As placas fotovoltaicas são uma parte indispensável da geração de energia elétrica a partir de sistemas solares fotovoltaicos. Nesse tipo de sistema as placas são a parte do equipamento que pode ficar posicionada no telhado (no caso da energia solar residencial ou comercial) ou em um campo aberto (no caso das usinas solares) para receber a radiação solar.
Nesse artigo você vai aprender:
- O que são placas fotovoltaicas?
- Tipos de placas
- Como funcionam as placas fotovoltaicas
- Qual é a melhor placa solar para cada caso?
- De quantas placas fotovoltaicas eu preciso?
O que você vai ver neste artigo:
O que são placas fotovoltaicas?
Um sistema de energia solar fotovoltaica é composto por diversas peças. Aqui no blog já falamos sobre o papel do inversor que prepara a corrente elétrica para o consumo. Mas hoje vamos falar sobre as placas fotovoltaicas.
Essas placas solares são compostas por células fotovoltaicas, componentes que permitem a captação e conversão dos raios solares em energia elétrica.
Um grupo de células fotovoltaicas conectadas eletricamente e colocadas em uma estrutura é chamado de módulo (ou painel solar), que pode então ser agrupado em grupos maiores de módulos para formar um painel fotovoltaico.
Esses módulos, por sua vez, possuem campos elétricos que forçam os elétrons liberados pela absorção da luz a fluir em uma determinada direção. Esse fluxo de elétrons é uma corrente elétrica.
Quando os contatos de metal são colocados na parte superior e inferior da célula fotovoltaica, isso nos permite tirar a corrente para uso externo.
Tipos de placas fotovoltaicas
As placas fotovoltaicas são os itens que mais influenciam na performance e no orçamento final do seu sistema de energia solar. Confira a seguir os principais tipos disponíveis no mercado:
1. Painel solar fotovoltaico de silício monocristalino
Conhecidos por sua eficiência energética alta, os painéis fotovoltaicos monocristalinos são compostos por silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados.
Suas principais vantagens incluem:
- Eficiência entre 15% e 22% maior;
- Ocupa menos espaço;
- Vida útil superior a 30 anos.
2. Painel solar fotovoltaico de silício policristalino
O policristalino também é feito de silício. A principal diferença entre a tecnologia utilizada nele é o método da fundição dos cristais.
No policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (daí o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais.
- Suas vantagens incluem:
- Menor descarte de resíduos;
- Mais baratos;
- Vida útil superior a 30 anos.
Como funcionam as placas fotovoltaicas
As células fotovoltaicas são produzidas com material semicondutor que, através do efeito fotovoltaico, converte a radiação solar em energia elétrica. Entenda como esse processo funciona.
O efeito fotovoltaico é o surgimento de uma tensão elétrica em um material semicondutor, quando este é exposto à luz visível. Os dois efeitos estão relacionados, mas são processos diferentes.
Para entender como funciona o efeito fotovoltaico, devemos conhecer o modelo atômico, que demonstra o comportamento das partículas que compõem um átomo. Vamos nessa?
Os semicondutores têm a “banda de valência” completamente cheia e a “banda de condução” vazia, mas o “band-gap” dos semicondutores é de 1 eV (um elétron-volt). Isso faz com que um semicondutor se comporte como um isolante à 0° Kelvin, mas, com o aumento da temperatura, começam a conduzir eletricidade, agindo como um condutor.
Ao receber fótons de radiação eletromagnética com frequência dentro do espectro da luz visível, os elétrons da banda de valência podem saltar para a banda de condução, produzindo uma corrente elétrica no interior da estrutura cristalina do semicondutor.
Quando um elétron deixa o seu lugar de origem, fica um buraco que é preenchido por outro elétron. Essa recombinação faz com que o cristal fique eletricamente neutro. Um semicondutor puro, que não tem impurezas, é chamado de intrínseco.
Para aproveitar essa corrente elétrica, é necessário perturbar a sua formação cristalina. Isso é feito através da dopagem, adicionando-se elementos químicos que atrapalharão a ligação atômica do semicondutor.
Para formar uma célula solar (ou um diodo) são unidos os dois tipos de semicondutores. Na área da união, chamada de Junção-PN, os elétrons livres do semicondutor tipo N migrarão para o semicondutor tipo P para ocuparem esses espaços.
Essa migração não ocorre indefinidamente, pois forma-se um campo elétrico na área de junção que impede que os elétrons continuem fluindo.
Ao receberem fótons de luz visível, os elétrons são energizados, mas não conseguem fluir da camada N para a camada P. Se ligarmos as duas camadas externamente, podemos aproveitar a corrente elétrica que se forma na passagem dos elétrons de uma camada para outra.
E é assim que funciona a placa fotovoltaica.
Qual é a melhor placa solar para cada caso?
Depende. Infelizmente não existe uma receita de bolo. E é aqui que uma equipe profissional faz toda a diferença. Antes da compra, uma empresa especializada vai viabilizar um estudo para entender qual placa fotovoltaica é melhor para a sua casa, considerando localização, perfil de consumo, disponibilidade de investimento entre outros fatores.
De quantas placas fotovoltaicas eu preciso?
Há uma fórmula comumente aplicada para o cálculo de placas fotovoltaicas: energia = potência x tempo x (rendimento).
Para facilitar a sua compreensão, vou utilizar um exemplo prático.
A região sul do Brasil recebe em média 5,37 horas diárias de irradiação solar útil à geração fotovoltaica. Para esse exemplo, consideramos um módulo solar fotovoltaico de 265 W de potência, voltado para o Norte, inclinado a 20º e considerando as perdas totais do sistema fotovoltaico, por aquecimento e sujeira, em 20% da potência nominal.
Sob essas condições, o módulo de 265 W gera, por dia 1,14 kWh, como mostrado na equação abaixo:
Mas, se considerarmos o período de um mês, esse mesmo equipamento fornece 34,20 kWh. Supondo que a residência consuma em média, 250 kWh mês, ela precisa de aproximadamente de 7 painéis solares instalados.
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