O desenvolvimento da sociedade humana está atrelado à transformação do meio ambiente e obtenção de energia. Durante o desenvolvimento da nossa sociedade ficou evidente a carência de energia em todos possíveis locais da convivência humana, e nas últimas décadas temos visto o apelo de várias vozes que nos mostram o iminente do fim dos combustíveis fósseis, o imenso impacto ambiental causado por essas fontes de energia e a insustentabilidade do modo como obtemos a energia que nos move. Enquanto isso, em muitas frentes, temos o desenvolvimento de novas formas de geração de energia e recentemente vivemos o reconhecimento das fontes renováveis, não mais como fontes de energia alternativa, mas como fontes de energia primárias, cujas principais representantes são:

• Energia Hidrelétrica

• Biomassa

• Energia Eólica

• Energia Solar

Todas as formas de energia que conhecemos derivam da energia solar. É a energia do sol que altera o estado físico da água, fazendo com que essa migre e possa ser represada e aproveitada nas usinas hidrelétricas. O aquecimento das massas de ar provoca os ventos, que são aproveitados nos aero-geradores dos parques eólicos. É a energia solar, absorvida na fotossíntese, que dá vida às plantas utilizadas como fonte de energia de biomassa. Até mesmo o petróleo, que vem de restos de vegetação e animais pré-históricos, também é derivado do sol, pois este deu a energia necessária ao aparecimento da vida na terra em eras passadas. Podemos através desse ponto de vista, considerar que todas as formas de energia são renováveis, infelizmente não em escala humana. As formas de energia renovável citadas acima são as que se renovam cada dia, permitindo um desenvolvimento sustentável da vida e sociedade humana.

 Energia Solar Fotovoltaica

O efeito fotovoltaico, observado pelo físico francês Alexandre  Edmond Becquerel em 1839, consiste no aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de um semicondutor, quando esse absorve a luz visível. São incontestáveis as vantagens da energia solar fotovoltaica:

• A matéria prima é inesgotável

• Não há emissão de poluentes durante a geração da eletricidade

• Os sistemas podem ser instalados em todo o globo terrestre

• A densidade (o fluxo de potencial que chega à superfície terrestre) (<1kW/m²)

• A energia solar disponível em uma localidade varia sazonalmente, além de ser afetada pelas condições atmosféricas

• Os equipamentos de captação e conversão requerem investimentos financeiros iniciais mais altos. O baixo fluxo de potencial solar requer grande área captadora, para obter maiores potências. A variabilidade da Irradiação Solar implica no uso de sistemas de armazenamento, que são, em geral, pouco eficientes. Já o alto investimento inicial, leva a considerar a viabilidade econômica de um projeto, tendo em conta sua vida útil e todas as vantagens da utilização dessa forma de energia (retorno médio de 5 a 6 anos, ou seja, você antecipa o custo de 5 anos de energia para ter 25 ou 30 anos entregues para você. Pague em 5, leve 25).

Sistemas fotovoltaicos

Um sistema fotovoltaico é uma fonte de potência elétrica, na qual as células fotovoltaicas transformam a Radiação Solar (energia luminosa) diretamente em energia elétrica. Os sistemas fotovoltaicos podem ser implantados em qualquer localidade que tenha radiação solar suficiente. Sistemas fotovoltaicos não utilizam combustíveis, não possuem partes móveis, e por serem dispositivos de estado sólido, requerem menor manutenção. Durante o seu funcionamento não produzem ruído acústico ou eletromagnético e tampouco emitem gases tóxicos ou outro tipo de poluição ambiental, ao contrário as energias oriundas de combustíveis fósseis.

A confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos é tão alta, que são utilizados em locais inóspitos como: espaço, desertos, selvas, regiões remotas, etc.

Classificação dos sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos são classificados de acordo à forma como é feita a geração ou entrega da energia elétrica em:  Sistemas Isolados e Sistemas conectados à rede.

Sistemas Isolados

Um Sistema Fotovoltaico Isolado é aquele que não tem contato com a rede de distribuição de eletricidade das concessionárias. Os sistemas isolados podem ser com ou sem armazenamento elétrico.

Sistemas Isolados – com Armazenamento (SFVI-Off-Grid)

Um sistema fotovoltaico com armazenamento é aquele que não possui outra forma de geração de eletricidade. Devido ao fato de o sistema só gerar eletricidade nas horas de sol, esses 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.

Sistemas Isolados- sem Armazenamento (SFVI-Off-Grid)

São sistemas que funcionam somente durante as horas de sol. Temos como exemplo os sistemas de bombeamento de água. As características das bombas são calculadas levando em consideração a necessidade 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, o armazenamento energético é feito na forma de água no reservatório.

Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Isolado não conectado à rede (SFVI-Off-Grid))

Um sistema fotovoltaico residencial isolado, geralmente, possui os seguintes componentes:

1 – Painel fotovoltaico;

2 – controlador de Carga/Descarga das baterias;

3 – banco de baterias;

4 – inversor autônomo, para cargas em CA; e

5 – cargas CC ou CA.

Sistemas Conectados à Rede (SFVCR-On-Grid)

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede fornecem energia para as redes de distribuição. Todo o potencial gerado é rapidamente escoado para a rede, que age como uma carga, absorvendo a energia.Os sistemas SFVCR dependem de regulamentação e legislação favorável, pois usam a rede de distribuição das concessionárias para o escoamento da energia gerada (resolução normativa nº 482/2012 complementada pela  687/2015 da ANEEL).

Componentes de Um Sistema Fotovoltaico Conectado À Rede (On-Grid)

Um sistema fotovoltaico conectado à rede, geralmente, possui os seguintes componentes:

1 – Painel fotovoltaico;

2 – caixa de Junção do painel fotovoltaico;

3 – cabeamento;

4 – inversor Grid-Tie(Transforma a corrente contínua dos módulos fotovoltaicos em corrente alternada, tensão e frequência compatível com a rede elétrica do consumidor); e

5 – medidor(es) de energia.

Efeito Fotovoltaico

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 (gálio). O silício monocristalino é o mais utilizado, mas astecnologias de película fina ganharam mercado com a produção em larga escala.

Princípios de funcionamento

Os semicondutores possuem a banda de valência totalmente preenchida e a banda de condução totalmente vazia a temperaturas muito baixas. A separação entre as duas bandas de energia, chamada degap de energia, é em torno de 1 V.Nos isolantes o gap é de vários Volts, variando conforme o material.Isso dá aos semicondutores determinadas características especiais, como o aumento da sua condutividade com o aumento da temperatura, devido à excitação dos elétrons da banda de valência para a banda de condução. Outra característica importante, é a possibilidade de fótons, na faixa do visível e com energia suficiente, excitarem os elétrons. Esse efeito que acontece nos semicondutores puros, chamados de intrínsecos (i), por si só não permite o funcionamento do material com célula fotovoltaica, pois a maioria dos elétrons volta a se recombinar.

Cada átomo de silício tem quatro elétrons de valência, e para atingir uma configuração estável se ligam a quatro átomos vizinhos, formando uma rede cristalina. Nesse caso, não há elétrons livres.Para potencializar o efeito fotovoltaico o cristal de silício é dopado com substâncias que alteram a sua rede cristalina. Se ao silício for misturado átomos de Arsênio ou de Fósforo que possuem 5 elétrons de valência, um desses elétrons ficará livre, permitindo que com pouca energia térmica esse elétron salte para a banda de condução. Esse tipo de impureza é chamado de doadora de elétrons, ou dopante n.

Se doparmos o silício com materiais como o Alumínio ou Boro, que possuem 3 elétrons de valência, faltará um elétron para criar uma ligação covalente. Esse buraco se comporta como uma carga positiva, já que com pouca energia térmica um elétron vizinho vem ocupar esse buraco, deixando um buraco onde estava fazendo com que haja uma movimentação do buraco. Esse tipo de impureza é chamado de dopante p.Se combinarmos as duas impurezas no mesmo cristal intrínseco de silício, formamos uma Junção P-N. Na área de contato da junção, os elétrons livres do semicondutor Tipo-N fluem para os buracos do semicondutor Tipo-P até que se forme um campo elétrico que impede o fluxo permanente de elétrons. Se a Junção P-N for exposta à radiação solar, os fótons com energia superior ao gap liberam mais buracos-elétrons livres que criam uma corrente elétrica na área da junção. Alguns dos elétrons liberados são recombinados, se não forem capturados. Além disso, nem todo o espectro da radiação é aproveitado.

Células Fotovoltaicas

Uma célula fotovoltaica é a unidade básica de um sistema fotovoltaico. É a responsável pela conversão da radiação solar em eletricidade. Como uma única célula não é suficiente para gerar potências elétricas elevadas, os fabricantes associam várias células, e as encapsulam para proteção, formando assim um módulo fotovoltaico. Os módulos comerciais diferem entre si por vários fatores, como a capacidade de gerar potencial, chamado de potência-pico, fator de forma, área, etc. E esses valores se alteram de acordo ao tipo de célula fotovoltaica utilizada. 

Operação de Sistemas Fotovoltaicos Comerciais

A operação de um Sistema Fotovoltaico é quase imperceptível. Não existem partes móveis edispensa operadores. A instalação também é rápida. A manutenção que o sistema exige, é no sentido de obter um rendimento superior,aproveitando ao máximo o sol disponível. Mesmo sem manutenção o sistema pode funcionarpor muitos anos.

Vantagens de um sistema fotovoltaico

• Reduz a dependência das concessionárias de energia.
• Agrega valor ao imóvel e à sua marca.
• Aproveita as condições temporárias de isenções de impostos de importação de placassolares.
• Fácil e rápido de instalar. Praticamente 90% da instalação é na área externa, nãoafetando a operação dentro da empresa.
• Dura mais de 25 anos!
• Isenção dos impostos PIS/CONFINS e redução do IPI/ICMS para os itens importados sendo 2% para as células de silício.

Ao instalar este Sistema em sua empresa, você estará evitando uma grande emissão CO² porano, principalmente oriundos da operação das usinas termoelétricas que gera um enorme impacto ambiental no longo prazo.

Como funciona o sistema de compensação de energia

Pela Resolução Normativa Nº 482 e 687/2015 da ANEEL, sua empresa pode ter um SistemaFotovoltaico e conecta-lo à rede elétrica, através do Sistema de Compensação de Energia.Assim, você pode abater da sua conta de energia,toda a energia que você gerou. O medidor registrará dois valores: energia consumida e energia xxportada.

Caso ocorra valor negativo entre a energia consumida e a energia exportada, o consumidor só irá pagar essa diferença, obedecendo os critérios próprios para a classe de fornecimento do consumidor. Para a condição positiva, gerará créditos junto à concessionária local, com validade até 60 (sessenta meses) (artigo 6º # 1º da Resolução Normativa 687/2015  da ANEEL).

Bibliografia

Livro digital blue-sol

Resolução Normativa ns 482/2012 e 687/2015 da ANEEL

Normas ABNT NBR Nºs 11.704 - 11.877 – 11.876 -  10.899 –  14.298

Absolar -Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica

CRESESB – Centro de Referência para Energia Solar e Eólica

PRODEEM – Plano de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios

* Ailton Nogueira, engenheiro eletricista formado em 1969 pela Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF-MG) e de segurança do trabalho pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Instrutor do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai) na área de eletricidade de potência. Atualmente atuando em projetos para instalação de sistemas fotovoltaicos residências e industriais. E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.. Artigo publicado, originalmente, no Jornal do Engenheiro, Edição 493, de julho de 2016.