Como funcionam os painéis solares

A estrutura do painel solar e o princípio do seu funcionamento depende dos materiais e da tecnologia a partir da qual é fabricado. Por conseguinte, é necessário compreender as características das principais opções para compreender quais são as suas diferenças e escolher a solução apropriada para a sua utilização. Todos os dados são relevantes para produtos de qualidade, as baterias baratas podem não cumprir os parâmetros indicados, uma vez que são frequentemente fabricadas com irregularidades na tecnologia.

Desenho padrão de um painel solar rígido.

Terminologia

Os principais termos utilizados neste campo são:

1. Energia solar - electricidade que é obtida do sol quando os painéis são utilizados.
2. Insolação solar - indica quanta luz solar é recebida por metro quadrado de superfície perpendicular aos raios.
3. Células fotovoltaicas - módulos capazes de converter a luz solar em energia eléctrica. Tipicamente produzem 1 a 2 watts de energia, mas estão disponíveis opções de maior desempenho.
4. Sistema fotovoltaico - um conjunto de equipamentos que converte a luz solar em electricidade.
5. As células ou painéis solares são um grupo de células fotovoltaicas agrupadas num grande módulo e ligadas em série ou em série-paralelo. Tipicamente, uma única bateria contém 36 a 40 segmentos.
6. Array - vários painéis solares ligados para obter a quantidade de corrente necessária.
7. Módulos emoldurados - estruturas numa estrutura de alumínio que são robustas e herméticas.
8. Elementos sem armação - versões flexíveis, são utilizados em aplicações com cargas mais baixas.
9. Kilowatt-hora (kW) - uma medição padrão de energia eléctrica.
10. Eficiência (eficiência) - de painéis solares. Indica quanta energia solar que atinge a superfície é convertida em electricidade. Normalmente o número é de 15-24%.
11. Degradação - redução da capacidade das células solares que ocorre devido a causas naturais. Medido como uma percentagem dos valores originais.
12. Os picos de carga são os momentos em que é necessária a maior quantidade de electricidade.
13. O silício cristalino é a matéria-prima dos painéis solares. A opção mais comum e mais duradoura actualmente.
14. Silício amorfo - composição aplicada à superfície por evaporação e selada com um revestimento protector.
15. Semicondutores - substâncias que podem conduzir uma corrente sob certas condições. Isto inclui a maior parte dos novos materiais utilizados no fabrico de células solares.
16. Inversor - um dispositivo que converte corrente contínua em corrente alternada.
17. Controlador - regula a tensão de saída dos módulos solares para carregar correctamente as baterias.

Mapa da insolação na Rússia.

Estes são apenas os termos mais comuns, existem opções adicionais. Mas mesmo conhecendo o básico ajudá-lo-á a compreender o assunto muito melhor.

Categorias de qualidade

Para avaliar a qualidade de um painel solar, a primeira coisa a fazer é descobrir o grau de matéria-prima utilizada para produzir as células fotovoltaicas. Isto determina a eficiência e a vida útil do produto acabado. Existem quatro classes principais:

1. Grau A - A melhor nota, que está livre de quaisquer danos e fissuras. A homogeneidade do enchimento e a suavidade da superfície garantem um alto desempenho, que muitas vezes é até superior ao declarado na documentação. Além disso, esta variante tem a mais baixa taxa de degradação e mantém um bom desempenho durante um longo período de tempo.
2. Grau B é de qualidade ligeiramente inferior, e pode ter imperfeições superficiais. No entanto, é frequentemente utilizado para produzir um produto comparável em desempenho ao grau A. O coeficiente de degradação é muito mais baixo e, portanto, perde as suas características iniciais mais rapidamente.
3. Grau C - uma opção em que podem existir defeitos bastante graves, desde fendas a lascas e outros danos. Estes módulos são muito mais baratos em preço, mas também a sua eficiência nunca é superior a 15%. Uma solução barata que é adequada para pequenas cargas.
4. Grau D - Basicamente, trata-se de material residual remanescente da fabricação de células fotovoltaicas que não devem ser utilizadas para fazer pilhas. Mas muitos fabricantes menos honrados, especialmente na Ásia, utilizam-nos na produção. O desempenho desta opção é extremamente fraco.

É melhor escolher a primeira opção, numa pitada a segunda serve. Só eles serão capazes de proporcionar uma eficiência normal e durarão muito tempo.

A película protectora nos painéis solares também deve ser de alta qualidade.

O material de laminagem EVA é uma película especial que é colocada na parte da frente e pode ser utilizada no verso. O principal objectivo é proteger os elementos operacionais de influências adversas sem interferir com a luz solar. As versões de alta qualidade duram cerca de 25 anos, as de baixa qualidade 5 a 10 anos. É impossível definir um tipo a olho nu, por isso é mais fácil julgar pelo preço - as boas variantes não terão preços baixos.

No vídeo, a corrente eléctrica é explicada graficamente no exemplo da exposição à luz solar.

Como funciona

Explicar como funciona um painel solar é difícil, mas podem ser feitas algumas observações gerais:

1. Quando a luz solar atinge as células fotovoltaicas, começam a formar-se aí pares de furos de electrões nãoequilibrados.
2. O excesso de electrões faz com que estes se desloquem para a camada inferior do semicondutor.
3. É criada uma tensão no circuito externo. O pólo positivo surge no contacto da camada p e o pólo negativo aparece no contacto da camada n.
4. Se uma bateria for ligada às células fotovoltaicas, é criado um circuito fechado e os electrões em constante movimento fornecem uma carga gradual à bateria.
5. Os módulos convencionais de silicone são células de transição única que só podem gerar energia a partir de um espectro específico de luz solar. É por causa disto que a eficiência do equipamento é baixa.
6. Para resolver o problema, os fabricantes desenvolveram versões em cascata; eles podem retirar energia de diferentes raios do espectro solar. Aumenta a eficiência, mas devido ao elevado custo de produção, o preço de tais painéis é muito mais elevado.
7. A energia que não é convertida em electricidade é convertida em calor, pelo que os painéis solares aquecem até 55 graus, e os painéis semicondutores aquecem até 180 graus no processo. E à medida que se torna mais quente, a eficiência do painel solar diminui.

O diagrama mais simples de um painel solar.

A propósito! Os painéis solares são mais eficazes em dias claros de Inverno, quando há muita luz e as baixas temperaturas arrefecem a superfície.

Do que são feitos os painéis solares

Para estudar a construção de um painel solar, é necessário compreender as principais variedades, uma vez que a tecnologia de produção tem diferenças significativas em função das matérias-primas utilizadas:

1. Baterias CdTe. O telureto de cádmio é utilizado no fabrico de módulos de película. Uma camada de algumas centenas de micrómetros é suficiente para atingir uma eficiência de cerca de 11% ou ligeiramente superior. Mas em termos de watts por watt, é pelo menos 30% mais barato do que as alternativas tradicionais de silício. E é uma alternativa muito mais fina e leve.
2. O tipo CIGS. A abreviatura significa que contém cobre, índio, gálio e selénio. O semicondutor resultante é também aplicado numa pequena camada, mas ao contrário da primeira variante, a eficiência aqui é uma ordem de magnitude superior, a 15%.
3. GaAs e InP são capazes de depositar uma camada fina de 5-6 μm e têm uma eficiência de cerca de 20%. Esta é uma nova palavra em tecnologias para gerar electricidade a partir da luz solar. Graças às suas altas temperaturas de funcionamento, as baterias podem ser aquecidas até um nível elevado sem qualquer perda de desempenho. Mas devido ao facto de serem utilizados materiais de terras raras na produção, o custo deste tipo é elevado.
4. Baterias Quantum dot (QDSC). Utilizam pontos quânticos em vez dos tradicionais materiais a granel como material absorvente para a conversão da energia solar. Ao afinar as aberturas da banda, é possível fazer módulos multijunções que absorvem a energia solar de forma mais eficiente.
5. Silício amorfo é aplicado por evaporação e tem uma estrutura heterogénea. Não é muito eficiente, mas a superfície homogénea é muito boa a absorver mesmo a luz dispersa.
6. Policristalino variantes feitas por fusão do silício e arrefecimento sob certas condições, a fim de obter cristais unidireccionais. Uma das soluções mais comuns devido à barateza da produção e à boa eficiência.
7. Monocristalino As células consistem em monocristais cortados em placas finas e ligados com fósforo. A solução mais duradoura, que tem uma baixa taxa de degradação e uma duração de vida de pelo menos 30 anos, mas na maioria das vezes mais longa por 10-15 anos.

As baterias de telureto de cádmio estão entre as mais rentáveis em termos de custo por quilowatt de electricidade.

A propósito! A eficiência desta ou daquela variante depende da tecnologia de produção, pelo que é necessário clarificá-la.

Leia também

Tipos e métodos de instalação de painéis solares

 

Prós e contras dos painéis solares

Cada tipo tem as suas próprias características que vale a pena considerar ao escolher o tipo mais adequado:

1. Os painéis monocristalinos têm a maior eficiência e, portanto, poupam espaço no módulo. Têm uma vida útil de pelo menos 25 anos e são lentos a perder o poder. Ao mesmo tempo, a superfície é muito sensível à sujidade e deve ser limpa frequentemente. E o preço é o mais alto de todas as variantes à base de silicone.
2. As variantes policristalinas não absorvem os raios solares de forma tão eficaz, mas funcionam melhor com luz difusa. Têm melhor relação qualidade/preço mas ocupam mais espaço devido à menor eficiência.
3. As baterias de silicone amorfo podem ser colocadas em qualquer lugar, inclusive nas paredes dos edifícios, porque absorvem bem a luz difusa. Com a sua baixa eficiência, têm um preço baixo, pelo que podem ser utilizados como uma opção económica. Ao mesmo tempo, duram muito tempo e não têm tanto medo da contaminação superficial.
4. As variantes de terras raras têm vantagens e desvantagens semelhantes, pelo que podem ser consideradas em conjunto. São superiores aos painéis clássicos em termos de eficiência e podem ser aplicados em filme, o que é conveniente. Têm uma maior amplitude térmica, pelo que o aquecimento não afecta o desempenho. Mas devido ao preço elevado e à raridade dos metais, estas opções não são utilizadas em massa.

A opção de montagem na parede simplifica o trabalho de instalação.

Onde utilizar

Todas as opções consideradas podem ser instaladas no sector privado para obter electricidade do sol e poupar nos custos de energia, ou mesmo para alcançar uma autonomia total. No que toca à utilização, há algumas orientações simples a considerar:

1. As variantes monocristalinas e policristalinas são melhor instaladas no telhado ou no solo, com uma armação construída no ângulo correcto com antecedência. Preferencialmente, o ângulo deve ser ajustável, para que se possa ajustar ao sol.
2. Os módulos de filme podem ser colocados em qualquer lugar, tanto em paredes como em telhados. Funcionam bem mesmo que os raios não alcancem a superfície no ângulo certo, o que é muito importante.
3. A indústria prefere radiadores de folha de alumínio por serem mais baratos e fáceis de instalar.

As versões em filme são mais fáceis de instalar para grandes volumes de trabalho.

Existem várias variedades de painéis solares, mas cerca de 90% do mercado é ocupado por modelos tradicionais de silício devido ao seu baixo preço e bom desempenho. Também pode escolher uma das soluções semicondutoras, mas depois terá de gastar uma vez e meia a duas vezes mais dinheiro.