Painéis solares : Quão eficientes são os painéis solares?
A eficiência de um painel solar é a porcentagem de energia solar que é convertida em eletricidade utilizável.
Aumentar a eficiência de conversão é um objetivo importante da pesquisa porque ajuda a tornar as tecnologias de painéis solares competitivas em termos de custo com as fontes de energia tradicionais. Quanto mais eficiente for o painel solar, mais eletricidade ele produzirá por quantidade de energia solar que atinge a célula, exigindo menos área de superfície para satisfazer suas necessidades de energia.
- Fatores que afetam a eficiência dos painéis solares
- Frequência
- Recombinação
- Temperatura
- Reflexão
- Sombreamento Solar
- Determinando a eficiência dos painéis solares
- Calculando o desempenho de painéis solares
- Condições de teste padrão para painéis
- A temperatura tem impacto na eficiência dos painéis solares.
- Painéis Solares Standard vs Premium
- Degradação, tempo e eficiência dos painéis solares
- Tipos de painéis solares e eficiência
- Painéis de silicone monocristalino
- Painéis de silicone policristalino
- Construindo Painéis Fotovoltaicos Integrados
- Tecnologia de célula solar de filme fino
- Outros fatores que afetam a eficiência dos painéis solares
- Planos solares
- Projeto de sistema de energia solar
- Melhorias na casa
- Exposição Média ao Sol
Fatores que afetam a eficiência dos painéis solares
A maioria dos Painéis solares hoje tem uma classificação de eficiência energética de 11 a 15%, que é a porcentagem da energia solar convertida em eletricidade utilizável.
Embora isso possa parecer uma pequena porcentagem, os avanços nas tecnologias de energia solar estão sendo feitos constantemente, e os painéis modernos podem mais do que atender às necessidades de energia da maioria das necessidades residenciais e comerciais.
Os pesquisadores estão trabalhando constantemente para melhorar o desempenho da tecnologia de energia solar hoje.
Os cientistas agora alcançaram um desempenho recorde de 40% usando células multijunções ajustadas para coletar diferentes comprimentos de onda de luz no espectro eletromagnético.
Se você tem um telhado menor e uma quantidade limitada de espaço, um Painel solar mais eficiente pode ser a melhor opção para você.
Esses painéis podem ser um pouco mais caros devido à sua maior eficiência, mas ainda assim atenderão às suas necessidades de energia.
No entanto, se você tiver mais espaço, poderá atender às suas necessidades de energia com painéis menos eficientes e mais baratos, economizando dinheiro na instalação.
Levar em consideração o custo geral dos painéis, bem como a saída em quilowatts, pode ajudá-lo a determinar qual é o melhor para sua instalação.
Nem toda a energia solar que atinge uma célula fotovoltaica é convertida em eletricidade.
A maior parte está perdida.
Uma variedade de fatores no projeto do Painel solar contribui para a capacidade de uma célula de converter a luz solar que coleta.
Melhores desempenhos podem ser alcançados projetando com estes fatores em mente:
Frequência
A luz é composta de fótons, ou pacotes de energia, com uma ampla gama de comprimentos de onda e energias.
As frequências da luz solar que atingem a superfície da Terra variam de ultravioleta a visível e infravermelho.
Alguns fótons são refletidos quando a luz atinge a superfície de um painel solar, enquanto outros passam direto.
Alguns dos fótons absorvidos têm sua energia convertida em calor.
O restante tem energia suficiente para separar os elétrons de suas ligações atômicas, resultando em elétrons livres e corrente elétrica.
Recombinação
Um "portador de carga", como um elétron com carga negativa, pode fluir através de um semicondutor para permitir que uma corrente elétrica flua.
Um "buraco" é outro tipo de portador de carga que significa a ausência de um elétron no material e atua como um portador de carga positivo.
Quando um elétron colide com um buraco, ele pode se recombinar e, assim, cancelar sua contribuição para a corrente elétrica.
A recombinação direta, na qual elétrons e lacunas gerados pela luz colidem, se recombinam e geram um fóton, inverte o processo de geração de energia elétrica em um painel solar.
É um dos principais fatores que limitam a eficiência.
A recombinação indireta ocorre quando elétrons ou lacunas entram em contato com uma impureza, um defeito na estrutura do cristal ou uma interface que permite a recombinação e liberação de energia térmica.
Temperatura
Normalmente, os Painéis solares funcionam melhor em baixas temperaturas.
Os aumentos de temperatura fazem com que as propriedades do semicondutor mudem, levando a um ligeiro aumento na corrente, mas um declínio muito maior na voltagem.
Aumentos elevados de temperatura também podem danificar a célula e outros materiais do módulo, resultando em uma vida útil operacional mais curta.
Como uma grande parte da luz solar que atinge as células se converte em calor, a resistência térmica adequada melhora o desempenho e a vida útil.
Reflexão
O desempenho de um Painel solar pode ser melhorado reduzindo a quantidade de luz refletida de sua superfície.
O silício não tratado, por exemplo, reflete mais de 30% da luz que entra.
Revestimentos anti-reflexos e superfícies texturizadas ajudam a reduzir o reflexo.
Uma célula de alta eficiência será azul escura ou preta.
Sombreamento Solar
Os Painéis solares são extremamente vulneráveis à proteção solar.
O sombreamento total ou parcial tem um grande efeito na capacidade de entrega de energia e pode levar à redução da eficiência e perdas de energia.
As células em um Painel solar são normalmente conectadas em série para produzir uma voltagem mais alta e, portanto, uma quantidade adequada de eletricidade.
No entanto, quando ocorre o sombreamento, essa estrutura tem algumas limitações.
Quando uma única célula solar é sombreada, a corrente de toda a série é ditada pela unidade que produz menos corrente.
Quando uma célula é sombreada, toda a série é efetivamente sombreada.
Os diodos de bypass são comumente usados em instalações para evitar perdas de energia.
As células solares são conectadas em paralelo com diodos de derivação.
Quando uma célula solar é sombreada, o diodo de bypass fornece um caminho de corrente que permite que a sequência integrada de células solares produza eletricidade em uma voltagem mais baixa.
Determinando a eficiência dos painéis solares
Os pesquisadores medem a eficiência de uma célula solar para prever quanta energia ela irá gerar.
O produto da corrente e da tensão é a eletricidade.
As propriedades elétricas dos Painéis solares são medidas usando relações entre corrente e voltagem.
Quando uma resistência de "carga" específica é conectada entre os dois terminais de uma célula ou módulo, a corrente e a voltagem produzidas se ajustam (a corrente através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à diferença de potencial entre os dois pontos).
As eficiências são avaliadas expondo a célula a uma quantidade básica e estável de luz, ao mesmo tempo em que mantém uma temperatura de célula estável e quantifica a corrente e a tensão geradas para várias resistências de carga.
Calculando o desempenho de painéis solares
Quando se trata de energia solar para sua casa, você deseja obter o máximo retorno do investimento.
Quais painéis solares, no entanto, geram mais energia?
A resposta é determinada por uma variedade de fatores, incluindo o tamanho do painel, a eficiência com que o painel converte a luz do sol em energia elétrica, a quantidade de luz do sol recebida pelo painel, o alinhamento do painel em relação ao sol e uma variedade de outras variáveis.
Condições de teste padrão para painéis
A medida padrão da produção de eletricidade do Painel solar é determinada testando os painéis em condições normais, conhecidas como Condições de Teste Padrão (STC).
O STC calcula a geração de energia de um Painel solar com base em condições comuns, como exposição à luz, orientação e temperatura do painel.
Um painel de 250 watts gera 250 watts de eletricidade quando a luz do sol no painel é de 1000 watts por metro quadrado ao operar a 25 ° C, de acordo com o STC.
De acordo com o STC, as empresas solares devem fabricar células solares que atendam ou excedam sua produção de energia comercializada.
Outro fator que influencia a quantidade de energia produzida por um Painel solar é a sua eficiência.
Por exemplo, um painel com uma eficiência de 20% converterá 20% de toda a luz que o atinge em eletricidade.
Mais luz solar será convertida em energia por um painel com uma classificação de desempenho superior.
A maioria dos Painéis solares tem classificações de eficiência que variam de 15% a 18%.
No entanto, como as condições do mundo real diferem do STC, um painel padrão raramente gera sua saída de potência ideal comercializada.
Por exemplo, a temperatura do seu Painel solar raramente é constante de 25 ° C.
A maioria dos Painéis solares é 20 ° C mais quente do que o ar circundante.
Em outras palavras, se a temperatura externa for de 20 ° C, a temperatura do painel solar provavelmente estará em torno de 40 ° C.
A temperatura tem impacto na eficiência dos painéis solares.
A temperatura nominal da célula de operação (NOCT) e o coeficiente de temperatura do coeficiente de temperatura de potência máxima (Pmax) são dois valores-chave a serem considerados ao determinar quanta energia você obterá de seu painel solar.
O NOCT é a temperatura que o painel atinge quando exposto a 800 W / m2 de atividade solar (energia equivalente ao sol moderado) a uma temperatura de 20 ° C.
O coeficiente de temperatura de Pmax é a porcentagem de energia perdida por um Painel solar para cada grau Celsius acima da temperatura STC de 25 ° C.
Para avaliar os níveis de desempenho (em oposição à eficiência ideal) de seus painéis solares, subtraia a temperatura de seu Painel solar da temperatura STC de 25 ° C e multiplique esse valor pelo coeficiente de temperatura de Pmáx.
Essa estimativa resultará em uma porcentagem negativa, que você pode deduzir de sua classificação de desempenho inicial.
Degradação, tempo e eficiência dos painéis solares
Vários avanços têm contribuído para tornar os Painéis solares mais eficientes.
Esses avanços se desenvolveram exponencialmente a ponto de a energia solar limpa ser agora uma opção viável para um número muito maior de pessoas do que era antes.
Como cada fabricante de Painel solar fabrica seus painéis de maneira diferente, cada painel tem uma taxa de degradação diferente.
De acordo com a pesquisa, o desempenho do Painel solar cai cerca de 0,8%.
Ou seja, depois de um ano, seu Painel solar vai gerar 99,2% da energia elétrica que gerava quando era novo; depois de dez anos, gerará 92% da eletricidade que gerava quando era novo; e assim por diante.
Painéis solares sofisticados provavelmente se degradarão em um ritmo muito mais lento.
Alguns chegam a alegar taxas de degradação tão baixas quanto 0,3%.
O ambiente em que você posiciona seu Painel solar também tem impacto na produção de energia.
Quanto mais luz solar seus painéis coletam, mais eletricidade eles podem gerar.
Se seus Painéis solares estiverem posicionados em uma área sombreada por árvores altas ou outras estruturas, eles não irão gerar tanta eletricidade quanto poderiam.
De acordo com a pesquisa, 20 a 30% de sombreamento pode resultar em uma redução de 30 a 40% na produção de energia.
Da mesma forma, se seus Painéis solares estiverem sujos, empoeirados ou cobertos de neve, folhas ou outros detritos, eles não gerarão tanta eletricidade quanto quando estivessem limpos.
O inversor é outro componente essencial do painel solar que influencia a produção de eletricidade.
O inversor converte eletricidade de corrente contínua (DC) em corrente alternada (AC) (o tipo que você usa em casa).
A eficiência do seu inversor determina a quantidade de energia DC que é convertida em eletricidade AC.
O tipo mais eficiente são os inversores sem transformador.
No entanto, novos microinversores e otimizadores de energia que se conectam a vários Painéis solares em vez de todo o conjunto ajudam a aumentar a energia por painel, tornando-os uma opção melhor para conjuntos maiores de vários painéis.
A geração de energia também é afetada por quão bem os painéis estão alinhados dentro de um sistema.
Se vários painéis de tensão estiverem interconectados, todo o array usará o painel com a tensão mais baixa, diminuindo a eficiência do sistema.
Existem vários fatores a serem considerados ao determinar quanta energia você gerará de seus painéis solares.
A melhor forma de garantir o sucesso é comprar de uma empresa certificada, conhecida por produzir painéis de alta eficiência, e posicionar seus painéis de forma que recebam o máximo de luz solar.
Tipos de painéis solares e eficiência
Existem vários elementos que compõem a eficiência dos painéis solares, nós os detalhamos para você abaixo.
Painéis de silicone monocristalino
Painéis monocristalinos ou únicos de silício são indiscutivelmente o tipo mais eficaz de Painel solar fotovoltaico disponível hoje.
Esses painéis quadrados são adequados para sistemas elétricos solares montados no telhado.
Eles são mais caros do que outros tipos de painéis devido ao maior conteúdo de silício usado no projeto.
Como mais energia solar é convertida em eletricidade, a maioria das configurações de telhado precisam de menos painéis para atingir os mesmos requisitos de energia.
Painéis de silicone policristalino
Como os painéis de silício policristalinos ou multicamadas usam menos silício, eles costumam ser mais baratos do que seus equivalentes mais eficientes.
Eles usam um design para ajudar a diminuir a perda de eficiência, permitindo que sejam usados em sistemas montados em telhados.
Por serem mais baratos, são adequados para projetos e instalações maiores.
Os painéis de silício policristalino também são mais resistentes ao calor.
Construindo Painéis Fotovoltaicos Integrados
A aparência de um edifício é crucial.
Proprietários de edifícios históricos ou aqueles com projetos estéticos distintos, por exemplo, podem relutar em distorcer a distinção de um edifício instalando um sistema elétrico solar.
Fotovoltaicos integrados à construção estão disponíveis para ajudar a neutralizar as mudanças estéticas que os Painéis solares podem causar.
Embora possam manter a aparência de telhados convencionais, esses painéis são mais caros e menos eficientes do que as alternativas.
Tecnologia de célula solar de filme fino
As células de filme fino são uma tecnologia solar mais recente que compreende uma ou mais camadas de filmes finos de células PV unidos a materiais existentes, como telhados de metal ou janelas de vidro.
Como esses filmes fotovoltaicos são muito finos, eles são mais leves e mais flexíveis do que outros painéis solares.
Embora a tecnologia de filme fino seja incrivelmente versátil, tem suas desvantagens.
Os sistemas de filme fino são menos eficientes e se degradam mais rapidamente do que os sistemas solares tradicionais, mas estão tentando melhorar à medida que a tecnologia avança.
Outros fatores que afetam a eficiência dos painéis solares
Esses fatores não têm impacto na eficiência dos painéis em si, mas em quão bem o seu sistema de energia solar produz energia para você usar em sua casa.
Planos solares
De maneira significativa, seu plano solar ajudará a determinar a eficiência.
Seu plano solar ajudará a avaliar a relação custo-benefício de seus painéis solares, em vez de aumentar ou diminuir seu desempenho.
Você vai querer encontrar o melhor negócio para você e suas circunstâncias particulares.
Projeto de sistema de energia solar
O design é uma consideração crítica para determinar a eficiência dos painéis solares.
Se seus Painéis solares não estiverem instalados corretamente, eles podem não gerar energia adequada para atender às suas necessidades.
Melhorias na casa
Tornar sua casa mais eficiente em termos de energia é outro remédio que ajudará seus Painéis solares a fornecerem a energia de que você precisa.
Por exemplo, se você tiver um aquecedor elétrico de água, uma quantidade significativa de eletricidade é usada para aquecer nossa água.
Mudar para um aquecedor elétrico de água com bomba de calor pode economizar eletricidade em alguns casos.
A eletricidade também é usada por aparelhos como lava-louças, máquinas de lavar, secadoras de roupas e ar-condicionado.
Todos esses aparelhos devem ser atualizados regularmente.
Isso não significa que você tenha que substituí-los a cada ano, mas se você puder, vá em frente e faça-o.
Além de atualizar seus eletrodomésticos, você pode fazer várias outras melhorias pela casa para aproveitar ao máximo seus painéis solares.
Encontre maneiras de tornar sua casa mais eficiente em termos de energia para que a eletricidade dos Painéis solares funcione com mais eficiência.
Exposição Média ao Sol
Algumas casas recebem significativamente mais exposição ao sol do que outras.
Isso pode ser por causa de uma grande árvore no quintal.
Pode ser porque a casa está próxima a uma estrutura mais alta que bloqueia o sol.
Pode ser apenas um problema de clima.
Alguns lugares simplesmente não recebem muito sol.
Pode até ser a orientação da sua casa ou a forma do seu telhado.
Seja qual for o motivo, uma mudança na exposição ao sol resultará em uma mudança na produção do painel solar.
Mesmo na mesma área, essas mudanças podem variar consideravelmente de casa para casa.