Glauco Diniz Duarte – o que é painel solar fotovoltaico

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, um painel fotovoltaico é um tipo de painel solar projetado para o uso de energia solar fotovoltaica. Sua função é transformar a energia solar em eletricidade. É também chamado de módulo fotovoltaico.

Os painéis fotovoltaicos podem ser usados ​​para gerar energia elétrica em aplicações domésticas e comerciais.

Os módulos fotovoltaicos são constituídos por um conjunto de células fotovoltaicas interconectadas. O painel fotovoltaico é responsável por transformar diretamente a energia da radiação solar em eletricidade, na forma de corrente contínua.

O restante dos elementos do sistema fotovoltaico ficará encarregado de gerenciar e transformar essa tensão em corrente alternada, se necessário. Esta função é realizada por:

• Reguladores de carga.

• Inversores de potência.

O equivalente em energia térmica solar são coletores solares. Os coletores solares são painéis solares que, através das leis da termodinâmica, aproveitam o calor do sol para obter calor.

ONDE DEVO LOCALIZAR E ORIENTAR OS PAINÉIS?

A orientação e inclinação mais adequadas em cada local depende da latitude e da época do ano. O mais aconselhável é um estudo da radiação solar recebida para cada local.

No hemisfério norte, por exemplo, as placas devem ser orientadas na direção sul e com certa inclinação.

Por outro lado, a inclinação dos módulos varia de acordo com as necessidades de energia planejadas e o período de uso, a fim de fazer um balanço sazonal (inverno, verão) ou anual.

COMO A ELETRICIDADE É GERADA POR PAINÉIS FOTOVOLTAICOS?

A célula solar é capaz apenas de gerar uma voltagem de alguns décimos de volt (+/- 0,5 V) e uma potência máxima de 1 ou 2 Watts. Portanto, é necessário conectar várias células em série (que se comportam como pequenos geradores de corrente) para obter tensões de 624 V, aceitas em muitas aplicações.

Os painéis fotovoltaicos produzem eletricidade na forma de corrente contínua e geralmente têm entre 20 e 40 células solares. De qualquer forma, é habitual que os módulos sejam constituídos por 36 células para atingir os volts necessários para carregar as baterias (12V).

CONEXÃO DE VÁRIOS PAINÉIS SOLARES

Os painéis solares fotovoltaicos podem ser unidos de duas maneiras:

• Conexão paralela. Esse tipo de conexão é feito juntando os polos positivos, por um lado, e os polos negativos, por outro. A conexão paralela entre os painéis solares fornece uma tensão igual à do módulo (12-18 V)

• Conexão serial. A maneira de conectar dois ou mais painéis fotovoltaicos em série é conectar o polo positivo do primeiro ao polo negativo do segundo e assim por diante. A conexão em série fornece uma tensão igual à soma da de cada módulo (por exemplo, 12 V, 24 V, 36 V, etc.), dependendo do número de placas interconectadas.

QUAIS SÃO AS DIFERENTES TECNOLOGIAS DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS?

Dos muitos materiais que podem ser usados ​​para construir módulos fotovoltaicos, o silício é o mais amplamente utilizado. O silício é obtido em bolachas que são então unidas para formar um módulo fotovoltaico.

Os tipos mais comuns de construção de células fotovoltaicas são:

• Silício monocristalino: as células têm uma eficiência de 18 a 21%. Eles tendem a ser caros e também estão presentes, são cortados com lingotes cilíndricos, é difícil cobrir superfícies estendidas com eles sem desperdiçar material ou espaço.

• Silício policristalino: células mais baratas, mas menos eficientes (15 a 17%), cuja vantagem está na facilidade com que é possível cortá-las em formas adequadas para unir os módulos.

• Silício amorfo depositado na fase de vapor: as células fotovoltaicas têm baixa eficiência (8%), mas são muito mais baratas de produzir. O silício amorfo (Si-a) possui uma importante banda de silício cristalino (Si-c). Isso significa que é mais eficiente na absorção da parte visível do espectro da radiação solar, mas menos eficaz na coleta da parte infravermelha. Como o silício nanocristalino (com domínios cristalinos de ordem nanométrica) possui aproximadamente o mesmo intervalo de banda de Si-c, os dois materiais podem ser combinados para criar uma célula fotovoltaica em camadas, na qual a camada superior de Si-a absorve a luz visível e deixa a porção infravermelha do espectro para a célula de silício nanocristalino inferior.

• CIS: As células são baseadas em camadas de calcogenuro (por exemplo, Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Eles têm uma eficiência de até 15%, mas seu custo ainda é muito alto.

• Células foto eletroquímicas: essas células fotovoltaicas, construídas pela primeira vez em 1991, foram originalmente projetadas para imitar o processo de fotossíntese. Esse tipo de célula em um módulo fotovoltaico permite um uso mais flexível dos materiais, e a tecnologia de produção parece ser muito conveniente. No entanto, os corantes usados ​​nessas células sofrem de problemas de degradação quando expostos ao calor ou à luz ultravioleta. Apesar desse problema, esta é uma tecnologia emergente, com um impacto comercial esperado em uma década.

• Célula Fotovoltaica Híbrida – Combina as vantagens de semicondutores orgânicos e vários tipos de semicondutores inorgânicos.

• Célula fotovoltaica concentrada: o uso desta célula em um módulo fotovoltaico combina as tecnologias mencionadas acima com lentes de concentração solar que aumentam significativamente a eficiência. Eles representam a nova geração promissora de painéis ainda em desenvolvimento.

• Silício monocristalino, no qual cada célula é feita de uma bolacha cuja estrutura cristalina é homogênea (monocristalina), dopada adequadamente para formar uma junção pn;

• Módulo fotovoltaico com silício policristalino, no qual a bolacha acima mencionada não é estruturalmente homogênea, mas é organizada em grãos encomendados localmente.

QUAIS MATERIAIS SÃO USADOS ​​PARA AS ESTRUTURAS DOS PAINÉIS SOLARES?

Ao usar uma estrutura de suporte para os módulos solares, é aconselhável a utilização de materiais com boas propriedades mecânicas e grande durabilidade, levando em consideração a longa vida útil das instalações. Normalmente, os elementos de suporte são:

• Alumínio anodizado (leve e alta resistência)

• Ferro galvanizado (adequado para cargas pesadas

• Aço inoxidável (para ambientes altamente corrosivos, é a mais alta qualidade e o mais alto preço)

ESTRUTURAS DE MADEIRA

Existe também a possibilidade de fazer as estruturas dos módulos fotovoltaicos com madeira, devidamente tratadas.

As estruturas de madeira devem ter operações mínimas de manutenção e devem apresentar condições aceitáveis ​​para esse uso. As peças de fixação, como parafusos, devem sempre ser feitas de aço inoxidável.

COMO O DESEMPENHO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS PODE SER MELHORADO?

Em certos casos, para aumentar os rendimentos do sistema de coleta, você pode escolher as seguintes técnicas:

• Rastreadores solares. Forneça movimento à estrutura de suporte com sistemas de rastreamento solar.

• Difração de luz. A difração é um fenômeno característico das ondas que se baseia no desvio das ondas ao encontrar um obstáculo ou atravessar uma fenda.

RASTREADORES SOLARES

Os rastreadores solares funcionam por meio de um motor normalmente associado a um computador que, de acordo com a data e a hora do dia, ajusta a orientação dos painéis, em relação a um ou dois eixos do avião que contém o painel. Esses sistemas são naturalmente mais complexos e envolvem maiores despesas e maior manutenção.

DIFRAÇÃO DE LUZ

O fenômeno da difração da luz permite obter painéis fotovoltaicos com um índice de transparência maior que o aparente, uma vez que a sombra projetada por cada célula dentro do edifício é menor que a superfície que ocupa.

Isso implica que o painel solar é percebido significativamente mais opaco por fora do que por dentro.

Também é possível obter maior transparência se, dentro da mesma placa, aumentar a distância entre as células.

COMO É COMPOSTO UM MÓDULO FOTOVOLTAICO?

A placa fotovoltaica foi projetada para suportar as condições que ocorrem ao ar livre e fazer parte da “pele” do edifício. Sua vida útil é considerada 25 anos.

As células são encapsuladas em uma resina e colocadas entre duas folhas para formar os módulos fotovoltaicos. A folha externa é de vidro e a parte traseira pode ser de plástico ou vidro opaco, se você quiser criar um módulo semitransparente.

O silício cristalino e o arseneto de gálio são as escolhas típicas de material para células solares. Os cristais de arseneto de gálio são criados especialmente para usos fotovoltaicos, mas os cristais de silício também são produzidos para consumo pela indústria de microeletrônica.

O silício policristalino tem uma taxa de conversão mais baixa, mas a um custo reduzido.

Quando exposta à luz direta de 1 UA, uma célula de silício com 6 centímetros de diâmetro pode produzir uma corrente de 0,5 amperes a 0,5 volts. O arseneto de gálio é mais eficiente.

O vidro é cortado em pequenos discos. É polido para eliminar o perigo de corte. Dopantes são inseridos nos discos. Os drivers de metal são depositados em cada superfície: um pequeno conector na superfície voltada para o sol e um conector no outro lado. Os módulos solares são construídos com essas células cortadas em formas apropriadas, protegidas da radiação e danificadas pela aplicação de uma camada de vidro e cimentadas em um substrato (um painel rígido ou flexível).

A camada de proteção não deve ser um condutor térmico.  Como o aquecimento da célula reduz a eficiência operacional, é desejável reduzir esse calor.

CUSTO

Atualmente, os custos associados aos módulos solares são baratos em aplicações onde a energia de estações elétricas está disponível.

O custo dos combustíveis fósseis está aumentando, e a experiência de produção está reduzindo os custos das células solares. Isso pode não ser visto em um futuro muito próximo, mas a longo prazo, a tendência é um aumento no uso desse tipo de energia. renovável.

PLACAS FOTOVOLTAICAS COMO ELEMENTO CONSTRUTIVO

Os painéis fotovoltaicos usados ​​em sistemas conectados à rede não são diferentes daqueles usados ​​por sistemas autônomos. Aqueles que são integrados aos edifícios são normalmente módulos padrão.

Um problema comum é o fato de que eles podem configurar estruturas independentes, sobrepostas ao edifício, adicionadas sem atender aos critérios estéticos. Na melhor das hipóteses, eles são integrados nas fachadas ou no telhado. Por esse motivo, algumas empresas desenvolveram elementos fotovoltaicos integrados em edifícios  que podem substituir alguns elementos tradicionais da arquitetura.

Os painéis fotovoltaicos podem, portanto, ser tratados como um elemento construtivo e combinados com outros materiais em módulos pré-fabricados com uma grande área de superfície (atualmente são fabricados até 14 m²).

Eles são apropriados para a formação de fachadas, cuja melhor orientação é o sul, embora a influência de um desvio entre 30º e 45º para o leste ou oeste não seja importante no cálculo anual da captura de energia.