Caso ainda esteja a obter informações sobre este tipo de sistemas e pretenda ter um conhecimento mais aprofundado sobre a área, sugerimos que reserve algum tempo e leia as informações desta página, é um texto longo mas ficará com uma ideia melhor de como tudo funciona. Contacte-nos caso tenha alguma dúvida ou queira mais informações sobre algum tópico.

Topologias  de sistemas solares

Sistema com rede

Os sistemas com rede domésticos, também conhecidos como grid-tie, podem ser usados em microgeração ou autoconsumo.

Na topologia de microgeração toda a energia produzida é vendida à rede através de um contador dedicado a contar a energia vendida. Estes sistemas são usados como investimento a médio e longo prazo.

Numa instalação de autoconsumo os inversores são ligados diretamente à rede do local de consumo, quando existe consumo superior ao que os painéis estão a produzir é consumida a energia dos painéis e o resto é comprado à rede, quando o consumo é inferior à produção dos painéis o resto da energia é oferecida ao seu fornecedor de energia. Estes sistemas têm a vantagem de ser os mais baratos, mas apenas são rentáveis quando o consumidor efetivamente tem consumos durante as horas de produção máxima, de outra forma a energia é oferecida à rede.

Sistema sem rede

Num sistema sem rede, ou off-grid, a energia dos painéis é usada para alimentar o local de consumo, a energia que sobra é guardada em baterias. Quando o consumo é superior à produção dos painéis o inversor vai buscar o resto da energia às baterias, isto acontece quando há muito consumo durante o dia ou durante a noite, quando não há energia proveniente do sol.

Adicionalmente, podem ser usados geradores para fornecer energia caso os painéis não sejam suficientes, o inversor solar liga automaticamente o gerador quando é necessário e usa a energia excedente para carregar as baterias.

A autonomia do sistema é ditada pela quantidade de painéis e tamanho do armazenamento, sendo estas características ditadas pelas necessidades de energia específicas do local de consumo.

Estes sistemas são úteis para locais onde não é possível ou economicamente viável ter acesso à rede elétrica.

Sistema híbrido

Idêntico ao off-grid, mas em vez do gerador é usada a rede elétrica como reserva. Os inversores híbridos mais comuns desligam-se totalmente da rede elétrica, passando a instalação a ter consumo zero enquanto há energia solar ou energia armazenada nas baterias, quando necessário é usada a rede.

Estes sistemas são dimensionados com base nas necessidades energéticas do local de consumo.

É um sistema mais caro que o grid-tie, mas em vez de oferecer o excedente de produção à rede, a energia não usada imediatamente é guardada para utilização futura.

Como armazenamento podem ser usadas baterias de chumbo nos sistemas onde o orçamento é muito limitado, mas são usadas cada vez mais baterias de lítio, visto que têm uma vida operacional significativamente superior. Tendo em conta que normalmente as baterias nunca são totalmente descarregadas, este sistema oferece a vantagem de ter uma reserva de emergência caso haja uma falha de energia da rede, funcionando como uma fonte de alimentação ininterrupta.

Painéis solares

Tipos de painéis solares

Os painéis solares mais comuns são os monocristalinos e policristalinos. Uma célula monocristalina é cortada de um lingote de silício que é constituído por uma estrutura homogénea e ordenada, o processo de fabrico deste lingote é lento e bastante caro mas o produto final apresenta propriedades eletrónicas superiores. Para baixar os custos de produção também são fabricados blocos de silício policristalino, neste caso o bloco de silício não é constituído por uma única estrutura, mas sim por vários cristais interligados, é por este motivo que as células dos painéis policristalinos apresentam os padrões visuais característicos e as células dos painéis monocristalinos terem uma cor uniforme. Como o método de produção de lingotes monocristalinos é mais caro, naturalmente os painéis solares monocristalinos também são mais caros, no entanto, devido ás características superiores das células monocristalinas estas são mais eficientes e produzem mais energia por metro quadrado.

Tecnicamente existem mais diferenças, à medida que se aumenta a temperatura a eficiência de um painel solar desce, no entanto um painel solar monocristalino não perde tanta eficiência como um policristalino, o que torna os painéis solares monocristalinos ideais para climas muito quentes. Note que esta perda de eficiência embora seja importante apenas representa cerca de 25% de diferença entre um painel a -3°C e um painel a 110°C.

Também existem painéis solares amorfos, este é o tipo de painel que geralmente se vê em produtos de baixo consumo, como calculadoras solares e painéis solares flexíveis em mochilas, mas também é usado em painéis solares grandes. Neste caso o silício é vaporizado e depositado na estrutura que será a célula solar. Este método de fabrico é muito mais barato que a produção de células monocristalinas e policristalinas, no entanto são bastante menos eficientes e têm uma vida útil consideravelmente inferior ao silício cristalino.

Qual é o melhor para si depende da situação, um local com espaço muito limitado beneficia da utilização de painéis monocristalinos, visto que se obtém mais rendimento por metro quadrado. Caso a instalação seja num local sem limitações de espaço pode ser mais vantajosa a utilização de painéis policristalinos, visto que são mais baratos por Watt, ou seja, com o mesmo dinheiro é possível ter mais potência instalada, embora ocupe mais algum espaço.

Vida útil do painel

Regra geral há dois períodos de garantia do painel. Quase todos os fabricantes e vendedores anunciam 25 anos de garantia do painel, no entanto isto aplica-se à potência de saída. Com a utilização as células de um painel solar sofrem desgaste, no entanto este processo é extremamente lento, na ordem dos 0,5 a 0,7% por ano, ou seja, um painel solar que agora produz 250 watts ainda produz mais de  210 watts daqui a 25 anos, isto é idêntico para todos os painéis cristalinos. A estrutura e o resto do painel geralmente têm 10 anos de garantia. Para garantir máxima durabilidade procure painéis com alumínio anodizado ou com tintas de qualidade, este tratamento reduz drasticamente problemas causados por corrosão, especialmente em zonas marítimas ou propícias a corrosão metálica.

Tipos de baterias

As baterias são usadas para armazenar energia que será usada quando não há sol ou quando há sol mas o consumo é superior à produção dos painéis. Quando a produção dos painéis é superior ao consumo a energia excedente é armazenada na bateria. Também podem ser usadas para outros fins, tais como compra de energia em horas de baixa procura para venda ou consumo em horas de ponta, mas esta aplicação não é tão comum. Existem imensos tipos de baterias, no entanto vamos  focar a atenção nos dois tipos mais usados em sistemas fotovoltaicos, baterias de chumbo e baterias de lítio.

Baterias de chumbo-ácido

Estas baterias, inventadas em meados do século 19, são usadas em variadas aplicações, desde arranque de motores a fonte de energia em empilhadores elétricos ou UPS e, claro, também são frequentemente usadas em sistemas solares. Basicamente estas baterias são construídas por placas de chumbo e dióxido de chumbo mergulhadas numa solução de ácido sulfúrico. Ao descarregar a bateria as placas reagem entre elas e a solução e criam sulfato de chumbo, quando se recarrega a bateria a corrente elétrica causa uma reação inversa e o ácido sulfúrico é regenerado.

Este tipo de baterias apresenta várias vantagens:

• O preço por kWh mais baixo de todos
• Tecnologia madura e previsível
• Quase 100% recicláveis

No entanto também apresenta algumas desvantagens, como discutido anteriormente a bateria funciona convertendo as placas e ácido sulfúrico em sulfato de chumbo, no entanto ao recarregar a bateria a reação inversa não é totalmente eficaz, perdendo-se parte da capacidade da bateria, por este motivo a bateria de chumbo tem uma vida limitada, geralmente entre 200 e 350 ciclos de carga completa. Caso não se descarregue totalmente a bateria os ciclos de carga e descarga aumentam drasticamente, sendo possível nalguns casos obter milhares de ciclos de carga e descarga.

O maior problema deste tipo de baterias é que apenas se comportam como discutido acima caso sejam descarregadas e imediatamente carregadas, tal como acontece como um empilhador, por exemplo. Caso a bateria seja descarregada e não seja imediatamente carregada o sulfato de chumbo gerado durante a descarga começa a cristalizar. Quando se formam cristais de sulfato de chumbo estes não voltam a entrar nas reações durante a carga, ou seja, quando se deixa uma bateria de chumbo-ácido descarregada esta começa a perder capacidade. Este processo chama-se sulfatação e é uma das maiores causas de falha prematura das baterias.

Isto significa que os sistemas solares com baterias de chumbo têm de ser muito bem dimensionados de forma a garantir que a bateria nunca permanece descarregada muito tempo, o que pode acontecer, por exemplo, quando está uma semana inteira a chover com tempo muito escuro. Para mitigar este problema os inversores permitem que se use a rede elétrica para carregar parcialmente as baterias caso estas sejam descarregadas durante a noite.

Todos estes fatores significam que a vida útil das baterias de chumbo num sistema solar é difícil de prever e está totalmente dependente do tipo de utilização, podendo durar até 5 anos (em casos raros até 10) mas em condições impróprias podem apenas durar alguns meses.

Baterias de lítio

As baterias de lítio, significativamente mais recentes, vieram revolucionar todas as áreas que usam armazenamento de energia elétrica. Existem diversos tipos de baterias, mas para simplificar este texto vamos apenas abordar dois tipos (e esses dois tipos também são uma generalização, existem diversos subtipos com químicas ligeiramente diferentes).

Baterias de iões de lítio (LCO, NMC, NCA, LMO, etc.)

Este é o tipo de bateria usada frequentemente em aparelhos como computadores portáteis ou carros elétricos e apresentam várias vantagens:

• Densidade de energia elevada
• Grande capacidade de fornecimento de energia (podem ser descarregadas rapidamente)
• Grande capacidade de absorção de energia (carregam mais rápido que as baterias de chumbo)
• Não perdem capacidade caso não sejam recarregadas após a descarga

No entanto também apresentam algumas desvantagens, tal como conterem produtos inflamáveis que podem levar a incêndios ou pequenas explosões, sendo imperativo usarem sistemas de controlo que impedem que sejam sobrecarregadas, sobredescarregadas ou que se carregue ou descarregue com correntes superiores à capacidade da bateria.

A desvantagem maior deste tipo de bateria é o preço, que por kWh é bastante superior a baterias de chumbo-ácido.

Baterias de fosfato de ferro de lítio (LiFePO₄)

Este tipo de bateria é semelhante a outros tipos de bateria de lítio, no entanto tem uma grande vantagem que é a estabilidade química que as torna muito mais seguras e resistentes a fogos e bastante mais desejáveis para instalações dentro de casa.

As desvantagens são densidade de energia ligeiramente inferior, e menor corrente de descarga.

Pontos comuns

Quer uma quer outra necessitam de sistemas de gestão de bateria (geralmente integrados na própria bateria) que impedem que a bateria seja usada fora dos parâmetros adequados.

Estas baterias, embora sejam bastante mais caras, têm durabilidade muito superior às baterias de chumbo, especialmente as baterias LiFePO₄, com alguns fabricantes a prometerem mais de 20 anos de durabilidade. Isto faz com que, embora o investimento inicial seja superior, a médio prazo se tornem mais rentáveis pois não é preciso trocar o banco de baterias com tanta frequência.

A performance e durabilidade das baterias de lítio é de tal forma superior que alguns meses após a instalação é frequente que se vejam bancos de lítio com 8 kWh com rendimentos iguais ou superiores a bancos de baterias de chumbo com 20 kWh.