Tipos de painéis solares: uma revisão comparativa de projetos e dicas para escolha de painéis

A energia alternativa está a desenvolver-se ao máximo na Europa, mostrando a sua promessa com resultados.Novos tipos de painéis solares estão surgindo e sua eficiência está aumentando.

Se pretende garantir o funcionamento de um edifício industrial ou residencial com recurso à energia solar, deve primeiro conhecer as diferenças entre os equipamentos e compreender quais os painéis solares adequados às condições climáticas de uma determinada região.

Nós o ajudaremos a resolver esse problema. O artigo discute o princípio de funcionamento dos conversores fotoelétricos e fornece uma visão geral dos diferentes tipos de células solares indicando suas características, vantagens e desvantagens. Depois de se familiarizar com o material, você poderá fazer a escolha certa para organizar um sistema solar eficaz.

O princípio de funcionamento dos painéis solares

A grande maioria dos painéis solares são, no sentido físico, conversores fotovoltaicos. O efeito de geração elétrica ocorre no local da junção pn do semicondutor.

São os wafers de silício que constituem a base do custo dos painéis solares, mas ao usá-los como fonte de eletricidade 24 horas por dia, você terá que comprar adicionalmente baterias caras

O painel consiste em duas pastilhas de silício com propriedades diferentes. Sob a influência da luz, um deles desenvolve falta de elétrons e o outro - excesso deles.Cada placa possui tiras condutoras de cobre que são conectadas a conversores de tensão.

Um painel solar industrial consiste em múltiplas células fotovoltaicas laminadas unidas e montadas em um substrato flexível ou rígido.

A eficiência do equipamento depende em grande parte da pureza do silício e da orientação dos seus cristais. São esses parâmetros que os engenheiros têm tentado melhorar nas últimas décadas. O principal problema com isso é o alto custo dos processos que fundamentam a purificação do silício e o arranjo dos cristais em uma direção ao longo do painel.

Todos os anos, a eficiência máxima de vários painéis solares aumenta, porque milhares de milhões de dólares são investidos na investigação de novos materiais fotovoltaicos (+)

Os semicondutores de conversores fotoelétricos podem ser feitos não apenas de silício, mas também de outros materiais - princípio de funcionamento da bateria isso não muda.

Tipos de conversores fotoelétricos

Os painéis solares industriais são classificados de acordo com suas características de projeto e tipo de camada fotovoltaica de trabalho.

Existem estes tipos de baterias com base no tipo de dispositivo:

• painéis flexíveis;
• módulos rígidos.

Os painéis flexíveis de película fina estão ocupando gradativamente um nicho cada vez maior no mercado devido à sua versatilidade de montagem, pois podem ser instalados na maioria das superfícies com diversas formas arquitetônicas.

As características reais dos painéis solares são geralmente inferiores às indicadas nas instruções. Portanto, antes de instalá-los em casa, é aconselhável ver você mesmo um projeto semelhante concluído.

Com base no tipo de camada fotovoltaica de trabalho, as baterias solares são divididas nos seguintes tipos:

1. Silício: monocristalino, policristalino, amorfo.
2. Telúrio-cádmio.
3. À base de seleneto de índio-cobre-gálio.
4. Polímero.
5. Orgânico.
6. Baseado em arsenieto de gálio.
7. Combinado e multicamadas.

Nem todos os tipos de painéis solares interessam ao consumidor em geral, mas apenas os dois primeiros subtipos cristalinos.

Embora alguns outros tipos de painéis apresentem alta eficiência, eles não são amplamente utilizados devido ao seu alto custo.

As células fotovoltaicas de silício são bastante sensíveis ao calor. A temperatura base para medir a geração de energia é de 25°C. Quando aumenta um grau, a eficiência dos painéis diminui em 0,45-0,5%.

A seguir, serão discutidos detalhadamente os painéis solares de maior interesse do consumidor.

Características dos painéis à base de silício

O silício para células solares é feito de pó de quartzo - cristais de quartzo moídos. Os depósitos mais ricos de matérias-primas estão na Sibéria Ocidental e no Médio Ural, de modo que as perspectivas para esta área de energia solar são quase ilimitadas.

Mesmo agora, os painéis de silício cristalino e amorfo já ocupam mais de 80% do mercado. Portanto, vale a pena considerá-los com mais detalhes.

Painéis de silício monocristalino

As modernas pastilhas de silício monocristalino (mono-Si) têm uma cor azul escura uniforme em toda a superfície. O silício mais puro é usado para sua produção. As células solares monocristalinas têm o preço mais alto entre todas as pastilhas de silício, mas também fornecem a melhor eficiência.

Grandes painéis solares monocristalinos com mecanismos rotativos adaptam-se perfeitamente às paisagens desérticas. Existem condições para produtividade máxima

O alto custo de produção se deve à dificuldade de orientar todos os cristais de silício na mesma direção. Devido a estas propriedades físicas da camada de trabalho, a eficiência máxima é garantida somente quando os raios solares são perpendiculares à superfície da placa.

As baterias monocristalinas requerem equipamento adicional que as gire automaticamente durante o dia para que o plano dos painéis fique o mais perpendicular possível aos raios solares.

Camadas de silício com cristais unilaterais são cortadas de um bloco cilíndrico de metal, de modo que os blocos fotovoltaicos acabados parecem um quadrado arredondado nos cantos.

As vantagens das baterias de silício monocristalino incluem:

1. Alta eficiência com um valor de 17-25%.
2. Compacidade - menor área de equipamento por unidade de potência em comparação aos painéis de silício policristalino.
3. Durabilidade — seja garantida uma eficiência suficiente na produção de eletricidade durante um período máximo de 25 anos.

Existem apenas duas desvantagens nessas baterias:

1. Preço Alto e retorno a longo prazo.
2. Sensibilidade à poluição. A poeira dispersa a luz, de modo que a eficiência dos painéis solares revestidos com ela diminui drasticamente.

Devido à necessidade de luz solar direta, os monocristalinos painéis solares sendo instalados principalmente em áreas abertas ou em altura. Quanto mais próxima a zona estiver do equador e quanto mais dias de sol tiver, mais preferível será a instalação deste tipo específico de elementos fotovoltaicos.

Células solares policristalinas

Os painéis de silício policristalino (multi-Si) apresentam uma cor azul de intensidade irregular devido à orientação diversificada dos cristais. A pureza do silício utilizado em sua produção é ligeiramente inferior à dos análogos monocristalinos.

Cristais multidirecionais proporcionam alta eficiência em luz difusa - 12-18%.É mais baixo do que em cristais unidirecionais, mas em condições de tempo nublado tais painéis são mais eficazes.

A heterogeneidade do material também leva à redução do custo de produção de silício. O metal purificado para painéis solares policristalinos é despejado em moldes sem nenhum truque especial.

Na produção, são utilizadas técnicas especiais para formar cristais, mas sua direcionalidade não é controlada. Após o resfriamento, o silício é cortado em camadas e processado de acordo com um algoritmo especial.

Os painéis policristalinos não requerem orientação constante para o sol, por isso os telhados de casas e edifícios industriais são ativamente utilizados para a sua colocação.

Durante o dia, com nuvens claras, as vantagens dos painéis solares de silício amorfo não serão perceptíveis; suas vantagens são reveladas apenas sob nuvens densas ou na sombra (+)

As vantagens das células solares com cristais multidirecionais incluem:

1. Alta eficiência em condições de luz difusa.
2. Possibilidade de instalação permanente nos telhados dos edifícios.
3. Custo mais baixo em comparação com painéis monocristalinos.
4. Duração da operação — a queda na eficiência após 20 anos de operação é de apenas 15-20%.

Os painéis policristalinos também apresentam desvantagens:

1. Eficiência reduzida com um valor de 12-18%.
2. Volume relativo — é necessário mais espaço de instalação por unidade de potência em comparação com análogos monocristalinos.

Os painéis solares policristalinos estão ganhando uma participação cada vez maior no mercado entre outras baterias de silício. Isso é garantido por amplas oportunidades potenciais para reduzir o custo de sua produção.A eficiência desses painéis também aumenta a cada ano, aproximando-se rapidamente de 20% para produtos produzidos em massa.

Painéis solares de silício amorfo

O mecanismo de produção de painéis solares a partir de silício amorfo é fundamentalmente diferente da produção de células fotovoltaicas cristalinas. Aqui não se utiliza um não-metal puro, mas sim o seu hidreto, cujos vapores quentes se depositam no substrato.

Como resultado desta tecnologia, os cristais clássicos não são formados e os custos de produção são drasticamente reduzidos.

Células solares de silício amorfo depositadas podem ser montadas em um substrato de polímero flexível ou em uma folha de vidro rígida

No momento, já existem três gerações de painéis de silício amorfo, cada um dos quais aumenta significativamente a eficiência. Se os primeiros módulos fotovoltaicos tinham eficiência de 4 a 5%, agora os modelos de segunda geração com eficiência de 8 a 9% são amplamente vendidos no mercado.

Os painéis amorfos mais recentes têm eficiência de até 12% e já começam a aparecer à venda, mas ainda são bastante caros.

Devido às características desta tecnologia de produção, é possível criar uma camada de silício tanto sobre um substrato rígido quanto sobre um substrato flexível. Por causa disso, módulos de silício amorfo são usados ​​ativamente em módulos solares flexíveis de película fina. Mas as opções com forro elástico são muito mais caras.

A estrutura físico-química do silício amorfo permite a absorção máxima de fótons de luz fraca espalhada para gerar eletricidade. Portanto, tais painéis são convenientes para uso nas regiões norte com grandes áreas livres.

A eficiência das baterias à base de silício amorfo não diminui mesmo em altas temperaturas, embora sejam inferiores neste parâmetro aos painéis de arsenieto de gálio.

Com o mesmo custo de equipamento, os painéis solares de hidreto de silício apresentam maior desempenho do que os seus homólogos mono e policristalinos (+)

Resumindo, podemos apontar as seguintes vantagens dos painéis solares amorfos:

1. Versatilidade — capacidade de fabricar painéis flexíveis e finos, montando baterias em qualquer forma arquitetônica.
2. Alta eficiência em luz difusa.
3. Trabalho estável em altas temperaturas.
4. Simplicidade e confiabilidade do design. Esses painéis praticamente não quebram.
5. Manter o desempenho em condições difíceis — menor queda no desempenho quando a superfície está empoeirada do que com análogos cristalinos

A vida útil dessas células fotovoltaicas, a partir da segunda geração, é de 20 a 25 anos com uma queda de potência de 15 a 20%. As únicas desvantagens dos painéis de silício amorfo incluem a necessidade de áreas maiores para acomodar equipamentos com a potência necessária.

Visão geral de dispositivos sem silício

Alguns painéis solares, feitos com metais raros e caros, têm uma eficiência superior a 30%. Eles são várias vezes mais caros que seus equivalentes de silício, mas ainda ocupam um nicho comercial de alta tecnologia devido às suas características especiais.

Painéis solares de metal raro

Existem vários tipos de painéis solares de metais raros e nem todos são mais eficientes que os módulos de silício monocristalino.

No entanto, a capacidade de operar em condições extremas permite que os fabricantes desses painéis solares produzam produtos competitivos e realizem mais pesquisas.

Painéis de telureto de cádmio são usados ​​​​ativamente para revestimento de edifícios em países equatoriais e árabes, onde sua superfície aquece até 70-80 graus durante o dia

As principais ligas usadas para fazer células fotovoltaicas são telureto de cádmio (CdTe), seleneto de índio, cobre e gálio (CIGS) e seleneto de cobre e índio (CIS).

O cádmio é um metal tóxico, e o índio, o gálio e o telúrio são bastante raros e caros, de modo que a produção em massa de painéis solares baseados neles é até teoricamente impossível.

A eficiência desses painéis está na faixa de 25-35%, embora em casos excepcionais possa chegar a 40%. Anteriormente, eles eram usados ​​​​principalmente na indústria espacial, mas agora surgiu uma nova direção promissora.

Devido ao funcionamento estável das fotocélulas feitas de metais raros em temperaturas de 130-150°C, elas são utilizadas em usinas solares térmicas. Neste caso, os raios solares de dezenas ou centenas de espelhos concentram-se num pequeno painel, que simultaneamente gera eletricidade e garante a transferência de energia térmica para um permutador de calor de água.

Como resultado do aquecimento da água, forma-se vapor, que faz a turbina girar e gerar eletricidade. Desta forma, a energia solar é convertida em energia elétrica simultaneamente de duas formas com máxima eficiência.

Polímero e análogos orgânicos

Módulos fotovoltaicos baseados em compostos orgânicos e poliméricos começaram a ser desenvolvidos apenas na última década, mas os pesquisadores já fizeram progressos significativos.A empresa europeia demonstra o maior progresso Heliatec, que já equipou vários edifícios altos com painéis solares orgânicos.

A espessura de sua estrutura de filme em rolo é HeliaFilm tem apenas 1 mm.

Na produção de painéis poliméricos são utilizadas substâncias como fulerenos de carbono, ftalocianina de cobre, polifenileno e outras. A eficiência dessas células fotovoltaicas já chega a 14-15%, e o custo de produção é várias vezes menor que o dos painéis solares cristalinos.

A questão do tempo de degradação da camada orgânica de trabalho é aguda. Até o momento, não é possível confirmar com segurança o nível de sua eficiência após vários anos de operação.

As vantagens dos painéis solares orgânicos são:

• possibilidade de descarte ambientalmente seguro;
• baixo custo de produção;
• projeto flexível.

As desvantagens de tais células fotovoltaicas incluem a eficiência relativamente baixa e a falta de informações confiáveis ​​sobre os períodos de operação estável dos painéis. É possível que em 5 a 10 anos todas as desvantagens das células solares orgânicas desapareçam e elas se tornem concorrentes sérios das pastilhas de silício.

Qual painel solar escolher?

A escolha de painéis solares para casas de campo na latitude de 45-60° não é difícil. Existem apenas duas opções que valem a pena considerar aqui: painéis de silício policristalino e monocristalino.

Se houver falta de espaço, é melhor dar preferência a modelos mais eficientes com orientação de cristal unilateral, se houver área ilimitada recomenda-se adquirir baterias policristalinas.

Não se deve confiar nas previsões de empresas analíticas para o desenvolvimento do mercado de painéis solares, pois os melhores exemplos delas podem ainda não ter sido inventados

É preferível escolher um fabricante específico, a potência necessária e os equipamentos adicionais com a participação dos gestores das empresas envolvidas na comercialização e instalação desses equipamentos. Você deve saber que a qualidade e o preço dos módulos fotovoltaicos dos maiores fabricantes diferem pouco.

Deve-se levar em consideração que ao encomendar um conjunto de equipamentos chave na mão, o custo dos próprios painéis solares será de apenas 30-40% do valor total. O período de retorno para tais projetos é de 5 a 10 anos e depende do nível de consumo de energia e da possibilidade de venda do excesso de eletricidade à rede da cidade.

Alguns artesãos preferem montar painéis solares com as próprias mãos. Em nosso site encontram-se artigos com descrição detalhada da tecnologia de fabricação desses painéis, sua conexão e disposição dos sistemas de aquecimento solar.

Aconselhamos você a ler:

1. Como fazer uma bateria solar com as próprias mãos: instruções para automontagem
2. Sistemas de aquecimento solar: análise de tecnologias de aquecimento baseadas em sistemas solares
3. Diagrama de conexão para painéis solares: ao controlador, à bateria e aos sistemas atendidos

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os vídeos apresentados mostram o funcionamento de diversos painéis solares em condições reais. Eles também o ajudarão a entender as questões de escolha de equipamentos relacionados.

Regras para escolha de painéis solares e equipamentos relacionados:

Tipos de painéis solares:

Teste de painéis monocristalinos e policristalinos:

Para a população e pequenas instalações industriais, atualmente não existe uma alternativa real aos painéis de silício cristalino.Mas o ritmo de desenvolvimento de novos tipos de painéis solares permite-nos esperar que a energia solar se torne em breve a principal fonte de eletricidade em muitas casas de campo.

Convidamos todos os interessados ​​na questão da escolha e utilização de painéis solares a deixar comentários, tirar dúvidas e participar de discussões. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.