REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ar10202411301026
Duelison Diogo Talon; João Frederico Santos De Lima; Miqueias Benicio Macedo; Ryan De Paula Salomão; Tiago Pinheiro Dos Santos; Orientador: João Edson Leite Júnior.
Resumo
O seguinte artigo explora a temática da sustentabilidade e a utilização da energia solar como uma alternativa viável para a geração de eletricidade, em resposta à crescente crise socioambiental provocada pelo modelo de produção e consumo contemporâneo. Desenvolvido por alunos do curso de Engenharia Mecatrônica do Centro Universitário Aparício Carvalho (FIMCA), o trabalho destaca a importância da conscientização sobre práticas sustentáveis e a educação ambiental. A pesquisa é estruturada em seções que abordam a introdução do problema, a justificativa para a escolha do tema e os objetivos que orientam o estudo. A metodologia adotada permite a coleta e análise de dados socioambientais, com ênfase na energia solar como técnica sustentável. O referencial teórico examina aspectos da energia solar, instrumentos de medição da radiação solar e a interrelação entre energia solar e sustentabilidade. Os resultados obtidos indicam que a energia solar não apenas representa uma alternativa otimizada para a geração de eletricidade, mas também contribui para a redução dos impactos ambientais, promovendo um desenvolvimento mais sustentável. O artigo conclui que a análise qualitativa dos dados é essencial para compreender a aplicabilidade da energia solar e seus benefícios para as comunidades, ressaltando a necessidade de políticas públicas que incentivem a adoção dessa prática em larga escala.
Palavras-chave: Sustentabilidade, Energia solar, Eletricidade, Impacto ambiental, Geração elétrica.
1 INTRODUÇÃO
Sabe-se que nos últimos anos o planeta enfrenta imensa crise socioambiental, advindo sobretudo do exacerbado ciclo de produção e consumo agregado pelo mundo globalizado, fator este que causa intenso desequilíbrio ambiental. Assim, a inserção do entendimento frente esta problemática e ainda a conscientização são intentos presentes no processo de sustentabilidade e educação Ambiental (LEFF, 2012).
Os impactos causados ao ambiente têm larga escala, que parte desde o consumo extraordinário, com aumento de resíduos sólidos no planeta, bem como o uso intensivo do solo para a construção de estradas e de estacionamentos e tantas outras edificações. Todavia, embora o fenômeno da sustentabilidade seja visto e considerado como termo recente, quando comparado a sua implantação, é inadmissível que pouco seja feito diante de tantos aditivos legais (MENDONÇA, 2012).
A energia é vista como um recurso fundamental para garantir um mínimo de qualidade de vida, e as atividades providas com a energia elétrica são os reais determinantes da pobreza que forçam as populações que não têm acesso a energia nem a tecnologias eficientes de uso das fontes energéticas disponíveis, a utilizar sua própria energia, a de animais, e da biomassa, para sua sobrevivência (MEINECKE, 2005).
Dessa forma, salientamos a relevância de pesquisas que fomentem a utilização de técnicas, materiais e métodos renováveis e sustentáveis, principalmente em projetos com baixo custo orçamentário, tornando-o, dessa forma, acessível a grande parte da população.
Entender esse processo de técnicas aplicáveis em domicílios abre um leque para observar inúmeras possibilidades de também melhorar a qualidade de vida das pessoas. Nesta perspectiva, o interesse pela pesquisa surgiu em função da observância de que a formação em Eletrotécnica vem operando nas áreas de projetos, instalação e manutenção de sistemas eletroeletrônicos industriais e habitacionais. Demonstrando-se assim que é possível causar menos impactos no meio ambiente, além de favorecer quem necessita de energia.
2 JUSTIFICATIVA
O Brasil possui uma das matrizes energéticas mais limpas do mundo, 41% de sua produção total de energia se origina de fontes renováveis. Esse número está diminuindo, no entanto, por causa das secas recentes, resultando na diminuição da potência de hidrelétricas. Na última década, o Brasil mudou seu foco para diversificar sua matriz, buscando outras fontes renováveis, recursos como energia eólica, pequenas hidrelétricas e biomassa (DELGADO; CUNHA, 2020).
Percebe-se que desde 2014, o Brasil tem dado ênfase para a energia solar como forma de diversificar a produção de eletricidade. Há uma demanda esperada de 1 GW por ano em novos empreendimentos e a oferta limitada de dentro do Brasil, que combinadas com regulamentações que exigem produção local, criaram condições favoráveis para cooperação.
Assim, sabendo-se que há a possibilidade do intenso uso desta fonte de energia, a formulação de perspectivas desse novo sistema de geração de energia demanda de esforços teórico-prático não somente pela geração de energia fotovoltaica por meio de células solares para converter energia de o sol em energia elétrica. Mais que isso, a energia solar gera uma economia que varia significativa na conta de luz.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Demonstrar a possibilidade do aproveito da energia solar enquanto alternativa para geração de energia elétrica para uso domiciliar.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Explanar sobre Energia Solar fotovoltaica;
- Demonstrar o dimensionamento de um sistema de Energia Solar fotovoltaica;
- Apresentar a aplicação da energia solar direcionada ao domicílio.
4 REFERENCIAL TEÓRICO
O conhecimento do efeito fotovoltaico remonta ao século XIX, quando em 1839 Becquerel demonstrou a possibilidade de conversão da radiação luminosa em energia elétrica mediante a incidência de luz em um eletrodo mergulhado em uma solução de eletrólito. A energia solar pode ser convertida diretamente em eletricidade utilizando- se das tecnologias de células fotovoltaicas. É vista como uma tecnologia do futuro, visto que se utiliza uma fonte limpa e inesgotável que é o Sol (LIMA et al., 2020)
4.1 UM POUCO SOBRE O RECURSO SOLAR
O Sol, conforme aponta Lenz (2016), fornece anualmente, para a atmosfera terrestre, 5,445 x 1024 joules ou 1,5125 x 1018 kWh de energia. Trata-se de um valor considerável comparado, por exemplo, com o total de energia produzido em 1970 por todos os sistemas desenvolvidos pelo homem, que foi igual a 2 x 1020 joules ou 0,004% da energia recebida do Sol. Ao longo do século, uma atenção crescente está sendo dada ao estudo das possibilidades de aproveitamento desta forma de energia. Isto requer um conhecimento detalhado da mesma, de quanta energia está realmente disponível e em que frequência e comprimento de onda.
A transmissão da energia do Sol para a Terra se dá através da radiação eletromagnética, sendo que 97% da radiação solar está contida entre comprimentos de onda de 0,3 a 3,0 µm, o que caracteriza como uma radiação de ondas curtas. Para a análise da radiação na superfície terrestre é importante o conhecimento da intensidade da radiação e de sua composição (ECHER et al., 2001)
A radiação solar, incidente no limite superior da atmosfera, sofre uma série de reflexões, dispersões e absorções durante o seu percurso até o solo devido as flutuações climáticas. Radiação direta é a radiação proveniente diretamente do disco solar e que não sofreu nenhuma mudança de direção além da provocada pela refração atmosférica. Radiação difusa é aquela recebida por um corpo após a direção dos raios solares ter sido modificada por reflexão ou espalhamento na atmosfera. A radiação refletida depende das características do solo e da inclinação do equipamento captador (FADIGAS, 2016).
4.2 INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA MEDIR A RADIAÇÃO SOLAR
Conforme descreve Fadigas (2016) os instrumentos solarimétricos medem a potência incidente por unidade de superfície, integrada sobre os diversos comprimentos de onda. A radiação solar cobre toda a região do espectro visível, 0,4 a 0,7 µm, uma parte do ultravioleta próximo de 0,3 a 0,4 µm, e o infravermelho no intervalo de 0,7 a 5 µm. As medições padrões são a radiação total e componente difusa no plano horizontal e a radiação direta normal.
Existem vários instrumentos de medição da radiação solar podendo-se destacar:
a) Heliógrafo – Este instrumento tem por objetivo medir a duração da insolação, ou seja, o período de tempo em que a radiação solar supera um dado valor de referência. O heliógrafo opera a partir da focalização da radiação solar sobre uma carta que, como resultado da exposição, é enegrecida. O comprimento desta região mede o chamado número de horas de brilho de Sol.
b) Piranômetros – São instrumentos que medem a radiação total, ou seja, a radiação que vem de todas as direções no hemisfério. Destacam-se os piranômetros fotovoltaicos e termoelétricos.
c) Piroheliômetros – É um instrumento utilizado para medir a radiação direta. Ele se caracteriza por possuir uma pequena abertura de forma a “ver” apenas o disco solar e a região vizinha, denominada circunsolar.
d) Actinógrafos – São utilizados para medição da radiação total ou sua componente difusa, possuindo o sensor e registrador na mesma unidade. Consiste essencialmente em um receptor com três tiras metálicas, a central de cor preta e as laterais brancas. As tiras brancas estão fixadas e a preta está livre em um uma extremidade, e irão se curvar, quando iluminadas, em consequência dos diferentes coeficientes de dilatação dos metais que as compõem.
Dentro desta perspectiva instrumentalista da radiação solar, o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito possui o mapeamento da irradiação solar em nível mundial por meio da localização geográfica informada. Contendo também a irradiação de todos os meses e suas respectivas médias anuais (CRESESB, 2014).
4.3 ENERGIA SOLAR E SUSTENTABILIDADE
A gestão para a sustentabilidade, nos traz que discursas sobre o contexto resíduos tem sido agente motivador de preocupações nos últimos anos. Presentemente, as bibliografias que abordam sobre o tema são bastante amplas, porém fundamentalmente voltada para características técnicas de gestão. Portanto, o foco aqui é discutir sobre a sustentabilidade com base na educação ambiental para que assim, haja mudança no paradigma atual (MANEIA et al., 2014).
A percepção de impactos sobre a saúde são a fonte mais importante para a percepção de riscos ambientais, e que tal percepção é modificada e suplementada por conversas com indivíduos próximos, principalmente no extrato socioeconômico mais baixo, embora questões como o impacto direto na condição financeira ou no valor da propriedade individual também sejam bastante relevantes (AMORIM et al., 2009).
Os impactos danosos no ambiente estendem-se desde o consumo extraordinário, e em crescimento, da geração de resíduos sólidos até a poluição sonora, a crescente emissão de gases que provocam a poluição atmosférica — que são inalados, contaminam água e alimentos — e o efeito estufa. Outro prejuízo ambiental nem sempre reconhecido é o uso intensivo do solo para a construção de estradas e de estacionamentos, obstruindo a infiltração das águas pluviais no solo, provocando a fragmentação de hábitat e a compactação do solo (MENDONÇA, 2012).
É preciso interesse no cumprimento das normas legais ambientais e a forma mais eficiente de contornar esse problema é fazer com que as decisões a serem tomadas em relação aos problemas ambientais tornem-se mais abertas, transparentes e democráticas, concedendo à sociedade maior poder político e responsabilidade no uso dos recursos governamentais. Estudos, não só nas áreas política e ambiental, mostram que, quanto maior o diálogo entre as partes envolvidas e a percepção de controle sobre o processo de decisão, maior o comprometimento, o envolvimento, o desempenho e a motivação pessoal (SIQUEIRA, 2008).
A aplicação das legislações é importante nestas projeções, assim temos a Lei n° 6.938, de 31 de agosto de 1981 que atua estabelecendo limitantes para os projetos. Na referida lei, incentiva-se o licenciamento ambiental (LA) e estudos 17 de impactos ambientais (EIA); econômicos, como os incentivos fiscais e caução ambiental; e técnicos como o desenvolvimento de novas tecnologias, parâmetros ambientais, pesquisa e descobrimento de novas jazidas (BRASIL, 1981).
Segundo Tannous e Garcia (2008), outra legislação relevante foi instaurada a partir de 1992 na Conferência do Meio Ambiente e Desenvolvimento Humano, realizada no Rio de Janeiro, a Organização Internacional de Normalização (ISO) sancionou um padrão normativo a ser implementado na indústria: as normas ISO 14000. Essas diretrizes trouxeram benefícios ao sistema de gestão ambiental, propondo um padrão global de certificação e identificação dos serviços e produtos no segmento ambiental.
A sustentabilidade fundamenta-se na utilização racional dos recursos disponíveis. O homem é dependente do uso de energia e equilibrar a demanda e oferta se tornou uma das principais agendas da sociedade moderna. Nesse contexto, a busca por fontes e modos alternativos para utilização da energia se mostram como solução para esta problemática (DINÇER,2011).
Porto (2010) aponta para o fato de que uma opção racional é a energia solar, visto que é a energia renovável mais utilizada. A energia gerada pelo sol, que pode ser: Energia Solar Térmica – captada por coletores solares, aquecendo diretamente a água, dispensando chuveiros elétricos e aquecedores, se dá pela transferência de energia (calor). Ou também Energia Solar Fotovoltaica – captada por painéis solares fotovoltaicos, eles são capazes de capturar os raios solares e gerar energia elétrica, que pode ser armazenada em baterias para uso fora do período em que existe sol.
Além de renovável, não polui o meio ambiente.
5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
O desenvolvimento e organização da metodologia proposta, dividiu-se em quatro partes para melhor orientar a coleta de dados e a discussão de seus achados. Sendo estas: o seu tipo, o local da pesquisa, a coleta de dados e a análise dos mesmos.
5.1 TIPO DE PESQUISA
Estudo descritivo exploratório de campo com abordagem qualitativa, que na concepção de Gil (2008), têm como objetivo principal a descrição das características de determinada população ou fenômeno ou, também, o estabelecimento de relações entre variáveis. Ou ainda a busca por informações a respeito de sujeitos, grupos, instituições ou situações, a fim de caracterizá-las e evidenciar um perfil.
Trata-se, portanto, de um estudo de caso, utilizando-se de dados qualitativos, coletados a partir de fatos reais, com o objetivo de elucidar, explorar ou delinear acontecimentos atuais do próprio contexto. Sendo corroborado com as pesquisas exploratórias, as quais compreender um fato ainda pouco estudado (YIN, 2010).
Neste intento, o tipo de pesquisa selecionada viabiliza a descoberta de novos conhecimentos para a comunidade envolvida, bem como para a sociedade. Por meio da busca de um sistema alternativo de geração de energia elétrica que seja sustentável e aplicável em ambiente domiciliar, explorando para identificar alternativas sustentáveis que agreguem valor, bem estar e economia ao beneficiário deste sistema de geração de energia. Mostrando-se qualitativa por trazer implicações capazes de evidenciar uma realidade econômica e sustentável disposta a população em geral.
O levantamento fotográfico, o diagnóstico de todos os materiais aplicados e o dimensionamento dos espaços, após a análise, visa trazer subsídios capazes de gerar resultados e por meio destes contribuir para a melhoria da vida em sociedade e ainda impulsionar novos arranjos nos moldes domiciliares.
5.2 LOCAL DA PESQUISA
O local de apreciação para esta pesquisa, será uma unidade consumidora do tipo residencial no bairro Areia Branca no Município de Porto Velho.
Figura1: Vista da localização do Bairro Areia branca/ cidade de Porto Velho-RO
O Em 1950 foi aberto uma estrada denominada Areia branca, para propiciar o acesso à colônia do Areia Branca, implantada para assentar colonos oriundos de outras regiões, pelo governo do então território federal do Guaporé.
Bairro localizado na zona oeste de Porto Velho, delimitado pelos bairros militar, Eletronorte, Novo Horizonte e BR-364, recebe este nome em referência ao igarapé da região que atraia nas décadas de 1940 a 1970 muitas pessoas com o intuito curtir os finais de semana. Dentre os componentes do Areia Branca, pode-se destacar a fábrica da Coca-Cola, igreja São Geraldo Magela e a Organização dos Seringueiros de Rondônia – OSR (BORZACOV, 2018).
5.3 COLETA DE DADOS
O processo de coleta de deve ocorrer por meio de visitas e observações in loco, nas quais coletam-se dados reveladores das necessidades da implantação de um sistema alternativo de geração de energia elétrica, no caso, a energia solar, por ser um recurso renovador e sustentável. De forma a adequar a captação de energia para residências não se tem rede elétrica, ou seja, áreas mais afastadas da área urbana.
O máximo de informações devem ser coletadas sobre o referido local, utilizando-se além da observação, a facilidade da coleta de forma indireta. Assim, não há a necessidade de interagir com os sujeitos durante todo o período de coleta. Lembrando que o objetivo deste levantamento visa entender as condições dessa moradia, bem como os possíveis problemas relacionados às mesmas.
Neste intento se faz necessário visitas ao local de pesquisa para que seja possível a realização do levantamento arquitetônico de uma das residências, com a devida identificação da necessidade de implantação deste arrojado sistema de geração de energia.
Para tal, a coleta dos dados será feita de forma organizada, com o cuidado de afastar possíveis erros. Assim, de forma bem facilitada, pensa-se em proceder da seguinte forma:
- Verificar o perfil da unidade consumidora;
- Identificar o custo do consumo elétrico da referida unidade consumidora;
- Aspectos técnicos para instalação;
- Levantar a viabilidade econômica da instalação;
- Conferir a média de insolação da localidade;
- Realizar um levantamento fotográfico;
- Efetuar um Payback do projeto idealizado para a unidade consumidora.
5.4 ANÁLISE DADOS
Conforme Minayo (2006), a análise tem por finalidade estabelecer uma compreensão dos dados coletados, confirmando ou não os pressupostos da pesquisa, assim, considerando as peculiaridades do local, como clima e a cultura regional, o olhar para a realidade social é um fator importante a ser analisado, empiricamente de modo a organizar dados socioambientais para atender aos objetivos propostos.
Deste modo, com a análise do material levantado, o mesmo se demonstra de grande importância enquanto base para uma análise qualitativa, compreendendo de forma ampla a geração de energia por meio do recurso solar enquanto técnica sustentável capaz de se tornar uma alternativa de otimização da aplicabilidade da energia solar e seus benefícios para a determinada fonte consumidora.
Importante dizer que as fotografias são meios imprescindíveis para registrar e identificar os espaços passíveis para o planejamento e implantação desse sistema de captação e geração de energia enquanto subsídio sustentável. Com relação a escolha da localidade, importante dizer que a mesma se deu pelo distanciamento da área urbana da cidade.
A organização do projeto a partir dos dados coletados, busca apresentar a disposição e aplicabilidade do sistema de geração de energia para unidade consumidora residencial, sendo possível um melhor aproveitamento da energia solar enquanto fonte de energia. Para que assim possa ser possível a disposição de projetos deste tipo em outras unidades consumidoras que se encontram em lugares distantes das redes elétricas.
Para análise de cada situação levantada, durante a coleta de dados, os mesmos serão elencados de forma cuidadosa elaborando assim um relatório de demandas. Igualmente, as demonstrações de situações diagnosticadas no processo de implementação do projeto, permitem, caso necessário, que mudanças e substituições podem ser discutidas para que se atendam os objetivos da pesquisa.
Com isso, as informações sobre a instalação e monitoramento do sistema projetado para geração de energia, demanda ainda da necessidade de ser verificado quanto ao seu funcionamento e se o mesmo está superando as expectativas de geração.
A observação será uma grande aliada no processo de análise dentro da proposta de utilizar o sol como recurso natural e sustentável para a geração de energia. Mais que isso, todos os dados coletados servirão de arcabouço para que seja possível mirar as adequações e seus benefícios advindos de fontes naturais e sustentáveis com vistas a ampliação para outros beneficiários.
6 VIABILIDADE TÉCNICA
A viabilidade técnica e econômica de instalação de um sistema de geração de energia solar através de placas fotovoltaicas em uma unidade consumidora do tipo residência no município de Porto Velho – RO será baseada no consumo médio visto em KWh/mês. Assim, o sistema de geração de energia deverá ser orçado através de um simulador eletrônico disposto na internet, onde, uma estimativa sobre a potência do sistema de energia solar será realizada para saber ao certo sobre as placas solares corretas a ser instalada na referida unidade consumidora frente as respectivas capacidades em watts.
De posse destas informações, um Payback que apresente um retorno financeiro positivo será mensurado por meio de alguns valores que são estipulados como o VPL (Valor Presente Líquido) e a TIR (Taxa Interna de Retorno). Indicadores que auxiliam no processo decisivo, apontando ou não se o investimento deve ser feito.
Deste modo, acredita-se que o projeto proposto seja viável, haja vistas o aumento do custo na conta de energia elétrica, mirando assim, uma possibilidade de investimento que capte da própria natureza um recurso que além de sustentável oferece uma fonte de energia independente e que gera economia.
Na perspectiva de sua viabilidade, é possível fazer uma demonstração do cálculo de quantidade de placas e potência das placas e do Inversor, assim vejamos:
- Após localizar na conta de energia a informação, (média de consumo anual), acrescenta-se a este valor 20%, onde, 20% é o fator de perda por diversos motivos como por exemplo: poeira, cabeamento e funcionamento do Inversor.
À exemplo temos:
Média anual 300kw
300+20%=360
Após este processo, divide-se este valor por 30 dias e posteriormente pela incidência de sol pico. Vejamos um exemplo para a cidade de Porto Velho.
360kw ÷ 30 dias ÷ 4,6 horas
Logo: será necessário 1 kit de 2,6KWp (kilowatts (kW)/pico), que multiplicado por 1000 demostra a necessidade de um painel solar usar de 2.600 watts.
Assim, sabendo-se que a unidade consumidora utilizará 2.600 watts, basta dividir o respectivo valor pela quantidade de placas cuja sua soma se igualhe ou se demonstre superior a esse valor. Por outro lado, o Inversor poderá ser com a potência de até 20% a menos ou a mais que a soma das placas.
Por se tratar de uma instalação elétrica de baixa tensão, seguiremos um sistema de aterramento no esquema TN-S (conforme norma ABNT NBR 5410:2004). Onde uma barra de equalização de potencial, interligando a entrada de energia será instalada. Importante dizer que a referida proposta dispõe de aplicabilidade técnica também para indústrias.
Lembrando que todo o arranjo para a instalação fotovoltaica para a unidade consumidora do tipo residência será composto dos seguintes sistemas:
- Previsão de cargas;
- Painéis solares;
- Inversor;
- Fiação.
Este sistema possui a seguinte descrição em sua geração de energia:
Vale ressaltar que os cabos solares (CC) devem ser instalados ao tempo, para melhor identificação da polaridade e devem ser nas cores preta e vermelha. Vejamos suas características:
- o Condutor: Fio de cobre estanhado
- Formação: Classe 5
- Isolação: Polietileno reticulado (XLPE)
- Cobertura: Composto Termofixo livre de Halogêneo (SHF1)
- Cabo solar fotovoltaico deverá ser resistente a altas temperaturas e Raios UV.
Um disjuntor termo magnético também deve ser instalado, o qual ficará responsável pela segurança e manobra do sistema. Ou seja, o inversor contara com a stringbox individualizada facilitando a manutenção caso necessária. Isso demonstra o aumento da segurança de todo o sistema.
6.1 RECURSOS FINANCEIROS
Os materiais tem efeito orientativo para orçamento, devendo ser completados se necessário. Suas medidas devem ser verificadas no local de instalação.
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