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Energia Fotovoltaica: Guia Prático de Dimensionamento – Versão 1.0
Verifique se você está com a versão atualizada em http://www.escoladaenergia.com
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O que você vai encontrar no manual
1. Conceitos Fundamentais
2. Como identificar o recurso solar local
3. Como fazer o levantamento do consumo
4. Como escolher o módulo fotovoltaico
5. Produção de energia
6. Cálculo do número de módulos
7. Componentes do sistema fotovoltaico
8. Exemplo de dimensionamento
Autor
A Escola da Energia foi criada para ajudar engenheiros,
técnicos, estudantes e outros interessados em energias
renováveis a entender os princípios de funcionamento das
tecnologias de aproveitamento da energia solar e eólica,
tanto para geração de eletricidade quanto para
aquecimento de água.
Para que eles possam aproveitar as oportunidades de
negócios e desenvolver suas carreiras na área de energia
renováveis.
Sem que percam tempo e dinheiro buscando diversas
fontes de informações.
Espero que esse guia possa ser útil para você. Não deixe
de visitar o site http://www.escoladaenergia.com
Um grande abraço,
Daniel Coelho

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1 Conceitos Fundamentais
O dimensionamento do sistema fotovoltaico é uma das
etapas mais importantes de um projeto de instalação
fotovoltaica. A partir do dimensionamento dos
componentes do sistema é possível iniciar a análise de
viabilidade técnica e econômica do uso do sistema
fotovoltaico.
Partindo do princípio que existem leitores iniciantes e
avançados em relação a tecnologia fotovoltaica,
começaremos no nível mais básico a fim de atender as
necessidades da maioria dos leitores.
Um sistema fotovoltaico tem como principal componente
os módulos fotovoltaicos, responsáveis pela transformação
da energia solar em eletricidade. Os módulos fotovoltaicos,
porém, não trabalham sozinho. Para alimentar as cargas
elétricas são necessários outros componentes. Para cada
tipo de aplicação há componentes diferentes.
As duas principais aplicações dos sistemas fotovoltaicos
são:
Sistema fotovoltaico isolado da rede elétrica.
Sistema fotovoltaico conectado a rede elétrica.

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2 Como Identificar o Recurso
Solar no Local
A disponibilidade do recurso solar no local é o ponto mais
importante para o projeto de um sistema fotovoltaico. Não
adianta ter o módulo mais eficiente e instalação mais
perfeita se não há radiação solar suficiente no local.
Medir a radiação solar existente em um local não é uma
tarefa simples. São necessários medidores específicos,
como por exemplo, o piranômetro para medir a radiação
solar global e o pireliômetro para medir a radiação solar
direta. Além disso, a medição deve ser feita por um
período de pelo menos um ano para identificar a
sazonalidade existente.
Para um dimensionamento preliminar do sistema não é
necessário realizar todas essas medidas. Uma forma mais
fácil é usar os bancos de dados de radiação solar
existentes. A figura abaixo mostra o mapa de radiação
solar no Brasil.
Fonte: (ENIO BUENO PEREIRA et al., 2006)

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De acordo com o mapa é possível perceber que a radiação
solar média diária no Brasil varia entre 4 e 6 kWh/m2
/dia.
Os valores fornecidos pelo mapa são médias diárias, não
sendo possível avaliar a variação da radiação solar ao
longo do ano.
Entretanto, para efeito de dimensionamento do sistema os
dados são suficientes para uma analise preliminar.
Caso seja necessário um acompanhamento mais rigoroso
da radiação solar ao longo do ano existem outras
ferramentas disponíveis.
Uma delas, que é gratuita, é o programa SunData
disponível no site do Cresesb (Centro de Referência para
Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito).
Você vai precisar apenas das coordenadas geográficas do
local, ou seja, longitude e latitude.
Uma vez identificada a radiação solar presente no local da
instalação fotovoltaica o próximo passo é identificar o
consumo de energia elétrica a ser suprido com os módulos
fotovoltaicos.

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3 Como Fazer o Levantamento do
Consumo de Energia
Identificar o consumo de energia elétrica de forma
adequada é fundamental para o bom funcionamento do
sistema. No caso do sistema isolado da rede essa etapa é
ainda mais importante, pois nesse caso se a energia não for
suficiente para alimentar as cargas não haverá a rede
elétrica para funcionar como fonte de reserva.
A identificação do consumo de eletricidade em sistema
conectado a rede é mais simples. Bastas analisar as contas
de energia elétrica fornecida pela concessionária de
energia elétrica local durante o último ano.
É importante verificar o consumo durante o ano para
identificar os valores máximos, mínimos e a média de
consumo de energia elétrica.
Com base nos valores de consumo pode-se começar a
analisar o consumo que deve ser atendido. Optando-se por
atender o consumo mínimo existirão meses do ano que a
demanda não será totalmente atendida. Por outro lado, se o
sistema for dimensionado para o consumo máximo,
existirão meses com excesso de energia. Escolhendo o
consumo médio, alguns meses também não terão a
demanda totalmente atendida.
Considerando que o sistema se beneficiará da resolução da
ANEEL para interligação de sistemas de geração
distribuída proveniente de fontes renováveis a princípio a
escolha do valor de consumo mínimo, máximo ou médio
não representa um problema, em termos de funcionamento
do sistema.
Nos meses com excesso de geração a energia pode ser
injetada na rede para ser compensada nos meses em que a
geração não for suficiente para atender o consumo.

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Para efeito de dimensionamento do sistema fotovoltaico
será considerado o valor médio de consumo.
Uma observação importante. Na prática esse não seria o
valor ideal. De acordo com a resolução da ANEEL para
interligação de sistemas de geração distribuída proveniente
de fontes renováveis, o consumidor deve arcar com o custo
de disponibilidade da rede elétrica. Nesse caso o
consumidor paga o equivalente ao consumo de 100
kWh/mês no caso de utilizar um sistema trifásico, 50
kWh/mês para sistema bifásico e 30 kWh/mês para sistema
monofásico.
A situação mais apropriada seria escolher o valor de
consumo médio e abater o valor referente ao consumo
mínimo que o consumidor tem que pagar consumindo ou
não a energia da rede.
Identificar o consumo de energia em sistemas isolado da
rede é mais complexo. O dimensionamento do sistema
isolado da rede deve ser mais preciso, pois nesse caso a
rede elétrica não está presente para servir de fonte de
reserva.
O primeiro ponto para identificar o consumo é o correto
levantamento da potência de todos os equipamentos que
estarão presentes na instalação. A potência dos
equipamentos pode ser encontrada nos próprios
equipamentos.
Em seguida deve ser estimado o tempo de uso de cada
equipamento. O consumo de energia é calculado
multiplicando-se a potência de cada equipamento pelo seu
tempo de uso.

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4 Como Escolher o Módulo
Fotovoltaico
As principais tecnologias de células fotovoltaicas
disponíveis comercialmente são: silício monocristalino,
silício policristalino e filme fino.
As células de silício cristalino são dividas em células
monocristalinas, policristalinas e Arseneto de
Gálio(GaAs).
As principais células de filme fino são: silício amorfo,
telureto de cádmio (CdTe), sulfureto de cádmio (CdS) e
cobre-índio-galio-selênio (CIGS). Além disso, as células
de filme fino podem ser de junção simples, dupla ou tripla.
Existem também outros tipos de células fotovoltaicas em
desenvolvimento.
Para o dimensionamento do sistema fotovoltaico as
características mais importantes dos módulos fotovoltaicos
são suas dimensões físicas e o seu rendimento.

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5 Produção de Energia
O cálculo da energia produzida pelo módulo fotovoltaico
pode ser feito por meio do método da insolação.
O método da insolação consiste no uso da seguinte
fórmula:
EFV = Esol . A . 
Onde:
EFV = Energia produzido pelo módulo fotovoltaico [Wh]
Esol = Radiação solar média diária no local [kWh/m2
/dia]
A = Área do módulo fotovoltaico
 = Rendimento do módulo
O método considera que os módulos foram instalados em
condições ideias, com uso dos recursos de MPPT
(Maximum Power Point Tracking – Rastreamento do
Ponto de Máxima Potência).

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6 Cálculo do Número de Módulos
Fotovoltaicos
A quantidade de módulos fotovoltaicos necessários para
atender a carga pode ser calculada dividindo-se a energia
que se deseja atender pela energia produzida por cada
módulo.
N = Econsumo / EFV
Onde:
N = Número de módulos fotovotaicos
Econsumo = Consumo de energia
EFV = Energia produzida pelo módulo fotovoltaico

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7 Componentes do Sistema
Fotovoltaico
Os outros equipamentos do sistema fotovoltaico, além dos
módulos, dependem do tipo de configuração utilizada.
Os equipamentos do sistema de proteção, assim como os
cabos e as conexões não estão sendo considerados. Esses
componentes seguem as regras utilizadas nas instalações
elétricas tradicionais encontradas na norma NBR 5410.
Equipamentos do Sistema Fotovoltaico
Isolado
Módulos Fotovoltaicos
Baterias
Controlador de Carga
Inversor

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Bateria
As baterias tem papel fundamental nos sistemas
fotovoltaicos isolados da rede. Elas são responsáveis por
armazenar a energia produzida pelos módulos para serem
usadas quando o Sol não estiver presente.
Os principais tipos de baterias encontrados no mercado
são: automotivas, de tração e estacionárias.
As baterias automotivas são projetadas para descargas
rápidas com alta taxa de corrente e profundidade de
descarga reduzida. Geralmente descarregam 20% em uso
normal.
As baterias de tração operam em regime de ciclos diários
profundos e taxa de descarga moderada.
Baterias estacionárias permanecem em flutuação,
estado de carga próximo a plena carga, e são solicitadas
ocasionalmente. Baterias estacionárias de ciclo profundo
podem descarregar-se até 50% ou 80%.
As baterias utilizadas em sistemas de fontes alternativas
são projetadas para ciclos diários rasos com reduzida taxa
de descarga, porém devem suportar descargas profundas
esporádicas, períodos com escassez de recurso.
O dimensionamento do banco de baterias deve considerar:
 O consumo diário de energia;
 A autonomia, número de dias que o banco de
bateria pode atender o consumo sem que
haja produção de energia em dias de pouca
insolação;
 A profundidade do ciclo de descarga da
bateria.

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Controlador de Carga
O controlador de carga é utilizado para fazer a conexão
entre os módulos fotovoltaicos e a bateria do sistema. A
função do controlador de carga é garantir o fluxo de
energia entre as fontes de geração e o banco de baterias,
evitando a sobrecarga, a descarga excessiva e controlando
o carregamento das baterias. Garantindo dessa forma a
maior vida útil para as baterias.
Para evitar a sobrecarga das baterias o controlador de carga
desconecta os módulos fotovoltaicos quando a bateria está
totalmente carregada. No caso da proteção contra descarga
excessiva o controlador de carga interrompe o
fornecimento de energia para a carga quando a bateria
atingir o nível de carga mínimo de segurança.
O gerenciamento da carga da bateria depende do uso de
controladores mais sofisticados que possuem as funções de
respeitar o perfil de carga das baterias (controlador PWM)
e fazer com que os módulos fotovoltaicos operem no ponto
de máxima potência (controlador MPPT).
O dimensionamento do controlador de carga considera a
tensão de operação e a corrente elétrica fornecida pelos
módulos fotovoltaicos.
Deve ser usado um fator de segurança de 30% para
garantir que a corrente do controlador de carga não seja
excedida.

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Inversor
A principal função de um inversor é transformar corrente e
tensão elétricas contínua, normalmente fornecidas pelos
módulos fotovoltaicos ou bancos de baterias, em corrente e
tensão elétrica alternada demandada pela maioria das
cargas.
De uma forma bem simplificada, o princípio de
funcionamento do inversor consiste em um circuito
eletrônico com chaves interligadas de forma a permitir ou
interromper a passagem da corrente contínua produzindo
uma corrente de saída na forma alternada.
O dimensionamento do inversor deve considerar a potência
total dos equipamentos atendidos pelo sistema. Além
disso, deve ser respeitada as suas tensões de entrada
(contínua) e saída (alternada).
Principais Tipos de Inversores
Inversores de Onda Quadrada
Inversores de Onda Senoidal Modificada
Inversores de Onda Senoidal Pura
Inversores Interativos com a Rede

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Equipamentos do Sistema Fotovoltaico
Conectado a Rede
Inversor para sistema conectado à rede
Nos sistemas fotovoltaicos conectados a rede, além dos
módulos, o inversor é o principal equipamento a ser
dimensionado.
Os inversores utilizados para fazer a conexão dos sistemas
de geração de energia com a rede elétrica devem fornecer
corrente alternada na forma senoidal em sincronismo de
fase com a rede.
Além disso, os inversores para conexão à rede devem
atender aos seguintes requisitos:
 Tensão de operação;
 Frequência de operação;
 Minimização de corrente contínua na rede
elétrica;
 Distorção harmônica de corrente admissível;
 Fator de potência;
 Atuação na detecção de ilhamento;
 Normas brasileiras.
O dimensionamento do inversor para sistemas
fotovoltaicos conectados a rede deve considerar os
seguintes pontos:
 A soma da tensão de circuito aberto dos
módulos fotovoltaicos ligados em série não
deve ultrapassar a tensão máxima permitida
na entrada do inversor.
 A potência do inversor deve ser igual ou
maior que a potência de pico dos módulos
fotovoltaicos.

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EXEMPLOS DE DIMENSIONAMENTO

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Sistema Isolado
Dimensionamento de um sistema fotovoltaico para atender
um residência isolada da rede elétrica.
Equipamentos a serem atendidos
4 lâmpadas de 25W ligadas durante 4 horas por dia
2 lâmpadas de 15W ligadas durante 2 horas por dia
1 geladeira de 250W ligada durante 10 horas por dia
1 televisão de 300W ligada durante 5 horas por dia
Radiação solar no local da instalação
Radiação solar média diária de 5 kWh/m2
/dia.

Levantamento do consumo de energia
O primeiro passo no dimensionamento do sistema é o levantamento do consumo diário de energia.
Equipamento Potência (W) Quantidade (Unid.) Potência Total (W) Tempo (h) Energia (Wh)
Lâmpada 25 4 100 2 200
Lâmpada 15 2 30 5 150
Geladeira 250 1 250 10 2500
TV 300 1 300 4 1200
Total 680 4050
A potência total de cada equipamento é obtida multiplicando a potência individual pelo número de equipamentos.
A energia é calculada multiplicando a potência total de cada equipamento pelo seu respectivo tempo de uso.
Por fim, o somatório da coluna energia fornece a energia total consumida pelos equipamentos diariamente (Econsumo), o que
equivale a 4.050 Wh/dia, ou 4,05 kWh/dia.

Dimensionamento do banco de baterias
Premissas adotadas nesse exemplo
As baterias utilizadas são de chumbo ácido de 12V
com descarga máxima de 50% e capacidade de 240
Ah.
O sistema deve ter autonomia de 3 dias. Ou seja,
deve fornecer energia mesmo em períodos chuvosos
ou nublados.
Energia armazenada
Considerando que o sistema tenha 3 dias de autonomia e a
descarga máxima da bateria é de 50% teremos:
EArmazenada = Naut x Econsumo / D
EArmazenada = 3 x 4050 / 0,50 = 24300 Wh
Onde:
EArmazenada = Energia armazenada
Naut = Número de dias de autonomia
Econsumo = Energia consumida (Wh)
D = Descarga máxima da bateria
A energia armazenada pelo banco de bateria deve ser 24,3
kWh.

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Configuração do banco de baterias
Número de baterias em série
NBateria Série = VBanco / VBateria = 24 / 12 = 2
Onde:
NBateria = Número de baterias em série
VBanco = Tensão do banco de baterias (nesse caso 24V)
VBateria = Tensão da bateria (nesse caso 12V)
Devem ser usadas 4 baterias conectadas em série.
Capacidade do banco de baterias
CBanco = EArmazenada / VBanco = 24300 / 24 = 875 Ah
O banco de bateria deve ter capacidade de 1013 Ah
Número de baterias em paralelo
NBateria Paralelo = CBanco / CBateria = 1013 / 240 = 4,2
Devem ser usadas 4 baterias conectadas em paralelo
Sendo assim o banco de baterias será composto por quatro
conjuntos de baterias em paralelo, com duas baterias em
série em cada conjunto. O banco terá então um total de
oito baterias.

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Dimensionamento dos módulos
Premissas adotadas
Considere que os módulos sejam instalados nas
condições ideais. Ou seja, orientado em direção ao
Norte e com a inclinação adequada a região.
Energia produzida por um módulo
O primeiro passo é calcular a energia produzida por um
módulo fotovoltaico. Nesse exemplo vamos usar o módulo
LD135R9W, suas características são:
Comprimento 1,47 m
Largura 0,67 m
Potência Máxima 135 W
Eficiência 13,7 %
Corrente de curto circuito 8,41 A
A área da superfície do módulo fotovoltaico pode ser
calcula multiplicando o seu comprimento pela largura.
A = 1,47 x 0,67 = 0,98 m2
A energia produzida pelo módulo fotovoltaico pode ser
calculada pela seguinte fórmula:
EFV = Esol x A x  = 5000 x 0,98 x 0,137 = 671 Wh
Número de módulos
NMódulo = Econsumo / EFV = 4050 / 671 = 6,04 módulos
Nesse caso são usados 6 módulos.

22
Configuração dos módulos
A configuração dos módulos fotovoltaicos será formada
por 3 strings em paralelo com 2 módulos em série por
string.

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Dimensionamento do controlador de carga
Premissas adotadas
A corrente de curto circuito do módulo é 8,41A.
O controlador de carga é equipado com MPPT
(aumenta a produção de energia em torno de 30%).
Tensão do banco de bateria é 24V
Tensão dos equipamentos da residência é 127V.
Considerando a configuração dos módulos fotovoltaicos,
cada string tem uma corrente máxima de 8,41A, como
existem 3 strings a corrente será de 25,2A.
I = 8,41 x 3 = 25,2 A
Aplicando o fator de segurança de 30% temos:
I = 25,2 x 1,3 = 32,8 A
Características do controlador de carga:
Corrente nominal mínima de 33A e tensão de 24V.
Dimensionamento do inversor
O inversor deve ser capaz de atender a demanda total de
potência dos equipamentos do sistema.
De acordo com a tabela de levantamento de consumo o
somatório da potência dos equipamentos é de 680W.
Aplicando um fator de segurança de 30% a potência deve
ser de 884W.
Pinv = Pequip x 1,3 = 680 x 1,3 = 884 W
Onde:
Pinv = Potência do inversor
Pequip = Potência do somatório dos equipamentos
Dessa forma, o inversor deve ser capaz de operar com uma
potência mínima de 884W e tensão de 24V.

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Sistema Conectado a Rede
Dimensionamento de um sistema fotovoltaico para uma
residência conectada a rede com consumo médio mensal
de 300 kWh.
Não está sendo considerada a opção de abater do consumo
a energia equivalente ao custo de disponibilidade do
sistema, conforme resolução normativa 482/2012 da
ANEEL.
O sistema será dimensionado para produzir os 300 kWh
mensais.
Radiação solar de 5 kWh/m2
/dia no local da instalação.

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Dimensionamento dos módulos
fotovoltaicos
Premissas adotadas
Potência do módulo 240W
Área da superfície do módulo 1,6 m2
Eficiência de 14,6%
Energia produzida por um módulo
O primeiro passo é calcular a energia produzida por um
módulo fotovoltaico nas condições do local.
EFVdia = Esol x A x  = 5000 x 1,6 x 0,146 = 1.168 Wh
Energia produzida pelo módulo ao longo de um mês:
EFVmês = 1.168 x 30 = 35 kWh
Número de módulos
Número de módulos necessários para produzir 300
kWh/mês:
N = Econsumo / EFVmês = 300 / 35 = 8,6 módulos
Então, para produzir 300 kWh/mês são necessários 9
módulos fotovoltaicos de 240W.
Configuração dos módulos fotovoltaicos

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Dimensionamento do inversor
Para dimensionar o inversor devem ser analisados dois
pontos importantes.
Premissas
Tensão de circuito aberto dos módulos fotovoltaicos
é 37V.
Tensão do inversor
O primeiro ponto é verificar se a soma das tensões dos
módulos ligados em série está de acordo com a faixa de
tensão de entrada do inversor.
Considerando que a tensão de circuito aberto do módulo
usado seja de 37V, a tensão dos 9 módulos ligados em
série será:
Vstring = 9 x 37 = 333V
Pode ser aplicado um fator de segurança de 10% e nesse
caso a tensão máxima de saída será:
Vstring = 333 x 1,1 = 366 V
O inversor deve possuir uma faixa de tensão de entrada
que suporte a tensão de 366V.
Potência do inversor
O segundo ponto a ser verificado é a potência máxima
fornecida pelos módulos.
Como cada módulo tem potência de 240W, os 9 módulos
em conjunto fornecem uma potência de 2160W.
Pinv = Nmódulo x Pmódulo = 9 x 240 = 2.160 W
Então o inversor deve ser capaz de suportar a potência
máxima de 2160W e a tensão de entrada de 366V.

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CONCLUSÃO
O dimensionamento de sistemas fotovoltaicos tem um
papel fundamental na avaliação preliminar do sistema. A
partir do dimensionamento do sistema é possível:
Identificar os principais equipamentos
Ter uma estimativa de custo
Avaliar a área necessária para instalação dos
módulos
Estimar a produção de energia
O que foi visto nesse guia prático
Configurações mais utilizadas nos sistemas fotovoltaicos.
Sistemas isolados da rede
Sistemas conectados a rede
Dados de radiação solar no local da instalação.
Mapas Solarimétricos
Site do CRESESB
Levantamento do consumo de energia da residência ou
instalação a ser atendida.
Sistema isolado – Potência dos equipamentos e
tempo de operação
Sistema conectado – Contas anteriores de consumo
de eletricidade
Principais tecnologias fotovoltaicas atualmente no
mercado
Silício Policristalino
Silício Monocristalino
Filmes Finos
Produção de energia
Método da insolação

28
Cálculo do número de módulos
Demanda de energia
Energia produzida por cada módulo
Componentes do sistema fotovoltaico
Sistema isolado
o Módulos Fotovoltaicos
o Controlador de Carga
o Banco de Baterias
o Inversor
Sistema conectado
o Módulos Fotovoltaicos
o Inversor para sistema conectado a rede
O mercado de energia solar fotovoltaica tem se
desenvolvido muito nos últimos anos. Novos
produtos e técnicas aparecem todos os dias.
Esse guia prático estará em constante revisão
e aprimoramento.
Acesse http://www.escoladaenergia.com e
veja se você está com a versão atualizada.

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