais motivos que impulsionam o uso da geração de ESFV, veremos algumas
aplicações para esta forma de energia.
Conversão de energia solar em energia elétrica
A geração de energia elétrica no Brasil é dominada pela conversão de energia hidráulica em energia elétrica,
através do uso de hidrelétricas. Esta forma de geração de energia constitui 65,2% do total de energia elétrica
gerada no país, de acordo com dados do Balanço Energético Nacional (BEN) 2020.
A principal aplicação da energia solar é a conversão em energia elétrica, podendo ser realizada de duas
formas principais:
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Concentração de raios solares
Através da concentração de raios solares, como uma maneira de acumular e concentrar calor e, a
partir desse calor, mover uma usina termoelétrica semelhante a outras usinas que usam fontes de
energia alternativas, também gerando calor, como é o caso da energia nuclear e da energia com uso
de combustíveis fósseis.
Efeito fotovoltaico (FV)
A partir do efeito FV, que utiliza painéis solares especialmente desenhados para que a absorção do
calor gere a emissão de elétrons a partir dos materiais que as compõem.
Vem que eu te explico!
Características da energia solar
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Sistemas de aquecimento solar – SAS
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Alguns dos principais aspectos da energia solar estão relacionados com todos os itens descritos apenas em
qual das alternativas a seguir?
A
Sua falta de abundância e sua sustentabilidade.
B
Nas últimas décadas, o Brasil e o mundo vêm enfrentando o grande desafio de utilizar apenas combustíveis de
origem fóssil, buscando cada vez mais diminuir a participação de energias sustentáveis e renováveis na sua
matriz energética.
C
A energia solar tem como uso apenas a energia solar térmica.
D
Para se ter energia independente das horas de incidência solar, deve-se armazenar parte da energia gerada
em baterias elétricas ou combinar a geração da energia solar com outras fontes de geração de energia.
E
A energia solar não pode gerar energia elétrica.
A alternativa D está correta.
Devido ao fato de o Sol não incidir 24 horas, os sistemas de geração fotovoltaica sempre são utilizados
com baterias para armazenamento de energia ou com outros tipos de geração elétrica.
Questão 2
Dado que a energia solar não pode ser aproveitada 24 horas por dia, assinale a seguir a alternativa que
representa uma afirmativa correta.
A
O aproveitamento mínimo desse tipo de energia se dá no momento do dia em que o Sol está perpendicular à
superfície.
B
À noite, mesmo sem a incidência direta do Sol, é possível realizar geração de energia a partir do Sol.
C
Não é necessário fazer um planejamento das atividades que dependem exclusivamente da geração de energia
solar, pois essa energia pode ser usada em qualquer horário.
D
No caso de utilizar a energia solar independentemente das horas de incidência solar, pode-se armazenar
parte da energia gerada em baterias elétricas.
E
Uma opção que não pode ser utilizada para fazer uso da energia solar independentemente das horas de
incidência solar é combinar a geração da energia solar com outras fontes de geração de energia.
A alternativa D está correta.
Consumidores que utilizam energia solar como fonte de energia precisam fazer um planejamento de
utilização energética. Uma das alternativas é o uso de baterias para armazenar a energia gerada durante o
dia.
2. Como funciona a geração fotovoltaica
Vamos começar!
Princípios de funcionamento da geração fotovoltaica
O vídeo a seguir apresenta o funcionamento de células e painéis fotovoltaicos, bem como os conceitos de
aproveitamento do potencial de geração de energia fotovoltaica.
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Funcionamento da geração fotovoltaica
A geração de energia elétrica com painéis fotovoltaicos (FV) ainda é pequena, mas tem grande potencial de
crescimento. A energia solar é fonte primária de geração de energia elétrica e, atualmente, é equivalente a
1,66% do total da energia elétrica gerada no Brasil. A capacidade instalada de geração de energia elétrica a
partir da energia solar representa 1,9% do total da capacidade instalada de geração de energia elétrica no
país.
Desde a década de 1960, as células solares, ou seja, fotovoltaicas, são desenvolvidas cientificamente, com a
propriedade de absorção da energia vinda do Sol e, em seguida, sua transformação em eletricidade como
corrente contínua (CC). Essas células, em sua maioria, são construídas com pequenas parcelas de silício
envolvidas em uma química especial. 
Painéis solares
Pequenas células podem alimentar relógios, calculadoras e pequenos
equipamentos de iluminação. No entanto, quando há uma maior
necessidade de geração de energia, as células FV são agrupadas em
grandes números, formando os chamados painéis solares.
Painéis em casas
A aplicação desses painéis solares pode ser utilizada para abastecer uma
instalação individual como uma casa ou instalação comercial ou
industrial.
Usina
Também há a possibilidade de reunir uma grande quantidade de painéis
FV, formando uma usina, que usa essas tecnologias para a geração de
eletricidade com o Sistema Integrado Nacional (SIN).
Células fotovoltaicas
Os materiais semicondutores usados nos equipamentos de conversão fotovoltaica têm a característica de
absorver a energia da radiação solar e transferir uma parte para os elétrons, produzindo o que chamamos de 
pares portadores de cargas. Esses pares são formados por:
Cargas negativas
O que chamamos de elétrons.
Cargas positivas
O que chamamos de “lacunas” ou falta de
elétrons.
O primeiro material utilizado para geração de energia elétrica a partir da energia solar foi o silício, que
atualmente corresponde a cerca de 85% do total das células solares responsáveis pela geração de ESFV
instalada no mundo.
Quando as ondas eletromagnéticas dos raios solares atingem uma célula solar, ocorre o desprendimento de
elétrons desse material. Tal fenômeno é uma característica física intrínseca a materiais como o silício. Dessa
forma, as células solares funcionam da seguinte forma: 
A luz solar atravessa a cobertura de vidro e atinge os átomos em duas camadas separadas de silício,
gerando o desprendimento de elétrons.
A camada negativa chamada n reúne os elétrons que se destacam da camada positiva, chamada p.
Quando os elétrons pulam, de uma camada para a outra, eles são levados por materiais condutores
anexados à parte exterior da célula, gerando, assim, a corrente elétrica. A corrente gerada por uma
célula solar é uma CC.
Acompanhe na imagem a seguir o funcionamento de uma célula fotoelétrica:
Funcionamento de uma célula fotoelétrica.
Explicando um pouco mais a fundo, para que haja circulação de energia elétrica a partir da incidência dos
raios solares é necessário extrair os elétrons do material semicondutor (ex.: silício) fazendo com que passem
por um circuito externo.
Essa extração de cargas ocorre porque há a formação de uma junção voluntária no semicondutor que acaba
por criar um campo elétrico no interior do material. 
Esse campo fará a separação entre as cargas positivas e negativas, graças a um processo
conhecido como dopagem eletrônica do semicondutor. 
A dopagem é um processo de adição de impurezas químicas (como o boro ou fósforo) em um elemento
semicondutor puro (como o germânio ou o silício), com a finalidade de dotá-los com propriedades de
semicondução.
Vamos agora compreender de que modo a adição do boro e do fósforo contribuem paraa dopagem:
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Boro
A adição do boro provoca o aparecimento das
lacunas (cargas positivas).
Fósforo
Já a adição de fósforo provoca o aparecimento
de elétrons livres (cargas negativas).
Por isso, a construção de uma célula FV é feita com, no mínimo, duas camadas, sendo cada uma composta
por um material dopante diferente.
Acompanhe as etapas desse processo:
Primeiro, o semicondutor (silício) puro é dopado para a formação de uma região tipo p. A adição de
material dopante tipo receptor leva a uma deficiência de elétrons (lacunas), gerando uma região com
densidade de carga positiva.
Depois, a adição de material dopante tipo doador gera o aparecimento de elétrons livres, formando a
região tipo n. Entre as duas regiões, forma-se uma junção p-n, na qual se cria um campo elétrico
interno, responsável pela consolidação da conversão FV.
Assim, a região n fica com grande concentração de elétrons, que tendem a se transferir para a região 
p. Da mesma forma, a região p fica com muitas lacunas de falta de elétrons, que tende a receber
elétrons da região n.
Se um grande número de elétrons e lacunas de desloca através da junção, também um grande número de íons
positivos e negativos fixos é deixado nos limites dessa junção. Esses íons fixos produzem um campo elétrico
que vai dos íons positivos para os íons negativos, sendo que o número de íons positivos do lado n da junção é
igual ao número de íons negativos do lado p da junção.
Assim, surge um campo elétrico na junção p-n em razão da difusão de elétrons e lacunas. Esse campo elétrico
se opõe à difusão original das cargas, criando uma barreira potencial na região de transição entre as duas
camadas chamada de região de depleção. 
Junção p-n com detalhes da depleção.
Nessa situação, ocorre uma corrente associada ao fluxo de elétrons e lacunas que compensa a corrente
originada pelo campo elétrico, ocasionando um estado de equilíbrio elétrico no semicondutor.
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Comentário
Quando o semicondutor recebe os raios do Sol, esse equilíbrio se quebra. Quando um elétron da banda
de valência é iluminado, ele absorve a energia do fóton que o está atingindo e se liberta da sua ligação
química, passando para a banda de condução. 
O campo elétrico citado anteriormente atrai o elétron para a região n, ao mesmo tempo que a lacuna é atraída
para a região p. Com a incidência de mais fótons, esse fenômeno se repete, ocorrendo, assim, um
desequilíbrio nas correntes da junção e a criação de uma diferença de potencial decorrente do acúmulo de
cargas em cada lado da junção (elétrons na região n e lacunas na região p).
Ao conectarmos terminais condutores em cada lado, associados a um circuito elétrico, será estabelecida uma
corrente chamada fotocorrente, a qual terá continuidade enquanto o semicondutor estiver recebendo
radiação solar. 
Funcionamento da célula fotovoltaica.
Os materiais semicondutores mais usados no mundo são:
Silício (Si) monocristalino, policristalino e amorfo;
Arseneto de gálio (GaAs);
Disseleneto de cobre e índio (CuInSe2);
Disseleneto de cobre, gálio e índio (CuGaSe2);
Telureto de cádmio (CdTe).
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Células fotovoltaicas.
Painéis fotovoltaicos.
Saiba mais
As tecnologias de silício vêm evoluindo e, atualmente, se dividem em monocristalino, policristalino e
silício amorfo, representando 75% da geração de energia FV no mundo. Outros 10% de ESFV são obtidos
por meio de filmes finos CIGS (cobre, índio, gálio e selênio) ou CdTe (telureto de cádmio). Outras
tecnologias correspondem aos demais 15% de ESFV, com evidência para o silício cristalino melhorado. 
Características das células fotovoltaicas 
Em sua maioria, as células FV são feitas de
lâminas de silício, mono e multicristalino. A área
pode variar de 50 cm2 e 150 cm2 e de 0,2 mm e
0,3 mm de espessura.
 
A célula tem a aparência externa de uma lâmina
circular ou quadrada, com tons que variam do
azul-escuro ao preto.
A célula apresenta tiras de cor cinza
construídas com material condutor que têm o
objetivo de coletar as cargas elétricas geradas quando as células são expostas à luz solar.
As células FV mais comuns são capazes de gerar uma potência máxima de 1.000 W/m2, em condições de Sol
pleno e temperatura de funcionamento da célula de 25℃. Cada célula gera uma corrente de cerca de 32mA/
cm2, o que dá uma corrente total entre 1,5A (50 cm2) e 4,5 A (150 cm2). A tensão de cada célula é entre 0,46 V
e 0,48 V. 
É necessário realizar o agrupamento das células FV através de associações em série e em paralelo,
para que se possa produzir a corrente e a tensão requeridas pelas aplicações elétricas a que se
destinam. 
O encapsulamento das células FV é feito com materiais especiais para proporcionar a proteção necessária
contra possíveis danos externos. 
Uma vez tendo a configuração desejada
(número de células conectadas em série e/ou
paralelamente), o conjunto de células solares é
utilizado para a construção de um painel FV.
 
O painel fotovoltaico também tem ainda o
objetivo de proteger as células das intempéries,
realizar o isolamento elétrico de contatos
exteriores e proporcionar rigidez mecânica ao
conjunto.
Além das células, o módulo tem, em sua
composição:
Pequenas tiras metálicas que funcionam para interligar as células e proporcionar os contatos externos
de saída;
Um material envolvendo as células, usualmente um polímero transparente e isolante (EVA);
Um vidro temperado e antirreflexo que faz a proteção frontal;
Uma cobertura posterior, normalmente feita de polifluoreto de vinila;
Uma caixa de conexões na parte de trás do painel;
Uma estrutura metálica que sustenta todo o equipamento.
A caixa de conexão, geralmente localizada na parte de trás, contém os polos positivo e negativo, e provê uma
proteção preparada para facilitar a conexão dos painéis ao restante do sistema, oferecendo a segurança
contra curtos-circuitos, intempéries etc. São o elemento básico fornecido pelos fabricantes, os quais, por sua
vez, fornecem ao mercado. É a partir desse elemento que o planejamento do gerador fotovoltaico deve ser
realizado, ou seja, a partir dos painéis comercialmente à disposição para venda.
Exemplo
A célula FV é um elemento que gera eletricidade com características muito particulares, diferentes das
formas tradicionais de geração de energia. Os sistemas fotovoltaicos podem ser independentes ou
conectados à rede de distribuição. Seu dimensionamento deve ser feito por um projetista que conheça
bem essas características, de forma a proporcionar um sistema que tenha uma operação confiável. 
Como foi explicado, o efeito fotovoltaico ocorre quando há incidência de luz solar, e o aproveitamento desse
efeito é consolidado por meio do campo elétrico da junção p-n, conectado a um circuito elétrico externo.
Quando a célula exposta à radiação solar não está conectada a nenhuma carga elétrica, seus terminais
positivo e negativo apresentarão uma tensão chamada tensão de circuito aberto (Voc). No entanto, quando a
célula estiver conectada a uma carga elétrica, surgirá uma corrente no circuito formado pela carga e pela
célula.
Dessa forma, podemos representar a célula tomando por base os parâmetros elétricos de saída (tensão e
corrente) em função dos aspectos que influenciam a entrada (irradiância e temperatura da célula).
As características elétricas mais importantes de um módulo fotovoltaico, assim como em qualquer gerador
elétrico, são a tensão, a corrente e a potência nominal. O valor da potência máxima de painel submetido às
condições-padrão de teste (também conhecido como standard test conditions – STC) é fornecido nos dados
de placa, assim como em qualquer outro equipamento elétrico. As condições-padrão de teste são definidas
pelos seguintes valores: 
Irradiância
1.000W/m2.
Temperatura
25℃.
A potência máxima (Pmp) de um painel FV é fornecida em watt-pico (Wp), sendo obtida quando há corrente de
potência máxima (Imp) e tensão de potência máxima (Vmp).
Outros parâmetros importantes são: 
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Corrente de curto-circuitoTambém conhecida como Isc, short circuit current, é obtida a partir da medição da corrente, quando o
painel está em curto-circuito.
Tensão de circuito aberto
Ou Voc, open circuit voltage, é obtida a partir da medição da tensão do painel, quando está
desconectado de uma carga.
Potencial de uso da energia fotovoltaica
A energia solar é uma fonte de energia primária. Em princípio, todo e qualquer local onde há incidência de luz
do Sol apresenta um potencial para o aproveitamento da energia solar para transformação em um tipo de
energia secundária (elétrica, calor etc.) que pode ser aproveitada para gerar calor ou trabalho, ou ser
usufruído por processos industriais, comerciais ou residenciais.
Até 2020, não existia uma avaliação global e harmonizada do potencial fotovoltaico por país. Essa lacuna foi
preenchida pelo relatório produzido pelo Banco Mundial, que fala sobre o potencial de energia fotovoltaica por
país em nível global. Foram criados os seguintes parâmetros para avaliação do potencial de energia solar:
Veja os três tipos de potencial de energia fotovoltaica a seguir. 
Potencial teórico
O potencial teórico (recurso) é caracterizado pela quantidade de energia fisicamente disponível, sem
considerar quaisquer restrições ou um sistema fotovoltaico específico.
Potencial prático
O potencial prático (técnico) é caracterizado pela média anual de produção de energia fotovoltaica,
levando em consideração o potencial teórico, o desempenho e a configuração do sistema fotovoltaico
do mundo real, bem como as restrições topográficas e de uso da terra.
Potencial econômico
No potencial econômico, avaliamos os custos da geração de energia fotovoltaica no nível do país com
base na potencial prático e o conceito de LCOE.
Um dos principais fatores de análise para a viabilidade econômica para um sistema de geração de energia é o 
livelized cost of energy (LCOE) ou custo nivelado de energia. Esse fator leva em conta o custo efetivo da
energia ao longo da vida útil (em moeda local ou em dólares) de uma usina de geração dividido pelo total de
energia gerada (normalmente em kWh).
A seguir vamos compreender os diversos tipos de potencial de energia solar, bem como suas características
que serão discutidadas mais detalhadamente adiante. Cabe destacar que a questão de potencial de mercado
não será objeto da nossa discussão. 
Potencial teórico (fonte)
Potencial físico-teórico
Fonte de recurso energético
Potencial prático (técnico)
Restrições sistêmicas e topográficas
Restrições de uso no solo
Performance dos sistemas
Potencial econômico
Projeção de custo tecnológico
Ganhos econômicos disponíveis versus demandados
Potencial de mercado
Competição com outras formas de energia
Implementação e impactos de políticas
Limites regulatórios
Reação dos investidores
Os resultados apresentados pelo relatório Potencial da energia fotovoltaica no mundo, publicado pelo Banco
Mundial, apontam que a o potencial de uso de energia solar, apesar de extremamente elevado, não é tão
amplo quanto poderia ser esperado.
Cabe lembrar que, juntamente com o recurso solar, o potencial de crescimento da indústria solar é
determinado por: 
Necessidades de eletricidade;
Políticas de apoio ou restritivas;
Custos e retorno de investimentos;
Riscos relacionados ao clima;
Estabilidade das redes elétricas;
Previsibilidade do fornecimento de energia solar;
Interligação de redes permitindo transmissão e distribuição;
Outros fatores técnicos, sociais e econômicos.
Na indústria de energia solar, os dois principais parâmetros do recurso solar estão descritos a seguir.
• 
• 
• 
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• 
• 
• 
• 
Irradiação horizontal global
(Global Horizontal Irradiation – GHI) – Refere-se à radiação solar de ondas curtas recebida por uma
superfície horizontal. Esse é o parâmetro mais importante para o cálculo e desempenho do
rendimento energético e a avaliação de módulos fotovoltaicos de placa plana, atualmente a tecnologia
mais difundida. Portanto, neste conteúdo, analisamos ainda o GHI em relação ao potencial de energia
FV.
Irradiação normal direta
(Direct Normal Irradiance – DNI) – Refere-se à radiação solar de ondas curtas recebida por uma
superfície normal ao Sol. Esse é o parâmetro mais importante na avaliação da concentração de
potência da energia solar e para o cálculo preciso da irradiação global recebida pelo fotovoltaico
inclinado e com rastreamento solar.
Os parâmetros de dados GHI e DNI são usados para calcular a irradiação global inclinada (GTI), ou seja, a
radiação solar recebida pela superfície dos módulos fotovoltaicos.
Potencial fotovoltaico teórico, prático e econômico
Potencial teórico de geração fotovoltaica
A variedade geográfica do rendimento da energia solar é impulsionada principalmente pela distribuição da
energia solar. O padrão global de energia solar (potencial PV teórico) é determinado principalmente por:
Latitude;
Ocorrência de nuvens;
Elevação e sombreamento do terreno;
Concentração de gases atmosféricos;
Teor de umidade atmosférica.
Em escalas regionais e locais, o recurso solar também é afetado pela proximidade com o mar e grandes
massas de água, bem como áreas urbanas e industriais. Isso cria uma distribuição espacial muito diversificada
de recursos solares.
A temperatura do ar é o segundo fator geográfico mais significativo, pois afeta a eficiência da conversão
fotovoltaica. A potência de saída das células fotovoltaicas também é variável no tempo: muda ao longo das
estações e dos dias, devido às mudanças da posição da Terra em relação ao Sol. 
Curiosidade
O padrão global de incidência solar (GHI) é determinado principalmente por latitude geográfica,
abundância de nuvens, concentração de gases atmosféricos e teor de umidade. Em geral, o maior
potencial teórico é visto nos trópicos e subtrópicos áridos (norte e sul da África, Oriente Médio e
península Arábica, Austrália, México, partes do Brasil e dos Estados Unidos, Caribe e regiões do
Mediterrâneo). 
O potencial é muitas vezes amplificado pela altitude mais elevada devido à atmosfera mais fina e transparente,
especialmente na região andina, mas também no leste da África, na região do Himalaia e em outros lugares.
• 
• 
• 
• 
• 
A faixa equatorial tem menor potencial devido à ocorrência frequente de nuvens. Um potencial mais baixo
também é típico para o clima temperado, devido a um ângulo solar mais baixo, assim como na Índia e nas
partes da China com maior concentração de aerossóis. 
Potencial prático de geração fotovoltaica
Em determinado local, o recurso solar é modulado por fatores como:
Terreno local;
Nuvens;
Poluição atmosférica;
Poeira e alguns outros fatores geográficos.
Além disso, a distribuição da temperatura do ar muitas vezes contraria a distribuição de GHI (o valor teórico
potencial). Locais com radiação solar abaixo da média podem se beneficiar de temperaturas do ar mais frias
ao longo do ano; inversamente, altas temperaturas do ar podem prejudicar a produção de energia fotovoltaica
em regiões com altos recursos de energia solar. Isso ocorre porque a temperatura ideal de funcionamento dos
painéis de conversão de energia fotovoltaica em energia elétrica está próxima dos 25℃. 
Comentário
Em um país como o Brasil, os painéis solares, em dia de tempo aberto, podem alcançar temperaturas de
até 60℃, enquanto em países mais frios ou com menor incidência solar a temperatura de funcionamento
dos painéis fotovoltaicos fica mais próxima da temperatura ideal de funcionamento. 
Como resultado, a diferença entre os países com o potencial prático médio mais alto (Namíbia) e o mais baixo
(Irlanda) é apenas ligeiramente superior a um fator de dois. No total, 93% da população mundial vive em
países em que o potencial fotovoltaico médio diário está na faixa entre 3,0 e 5,0 kWh/kWp, em que kWp ou
kilowatt pico é a potência convertida por um painel solar em situação de maior eficiência. Acompanhe as
informações sobre o potencial fotovoltaico médio ao redor do mundo:
1
Acima de 4,5 kWh/kWp
Cerca de 20% da população mundialvive em setenta países com excelentes condições para a
energia FV, cujas médias diárias de output das células FV de longo prazo excedem 4,5 kWh/kWp.
Países do Oriente Médio e norte da África e da África Subsaariana dominam essa categoria,
acompanhadas por Afeganistão, Argentina, Austrália, Chile, Irã, México, Mongólia, Paquistão, Peru
entre outras nações.
 
2
Abaixo de 3,5 kWh/kWp
Na extremidade inferior do ranking, trinta países que representam 9% da população global pontuam
em médias diárias de output das células FV abaixo de 3,5 kWh/kWp, dominado por países europeus –
exceto aqueles do sul da Europa – e incluindo o Equador e o Japão. Mesmo em países com menor
disponibilidade de recursos solares, o potencial não é drasticamente inferior em comparação com o
grupo de melhor desempenho.
 
• 
• 
• 
• 
3Entre 3,5 e 4,5 kWh/kWp
Finalmente, os países na faixa intermediária favorável entre 3,5 e 4,5 kWh/kWp respondem por 71%
da população global. Estes incluem cinco dos seis países mais populosos (China, Índia, Estados
Unidos, Indonésia e Brasil) e cem outros (Canadá, resto da América Latina, sul da Europa e África,
países ao redor do golfo da Guiné, bem como centro e sudeste da Ásia).
 
Sempre que possível, as instalações fotovoltaicas tendem a se concentrar em áreas com condições de
recurso solar mais favorável, e muitas vezes uma pequena porção da área de um país com potencial prático
viável pode hospedar capacidade suficiente para atender toda a demanda energética do país.
Considerando isso, um maior percentual em vez da média (por exemplo, 75%, 90% ou o máximo) poderia
ilustrar melhor o potencial para instalação de grandes usinas fotovoltaicas em um país. 
Potencial econômico de geração fotovoltaica
O relatório do Banco Mundial (ESMAP, 2020) aponta que os dados para calcular com precisão o LCOE estão
disponíveis apenas para poucos países. Para simplificar a análise, foi usada uma versão simplificada do LCOE
como uma proxy do potencial econômico, tomando suposições generalizadas sobre os custos de construção
e operação de uma usina fotovoltaica típica. O valor que, concebido como um instantâneo em 2018, variou
globalmente de menos de US$ 0,06 a mais de US$ 0,26 por kWh, com mais de 75% da área global avaliada
com pontuação abaixo de US$ 0,12.
LCOE médio para diferentes fontes de energia entre 2010 e 2020 em US$ por MW-
h.
A comparação do PVOUT com as tarifas médias de eletricidade mostra por que a paridade de rede para
energia solar fotovoltaica é vista em uma ampla gama de países, independentemente de seu potencial real de
recursos.
As diferenças relativas nas tarifas de eletricidade podem exceder em muito as diferenças de potencial
fotovoltaico prático e econômico. Portanto, a geração fotovoltaica pode ser lucrativa em países com alguns
dos menores potenciais fotovoltaicos médios (como Dinamarca, Japão e Reino Unido). 
É importante ressaltar que há um grupo de países com tarifas altas (acima de US$ 0,20), ao mesmo
tempo com alto potencial (acima de 4 kWh/kWp). Esse grupo inclui muitas ilhas nações e países,
onde redes elétricas de pequena escala e poluentes geradores a diesel são a principal fonte de
geração de energia.
Considerando a redução de custos das fontes renováveis de energia, em termos de geração através de
painéis fotovoltaicos ou de fonte eólica, o LCOE vem se tornando atrativo quando comparado com outras
fontes para a produção de eletricidade. 
Potencial fotovoltaico brasileiro.
Potencial fotovoltaico no brasil
O Brasil é um país de grandes dimensões, do qual se esperaria um imenso potencial de geração de energia
fotovoltaica. No entanto, quando falamos em potencial fotovoltaico teórico por m2 (kWh/m2) estamos em 89º
lugar no mundo. E, quando falamos em potencial fotovoltaico prático, estamos em 84º lugar.
Isso se deve a três principais motivos: por ser
uma país primordialmente tropical, há muita
chuva no país, o que faz com que haja
frequente cobertura de nuvens nas diversas
regiões.
 
Também temos extensas regiões, como o norte
do país, onde ocorre densa cobertura vegetal, o
que torna muito difícil a instalação de geração
fotovoltaica.
 
Por último, há vasta região do país cujos
campos são dedicados à agricultura e, portanto, não podem ser aproveitados para instalação de usinas de
geração fotovoltaica.
Vamos entender um pouco melhor os números por trás disto. Somos um país com uma área de 8.515.770 km2
e população de 209.469.333 habitantes, ou seja, um país imenso. O consumo por habitante de eletricidade é
de 2.620 kWh/ano. O potencial teórico médio de geração de energia fotovoltaica (GHI) é de 5.276 kWh/m2. Já
o potencial prático de geração de energia fotovoltaica é de 4.404 kWh/kWp. Veja na imagem a seguir que
estamos na média mundial de potencial de produção de energia elétrica fotovoltaica.
Produção de energia elétrica por meio de células fotovoltaicas.
Mesmo estando na média, a quantidade de equipamentos de geração fotovoltaica no país ainda é muito
pequena, correspondendo a um aproveitamento de 0,06% do potencial de área a ser utilizado no país.
Como estimar a capacidade de geração fotovoltaica
A geração de energia elétrica através de painéis fotovoltaicos, também chamada de energia solar fotovoltaica
(ESFV) ainda é pequena no Brasil, se comparada a outras formas de geração de energia elétrica como
hidroelétricas, mas tem grande potencial de crescimento.
De acordo com o BEN 2020, a energia solar é fonte primária de geração de energia elétrica equivalente a
1,66% do total da energia elétrica gerada no Brasil. A capacidade instalada de geração de energia elétrica a
partir da energia solar representa 1,9% do total da capacidade instalada de geração de energia elétrica no
Brasil.
Uma forma de estimar a capacidade de geração de energia elétrica a partir de sistemas fotovoltaicos é
através da utilização da seguinte fórmula: 
Onde:
PR: é a razão de performance que incorpora perdas de temperatura, sujeira, conversão CC/CA,
eficiência do inversor etc. O relatório do BEN (BRASIL, 2021) recomenda a utilização de PR = 0,80 no
caso de sistemas remotos instalados em alta tensão e PR = 0,75 para os demais sistemas.
: é a irradiação diária global média no plano inclinado para o município (PEREIRA et al.,
2017).
: é a irradiância nas condições padrão de teste = 1 kW/m2.
Normalmente, a vida útil de um sistema de geração fotovoltaica está estimada para cerca de vinte anos, e
existe uma degradação anual na eficiência de cada sistema estimada em 0,5% ao ano.
A consideração desse fator de degradação é importante porque, quando consideramos a análise de
investimento da instalação de um sistema fotovoltaico, precisamos necessariamente elaborar um fluxo de
caixa equivalente ao tempo de duração do próprio sistema. 
Vem que eu te explico!
Funcionamento das células fotovoltaicas
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Potencial teórico, potencial prático e potencial econômico
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Sobre as células fotovoltaicas, assinale a alternativa que retrata seu surgimento e a dinâmica que as envolve.
A
• 
• 
• 
Cientistas desenvolveram, a partir da década de 1960, células solares chamadas fotovoltaicas, capazes de
absorver a energia vinda diretamente do Sol e transformá-la em eletricidade na forma de corrente contínua.
B
Cientistas desenvolveram, a partir da década de 1920, células solares chamadas fotovoltaicas, capazes de
refletir a energia vinda diretamente do Sol e transformá-la diretamente em eletricidade na forma de corrente
alternada.
C
Cientistas desenvolveram, a partir da década de 1990, células solares chamadas fotovoltaicas, capazes de
liberar energia e transformá-la diretamente em eletricidade na forma de corrente contínua.
D
Cientistas desenvolveram, a partir da década de 1960, células solares chamadas fotovoltaicas, capazes de
refletir a energia vinda diretamente do Sol e transformá-la em eletricidade na formade corrente contínua.
E
Cientistas desenvolveram, a partir do século XIX, células solares chamadas fotovoltaicas, capazes de absorver
a energia vinda diretamente do Sol e transformá-la em eletricidade na forma de corrente alternada.
A alternativa A está correta.
A conversão da energia solar em elétrica pode ser feita através do efeito fotovoltaico, que utiliza placas
solares especialmente desenhadas para que a absorção do calor gere a emissão de elétrons a partir dos
materiais que as compõem.
Questão 2
Em relação ao potencial de energia fotovoltaica no mundo, analisado pelo Banco Mundial (BM), marque a
seguir a alternativa correta.
A
Desde o século XIX, foi feita, a cada dez anos, uma avaliação global e harmonizada do potencial fotovoltaico
por país, no mundo, sempre foi divulgado pelo BM, utilizando-se parâmetros teóricos, práticos e econômicos.
B
O potencial teórico (recurso) não é caracterizado pela quantidade de energia fisicamente disponível, pois
devem ser consideradas todas as restrições bem como sistemas fotovoltaicos específicos separadamente.
C
O potencial prático (técnico) é caracterizado pela média anual de produção de energia fotovoltaica, mas não
leva em consideração o potencial teórico nem o desempenho ou a configuração do sistema fotovoltaico do
mundo real, além de desconsiderar as restrições topográficas e de uso da terra.
D
Avaliam-se os custos da geração de energia fotovoltaica no nível do país com base apenas no potencial
teórico.
E
Um dos principais fatores de análise para a viabilidade econômica para um sistema de geração de energia é o 
livelized cost of energy (LCOE) ou custo nivelado de energia.
A alternativa E está correta.
O fator LCOE leva em conta o custo efetivo da energia ao longo da vida útil (em moeda local ou em dólares)
de uma usina de geração dividido pelo total de energia gerada (normalmente em kWh). Sendo assim, é um
dos principais parâmetros a ser analisado.
3. Modalidades de geração fotovoltaica
Vamos começar!
Aspectos da geração fotovoltaica
Explicar sobre as formas de conexão da geração de energia fotovoltaica com as redes de distribuição e
entender as diversas modalidades de geração fotovoltaica.
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Formas de conexão e modalidades de geração fotovoltaica
Inversores de energia e conexão com a rede
Antes de começar a entender o funcionamento das regras é importante entender que os painéis fotovoltaicos
geram energia em corrente contínua (CC). Mas a geração de energia em grandes quantidades, que já existe
desde o início do século XX, produz energia em corrente alternada (CA). Apesar de existirem equipamentos
elétricos que funcionam com corrente contínua, cabe ressaltar que a maioria dos equipamentos elétricos é
projetada para funcionar com CA.
Assim, para aproveitarmos de forma plena a energia gerada por painéis fotovoltaicos, é necessário utilizar um
equipamento chamado inversor, que converte a CC em CA.
Os inversores amplamente utilizados em sistemas fotovoltaicos são circuitos estáticos que têm a finalidade
efetuar a conversão da potência em CC, fornecida pelo gerador fotovoltaico, em potência CA. É essa potência
CA que será injetada na rede elétrica da distribuidora, sincronizando tensão e a frequência de operação com a
rede elétrica. 
Comentário
Outra função do inversor é realizar o seguimento do ponto de potência máxima do gerador fotovoltaico,
fazendo com que sempre esteja disponível a potência máxima que o gerador pode suprir em
determinado momento no tempo. 
Cabe ressaltar que o Sistema Integrado Nacional (SIN), que compreende as demais fontes de geração de
energia, com a transmissão e com a distribuição, funciona em CA.
Sistema Integrado Nacional (SIN)
O SIN é um sistema composto por geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, trazendo as
mais diversas modalidades, e está totalmente integrado a partir de redes elétricas distribuídas ao longo
do país.
Portanto, como demonstra a imagem mais adiante, de forma simplificada, um sistema de geração de energia
fotovoltaica tem vários componentes. Os painéis de geração de energia estão conectados a um inversor. O
inversor se conecta a um medidor, que pode ter conexão com a rede interna de energia elétrica ou com a rede
externa de distribuição de energia. A conexão com a rede externa de distribuição de energia pode funcionar
em duas situações:
Fornecendo energia para a rede quando os painéis estão produzindo mais energia do que é consumido;
Recebendo energia da rede quando os painéis estão produzindo menos energia do que é consumido.
Geração fotovoltaica integrada ao sistema de distribuição.
Modalidades de geração de energia fotovoltaica
As regras que determinam as formas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica no Brasil são
estabelecidas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que determina as normas para utilização de
qualquer fonte de energia elétrica no país.
Em 2021, a ANEEL publicou a Resolução Normativa no 482 (RN482), a partir da qual fica permitido que
qualquer cidadão pode gerar a sua própria energia, inclusive por meio da geração fotovoltaica. A partir dessa
legislação as distribuidoras de energia ficam obrigadas a criar mecanismos que permitem que o próprio
consumidor final possa gerar a sua própria energia em indústrias, comércios ou residências.
Com isso, o consumidor que gera sua própria energia e tem excedentes passa a poder entregar o seu
excedente para a concessionária e receber por essa energia benefícios em sua fatura de luz. 
Resumindo
Quando gera mais energia elétrica do que consome, o consumidor pode fornecer o excedente para a
rede de distribuição, o que traz benefícios na conta de energia, ou seja, créditos energéticos. Assim, o
consumidor fica com um crédito bônus de energia elétrica, que pode ser utilizado posteriormente,
quando não conseguir gerar a quantidade suficiente para o seu consumo. 
A RN687, publicada pela ANEEL, estendeu o prazo de utilização dos créditos de energia junto à distribuidora,
anteriormente válidos por três anos e atualmente válidos por cinco anos.
A geração de energia solar a partir de células fotovoltaicas pode ter várias configurações diferentes, conforme
listado a seguir. 
• 
• 
Sistemas de geração independente
São aqueles que geram energia fotovoltaica, mas não estão conectados ao SIN.
Microgeração distribuída
São centrais de geração com potência instalada menor ou igual a 75 kW.
Minigeração distribuída
São centrais de geração que têm potência menor do que 5 MW. Essa forma só é válida para energias
renováveis, como é o caso da energia solar fotovoltaica.
Sistema de compensação de energia elétrica
Quando o consumidor tem geração de energia fotovoltaica excedente. Cabe ressaltar que em ambos
os casos de microgeração e de minigeração o consumidor pode injetar o excedente de energia na
rede elétrica pública em troca de créditos.
Empreendimento com múltiplas unidades consumidoras
É o caso da geração de energia elétrica por vários consumidores. Como condição para essa
modalidade, todos os consumidores devem estar localizados em uma mesma propriedade ou em
propriedades vizinhas.
Geração compartilhada
União de consumidores através de consórcios ou cooperativas.
Autoconsumo remoto
Geração de energia elétrica em unidades localizadas em região diferente daquela em que a energia
será consumida. Como condição para essa configuração, os locais de consumo devem pertencer ao
mesmo proprietário.
Usinas fotovoltaicas
As usinas solares são sistemas de geração fotovoltaicos de grandes dimensões, construídos com a finalidade
de produção e comercialização de energia elétrica. Para isso, milhares de módulos fotovoltaicos são
utilizados.
Ao contrário da geração distribuída, onde os próprios consumidores produzem sua energia por meio de
sistemas de micro e minigeração, a usina solar é capaz de gerar energia em grande escala, de forma
centralizada. Também chamados de parques solares, o Brasil já possuivárias usinas de geração fotovoltaicas.
As dez maiores estão listadas a seguir. 
Usina Solar São Gonçalo, no Piauí (475 MW);• 
Usina de geração fotovoltaica.
Usina Solar Pirapora, em Minas Gerais (321 MW);
Usina Solar Nova Olinda, no Piauí (292 MW);
Parque Solar Ituverava, na Bahia (292 MW);
Complexo Solar Lapa, na Bahia (168 MW);
Central Fotovoltaica Juazeiro Solar, na Bahia (156 MW);
Usina Solar Guaimbê, em São Paulo (150 MW);
Usina Solar Apodi, no Ceará (132 MW);
Parque Solar Paracatu, em Minas Gerais (132 MW);
Usina Solar de Tauá, no Ceará (1 MW).
A diferença das usinas solares e dos sistemas
fotovoltaicos é que nas usinas solares toda a
energia produzida é destinada à rede elétrica.
Para isso, é necessário que a energia passe por
transformadores, elevando a voltagem para que
possa ser enviada para as redes de
transmissão e distribuição.
 
Nos sistemas fotovoltaicos de consumidores a
energia que passa pelo inversor é, em primeiro
lugar, usada para abastecer o consumo local,
para depois ser injetada na rede de distribuição
caso haja sobra de energia.
Os equipamentos usados na usina solar e no
sistema fotovoltaico costumam ser os mesmos, porém algumas usinas podem usar dispositivos que
acompanham o movimento do Sol, gerando maior captação de luz e, portanto, maior eficiência no sistema de
geração.
Vem que eu te explico!
A função dos inversores de energia
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Usinas fotovoltaicas no Brasil
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Levando-se em conta a energia gerada por painéis fotovoltaicos, assinale a seguir a alternativa correta.
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
A
Os painéis fotovoltaicos geram energia em corrente contínua, de forma semelhante à geração de energia em
grandes quantidades que já existe desde o início do século XX, a qual é produzida em sua maioria em corrente
alternada.
B
Para aproveitarmos de forma plena a energia gerada por painéis fotovoltaicos, não é necessário utilizar o
equipamento “inversor”, utilizado quando é preciso converter a corrente contínua em corrente alternada.
C
Os inversores são equipamentos com circuitos estáticos utilizados nos painéis fotovoltaicos para a conversão
da potência em corrente contínua em potência corrente alternada. Esta última, por sua vez, será injetada na
rede elétrica da distribuidora, considerando os aspectos de sincronismo do sistema, dado por meio da tensão
e frequência de operação com a rede elétrica.
D
Uma das funções do inversor é realizar o seguimento do ponto de potência mínima do gerador fotovoltaico,
fazendo com que sempre esteja disponível a potência máxima que o gerador pode suprir em determinado
momento no tempo.
E
O Sistema Interligado Nacional (SIN), que integra as fontes de geração de energia com a transmissão e com a
distribuição, funciona em corrente contínua.
A alternativa C está correta.
Os painéis fotovoltaicos geram energia em corrente alternada e precisam do inversor para efetuar a
conversão para corrente contínua. Uma das funções do inversor é fazer o seguimento do ponto de potência
máxima do gerador fotovoltaico. O SIN funciona em corrente alternada.
Questão 2
Um sistema de geração de energia fotovoltaica tem vários componentes. Qual é a alternativa que contém
apenas componentes pertencentes a esse tipo de sistema?
A
Circuitos de corrente contínua que será injetada diretamente na rede elétrica da distribuidora.
B
Medidor que pode ter conexão com a rede interna de energia elétrica.
C
Medidor que jamais pode ter conexão com a rede externa de distribuição de energia.
D
A conexão com a rede externa de distribuição de energia nunca fornece energia para a rede quando os
painéis estão produzindo mais energia do que é consumido.
E
A conexão com a rede externa de distribuição de energia não pode funcionar recebendo energia da rede
quando os painéis estão produzindo menos energia do que é consumido.
A alternativa B está correta.
A corrente contínua deverá ser convertida em corrente alternada por um inversor, sendo a CA injetada na
rede elétrica da distribuidora, sincronizando tensão e a frequência de operação com a rede elétrica. O
medidor pode ter conexão com a rede interna de energia elétrica ou com a rede externa de distribuição de
energia. A conexão com a rede externa de distribuição de energia pode funcionar tanto fornecendo energia
para a rede (quando os painéis estão produzindo mais energia do que é consumido) quanto recebendo
energia da rede (se os painéis estão produzindo menos energia do que é consumido).
4. Conclusão
Considerações finais
Vimos a contextualização do uso de energia solar. Abordamos características da energia solar e entendemos
seu funcionamento com o objetivo de gerar energia elétrica, bem como calor para aquecer água. 
Em seguida, entramos mais a fundo no funcionamento das células solares e dos painéis fotovoltaicos.
Apresentamos, também, as noções mais modernas de aproveitamento do potencial da energia solar,
entendendo a diferença entre potencial teórico, prático e econômico. 
Além disso, foi discutido como se dá a conexão dos sistemas de geração de energia fotovoltaica com a rede
de distribuição de energia elétrica em suas diversas modalidades. Finalmente, foi explicado o que é uma usina
solar e a diferença entre usinas solares e a geração distribuída. 
Podcast
Para concluir este estudo, o podcast apresenta um resumo sobre os aspectos da energia solar e sua
aplicação.
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Acesse o site da ABSOLAR, onde você encontrará informações atualizadas sobre a energia solar.
 
Acesse o Balanço Energético Nacional 2021 e obtenha informações de geração e de consumo relacionadas à
energia solar.
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA SOLAR TÉRMICA. Pesquisa de produção e vendas de sistemas de
aquecimento solar 2021 (base 2020). São Paulo: ABRASOL, 2020.
 
BANCO MUNDIAL. Global Solar Atlas. Consultado na internet em: 31 maio 2022.
 
BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2020: ano base 2019. Rio de Janeiro:
EPE, 2020.
 
BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética. Plano Decenal de Expansão de Energia 2031. Brasília: MME/EPE,
2022.
 
BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética. Plano Nacional de Energia 2050. Brasília: MME/EPE, 2020.
 
BRASIL. Energia renovável chega a quase 50% da matriz energética brasileira. [gov.br] Publicado em 10 ago.
2021.
 
FERNÁNDEZ Y FERNÁNDEZ, E. (coord.). O Sol vai voltar amanhã: um espectro de análise sobre a energia
fotovoltaica. Rio de Janeiro: Lexikon; PUC-RIO, 2020.
 
PEREIRA, E. B. et al. Atlas brasileiro de energia solar. 2. ed. São José dos Campos: Inpe, 2017.
 
PIPE, J. Energia solar. São Paulo: Callis, 2015.
 
SILVA, C. G. De sol a sol: energia do século XXI. São Paulo: Oficina do Texto, 2021.
 
ESMAP. Energy Sector Management Assistance Program. Global photovoltaic power potential by country.
Washington: The World Bank, 2020.
 
ZILLES, R. et al. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. São Paulo: Oficina de Textos, 2012.
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	A energia solar fotovoltaica (ESFV)
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	Concentração de raios solares
	Efeito fotovoltaico (FV)
	Vem que eu te explico!
	Características da energia solar
	Conteúdo interativo
	Sistemas de aquecimento solar – SAS
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	2. Como funciona a geração fotovoltaica
	Vamos começar!
	Princípiosde funcionamento da geração fotovoltaica
	Conteúdo interativo
	Funcionamento da geração fotovoltaica
	Painéis solares
	Painéis em casas
	Usina
	Células fotovoltaicas
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	Saiba mais
	Características das células fotovoltaicas
	Exemplo
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	Potencial de uso da energia fotovoltaica
	Potencial teórico
	Potencial prático
	Potencial econômico
	Potencial teórico (fonte)
	Potencial prático (técnico)
	Potencial econômico
	Potencial de mercado
	Irradiação horizontal global
	Irradiação normal direta
	Potencial fotovoltaico teórico, prático e econômico
	Potencial teórico de geração fotovoltaica
	Curiosidade
	Potencial prático de geração fotovoltaica
	Comentário
	Acima de 4,5 kWh/kWp
	Abaixo de 3,5 kWh/kWp
	Entre 3,5 e 4,5 kWh/kWp
	Potencial econômico de geração fotovoltaica
	Potencial fotovoltaico no brasil
	Como estimar a capacidade de geração fotovoltaica
	Vem que eu te explico!
	Funcionamento das células fotovoltaicas
	Conteúdo interativo
	Potencial teórico, potencial prático e potencial econômico
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	Verificando o aprendizado
	3. Modalidades de geração fotovoltaica
	Vamos começar!
	Aspectos da geração fotovoltaica
	Conteúdo interativo
	Formas de conexão e modalidades de geração fotovoltaica
	Inversores de energia e conexão com a rede
	Comentário
	Modalidades de geração de energia fotovoltaica
	Resumindo
	Sistemas de geração independente
	Microgeração distribuída
	Minigeração distribuída
	Sistema de compensação de energia elétrica
	Empreendimento com múltiplas unidades consumidoras
	Geração compartilhada
	Autoconsumo remoto
	Usinas fotovoltaicas
	Vem que eu te explico!
	A função dos inversores de energia
	Conteúdo interativo
	Usinas fotovoltaicas no Brasil
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	4. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
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	Referências