a fórmula de cálculo da eficiência de um painel solar?

A eficiência de um painel solar é um critério essencial para avaliar o seu desempenho, pois determina a capacidade do equipamento para converter a energia solar em eletricidade. Quanto maior for o rendimento, mais eficiente é o painel solar. 

Neste artigo, vamos explicar o que é o rendimento de um painel solar, como calculá-lo (com um exemplo concreto) e os factores que o influenciam. Também lhe daremos algumas dicas sobre como maximizar o rendimento do seu painel solar e obter um retorno mais rápido do seu investimento. Vamos lá começar!

Qual é a eficiência de um painel solar?

A eficiência de um painel solar, também conhecida como eficiência energética, é um parâmetro que indica a proporção de energia solar incidente que é convertida em energia eléctrica "útil" pelo painel solar. É um indicador importante do desempenho de um painel solar, pois permite-nos avaliar a eficiência com que este converte a energia solar recebida em energia eléctrica.

Como verá no resto deste guia prático, a eficiência dos painéis solares é um parâmetro complexo que depende de muitos factores relacionados com os materiais, a conceção, as condições ambientais e a instalação. Melhorar a eficiência dos painéis solares é uma área de investigação muito dinâmica, em linha com os desafios do desenvolvimento sustentável, mas também com o pano de fundo da crise energética.

Como é que se calcula a eficiência de um painel solar?

Normalmente expressa em percentagem (%), a eficiência do painel solar (η ) é determinada dividindo a energia eléctrica produzida pelo painel, ou "P_out", pela energia solar incidente na superfície do painel, ou "P_in", e multiplicando por 100 para obter uma percentagem.

Eis a fórmula a utilizar para calcular a eficiência de um painel solar: 

Como veremos, vários factores influenciam a eficiência dos painéis solares, mas existem médias mais ou menos fiáveis em função do tipo de célula solar (entre 10 e 22 %), com um limite teórico fixado em 31 %.

Exemplo de um cálculo da eficiência de um painel solar

Vejamos um exemplo de como calcular a eficiência de um painel solar. Suponha que tem um painel solar cuja potência eléctrica máxima de saída (Pmax) e área de superfície conhece e quer calcular a sua eficiência.

1. Potência eléctrica máxima de saída (Pmax): Assumir que o painel solar tem uma potência máxima de 300 W;
2. Superfície do painel solar (S): Suponhamos que tem 2 m² ;
3. Irradiação solar padrão (G) : 1 kW/m² (1000 W/m²) ;
4. Incidente de energia solar (P_in): Multiplicar a área de superfície do painel solar pela irradiação solar padrão. P_in = S * G = 2 m² * 1000 W/m² = 2000 W ;
5. Eficiência do painel solar (η) : η = (Pmax / P_in) * 100 η = (300 W / 2000 W) * 100 = 15 %

Neste exemplo, a eficiência do painel solar é 15 %. Isto significa que 15 % da energia solar incidente é convertida em energia eléctrica, enquanto o resto se perde sob a forma de calor ou de reflexão.

Porquê medir a eficiência de um painel solar? 

A eficiência é um KPI decisivo quando se trata de avaliar o desempenho global dos painéis solares, tanto para os profissionais como para os utilizadores finais. A medição da eficiência dos painéis solares permite avaliar e comparar o desempenho de diferentes tecnologias solares, dimensionar e otimizar as instalações fotovoltaicas e, se for um profissional ou um entusiasta, manter-se a par dos avanços tecnológicos no domínio da energia solar.

Compilámos uma lista das diferentes formas de medir a eficiência dos painéis solares: 

Cálculo da eficiência do painel solar	Explicação
Comparação de tecnologias	O Efficiency compara o desempenho de diferentes tecnologias de painéis solares e materiais semicondutores. Isto ajuda os investigadores e fabricantes a identificar as tecnologias mais promissoras e a concentrar os seus esforços no seu desenvolvimento e aperfeiçoamento.
Escolha do painel solar	Tanto para instaladores como para consumidores, a eficiência é um critério importante na seleção de painéis solares. Um painel com uma eficiência elevada produzirá mais energia eléctrica para uma determinada área de superfície, o que é particularmente importante em situações em que o espaço é limitado.
Cálculo da produção de energia	Conhecer o rendimento de um painel solar é essencial para estimar a produção de energia de um sistema fotovoltaico. Os instaladores e engenheiros podem utilizar esta informação para dimensionar corretamente os sistemas e para determinar a quantidade de energia que um sistema produzirá durante a sua vida útil.
Avaliação da qualidade e da fiabilidade	A elevada eficiência está geralmente associada a uma qualidade de fabrico superior e a materiais de alta qualidade. Ao comparar a eficiência dos painéis solares de diferentes fabricantes, os consumidores e instaladores podem ter uma ideia da qualidade e fiabilidade dos produtos.
Acompanhamento do progresso tecnológico	A medição da eficiência dos painéis solares permite acompanhar os progressos na investigação e desenvolvimento de novas tecnologias solares. Os investigadores e os fabricantes podem avaliar a eficácia das suas inovações e orientar os seus esforços para melhorar ainda mais a eficiência energética dos painéis solares.

Vejamos o fator número 3. A eficiência dos painéis solares é um indicador crucial para determinar a quantidade de energia que um sistema fotovoltaico (PV) pode produzir num determinado período. Por exemplo, se um painel solar de 1 m² receber 1000 W/m² de luz solar e tiver uma eficiência de 20 %, a energia eléctrica produzida será de :

P_out = Rendimento × P_in × Superfície 

P_out = 0,2 × 1000 W/m² × 1 m² 

P_out = 200 W

Assim, este painel solar irá produzir 200 W de energia eléctrica em condições óptimas.

Qual é a diferença entre produção e rendimento de painéis solares?

Existe ainda uma certa confusão entre a potência e a eficiência dos painéis solares. Estas duas grandezas são diferentes, mas estão intimamente ligadas: 

1. A eficiência do painel solar mede a eficiência com que o painel converte a energia solar incidente em energia eléctrica. É expressa em percentagem e é determinada pela comparação da energia eléctrica produzida pelo painel com a energia solar incidente na sua superfície. É, portanto, um indicador de específico do painelEsta depende do tipo de célula solar (mono-Si, multi-Si, CdTe, CIGS, etc.), da qualidade de fabrico, das eventuais perdas ópticas e eléctricas, da temperatura de funcionamento e do ângulo de incidência da luz;
2. A produçãorefere-se à quantidade de energia eléctrica efetivamente produzida por um painel solar durante um determinado período, normalmente expressa em quilowatts-hora (kWh) ou megawatts-hora (MWh). A produção depende de uma série de factores, como a eficiência do painel solar, a quantidade de energia solar incidente (irradiação solar), as condições ambientais (temperatura, nebulosidade e sombreamento) e a instalação (orientação, inclinação, qualidade do sistema de montagem).

Que factores afectam a eficiência de um painel solar?

A eficiência dos painéis solares é um parâmetro complexo que depende de uma série de factores. A tabela seguinte apresenta uma lista dessas variáveis, com explicações mais pormenorizadas na segunda coluna para um público mais informado.

Factor	Explicação	Influência no desempenho(pontuação de 5)
Tipo de células solares	Silício monocristalino (mono-Si): rendimento entre 18 % e 22 %Silício policristalino (multi-Si): rendimento entre 15 % e 18 %Teleneto de cádmio (CdTe) : rendimento entre 10 % e 12 leneto de cobre, índio e gálio (CIGS): rendimento entre 12 % e 16 %Perovskitas: rendimento potencial até 25 % (tecnologia emergente)	5/5
Qualidade de fabrico	O nível de defeitos no material semicondutor pode aumentar a recombinação dos portadores de carga. A espessura e a composição uniformes da camada absorvente melhoram a absorção e a eficiência da luz. A qualidade dos contactos metálicos influencia as perdas eléctricas observadas.	4/5
Perdas ópticas	A reflectância (percentagem de luz reflectida pela superfície do painel) e a absorção parasita por materiais não activos têm um impacto na eficiência.	3/5
Perdas eléctricas	Sobretudo devido à resistência interna do material semicondutor, às interconexões e aos contactos metálicos.	3/5
Temperatura de funcionamento	Este fator é medido pelo coeficiente de temperatura. Para as células de silício, a eficiência diminui 0,3 % por cada grau Celsius acima de 25° C.	4/5
Ângulo de incidência da luz	A absorção é máxima e a eficiência é óptima quando a luz é perpendicular à superfície do painel solar.	3/5
Efeitos de sombreamento	Podem ser neutralizados através da utilização de díodos de derivação e da otimização da conceção.	3/5
Instalação	A orientação, a inclinação e a ventilação têm um impacto no rendimento do painel solar.	4/5

Como posso otimizar o rendimento de um painel solar?

A eficiência de um painel solar depende de uma série de factores, alguns dos quais externos, mas o utilizador tem uma pequena margem de manobra para a otimizar. Nós explicamos-lhe.

#1 O nível de luz solar

Quanto maior for a irradiação solar, maior será a produção de energia. É crucial escolher um local com um bom nível de luz solar para maximizar o desempenho dos painéis solares. Os dados meteorológicos e o Atlas Solar podem ajudá-lo a determinar a irradiação solar na sua área. 

#2 Orientação de painéis solares 

No hemisfério norte, os painéis solares devem estar virados para sul para captar o máximo de luz solar possível. Pelo contrário, no hemisfério sul, devem estar virados para norte. A orientação Este ou Oeste também pode ser considerada, mas pode reduzir ligeiramente o rendimento global.

#3 A inclinação dos painéis solares 

O ângulo de inclinação ótimo depende da latitude do local de instalação e varia ao longo do ano. Regra geral, o ângulo de inclinação ótimo é igual à latitude do local de instalação. Para maximizar o rendimento, a inclinação dos painéis solares pode ser ajustada em diferentes alturas do ano.

#4 A influência da temperatura 

A eficiência dos painéis solares diminui com o aumento da temperatura. Uma boa ventilação e um espaçamento suficiente entre os painéis e o telhado podem ajudar a manter uma temperatura de funcionamento óptima e melhorar o rendimento.

#5 A influência do sombreamento 

O sombreamento pode ter um impacto negativo significativo no desempenho dos painéis solares. Sempre que possível, evite instalar painéis solares em áreas propensas a sombreamento, como debaixo de árvores ou perto de edifícios altos. A utilização de painéis solares equipados com díodos de derivação ou micro-inversores pode reduzir o impacto do sombreamento parcial.

#6 Tecnologia de Painéis Solares 

Os painéis solares de silício monocristalino são geralmente mais eficientes do que os baseados em silício policristalino ou noutras tecnologias.

#7 Manutenção de Painéis Solares

O pó, os detritos e a sujidade podem acumular-se na superfície dos painéis e reduzir o seu desempenho, bloqueando a luz solar.

Como tornar rentável uma instalação de painéis solares

Em média, um investimento em painéis solares paga-se a si próprio em cerca de quinze anos... e este ponto de equilíbrio tende a acelerar à medida que os preços dos painéis descem e os preços da energia sobem. Há uma série de medidas que pode tomar para o ajudar a obter um retorno mais rápido do seu investimento: 

1. Avaliar o potencial solar do local antes da instalação ; 
2. Escolha de painéis solares de silício monocristalino de qualidade;
3. Orientação e inclinação optimizadas ao longo do dia e do ano;
4. Certifique-se de que a instalação é efectuada por profissionais qualificados e que o sistema é dimensionado para satisfazer as suas necessidades energéticas;
5. Efetuar a manutenção regular do painel solar: limpar os painéis, inspecionar os cabos, os suportes e os inversores, etc;
6. Utilizar um inversor de qualidade ;
7. Adapte o seu consumo de energia às horas de sol e considere a possibilidade de instalar um sistema de armazenamento de energia para utilizar a energia excedente;
8. Tirar partido dos incentivos e subsídios governamentais;
9. Se o seu painel solar produzir mais eletricidade do que aquela que utiliza, considere a possibilidade de vender a energia excedente à rede eléctrica.