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.