Hoje em dia, os painéis solares oferecem uma solução energética confiável. Eles não apenas reduzem sua dependência da rede, mas também podem economizar muito dinheiro em suas contas de eletricidade.
Este artigo apresenta os conceitos básicos de painéis solares, suas categorizações, tendências e desafios, além de dicas de como escolher a melhor variedade para suas necessidades.
Conteúdo
Uma visão geral dos painéis solares
Tamanho e crescimento do mercado
Categorias de painel solar
Tendências e desafios
Algumas dicas antes de comprar
Uma visão geral dos painéis solares
Painéis solares usam células fotovoltaicas (PV) para converter a luz solar em eletricidade, proporcionando aos usuários a oportunidade de alimentar suas casas ou empresas fora da rede e, ao mesmo tempo, reduzir as contas de eletricidade.
Os sistemas de painéis solares consistem em múltiplas células fotovoltaicas individuais que compreendem uma camada de silício, uma camada de fósforo (que fornece uma carga negativa) e uma camada de boro para energia renovável (que fornece uma carga positiva).
Enquanto isso, as células fotovoltaicas são uma fina folha de semicondutores fotovoltaicos que geram eletricidade diretamente do sol e produzem tensão, desde que haja luz solar suficiente.
Painéis solares são geralmente categorizados nos seguintes tipos: painéis solares monocristalinos, painéis solares policristalinos, painéis solares de película fina, painéis solares PERC e painéis solares bifaciais. Os painéis solares podem ser implantados em diferentes áreas de uma propriedade dependendo do tipo de painel solar.
Os painéis solares residenciais normalmente medem 1.6 × 1 metro (aproximadamente 5.25 × 3.25 pés) e cada painel normalmente produz entre 250 e 400 watts de potência. Os painéis solares comerciais podem ser maiores e correspondentemente mais potentes.
Painéis solares normalmente têm uma vida útil de 25 a 30 anos, mas isso depende muito da marca e da qualidade. A maioria dos painéis solares rígidos fornecerá um mínimo de 20 anos de desempenho garantido.
Tamanho e crescimento do mercado
Grandview estima que o valor de mercado global de painéis solares atingiu 170.25 mil milhões de dólares em 2023. Espera-se que este número atinja um CAGR de 7.7% ano a ano, graças aos aumentos contínuos na procura.
A procura de painéis solares na China aumentou para 36.4%, enquanto a procura na Europa, América do Norte, Ásia-Pacífico e Índia aumentou 16.8%, 17.6%, 13.2% e 6.9%, respetivamente. A Europa e a América do Norte respondem por 34.4% da procura mundial.
A procura na Alemanha, Espanha, Polónia, Países Baixos e outros países europeus chegou a duplicar ao longo dos anos. Os Estados Unidos, a Alemanha e outras partes da Europa Ocidental enfrentam um aumento substancial nos custos residenciais de electricidade e gás natural, levando estes países a adoptarem a energia solar a um ritmo mais rápido.
Categorias de painel solar
Painéis solares são categorizados principalmente em painéis solares de silício monocristalino, painéis solares de silício policristalino, painéis solares de película fina (silício amorfo), painéis solares PERC e painéis solares bifaciais.
Painéis solares monocristalinos
Painéis solares de silício monocristalino apresentam uma estrutura cristalina contínua e uniforme, o que significa que os elétrons fluem mais facilmente através do material, resultando em maior eficiência.
Essas células são cortadas de um único grande cristal de silício, dando-lhes uma aparência quadrada e arredondada. Os painéis solares de silício monocristalino são relativamente caros de fabricar, em grande parte devido à menor utilização de materiais de silício durante a produção e à complexidade do próprio processo de produção.
Os painéis solares de silício monocristalino normalmente têm eficiências de conversão entre 15% e 22%, que é uma das mais altas eficiências disponíveis em células solares comerciais atualmente.
Este tipo de painel solar apresenta as seguintes vantagens:
Alta eficiência: Os painéis solares de silício monocristalino são geralmente mais eficientes do que os painéis solares de silício policristalino porque têm melhor mobilidade de elétrons.
Durabilidade: Os painéis monocristalinos normalmente têm uma vida útil mais longa, geralmente de 25 anos ou mais.
Desempenho em altas temperaturas: Os painéis solares de silício monocristalino apresentam menor declínio no desempenho em ambientes de alta temperatura do que outros tipos de células solares.
Cenário de aplicação:
Telhados residenciais: Devido à sua alta eficiência e estética, os painéis monocristalinos são comumente usados para sistemas solares em telhados residenciais.
Edifícios comerciais: Os painéis solares monocristalinos são frequentemente escolhidos para projetos que apresentam elevados requisitos de eficiência e utilização de espaço.
Grandes parques solares: Nestes projetos, embora o custo inicial possa ser mais elevado, os painéis monocristalinos proporcionam um melhor retorno do investimento a longo prazo devido à sua elevada eficiência e durabilidade.
Aplicações portáteis e micro-aplicações: Os painéis monocristalinos também são adequados para aplicações relacionadas a carregadores solares e sistemas de energia portáteis devido à sua alta eficiência.
Painéis solares policristalinos
Painéis solares de silício policristalino são feitos de silício policristalino, um material que consiste em vários pequenos cristais de silício. Nessas células existem limites entre os cristais de silício, o que reduz ligeiramente a mobilidade dos elétrons, afetando assim a eficiência da célula.
A superfície dos painéis solares de silício policristalino é geralmente de cor azul e você pode ver o padrão irregular dos cristais. Os painéis policristalinos normalmente têm eficiências entre 13% e 16%, inferiores aos painéis monocristalinos.
Este tipo de painel solar apresenta as seguintes vantagens:
Econômico: Os painéis solares de silício policristalino são menos dispendiosos de fabricar do que os painéis de silício monocristalino porque têm um processo de produção mais simples e maior utilização de material de silício.
Os painéis solares policristalinos normalmente têm uma vida útil de cerca de 20 a 25 anos, que é um pouco mais curta em comparação com os painéis monocristalinos. Os painéis solares policristalinos são geralmente mais baratos que os painéis monocristalinos, o que os torna mais populares para projetos com orçamento limitado.
Baixa poluição ambiental: Devido ao processo de produção mais simples, a produção de painéis de silício policristalino apresenta uma carga ambiental relativamente baixa.
Melhor aplicabilidade: Embora um pouco menos eficientes, ainda são uma opção econômica para aplicações em grandes áreas, como parques solares.
Cenários de aplicação:
Projetos de energia solar em grande escala: Painéis policristalinos são normalmente usados para projetos de energia em grande escala devido ao seu custo mais baixo.
Telhados residenciais e comerciais: Os painéis solares policristalinos são uma opção econômica para clientes residenciais e comerciais com orçamentos limitados.
Sistemas fora da rede: Os painéis de polissilício também são uma escolha popular para algumas aplicações fora da rede, como sistemas de energia solar em áreas remotas.
Painéis solares de película fina
Painéis solares de película fina de silício amorfo use silício amorfo como material fotovoltaico. Em contraste com o silício monocristalino ou policristalino, o silício amorfo não possui uma estrutura cristalina distinta.
Esses painéis solares são fabricados depositando uma camada muito fina de silício amorfo sobre um substrato, como vidro ou plástico, tornando-os finos e flexíveis. Devido à sua aparência e flexibilidade únicas, os painéis solares de película fina de silício amorfo apresentam vantagens em termos de estética e versatilidade de design.
A vida útil dos painéis solares de película fina de silício amorfo é normalmente entre 10 e 15 anos, menor que a dos painéis solares de silício cristalino. A eficiência dos painéis de película fina de silício amorfo é geralmente entre 6% e 10%, o que é inferior à dos painéis de silício cristalino.
Os painéis solares de película fina de silício amorfo normalmente custam menos do que os painéis solares de silício cristalino, principalmente devido ao seu procedimento de produção mais simples.
Este tipo de painel solar apresenta as seguintes vantagens:
Fino, leve e flexível: Os painéis solares de película fina podem ser usados em uma ampla variedade de superfícies devido às suas propriedades finas e leves, e são até adequados para estruturas que não suportam cargas pesadas.
Desempenho com pouca luz: Os painéis solares de película fina de silício amorfo normalmente apresentam melhor desempenho do que os painéis solares de silício cristalino em condições de pouca luz (por exemplo, durante dias nublados ou inverno).
Cenários de aplicação:
Energia fotovoltaica integrada em edifícios (BIPV): Painéis solares de película fina são particularmente adequados para edifícios fotovoltaicos integrados, como janelas solares ou telhas solares.
Dispositivos portáteis e vestíveis: Devido às suas características finas e flexíveis, também são adequados para dispositivos solares portáteis e tecnologias solares vestíveis.
Grandes parques solares: Em alguns casos, painéis de película fina de silício amorfo também são utilizados para grandes parques solares devido aos seus baixos custos de produção.
Emissor passivo e painéis solares de célula traseira
Painéis solares de emissor passivo e célula traseira (PERC) apresentam uma camada especial de material, como óxido de alumínio, na parte traseira da célula solar, aumentando a eficiência. Este design ajuda a capturar mais luz solar e minimizar a perda de elétrons.
A vida útil dos painéis solares PERC é normalmente semelhante à dos painéis solares convencionais de silício cristalino, variando de 25 a 30 anos. No entanto, o custo de fabricação dos painéis solares PERC é ligeiramente superior ao dos painéis tradicionais de silício cristalino.
Porém, com o amadurecimento da técnica e a produção em larga escala, o custo vai diminuindo gradativamente. A eficiência dos painéis solares PERC é geralmente entre 18% e 22%, o que é superior à dos painéis convencionais de silício cristalino.
Este tipo de painel solar apresenta as seguintes vantagens:
Alta eficiência: Os painéis solares PERC são mais eficientes do que os painéis solares de silício cristalino tradicionais porque utilizam a luz solar de forma mais eficiente e reduzem a perda de elétrons.
Melhor desempenho com pouca luz: a tecnologia PERC permite que os painéis tenham melhor desempenho em condições de pouca luz, como no final da tarde ou em dias nublados.
Cenários de aplicação:
Telhados residenciais e comerciais: Os painéis solares PERC são adequados para uso residencial e projetos de telhados comerciais onde o espaço é limitado devido à sua alta eficiência.
Fazendas solares em grande escala: A alta eficiência também torna os painéis solares PERC populares para fazendas solares em grande escala, especialmente onde há espaço limitado no solo.
Regiões de clima extremo: Os painéis solares PERC também são adequados devido ao seu excelente desempenho em regiões com altas temperaturas ou condições de pouca luz.
Painéis solares bifaciais
Painéis solares bifaciais são capazes de captar a luz solar de ambos os lados e gerar eletricidade. Esses painéis possuem células fotovoltaicas na parte frontal e traseira do painel, capturando a luz solar direta, bem como a luz solar refletida na parte traseira do painel.
A vida útil de um painel solar bifacial é comparável à de um painel solar convencional de alta qualidade, geralmente em torno de 25 a 30 anos. Os painéis solares bifaciais normalmente têm custos de fabricação mais elevados do que os painéis tradicionais de um lado, principalmente devido ao seu complexo processo de fabricação e à utilização de materiais ativos bifaciais.
Ao mesmo tempo, os custos de instalação podem ser ligeiramente superiores aos dos painéis tradicionais de um só lado, especialmente se for necessário maximizar a geração de energia em ambos os lados.
A eficiência geral dos painéis solares bifaciais depende de vários fatores, incluindo o ângulo de montagem, a refletividade do solo e as condições ambientais. Teoricamente, eles podem ser 10% a 30% mais eficientes que painéis simples.
Este tipo de painel solar apresenta as seguintes vantagens:
Maior geração de energia: Graças à sua capacidade de captar a luz solar de ambos os lados, os painéis solares bifaciais normalmente produzem mais eletricidade do que os painéis individuais convencionais.
Maior eficiência: A eficiência dos painéis bifaciais pode ser significativamente aumentada sob determinados critérios, como quando instalados em superfícies altamente reflexivas (por exemplo, telhados ou pisos brancos).
Melhor utilização do espaço: Para aplicações com espaço limitado, como em ambientes urbanos, os painéis solares bifaciais podem fazer uma utilização mais eficiente do espaço disponível.
Cenários de aplicação:
Grandes fazendas elétricas solares: painéis solares bifaciais podem aumentar a produção de energia por unidade de área, especialmente em áreas com alta refletividade do solo.
Sistemas de telhados comerciais: Nos telhados de edifícios comerciais, especialmente aqueles com materiais de cobertura altamente refletivos, tais empresas, os painéis solares bifaciais podem fornecer geração de energia adicional.
Galpões de estacionamento e telhados de edifícios: Os painéis solares bidirecionais também são adequados para estruturas como galpões de estacionamento, coberturas de corredores, etc., e são capazes de capturar a luz solar dos lados superior e inferior.
Tendências e desafios
Tendências
A eficiência do painel solar continua a melhorar
Tecnologia PERC: A tecnologia PERC reduz a perda de recombinação de elétrons e melhora a eficiência de conversão fotoelétrica das baterias adicionando uma camada de passivação e uma camada reflexiva na parte traseira das baterias solares de silício cristalino convencionais. Esta tecnologia se tornou o método de produção convencional.
Painéis solares bifaciais: Ao utilizar a luz solar refletida do solo ou de outras superfícies, os painéis bifaciais podem capturar luz solar adicional na parte traseira. Esta tecnologia é particularmente valiosa em áreas onde a intensidade da radiação solar é fraca e pode aumentar significativamente a produção de energia.
Células solares de heterojunção (HJT): Combinando as vantagens do silício amorfo e cristalino, a tecnologia HJT melhora a mobilidade dos elétrons e a eficiência geral da célula ao adicionar uma camada de silício amorfo à superfície do silício cristalino. As baterias HJT funcionam bem em baixas temperaturas e em condições de pouca luz.
TopCon: A tecnologia de contato passivado com óxido de túnel (TopCon) é um método avançado de fabricação de baterias solares. Ele aumenta significativamente a eficiência e a estabilidade da célula, formando uma camada de óxido de túnel e uma camada de contato passivada na parte traseira de uma célula de silício cristalino. A tecnologia TopCon é particularmente adequada para aplicações que exigem alta eficiência e alta confiabilidade.
Células solares de perovskita: A tecnologia de perovskita é uma tecnologia emergente de células solares conhecida por seu baixo custo e alta eficiência. Essas células usam materiais de perovskita (um tipo de iodetos metálicos) como camada absorvente de luz, oferecendo uma vantagem de custo na fabricação, ao mesmo tempo que mantêm alta eficiência de conversão de energia renovável. As células de perovskita apresentam grande potencial na área de painéis solares flexíveis e imprimíveis.
Os custos continuam diminuindo
Com uma melhor tecnologia de produção, o custo de fabricação de painéis solares continua a diminuir. Por exemplo, a produção automatizada e melhores técnicas de crescimento de cristais de silício podem reduzir o uso de matéria-prima e o consumo de energia.
Desafios
Equilíbrio entre técnica e custo: O desenvolvimento de novas tecnologias para melhorar a eficiência deve ser acompanhado de um controlo de custos para garantir a competitividade dos produtos fotovoltaicos no mercado.
Sustentabilidade e poluição ambiental: Todo o processo de produção de baterias solares precisa ser examinado, incluindo a extração de matéria-prima, o processo de fabricação e a destinação final para reciclagem.
Por exemplo, o consumo de energia e a eliminação de resíduos durante a refinação do silício e o fabrico de painéis são questões fundamentais.
Armazenamento de energia e redes eléctricas: O desenvolvimento de tecnologias de armazenamento de energia renovável eficientes e de baixo custo é fundamental para resolver o carácter intermitente da produção de energia solar. Ao mesmo tempo, a infra-estrutura da rede precisa de ser optimizada para acomodar o acesso a quantidades significativas de energia solar distribuída.
Apoio ao mercado e às políticas: As políticas governamentais, os subsídios e os incentivos fiscais são fundamentais para a promoção das tecnologias solares. Ao mesmo tempo, o investimento público e privado em I&D é um factor chave na promoção da inovação tecnológica.
Cadeia de suprimentos: Manter altos padrões de qualidade do produto e, ao mesmo tempo, alcançar produção em larga escala. Ao mesmo tempo, existe o risco de flutuações nos custos das matérias-primas e de perturbações na cadeia de abastecimento global, tais como problemas com a disponibilidade de silício e prata.
Algumas dicas antes de comprar
Avalie as necessidades de energia
Estime a geração teórica de energia considerando a localização geográfica e o clima local (por exemplo, horas médias de luz solar, padrões climáticos). Selecione o ângulo e a orientação da luz solar em um local específico para determinar o ângulo ideal de posicionamento do painel.
Escolha o tipo certo de painel solar
Se o espaço for limitado, for necessária alta eficiência e o orçamento for suficiente, os proprietários devem escolher o monocristalino painéis solares. Se o orçamento for limitado ou o espaço disponível for maior, contudo, os painéis policristalinos podem ser mais adequados, embora um pouco menos eficientes.
Painéis solares de película fina (por exemplo, CIGS, CdTe) são adequados para aplicações com superfícies irregulares ou onde é necessária uma montagem flexível. Os painéis solares bifaciais podem fornecer maior rendimento de energia renovável em locais que podem utilizar a luz refletida do solo ou de outras estruturas.
Analise o custo-benefício
- Calcule o custo inicial de instalação dos painéis solares, incluindo o custo de equipamentos como painéis, inversores e racks, bem como os custos de instalação.
- Avalie a produção esperada de energia renovável e os custos operacionais a longo prazo, incluindo manutenção e possíveis custos de substituição do painel.
- Leve em consideração os subsídios governamentais disponíveis, incentivos fiscais e outros apoios políticos.
- Estime a produção anual de energia renovável do sistema e calcule o período de retorno e a taxa de retorno.
Escolha um instalador de sistema solar experiente e confiável
- Certifique-se de que a equipe de instalação esteja ciente dos regulamentos locais de construção e dos requisitos de acesso à rede.
- Organize inspeções e limpezas regulares para garantir o desempenho ideal dos painéis solares.
- Utilize um sistema de monitoramento inteligente para monitorar o desempenho do sistema e identificar problemas a tempo.
- Estabeleça um cronograma de manutenção regular que inclua a limpeza dos painéis solares e a verificação das conexões elétricas.
- Para projetos maiores, considere usar um sistema de monitoramento remoto para verificar o desempenho do sistema em tempo real.
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