Painéis solaresabsorver oluz solarcomo fonte de energia para gerareletricidadeoucalor.

UMAfotovoltaica(PV) é um conjunto de conectores empacotados de um fotovoltaico tipicamente 6x10células solares. Os módulos fotovoltaicos constituem o arranjo fotovoltaico de umsistema fotovoltaicoque gera e forneceeletricidade solarem aplicações comerciais e residenciais. Cada módulo é avaliado por suaDCpotência de saída sob condições de teste padrão (STC), e geralmente varia de 100 a 365Watts (W). oeficiênciade um módulo determina a área de um módulo dada a mesma saída nominal - um módulo de 230 W com 8% de eficiência terá o dobro da área de um módulo de 230 W com eficiência de 16%. Existem alguns módulos solares disponíveis comercialmente que excedem a eficiência de 22%^[1]e supostamente também excedendo 24%.^[2][3]Um único módulo solar pode produzir apenas uma quantidade limitada de energia; a maioria das instalações contém vários módulos. Um sistema fotovoltaico normalmente inclui uma matriz de módulos fotovoltaicos, uminversor, umabateriapara armazenamento, fiação de interconexão e opcionalmenterastreamento solarmecanismo.

A aplicação mais comum dos painéis solares éaquecimento solar de águasistemas.

Teoria e Construção

Os módulos fotovoltaicos usam energia luminosa (fótons) do Sol para gerar eletricidade através doefeito fotovoltaico. A maioria dos módulos usabolacha-Sediadasilício cristalinocélulas oucélulas de película fina. O estrutural (carga carregando) membro de um módulo pode ser a camada superior ou a camada posterior. As células também devem ser protegidas contra danos mecânicos e umidade. A maioria dos módulos é rígida, mas os semi-flexíveis estão disponíveis, baseados em células de filme fino. As células devem ser conectadas eletricamente em série, uma à outra. Externamente, a maioria dos módulos fotovoltaicos usaConectores MC4tipo para facilitar conexões à prova de intempéries com o resto do sistema.

As conexões elétricas dos módulos são feitasem sériepara alcançar uma tensão de saída desejada e / ouem paralelopara fornecer uma capacidade atual desejada. Os fios condutores que retiram a corrente dos módulos podem conter prata, cobre ou outros metais de transição condutores não magnéticos. Ignorardíodospode ser incorporado ou usado externamente, no caso de sombreamento parcial do módulo, para maximizar a saída das seções do módulo ainda iluminadas.

Alguns módulos solares fotovoltaicos especiais incluemconcentradoresem que a luz é focada porlentesou espelha-se em células menores. Isso permite o uso de células com alto custo por unidade de área (comoarsenieto de gálio) de uma forma rentável.

Dependendo da construção, os módulos fotovoltaicos podem produzir eletricidade a partir de uma gama defreqüências de luz, mas geralmente não pode cobrir toda a faixa solar (especificamente,ultravioleta,infravermelhoe luz baixa ou difusa). Assim, muito do incidenteluz solarenergia é desperdiçada pelos módulos solares, e eles podem fornecer eficiências muito mais altas se iluminados commonocromáticoleve. Portanto, outro conceito de design é dividir a luz em diferentes faixas de comprimento de onda e direcionar os feixes para diferentes células sintonizadas nesses intervalos.^{[citação necessária]}Isso foi projetado para ser capaz de aumentar a eficiência em 50%. Cientistas da Spectrolab, uma subsidiária daBoeing, relataram desenvolvimento decélulas solares multi-junçãocom uma eficiência de mais de 40%, um novo recorde mundial de células solares fotovoltaicas.^[6]Os cientistas da Spectrolab também prevêem que as células solares concentradoras poderiam alcançar eficiências de mais de 45% ou mesmo 50% no futuro, com eficiências teóricas de cerca de 58% nas células com mais de três junções.

Atualmente, a melhor taxa de conversão da luz solar alcançada (eficiência do módulo solar) é de cerca de 21,5% em novos produtos comerciais^[7]tipicamente menor que a eficiência de suas células isoladamente. Os módulos solares produzidos em massa mais eficientes^{[disputado -discutir]}tem valores de densidade de potência de até 175 W / m²(16,22 W / pés²).^[8]Pesquisa porColégio Imperial de Londresdemonstrou que a eficiência de um painel solar pode ser melhorada através do preenchimento da superfície semicondutoraalumínionanocilindros semelhantes aocumesemBlocos de Lego. odisperso leveem seguida, percorre um caminho mais longo no semicondutor, o que significa que mais fótons podem ser absorvidos e convertidos em corrente. Embora esses nanocilindros tenham sido usados ​​anteriormente (o alumínio foi precedido porouroeprata), a dispersão da luz ocorreu na região do infravermelho próximo e a luz visível foi absorvida fortemente. Descobriu-se que o alumínio absorveu a parte ultravioleta do espectro, enquanto as partes visível e infravermelha próxima do espectro foram encontradas espalhadas pela superfície de alumínio. Isso, segundo a pesquisa, poderia reduzir significativamente o custo e melhorar a eficiência, já que o alumínio é mais abundante e menos dispendioso do que o ouro e a prata. A pesquisa também observou que o aumento da corrente torna os painéis solares de filmes mais finos tecnicamente viáveis ​​sem "comprometer as eficiências de conversão de energia, reduzindo assim o consumo de material".

A maioria dos módulos solares são atualmente produzidos a partir de silício cristalino (c-Si)células solaresfeito demulticristalinoesilício monocristalino. Em 2013, o silício cristalino foi responsável por mais de 90% da produção mundial de PV, enquanto o restante do mercado geral é composto detecnologias de película finausandotelureto de cádmio,CIGSesilício amorfo^[11]Emergente,terceira geraçãoas tecnologias solares usam células avançadas de filme fino. Eles produzem uma conversão relativamente alta eficiência pelo baixo custo em comparação com outras tecnologias solares. Além disso, retangular de alto custo, alta eficiência e compactacélulas multi-junção (MJ)são preferencialmente usados ​​empainéis solares em naves espaciais, como eles oferecem a maior proporção de energia gerada por quilograma levantada no espaço. As células MJ sãosemicondutores compostose feito dearsenieto de gálio(GaAs) e outros materiais semicondutores. Outra tecnologia PV emergente usando células MJ éfotovoltaica concentrador(CPV).