Tudo sobre a Eficiência do Painel Solar
Muitas pessoas se perguntam o que é a eficiência de um painel solar.
Sem dúvida, a eficiência é um dos dados mais importantes para se atentar na hora de escolher os módulos (placas) solares que irão compor o seu painel fotovoltaico.
Veja aqui exatamente o que é e como calcular a eficiência de uma placa solar fotovoltaica.
Qual o rendimento (eficiência) de um painel solar?
A eficiência de um painel solar representa o seu potencial de conversão da luz solar em energia elétrica por metro quadrado. Um painel solar com eficiência de 16,5%/m2 significa que do total de luz captado pelo módulo 16,5% será a geração de eletricidade para o consumo.
Portanto, quanto maior a eficiência de um painel solar maior será a quantidade de energia elétrica produzida por m2 com a mesma quantidade de luz incidente.
É preciso entender que a eficiência dos painéis solares informada por sua fabricante é medida em laboratório por meio de um teste que utiliza um conjunto de valores reconhecido e adotado internacionalmente, conhecido pela sigla STC (Standard Test Conditions).
Em português, “Condições Padrão de Teste”. Trata-se dos padrões definidos pela indústria solar para atestar a qualidade e eficiência dos equipamentos.
Ao utilizar um conjunto fixo de condições, todos os painéis solares podem ser comparados e avaliados de forma mais precisa.
São 3 (três) as condições padrão de teste:
1. Temperatura da Célula = 25°C.
A temperatura da célula solar em si, não a temperatura do ambiente. O painel solar durante o teste deve estar em 25°C.
2. Irradiação solar = 1000 Watts m².
Esse número refere-se à quantidade de energia que incide sobre uma determinada área em um determinado momento. Trata-se de uma média da quantidade de luz solar que incide na superfície terrestre.
3. Massa de Ar = 1.5.
Esse número é difícil de medir, uma vez que se refere à quantidade (extensão) de atmosfera terrestre que a luz precisa passar antes de chegar ao solo. Está relacionado, principalmente, com o ângulo do sol em relação a um ponto de referência sobre a terra.
Veja, na figura abaixo, os diferentes valores de massa de ar (Air Mass – AM) que os raios solares atravessam de acordo com o seu ângulo de incidência sobre a Terra, assim como a influência da massa de ar no gráfico quantitativo da potência em watts (W) entregue pelos raios solares de acordo com o seu comprimento de onda (wavelength). Importante destacar que, de toda a radiação eletromagnética emitida pelos raios solares, somente as ondas contidas dentro da faixa visível (visible) são aproveitadas pelos painéis solares. As ondas ultravioletas (UV) e infravermelhas (IR) não produzem o efeito fotovoltaico.
O que determina a eficiência das placas solares?
Vimos que a eficiência de um painel solar é a sua capacidade de conversão da luz em eletricidade, mas quais as características que determinam essa eficiência?
Células fotovoltaicas
Cada módulo fotovoltaico é composto por dezenas de células solares. A célula solar é a unidade básica de funcionamento da tecnologia fotovoltaica e é responsável pelo processo que converte a luz em energia elétrica.
As células fotovoltaicas são fabricadas a partir de algum tipo de material semicondutor. Cada tipo de semicondutor possui características próprias na conversão elétrica que determinam a sua eficiência.
Dessa forma, a eficiência do painel solar está diretamente ligada à de suas células. Quanto mais eficientes forem as células solares utilizadas nos módulos fotovoltaicos, maior será a eficiência do painel solar.
Ligamentos e modelagem
A forma como as células fotovoltaicas são posicionadas dentro da placa solar e o acabamento dado a ela também impactam na sua eficiência, pois o cálculo da eficiência é feito com base na área total do dispositivo que recebe a radiação solar.
Os módulos fotovoltaicos apresentam áreas “mortas” que interferem na sua eficiência, isto é, áreas não ocupadas por células, como os espaços entre elas, as bordas e a moldura.
É por esse motivo que a eficiência do painel solar é sempre menor que a eficiência individual de cada uma de suas células fotovoltaicas, pois elas possuem menos dessas áreas “mortas” e têm um maior aproveitamento da luz.
Tempo de uso (Idade) do painel solar
Não é segredo que os painéis solares perdem eficiência com o passar do tempo. A perda anual é ínfima, e os melhores fabricantes do mercado trabalham com garantias que atestam que seus módulos irão permanecer com mais de 80% da eficiência original ao final dos 25 anos.
Contudo, quanto maior for o tempo de uso de um painel solar, menor será a sua eficiência.
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Fatores que influenciam na eficiência dos painéis solares
A eficiência do painel solar rotulada pelo fabricante é determinada pelo teste padrão da indústria que utiliza valores fixos para as condições climáticas que influenciam na geração elétrica do equipamento, as quais são:
Irradiação Solar
Placas fotovoltaicas precisam de luz do sol para gerar energia elétrica e têm o seu melhor aproveitamento em locais com as maiores médias anuais de radiação solar.
A disponibilidade de sol em uma determinada região durante o ano está diretamente ligada a alguns fatores, como a sua posição geográfica e clima.
Temperatura
As variações de temperatura também influenciam o desempenho das células fotovoltaicas e, consequentemente, a eficiência do painel solar.
A temperatura das células fotovoltaicas não é a mesma do ambiente, pois as células sofrem um aumento de temperatura ao receber a radiação solar.
Em média, a temperatura de um painel solar é, aproximadamente, 20 °C mais quente do que a temperatura ambiente.
Como as condições simuladas nos testes não se replicam ao mundo real, em situações práticas de operação a eficiência de um módulo fotovoltaico será determinada conforme a variação de cada uma delas.
Além disso, existem alguns fatores técnicos envolvidos na instalação do painel solar que também interferem no rendimento que ele irá apresentar durante a sua vida útil.
Posição do painel
A instalação do painel solar deve ser feita de forma que a sua exposição aos raios do sol seja a melhor e a maior possível durante as horas de luz.
Para isso, um dos fatores que deve ser analisado é a direção do painel, de modo que a sua face esteja voltada ao sol ao longo do seu deslocamento diário.
O Brasil está localizado no hemisfério Sul, portanto, o sol nasce no Leste, sobe se inclinando ao Norte e se põe no Oeste. Sendo assim, a melhor direção do painel solar no Brasil é com a face voltada ao Norte.
Leia também: Quantos kw gera uma placa solar?
Inclinação
Outro ponto que influencia a captação de luz pelo painel solar é a inclinação. A inclinação do painel deve ser cuidadosamente calculada de forma que favoreça a incidência direta dos raios solares sobre a face dos módulos.
Embora possam captar a luz difusa que incide sobre a sua superfície, os painéis solares têm o melhor aproveitamento com os raios que chegam de forma perpendicular, ou seja, aqueles que atingem diretamente a superfície formando um ângulo de 90°.
A regra básica é definir a inclinação do painel fotovoltaico na mesma angulação da latitude do local onde ele será instalado.
Sombreamento
Como dependem de luz para funcionar, os painéis solares também têm a eficiência comprometida caso ocorra algum sombreamento sobre a sua superfície.
Qualquer objeto próximo ao local da instalação, como prédios, postes e árvores, deve ser averiguado para evitar ao máximo a ocorrência de sombra sobre o painel solar.
Por todos esses motivos, é imprescindível contar com o trabalho de uma empresa de energia solar especializada para a realização do projeto e instalação do seu sistema fotovoltaico, garantindo que o seu painel solar opere com eficiência e rendimento otimizados.
Tipos de painéis solares mais eficientes
Existem diferentes modelos de painéis solares disponíveis no mercado que diferem de acordo com o tipo de célula fotovoltaica utilizada, sendo que umas são mais eficientes que outras na conversão da luz em energia.
Também existem novas tecnologias empregadas na construção dos painéis que permitem alcançar maiores índices de eficiência energética.
Painéis solares de silício cristalino
Os painéis solares fabricados com células fotovoltaicas de silício cristalino são os mais antigos e, ainda, os mais utilizados no mercado, pois apresentam os maiores níveis de eficiência.
Eles podem ser monocristalinos (mono-Si) ou policristalinos (p-Si), diferenciando conforme o processo de fabricação de suas células.
Os painéis monocristalinos apresentam índice de eficiência mais alto devido a maior pureza de suas células, porém têm preços mais elevados. A eficiência dos painéis solares policristalinos é um pouco mais baixa, mas compensam pelo menor custo.
Painéis solares PERC
A tecnologia de células PERC (do inglês, Passivated Emitter and Rear Contact ou Emissor Passivado e Contato Traseiro, na tradução livre) é a mais utilizada pelos fabricantes para aumentar a eficiência dos painéis solares de silício cristalizado.
De maneira simples, essa tecnologia utiliza uma camada de passivação muito fina na parte traseira das células que permite a reflexão dos raios solares, fazendo com que eles passem mais vezes pela célula e aumentando a sua eficiência.
Painéis solares Half-Cell
Os painéis solares com tecnologia Half-cell ou split-cell utilizam células fotovoltaicas de silício repartidas ao meio, o que aumenta a sua eficiência e durabilidade.
Dessa forma, um módulo tradicional que, antes, continha 60 células inteiras, hoje é fabricado com 120 half-cells, o que lhe garante mais eficiência com o mesmo tamanho.
Painéis solares bifaciais
Os módulos solares tradicionais captam a luz do sol apenas pela sua parte frontal, na qual o vidro fotovoltaico permite a passagem da luz. Já os painéis solares bifaciais são fabricados com células especiais e vidros na parte frontal e traseira que lhe permitem captar a luz de ambos os lados, aumentando a sua eficiência.
No entanto, módulos bifaciais são utilizados somente em grandes usinas ou projetos com estruturas de solo, que lhe dão o espaço necessário para que a luz difusa chegue na parte traseira.
Na maioria das instalações de geração distribuída, em que os painéis são instalados sobre o telhado e muito próximos das telhas, os módulos bifaciais não apresentam eficácia.
Painéis solares de filme fino (os menos eficientes)
Os painéis solares de filme fino ou película fina (Thin Film) utilizam menos matéria prima para a sua fabricação e, por isso, têm custos mais baratos. No entanto, sua eficiência é muito inferior aos módulos de silício cristalino.
Existem diferentes materiais utilizados em painéis solares de filme fino, como:
• Silício amorfo (a-Si);
• Disseleneto de Cobre Índio e Gálio (CIGS);
• Telureto de Cádmio (CdTe).
3 Verdades sobre e eficiência do Painel Solar Monocristalino ou Policristalino
1) Quanto mais eficiente é o painel solar, melhor é a célula.
2) Quanto mais eficiente é um painel solar, mais energia solar é produzida por metro quadrado (Wh/m2).
3) Painéis solares mais eficientes tendem a ser mais caros.
Passo a passo para calcular a eficiência de um painel solar
Para realizar este cálculo, é preciso saber a altura e largura exatas da placa solar, assim como a sua potência. Exemplo: painel solar de 330 watts com altura de 1,956m e largura de 0,992m.
Primeiro, você deve calcular a área do Painel Solar => 1,956 x 0,992m = 1,940352 m²
Depois, divida a potência do Painel Solar por sua área => 330 / 1,940352 = 170,07 watts/m²
Por fim, divida o resultado acima por 10 para chegar na eficiência em porcentagem => 170,07 / 10 ≅ 17%
Ou seja, o painel solar calculado no exercício acima possui uma eficiência de 17% nas condições padrão de teste.
Outra forma fácil de calcular a eficiência de uma placa solar é através da fórmula:
Eficiência = (potência / área x irradiância padrão por m2) x 100
Então, utilizando os mesmos dados do primeiro cálculo, teríamos:
Eficiência = (330 / 1,940352 x 1000) x 100 ≅ 17%
Tabela de eficiência de painéis solares
Montamos esta tabela para você entender a variação de eficiência dos painéis solares de silício cristalino comercializados no Brasil atualmente.
Os painéis solares feitos com silício cristalino são os mais usados no mundo e, hoje, representam 100% dos modelos importados/fabricados no Brasil. Ou seja, muito provavelmente o painel solar que você vai instalar no seu telhado será de silício cristalino.
| Tecnologia | Eficiência | Percentual do total de painéis produzidos / importados* | De uma forma simples |
| Monocristalino PERC | 20,2 - 21,6% | 52% | Os painéis solares mais eficientes |
| Monocristalino Standard | 18-20% | 25% | |
| Policristalino PERC | 17,8 – 19,9% | 14% | Os painéis solares menos eficientes |
| Policristalino Standard | 15-17% | 9% |
Por sua vez, os painéis solares de filme fino apresentam índices de eficiências menores que as dos módulos de silício cristalizado, variando conforme o material utilizado.
| Tecnologia | Eficiência |
| Disseleneto de Cobre Índio e Gálio (CIGS) | 13-15% |
| Telureto de Cádmio (CdTe) | 9-11% |
| Silício amorfo (a-Si) | 6-8% |
Cuidados na hora de comprar painel solar
Após todas as informações apresentadas até aqui, você já é capaz de identificar a eficiência dos painéis solares e escolher os melhores modelos nesse quesito.
No entanto, existem outros fatores que você deve se atentar na hora de selecionar as placas solares que irão compor o seu painel fotovoltaico.
Veja 3 dicas para comprar painel solar:
#Dica1: Coeficiente de temperatura do painel solar
O Silício usado para fazer a célula solar é um semicondutor. Semicondutores perdem eficiência com o calor.
A temperatura da célula solar em 25°C utilizada no teste de rotulagem dos módulos não reflete as condições reais de operação no Brasil, uma vez que as altas temperaturas do ambiente na maioria do nosso território fazem com que o painel aqueça mais que isso.
Então, na prática, os painéis fotovoltaicos irão apresentar eficiência menor que a informada pela fabricante.
No entanto, é possível saber com mais precisão qual será a eficiência do módulo fotovoltaico durante a sua operação ao analisar a ficha de dados do painel solar.
Nessa ficha de especificações técnicas, presente em todos os equipamentos de qualidade, a fabricante detalha vários dados do painel, entre eles o "Coeficiente de temperatura de Pmax" (Em inglês: "Temperature coefficient of Pmax" ou "Peak Power Temperature Coefficient")
O coeficiente de temperatura de Pmax mostra a perda percentual de eficiência da placa solar para cada °C que ela atingir acima de 25°C durante o seu funcionamento.
Portanto, procure sempre painéis fotovoltaicos com um coeficiente de temperatura o mais baixo possível. Se alguma empresa de energia solar lhe oferecer um painel solar com coeficiente de temperatura maior que 0,5% por grau Celsius (°C) - desconfie!
O coeficiente de temperatura sempre é informado na folha técnica de um painel solar. Caso o fabricante do painel solar não saiba o seu coeficiente de temperatura desconfie desse painel também.
Atualmente, os painéis solares cristalinos de maior qualidade apresentam coeficientes de temperatura de 0,35% por grau Celsius acima de 25°C.
#Dica2: Temperatura Nominal de Operação (NOCT / NMOT)
Outro dado muito importante para conferir na ficha técnica do painel solar é a "Temperatura Nominal de Operação da Célula" ou "Temperatura Nominal de Operação do Módulo"("Nominal Operating Cell Temperature - NOCT" ou "Nominal Module Operating Temperature - NMOT", em inglês).
Esse dado mostra qual foi a temperatura registrada pelo módulo fotovoltaico durante o teste de rotulagem.
Para o teste de NOCT/NMOT, foi definido um conjunto fixo de padrões climáticos que busca se aproximar mais da realidade física na qual os equipamentos irão operar, sendo: irradiância de 800 W/m², temperatura ambiente de 20°C, massa de ar 1.5 e velocidade do vento a 1 m/s.
Os painéis solares de qualidade comercializados no mercado, hoje, apresentam temperatura nominal de operação entre 42°C e 45°C, com uma diferença de 2°C a 3°C para mais ou para menos.
Ao analisar a temperatura nominal de operação de um módulo fotovoltaico com o seu coeficiente de temperatura, é possível ter uma noção bem próxima de qual será a perda de eficiência do painel solar durante a sua operação.
Isto é, se uma placa solar tem um NMOT de 42°C e um coeficiente de temperatura em 0,35%/°C, isso significa que ela irá apresentar uma perda de eficiência de 5,95% (42°C - 25°C = 17 x 0,35 = 5,95).
#Dica3: Não confundir a eficiência da célula fotovoltaica com a eficiência do Painel Solar
A célula fotovoltaica tem eficiência superior ao Painel Solar, pois quando ela é “encapsulada” em um painel solar durante o seu processo de fabricação existe uma perda de eficiência devido a vários fatores.
Portanto, na hora em que você estiver conferindo a folha de dados do painel solar, preste atenção na informação "Eficiência do Módulo" ("Module Efficiency") e não "Eficiência da Célula" ("Cell Efficiency").
Todos esses cuidados irão permitir que você tenha uma noção da eficiência do Painel Solar que você vai usar na sua casa ou empresa.
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