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Painel solar: o que é, como funciona e tipos

Painel solar é o equipamento que transforma a luz do sol em energia elétrica limpa. Os mais usados são os de silício monocristalino e policristalino, com eficiência de até 22%. Um painel de 550W gera cerca de 60 kWh por mês e custa entre R$ 500 e R$ 1.000. A instalação completa pode reduzir a conta de luz em até 95% e dura mais de 25 anos.

Ou seja, o painel solar fotovoltaico é um dispositivo que converte a energia do sol em eletricidade, e ele tem se tornado cada vez mais popular em residências, empresas, indústrias e diversos outros setores.&nbsp; &nbsp; &nbsp; 

Entender como os painéis solares funcionam, seus diferentes tipos, custos, além das vantagens e desvantagens, é essencial para quem considera investir nessa solução sustentável.&nbsp;&nbsp;

Neste artigo, você encontrará todas as informações que precisa sobre painéis solares. Após a leitura, você estará pronto para escolher a melhor opção de painel solar para suas necessidades. Confira! 

O painel solar é o equipamento essencial para se gerar energia fotovoltaica, o qual é composto por células fotovoltaicas fabricadas a partir de materiais semicondutores, como o silício, que absorvem a luz do sol e geram energia elétrica pelo efeito fotovoltaico.

Ele capta energia solar e converte a luz do sol em energia elétrica. Além disso, ele é responsável por absorver energia solar e pode gerar eletricidade em duas camadas opostas.

Ele funciona quando os fótons atingem as&nbsp;células fotovoltaicas, fazendo com que alguns dos elétrons que circundam os átomos se desprendam e migrem para a parte da célula de silício que está com ausência de elétrons, criando uma&nbsp;corrente elétrica, chamada de energia solar fotovoltaica.



É válido destacar que as placas solares possuem mínima manutenção, o que contribui para a sua lista de benefícios no momento de escolha do seu projeto. Portanto, elas podem durar anos e não prejudicam o meio ambiente, servindo também como uma solução para o aquecimento de água.

Considerado uma ótima alternativa para a geração de <a href="https://www.portalsolar.com.br/energia-limpa">energia limpa</a>, o painel solar tem como função coletar fótons da luz solar que, ao se colidirem com os átomos de silício ou outro semicondutor do&nbsp;painel solar, geram um deslocamento de elétrons, criando uma corrente elétrica. Esse fenômeno tem o nome de efeito fotovoltaico.

Saiba mais sobre: <a href="https://www.portalsolar.com.br/carro-movido-a-energia-solar-ja-e-realidade">carro com placa solar</a>

O painel solar funciona da seguinte maneira: são coletados fótons da luz solar e, logo, são convertidos em corrente elétrica. Dessa forma, a energia captada por meio das placas solares pode ser utilizada de diversas formas, seja em residências, comércios, indústrias e até mesmo na iluminação externa de espaços públicos.

A geração de corrente elétrica pelos <a href="https://www.portalsolar.com.br/paineis-solares-fotovoltaicos">painéis solares</a> ocorre quando os fótons (partículas de luz solar) colidem com os átomos do material do painel solar, provocando assim o deslocamento dos elétrons. Este fluxo de elétrons cria uma <a href="https://www.portalsolar.com.br/corrente-eletrica-continua-cc-alternada-ca">corrente elétrica</a>, ou o que nós chamamos de energia solar fotovoltaica.

A fabricação de um painel solar envolve vário processos
individuais para transformar os componentes em um produto final. Os principais
materiais utilizados são:

A <a href="https://www.portalsolar.com.br/celula-fotovoltaica.html">célula fotovoltaica</a> é o elemento central da placa solar. É
nela que ocorre uma reação físico-química que transforma a luz do Sol em
energia elétrica. Elas são feitas de cristal de silício ultrapuro e representam
a maior parte do custo de um módulo fotovoltaico.

O vidro utilizado na fabricação de um painel solar não é o
do tipo comum, mas especial, desenvolvido especialmente para refletir menos e
deixar o máximo de luz passar através dele. Trata-se de um vidro temperado
especial revestido com uma substância antirreflexiva. 

Filme encapsulante para o painel solar (EVA)

O filme encapsulante para o painel solar, tradicionalmente
conhecido como EVA, acetato-vinilo de etileno (que deriva do inglês: Ethylene
Vinyl Acetat), é um material selante de cura rápida especificamente projetado
para os painéis fotovoltaicos. 

Ele protege as células fotovoltaicas contra o envelhecimento
causado por raios UV, temperaturas extremas e umidade, assegurando que o máximo
luz visível atinja as células solares.

O filme branco que vai na parte de trás do painel solar é
chamado de backseet. A função principal é proteger os componentes internos do
módulo, especificamente as células fotovoltaicas, bem como agir como um
isolante elétrico. Elas têm uma composição robusta sendo composta por 3
camadas.

A caixa de junção é um gabinete que fica na parte de trás do
painel solar, onde as strings (células fotovoltaicas interconectadas em série)
estão conectados eletricamente. A caixa de junção é colada na parte de trás do
painel solar com adesivo de silicone ou uma fita dupla-face especial.

Ela possui dentro diodos de by-pass que vão garantir a
segurança e o bom funcionamento do painel. As caixas de junção já vêm com os
cabos e conectores especiais que são utilizados para interconectar os painéis
solares quando instalados em seu telhado.

Molduras do painel solar de alumínio anodizado (frame)

Ao redor de um painel é adicionada uma moldura de alumínio
anodizado especialmente desenvolvida para trazer robustez ao painel. Ela serve
tanto para proteger o painel na hora da instalação como para assegurar que o
painel solar não "torça" causando trinca nas células.

O processo de fabricação de um painel solar pode ser
dividido em onze etapas:

Limpeza do vidro: é fundamental para garantir que não
se forme bolhas no painel solar depois de laminado e pronto. Uma máquina
específica é usada para fazer este processo, em que a água usada passa por um
processo de osmose reversa.

Interconexão das células fotovoltaicas: as células
são interconectadas através de fios condutores feitos de cobre ou alumínio, formando-se
"strings" (séries de células interconectadas). O lado inferior de uma
célula é conectado ao lado superior da célula seguinte até se formar a série de
células como o número desejado.

No processo de interconexão, uma máquina de solda especial
de "contato leve" solda as conexões. Ao olhar uma célula no painel
solar, é possível visualizar que ela possui 2, 3 ou 4 linhas longitudinais
grossas, que chamamos de bussbar, e dezenas de linhas mais finas latitudinais.
É através da bussbar que é feita a interconexão das células, formando-se a
série.

Sistema de montagem da matriz de células (layup): é o
processo de coletar as séries de células fotovoltaicas interconectadas e
posicionar elas sobre o vidro e o EVA. Este processo é delicado e precisa ser
feito por uma máquina especial para evitar quebrar as células e garantir o
perfeito alinhamento delas no painel solar.

Interconexão manual: após a matriz de células ter
sido montada e colocada no alinhamento perfeito sobre o vidro e o EVA, a
próxima etapa é agora fazer a interconexão manual das séries de células. As
strings de células são soldadas e assim é criada uma ligação elétrica entre
elas.

Posicionamento do EVA e backsheet: a segunda folha de
EVA é colocada com cuidado sobre a matriz de células e em seguida o backsheet
sobre o EVA. Dessa forma, o painel está pronto para entrar na laminadora e se
tornar impermeável e protegido.

Laminação: quatro painéis de cada vez entram em uma
máquina de laminação. Nesse processo, o EVA vai derreter e formar uma junção
perfeita entre as camadas e assim proteger as células de qualquer ação do tempo
como a chuva ou poeira.

Corte da rebarba: quando o painel solar sai da
laminadora, pouco do Backsheet e EVA sobra nas laterais. Um operador utiliza-se
de uma ferramenta especial para rapidamente cortar a rebarba.

Caixa de junção: utiliza-se silicone como selante ou
uma fita especial dupla-face para fazer a fixação desse componente.

Molduras de alumínio: após a instalação da caixa de
junção, uma prensa coloca a moldura de alumínio no painel solar.

Teste e inspeção: nessa etapa, é verificada a
potência, eficiência e tensão do painel por meio de um simulador. Também é
observado, por meio da uma imagem infravermelha, se o painel possui células
compatíveis e se existem microfissuras.

Separação e empacotamento: os painéis são separados
em categorias de potência, embalados e despachados.

1. Painel solar de silício monocristalino

A tecnologia monocristalina é a mais antiga e possui a eficiência mais alta. Os painéis solares de silício monocristalino (mono-Si) são facilmente reconhecíveis olhando de perto. Possuem uma cor uniforme, indicando silício de alta pureza e cantos tipicamente arredondados.

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&nbsp;célula fotovoltaica&nbsp;circular tem seus “4 lados” cortados fora para otimizar o espaço disponível no painel de energia solar monocristalino e aproveitar melhor a área do painel. O painel de energia solar é composto por uma matriz de células fotovoltaicas em formações de série e paralelo.

Desvantagens do painel solar monocristalino

"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 que encapsula) reduzindo assim a eficiência do painel como um todo."

2. Painel solar de silício policristalino

Os primeiros painéis solares à base de silício policristalino, que também são conhecidos como polisilício (p-Si) e silício multi-cristalino (mc-Si), foram introduzidos no mercado em 1981. Ambos, mono e poli cristalino são feitos de silício, a principal diferença entre as tecnologias é o método utilizado na fundição dos cristais.

No policristalino, os cristais de silício são fundidos em um bloco, desta forma preservando a formação de múltiplos cristais (daí o nome poli cristalino). Quando este bloco é cortado e fatiado, é possível observar esta formação múltipla de cristais.

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

Desvantagens do painel solar policristalino

3. Painel solar de silício amorfo (a-Si)

Como a produção de <a href="https://www.portalsolar.com.br/energia-eletrica-o-que-e">energia elétrica</a> é baixa nesta tecnologia, as células baseadas em silício amorfo, e 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 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 de silício cristalino é necessário nas células de silício amorfo. Por outro lado, o empilhamento possui um custo elevado.

4. 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).

5. Painéis solares de seleneto de cobre, índio e gálio (CIS /CIGS)

Em comparação com as outras tecnologias de filme-fino acima, as células CIGS mostraram o maior potencial em termos de eficiência. Estas células contêm menos cádmio (material tóxico que é encontrado em células 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 de película fina estão ainda em fase de pesquisa e desenvolvimento, e no futuro poderemos ver algumas soluções interessantes vindas desta tecnologia.

6. Células fotovoltaicas orgânicas (OPV)

Uma célula fotovoltaica orgânica é um tipo de célula 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&nbsp;<a href="https://www.portalsolar.com.br/efeito-fotovoltaico-x-efeito-fotoeletrico-o-que-sao-quais-diferencas">efeito fotovoltaico</a>.

A célula 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.

Saiba mais sobre o <a href="https://www.portalsolar.com.br/painel-solar-flexivel">painel solar flexível</a>

Painel solar: saiba o que é, como funciona, tipos e modelos, preços, eficiência e muito mais sobre os painéis solares fotovoltaicos.