Painéis solares para a casa: como escolher os melhores painéis

Hoje, os painéis solares tornaram-se verdadeiras fontes alternativas de fornecimento de energia para uma casa particular. Eles são amplamente representados no mercado e o uso de uma mini usina solar é bastante lucrativo. Esta situação deve-se ao constante crescimento da produção de painéis solares e equipamentos adicionais, à diminuição dos preços dos elementos do sistema e, consequentemente, ao custo de geração.

O princípio de funcionamento da bateria solar

Qualquer bateria solar é um conversor fotovoltaico que usa luz para produzir energia elétrica. Atualmente, o efeito fotoelétrico em materiais semicondutores tem valor prático.

O efeito é baseado no aparecimento de portadores de carga elétrica livres em estruturas semicondutoras não homogêneas quando expostas a fótons de luz. É observado em vários semicondutores - à base de silício, arseneto de gálio, telureto de cádmio, grandes moléculas de polímero.

Devido ao aparecimento de portadores livres, cuja energia não é suficiente para superar o band gap, uma diferença de potencial (tensão) é formada entre os eletrodos do elemento. Quando circuitos externos são conectados, uma corrente elétrica surge entre eles.

Esquema de painéis solares

As fotocélulas baseadas em vários semicondutores convertem várias partes do espectro solar em energia elétrica. Assim, os módulos de silício cristalino captam até 80% da radiação com desvio para o vermelho, os elementos de filme à base de silício amorfo também podem operar na faixa do infravermelho, o dióxido de titânio absorve raios violeta e ultravioleta.

Em algumas amostras de laboratório, os pesquisadores chegaram perto da marca de 50%. Se os mesmos resultados forem obtidos na produção industrial, o custo de geração poderá ser reduzido em mais da metade em relação ao nível atual.

Tipos de painéis solares

A principal característica da classificação dos módulos solares são os materiais semicondutores utilizados na fabricação. Hoje, mais de 80% é ocupado por painéis solares à base de silício. São esses tipos que receberam o maior uso comercial possível, são oferecidos pela grande maioria dos vendedores que trabalham no setor.

Por sua vez, os painéis solares de silício são divididos em:

Tipos de painéis solares de silício

Células solares de silício monocristalino

As células solares monocristalinas são células conectadas eletricamente feitas de pastilhas monocristais de silício finas (240 mícrons). Os eixos ópticos são orientados na mesma direção, é usado material de alta pureza (mais de 99,99%). Isso garante a máxima eficiência de conversão.Com uma eficiência teoricamente possível para um elemento de silício de 30%, em amostras seriadas, o valor chega a 18-24%.

Externamente, as baterias de cristal único são fáceis de distinguir - elas têm uma cor preta profunda, o elemento é moldado em um quadrado regular (retângulo) com cantos cortados durante o corte.

A tecnologia para a produção dessas células solares é recordista em termos de custo entre as células de silício. O alto custo de produção é explicado pelos complexos processos de limpeza de matérias-primas, cultivo de um único cristal e corte preciso.

Como resultado, as baterias monocristalinas têm o preço mais alto - cerca de 0,9-1,1 dólares por 1 W de potência.

Tais elementos também têm outra séria desvantagem - devido à orientação precisa dos eixos ópticos dos cristais, o retorno ideal só pode ser obtido quando os raios do sol incidem perpendicularmente ao plano do elemento. Com uma mudança significativa no ângulo de iluminação, bem como na luz espalhada, observa-se uma queda acentuada na geração.

Células de silício policristalino

Células de silício policristalino

Em baterias policristalinas, a célula inclui uma pluralidade de cristais com uma orientação aleatória dos eixos ópticos. Sua produção não requer matérias-primas com alto grau de purificação - fontes secundárias (em particular, baterias de silício recicladas), podem ser utilizados resíduos da produção metalúrgica.

Como resultado, o custo de fabricação é bastante reduzido. No entanto, isso também reduz a eficiência de conversão - as melhores amostras demonstram uma eficiência de 15-18%.

Externamente, os policristalinos são placas retangulares regulares de cor azul saturada. O custo de geração de painéis "azuis" é de cerca de 0,7-0,9: por 1 W.Ao mesmo tempo, eles mostram uma redução significativamente menor na iluminação difusa e na incidência de luz em ângulos diferentes de 90 graus.

baterias de silicone amorfo

Eles são feitos de silício a-Si amorfo (não cristalino), depositando vapor de hidreto de silício em um substrato flexível. Como resultado, um efeito fotoelétrico estável já é obtido em uma espessura de filme de vários mícrons.

O processo tecnológico é significativamente mais barato devido à quantidade mínima de matéria-prima de silício necessária, requisitos reduzidos para sua pureza e ausência de operações complexas, como crescer um cristal e cortá-lo.

A eficiência de conversão é de cerca de 8 a 11%, o custo de geração fica na faixa de 0,5 a 0,7% por 1 W. A principal desvantagem dessas baterias é a baixa eficiência de conversão, que requer uma grande área para fornecer a energia necessária. No entanto, é mais do que compensado pela capacidade de instalação em qualquer superfície - um substrato flexível não requer bases uniformes e estruturas especiais para instalação.

Além disso, módulos polimórficos modernos podem operar na faixa do infravermelho, o que reduz significativamente as perdas de eficiência sob iluminação difusa. Como resultado, a participação de elementos amorfos hoje representa cerca de 10% do mercado mundial.

Baterias de filme fino CdTe

Baterias de filme fino CdTe

Células solares à base de telureto de cádmio (CdTe) podem se tornar uma alternativa real às células de silício. Atualmente, eles demonstram eficiência de conversão, em média, 20% maior que o silício amorfo similar a um custo 20% menor.Isso é alcançado devido às características únicas do semicondutor, que fornece o intervalo de banda ideal.

Tais painéis são feitos aplicando uma camada de material semicondutor em filmes finos. A tecnologia ainda está disponível para um número limitado de fabricantes, mas a produção em série dessas baterias já foi lançada pela empresa americana First Solar.

Painéis solares de polímero

Nos módulos solares de polímero, o efeito fotoelétrico é fornecido por uma camada de "semicondutor de polímero" - grandes moléculas de compostos orgânicos. Atualmente, a tecnologia desses produtos está próxima da implantação da produção em larga escala (algumas empresas europeias já estabeleceram produção comercial).

Painéis solares de polímero

A eficiência de conversão de tais dispositivos é estimada na faixa de 8-11%. Devido à produção barata recorde, ao uso de materiais poliméricos flexíveis e à ausência de problemas com descarte, em um futuro próximo, os módulos solares de polímero poderão competir seriamente com produtos já fabricados.

Os fabricantes também estão desenvolvendo ativamente painéis solares com base em:

A escolha dos painéis solares

Ao escolher os painéis solares, é necessário determinar não apenas o tipo, mas também os parâmetros elétricos - potência e tensão.

Tipo de

Escolha o tipo de painel solar a partir das condições de insolação (número de dias ensolarados, intensidade de radiação):

• Portanto, as baterias de silício monocristalino são bastante adequadas para instalação nas regiões do sul.
• Na faixa do meio e em outros territórios russos, a melhor opção seriam os painéis policristalinos, que se mostraram bem em condições de iluminação difusa.
• Nas latitudes do norte, mais atenção deve ser dada aos módulos amorfos, que permitem criar uma área significativa da bateria sem trabalhos adicionais de instalação.

A categoria de qualidade também requer atenção. Na marcação das baterias, este parâmetro é indicado como Grau A, B ou C. Ceteris paribus, os produtos Grau A devem ser preferidos - eles duram 20-30 anos com pouca (não mais de 20%) degradação.

As categorias de qualidade inferior são atribuídas aos produtos com base nos resultados dos testes de fábrica, que revelam um desvio dos parâmetros nominais de não mais de 5% (Grau B) e 30% (Grau C) durante a operação.

Potência e tensão

A potência dos painéis é determinada da seguinte forma:

• Calcule o consumo médio total de energia (de acordo com os indicadores do medidor elétrico, contas de eletricidade). Para o consumo médio diário, os valores mensais são divididos pelo número de dias.
• Ao resultado obtido adiciona-se 20-30% para obter uma margem, levando em consideração o fator de conversão (perdas na carga da bateria e operação do inversor).
• Com base nos dados obtidos, a potência de saída dos painéis é calculada levando em consideração a duração das horas de luz do dia. Para os cálculos, é considerado igual a 6 horas, respectivamente, a energia da bateria deve exceder o consumo médio em 4 vezes.
• Selecione a tensão do painel. Como regra, os fabricantes oferecem baterias com uma tensão de saída de 12V.No entanto, para carregar dispositivos de armazenamento e aumentar a eficiência de conversão de tensão contínua em tensão alternada no inversor (especialmente em alta potência), é mais lucrativo ter valores mais altos.
  Uso padrão:
  • 12 V para sistemas até 1 kW.
  • 24 V ou 36 V - até 5 kW.
  • 48 V - mais de 5 kW.

Tais tensões são obtidas conectando painéis em série.

• A potência de pico é determinada pela soma da potência de todos os consumidores da casa.
• A potência de pico é determinada com uma margem de 10-20%, por exemplo, para as correntes de partida de motores elétricos e a operação dos elementos de aquecimento do sistema de água quente, lavadoras e lava-louças, etc.
• A potência de pico determina a corrente máxima dos painéis.
• Os livros de referência encontram o coeficiente de insolação (no verão e inverno) para a área.

Para cálculos adicionais, use a fórmula:

P = Kc * Wn * Ki, levando em consideração

• Кс – coeficiente sazonal, para o horário de verão é considerado igual a 0,5, para o inverno — 0,7;
• Ki é o coeficiente de insolação para o verão e inverno;
• Wn é a potência nominal do painel.

Tendo selecionado vários modelos de baterias nos catálogos dos fabricantes, para cada um deles, a potência de geração é calculada no inverno e no verão.

Em seguida, o número necessário de painéis é determinado dividindo o consumo médio de energia calculado acima (com margem) pela energia de geração. Os cálculos são realizados para os períodos de inverno e verão, como resultado, eles assumem um valor maior.

Após os cálculos verifique:

Instalação de painéis solares

Não há requisitos rigorosos para a instalação de painéis solares. O coletor solar pode ser montado em ângulo, em uma superfície vertical ou horizontal. Ao mesmo tempo, painéis rígidos (mono e policristalinos) são instalados em uma estrutura rígida, fixados nos pontos de fixação por meio de fixadores completos. As baterias em um suporte elástico permitem a colocação em superfícies irregulares (por exemplo, um telhado ondulado).

As ligações entre os painéis são realizadas com condutores trançados com terminais. A seção transversal dos elementos condutores de corrente é calculada a partir do valor da corrente nominal e máxima.

Ao escolher um local e ângulo de instalação, deve-se levar em consideração a principal condição para geração máxima - a incidência de luz solar perpendicular ao plano da bateria.

Isso pode ser alcançado:

Além disso, para painéis de cristal único, é fundamental cuidar da ausência de sombreamento - em luz difusa, sua eficiência cai drasticamente.

Frequentemente perguntado

Revisão em vídeo com cálculos para painéis solares