Otimizando a eficiência da energia solar durante a onda de calor de julho

Enquanto nos preparamos para mais um verão escaldante em breve, vamos considerar os painéis solares instalados nos telhados, lutando contra o calor. As pessoas muitas vezes interpretam mal a energia solar fotovoltaica nos telhados como florescendo em condições de alto calor, semelhantes aos sistemas solares térmicos; na realidade, porém, a situação é exatamente o contrário.Este artigo fornece as técnicas necessárias de projeto e aquisição que, uma vez implementadas, garantirão a estabilidade do seu sistema solar durante a onda de calor esperada para julho e ajudarão você a atingir o pico de produção de energia.

Qual é o grande problema com o calor e a energia solar?

Os painéis solares fotovoltaicos (PV) têm a capacidade de converter a luz solar em eletricidade. No entanto, a sua produtividade diminui à medida que a temperatura aumenta. Ao contrário dos painéis solares térmicos de água quente, os painéis solares fotovoltaicos funcionam melhor em condições relativamente mais frias. Portanto, empregar um bom design é um fator chave para neutralizar o impacto do calor na produção de energia.

Nas Condições de Teste Padrão (STC), a potência de um painel solar é definida a uma temperatura de célula de 25ºC. Quando implantado em condições reais, o desempenho do painel normalmente diminuirá devido ao aumento da temperatura. A fração pela qual diminui é conhecida como coeficiente de temperatura (Pmax), que é medido na temperatura nominal da célula operacional (NOCT). O NOCT, entre outros parâmetros, especifica uma temperatura do ar de 20ºC durante os testes de laboratório.

Tendo em conta que a NOCT média é de cerca de 45ºC, é razoável concluir que em condições reais, qualquer dia com temperatura do ar superior a 20ºC afetará negativamente a eficiência de um painel solar devido ao calor. Embora este impacto possa ser insignificante num dia moderado, um aumento de alguns graus na temperatura pode alterar substancialmente a situação.

A partir dos dados da Califórnia do ano passado, é evidente que as altas temperaturas são um desafio significativo na otimização da produção de energia solar. Metade dos dias registaram temperaturas máximas superiores a 20 graus e durante mais de um quarto as temperaturas subiram para cerca de 30 graus. Tais condições levam a perdas notáveis de eficiência relacionadas com a temperatura nos painéis solares, um desafio que precisa de ser resolvido.

Com certeza, nem todos os dias produzem a mesma energia solar, especialmente aqueles com temperaturas mais altas, que geralmente têm mais horas de pico de luz solar. Na verdade, é uma faca de dois gumes. Por um lado, há um aumento da irradiância solar e, por outro, um desafio na forma de diminuição da eficiência do painel devido a altas temperaturas.

Refletindo sobre o número de horas de luz solar, vemos que a maioria ocorre quando as temperaturas sobem acima dos 20 graus, com mais de um terço mesmo em dias extremamente quentes, acima dos 30 graus. Esses dados ressaltam a importância de considerar as variações de temperatura ao avaliar a eficácia do painel solar em diferentes condições climáticas.

O coeficiente de temperatura é importante?

Ao explorar investimentos em energia solar, é benéfico escolher um painel solar projetado para funcionar idealmente em condições quentes. Ao revisar a ficha técnica, busque o coeficiente de temperatura (Pmax) com o menor valor negativo próximo de zero, implicando em menor redução de potência. Portanto, um parâmetro como -0,37%/°C é mais vantajoso que -0,40%/°C.

Se olharmos para os painéis solares com os desempenhos de temperatura mais altos e mais baixos, há apenas uma variação de 0,31% para cada aumento de 1°C acima dos 25°C padrão (por exemplo, máximo em -0,21%/°C versus o mais baixo em -0,52%/°C). Traduzindo isto para as condições do mundo real, isto equivale a uma queda máxima de eficiência potencial (do maior para o menor) de cerca de 3% num dia de 30° e 6% num dia intenso de 40°.

Na verdade, a perda de eficiência não ocorre uniformemente ao longo do dia, pois flutua constantemente com as mudanças de temperatura. Devido a esta natureza dinâmica, torna-se praticamente um desafio calcular a quantidade específica de energia ou dólares poupados entre diferentes painéis solares em termos de perda de eficiência relacionada com a temperatura.

A importância do coeficiente de temperatura pode ser objeto de debate. Embora algumas pessoas possam considerá-lo insignificante, é crucial lembrar que um painel solar com um coeficiente de temperatura baixo muitas vezes também se destaca em outras especificações. Portanto, poderia valer a pena levá-lo em consideração durante o processo de seleção para a qualidade global associada.

Ar Condicionado E Solar

À medida que enfrentamos uma onda de calor após outra, as preocupações com o aumento das despesas de operação de um ar condicionado são completamente justificadas. Na verdade, seria sensato planear meticulosamente o dimensionamento e o design de um novo sistema solar no telhado, o que pode ajudar a compensar significativamente estes custos. Quanto melhor otimizada for a sua configuração solar, mais você economizará no longo prazo.

As primeiras coisas primeiro

É imperativo sublinhar a importância do isolamento adequado para a envolvente do seu edifício antes de considerar a opção solar. A única energia verdadeiramente gratuita é aquela que não consome, por isso é fundamental, no mínimo, confirmar a adequação do isolamento do seu telhado e corrigir eventuais vãos nas portas ou janelas.

Supondo que seu isolamento esteja resolvido, vamos supor que você queira que seu novo sistema solar de telhado compense as despesas de energia de um ar condicionado de médio porte operando nos horários de pico do dia durante o calor mais intenso do ano. Mais tarde discutiríamos o cenário de inverno.

Adaptando energia solar para carga de ar condicionado

Aqui está uma abordagem simples de 4 etapas para dimensionar um sistema solar de telhado conectado à rede para acomodar a carga do seu ar condicionado. Esta estratégia pode não ser adequada se tiver prioridades diferentes ou para um sistema fora da rede. Além disso, deve ser usado junto com as orientações do seu instalador.

Parâmetros do painel solar MS-450W

1 Determine a potência do ar condicionado:

Para esta ilustração, vamos considerar um sistema AC dividido de 7 kW (saída) com uma carga de pico de 2,5 kW. Com um cálculo um pouco complexo, consideraremos uma carga média de funcionamento de 2 kW.

2 Determine o uso diário de energia:

Para calcular o consumo diário de energia durante condições de alto calor, basta multiplicar a potência média pelas horas de funcionamento previstas durante o dia mais quente.
2 kW (potência média) x 16 horas (tempo de operação diário) equivalem a 32 kWh (consumo diário de energia).

3 Determine as necessidades de energia para o mês mais quente:

Vamos fazer mais suposições: suponha que você more na Califórnia, onde cada kW (quilowatt) de energia solar no telhado gera uma média de aproximadamente 4,4 kWh (quilowatt-hora) de energia diária. Mas, para nossos cálculos, estamos nos concentrando apenas nas suas necessidades de energia durante condições de alto calor. Portanto, você precisa descobrir a produção diária de energia em kWh por kW instalado de energia solar durante o mês mais quente da sua localização. Portanto, você deve planejar a instalação de 5,8 quilowatts de energia solar diariamente.

4 Determine a energia necessária do painel solar:

Divida o uso diário de energia do seu aparelho de ar condicionado pela produção diária de energia por quilowatt de energia solar.32 kW (uso diário de energia) / 5,8 kWh (produção diária de energia por kW de energia solar) = 5,5 kW (capacidade solar necessária no telhado).O acima não leva em consideração quaisquer outras cargas domésticas. É apenas um método para calcular a energia solar necessária para alimentar um ar condicionado durante o período mais quente do ano para um sistema conectado à rede. Existem vários outros fatores a serem considerados ao projetar um painel solar no telhado para uma residência.

Direção de colocação do painel solar

Orientar seus painéis solares para oeste pode ser benéfico, especialmente durante condições de ondas de calor, pois maximiza a produção de energia solar durante os horários de pico da tarde. Isso coincide com o maior tempo de uso do seu ar condicionado e provavelmente de outros aparelhos em sua casa. Portanto, este arranjo pode aumentar a eficiência do autoconsumo de energia.

Painéis solares favorecem um vento frio 

Assim como desfrutamos de uma brisa refrescante em um dia quente de verão, nossos painéis solares também desfrutam. A pesquisa provou que o vento tem um efeito de resfriamento nas células fotovoltaicas, aumentando a produção elétrica dos painéis solares. O ideal é que essa brisa chegue antes das 14h, de preferência na direção voltada para os painéis.

Na verdade, na Califórnia, temos sorte. Aqueles que vivem a 5 ou 10 km da costa beneficiam-se da consistente brisa marítima do sudoeste. Geralmente começa por volta do meio-dia na maioria dos dias de verão, exceto nos mais sufocantes que ultrapassam os 30 graus. Esta direção do vento é particularmente benéfica para painéis solares com orientação oeste, melhorando o seu desempenho.

Caso de produção da Suness no Oriente Médio