Glauco Diniz Duarte – qual melhor placa solar fotovoltaica

 

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, quando estiver lidando com as empresas fornecedoras de painel fotovoltaico, uma das coisas que vai diferenciar um orçamento do outro é a tecnologia dos painéis fotovoltaicos. Veja quais são as 3 principais tecnologias utilizadas na produção de placas fotovoltaicas:

O que é uma placa solar?

Uma placa solar é uma placa que capta energia solar. Ou seja, é utilizada para converter a luz do sol em energia elétrica, sendo composta por células solares fotovoltaicas. Além disso, ela é responsável por absorver energia solar e pode gerar eletricidade em duas camadas opostas.

Considerada uma ótima alternativa para a geração de energia limpa, a placa que capta energia solar funciona da seguinte maneira: são coletados fótons da luz solar e, logo, são convertidos em corrente elétrica. Desta forma, a energia captada por meio das placas solares pode ser utilizada de diversas formas, seja em residências, comércios, indústrias e até mesmo na iluminação externa de espaços públicos.

É válido destacar que as placas solares possuem mínima manutenção, o que contribui para a sua lista de benefícios no momento de escolha do seu projeto. Portanto, elas podem durar anos e não prejudicam o meio ambiente, servindo também como uma solução para o aquecimento de água.

Escolhendo os painéis solares

Você está pensando em comprar painéis solares, mas não sabe que tipo de painel solar escolher? Então você está no lugar certo! Há uma infinidade de variáveis que devem ser levadas em consideração quando você for comprar o seu painel solar fotovoltaico (PV) – o nosso trabalho aqui no Portal Solar é ajudar você a escolher entre eles!

Neste artigo, você vai aprender tudo o que você precisa saber sobre os diferentes tipos de painel solar para uso em empresas, residências e usinas de energia solar e conhecer as suas vantagens e desvantagens.

Eficiência do painel solar fotovoltaico

Quando falamos em eficiência do painel solar fotovoltaico (placa fotovoltaica), estamos falando na porcentagem (%) de energia do sol que atinge a superfície do painel fotovoltaico e é transformada em energia elétrica para o nosso consumo.

• Quanto maior é a eficiência do painel fotovoltaico, mais Watts por metro quadrado o seu sistema vai gerar;

• Quanto maior é a eficiência do painel fotovoltaico, menor é o painel para a mesma produção de energia;

• Assumindo que 1000 Watts atinja o painel solar fotovoltaico por hora, um painel fotovoltaico (placa fotovoltaica) com eficiência de 16,5% vai produzir 165Watt / hora por m² (isso só funciona desta maneira em laboratórios). Na realidade, existem outros fatores a se considerar, como temperatura, direção-posicionamento do painel etc).

Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino

A tecnologia monocristalina é a mais antiga e possui a eficiência mais alta. Os painéis solares de silício monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis olhando de perto. Possuem uma cor uniforme, indicando silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados.

Eles são feitos a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de forma cilíndrica), este é fatiado como um “salame” fazendo assim, lâminas de silício individuais, que são então tratadas e transformadas em células fotovoltaicas. Cada célula fotovoltaica circular tem seus “4 lados” cortados fora para otimizar o espaço disponível no painel solar monocristalino e aproveitar melhor a área do painel. O painel solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e paralelo:

Eficiência média do painel solar monocristalino: 15 – 22% Técnica: Czochralski Forma: Arredondada Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5×12,5cm; 15×15. Cor: azul escuro ou quase preto (com antirreflexo), cinza ou azul acinzentado (sem antirreflexo)

Vantagens do painel solar monocristalino

• Atualmente os painéis solares monocristalinos possuem a eficiência mais alta dentre as tecnologias comercialmente viáveis. A eficiência dos painéis solares monocristalinos está hoje entre 15% e 22%;

• Painéis solares de silício monocristalino ocupam menos espaço. Uma vez que estes painéis solares possuem uma eficiência maior eles necessitam de menos espaço para gerar a mesma quantidade de energia elétrica;

• A vida útil dos painéis monocristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos;

• Tendem a funcionar melhor do que painéis solares policristalinos em condições de pouca luz.

Desvantagens do painel solar monocristalino

• Painéis solares monocristalinos são mais caros. Do ponto de vista financeiro, um painel solar que é feito de silício policristalino e, em alguns casos de filme fino, pode ser uma escolha melhor para os proprietários que se importam somente com o custo;

• O processo Czochralski usado para produzir silício monocristalino resulta em grandes lingotes cilíndricos. Quatro lados são cortados dos lingotes para fazer as lâminas de silício, e por isso uma quantidade significativa do silício não é aproveitada naquela célula e precisa ser reciclado.

“A eficiência das células fotovoltaicas individualmente é maior que a do painel solar como um todo. Isso acontece, pois, ao encapsular a célula fotovoltaica durante o processo de montagem do painel solar, a luz que atinge a superfície da célula fotovoltaica, é filtrada pelo vidro em cima do painel e pelo EVA (material que encapsula) reduzindo assim a eficiência do painel como um todo.”

Painel solar fotovoltaico de silício policristalino

Os primeiros painéis solares à base de silício policristalino, que também são conhecidos como polisilício (p-Si) e silício multi-cristalino (mc-Si), foram introduzidos no mercado em 1981. Ambos, mono e poli cristalino são feitos de silício, a principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (daí o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais.

Uma vez fundido, eles são serrados em blocos quadrados e, em seguida, fatiados em células assim como no monocristalino, mas é um pouco mais fácil de produzir. Eles são semelhantes aos de um único cristal (monocristalino) tanto no desempenho como na degradação, exceto que as células são ligeiramente menos eficientes.

Eficiência média do painel solar policristalino: 14 – 20% Técnica: Fundição de polisilício, Aquecimento em forma. Forma: Quadrada Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5×12,5cm; 15×15. Cor: azul (com antirreflexo), cinza prateado (sem antirreflexo).

Vantagens do painel solar policristalino

• A quantidade de silício residual gerado durante o processo de corte das células fotovoltaicas é menor em comparação com monocristalino;

• Painéis policristalinos tendem a ser um pouco mais baratos que os painéis solares monocristalinos;

• A vida útil dos painéis policristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos.

Desvantagens do painel solar policristalino

• A eficiência de painéis solares policristalinos é tipicamente entre 14 e 20%. Isso é devido, principalmente, a menor pureza do polisilício. Painéis solares monocristalinos são normalmente mais eficientes;

• Menos Watts/hora por m². Você normalmente precisa de uma área maior de painéis policristalinos para gerar a mesma quantidade de Watts/m² que o painel monocristalino. Isto não necessariamente significa que o Mono é melhor que o Poli.

Painel solar de silício amorfo (a-Si)

Como a produção de energia elétrica é baixa nesta tecnologia, as células solares baseadas em silício amorfo, e tradicionalmente só tinham sido usadas para aplicações de pequena escala. Ex: calculadoras de bolso. No entanto, as inovações recentes permitiram que esta tecnologia seja utilizada também em aplicações de larga escala. Com uma técnica de fabricação chamada de “empilhamento”, várias camadas de células solares de silício amorfo podem ser combinadas, o que resultam em taxas mais elevadas de eficiência (tipicamente cerca de 6-9%). Apenas 1% do silício utilizado em células solares de silício cristalino é necessário nas células solares de silício amorfo. Por outro lado, o empilhamento possui um custo elevado.

Painel solar de telureto de cádmio (CdTe)

Telureto de cádmio é a única tecnologia de painéis solares de película fina que superou o custo/eficiência de painéis solares de silício cristalino em uma parcela significativa do mercado mundial de painéis solares. A eficiência de painéis solares com base na tecnologia de telureto de cádmio opera normalmente na faixa de 9-16%.

A First Solar instalou mais de 5 gigawatts (GW) de painéis fotovoltaicos de filme fino com base na tecnologia de telureto de cádmio em todo o mundo. A mesma empresa detém o recorde mundial de CdTe PV com uma eficiência de 16%.

As instalações com os painéis de CdTe PV são tipicamente grandes campos solares (grandes usinas de energia solar).

Painéis solares de seleneto de cobre, índio e gálio (CIS /CIGS)

Em comparação com as outras tecnologias de filme-fino acima, as células solares CIGS mostraram o maior potencial em termos de eficiência. Estas células solares contêm menos cádmio (material tóxico que é encontrado em células solares de CdTe). A produção comercial de painéis solares CIGS flexível foi iniciado na Alemanha em 2011.

Os índices de eficiência para painéis solares CIGS normalmente operam na faixa de 10-12%, e já existem alguns sendo vendidos no Brasil passando dos 13%.

Muitos tipos de células solares de película fina estão ainda em fase de pesquisa e desenvolvimento, e no futuro poderemos ver algumas soluções interessantes vindas desta tecnologia.

Células fotovoltaicas orgânicas (OPV)

Uma célula solar orgânica é um tipo de célula solar de polímero que usa a eletrônica orgânica, um ramo da eletrônica que lida com polímeros orgânicos condutores ou pequenas moléculas orgânicas, para absorção de luz e transporte de carga para a produção de eletricidade a partir da luz solar pelo efeito fotovoltaico. A célula solar de polímero orgânico foi idealizada há muitos anos como uma tecnologia fotovoltaica flexível, de baixo custo, feita utilizando processos de impressão, máquinas simples e materiais abundantes. Hoje são poucas as empresas que conseguiram levar a produção de células fotovoltaicas (OPV) para uma escala industrial. No Brasil existe a CSEM Brasil, em Belo Horizonte, que está desenvolvendo esta produção com tecnologia principalmente suíça.

Eles utilizam um processo industrial (roll to roll) de impressão de células fotovoltaicas orgânicas em substrato leve, flexível e transparente. As eficiências das células orgânicas variam.

Painel solar híbrido – HJT

Existe uma “nova” tecnologia no mercado conhecida por Heterojunção. Comercialmente falando, a eficiência dos painéis que utilizam esta tecnologia é de 21% a 24%.

O processo de fabricação, com algumas diferenças, é similar a fabricação dos painéis fotovoltaicos monocristalinos, porém, possuem uma passivação com camada de Silício Amorfo (a-Si), dentre outras diferenças.

Colocando de uma forma simples, este painel produz mais energia por metro quadrado e também funciona muito bem com temperaturas mais altas, desta forma, esta tecnologia é ideal para o Brasil, mas infelizmente ainda não está disponível no mercado.

Eficiência comercial da célula fotovoltaica: aproximadamente 24% Técnica: Czochralski / n-type c-Si Forma: Arredondada Tamanho padrão das células fotovoltaica: 156mm x 156mm. Cor: quase preto (com antirreflexo)

Materiais utilizados na fabricação de painéis solares

Silício (Si)

Quase 80% dos painéis fotovoltaicos no mundo, são baseados em alguma variação de silício. Em 2018, cerca de 85% de todos os sistemas de energia solar fotovoltaica instalados em casas e empresas no mundo, utilizaram alguma tecnologia baseada em silício (Si).

O silício usado em painéis solares assume muitas formas, e a principal diferença é a pureza dele. Mas o que realmente significa “pureza do silício”? Quanto mais perfeitamente alinhadas estiverem as moléculas de silício, melhor a célula solar será na conversão de luz solar em energia elétrica.

A eficiência dos painéis solares “anda de mãos dadas” com a pureza do Silício (Si), mas os processos utilizados para melhorar a pureza do silício e o tratamento dele são caros e impactam diretamente no preço do painel solar (55-60% do custo de um painel solar convencional de tecnologia de silício cristalino, é  referente ao silício bruto purificado e tratado).

No entanto, a eficiência não deve ser sua única e principal preocupação. Como você vai descobrir agora, fatores como espaço disponível, garantia e custo dos painéis, também são também fatores determinantes para a maioria das pessoas.

Filme fino

Depositar uma ou várias camadas finas de material fotovoltaico sobre um substrato é a essência básica de como os painéis fotovoltaicos de filme fino são fabricados. Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas de película fina (TFPV). Os diferentes tipos painéis solares de filme fino podem ser categorizados por material fotovoltaico que é depositado sobre o substrato:

• Silício amorfo (a-Si)

• Telureto de cádmio (CdTe)

• Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS)

• Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV)

Dependendo da tecnologia da célula fotovoltaica de filme fino utilizada, os painéis de filme fino possuem eficiências médias entre 7-13%. Algumas tecnologias de painel de filme fino já estão chegando nos 16%, sendo similares a eficiência dos painéis Policristalinos. Em 2015, os painéis fotovoltaicos que utilizam a tecnologia de filme fino representam aproximadamente 20% do mercado mundial de painéis solares fotovoltaicos. Sendo a maioria de silício cristalino.

Vantagens do painel solar de filme fino

• A produção em massa é simples em comparação com a tecnologia cristalina. Isto os torna potencialmente mais baratos de fabricar do que as células solares de base cristalinas.

• Sua aparência homogênea é esteticamente bonita.

• Pode ser feito flexível, o que abre um leque de aplicações muito grande.

• Altas temperaturas e sombreamento de árvores e outras obstruções têm menos impacto sobre o desempenho do painel solar de filme fino.

Desvantagens do painel solar de filme fino

• Painéis solares de filme fino não são, em geral, utilizados na maioria das instalações de sistemas fotovoltaicos residenciais. Eles são baratos, mas eles também exigem uma grande quantidade de espaço.

• Menos eficiência por m² significa que o seu custo com estrutura de instalação, mão-de-obra e cabeamento tende a aumentar.

• Painéis solares de filme fino tendem a degradar mais rapidamente do que os painéis solares mono e policristalinos, e é por isso que eles geralmente vêm com uma garantia mais curta.

Como obter um painel solar mais eficiente

A procura por modelos de painel solar mais eficientes é cada vez maior, de modo que a escolha do modelo de painel solar mais eficiente deve ser feita no momento de planejamento, garantindo que o gasto de recursos sejam eficietes.

O que significa eu dizer que o Painel Solar possui 36, 60 ou 72 células?

Você deve já ter escutado da empresa o qual está negociando o sistema de que o Painel é mais eficiente e que possui 72 células fotovoltaicas, pois bem, com o crescimento exponencial desse tipo de tecnologia, hoje em dia é mais comum encontrar no mercado módulos fotovoltaicos com 72 células, isso devido ao seu custo benefício e também aos inversores evoluírem no quesito da faixa de tensão de entrada, suportando faixas maiores até 1000 V, isso fez com que se tornasse mais viável tecnicamente e economicamente a utilização de módulos com potência maior (72 células).

O tempo utilizado para se colocar um módulo de 275 W (60 células) é o mesmo de se colocar um módulo de 400 W (72 Células), porém se temos um sistema de 5600 W você terá que colocar em torno de 20/21 módulos de 275 W (21×275= 5775W), caso esteja utilizando módulos de 400 W você terá o trabalho de colocar somente 14 Módulos (14×400=5600W).

É possível encontrar módulos com número de células abaixo de 60, esses módulos geralmente são utilizados para sistemas off grid o qual os controladores/inversores necessitam de tensões menores em torno de 12, 24, 48 V, também é possível se encontrar módulos com mais de 72 Células com um aumento de tamanho pequeno, chegando até 144 células, porém se chega a essa quantidade devido à redução no tamanho das células em comparação aos tamanhos convencionais, porém mais eficientes.

Geralmente os módulos de 72 células têm dimensões próximas a 1000 mm de largura e 1960 mm de comprimento e podem alcançar potências próximas a 400 W. Por outro lado, os módulos de 60 células geralmente têm 1000 mm de largura e 1650 mm de comprimento e pode alcançar potências próximas a 300W. Isso é 300 mm extra de comprimento. Se compararmos isso com os painéis solares de 36 células originais, a diferença é maior.

As dimensões dos Módulos, quantidade de células e potência pode variar de acordo com fabricante, abaixo segue uma média de potência de acordo com a quantidade de células que os Painéis geralmente apresentam:

055W – 160W: 36 Células 250W – 315W: 60 Células 320W – 400W: 72 Células

 

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