São Paulo - 2016

Colaboradores Adriano Aparecido da Silva

Adriano Brisolla da TrindadeAlexandre Étore Tebom

André Humberto Marcondes QuaglioSilvano Antunes de Campos Filho

Angelo MorettiAntônio Luiz ZandonadiFabrizzio Daibert Conte

Horácio BragaNeusa Rocha Ferrarezi

Rosivaldo Ferrarezi

HeRMeS JoSÉ LoSCHi

Copyright © 2016 by editora Baraúna Se Ltda.

Capa AF Capas

diagramação Felippe Scagion

Ilustração Adriano Brisolla da Trindade

revisão Mariana M. Benicá

CiP-BRASiL. CATALoGAÇÃo-NA-FoNTeSiNDiCATo NACioNAL DoS eDiToReS De LiVRoS, RJ

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L884c

Loschi, Hermes José Compreendendo um sistema fotovoltaico : uma abordagem didática conceitual / Hermes José Loschi ; ilustrador Adriano Brisolla da Trindade ; colaboradores Adriano Aparecido da Silva ... [et. al]. 1. ed. - São Paulo : Baraúna, 2015.

iSBN 978-85-437-0427-2

1. Geração de energia fotovoltaica. 2. Células solares. 3. Desenvolvi-mento energético. i. Título.

15-27002 CDD: 621.47 CDU: 620.91________________________________________________________________02/10/2015 02/10/2015

impresso no BrasilPrinted in Brazil

DiReiToS CeDiDoS PARA eSTAeDiÇÃo À eDiToRA BARAÚNA www.editoraBarauna.com.br

Rua da Quitanda, 139 – 3º andarCeP 01012-010 – Centro – São Paulo – SPTel.: 11 3167.4261www.editoraBarauna.com.br

Todos os direitos reservados.Proibida a reprodução total ou parcial, por qualquer meio, sem a expressa autorização da editora e do autor. Caso deseje utilizar esta obra para outros fins, entre em contato com a editora.

PREFÁCIO

os países em desenvolvimento enfrentam situações nas quais recursos e aplicações de energia estão propensos a ficarem limitados, particularmente, em áreas rurais. Há uma necessidade urgente de resolver essa situação. Recur-sos energéticos limitados e falta de investimentos repre-sentam um grave constrangimento e barreira para o de-senvolvimento social e econômico, apresentando desafios e oportunidades significativas para a energia renovável. Fontes de energia renováveis incluem a biomassa, energia solar, eólica e hídrica.

o uso de energias renováveis é o epítome da sus-tentabilidade, também sinônimo de desenvolvimento sustentável, e tem sido associado, mais recentemente, à redução da pobreza. Nos últimos anos, obtiveram-se grandes avanços em tecnologia, que viabilizam a utiliza-

ção da energia solar e demais energias renováveis. entre-tanto, grande parte dos desafios ainda consiste em tradu-zir os compromissos políticos de alto nível em atividades concretas que são de benefício para o mundo como um todo. Poucos duvidam de que, em um futuro próximo, as energias renováveis irão desempenhar um papel muito importante no desenvolvimento sustentável.

o desafio é como mover-se para esse futuro. este livro certamente nos ajudará a avançar nessa direção, com o objetivo de levar didaticamente o conhecimento sobre sistemas fotovoltaicos para as residências brasileiras, em seus diversos biomas e regiões. em definições mais recen-tes, os sistemas fotovoltaicos são contextualizados como instrumento de extrema importância em conceitos como Smart Grid e Smart City, contribuindo diretamente para a geração distribuída. entretanto, o objetivo deste livro é contribuir significativamente para a compreensão do sistema fotovoltaico, limitando-se apenas ao sistema fo-tovoltaico e seus principais componentes.

Aproveito a oportunidade para agradecer aos colegas pesquisadores, ao meu orientador professor dr. Yuzo iano, à minha família e em especial à minha queria e amada mãe, meu alicerce de fé, perseverança e amor. Gostaria, também, de agradecer ao ilustrador Adriano Brisolla da Trindade pela valorosa contribuição no desenvolvimento das ilustrações e ao Silvano Antunes de Campos Filho pela importante revi-são e análise do livro; sem a contribuição destes dois colegas, certamente, este livro não seria realizado.

em adicional gostaria de dedicar um espaço neste livro, para que gran-

des amigos e colaboradores possam ex-pressar suas palavras e agradecimentos pessoais. Não posso deixar de ressaltar que sem valorosa contribuição desses amigos no campo da ideia e discussões não seria possível a realização do livro.

“Gostaria de agradecer primeiramente a Deus pela oportunidade de acordar a cada dia e ter a chance de fazer melhor, agradecer à minha família e principalmente pela oportunidade de ter conhecido uma pessoa genial e com tan-ta força, para tudo que se permite fazer, e,  com certeza, uma gigantesca fonte de inspiração, chamado Hermes José Loschi”. André Humberto Marcondes Quaglio

“Agradeço primeiramente a nosso Deus, pela vida e sabedoria que nos deu. À minha esposa, pelo apoio incondi-cional e companheirismo, aos meus filhos, pelos momentos de alegria durante essa trajetória, aos meus pais, pelo incentivo e apoio, e ao Hermes José Loschi, pois sem ele este projeto não poderia ter acontecido”. Adriano Aparecido da Silva

“Agradeço em primeiro lugar a Deus, que me iluminou e me guiou no caminho percorrido. Aos meus pais que sempre estiveram ao meu lado. Agradeço também à minha esposa Ester que me deu apoio nas horas mais difíceis. À minha sogra Ligia que me incentivou e sempre estava disposta a me ajudar. Agra-deço ao Hermes José Loschi pela oportunidade e confiança neste trabalho. Escrevendo este agradecimento, sinto a vitória por esta conquista e uma forte determinação, pois só através dela é que conseguimos alcançar nosso objetivo na construção deste livro”. Adriano Brisolla da Trindade

“Agradeço aos meus pais, pelo apoio incondicional. À minha noiva, pelo companheirismo. E ao Hermes José Los-chi, pois sem ele este projeto não poderia ter acontecido”. Alexandre Tebom

“Agradeço aos meus pais, à espiritualidade e ao amigo Hermes por toda ajuda e oportunidade”. Angelo Moretti

“Nos dias de hoje, com o consumo crescente de energia elétrica e com a elevação dos custos de produção da principal forma de geração da nossa matriz energética em consequên-cia de longos períodos de estiagem, é imperativo que se bus-quem novas formas de produção, para atender a demanda. Mais importante, ainda, é que essa busca concentre seus es-forços em fontes que não causem impacto ambiental, como as hidrelétricas, termoelétricas e nucleares, por exemplo, entre outras, contribuindo, assim, para a preservação da natureza e para o bem-estar das pessoas. Assim sendo, sinto-me honra-do e agradeço ao amigo Hermes pela oportunidade de fazer parte do grupo que, cada um ao seu modo, tornou esta obra uma realidade”. Antonio Luiz Zandonadi

“Agradeço ao apoio fornecido pela família, companheiros e irmãos de jornada e a Deus, sem os quais não seriam possíveis a conclusão deste trabalho”. Fabrizzio Daibert Conte

“Agradeço à minha filha Stella e à minha esposa Liliane pelo amor e compreensão, proporcionando minha dedicação aos estudos e pesquisas, e acima de tudo a Deus, pela graça da vida e inteligência que me ilumina, ensinando a com-preender e a entender o mundo e a natureza, na plenitude de sua harmonia e potestade de suas leis”. Horácio Braga

“Primeiramente, damos graças a Deus, através do Se-nhor e Salvador Jesus Cristo, que permitiu mais esta etapa

positiva na vida de todo o time que se dedicou a escrever este livro. Também, e não em menor importância, agradecemos aos nossos filhos que nos apoiaram. Agradecemos, especial-mente, o amigo engenheiro Hermes Loschi, que nos convi-dou a participar da criação e finalização deste primeiro livro da trilogia que está por vir”. Rosivaldo Ferrarezi e Neusa Rocha Ferrarezi

“Agradeço a Deus e à minha família por tudo, aos que sempre acreditaram em meu trabalho e ao amigo Hermes José Loschi, pela oportunidade de trabalhar neste livro”. Sil-vano Antunes de Campos Filho

SumÁRIO

CaPÍTUlo 1

SiSTeMAS FoToVoLTAiCoS . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.1 o Que é um Sistema Fotovoltaico? . . . . . . . . . . . 19

1.2 Sistemas de Coleta de Águas Pluviais e Sistemas PV: Uma ideia Similar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2.1 Captação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2.2 Armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2.3 Controle do Fluxo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.2.4 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.2.5 Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.3 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

CaPÍTUlo 2

eLeTRiCiDADe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2 Tensão e Pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3 Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 Vazão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5 Resistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.6 Força e Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.7 Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.8 Circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.8.1 Polaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.8.2 Circuitos em Série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.8.3 Circuitos Paralelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.9 Corrente Alternada (CA) e Corrente Contínua (CC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.10 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

CaPÍTUlo 3

PAiNÉiS FoToVoLTAiCoS . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.2 Construção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.3 o Que Afeta a Produção de eletricidade? . . . . . . 50

3.3.1 Área Disponível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.3.2 incidência da irradiação Solar . . . . . . . . . . . . . 51

3.3.3 Posicionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4 Recebendo eletricidade de um Painel Fotovoltaico . . . 52

3.4.1 Certifique-se da Precisão na incidência da irradia-ção Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.4.2 Certifique-se de que o Painel Fotovoltaico está Per-pendicular ao Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4.3 Aquecimento do Painel Fotovoltaico . . . . . . . . 54

3.5 Conectando o Painel Fotovoltaico . . . . . . . . . . . 54

3.5.1 Painéis Fotovoltaicos Conectados em Série . . . 55

3.5.2 Painéis Fotovoltaicos Conectados em Paralelo . 56

3.6 Conectando Painéis Fotovoltaicos com Característi-cas Diferentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.6.1 Conexão em Série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.6.2 Conexões em Paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.7 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

CaPÍTUlo 4

iNVeRSoR e CoNTRoLADoR . . . . . . . . . . . . 59

4.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.2 Controlador de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.3 Controlador de Descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.4 inversores de Corrente elétrica . . . . . . . . . . . . . 63

4.5 instalação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.6 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

CaPÍTUlo 5

BATeRiAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675.2 Baterias do Sistema Fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . 685.3 Como Substituir a Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.3.1 Tipos de Baterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.3.2 Capacidade para Armazenar Carga . . . . . . . . . 705.4 Diferenças entre Baterias Carregadas e Baterias Des-carregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.5 instalação de Baterias Novas . . . . . . . . . . . . . . . . 755.6 Manutenção da Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765.6.1 Passo 1: Limpeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765.6.2 Passo 2: Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765.6.3 Passo 3: Nível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775.7 equalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.8 Segurança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805.9 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

CaPÍTUlo 6

CABoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.2 Relações entre Seção do Cabo e Perda de energia . . . 84

6.3 Relações entre Comprimento e Perda de energia . .84

6.4 Tipos de Cabos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.4.1 Tipos de Condutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6.4.2 isolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.5 Como escolher o Cabo Correto . . . . . . . . . . . . . 89

6.5.1 Mais que um Aparelho Ligado a um Cabo . . . 90

6.5.2 Conexões entre Painel Fotovoltaico e Bateria . . 92

6.5.3 Conexões entre Bateria e Aparelhos elétricos . . 92

6.5.4 Aparelhos importados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.6 Conectando Cabos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.7 Conexões da Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.8 Conectando Painéis Fotovoltaicos. . . . . . . . . . . . 95

6.9 Síntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

CaPÍTUlo 7

DiMeNSioNAMeNTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

7.1 introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

7.2 Calculando o Tamanho Correto do Painel Foto-voltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

7.3 Perdas de eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

7.3.1 Calculando o Consumo de Potência dos Aparelhos elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99