Tipos de painel solar fotovoltaico

Quando estiver lidando com as empresas fornecedoras de painel fotovoltaico, uma das coisas que vai diferenciar um orçamento do outro é a tecnologia dos painéis fotovoltaicos. Veja quais são as 3 principais tecnologias utilizadas na produção de placas fotovoltaicas:

Escolhendo os painéis solares

Você está pensando em comprar painéis solares, mas não sabe que tipo de painel solar escolher? Então você está no lugar certo! Há uma infinidade de variáveis que devem ser levadas em consideração quando você for comprar o seu painel solar fotovoltaico (PV) - o nosso trabalho aqui no Portal Solar é ajudar você a escolher entre eles!

Neste artigo, você vai aprender tudo o que você precisa saber sobre os diferentes tipos de painel solar para uso em empresas, residências e usinas de energia solar e também conhecer as suas vantagens e desvantagens.

Eficiência do painel solar fotovoltaico

Quando falamos em eficiência do painel solar fotovoltaico (placa fotovoltaica), estamos falando em porcentagem (%), estamos falando na porcentagem de energia do sol que atinge a superfície do painel fotovoltaico e é transformada em energia elétrica para o nosso consumo.

O quão maior é a eficiência do painel fotovoltaico, mais Watts por metro quadrado o seu sistema vai gerar.

O quão maior é a eficiência do painel fotovoltaico, menor é o painel para a mesma produção de energia.

Assumindo que 1000 Watts atinja o painel solar fotovoltaico por hora, um painel fotovoltaico (placa fotovoltaica) com eficiência de 16,5% vai produzir 165Watt / hora / m² (isso só funciona assim em laboratórios) Na vida real existem outros fatores a se considerar, como, temperatura, direção (posicionamento) do painel etc.)

Lei mais sobre a Eficiência do Painel Solar aqui

SILÍCIO (Si)

Quase 80% dos painéis fotovoltaicos no mundo hoje são baseados em alguma variação de silício. Em 2018, cerca de 85% de todos os sistemas de energia solar fotovoltaica instalados em casas e empresas no mundo todo utilizaram alguma tecnologia baseada em silício (Si).

O silício usado em painéis solares assume muitas formas. A principal diferença é a pureza dele.

Mas o que realmente significa “pureza do silício”? Quanto mais perfeitamente alinhadas estiverem as moléculas de silício, melhor a célula solar será na conversão de luz solar em energia elétrica.

A eficiência de painéis solares “anda de mãos dadas” com a pureza do Silício (Si). Mas os processos utilizados para melhorar a pureza do silício e o tratamento dele são caros e impactam diretamente no preço do painel solar (55-60% do custo de um painel solar convencional de tecnologia de silício cristalino é o silício bruto purificado e tratado).

A eficiência não deve ser sua única e principal preocupação. Como você vai descobrir agora, fatores como espaço disponível, garantia custo dos painéis são também fatores determinantes para a maioria das pessoas.

Painel solar fotovoltaico de silício mono-cristalino.

A tecnologia mono-cristalina é a mais antiga e possuem a eficiência mais alta. Comercialmente falando, a eficiência dos painéis 15% e 22%.

Os painéis solares de silício mono-cristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis apenas olhando de perto. Possuem uma cor uniforme, indicando silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados como você pode ver na imagem abaixo.

Eles são feitos a partir de um único cristal de silício ultrapuro, (lingotes de silício de forma cilíndrica), este é fatiado como um "salame" fazendo assim lâminas de silício individuais, que são então tratadas e transformadas em células fotovoltaicas. Cada célula fotovoltaica circular tem seus “4 lados” cortados fora para. Para otimizar o espaço disponível no painel solar mono-cristalino e aproveitar melhor a área do painel. O painel solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e paralelo:

Eficiência média do painel solar mono-cristalino: 15 – 22%

Técnica: Czochralski
Forma: Arredondada

Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15. 

Cor: azul escuro ou quase preto (com antirreflexo), cinza ou azul acinzentado (sem antirreflexo)
Vantagens do painel solar mono-cristalino.

Os painéis solares mono-cristalinos possuem a eficiência mais alta dentre as tecnologias comercialmente viáveis atualmente. A eficiência dos painéis solares mono-cristalinos está hoje entre 15% e 22%.

Painéis solares de silício mono-cristalino ocupam menos espaço. Uma vez que estes painéis solares possuem uma eficiência maior eles necessitam de menos espaço para gerar a mesma quantidade de energia elétrica.

A vida útil dos painéis mono-cristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos.

Tendem a funcionar melhor do que painéis solares poli cristalinos em condições de pouca luz.

Desvantagens do painel solar mono-cristalino

Painéis solares mono-cristalinos são mais caros. Do ponto de vista financeiro, um painel solar que é feito de silício poli cristalino e, em alguns casos de filme fino, pode ser uma escolha melhor para os proprietários que se importam somente com o custo.

O processo Czochralski usado para produzir silício mono-cristalino resulta em grandes lingotes cilíndricos. Quatro lados são cortados dos lingotes para fazer as lâminas de silício e por isso uma quantidade significativa do silício não é aproveitada naquela célula e precisa ser reciclado.

A eficiência das células fotovoltaicas individualmente é maior que a do painel solar como um todo. Isso acontece, pois ao encapsular a célula fotovoltaica durante o processo de montagem do painel solar, a luz que atinge a superfície da célula fotovoltaica, é filtrada pelo vidro em cima do painel e pelo EVA (material encapsulante) reduzindo assim a eficiência do painel como um todo, Ex: Um painel solar de tecnologia cristalina com eficiência de 17% possui provavelmente células de 18.5% de eficiência.
Painel solar fotovoltaico de silício poli cristalino.

Ambos, mono e poli cristalino são feitos de silício, a principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais. No poli cristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (dai o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais. (veja as foto da célula abaixo na direita).

Uma vez fundido, eles são serrados em blocos quadrados e, em seguida, fatiados em células assim como no mono-cristalino, mas é um pouco mais fácil de produzir. Eles são semelhantes aos de um único cristal (mono-cristalino) tanto no desempenho como na degradação, exceto que as células são ligeiramente menos eficientes. 

Os primeiros painéis solares à base de silício poli cristalino, que também são conhecidos como poli silício (p-Si) e silício multi-cristalino (mc-Si), foram introduzidos no mercado em 1981.

Eficiência média do painel solar poli cristalino: 14 – 20.0%

Técnica: Fundição de polisilício, Aquecimento em forma.

Forma: Quadrada

Tamanho padrão das células fotovoltaicas: 10x10cm; 12,5x12,5cm; 15x15.

Cor: azul (com antirreflexo), cinza prateado (sem antirreflexo).
Vantagens do painel solar poli cristalino.

A quantidade de silício residual gerado durante o processo  de corte das células fotovoltaicas é menor em comparação com mono-cristalino.

Painéis poli cristalinos tendem a ser um pouco mais baratos que os painéis solares mono-cristalinos..

A vida útil dos painéis poli cristalinos é maior que 30 anos e eles vem com garantia de 25 anos.

Desvantagens do painel solar poli cristalino

A eficiência de painéis solares poli cristalinos é tipicamente entre 14 e 20%. Isso é devido, principalmente, a menor pureza do polisilício. Painéis solares mono-cristalinos são normalmente mais eficientes.

Menos Watts por hora por m². Você normalmente precisa de uma área maior de painéis poli cristalinos para gerar a mesma quantidade de Watts/m² que o painel mono-cristalino. Isto não necessariamente significa que o Mono é melhor que o Poli.
Painéis solares de filme fino.

(Painel Solar de Película Fina – Thin-film - TFSC)

Depositar uma ou várias camadas finas de material fotovoltaico  sobre um substrato é a essência básica de como os painéis fotovoltaicos de filme fino são fabricados. Eles também são conhecidos como células fotovoltaicas de película fina (TFPV). Os diferentes tipos painéis solares de filme fino podem ser categorizados por material fotovoltaico que é depositado sobre o substrato:

Silício amorfo (a-Si)

Telureto de cádmio (CdTe)

Cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS)

Células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV)

Dependendo da tecnologia de célula fotovoltaica de filme fino utilizada, os painéis de filme fino possuem eficiências médias entre 7-13%. Algumas tecnologias de painel de filme fino já estão chegando nos 16% sendo similares a eficiência dos painéis Policristalinos. Atualmente (2015) os painéis fotovoltaicos que utilizam a tecnologia de filme fino representam aproximadamente 20% do mercado mundial de painéis solares fotovoltaicos. Sendo a maioria de silício cristalino.
Painel solar de silício amorfo (a-Si).

Como a produção de energia elétrica é baixa nesta tecnologia, as  células solares baseadas em silício amorfo, tradicionalmente, só tinham sido usadas para aplicações de pequena escala. Ex: calculadoras de bolso. No entanto, as inovações recentes permitiram que esta tecnologia seja utilizada também em aplicações de larga escala.

Com uma técnica de fabricação chamada de "empilhamento", várias camadas de células solares de silício amorfo podem ser combinadas, o que resultam em taxas mais elevadas de eficiência (tipicamente cerca de 6-9%). Apenas 1% do silício utilizado em células solares de silício cristalino é necessário nas células solares de silício amorfo. Por outro lado, o empilhamento é caro.
Painel solar de Telureto de Cádmio (CdTe).

Telureto de cádmio é a única tecnologia de painéis solares de  película fina que superou o custo/eficiência de painéis solares de silício cristalino em uma parcela significativa do mercado mundial de painéis solares.

A eficiência de painéis solares com base na tecnologia de Telureto de cádmio opera normalmente na faixa de 9-16%.A First Solar instalou mais de 5 gigawatts (GW) de painéis fotovoltaicos de filme fino com base na tecnologia de telureto de cádmio em todo o mundo. A mesma empresa detém o recorde mundial de CdTe PV com uma eficiência de 16%.

As instalações com os painéis de CdTe PV são tipicamente grandes campos solares (grandes usinas de energia solar).

Painéis solares de Seleneto de Cobre, Índio e Gálio (CIS/CIGS)

Em comparação com as outras tecnologias de filme-fino acima, as  células solares CIGS mostraram o maior potencial em termos de eficiência. Estas células solares contêm menos quantidades do cádmio (material tóxico que é encontrado em células solares de CdTe). A produção comercial de painéis solares CIGS flexível foi iniciado na Alemanha em 2011.

Os índices de eficiência para painéis solares CIGS normalmente operam na faixa de 10-12% e já existem alguns sendo vendidos no Brasil passando dos 13%.

Muitos tipos de células solares de película fina estão ainda em fase de pesquisa e desenvolvimento e no futuro poderemos ver algumas soluções interessantes vindas desta tecnologia.

Células fotovoltaicas orgânicas (OPV)

Uma célula solar orgânica é um tipo de célula solar de polímero que  usa a eletrônica orgânica, um ramo da eletrônica que lida com polímeros orgânicos condutores ou pequenas moléculas orgânicas, para absorção de luz e transporte de carga para a produção de eletricidade a partir da luz solar pelo efeito fotovoltaico.

A célula solar de polímero orgânico foi idealizada há muitos anos como uma tecnologia fotovoltaica flexível, de baixo custo, feita utilizando processos de impressão, máquinas simples e materiais abundantes. Hoje são poucas as empresas que conseguiram levar a produção de células fotovoltaicas (OPV) para uma escala industrial. No Brasil existe a CSEM Brasil, em Belo Horizonte, que está desenvolvendo esta produção com tecnologia principalmente suíça.

Eles utilizam um processo industrial (roll to roll) de impressão de células fotovoltaicas orgânicas em substrato leve, flexível e transparente. As eficiências das células orgânicas variam.

Vantagens do painel solar de filme fino

A produção em massa é simples em comparação com a tecnologia cristalina. Isto os torna potencialmente mais baratos de fabricar do que as células solares de base cristalinas.

Sua aparência homogênea é esteticamente bonita.

Pode ser feito flexível, o que abre um leque de aplicações muito grande.

Altas temperaturas e sombreamento de árvores e outras obstruções tem menos impacto sobre o desempenho do painel solar de filme fino.

Desvantagens do painel solar de filme fino

Painéis solares de filme fino não são, em geral, utilizados na maioria das instalações de sistemas fotovoltaicos residenciais. Eles são baratos, mas eles também exigem uma grande quantidade de espaço.

Menos eficiência por m² significa que o seu custo com estrutura de instalação, mão-de-obra e cabeamento tende a aumentar.

Painéis solares de filme fino tendem a degradar mais rapidamente do que os painéis solares mono e poli cristalinos, e é por isso que eles geralmente vêm com uma garantia mais curta.
Painel solar híbrido – HJT

Existe uma "nova" tecnologia no mercado conhecida por Heterojunção. Comercialmente falando, a eficiência dos painéis que utilizam esta tecnologia é de 21% a 24%.

O processo de fabricação, com algumas diferenças, é similar ao dos painéis fotovoltaicos mono-cristalino, porém, possuem uma passivação com camada de Silício Amorfo (a-Si), dentre ouras diferenças.

Colocando de uma forma simples, este painel produz mais energia por metro quadrado e também funciona muito bem com temperaturas mais altas, desta forma, esta tecnologia é ideal para o Brasil, mas infelizmente ainda não está disponível no mercado.

Eficiência comercial da célula fotovoltaica:  aproximadamente 24%

Técnica: Czochralski / n-type c-Si

Forma: Arredondada

Tamanho padrão das células fotovoltaica: 156mm x 156mm.

Cor: quase preto (com antirreflexo)

O preço da placa solar

O preço da placa solar pode variar bastante, caso você queira saber mais sobre como as placas solares são precificadas clique aqui: placa solar (portalsolar)