Nesta postagem lhe explicaremos sobre a eficiência de um painel solar fotovoltatico e como vocêpoderá usar estas dicas para economizar e encontra o melhor painel para a sua residência, comérrrcio ou indústria.
A eficiência dos painéis solares melhorou dramaticamente nos últimos anos, passando de uma conversão média de cerca de 15% da luz solar em energia utilizável para cerca de 20%. Painéis solares de alta eficiência podem atingir quase 23%. A potência nominal de um painel de tamanho padrão também aumentou de 250W para 370W.
A eficiência do painel solar é determinada tanto pela eficiência da célula fotovoltaica (ou seja, tipo e design da célula) quanto pela eficiência total do painel com base em considerações como tipo, layout e tamanho da célula. Uma maneira fácil de avaliar a eficiência dos painéis solares é observar a classificação de eficiência do fabricante, que se baseia em condições de teste padrão e fornece uma indicação confiável de desempenho. Quanto mais eficiente for o painel, mais ele produzirá em comparação com um painel menos eficiente e menos painéis serão necessários.
Painéis de maior eficiência são mais caros, mas podem ajudá-lo a atender melhor às suas necessidades de energia se você tiver pouco espaço disponível. Ao mesmo tempo, a eficiência de custos dos painéis solares em geral caiu, tornando-os uma solução cada vez mais atraente para proprietários de residências e empresas. No mundo real, as condições podem variar de acordo com o clima ou com a poeira nos painéis.
Os painéis solares podem ser combinados com um sistema de gestão de energia que permite a recolha, comparação e análise de dados em tempo real sobre o consumo de energia. Além disso, o software de gestão de energia pode identificar automaticamente poupanças potenciais, comparando o consumo real com a utilização ideal de energia, permitindo aos clientes tomar ações corretivas sempre que necessário.
Você sabe como é feito um painel solar?
Desempenho e eficiência de um painel solar fotovoltatico
A eficiência de conversão de uma célula fotovoltaica (PV), ou célula solar, é a porcentagem da energia solar que brilha em um dispositivo fotovoltaico que é convertida em eletricidade utilizável. Melhorar esta eficiência de conversão é um objetivo fundamental da investigação e ajuda a tornar as tecnologias fotovoltaicas competitivas em termos de custos com as fontes convencionais de energia.
A eficiência da célula solar refere-se à porção de energia na forma de luz solar que pode ser convertida através da energia fotovoltaica em eletricidade pela célula solar .
A eficiência das células solares utilizadas num sistema fotovoltaico , em combinação com a latitude e o clima, determina a produção anual de energia do sistema. Por exemplo, um painel solar com eficiência de 20% e uma área de 1 m 2 produzirá 200 kWh/ano em condições de teste padrão se exposto ao valor de irradiância solar da condição de teste padrão de 1000 W/m 2 durante 2,74 horas por dia.
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Normalmente, os painéis solares ficam expostos à luz solar durante mais tempo num determinado dia, mas a irradiância solar é inferior a 1000 W/m 2 durante a maior parte do dia. Um painel solar pode produzir mais quando o Sol está alto no céu da Terra e produzirá menos em condições nubladas ou quando o Sol está baixo no céu, geralmente o Sol está mais baixo no céu no inverno.
Dois fatores dependentes da localização que afetam o rendimento solar fotovoltaico são a dispersão e a intensidade da radiação solar. Estas duas variáveis podem variar muito entre cada país. As regiões globais que apresentam altos níveis de radiação ao longo do ano são o Oriente Médio, Norte do Chile, Austrália, China e Sudoeste dos EUA.
Em uma área solar de alto rendimento como o centro do Colorado, que recebe insolação anual de 2.000 kWh/m 2 /ano, pode-se esperar que um painel produza 400 kWh de energia por ano. Contudo, em Michigan, que recebe apenas 1.400 kWh/m 2 /ano, o rendimento energético anual cairá para 280 kWh para o mesmo painel. Nas latitudes mais a norte da Europa, os rendimentos são significativamente mais baixos: 175 kWh de rendimento energético anual no sul de Inglaterra, nas mesmas condições.
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Vários fatores afetam a eficiência de conversão de uma célula, incluindo sua refletância , eficiência termodinâmica , eficiência de separação de portadores de carga , eficiência de coleta de portadores de carga e valores de eficiência de condução . Como esses parâmetros podem ser difíceis de medir diretamente, outros parâmetros são medidos, incluindo eficiência quântica , relação de tensão de circuito aberto (VOC ) e § fator de preenchimento .
As perdas de refletância são contabilizadas pelo valor da eficiência quântica, pois afetam a “eficiência quântica externa”. As perdas de recombinação são contabilizadas pela eficiência quântica, razão V OC e valores do fator de preenchimento. As perdas resistivas são predominantemente contabilizadas pelo valor do fator de preenchimento, mas também contribuem para os valores da eficiência quântica e da razão V OC .
Em 2024, o recorde mundial de eficiência de células solares é de 47,6%, estabelecido em maio de 2022 pelo Fraunhofer ISE, com uma célula CPV III-V de quatro junções. Isso bateu o recorde anterior de 47,1%, estabelecido em 2019 por células solares concentradoras multijunções desenvolvidas no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) , Golden, Colorado, EUA, que foi estabelecido em condições de laboratório, sob condições extremamente luz concentrada. O recorde em condições reais também é detido pelo NREL, que desenvolveu células de junção tripla com uma eficiência testada de 39,5%.
Fatores que Afetam a Eficiência da Conversão
A eficiência das células fotovoltaicas (PV) que compõem um painel solar é calculada com base na energia da luz solar que é convertida em eletricidade por semicondutores. Um painel solar eficiente é aquele que gera mais eletricidade ocupando menos espaço. Os fabricantes avaliam os painéis solares pela sua eficiência, que varia entre 15% e 20% da conversão da energia solar transformada em eletricidade utilizável. Muitos fatores afetam a eficiência do painel solar acima e além da classificação dos fabricantes:
Nem toda a luz solar que atinge uma célula fotovoltaica é convertida em eletricidade. Na verdade, a maior parte é perdida. Vários fatores no projeto das células solares desempenham um papel na limitação da capacidade de uma célula de converter a luz solar que recebe. Projetar com esses fatores em mente é a forma como maiores eficiências podem ser alcançadas.
- Comprimento de onda —A luz é composta de fótons — ou pacotes de energia — que possuem uma ampla gama de comprimentos de onda e energias. A luz solar que atinge a superfície da Terra tem comprimentos de onda que vão do ultravioleta, passando pela faixa visível, até o infravermelho. Quando a luz atinge a superfície de uma célula solar, alguns fótons são refletidos, enquanto outros passam direto. Alguns dos fótons absorvidos têm sua energia transformada em calor. O restante tem a quantidade certa de energia para separar os elétrons de suas ligações atômicas e produzir portadores de carga e corrente elétrica.
- Recombinação —Uma forma de a corrente elétrica fluir em um semicondutor é fazer com que um “portador de carga”, como um elétron com carga negativa, flua através do material. Outro portador de carga é conhecido como “buraco”, que representa a ausência de um elétron no material e atua como um portador de carga positiva. Quando um elétron encontra uma lacuna, eles podem se recombinar e, portanto, cancelar suas contribuições para a corrente elétrica. A recombinação direta, na qual elétrons e buracos gerados pela luz se encontram, se recombinam e emitem um fóton, reverte o processo a partir do qual a eletricidade é gerada em uma célula solar. É um dos fatores fundamentais que limita a eficiência. A recombinação indireta é um processo no qual os elétrons ou buracos encontram uma impureza, um defeito na estrutura cristalina ou interface que torna mais fácil para eles se recombinarem e liberarem sua energia na forma de calor.
- Temperatura —As células solares geralmente funcionam melhor em baixas temperaturas. Temperaturas mais altas fazem com que as propriedades do semicondutor mudem, resultando em um ligeiro aumento na corrente, mas em uma diminuição muito maior na tensão. Aumentos extremos de temperatura também podem danificar a célula e outros materiais do módulo, levando a vidas operacionais mais curtas. Como grande parte da luz solar que brilha nas células se transforma em calor, o gerenciamento térmico adequado melhora a eficiência e a vida útil.
- Reflexão —A eficiência de uma célula pode ser aumentada minimizando a quantidade de luz refletida na superfície da célula. Por exemplo, o silício não tratado reflete mais de 30% da luz incidente. Revestimentos antirreflexo e superfícies texturizadas ajudam a diminuir o reflexo. Uma célula de alta eficiência aparecerá em azul escuro ou preto.
A cor da folha traseira protetora também desempenha um papel importante, porque as altas temperaturas realmente reduzem a eficiência. Portanto, cores como azul ou verde são mais eficazes que o preto.
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Inclinação do painel solar
A orientação dos painéis solares – chamada ângulo ou inclinação do painel solar – é importante para obter todas as vantagens da radiação solar. Painéis planos no chão não funcionarão tão bem quanto aqueles inclinados em direção ao sol . A inclinação ideal depende da latitude da sua casa ou instalação e da época do ano.
Em termos práticos, porém, a maioria das situações não permite que a inclinação do painel seja ajustada a cada estação. Em vez disso, eles podem ser instalados em vários ângulos para acomodar as diferentes estações e a inclinação do telhado.
Veja também: Como Funciona o Painel Solar para Aquecer Água
A temperatura influencia na eficiência de um painel solar fotovoltatico?
A maioria das pessoas presumiria que quanto mais quente o sol, maior será a eficiência do painel solar. Na verdade isso não é verdade.
Os semicondutores dos painéis solares são sensíveis a altas temperaturas.
De acordo com os padrões de fabricação, a temperatura de 25 °C ou 77 °F é a temperatura ideal dos painéis solares fotovoltaicos.
Veja também: Definição de Enegia Solar – Explicação Simples
Os painéis solares perdem eficiência com o tempo?
Os painéis solares degradam-se lentamente com o tempo , o que significa que produzem menos eletricidade com a mesma quantidade de luz solar. As causas da degradação da eficiência do painel solar incluem desgaste devido ao clima. A vida produtiva média dos painéis solares é de 30 anos .
De acordo com o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) , os painéis solares e a sua produção degradam-se a uma taxa de cerca de 0,5% ao ano: um painel com 20 anos produzirá aproximadamente 90% da electricidade que produziu no seu primeiro ano de vida.
Leia aqui: Como Funciona a Energia Solar: A mãe de toda energia
Os painéis solares funcionam em climas frios?
Sempre que falamos sobre energia solar, invariavelmente surgem algumas questões: os painéis solares funcionam quando está nublado? Os painéis solares são menos eficientes no inverno ou são mais eficientes no tempo frio? Os painéis solares funcionam melhor em climas frios? A resposta a todas essas perguntas é diferente do que se poderia esperar.
A primeira coisa a lembrar quando se fala em painéis solares é que eles dependem da luz do Sol , e não do calor que a nossa estrela mais próxima gera. É por isso que os painéis solares só produzem eletricidade quando o sol está brilhando. O céu nublado impacta a geração de energia solar, obviamente.
Considerando que a quantidade de energia produzida pelos painéis solares é proporcional à quantidade de luz direta disponível, a eficiência dos painéis solares no inverno é menor em comparação com a primavera e o verão – mas isso ocorre porque os dias são mais curtos e há menos luz solar direta, não porque está mais frio.
Saiba Como Calcular a Quantidade de Painéis Solares
Na verdade, dias frios, ensolarados e com vento são os melhores para os painéis solares porque acima de uma certa temperatura os painéis começam a se tornar menos eficientes, enquanto o vento ajuda a remover a poeira que reduz a eficiência e que se acumula nos próprios painéis.
Assim, embora os painéis solares sejam mais eficientes no Verão – porque os dias são mais longos e há mais luz solar directa sobre eles – ainda podem gerar electricidade suficiente para aquecer a casa (pelo menos parcialmente) no Inverno.
Para garantir que um sistema fotovoltaico gere energia solar suficiente mesmo em dias nublados, a melhor estratégia é emparelhar painéis solares com sistemas de armazenamento de energia em bateria (BESS). Esses sistemas permitem armazenar o excesso de energia produzida pelos painéis solares para abastecer a casa à noite, em dias chuvosos ou quando as tempestades de inverno interrompem a rede.
Os painéis solares funcionam na chuva?
É uma das perguntas mais frequentes sobre sistemas fotovoltaicos: os painéis solares podem funcionar na chuva? A resposta é sim. Os painéis solares funcionam convertendo a luz do sol – e não o calor do sol – em energia. Quando o céu está limpo, mais luz chega aos painéis; quando há nuvens, a luz é espalhada pelas partículas das nuvens, mas ainda assim atinge o solo.
O mesmo acontece quando chove: sempre passa alguma luz e os painéis solares conseguem converter essa luz – por mais difusa que seja – em energia. Obviamente, quanto mais forte a chuva, mais espessas são as nuvens, quanto menos luz direta atinge os painéis, menos energia eles podem gerar a partir da luz que os atinge. Dito isto, e ao contrário do que se poderia esperar, a chuva pode realmente ajudar os painéis solares a funcionarem de forma eficiente, removendo a poeira e sujidade que se acumulam sobre eles.
Veja também: Energia Solar: Como Funciona (Resumo)
Determinando a Eficiência da Conversão
Os pesquisadores medem o desempenho de um dispositivo fotovoltaico para prever a energia que a célula produzirá. A energia elétrica é o produto da corrente e da tensão. As relações corrente-tensão medem as características elétricas dos dispositivos fotovoltaicos.
Se uma certa resistência de “carga” for conectada aos dois terminais de uma célula ou módulo, a corrente e a tensão produzidas serão ajustadas de acordo com a lei de Ohm (a corrente através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à diferença de potencial entre os dois pontos). pontos). As eficiências são obtidas expondo a célula a um nível de luz padrão e constante, mantendo uma temperatura constante da célula e medindo a corrente e a tensão produzidas para diferentes resistências de carga.
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Formada em engenharia elétrica e engenharia mecânica pela UNIP, Josy Andrade Dias é especialista na área de energias renováveis, solar e fotovoltaica.
Além disso, atualmente é estudante de jornalismo e escreve principalmente em temas voltados para a área de energias renováveis, sustentabilidade e preservação ambiental.
