___________________________________________________________________

Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de

Moura”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

MICAEL MARCOS DE OLIVEIRA LIMA

GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO

Garça

2016

___________________________________________________________________

Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de

Moura”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

MICAEL MARCOS DE OLIVEIRA LIMA

GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO

Artigo Científico apresentado à Faculdade de

Tecnologia de Garça – FATEC, como

requisito para a conclusão do Curso de

Tecnologia em Mecatrônica Industrial

examinado pela seguinte comissão de

professores.

Data da Aprovação _ / /___

____________________________________ Prof. Me. Gustavo Adolfo M. S. Coraini

FATEC – Garça

____________________________________

FATEC – Garça

____________________________________

FATEC – Garça

Garça

2016

GERAÇÃO DE ENERGIA ATRAVÉS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO

Micael Marcos de Oliveira Lima1

micael.acont.marcos@outlook.com

Prof. Me. Gustavo Adolfo M. S. Coraini 2

gcoraini@hotmail.com

Resumo – A explosão do setor industrial, das tecnologias e da urbanização são os fatores

fundamentais para o aumento significativo na demanda de energia, o que desencadeou

preocupações em pessoas de diferentes regiões do Planeta, para recuperar, conservar e

preservar alguns elementos da natureza. A constatação das questões apontadas culminou em

ações de governantes, centro de pesquisas e organizações não governamentais (ONGs), com

foco no consumo consciente de energia elétrica pelas comunidades frente à escassez de

recursos e exigiu uma nova postura das empresas por produtos com maior eficiência

energética. Em longo prazo as ações são voltadas para procura por fontes de energia

alternativas, além das fontes primárias, ou seja, a preservação permanente dos recursos

naturais. Dentre elas, a energia solar utilizando placas fotovoltaicas. O Brasil é um país

altamente beneficiado pelas boas condições naturais, por estar situado na zona intertropical,

que possibilita altos índices de radiação solar durante todo ano. Devido essa preocupação,

este trabalho visou utilizar a energia solar e transformá-la em energia elétrica através de

placas fotovoltaicas. Com isso, a energia gerada, transformada e armazenada em uma bateria

irá ser utilizada para acionar um display que irá operar no período noturno, visando a

economia de energia.

Palavras-chave: Energia solar, placas fotovoltaicas

Abstract- The industry growth, technology and urbanization are key factory of increase

energy demand, starting in the people in different countries in the world a need to recovery

and environmental preservation. To this need the governments, research centers and NGO

(No-governmental organization), focusing on conscious consumption of power by

communities across the scarcity of resources and demanded a new attitude of companies by

products with higher energy efficiency. In the long term the actions are geared to search for

alternative energy sources, in addition to primary sources, the permanent preservation of

1 Aluno do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – FATEC - Garça 2 Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC

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natural resources. Among them, solar energy using photovoltaic panels. Brazil is a highly

benefited country by good natural conditions, to be located in the tropical zone, which enables

high levels of solar radiation throughout the year. Because of this concern, this work aims to

use solar energy and transform it into electricity through photovoltaic panels. Thus, the energy

generated, processed and stored in a battery will be used to connect a display that will operate

at night, aimed at saving energy.

Key Word- Solar energy, photvoltaics

5

1. Introdução

Desde a Pré-História o Homem tem buscado sempre evoluir frente a necessidade de

perpetuação da espécie, para isso desenvolveu diversos mecanismos para caça e produção de

alimentos, essencialmente buscando reduzir os esforços físicos e aumentar seu conforto.

Uma das primeiras técnicas utilizadas pelo homem e que transformou toda sua

estrutura de vida foi dominar o fogo, que melhorou a alimentação e segurança. Descobriu,

logo em seguida, a força dos ventos e das águas e as utilizou como fonte de energia criando

principalmente moinhos e rodas d’aguas.

Em 1698, o mecânico inglês Thomas Newcomen criou uma máquina a vapor para

drenar a água acumulada nas minas de carvão, marcando assim a história da energia. Depois

em 1765, essa máquina foi aperfeiçoada pelo mecânico escocês James Watts, símbolo

energético da Revolução Industrial.

Com o fogo transformado em movimento, permitiu a construção de fábricas e

aplicação em transporte. Mas foi a pouco mais de 100 anos que surgiu a energia elétrica,

símbolo da Era da Informação. Por intermédio da energia elétrica, outras formas de energia

tornaram mais eficazes, como: calor, iluminação e energia mecânica.

Há um grande avanço no Brasil, em termos de pesquisas para conversão da energia

solar em energia elétrica, pois geograficamente é um país beneficiado pelas boas condições

naturais que possibilitam o aproveitamento das fontes renováveis de energia.

Por outro ângulo, com o avanço da tecnologia, a aquisição de aparelhos eletrônicos

portáteis, de formatos reduzidos, principalmente pelas gerações mais jovens, tornou-se uma

prática comum. O avanço tecnológico propiciou maior autonomia de funcionamento desses

aparelhos sem necessidade de recarga com a obrigatoriedade de mantê-los sempre conectados

à energia.

Nesse contexto, foi pensado o tema ”geração de energia solar através de sistema

fotovoltaico” para realização da pesquisa que se constituirá no trabalho de conclusão de curso

(TCC).

Considerando a tendência de escassez atual dos recursos naturais, somado à

necessidade exacerbada de verbas para desenvolvimento de componentes de armazenamento

de energia, este trabalho tem como objetivo utilizar a energia solar, através de células

fotovoltaicas e transformá-la em energia elétrica. Com isso, gera oportunidades para o

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desenvolvimento de modernas tecnologias para o armazenamento de energia, de forma que a

mesma possa ser utilizada para alimentar equipamentos eletroeletrônicos, como por exemplo,

um painel eletrônico de propaganda.

Como protótipo de apresentação a energia gerada pelas células fotovoltaicas e

armazenada em uma bateria de 6volts e 4Ah irá alimentar um microcontrolador pic18f4550 da

Microchip para o controle do painel visualizado em um display LCD 16x2, provando assim a

eficiência do sistema fotovoltaico.

O curso de Mecatrônica Industrial, da Faculdade Tecnológica de Garça tornou a

execução do projeto possível, tendo como base todas as aulas ministradas.

1.1 Objetivos

1.1.1 Geral

Por meio de células fotovoltaicas captar o calor proveniente da luz solar e

transformá-la em energia elétrica, armazenando-a de forma que possa ser utilizada

consideravelmente.

1.1.2 Específicos

Demonstrar viabilidade em longo prazo de todos os equipamentos necessários no

processo de transformação da energia solar: equipamentos eletrônicos de controle, e as placas

fotovoltaicas.

Mostrar o potencial do Brasil na utilização de energia solar para pequenas demandas.

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2. Um pouco da história

Em 1839 Edmond Beqquerel, um físico e cientista francês, percebeu que a energia

solar poderia ser convertida em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. Quando a luz

solar incidia sobre um eletrodo metálico imerso em uma solução química havia uma diferença

de potencial, logo denominado efeito fotovoltaico (VILLALVA E GAZOLI, 2012).

Ainda, segundo Villalva e Gazoli (2012), em 1877 cientistas ingleses observaram um

efeito similar no selênio, outro tipo de semicondutor. Com o avanço do estudo científico no

século XX, e diversas experiências similares desenvolvidas por cientistas em todo o mundo, o

efeito fotoelétrico que está relacionado com o efeito fotovoltaico, mas são fenômenos

diferentes, foi explicado por Albert Einstein em 1905.

A primeira célula fotovoltaica foi produzida somente em 1953 nos Bell Laboratories

(Bell Labs), nos Estados Unidos da América. Calvin Fuller, um químico dos Bell Labs,

preparou uma amostra de silício dopado com gálio. O físico Gerald Pearson seguindo as

instruções do físico mergulhou esta amostra em um banho quente de lítio, criando assim uma

“junção p-n”. Ao executar tal tarefa criou-se sob a superfície da amostra uma zona excedente

de elétrons livres, portadores de carga negativa (e por isso chamado silício tipo “N”) que

entrando em contato com o silício (tipo P), gerou tal junção. Quando tal amostra era exposta à

luz solar, Pearson percebeu que gerava uma corrente elétrica e assim, tinha feito a primeira

célula solar de silício (VALLERÂ E BRITO, 2006).

A eficiência da célula de silício era cerca de 4%, maior que a célula de selênio que

tinha eficiência de 1%. Mas houve vários obstáculos, dentre eles, perceberam que mesmo à

temperatura ambiente, o lítio migrava para o interior do silício prejudicando a junção p-n e a

absorção dos fotões da radiação solar, a ponto de diminuir a eficiência da célula. Então Fuller

substituiu o gálio por arsênio seguido por uma difusão de boro, atingindo assim eficiência de

6% (VALLERÂ E BRITO, 2006).

Segundo Vallerâ e Brito (2006, p. 2), “A primeira aplicação de uma célula solar de

silício foi como fonte de alimentação de uma rede telefônica local em Americus, na Geórgia,

Estados Unidos da América, em 1955”.

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Em março de 1958 foi lançado no espaço o satélite por nome Vanguard 1,

incorporado por um pequeno painel fotovoltaico com cerca de 100 cm², que produzia quase

0,1W, e manteve um transmissor de 5mW funcionando por cerca de 8 anos. Depois de tal

experiência satisfatória, o programa espacial norte-americano passou a utilizar como fonte de

energia solar dos seus satélites as células solares. Hoje, todos os equipamentos espaciais são

equipados por células fotovoltaicas. (VALLERÂ E BRITO, 2006)

Mais tarde, nas décadas de 1970 e 1990, os dispositivos fotovoltaicos tiveram grande

desenvolvimento, pois com a crise do petróleo o governo começou a se interessar pela

tecnologia, mas ainda havia certa preocupação em relação ao custo-benefício, considerando a

baixa eficiência das células solares, com isso era preciso reduzir o preço de produção de

forma significante. Foi então que algumas das tecnologias financiadas pelo governo

revolucionaram as ideias sobre o processamento das células solares. Ao invés da utilização de

cristais únicos de silício ou monocristais, que eram muito mais caros de produzir, começaram

a utilizar novos materiais, em particular o silício multicristalino. Outro fato também foi mudar

os métodos de produção de silício diretamente em fitas, eliminando assim custos associados.

Segundo Vallerâ e Brito (2006, p. 3), “O resultado de todos estes avanços foi a redução do

custo da eletricidade solar de 80 $/Wp para cerca de 12 $/Wp em menos de uma década”.

2.1 Energia Solar no Brasil

O Brasil possui um alto índice de radiação solar, pois está situado próximo a linha do

Equador, de forma que não se observa grandes variações na duração solar do dia. Segundo

Villalva e Gazoli (2012), as Regiões Nordestes e Centro-Oeste são as que recebem maior

irradiação solar durante o ano, enquanto a Região Sul é a menos privilegiada. No mapa solar

do Brasil da Agência Nacional de energia elétrica (ANEEL), o norte da Bahia possui o valor

máximo de irradiação solar global, enquanto o litoral norte de Santa Catarina possui o menor

valor de irradiação solar global.

Apesar abundância de luz solar, o crescimento do setor fotovoltaico no país tem

encontrado diversos obstáculos, dentre eles, os elevados investimentos iniciais. Atualmente

no Brasil a energia solar é utilizada principalmente em sistemas isolados ou autônomos

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instalados em locais não atendidos pela rede elétrica, em regiões de difícil acesso ou onde a

rede elétrica não é economicamente viável.

Atualmente no Brasil o setor energético, está enfrentando um período de escassez e

aumento de preços, já que a principal fonte é proveniente das usinas hidrelétricas. Com a falta

de água, a população sofre em situações de apagões, aumento dos custos na fatura de serviço

e até mesmo obrigando o governo a importar dos países vizinhos, como aconteceu em 20 e 21

de janeiro de 2015, um dia após o apagão que atingiu 11 Estados e o Distrito Federal.

Atualmente o momento é favorável para o investimento em energia solar, pois segundo a

reportagem da revista (EXAME.COM, 2015) os preços dos equipamentos caíram cerca de

70% no mercado global.

Com isso, o governo resolveu criar novos métodos para alavancar a popularização

dos sistemas fotovoltaicos e atrair investidores para o país. Em 2015, o governo anunciou

isentar os impostos cobrados por circulação de mercadorias e serviços (ICMS) à energia solar

gerada pelo consumidor. Em estados onde o ICMS ainda não foi isentado, o importo quando

incide sobre a energia solar reduz os créditos gerados. (EXAME.COM, 2015)

Em novembro de 2003 foi criado o programa Luz para Todos, que tem como

objetivo acabar com a exclusão elétrica no país e promover acesso à eletricidade

gratuitamente. Durante esse projeto, muitas residências brasileiras passaram a ser atendidas

por eletricidade de sistemas autônomos fotovoltaicos.

No dia 15 de janeiro de 2015, o Ministério de Minas e Energia (MME), lançou um

plano de estímulo para que casas, comércios e indústrias instalassem painéis solares, com

capacidade de gerar 48 milhões de megawatts/hora (MWh) por ano. Isso equivale à metade do

que a usina hidrelétrica de Itaipu gera anualmente. O projeto prevê investimento de R$ 100

bilhões em energia solar até 2030.

Apesar do apoio, incentivos recebidos do governo e instituições brasileiras (MME,

Eletrobrás/CEPEL universidades, entre outros) e possuir luz solar em abundância, os sistemas

fotovoltaicos e seus benefícios são ainda pouco conhecidos no Brasil, tornando o despontar da

energia solar no país desacelerado.

10

2.1 Células fotovoltaicas

A conversão da energia solar em energia elétrica ocorre através do efeito

fotovoltaico. O efeito fotovoltaico acontece quando a luz ou a radiação eletromagnética do

Sol, incide sobre uma célula composta pela união de duas camadas de semicondutor, um

material do tipo N e outro material do tipo P, a chamada de junção-PN.

A estrutura de uma célula fotovoltaica é a seguinte: possui dois terminas elétricos,

uma grade e base metálica, responsável por fazerem a coleta da corrente elétrica causada pela

ação da luz. Segundo Villalva e Gazoli (2012), a parte da célula que recebe a luz precisa ser

translúcida, portanto os contatos elétricos são construídos na forma de uma fina grade

metálica impressa na célula. Para evitar a reflexão e aumentar a absorção de luz, a célula

ainda possui uma camada de material antirreflexivo.

O material mais comum utilizado nas camadas semicondutoras é o silício, pois é um

material muito abundante e barato. Um semicondutor não pode ser classificado como

condutor elétrico e nem como isolante, mas com a adição de materiais dopantes ou impurezas

as propriedades de tal podem ser modificadas.

Como citado acima, uma célula fotovoltaica é composta pela junção de duas

camadas de semicondutor. O material tipo N apresenta elétrons em excesso devido a presença

de um elétron adicional em torno de alguns átomos da estrutura. Segundo Villalva e Gazoli

(2012), o material tipo P possui menos elétrons do que teria um semicondutor puro,

percebendo assim a presença de lacunas em sua estrutura.

Quando as camadas são juntadas, os elétrons do material do tipo N migram para as

lacunas do material do tipo P criando assim um campo elétrico dentro de uma zona de

depleção, também chamada de barreira de potencial, deixando no material do tipo N lacunas.

Permanecem presos atrás dessa barreira quando a célula não está iluminada, mas ao receber a

luz solar, os elétrons que estavam nas lacunas do material do tipo P fluem novamente para as

lacunas do tipo N, que ao se recombinarem geram uma corrente elétrica (VILLALVA E

GAZOLI, 2012).

11

Segundo Villalva e Gazoli (2012), a camada N é muito fina e a luz pode penetrar o

material e descarregar sua energia sobre os elétrons, fazendo com que eles possuam energia

suficiente para passar a barreira de potencial, e se movimentar da camada N para a camada P.

Ao ligar os dois terminais elétricos externamente formam-se um circuito fechado, fazendo

com que os elétrons migrem de uma camada para a outra criando assim uma corrente elétrica.

Uma célula fotovoltaica produz uma tensão elétrica muito baixa, em torno de 0,6 V

entre os dois lados da célula, causada pelo campo elétrico da barreira de potencial. Mas para

obter uma grande quantidade de energia elétrica e uma tensão mais elevada, as células podem

ser ligadas em série. A ligação de várias células em séries é chamada de painel fotovoltaico ou

módulo fotovoltaico (VILLALVA E GAZOLI, 2012).

2.1.1 Tipos de células fotovoltaicas

As matérias mais comuns encontradas no mercado são a do silício monocristalino, a

do silício policristalino e a do filme fino de silício. Segundo Villalva e Gazoli (2012), o Brasil

é um dos principais produtores mundiais do mineral quartzo, minério onde o silício é extraído.

Mas a purificação do silício não é feita no país, e nem mesmo a fabricação das células.

2.1.1.2 Silício monocristalino

Por possuir maior eficiência frente a outros tipos de silício, a tecnologia

monocristalina tem um custo de produção mais elevado. Comercialmente falando, a eficiência

é de 15 a 18% (Villalva e Gazoli, 2012).

Segundo Villalva e Gazoli (2012), são feitos a partir de um único cristal de silício

ultrapuro, onde são aquecidos em altas temperaturas e submetidos a um processo de formação

de cristal chamado método de Czochralski, e o produto resultante desse processo é o lingote

de silício. Logo em seguida o lingote é serrado e fatiado, fazendo assim lâminas de silício

individuais. Para obter as propriedades de uma célula fotovoltaica, as lâminas são submetidas

a processos químicos nos quais recebem impurezas em ambas as partes N e P.

12

Ainda segundo Villalva e Gazoli (p. 70, 2012), para obter a célula fotovoltaica final,

a célula semiacabada recebe uma película metálica em uma das faces, uma grade metálica na

outra face e uma camada de material antirreflexivo na parte que vai receber a luz.

2.1.1.3 Silício policristalino

Em relação ao silício monocristalino o processo de fabricação do silício policristalino

é mais barato tornando sua eficiência menor também. A diferença está no método empregado

na fabricação, pois os cristais de silícios são fundidos em blocos formando aglomerado de

pequenos cristais.

Ao serrar o lingote obtém-se wafers (são finas bolachas de silício puro), que

posteriormente transformam-se em células fotovoltaicas. As células de silício policristalino

têm eficiências comerciais entre 13 e 15% (Villalva e Gazoli, 2012).

2.2 Sistemas Fotovoltaicos Autônomos

Os sistemas fotovoltaicos autônomos são utilizados para suprir a necessidade de

energia elétrica em locais não atendidos pela rede elétrica. Sua principal utilização se dá em

zonas rurais, onde em muitos casos uma rede elétrica não é economicamente viável ou pelo

fato de que em várias regiões a energia elétrica é de difícil acesso (Villalva e Gazoli, 2012).

Existem dois tipos de sistemas fotovoltaicos autônomos os com e sem

armazenamento elétrico. Os sistemas fotovoltaicos autônomos com armazenamento

funcionam nos momentos de radiação solar e são dotados de acumuladores que armazenam a

energia para os períodos sem Sol, o que acontece durante a noite, em períodos chuvosos ou

nublados. Já os sistemas fotovoltaicos autônomos sem armazenamentos funcionam somente

quando há radiação solar (Villalva e Gazoli, 2012).

13

2.2.1 Componentes de um sistema fotovoltaico autônomo

Um sistema fotovoltaico autônomo, geralmente, é composto de uma placa ou

conjunto de placas fotovoltaicas dependendo da aplicação, um controlador de carga/descarga

da bateria, uma bateria, e conforme a aplicação, um inversor de tensão contínua para tensão

alternada (Villalva e Gazoli, 2012).

Os módulos fotovoltaicos produzem energia na forma de corrente e tensão contínua,

mas se a energia gerada for ser utilizada na rede residencial é preciso haver o inversor de

tensão, pois em equipamentos que são alimentados pela rede, a tensão é alternada. Já em

aparelhos onde a tensão é contínua podem ser ligados diretamente no controlador de carga,

sem a necessidade do inversor (Villalva e Gazoli, 2012)

2.2.2 Baterias

Em sistemas fotovoltaicos autônomos a presença de baterias é essencial, pois a

energia gerada é armazenada evitando desperdícios e pode ser utilizada quando o consumo é

baixo em momentos em que houver pouca ou nenhuma radiação solar, no período da noite e

nos dias nublados e chuvosos (Villalva e Gazoli, 2012).

Outro detalhe importante é que na maior parte dos sistemas autônomos a presença de

uma bateria ou de um banco de baterias também é necessária para estabilizar a tensão

fornecida aos equipamentos ou ao inversor, pois a tensão de saída do módulo não é constante

e pode variar (Villalva e Gazoli, 2012).

Agrupando as baterias em série obtêm-se maiores tensões e a associação em paralelo

permite acumular mais energia ou fornecer mais corrente elétrica com a mesma tensão. Este

agrupamento é chamado de bancos de baterias. Fazendo a conexão ao mesmo tempo das

baterias em série e em paralelo, a tensão e a capacidade de corrente e de armazenamento de

carga nos bancos irá aumentar simultaneamente (Villalva e Gazoli, 2012).

14

2.2.3 Controlador de carga

Segundo Villalva e Gazoli (2012, p.110) “O controlador de carga é o dispositivo que

faz a correta conexão entre o painel fotovoltaico e a bateria, evitando que a bateria seja

sobrecarregada ou descarregada excessivamente”. Sendo assim aumentando a vida útil e

desempenho da bateria.

Evitar que a bateria seja sobrecarregada, é uma função importante do controlador de

carga. Quando a tensão de carga é atingida o controlador detecta a tensão nos terminais da

bateria e impede que continue sendo carregada, desconectando o painel solar do sistema

(Villalva e Gazoli, 2012).

O controlador tem outra função muito importante também, que é o controle de

descarga excessiva. Quando a bateria atinge o nível critico, ou seja, baixa tensão, o consumo

de carga é interrompido, pois se a bateria continuar descarregando sua vida útil pode ser

severamente comprometida (Villalva e Gazoli, 2012).

Quando a bateria atinge determinado nível de tensão, ela deve entrar em estágio de

absorção. Neste estágio a bateria está praticamente carregada, mas pode ser carregada

lentamente, então o controlador de carga mantem a tensão constante enquanto a corrente da

bateria vai diminuindo lentamente até chegar a um valor pequeno. Ao chegar a um valor bem

menor a corrente indica que a bateria esta carregada. O controlador indica tal condição e passa

para estágio de flutuação mantendo a bateria carregada (Villalva e Gazoli, 2012).

Nos sistemas fotovoltaicos com armazenamentos (baterias) a presença de um

controlador de carga é essencial, pois sem um controlador de carga a vida útil da bateria pode

ser bem menor e, além disso, pode ser danificada(Villalva e Gazoli, 2012).

No controlador de carga há três conjuntos de terminais com polaridade positiva e

negativa. O módulo nunca pode ser ligado diretamente na bateria, deste modo s conexão do

módulo é feita com um circuito interno no controlador. O terminal à esquerda do controlador

é onde a conexão do módulo é feita, e o terminal central é onde a bateria é conectada. A

energia que irá sair para os consumidores está localizada à direita do controlador, onde pode

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ser feita a conexão dos inversores ou aparelhos alimentados diretamente em tensão contínua

(Villalva e Gazoli, 2012).

2.2.4 Inversor

Como citado no capítulo 2.2, sistemas autônomos são utilizados em locais onde a

rede elétrica não é viável, então como principal utilização à rede residencial. Mas a maior

parte de dispositivos eletrodomésticos é construída para trabalhar com tensão alternada, então

para não danificar os dispositivos utiliza-se um inversor CC-CA.

O inversor é um equipamento eletrônico que converte tensão e corrente contínuas

(CC) em tensão e corrente alternadas (CA). (Villalva e Gazoli, 2012)

2.2.4.1 Princípio de funcionamento

Segundo Villalva e Gazoli (2012), o circuito do inversor se constitui em quatro

transistores, T1, T2, T3, T4. Como fonte de alimentação o módulo fotovoltaico está tensão

contínua, então ao acionar o transistor em diagonal T1 e T4, a polaridade no terminal de saída

é positiva. Em seguida esses transistores são desligados e os transistores T2 e T3 são ligados

em outra diagonal aplicando polaridade inversa aos terminais de saída. Acionando

alternadamente os transistores com frequência fixa obtém-se a onda quadrada de tensão

alternada.

3. Procedimentos metodológicos

Para a realização prática e teórica do projeto, foram utilizados alguns documentos na

forma física e eletrônica de grande importância para elaboração da pesquisa, tornando a

pratica, que é montagem de um projeto protótipo, eficiente. Também foi de grande

importância estudos e pesquisas sobre placas fotovoltaicas e energia elétrica. Está ideia

despertou interesse por se tratar de um assunto de alta relevância social e ambiental.

Na parte pratica serão utilizados placas fotovoltaicas para gerar energia e

transformá-la em energia elétrica. Como é um sistema autônomo fotovoltaico com

armazenamento, utilizará uma bateria apenas. Para regular a tensão desejada que carregará a

16

bateria foi construído um circuito, e para regular a tensão que irá alimentar o

microcontrolador, outro circuito foi construído. O microcontrolador fará a programação do

display de cristal líquido de dezesseis linhas e duas colunas (16x2)

3.1 Funcionamento do protótipo

Como citado no capítulo 3, o protótipo irá utilizar um painel fotovoltaico modelo

YL010P-17b fabricado pela empresa YNGLY SOLAR para fazer a conversão da energia

solar.

Após converter a energia solar, a energia elétrica irá ser armazenada em uma bateria

VRLA (Chumbo Ácida Selada Regulada por Válvula) de 6V e 4,5Ah fabricada pela indústria

UNIPOWER. Na imagem abaixo se pode observar as especificações técnicas da bateria.

Segundo Villalva e Gazoli (2012), baterias VRLA (Chumbo Ácida Selada Regulada

por Válvula) são baterias de gel equipadas com uma válvula de segurança que permite a

liberação de gases na ocorrência de sobrecargas, além de ter como vantagem maior vida útil

devido a maiores números de ciclos de carga e descarga.

Ao atentar-se às especificações técnicas da bateria pode se observar que a bateria tem

como tensão de carga entre 6,75 a 6,90. Então foi desenvolvido o circuito com o LM 317 para

regular a tensão fornecida pelo painel fotovoltaico.

Para ver total funcionamento e eficiência do circuito foi utilizado como ferramenta

de teste o software de simulação Proteus Design Suite versão 8. O programa eletrônico ajudou

para evitar desperdícios com dinheiro e procura de componentes, além de ajudar a identificar

falhas no diagrama elétrico.

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Figura 1 – Circuito para regular 6,9V da tensão de carga na bateria e, logo

abaixo circuito para regular 5V para o microcontrolador

Fonte: (O autor).

O LM317 é um regulador de tensão positiva com três terminais. O terminal um é de

ajuste, o terminal dois é tensão de saída e o terminal três é tensão de entrada. No circuito foi

utilizado um potenciômetro de 5k ohms para ajustar a tensão de entrada para a tensão de carga

da bateria, que de acordo com o fabricante é entre 6,75 e 6,9V. Foram utilizados também dois

capacitores de 100 ohms que tem como função filtrar transformar a corrente pulsante em

corrente continua e diminuir os ruídos. Já no circuito que alimentará o display utilizou-se um

diodo zener de 5v1, um resistor de 47ohms e um capacitor de 100 ohms. Este circuito

diminuirá a tensão da bateria de 6V para 5V, tensão necessária para alimentar o

microcontrolador pic18f4550 que fará a programação do display. Na imagem abaixo pode-se

ver o circuito em funcionamento, regulando a tensão da placa fotovoltaica para 6,92V a qual

irá carregar/recarregar a bateria, com tensão de carga sendo correspondida.

18

Figura 2 – Tensão de carga da bateria ajustada para 6,9V

Fonte: (O autor).

Figura 3 – Circuito responsável por ligar o display utilizando pic18f4550

Fonte: (O autor).

19

Na parte prática do projeto protótipo, o modelo tem como base uma casa miniatura

confeccionada de madeira. Para melhor demonstração do funcionamento e eficácia do painel

fotovoltaico, o mesmo foi utilizado como parte do telhado do protótipo.

Em cada estado do Brasil, há um ângulo de inclinação para a instalação do painel

fotovoltaico. Consultando as tabelas do livro “Energia Solar Fotovoltaica, 2012” escrito por

Villalva e Gazoli, no estado de São Paulo a latitude geográfica é de 23º, e somando mais 5º

obtem-se o ângulo de inclinação de 28º, e se possível for, sempre orientar o módulo com sua

face voltada para o norte geográfico, pois segundo Villalva e Gazoli (2012) isso maximiza a

produção média diária.

Para a instalação física foi feito o calculo da altura da haste de fixação(Z) em função

do ângulo calculado(α) levando em conta o comprimento do módulo(L) ou a distancia entre a

borda do modulo no solo e a barra de fixação(X). (Villalva e Gazoli, 2012)

Para o calculo da haste foi feita a equação: Z= L . sem α

Para saber a distancia X foi feita a equação X=L . cos α

Solução

O painel fotovoltaico utilizado no projeto tem 24,5 cm/2 = 12,25 cm . Consultando

as tabela do livro encontrei a razão Rxl = X/ L para o ângulo de inclinação citado acima. Rxl

= 0,88 (Villalva e Gazoli, 2012)

Com isso obtive o valor de X = L . Rxl = 12,25 . 0,88 = 10,78 cm (Villalva e Gazoli,

2012)

Consultando novamente as tabelas do livro (Villalva e Gazoli, 2012), encontrei a

razão Rxz = X/Z = 1,880726 e calculei a altura da haste Z=X/Rxz = 5,73 cm (Villalva e

Gazoli, 2012)

20

Figura 4 – Projeto protótipo

Fonte: (O autor).

Figura 5 – Projeto protótipo

Fonte: (O autor).

21

4 Considerações finais

O tema estudado é de muita importância ambiental, pois trata de usufruir de energia

renovável, fazendo com que diminua a emissão de gás carbônico causado pelas usinas

termoelétricas.

Com o protótipo em funcionamento pode-se observar a eficiência do Brasil em gerar

energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos trazendo assim benefícios para o consumidor

e para o mercado fotovoltaico. A aplicação em um display foi apenas uma demonstração, e

que ao utilizar um painel fotovoltaico o consumidor pode economizar na conta de luz e ajudar

o meio ambiente através de energia renovável.

O projeto está aberto a possíveis mudanças futuras buscando o aperfeiçoamento de

seu funcionamento.

5. Referências bibliográficas

Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. 3. ed. – Brasília:

Aneel, 2008.

BIGGI, RÓGER RENÓ O USO DA LUZ SOLAR COMO FONTE DE ENERGIA

ELÉTRICA ATRAVÉS DE SISTEMA FOTOVOLTAICO – SF, LAVRAS - MG 2013

GRADELLA VILLALVA, MARCELO. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA,

CONCEITOS E APLICAÇÕES, SISTEMAS ISOLADOS E CONECTADOS À REDE. – 1ª

EDIÇÃO - ED. ÉRICA, 2012.

Rüther, Ricardo Edifícios solares fotovoltaicos: o potencial da geração solar

fotovoltaica integrada a edificações urbanas e interligada à rede elétrica pública no Brasil /

Ricardo Rüther. – Florianópolis: LABSOLAR, 2004.

VALERA E BRITO, MEIO SÉCULO DE HISTÓRIA FOTOVOLTAICA –

GAZETA DE FISICA, 2006.

22

http://www1.folha.uol.com.br/mercado/2015/01/1578754-brasil-importa-energia-da-

argentina-pelo-segundo-dia-consecutivo.shtml

http://www.brasil.gov.br/infraestrutura/2015/12/projeto-preve-investimento-privado-de-r-100-

bi-em-energia-solar-ate-2030

23

ANEXO

24

APÊNDICE A – MAPA SOLAR DO BRASIL

Figura 1

Fonte: http://www.entrepreneurstoolkit.org/images/9/9d/Potencial_solar.jpg

APÊNDICE B – SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTONOMO E BANCO DE

BATERIAS

Figura 2

Fonte:

http://www.viridian.com.br/ckfinder/userfiles/images/5%20Tecnologia/offgridsolar.png

25

APÊNDICE D – ESPECIFICAÇOES TÉCNICAS PAINEL FOTOVOLTAICO E BATERIA DO PROJETO PROTÓTIPO

Figura 3

Fonte: http://www.neosolar.com.br/loja/painel-solar-fotovoltaico-yingli-yl010p-17b-

10wp.html

26

Figura 4

Fonte: http://www.unipower.com.br/index.php?/UP645.html

27

APÊNDICE E – Microcontrolador pic18f4550

Fonte: (O autor).