Energia, Energia renovável, Luz

Como painéis solares fotovoltaicos funcionam? (Parte 2)

Esta é a segunda parte do tópico de painéis solares fotovoltaicos.

Posicionamento do painel solar

Para obter a máxima produção de energia, o módulo fotovoltaico deve ser posicionado considerando a inclinação do eixo de rotação da Terra, latitude e ângulo azimutal do Sol. Para receber o máximo de energia diariamente, o módulo sempre deve ser apontado para o norte geográfico e o ângulo de inclinação com o solo deve ser ajustado com relação ao solo.

O ângulo de inclinação depende da latitude.

Considere o modelo de painel solar:

A equação para calcular a altura da haste z:

z=L\cdot sen\alpha

Para calcular a distância x:

x=L\cdot cos\alpha

Para construir fileiras paralelas de painéis solares, é necessário deixar uma distância d entre as fileiras que é calculada desta forma:

d=3,5\cdot z

Curva característica

Aqui são exemplos de curvas característica do painel solar. A curva preta é curva característica corrente-tensão (I-V) e a curva verde é a curva potência-tensão (P-V). Repare no ponto vermelho que é o ponto de potência máxima. Todos os painéis solares seguem esses padrões de curva. Geralmente essas curvas são fornecidas pelo fabricante.

A temperatura e a radiação solar também influenciam na curva. Influência da radiação solar:

Influência da temperatura:

Materiais para células fotovoltaicas

Existem diversos materiais para a construção de módulos fotovoltaicos, geralmente o material é silício, porém existem vários tipos de silício e outros materiais.

  • Silício monocristalino

O silício monocristalino possui uma estrutura molecular homogênea, aqui é o produto final da célula monocristalina.

Estes tipos de células são as mais eficientes atualmente, mas tem o custo mais elevado e precisam ser instalados em módulos para obter resistência mecânica. O processo de fabricação desperdiça grande quantidade de silício.

  • Silício policristalino

Este tipo de silício possui vários cristais com tamanhos e formas diferentes na estrutura molecular. Aqui é uma célula solar feito com este material.

O custo de fabricação deste material é menor e produz menos resíduos de silício, mas eficiência é um pouco menor comparado com o monocristalino devido a baixa pureza. Também precisa ser montados em módulos para proteção mecânica.

  • Silício amorfo de filme fino

Usado mais para pequenas aplicações, células com este material tem uma baixa eficiência. Sua eficiência diminui em 6 a 12 meses devido a degradação causada pela luz até alcançar um valor estável. A eficiência pode ser aumentada com o empilhamento, uma técnica de colocar várias camadas de células de silício amorfo, porem o custo é técnica é caro.

  • Filme fino de Telureto de cádmio (CdTe)

Células com este material tem o melhor custo/eficiência entre os painéis de filme fino, são usados em grandes usinas de energia solar. Não é produzido em larga escala porque o cádmio (Cd) é tóxico e o telúrio (Te) é um material raro.

  • Filme fino de seleneto de cobre, índio e gálio (GICS)

Tem maior eficiência entre as células de filme fino, porem ainda são muito caras.

  • Células híbridas

Procurou-se combinar a alta eficiência da células cristalina com o baixo custo do filme fino. Não há degradação da eficiência por causa da luz e funciona bem com altas temperaturas.

Tabela de eficiência

Aqui esta uma tabela para comparar as eficiências entre as células e os módulos de diferentes materiais.

Material Eficiência da célula em laboratório Eficiência da célula comercial Eficiência do módulo comercial
Si monocristalino 24,7% 18% 14%
Si policristalino 19,8% 15% 13%
Si amorfo 13% 10,5% 7,5%
CdTe 16,4% 10% 9%
GICS 18,8% 14% 10%
Híbrido 20,1% 17,3% 15,2%
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