Energia fotovoltaica

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Engenharia Elétrica e informática
Unidade acadêmica de Engenharia elétrica
Disciplina: Eletrotécnica geral
Professor: Ubirajara
Turma: 01
ENERGIA SOLAR: FOTOVOLTAICA
Alunos: 	Allan Kewen Câmara de Oliveira 		Matrícula: 116110402 
Victor Gabriel Araújo Vieira		Matrícula: 116110996
Campina Grande, 09 de setembro de 2018.
INTRODUÇÃO
As energias renováveis são fontes de energia que são geradas a partir de processos e recursos naturais que são continuamente reabastecidos em uma escala de tempo humana. Isso inclui a energia solar, calor geotérmica, energia eólica, energia das marés, energia hídrica (água), e várias formas de bioenergia (biomassa). Estas energias renováveis não podem ser esgotadas e são constantemente renovadas. A energia renovável substitui combustíveis convencionais.
A energia alternativa é um termo usado para uma fonte de energia limpa (fonte de energia que não polui o meio ambiente) que é uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Geralmente, isso indica energias que são não-tradicionais e de baixo impacto ambiental. O termo alternativo é usado para contrastar com combustíveis fósseis de acordo com algumas fontes. Energias alternativas não prejudicam o meio ambiente, uma distinção que as separa de energia renovável que pode ou não ter um impacto ambiental significativo.
A energia solar é uma forma de energia renovável, sustentável e limpa que é criada a partir de luz solar, ou calor do sol. A energia solar é captada quando a energia do sol é convertida em eletricidade ou usada para aquecer o ar, água ou outros líquidos. O potencial da energia solar é tão grande que estima-se que se toda a energia solar fosse aproveitada seria suficiente para gerar mais de 1800 vezes a quantidade de energia consumida no mundo.
Energia fotovoltaica é a energia elétrica produzida a partir de luz solar, e pode ser produzida mesmo em dias nublados ou chuvosos. Quanto maior for a radiação solar maior será a quantidade de eletricidade produzida.
HISTÓRICO
No Hemisfério Norte, desde a década de 1970, a energia solar está na pauta permanente dos governos. O físico francês Edmund Bequerel a descobriu, ainda no século XIX, quando experimentava o efeito fotovoltaico com dois eletrodos metálicos numa solução condutora. Bequerel percebeu o aumento na geração de energia elétrica com a luz e, a partir daí a tecnologia fotovoltaica passou por vários estágios até chegar ao uso em grande escala do silício.
Em 1873, Willoughby Smith descobriu o efeito fotovoltaico em sólidos com o selênio. A produção da primeira célula fotovoltaica neste metal veio quatro anos mais tarde, com W. G. Adams e R.E. Day. Em 1904, Albert Einstein publicou um artigo sobre o efeito fotovoltaico, ao mesmo tempo em que divulgava ao mundo sua teoria da relatividade. Com a explicação do efeito fotovoltaico em 1923, Einstein ganhou seu primeiro Prêmio Nobel.
A primeira célula de silício foi produzida em 1954, nos Laboratórios Bell, em Murray Hill, Nova Jérsei, Estados Unidos. E no ano seguinte começou no mesmo país a produção de elementos solares fotovoltaicos para aplicação espacial. Daí por diante esta indústria foi se aprimorando e as placas tornaram-se mais eficientes.
Em 1980, Israel foi o primeiro país estabelecer uma política pública de energia solar. Nesta década, a produção mundial ainda era pequena. Em 1983, por exemplo, não passava de 20 MW. Em 1994, ocorreu a primeira Conferência Mundial Fotovoltaica, no Hawai, e o século XX terminou com pouco mais de 1000 MW em sistemas instalados no mundo.
PRODUÇÃO
O processo de conversão da energia solar utiliza células fotovoltaicas (Normalmente feitas de silício ou outro material semicondutor). Quando a luz solar incide sobre uma célula fotovoltaica, os elétrons do material semicondutor são postos em movimento, desta forma gerando eletricidade.
A parte mais importante são as células fotovoltaicas de silício (Si). O silício é composto de átomos minúsculos que são carregadas com elétrons. Para criar uma carga negativa, o silício é combinado com boro, e para criar uma carga positiva, o silício é combinado com o fósforo. 
Esta combinação cria mais elétrons no silício carregado positivamente e menos elétrons no silício carregado negativamente. O silício carregado positivamente é “sanduichado” com o silício carregado negativamente, isso permite a célula de silício reagir com o sol produzindo energia elétrica.
As células fotovoltaicas individuais são conectadas usando uma faixa condutora extremamente fina. Esta tira é tecida de cima para baixo de cada célula, de modo que todas as células fotovoltaicas do painel solar fotovoltaico estejam ligadas, assim criando um circuito.
Essa série de células fotovoltaicas é então coberta com uma lamina de vidro temperado, tratado com uma substancia antiaderente e antirreflexo, emoldurado usando um quadro de alumínio.
Quando os fótons atingem as células fotovoltaicas, eles fazem com que alguns dos elétrons que circundam os átomos se desprendam. Estes elétrons livres vão migrar, através da corrente eléctrica, para a parte da célula de silício que está com ausência de elétrons. Durante o dia todo, os elétrons irão fluir em uma direção constantemente, deixando átomos e preenchendo lacunas em átomos diferentes. Este fluxo de elétrons cria uma corrente elétrica, ou o que nós chamamos de casualmente de Energia Solar Fotovoltaica.
TIPOS DE PLACAS FOTOVOLTAICAS
Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino:
A tecnologia monocristalina é a mais antiga e possuem a eficiência mais alta. Comercialmente falando, a eficiência dos painéis 15% e 22%.
Os painéis solares de silício monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis apenas olhando de perto. Possuem uma cor uniforme, indicando silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados como você pode ver na imagem abaixo
Eles são feitos a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de forma cilíndrica), este é fatiado como um "salame" fazendo assim lâminas de silício individuais, que são então tratadas e transformadas em células fotovoltaicas. Cada célula fotovoltaica circular tem seus “4 lados” cortados fora para otimizar o espaço disponível no painel solar monocristalino e aproveitar melhor a área do painel. O painel solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e paralelo.
Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino:
Ambos, mono e poli cristalino são feitos de silício, a principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (dai o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais. (veja as foto da célula abaixo na direita).
Uma vez fundido, eles são serrados em blocos quadrados e, em seguida, fatiados em células assim como no monocristalino, mas é um pouco mais fácil de produzir. Eles são semelhantes aos de um único cristal (monocristalino) tanto no desempenho como na degradação, exceto que as células são ligeiramente menos eficientes.
Os primeiros painéis solares à base de silício policristalino, que também são conhecidos como polisilício (p-Si) e silício multi-cristalino (mc-Si), foram introduzidos no mercado em 1981.
Painel solar de filme fino:
Depositar uma ou várias camadas finas de material fotovoltaico sobre um substrato é a essência básica de como os painéis fotovoltaicos de filme fino são fabricados. Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas de película fina (TFPV). Os diferentes tipos painéis solares de filme fino podem ser categorizados por material fotovoltaico que é depositado sobre o substrato: Silício amorfo (a-Si); Telureto de cádmio (CdTe); Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS); Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV)
Dependendo da tecnologia de célula fotovoltaicade filme fino utilizada, os painéis de filme fino possuem eficiências médias entre 7-13%. Algumas tecnologias de painel de filme fino já estão chegando nos 16% sendo similares a eficiência dos painéis Policristalinos. Atualmente (2015) os painéis fotovoltaicos que utilizam a tecnologia de filme fino representam aproximadamente 20% do mercado mundial de painéis solares fotovoltaicos. Sendo a maioria de silício cristalino.
TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Sistema Fotovoltaico Residencial (1kwp a 10Kwp)
A energia solar residencial ou, sistema fotovoltaico residencial, permite que você produza parte ou toda a energia que você consome na sua casa, assim, se livrando de boa parte da sua conta de luz para sempre. Para se calcular o tamanho de um sistema fotovoltaico residencial usa-se como base a conta de luz (o seu consumo de energia elétrica em kWh), a área disponível para receber a placa solar e a localidade geográfica (os índices de irradiação solar variam muito de acordo com o local).
Sistema Fotovoltaico Comercial de Energia Solar Conectado a Rede (10kwp a 100Kwp)
O sistema fotovoltaico para empresas (sistema fotovoltaico comercial), funciona exatamente como o sistema fotovoltaico residencial , ele permite você gerar parte ou toda a energia que você consome em seu comércio, assim, reduzindo a sua conta de luz para sempre, Para se calcular o tamanho de um sistema fotovoltaico comercial também usa-se como base a conta de luz (o seu consumo de energia elétrica), a área disponível para receber os painéis solares e a localidade geográfica (os índices de irradiação solar variam muito de acordo com o local).
A diferença entre um sistema solar fotovoltaico Comercial e um sistema solar fotovoltaico Residencial é a potência (quantidade de painéis solares), i.e. os sistemas fotovoltaicos comerciais geralmente tem uma potência instalada entre 10kwp e 100Kwp, ocupando uma área entre 65m² e 700m².
Sistema Fotovoltaico Industrial Conectado a Rede (100kwp a 1000Kwp)
Funciona exatamente como o sistema fotovoltaico residencial e o comercial, ele permite você gerar parte ou toda a energia que você consome em seu comércio/indústria. 
Os sistemas Fotovoltaicos Industriais de energia solar têm uma potência instalada entre 100kwp e 1000Kwp, ocupando uma área entre 650m² e 7000m².
Sistemas Fotovoltaicos ISOLADOS ou AUTÔNOMOS
São sistemas de energia solar fotovoltaica que não estão conectados a rede elétrica, sistemas isolados que alimentam diretamente os aparelhos (cargas) que vão consumir a energia gerada. Os sistemas de energia solar autônomos são muito utilizados em lugares remotos. Esses sistemas devem ser dimensionados minuciosamente, calculando-se exatamente o consumo do aparelho (carga). 
Com base nos piores índices de radiação solar daquela área específica, dimensiona-se o sistema fotovoltaico isolado para ter uma autonomia de até três dias (em média). Exemplos: Sistemas Fotovoltaicos de energia solar para bombeamento, sistemas fotovoltaicos de energia solar para eletrificação de cercas, postes de iluminação solar, estações replicadoras de sinal, casas isoladas da rede elétrica
Sistemas Fotovoltaicos HÍBRIDOS
Os sistemas híbridos de energia solar fotovoltaica são uma mistura de "sistemas isolados" com "sistemas conectados à rede elétrica". Ou seja, ele é um sistema conectado à rede elétrica, mas, possuem também um banco de baterias para armazenar a energia. Esses sistemas são mais caros que os tradicionais conectados à rede pois, além do banco de baterias, eles também necessitam de diversos mecanismos de segurança e equipamentos específicos que acabam encarecendo a solução como um todo.
ENERGIA FOTOVOLTAICA NO BRASIL
Do total matriz energética brasileira, menos de 0,0008 % é produzido através 'sistemas solares fotovoltaicos', de acordo com dados de 2015. O Brasil recebe uma irradiação (número de horas de brilho do Sol) superior a 3000 horas por ano, sendo que na região Nordeste há uma incidência média diária entre 4,5 a 6 kWh. É o país com a maior taxa de irradiação solar do mundo. 
Em agosto de 2011 foi inaugurada no município de Tauá, no sertão do Ceará, a MPX Tauá, primeira usina solar fotovoltaica a gerar eletricidade em escala comercial no Brasil. A usina tem capacidade inicial de geração de 1 megawatt pico. A maior usina solar do país, construída pela Tractebel Energia, é composta por 19.424 painéis solares e está localizada em uma área de 10 hectares às margens da BR-101, no município de Tubarão, estado de Santa Catarina, e gera energia 3 MW, suficiente para abastecer cerca de 2.500 residências. O projeto faz parte de um investimento de pesquisa e desenvolvimento da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). 
O Brasil em mudança está a experimentar um crescimento mais lento do setor, em parte devido à elevada geração mediante energia hidráulica no país, ainda que o estado de Minas Gerais lidera o esforço, depois da aprovação por parte do governo brasileiro de uma fábrica de células e painéis fotovoltaicos em dita região.
O sistema de compensação de energia elétrica foi criado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) com a publicação da resolução normativa n° 482 em 2012 qual estabelece as condições da mini- e micro geração dos centrais geradoras distribuídas. A partir de 1° Março 2016 entrou em vigor a resolução normativa 687/15 oferecendo mais incentivos para o mercado da geração distribuída. 
Estabelecimento das modalidades de autoconsumo remoto e geração compartilhada: abrindo as portas para a geração em terrenos afastados do local de consumo (mas ainda na área da mesma distribuidora) e para vizinhos que queiram participar do sistema de compensação de energia;
Possibilidade de compensação de créditos de energia entre matrizes e filiais de grupos empresariais;
Sistemas de geração distribuída condominiais (pessoas físicas e jurídicas)
O potencial máximo permitido na geração distribuída para a fonte solar é 5 MW. Os créditos de energia elétrica podem ser utilizados dentro do prazo de 60 meses.
CONCLUSÃO
Considerando a temática abordado, vê-se sua importância em relação à sustentabilidade, uma vez que se trata de uma energia autossuficiente e renovável. No Brasil, a maior parte de nossa energia vem das hidrelétricas, o que depende muito dos regimes de chuva, que mantenham os reservatórios em bons níveis de operação.
Com isso, é importante que existam incentivos no nosso país para um maior aproveitamento dessa fonte de energia que é o sol. Por se tratar de um país tropical, essa fonte é ainda mais abundante e deve ser levada em consideração, seja para prevenir futuros períodos de seca, como também por ser sustentável.
Uma das grandes barreiras desse tipo de energia é o custo, mas, a vida útil do equipamento e o retorno do investimento. A vida útil dos sistemas fotovoltaicos gira em torno de 25 anos, sendo que na maioria dos casos, o retorno do investimento acontece entre 4 e 8 anos. Por isso, vale a pena investir nesse tipo de energia.
REFERÊNCIAS
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PORTAL SOLAR. Sistema fotovoltaico: como funciona. Disponível em: <https://www.portalsolar.com.br/sistema-fotovoltaico--como-funciona.html>. Acesso em: 08 set. 2018.
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AMÉRICA DO SOL. Um pouco de história. Disponível em: <http://americadosol.org/energia_fotovoltaica/#toggle-id-3>. Acesso em: 08 set. 2018.