Eficiência do painel solar: O que é e como calcular?

A eficiência do painel solar é uma medida da quantidade de luz solar (irradiação) que cai na superfície de um módulo sendo convertida em eletricidade. Sendo assim, é um dos dados mais importantes na hora de escolher seu painel fotovoltaico.

São dois fatores principais que determinam a eficiência de um módulo: a eficiência da célula fotovoltaica (PV), com base no design da célula e no tipo de silício, e a eficiência total do painel, com base no layout da célula, configuração e tamanho do painel.

Sendo assim, quanto maior a eficiência de um painel solar maior será a quantidade de energia elétrica produzida por m² com a mesma quantidade de luz incidente. Então, se um painel tem eficiência de 21%, ele converte esse mesmo percentual em energia elétrica por m² através irradiação solar incidente em sua superfície.

Além disso, a eficiência do painel solar é medida em condições de teste padrão (STC), com base em uma temperatura da célula de 25°C, irradiância solar de 1000W/m² e massa de ar de 1,5.

  • Irradiação solar = 1000 Watts/m2. Essa escala indica a quantidade de energia incidente em uma determinada área, em um dado instante. O valor: 1000 W/m2 indica a média da incidência de luz solar na superfície do solo;
  • Temperatura da célula = 25°C. Essa temperatura refere-se à da célula solar e não da ambiente. Isso significa que, durante o teste, o painel precisa estar nessa temperatura;
  • Massa de ar = 1.5, conforme definido no IEC 60904-3. Não é um valor fácil de se apurar. Trata-se da quantidade de luz que passa pela atmosfera antes de incidir na superfície terrestre, atrelado ao ângulo da luz solar em relação a um determinado ponto de referência no solo.

A eficiência (%) de um painel é calculada efetivamente dividindo a potência máxima ou Pmax (W) no STC, pela área total do painel medida em metros ao quadrado.

Cálculo da Eficiência do Painel Solar
Equação 01 – Cálculo da Eficiência do Painel Solar

Cálculo da Eficiência do Painel Solar OSDA 460W

Para realizar o cálculo da eficiência de um módulo fotovoltaico utilizaremos o módulo de 21,32% de eficiência, o painel solar da OSDA de 460W.

Lembrando que neste cálculo você pode utilizar qualquer módulo fotovoltaico, basta ter as informações necessárias do datasheet.

Antes de começarmos os cálculos, precisamos pegar as informações das variáveis, como área do módulo, irradiância e da potência máxima do módulo.

Variáveis básicas para cálculo da eficiência do painel solar
Equação 02 – Variáveis básicas para cálculo da eficiência do módulo.

Após obter as variáveis básicas, basta pegar a fórmula do cálculo da Equação 01 e aplica-lá.

Cálculo da Eficiência do Painel Solar OSDA 460W
Equação 03 – Cálculo do Módulo FV da OSDA de 460W

Dessa maneira, obtemos que a eficiência do módulo da OSDA de 460W é de 21,32%, assim como está no seu datasheet (Figura 01).

Eficiência do Painel Solar OSDA 460W - Datasheet
Figura 01 – Eficiência do Módulo OSDA 460W – Datasheet

Datasheet — Painel Solar OSDA 460W

Todas as informações utilizadas no cálculo acima foram retiradas do datasheet do módulo de 460W da OSDA.

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Fatores que Influenciam na Eficiência do Painel Solar

A eficiência geral do painel pode ser influenciada por muitos fatores, até mesmo pela cor da folha traseira de proteção pode afetar a eficiência.

Uma folha traseira preta pode parecer mais esteticamente agradável, mas absorve mais calor, resultando em uma temperatura mais alta da célula, aumentando a resistência e reduzindo um pouco a eficiência total da conversão.

No uso real, a eficiência operacional do painel solar depende de muitos fatores externos.

Dependendo das condições ambientais locais, esses vários fatores podem reduzir a eficiência do painel e o desempenho geral do sistema. Os principais fatores que afetam a eficiência do painel solar estão listados abaixo:

  • Irradiância (W/m²);
  • Sombreamento;
  • Orientação do painel;
  • Temperatura;
  • Localização (latitude);
  • Época do ano;
  • Poeira e sujeira.

Os fatores com o impacto mais significativo na eficiência do painel no uso real são irradiância, sombreamento e temperatura.

Irradiação Solar

Placas fotovoltaicas precisam de luz do sol para gerar energia elétrica com o seu melhor aproveitamento em locais com as maiores médias anuais de radiação solar.

A disponibilidade de sol em uma determinada região durante o ano está diretamente ligada a alguns fatores, como a sua posição geográfica e clima.

Temperatura

As variações de temperatura também influenciam o desempenho das células fotovoltaicas e, consequentemente, a eficiência do painel solar.

A temperatura das células fotovoltaicas não é a mesma do ambiente, pois as células sofrem um aumento de temperatura ao receber a radiação solar.

Em média, a temperatura de um painel solar é, aproximadamente, 20°C mais quente do que a temperatura ambiente.

Como as condições simuladas nos testes não se replicam ao mundo real, em situações práticas de operação a eficiência de um módulo fotovoltaico será determinada conforme a variação de cada uma delas.

Posição do painel

A instalação do painel solar deve ser realizada de forma que a sua exposição aos raios solares seja a melhor e a maior possível durante as horas de luz.

Para isso, um dos fatores que deve ser analisado é a direção do painel, de modo que a sua face esteja voltada ao sol ao longo do seu deslocamento diário.

O Brasil está localizado no hemisfério sul, portanto, o sol nasce no leste, sobe se inclinando ao norte e se põe no oeste.

Portanto, a melhor direção do painel solar no Brasil é com a face voltada ao norte.

Inclinação

Outro ponto que influencia a captação de luz pelo painel solar é a inclinação. A inclinação do painel deve ser cuidadosamente calculada de forma que favoreça a incidência direta dos raios solares sobre a face dos módulos.

Embora possam captar a luz difusa que incide sobre a sua superfície, os painéis solares têm o melhor aproveitamento com os raios que chegam perpendicularmente, ou seja, aqueles que atingem diretamente a superfície formando um ângulo de 90°.

A regra básica é definir a inclinação do painel fotovoltaico na mesma angulação da latitude do local onde ele será instalado.

Sombreamento

Como dependem de luz para funcionar, os painéis solares também têm a eficiência comprometida caso ocorra algum sombreamento sobre a sua superfície.

Qualquer objeto próximo ao local da instalação, como prédios, postes e árvores, deve ser averiguado para evitar ao máximo a ocorrência de sombra sobre o painel solar.

Por todos esses motivos, é imprescindível contar com o trabalho de uma empresa de energia solar especializada para a realização do projeto e instalação do seu sistema fotovoltaico, garantindo que o seu painel solar opere com eficiência e rendimento otimizados.

Eficiência do Painel Solar vs Temperatura

Como vimos anteriormente, a potência nominal de um módulo fotovoltaico é calculada em condições de teste padrão (STC), na temperatura de 25°C e irradiância de 1000W/m².

No entanto, no uso real, a temperatura da célula geralmente sobe bem acima de 25°C, dependendo da temperatura do ar ambiente, velocidade do vento, hora do dia e quantidade de irradiância solar(W/m²). Durante o tempo ensolarado, a temperatura interna da célula é tipicamente 20~30°C mais alta que a temperatura do ar ambiente.

Para fornecer uma estimativa média real do desempenho do painel solar, a maioria dos fabricantes também especificará a classificação de energia sob condições NOCT ou a temperatura nominal da célula de operação.

O desempenho do NOCT é normalmente especificado em uma temperatura de célula de 45°C e um nível de irradiância solar mais baixo de 800 W/m², que aproxima das condições operacionais médias reais de um painel solar.

NOCT OSDA 460W
Figura 02 – Temperatura nominal da célula de operação (NOCT) – OSDA 460W

As temperaturas da célula acima ou abaixo do STC reduzirão ou aumentarão a saída de energia em uma quantidade específica para cada grau acima ou abaixo de 25°C.

Isso é conhecido como o coeficiente de temperatura de energia medido em %/°C.

Como Utilizar os Coeficientes de Temperatura

Todos os módulos fotovoltaicos perdem eficiência quando aquecem e o coeficiente de temperatura nos dirá quanto de energia ele deixara de gerar a cada °C acima das condições STC, ou seja, acima de 25°C.

Como exemplo, utilizaremos o painel de 460W monocristalino da OSDA Solar, onde o fabricante especifica na ficha técnica que o painel perderá 0,35% de sua potência máxima a cada °C acima das condições STC.

Coeficientes de Temperatura OSDA 460W
Figura 04 – Coeficientes de Temperatura do Painel Solar OSDA 460W.

Dessa forma, se utilizarmos como exemplo o cenário especificado acima, com painel solar instalado em uma temperatura de 45°C, e não de 25ºC conforme o STC, ocorrerá um aumento de 20°C na temperatura, sendo assim, perderia 7,0% da sua potência máxima.

45°C – 25°C = 20°C

20 x 0,35% = 7,0%

Assim, podemos concluir que o painel da OSDA com potência nominal informado de 460W, em condições STC, teria por volta de 427,8W nas condições reais. Ou seja, uma potência aproximadamente 7% menor devido às perdas por temperatura naquele local.

Existem muitos outros detalhes que fazem toda a diferença no desempenho geral de um sistema fotovoltaico, a eficiência de um painel solar é um fator de extrema relevância e merece toda a sua atenção.

Agora deixe aqui em baixo nos comentários, o que mais te chamou a atenção referente a eficiência de um módulo fotovoltaico?


Engenheiro Guilherme Peters Junior

Guilherme Peters Junior

Engenheiro Eletricista e Analista de Marketing na Solar Inove.

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