Saiba como escolher o melhor painel solar para você

QUAL É A MELHOR E QUANTAS PLACAS SOLARES EU PRECISO PARA A MINHA CASA?

Antes de definirmos qual é a melhor placa solar e a quantidade adequada para a sua residência, primeiro precisamos entender o que são as placas solares, como elas funcionam e quais são as diferenças entre os diferentes tipos que estão no mercado. Vamos lá!

As placas solares, também conhecidas como módulos fotovoltaicos, são os únicos equipamentos indispensáveis em qualquer sistema de geração de energia solar fotovoltaica. Tanto em sistemas conectados à rede (OnGrid) como desconectados da rede (OffGrid), as placas solares serão responsáveis pela geração de energia elétrica através da absorção da energia proveniente do sol. 

Primeiramente, devemos entender que as placas solares são compostas por várias células fotovoltaicas, as mais comuns variam de 36 até 144 células por placa, conectadas eletricamente por trilhos. A célula fotovoltaica é o equipamento capaz de converter a luminosidade solar em energia elétrica através do efeito fotovoltaico. Observado pela primeira vez em 1839 por um físico francês, Alexandre Edmond Becquerel, o efeito fotovoltaico consiste em um fenômeno físico que gera uma diferença de potencial na célula fotovoltaica quando exposta a luminosidade solar.

A célula fotovoltaica é constituída de um wafer (em português, bolacha) ou lingote de silício dopado por duas camadas de elementos químicos semicondutores, uma do tipo P (dopada pelo elemento químico Fósforo) e uma do tipo N (dopada pelo elemento químico Boro). Na camada dopada pelo tipo P, verifica-se a falta de elétrons, enquanto na camada dopado pelo tipo N, há um excedente dos elétrons. A exposição da célula fotovoltaica à energia solar, faz com que os fótons presentes na luminosidade proveniente do sol incitem os elétrons excedentes da camada do tipo N a movimentarem-se para a camada do tipo P, através da junção dessas camadas (Junção PN), gerando tensão e corrente elétrica, ou seja, produzindo energia elétrica.

Além das duas camadas dopadas (P e N), a célula fotovoltaica possui outras duas camadas de material condutor, frontal e traseira, para realizar a “coleta” dos elétrons e uma última camada antirreflexiva na parte frontal, potencializando a capacidade de absorção da luminosidade solar e, consequentemente, tornando a célula ainda mais eficiente na produção de energia.

Existem dois principais tipos de placa solar e a diferença está na fabricação da célula fotovoltaica, podendo ser monocristalina ou policristalina. Há ainda um terceiro tipo presente no mercado que é o thinfilm (em português, filme fino) porém em menor escala.

PLACA SOLAR MONOCRISTALINA

A placa solar é chamada de monocristalina pois o lingote utilizado na fabricação das células fotovoltaicas é feito a partir de um único cristal de silício. Tal fato, faz com que a energia produzida nas células tenha uma menor resistência em sua movimentação, tornando-a uma placa mais eficiente em sua geração, mesmo que seja a tecnologia mais antiga.

Por serem mais eficientes que outros modelos, as placas monocristalinas necessitam de menos área sobre o telhado para produzir energia, tornando-se indispensável em projetos que possuem limitação de espaço. Além disso, em condições de pouca incidência de energia solar, sua capacidade de produção de energia elétrica também é maior!

Todas essas vantagens têm um custo. As placas monocristalinas custam em torno de 25% a mais, aumentando significativamente o custo do projeto de energia solar fotovoltaica. Abaixo segue um resumo das vantagens e desvantagens das placas solares monocristalinas:

Vantagens

• Mais eficiente na capacidade de converter energia solar em energia elétrica;
• Considerando uma mesma potência, ocupam menos espaço e são mais leves;
• Maior capacidade de geração em condições de baixa luminosidade.

Desvantagens

• O custo das placas solares é maior;
• Maior desperdício na produção da célula.

PLACA SOLAR POLICRISTALINA

Já as placas solares policristalinas é exatamente o oposto. O lingote que dá origem às células fotovoltaicas é fabricado a partir de vários cristas de silício, como o próprio nome indica. Por conta dos cristais não se encaixarem perfeitamente (estrutura molecular), há resistência maior na passagem da corrente elétrica, tornando a placa menos eficiente.

Este modelo está muito mais difundido no mercado de energia solar por ter um mais econômica, ou seja, o custo por watt (R$/watt) é menor em relação as placas solares monocristalina. Isso acontece, pois, além de gastar menos energia no processo de fabricação, o desperdício na hora do corte dos lingotes é bem baixo. Além disso, após difundida no mercado, as placas solares policristalinas são produzidas em maior escala, reduzindo ainda mais os custos na hora de fabricar a placa solar. 

Ao entendermos um projeto de energia solar como um investimento, as principais ferramentas econômicas (Payback, TIR e VPL) demonstram que as placas solares policristalinas são mais atrativas no ponto de vista econômica. Abaixo segue o resumo das vantagens e desvantagens dessa tecnologia:

Vantagens

• Custo até 25% menor;
• Menos desperdício na fabricação;
• Mais fácil de encontrar no mercado.

Desvantagens

• Menos eficiente;
• Considerando uma mesma potência, são maiores e mais pesadas;
• Menor capacidade de geração em condições de baixa luminosidade.

PLACA SOLAR DE FILME FINO

A ideia de placa solar de filme fino (thinfilm) é revolucionária pela sua capacidade de flexão. Esta tecnologia expande as aplicações que podem ser feitas com placa solar, como uma usina fotovoltaica móvel onde as placas possam ser enroladas, aplicação em construções redondas sem perder a arquitetura do local, entre outras.

O filme fino consiste em depositar várias camadas finas com propriedade fotovoltaicas, com a espessura de um papel, em um substrato flexível. Entretanto, são diversos os contras para a utilização das placas solares de thinfilm. 

A eficiência desse modelo de placa solar é extremamente baixa, fazendo necessário ocupar grandes áreas para a produção de energia. Comparada com a eficiência dos modelos tradicionais de silício (poli ou mono), a geração de energia pode chegar à metade utilizando o mesmo espaço.

Além de uma tecnologia imatura, a produção da placa solar de filme fino precisa de mais elementos químicos que as tradicionais, tornando o processo mais sujo. Com baixa vida útil, o investimento em manutenção (troca do equipamento) é mais rápido.

Por necessitar de áreas maiores, aumenta a quantidade de material para fixação, tornando o sistema mais caro. O impacto do sombreamento na geração de energia solar, utilizando placas de filme fino, é maior. Enfim, são diversos os contras para esse modelo de placa solar e, portanto, são bem pouco difundidos no segmento de energia solar. 

 Vantagem

• São flexíveis;

Desvantagens

• O custo da instalação é maior;
• Processo de fabricação sujo;
• Menor eficiência;
• Necessita de uma área maior;
• Baixa vida útil;
• Tecnologia imatura.

Segue abaixo uma tabela comparativa entre as diferentes tecnologias de fabricação de células fotovoltaicas:

Além dos diferentes processo de fabricação das células fotovoltaicas, as placas solares podem apresentar características elétricas diferentes através das possibilidades de conexão. Há modelos com maior ou menor quantidade células ou com aproveitamento maior na irradiação solar difundida.

DOUBLE GLASS

A tecnologia double glass (em português, vidro duplo), conhecida também como bifacial, consiste em adicionar células fotovoltaicas em ambos os lados da placa solar. Esse modelo de construção da placa solar pode aumentar em até 30% a produção de energia por conseguir absorver de forma mais eficiente a luminosidade solar refletida.

Inclusive, a não utilização da camada de EVA (Etileno Vinil Acetato) em sua composição, aumenta a performance e a vida útil das placas solares Double Glass. A estrutura de vidro-vidro, também, garante uma melhor dissipação do calor, garantindo ainda mais eficiência na geração de energia. Entretanto, por ter um custo mais elevado que as placas solares tradicionais, essa tecnologia não foi adiante.

QUANTIDADE DE CÉLULAS

Como já vimos antes, a placa solar é composta pela associação elétricas das células fotovoltaicas e é a quantidade e qualidade das células fotovoltaicas que define a potência do equipamento. Atualmente no mercado, é comum encontrar placas solares desde 36 até 144 células por placa, sendo essa última conhecida como Half-cell.

A diferença na quantidade de células fotovoltaicas impacta diretamente na tensão produzida pela placa solar. As placas solares de 36 células fotovoltaicas produzem uma tensão nominal de 18V e com potências mais baixas, desde 10 até 150W. As placas com 60 células produzem uma tensão de 30V e pode chegar a potências de até 290W. Ambas os modelos de placa solar são aplicados, principalmente, em sistemas desconectados da rede, ou seja, sistemas OffGrid.

Já as placas solares de 72 células produzem uma tensão nominal superior a 36V e atingem potências de 440W. Esse modelo é amplamente difundido em sistemas conectados à rede (OnGrid) pois, por possuírem maior potência, há a necessidade de menor quantidade de placas e, consequentemente, diminuição na quantidade de estrutura de fixação. Além disso esses modelos são mais eficientes na geração de energia e possuem um custo menor por watt (R$/W).

HALF-CELL

As placas solares half-cell (em português, meia célula) consiste na construção de placas solares com as células fotovoltaicas cortadas ao meio, como o próprio nome indica. Este tipo de tecnologia apresenta diversos ganhos na produção de energia como uma menor resistência interna a corrente produzida, mais tolerante ao sombreamento e um melhor desempenho térmico nas caixas de junção.

Por conta de as células fotovoltaicas serem partidas ao meio, há a necessidade de utilizar uma maior quantidade delas para que possa atingir grandes potências. Geralmente, as placas solares half-cell utilizam 144 células fotovoltaicas.

Além disso, a potência desse modelo de placa solar pode chegar até 605W (RSM120-8-605M), reduzindo ainda mais a quantidade de placas necessárias para um sistema fotovoltaico. Porém, as placas solares half-cell mais comum, estão na faixa de potência de 440W.

Um dos grandes fatores para o aumento no desempenho da produção de energia é a tolerância ao sombreamento. Por serem dívidas ao meio, o impacto do sombreamento em uma placa solar half-cell atinge apenas a metade da placa, diferente dos modelos tradicionais que sofrem impacto na geração de energia da placa solar como um todo.

Já que entendemos os diferentes modelos, percebemos que a quantidade de placas solares que você precisará para a sua residência varia de acordo com a qualidade e a potência do equipamento escolhido. Além disso, precisamos levar em consideração quais são as condições físicas do telhado que servirá para a instalação.

Para que seja realizado um dimensionamento coerente com a sua necessidade e as condições do telhado, precisamos analisar os fatores de performance de um sistema de energia solar fotovoltaica. São eles que indicarão a eficiência do sistema com um conjunto!

SOMBREAMENTO

O sombreamento nas placas solares é um fator excludente para a instalação de um sistema de energia solar, pois, o simples sombreamento de um único módulo comprometerá a produção de energia de toda uma string.

Sendo assim, quando realizamos a visita técnica em um cliente, devemos sempre observar se há a presença de equipamentos ou construções que possam impedir que a luminosidade solar atinja as placas solares. É comum identificar que antenas, chaminés, caixa d’água, árvores e outras construções, como casas e prédios vizinhos, são pontos decisivos para determinar que o telhado não está apto para a instalação de placas solares.

Quando verificar essa questão, fique atento pois o sombreamento varia de acordo com a hora do dia e, também, com a época do ano. No inverno, o sol “corre mais baixo” e pode gerar um sombreamento inesperado!

ORIENTAÇÃO

Para instalações localizadas no hemisfério sul, quase 100% da realidade brasileira, a orientação ótima para a instalação da placa solar é a norte. Dessa forma é possível absorver o máximo da luminosidade solar e produzir energia de forma mais eficiente.

Isso acontece pois, como o sol nasce a leste e se põe a oeste “percorrendo a linha do equador”, a orientação a norte faz com que as placas solares “passe o dia inteiro olhando para o sol”, ou seja, faz com que o sistema esteja otimizado para a produção do meio-dia, mas com boa absorção nos períodos matutinos e vespertino. Quando orientamos a leste, o sistema fotovoltaico terá uma excelente produção de energia pela manhã, entretanto na parte da tarde quase não há geração. Para sistemas instalados a oeste, o fenômeno é ao contrário, então temos uma excelente produção no período da tarde e pouca produção pela manhã.

Considerando o Norte como a orientação ótimo, podemos considerar de 12 a 20% a perda de eficiência do sistema fotovoltaico quando orientado a leste ou oeste. Já para sistema instalados a noroeste ou nordeste, considera-se uma perca de 3 a 8%. Se o seu telhado estiver orientado a sul, não recomendamos a instalação do sistema fotovoltaico a não ser que seja projetado uma estrutura de fixação que oriente as suas placas solares a norte, caso contrário, a perca de eficiência será enorme!

INCLINAÇÃO

Este fator de performance é menos impactante que a orientação, entretanto devemos levar em consideração também. Para que a placa solar possa absorver o máximo possível da luminosidade solar, é necessário que os raios atinjam a superfície da placa formando um ângulo reto (90°), diminuindo a quantidade de energia solar refletida e aumentando a geração de energia elétrica.

Porém a movimentação da Terra em relação ao Sol é muito dinâmica, então não há uma posição estática que aproveitará o máximo da energia solar todos os dias. Sendo assim, devemos inclinar as placas solares de acordo com o nosso objetivo.

Para sistemas conectados à rede, OnGrid, o objetivo é produzir o máximo possível de energia durante o ano inteiro. Sendo assim, a inclinação das placas solares deve ser feita com o intuito de aumentar a incidência média diária anual. Geralmente, o grau de inclinação ótimo está muito próximo a latitude do local.

Já em sistemas desconectados da rede, o objetivo é diferente. Nos sistemas OffGrid a meta é energizar os equipamentos durante o ano inteiro, então devemos ajustar a inclinação das placas solares para otimizar a geração de energia na época com a pior irradiação solar. Se funcionar com pouco sol, com certeza funciona com muito sol também!

Outro ponto importante é a questão da autolimpeza utilizando da água da chuva. Por ficar exposta, há uma elevada quantidade de sobreposição de sujeira na placa solar e a chuva é uma aliada para que consigamos manter as placas limpas por mais tempo. Para isso, devemos sempre garantir um mínimo de 15° de inclinação para que a água possa correr pelo vidro da placa diminuindo a quantidade de sujeira na placa solar.

IRRADIAÇÃO SOLAR

A radiação solar é a energia emitida pelo sol, principalmente através de ondas eletromagnéticas. Basicamente, cerca de metade da energia solar liberada pelo sol é como luz visível e a outra metade são os raios ultravioletas. Anualmente, o sol fornece 1.500.000.000.000.000.000kWh de energia para a atmosfera terrestre. Está na hora de você aproveitar ainda mais essa energia.

A irradiação solar é a propagação da energia sem a necessidade de um meio material. Medida em kWh/m².dia, a irradiação é a quantidade de radiação solar que atinge determinado ponto durante um dia. Conforme esperado, já que estamos entre a Linha do Equador e o Trópico de Capricórnio, o Brasil apresenta uma condição bastante favorável para a produção de energia solar fotovoltaica.

De acordo com o Centro de Referência em Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, o CRSESB, “A média anual de energia incidente na maior parte do Brasil varia entre 4kWh/m².dia e 5kWh/m².dia.”. Em São Paulo, temos umas média anual de 4,6kWh/m².dia, caso queira saber da sua cidade basta apenas acessar o Sundata do CRESESB.

Entendemos sobre os diferentes tipos de placa solar e os principais fatores de performance de um sistema de geração de energia solar fotovoltaica. Agora, antes de responder a pergunta do título “QUAL É A MELHOR E QUANTAS PLACAS SOLARES EU PRECISO PARA A MINHA CASA?”, precisamos saber qual é consumo de energia elétrica da sua residência.

O dimensionamento do gerador fotovoltaico para um sistema conectado à rede, OnGrid, varia de acordo com a quantidade de energia que você consome ao longo do ano. Sendo assim, a nossa ferramenta é a sua conta de luz, a partir dela podemos mensurar o seu histórico de consumo de energia, verificar outliers (pontos fora da curva), analisar os custos e taxas e propor um sistema personalizado para a sua necessidade!

Para fazer um dimensionamento básico como exemplo, vamos propor uma conta de energia que necessite o abatimento de 800kWh/mês, em média. Vamos iniciar as etapas dos cálculos:

Passo 1 – Qual é a melhor placa solar para a minha necessidade?

Supondo que a falta de espaço para a instalação não seja um problema, escolheremos a placa solar com o custo mais baixo: Placa Solar Policristalina de 335W.

Passo 2 – Qual a produção de energia da placa solar escolhida?

Considerando a irradiação solar da cidade de São Paulo (4,6kWh/m².dia) e uma eficiência de 80% no sistema de geração de energia, a produção de energia mensal da placa escolhida é:

Produção mensal= 335W×4,6kWh/m².dia×80%×30 dias

Resolvendo a equação, a produção mensal da placa solar escolhida é de, aproximadamente, 37kWh/mês.

Passo 3 – Quantas placas solares eu preciso?

Basta dividir a necessidade de geração de energia (800kWh) pela produção mensal de cada placa solar (37kWh):

Quantidade de placa=800kWh37kWh

Resolvendo a equação, temos que são necessárias 22 placas solares de 335W para realizar o abatimento de 800kWh/mês em sua conta de luz.

Como pode perceber, o dimensionamento apenas das placas solares devemos levar diversos parâmetros em consideração. Portanto, sempre após o orçamento preliminar, devemos realizar a visita técnica para comprovar todas as questões técnicas de geração. Vale lembrar que foi feito apenas o dimensionamento das placas solares que são as responsáveis pela geração de energia. No próximo artigo, explicaremos os diferentes modelos e definiremos o inversor ideal para a aplicação do exemplo apresentado acima.

Além das placas solares e dos inversores, temos que dimensionar os cabos e conectores, estruturas de fixação e proteções elétricas. A etapa da homologação também é indispensável, na qual desenvolvemos o memorial descritivo, os diagramas elétricos e muito mais. Não se esqueça que energia elétrica é coisa séria, sempre chame um profissional capacitado para projetar, instalar e homologar o seu sistema. Até a próxima!

#APROVEITE O MÁXIMO DO SOL