OBJETIVOS: a. Apresentar o contexto mundial das fontes de

energia convencionais e renováveis b. Introduzir conceitos fundamentais em radiação

solar e energia solar fotovoltaica. c. Apresentar o estado-da-arte em materiais e

dispositivos fotovoltaicos. d. Demonstrar ferramentas computacionais

utilizadas no dimensionamento de sistemas solares fotovoltaicos.

e. Projetar sistemas solares fotovoltaicos autônomos e interligados à rede elétrica pública.

Ao final do curso o aluno deverá ter conhecimento do contexto global das fontes de energia convencionais e renováveis, com destaque para a energia solar fotovoltaica. O aluno deverá também ter o domínio de ferramentas de cálculo de radiação solar incidente em qualquer plano e conhecimento dos principais tipos de células fotovoltaicas, dos princípios fundamentais da física de semicondutores e dos princípios de operação destes dispositivos, além de poder dimensionar um sistema de qualquer porte para atender a um consumo energético específico. A avaliação será realizada através de um anteprojeto que o aluno irá desenvolver ao longo do trimestre e apresentar ao final do período. PROGRAMA:

CAPÍTULO I FONTES DE ENERGIA

1.1 Fontes de energia convencionais

(carvão, nuclear, hidráulica, gás natural, óleo)

1.2 Consumo (Mundo x Brasil) 1.3 Fontes de energia

renováveis/alternativas 1.3.1 Energia solar fotovoltaica

CAPÍTULO II RADIAÇÃO SOLAR

2.1 Introdução: O Sol 2.2 A Constante solar 2.3 Distribuição espectral da radiação

extraterrestre 2.4 Radiação solar global, direta e difusa 2.5 Direção da radiação, inclinação e orientação 2.6 Atlas solarimétrico 2.7 Cálculo da radiação incidente em um plano

qualquer 2.8 Instrumentos de medição da radiação solar

CAPÍTULO III TÓPICOS EM FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO

3.1 Materiais semicondutores (Si, GaAs, InP,

CdTe, CuInSe2, etc.) 3.2 Estrutura cristalina e amorfa 3.3 Teoria de bandas – mecânica quântica 3.4 Elétrons e lacunas 3.5 Recombinação e tempo de vida dos

portadores 3.6 Junções p-n, p-i-n, etc.

CAPÍTULO IV CÉLULA SOLAR FOTOVOLTAICA

4.1 O efeito fotovoltaico 4.2 Absorção e tempo de vida 4.3 Geração de fotocorrente 4.4 Resposta espectral 4.5 Curva característica I-V 4.6 Corrente de curto-circuito 4.7 Tensão de circuito aberto 4.8 Fator de forma 4.9 Mecanismos de transporte de corrente 4.10 Circuito equivalente 4.11 Eficiência de conversão 4.12 Coeficiente de temperatura sobre a

potência 4.13 Resistência série e paralelo

CAPÍTULO V TIPOS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS E

SEMICONDUTORES UTILIZADOS 5.1 Silício monocristalino (c-Si) 5.2 Silício multicristalino (p-Si) 5.3 Silício amorfo e microamorfo (a-Si/µ-Si) 5.4 Arseneto de gálio (GaAs) 5.5 Fosfeto de índio (InP) 5.6 Telureto de cádmio (CdTe) 5.7 Disseleneto de cobre, índio e gálio (CIGS

ou CuInGaSe2) 5.8 Filmes finos x cristais espessos 5.9 Junção simples e junção múltipla

CAPÍTULO VI SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS

6.1 Sistemas autônomos 6.1.1 Princípio de operação (CC x CA) 6.1.2 Dimensionamento 6.1.3 Sistema de acumulação (baterias) 6.2 Sistemas interligados à rede elétrica

convencional 6.2.1 Usina solar fotovoltaica de grande porte 6.2.2 Sistemas descentralizados integrados a

edificações urbanas 6.2.3 Dimensionamento 6.2.4 Legislação e normas técnicas 6.2.5 PROJETO DE UM SISTEMA SOLAR

FOTOVOLTAICO

BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA: - An Introduction to Solar Radiation, M. Iqbal. - Semiconductors and Semimetals, H.Hovel, vol. 11, Solar Cells. - Solar Cells, M. Green. - Solar Energy Conversion:The Solar Cell, R.C.Neville. - Solar Engineering of Thermal Processes, J.A Duffie & W.A.Beckman. - Photovoltaic Fundamentals, G.Cook, L.Billman, R.Adcock. - Photovoltaics in Buildings – A Design Guide, UK Department of Trade and Industry. - Photovoltaics in Buildings – BIPV Projects, UK Department of Trade and Industry. - Artigos científicos diversos selecionados e fornecidos pelo professor encarregado da disciplina.

SOBRE A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA INTEGRADA A EDIFICAÇÕES Desde o início de sua comercialização, a energia elétrica tem sido fornecida a consumidores residenciais e comerciais por meio de geração centralizada e complexos sistemas de transmissão e distribuição. Sem peças móveis, de manutenção mínima, sem produzir ruído ou qualquer tipo de poluição e utilizando a energia praticamente inesgotável do sol, sistemas fotovoltaicos integrados ao entorno construído e interligados à rede elétrica pública vêm crescendo em importância e aplicação em todo o mundo. Edifícios solares fotovoltaicos integram à sua fachada e/ou cobertura painéis solares que geram, de forma descentralizada e junto ao ponto de consumo, energia elétrica pela conversão direta da luz do sol e servem ao mesmo tempo como material de revestimento destas fachadas e coberturas. Sistemas deste tipo injetam na rede elétrica pública qualquer excedente de energia gerado e, por outro lado, utilizam a rede elétrica como back-up quando a quantidade de energia gerada não é suficiente para atender a instalação consumidora.

SOBRE A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM SISTEMAS ISOLADOS OU AUTÔNOMOS Sistemas solares fotovoltaicos autônomos são sistemas de fornecimento de energia elétrica independentes e auto-contidos. Suas aplicações se estendem desde micro-sistemas sem acumuladores (baterias), como os encontrados em calculadoras solares, até sistemas residenciais em locais remotos, estações repetidoras e até satélites, onde um sistema acumulador com autonomia limitada e pré-determinada acumula a energia gerada, que pode ser usada em qualquer momento. Sistemas fotovoltaicos autônomos são também utilizados em qualquer aplicação onde se queira independência da rede elétrica, seja em ambiente rural (cercas elétricas, bombeamento d’água, sensoreamento remoto, iluminação, etc.) ou urbano (acionamento de portões, iluminação, sistemas de alarme, etc.). ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NA UFSC A UFSC desenvolve atividades de ensino e pesquisa em energia solar fotovoltaica desde 1997, quando foi instalado no seu Campus Central o primeiro gerador solar fotovoltaico integrado a uma edificação e conectado na rede elétrica pública no Brasil.

UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina PPGEC - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Centro de Pesquisa e Capacitação em Energia Solar

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

ECV 4219

Terça-feira - 14:00 - 18:00hs Aula em ambiente virtual com 50% de aulas síncronas e

50% de aulas assíncronas (carga horária total 45 h/a distribuída em 7 semanas)

Prof. Ricardo Rüther ricardo.ruther@ufsc.br

www.fotovoltaica.ufsc.br