Os painéis solares são os elementos mais essenciais das instalações solares. A função de um painel solar em uma instalação fotovoltaica é transformar a energia solar em eletricidade. Eles também são chamados de painéis fotovoltaicos.
Os painéis solares fotovoltaicos podem ser usados para gerar energia elétrica para uso doméstico e comercial. Normalmente, as instalações industriais de painéis solares são conectadas à rede elétrica e toda a eletricidade gerada é fornecida à rede.
Os painéis fotovoltaicos são constituídos por um conjunto de células fotovoltaicas interligadas. As configurações mais comuns são painéis solares de 60 e 72 células.
O equivalente em energia solar térmica são os coletores solares. Os coletores solares são painéis solares que, através das leis da termodinâmica, aproveitam o calor do Sol para obter calor.
O que são kits solares?
Os kits solares são o conjunto de elementos necessários para a instalação de energia solar fotovoltaica em uma residência. Ao comprar painéis solares, é interessante considerar a opção de comprar kits solares porque são muito fáceis de instalar e a maioria dos fornecedores os vende com vários anos de garantia.
Os demais elementos do sistema fotovoltaico ficarão encarregados de gerenciar e transformar essa tensão em corrente alternada, se necessário. A composição dos kits solares varia de acordo com o tipo de kit, mas os elementos mais importantes que geralmente contêm:
Placas solares.
Elementos estruturais.
Inversores de potência.
Baterias.
Cabos de conexão.
Como a eletricidade é gerada por painéis fotovoltaicos?
As células solares que compõem um painel solar são feitas de materiais semicondutores. Quando os fótons que compõem a luz colidem com os átomos desse material, provocam o deslocamento de um elétron; que é o que é chamado de efeito fotovoltaico. A soma dos elétrons em movimento gera uma corrente elétrica na forma de corrente contínua.
Ligação de vários painéis solares
Os painéis solares fotovoltaicos podem ser unidos de duas maneiras:
Conexão paralela. Este tipo de ligação é feito unindo os pólos positivos de um lado e os pólos negativos do 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 solares em série é conectando o pólo positivo do primeiro com o negativo do segundo e sucessivamente. A ligação em série dá uma tensão igual à soma de cada módulo (por exemplo 12 V, 24 V, 36 V, etc.), dependendo do número de placas interligadas.
Qual tecnologia é usada em painéis solares?
O silício é o material mais utilizado para a construção de módulos fotovoltaicos. O silício é transformado em pastilhas que são então unidas para formar células fotovoltaicas.
Os tipos mais comuns de construção de células fotovoltaicas são:
Silício monocristalino: as células têm uma eficiência de 18-21%. Eles tendem a ser caros e também estão presentes, são cortados com lingotes cilíndricos, é difícil cobrir superfícies extensas com eles sem desperdiçar material ou espaço.
Silício policristalino: células mais baratas, mas menos eficientes (15-17%), cuja vantagem reside na facilidade com que podem ser cortadas em formas adequadas para a união de módulos.
Silício amorfo depositado por 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 eficiente na coleta da parte infravermelha. Como o silício nanocristalino (com domínios cristalinos de ordem nanométrica) tem quase o mesmo bandgap Si-c, os dois materiais podem ser combinados criando uma célula fotovoltaica em camadas. Na camada superior o 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 calcogeneto (por exemplo, Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Eles têm uma eficiência de até 15%, mas seu custo ainda é muito alto.
Células fotoeletroquímicas: Construídas pela primeira vez em 1991, essas células fotovoltaicas foram inicialmente projetadas para imitar o processo de fotossíntese. Este tipo de célula em módulo fotovoltaico permite uma utilização mais flexível dos materiais e a tecnologia de produção parece ser muito conveniente. No entanto, os corantes utilizados nessas células sofrem problemas de degradação quando expostos ao calor ou à luz ultravioleta. Apesar deste problema, esta é uma tecnologia emergente com um impacto comercial esperado dentro de uma década.
Célula fotovoltaica híbrida: combina as vantagens dos 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 e promissora geração de painéis ainda em desenvolvimento.
Que materiais são usados para as estruturas dos painéis solares?
Ao utilizar uma estrutura de suporte para módulos solares, é aconselhável utilizar materiais que possuam boas propriedades mecânicas, além de grande durabilidade, levando em consideração a longa vida útil das instalações. Normalmente, os elementos de suporte são:
Alumínio anodizado (leve e de alta resistência)
Ferro galvanizado (adequado para cargas pesadas
Aço inoxidável (para ambientes muito corrosivos, é a mais alta qualidade e preço mais alto)
Estruturas de madeira
Existe também a possibilidade de fazer as estruturas dos módulos fotovoltaicos com madeira, devidamente tratada.
As estruturas de madeira devem ter operações de manutenção mínimas, e devem apresentar condições aceitáveis para este uso. As peças de fixação, como parafusos, devem ser sempre feitas de aço inoxidável.
Localização e orientação dos painéis solares
A orientação e inclinação mais adequada 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 no sentido sul e com certa inclinação.
Por outro lado, a inclinação dos módulos irá variar em função das necessidades energéticas previstas e do período de utilização, de forma a fazer um balanço sazonal (inverno, verão) ou anual.
Os painéis solares podem ser instalados em suportes móveis para variar a orientação em direção ao Sol ou em estruturas triangulares fixas.
Como melhorar o desempenho dos módulos fotovoltaicos?
Em certos casos, para aumentar os rendimentos do sistema de coleta, podem ser escolhidas as seguintes técnicas:
Rastreadores solares. Fornecer movimento para a estrutura de suporte com sistemas de rastreamento solar.
Difração de luz. A difração é um fenômeno característico das ondas que se baseia em sua deflexão ao encontrar um obstáculo ou passar por uma fenda.
Rastreadores solares
Os seguidores solares funcionam por meio de um motor normalmente associado a um computador que, dependendo da data e hora do dia, ajusta a orientação dos painéis, seja em relação a um ou a ambos os eixos do plano 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 índice de transparência superior ao aparente, uma vez que a sombra projetada por cada célula no interior do edifício é menor do que a superfície que ocupa.
Isso implica que o painel solar é percebido como significativamente mais opaco do lado de fora do que do lado de dentro.
Também é possível obter maior transparência se, dentro da mesma placa, for aumentada a distância entre as células.
Como é composto um painel fotovoltaico?
O painel fotovoltaico foi concebido para resistir às condições que ocorrem no exterior e poder fazer parte da "pele" do edifício. Sua vida útil é considerada de 25 anos.
As células são encapsuladas em uma resina e colocadas entre duas folhas para formar módulos fotovoltaicos. A camada externa é de vidro e a parte de trás pode ser de plástico opaco ou vidro, caso queira fazer um módulo semitransparente.
Silício cristalino e arseneto de gálio são escolhas de materiais típicos 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 porcentagem de conversão menor, mas a um custo reduzido.
Quando exposta a 1 UA de luz direta, uma célula de silício de 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. Os dopantes são inseridos nos discos. Controladores metálicos 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 adequadas, protegidas contra radiação e danificadas pela aplicação de uma camada de vidro e cimentadas sobre um substrato (painel rígido ou flexível).
As conexões elétricas são feitas em série-paralelo para determinar a tensão total de saída.
A camada protetora não deve ser um condutor térmico. Como o aquecimento da célula reduz a eficiência operacional, é desejável reduzir esse calor.
Custo dos painéis solares
Atualmente, os custos associados aos módulos solares tornam-se baratos em aplicações onde a energia das centrais 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 no longo prazo a tendência é um aumento no uso desse tipo de energia renovável .
Painéis solares fotovoltaicos como elemento de construção
Os painéis solares utilizados nos sistemas ligados à rede não são diferentes dos utilizados pelos sistemas autónomos. Aqueles que estão integrados em edifícios são normalmente módulos padrão.
Os painéis fotovoltaicos podem, portanto, ser tratados como um elemento de construção e ser combinados com outros materiais em módulos pré-fabricados de grande área (atualmente são fabricados até 14 m²).
São adequados para a formação de fachadas, cuja melhor orientação é a sul, embora a influência de um desvio entre 30º e 45º para nascente ou poente não seja importante no cálculo anual da captação de energia.
