Sistemas fotovoltaicos on-grid: conceitos e aplicação

Abstract

A energia solar fotovoltaica tem crescido e se desenvolvido, tanto no Brasil quanto internacionalmente, demonstrando sua importância no contexto de transição energética e sustentabilidade. O presente trabalho elabora, inicialmente, um panorama nacional e mundial, evidenciando os avanços e desafios enfrentados na implementação de sistemas fotovoltaicos, além das políticas e incentivos que promovem o uso de energias renováveis. Em seguida, detalha os componentes essenciais de um sistema fotovoltaico, como os módulos solares e os inversores, explicando seu funcionamento e integração. Os circuitos equivalentes que modelam o comportamento elétrico dos painéis solares, incluindo a relação entre tensão e corrente para aperfeiçoar a performance do sistema também são explorados. A seguir, o trabalho apresenta os cálculos e as equações necessárias para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica, abordando aspectos como a radiação solar, a eficiência do painel e o consumo energético da residência. Finalmente, realiza o dimensionamento prático de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica de uma residência, levando em consideração as variáveis locais, como a radiação média diária e o perfil de consumo da residência. Com isso, determina o número de módulos solares necessários para atender a demanda energética, bem como o tipo de inversor adequado para garantir a eficiência do sistema. O estudo conclui que, apesar dos desafios iniciais, a energia solar fotovoltaica representa uma solução promissora e viável economicamente, especialmente com o avanço das tecnologias e o apoio das políticas públicas.

Photovoltaic solar energy has been growing and developing both in Brazil and internationally, demonstrating its importance in the context of the energy transition and sustainability. This paper initially provides a national and global overview, highlighting the advances and challenges faced in the implementation of photovoltaic systems, as well as the policies and incentives promoting the use of renewable energy. It then details the essential components of a photovoltaic system, such as solar modules and inverters, explaining their operation and integration. The equivalent circuits modeling the electrical behavior of solar panels, including the relationship between voltage and current to improve system performance, are also explored. Next, the paper presents the calculations and equations necessary for the design of a grid-connected photovoltaic system, addressing aspects such as solar radiation, panel efficiency, and the energy consumption of the residence. Finally, it conducts the practical design of a grid-connected photovoltaic system for a residence, considering local variables such as daily average radiation and the residence's consumption profile. Based on this, it determines the number of solar modules needed to meet the energy demand, as well as the appropriate inverter type to ensure system efficiency. The study concludes that, despite the initial challenges, photovoltaic solar energy represents a promising and economically viable solution, especially with the advancement of technologies and support from public policies.