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Potência ou eficiência: o que é mais importante no módulo fotovoltaico?

Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva
LESF - Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos da UNICAMP
http://www.lesf.com.br


Apesar de trivial, a questão que intitula este artigo revela alguns fatos que merecem atenção. O que é importante no módulo fotovoltaico: mais potência ou mais eficiência? A resposta é: as duas coisas são importantes e estão intimamente relacionadas. Os módulos fotovoltaicos estão cada vez mais potentes por causa do aumento da eficiência. Uma coisa puxa a outra: naturalmente, os módulos mais potentes são também os mais eficientes. 

A potência do módulo fotovoltaico

Conhecida como potência de pico, a potência máxima do módulo é aquela explicitada na folha de dados. A unidade da potência de pico é o watt-pico (Wp). O watt-pico é apenas uma variação da unidade watt que é útil para ressaltar que estamos nos referindo à potência máxima que um módulo fotovoltaico pode fornecer.

Durante seu funcionamento a potência do módulo varia em função da temperatura e principalmente da irradiância (W/m2) da luz solar. A irradiância é a unidade que usamos para quantificar a intensidade da luz solar – é uma medida de potência luminosa por área.

A figura a seguir mostra as curvas de corrente e tensão (curva I-V) e de potência e tensão (P-V) de um módulo fotovoltaico e ilustra o seu comportamento em função da irradiância solar.

potencia eficiencia modulo fv canal solar 01Figura 1: Comportamento das curvas P-V e I-V de um módulo fotovoltaico em função da irradiância solar para uma temperatura de operação fixa.

A eficiência do módulo fotovoltaico

Eficiência é a razão entre a energia da luz solar que incide sobre a superfície do módulo e a energia elétrica produzida por ele. Se toda a energia solar pudesse ser transformada em eletricidade a eficiência seria de 100%. Como isso não é possível, a eficiência é sempre um número menor do que 100%.

Os melhores módulos fotovoltaicos comerciais atualmente têm eficiências em torno de 20%, podendo ser ligeiramente abaixo ou acima disso. Ou seja, cerca de 20% da energia recebida do Sol vai ser transformada em energia elétrica.

A eficiência do módulo varia de acordo com suas condições operacionais: irradiância, temperatura, composição da luz, ângulo de incidência da luz. O catálogo do módulo fotovoltaico informa a eficiência na condição STC (standard test condition), que tem as seguintes características: irradiância de 1000 W/m2, espectro solar AM1.5 e temperatura de 25 oC (das células).  O espectro AM1.5 corresponde a uma composição luminosa padronizada internacionalmente, que é sempre empregada na caracterização de módulos fotovoltaicos.

Como a potência e a eficiência são medidas

Os módulos fotovoltaicos são submetidos a um teste de flash de luz quando saem da linha de produção. O flash de luz reproduz a composição da luz solar com um pulso luminoso de curta duração, com intensidade máxima em torno de 1000 W/m2.

Nas fábricas os módulos são testados um a um e são classificados de acordo com sua potência e sua eficiência. O resultado do teste vai determinar as características de potência, eficiência, tensão máxima (de circuito aberto) e corrente máxima (de curto-circuito) mostradas na etiqueta do produto.

potencia eficiencia modulo fv canal solar 02Figura 2: Máquina de flash de luz empregada em testes de módulos fotovoltaicos. Crédito: Marcelo G. Villalva - LESF/UNICAMP

potencia eficiencia modulo fv canal solar 03Figura 3: Etiqueta com as características de um módulo fotovoltaico. Os parâmetros elétricos do módulo são obtidos no teste de flash de luz.

potencia eficiencia modulo fv canal solar 04Figura 4: Curvas I-V e P-V obtidas no teste de flash de um módulo fotovoltaico.

No caso mostrado na Figura 4, as curvas I-V e P-V permitiram extrair as seguintes características do módulo fotovoltaico em STC.

potencia eficiencia modulo fv canal solar 05Figura 5: Características de um módulo fotovoltaico extraídas a partir do teste de flash de luz. 

Mais potência ou mais eficiência?

Eficiência e potência estão intimamente relacionadas. O aumento da eficiência das células fotovoltaicas vem permitindo a produção de módulos cada vez mais potentes. Então, via de regra, um módulo de alta eficiência vai ser um módulo também de alta potência. 

A eficiência do módulo pode variar de acordo com o modelo ou o fabricante. Módulos de mesma potência com eficiências diferentes vão ter como diferença o seu tamanho físico. Ambos vão produzir a mesma energia, porém o módulo mais eficiente tem menor área. 

No exemplo abaixo observamos as características de dois módulos fotovoltaicos de mesma potência escolhidos aleatoriamente no mercado, de fabricantes distintos. O primeiro possui eficiência de 20,4% e sua área é de 2,209 m2. O segundo, com eficiência de 20,7%, possui dimensões ligeiramente reduzidas, com área total de 2,173 m2

potencia eficiencia modulo fv canal solar 07Figura 7: Módulos de mesma potência, porém com eficiências diferentes. 

Em resumo, podemos concluir que eficiência e potência andam juntas. Quando falamos de módulos de mesma potência, embora ambos sejam capazes de gerar a mesma energia, o módulo de maior eficiência (devido a suas dimensões reduzidas) pode ser vantajoso em grandes projetos ou mesmo em pequenos projetos com grande restrição de área. 

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Última modificação em Terça, 23 Junho 2020 14:48
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