Aplicação de energia fotovoltaica

A energia solar fotovoltaica é uma fonte de energia que produz eletricidade a partir de fontes renováveis, uma obtida diretamente da radiação solar por um dispositivo semicondutor chamado célula fotovoltaica. Este tipo de energia é usado principalmente para produzir eletricidade em grande escala através de redes de distribuição, mas também permite alimentar inúmeras aplicações e dispositivos autônomos, bem como para fornecer abrigos de montanha ou casas isoladas da rede elétrica. Devido à crescente demanda por energia renovável, a fabricação de células solares e instalações fotovoltaicas avançou consideravelmente nos últimos anos. Eles começaram a produção em massa a partir de 2000, quando ambientalistas alemães e organização Eurosolar garantiram o financiamento para a criação de dez milhões de telhados solares.

A energia fotovoltaica não emite nenhum tipo de poluição durante sua operação, contribuindo para evitar a emissão de gases de efeito estufa. Sua principal desvantagem é que sua produção depende da radiação solar, portanto, se a célula não estiver alinhada perpendicularmente ao Sol, você perderá entre 10 e 25% da energia incidente. Como resultado, o uso de rastreadores solares foi popularizado em plantas de conexão de rede para maximizar a produção de energia. A produção também é afetada por condições climáticas adversas, como falta de sol, nuvens ou sujeira que é depositada nos painéis. Isto implica que, para garantir o fornecimento de eletricidade, é necessário suplementar essa energia com outras fontes de energia gerenciáveis, como centrais elétricas baseadas na queima de combustíveis fósseis, energia hidrelétrica ou energia nuclear.

Graças aos avanços tecnológicos, sofisticação e economia de escala, o custo da energia solar fotovoltaica foi reduzido constantemente desde que as primeiras células solares comerciais foram construídas, aumentando a eficiência e fazendo O custo médio da geração de eletricidade já é competitivo com fontes convencionais de energia. número crescente de regiões geográficas, atingindo a paridade de rede. Atualmente, o custo da eletricidade produzida em instalações solares é entre US $ 0,05-0,10 / kWh na Europa, China, Índia, África do Sul e Estados Unidos. Em 2015, novos recordes foram alcançados em projetos nos Emirados Árabes Unidos (0,0584 $ / kWh), Peru (0,048 $ / kWh) e México (0,048 $ / kWh). Em maio de 2016, um leilão solar em Dubai atingiu um preço de 0,03 $ / kWh.

Aplicações de energia solar fotovoltaica

A produção industrial em larga escala de painéis fotovoltaicos decolou nos anos 80, e entre seus muitos usos pode-se destacar:

Telecomunicações e sinalização
A energia solar fotovoltaica é ideal para aplicações de telecomunicações, incluindo aquelas encontradas, por exemplo, telefonia de estações locais, antenas de rádio e televisão, estações de retransmissão de microondas e outros links de comunicação eletrônica. Isso se deve ao fato de que, na maioria das aplicações de telecomunicações, são usadas baterias de armazenamento e a instalação elétrica é normalmente realizada em corrente contínua (CC). Em terrenos acidentados e montanhosos, os sinais de rádio e televisão podem ser interferidos ou refletidos devido ao terreno ondulado. Nesses locais, os transmissores de baixa potência (LPT) são instalados para receber e retransmitir o sinal entre a população local.

As células fotovoltaicas também são usadas para alimentar sistemas de comunicação de emergência, por exemplo, em postos de emergência (SOS), sinalização ferroviária, sinalização aeronáutica, estações meteorológicas ou sistemas de monitoramento de dados ambientais e de qualidade. agua.

Dispositivos isolados
A redução no consumo de energia dos circuitos integrados possibilitou no final dos anos 1970 o uso de células solares como fonte de eletricidade em calculadoras, como o Royal Solar, o Sharp EL-8026 ou o Teal Photon.

Também outros dispositivos fixos que utilizam energia fotovoltaica viram seu uso aumentar nas últimas décadas, em locais onde o custo de conexão à rede elétrica ou o uso de baterias descartáveis ​​é proibitivamente caro. Estas aplicações incluem, por exemplo, lâmpadas solares, bombas de água, parquímetros, telefones de emergência, compactadores de lixo, estações de carregamento temporário ou permanente de tráfego ou sistemas de monitoramento remoto.

Eletrificação Rural
Em ambientes isolados, onde pouca energia elétrica é necessária e o acesso à rede é difícil, painéis fotovoltaicos são usados ​​como uma alternativa economicamente viável por décadas. Para entender a importância dessa possibilidade, vale lembrar que aproximadamente um quarto da população mundial ainda não tem acesso à energia elétrica.

Nos países em desenvolvimento, muitas aldeias estão localizadas em áreas remotas, a vários quilômetros da rede elétrica mais próxima. Como resultado, a energia fotovoltaica está sendo cada vez mais incorporada para fornecer energia a residências ou instalações médicas em áreas rurais. Por exemplo, em partes remotas da Índia, um programa de iluminação rural forneceu iluminação usando lâmpadas de LED movidas a energia solar para substituir as lâmpadas de querosene. O preço das lâmpadas solares era aproximadamente o mesmo que o custo de fornecimento de querosene por alguns meses. Cuba e outros países da América Latina estão trabalhando para fornecer energia fotovoltaica em áreas distantes do fornecimento de eletricidade convencional. São áreas nas quais os benefícios sociais e econômicos para a população local oferecem uma excelente razão para a instalação de painéis fotovoltaicos, embora normalmente esse tipo de iniciativa tenha sido relegado a esforços humanitários específicos.

Sistemas de bombeamento
O PV também é usado para alimentar instalações de bombeamento para irrigação, água potável em áreas rurais e água para gado, ou sistemas de dessalinização de água.

Sistemas de bombeamento fotovoltaicos (como aqueles movidos a energia eólica) são muito úteis quando não é possível acessar a rede elétrica geral ou é um preço proibitivo. Seu custo é geralmente mais barato devido a seus custos mais baixos de operação e manutenção, e eles têm um impacto ambiental menor do que os sistemas de bombeamento alimentados por motores de combustão interna, que também têm menor confiabilidade.

As bombas usadas podem ser corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC). Normalmente, os motores CC são usados ​​para aplicações pequenas e médias de até 3kW de potência, enquanto que para aplicações maiores, são usados ​​motores CA acoplados a um inversor que transforma a corrente CC dos painéis fotovoltaicos para seu uso. Isso permite dimensionar sistemas de 0,15 kW a mais de 55 kW de energia, que podem ser usados ​​para fornecer sistemas complexos de irrigação ou armazenamento de água.

Sistemas híbridos solares-diesel
Devido à diminuição dos custos da energia solar fotovoltaica, o uso de sistemas híbridos solares-diesel também está se expandindo, combinando essa energia com geradores a diesel para produzir eletricidade de forma contínua e estável. Esses tipos de instalações são normalmente equipados com equipamentos auxiliares, como baterias e sistemas especiais de controle, para obter sempre a estabilidade da alimentação elétrica do sistema.

Devido à sua viabilidade econômica (o transporte de diesel até o ponto de consumo é geralmente caro) em muitos casos os geradores antigos são substituídos por fotovoltaicos, enquanto as novas instalações híbridas são projetadas de tal forma que permitem usar o recurso solar sempre que está disponível, minimizando o uso de geradores, reduzindo assim o impacto ambiental da geração de energia em comunidades remotas e instalações que não estão conectadas à rede elétrica. Um exemplo disso é a mineração de empresas, cujas operações são normalmente encontradas em campos abertos, longe de grandes centros populacionais. Nestes casos, o uso combinado de energia fotovoltaica permite reduzir significativamente a dependência do combustível diesel, permitindo uma economia de até 70% no custo da energia.

Este tipo de sistemas também pode ser usado em combinação com outras fontes de geração de energia renovável, como a energia eólica.

Transportes e Navegação Marítima
Embora a energia fotovoltaica ainda não seja amplamente usada para fornecer tração nos transportes, ela é cada vez mais usada para fornecer energia auxiliar em navios e carros. Alguns veículos são equipados com ar condicionado alimentado por painéis fotovoltaicos para limitar a temperatura interna em dias quentes, enquanto outros protótipos híbridos os utilizam para recarregar suas baterias sem a necessidade de se conectar à rede elétrica. Foi amplamente demonstrado a capacidade prática de projetar e fabricar veículos movidos a energia solar, barcos e aeronaves, sendo considerado o transporte rodoviário mais viável para a energia fotovoltaica.

O Solar Impulse é um projeto dedicado ao desenvolvimento de um avião movido exclusivamente por energia solar fotovoltaica. O protótipo pode voar durante o dia impulsionado pelas células solares que cobrem suas asas, ao mesmo tempo em que carrega as baterias que permitem que ele fique no ar durante a noite.

A energia solar também é comumente usada em faróis, bóias e balizas de navegação marítima, veículos de recreio, sistemas de carga para os acumuladores elétricos de navios e sistemas de proteção catódica. A recarga de veículos elétricos está se tornando cada vez mais importante. 94

Fotovoltaica integrada em edifícios
Muitas instalações fotovoltaicas são muitas vezes localizadas em edifícios: elas são geralmente localizadas em um telhado existente, ou elas são integradas em elementos da própria estrutura do edifício, como clarabóias, clarabóias ou fachadas.

Alternativamente, um sistema fotovoltaico também pode ser fisicamente localizado separado do edifício, mas conectado à sua instalação elétrica para fornecer energia. Em 2010, mais de 80% dos 9000 MW de energia fotovoltaica que a Alemanha tinha em operação até então foram instalados em telhados.

A construção de fotovoltaicos integrados (BIPV) é cada vez mais incorporada como fonte principal ou secundária de energia elétrica em novos edifícios domésticos e industriais, e até em outros elementos arquitetônicos, como por exemplo pontes. Telhas com células fotovoltaicas integradas também são bastante comuns neste tipo de integração.

Segundo um estudo publicado em 2011, o uso de imagens térmicas mostrou que os painéis solares, desde que haja um espaço aberto através do qual o ar pode circular entre os painéis e o teto, proporcionam um efeito de resfriamento passivo nos edifícios durante o dia e também ajudam Mantenha o calor acumulado durante a noite.

Conexão fotovoltaica à rede
Uma das principais aplicações da energia solar fotovoltaica mais desenvolvida nos últimos anos, consiste em usinas de energia conectadas à rede elétrica, bem como sistemas de autoconsumo fotovoltaico, geralmente de menor potência, mas também conectados à rede elétrica.

Sistemas fotovoltaicos
Um sistema fotovoltaico ou sistema solar fotovoltaico é um sistema de energia projetado para fornecer energia solar utilizável por meio de energia fotovoltaica. Consiste em um arranjo de vários componentes, incluindo painéis solares para absorver e converter diretamente a luz do sol em eletricidade, um inversor solar para alterar a corrente elétrica de CC para CA, bem como montagem, cabos e outros acessórios elétricos. Os sistemas fotovoltaicos variam desde sistemas pequenos, instalados no topo ou integrados em edifícios, com capacidades de algumas a várias dezenas de kilowatts, até grandes centrais elétricas de escala de centenas de megawatts. Atualmente, a maioria dos sistemas fotovoltaicos é conectada à rede, enquanto os sistemas autônomos representam apenas uma pequena parcela do mercado.

Sistemas integrados de telhado e construção
As matrizes fotovoltaicas são frequentemente associadas a construções: ou integradas nelas, montadas nelas ou montadas nas proximidades, no solo. Os sistemas FV de telhado são mais frequentemente adaptados para edifícios existentes, normalmente montados no topo da estrutura de telhado existente ou nas paredes existentes. Alternativamente, uma matriz pode ser localizada separadamente do edifício, mas conectada por cabo para fornecer energia para o edifício. As instalações fotovoltaicas integradas em edifícios (BIPV) são cada vez mais incorporadas ao telhado ou às paredes de novos edifícios domésticos e industriais como fonte principal ou auxiliar de energia elétrica. Telhas com células fotovoltaicas integradas são algumas vezes usadas também. Desde que haja uma lacuna aberta na qual o ar possa circular, os painéis solares instalados no telhado podem fornecer um efeito de resfriamento passivo nos edifícios durante o dia e também manter o calor acumulado durante a noite. Normalmente, os sistemas residenciais de telhados têm pequenas capacidades de cerca de 5 a 10 kW, enquanto os sistemas comerciais de telhados geralmente chegam a várias centenas de quilowatts. Embora os sistemas de cobertura sejam muito menores do que as usinas elétricas em escala de terra, eles são responsáveis ​​pela maior parte da capacidade instalada mundial.

Fotovoltaica do concentrador
A energia fotovoltaica concentrada (CPV) é uma tecnologia fotovoltaica que, ao contrário dos sistemas fotovoltaicos convencionais, utiliza lentes e espelhos curvos para concentrar a luz solar em células solares pequenas, mas altamente eficientes, com múltiplas junções (MJ). Além disso, os sistemas de CPV costumam usar rastreadores solares e, às vezes, um sistema de refrigeração para aumentar ainda mais sua eficiência. A pesquisa e o desenvolvimento contínuos estão melhorando rapidamente sua competitividade no segmento em escala de serviços públicos e em áreas de alta insolação solar.

Coletor solar híbrido térmico fotovoltaico
O coletor solar híbrido térmico fotovoltaico (PVT) é um sistema que converte a radiação solar em energia térmica e elétrica. Esses sistemas combinam uma célula solar fotovoltaica, que converte a luz solar em eletricidade, com um coletor solar térmico, que captura a energia restante e remove o calor residual do módulo fotovoltaico. A captura tanto da eletricidade quanto do calor permite que esses dispositivos tenham maior exergia e, portanto, sejam mais eficientes em termos energéticos do que a energia solar fotovoltaica ou a solar térmica isoladamente.

Centrais Elétricas
Muitas fazendas solares em escala de utilidade foram construídas em todo o mundo. A partir de 2015, a Solar Star de 579 megawatts (MWAC) é a maior central fotovoltaica do mundo, seguida pela Fazenda Solar Sunlight do Deserto e a Fazenda Solar Topaz, ambas com capacidade de 550 MWAC, construídas pela First Solar, empresa norte-americana. usando módulos CdTe, uma tecnologia PV de filme fino. Todas as três estações de energia estão localizadas no deserto da Califórnia. Muitas fazendas solares ao redor do mundo são integradas à agricultura e algumas usam sistemas inovadores de rastreamento solar que seguem o caminho diário do sol através do céu para gerar mais eletricidade do que os sistemas convencionais de montagem fixa. Não há custos de combustível ou emissões durante a operação das estações de energia.

Eletrificação rural
Os países em desenvolvimento, onde muitas aldeias estão frequentemente a mais de cinco quilómetros da rede, utilizam cada vez mais energia fotovoltaica. Em locais remotos na Índia, um programa de iluminação rural tem fornecido iluminação LED movida a energia solar para substituir as lâmpadas de querosene. As lâmpadas movidas a energia solar foram vendidas ao custo de alguns meses de fornecimento de querosene. Cuba está trabalhando para fornecer energia solar para áreas que estão fora da rede. Aplicações mais complexas do uso de energia solar fora da rede incluem impressoras 3D. As impressoras 3D RepRap foram alimentadas por energia solar com tecnologia fotovoltaica, que permite a produção distribuída para o desenvolvimento sustentável. Estas são áreas onde os custos e benefícios sociais oferecem um excelente argumento para a energia solar, embora a falta de lucratividade tenha relegado tais esforços aos esforços humanitários. No entanto, em 1995, descobriu-se que os projetos de eletrificação rural solar eram difíceis de sustentar devido à economia desfavorável, à falta de apoio técnico e a um legado de segundas intenções de transferência de tecnologia norte-sul.

Sistemas autônomos
Até uma década atrás, o PV era usado com frequência para alimentar calculadoras e dispositivos inovadores. Melhorias em circuitos integrados e monitores de cristal líquido de baixa potência tornam possível alimentar tais dispositivos por vários anos entre trocas de bateria, tornando o uso de PV menos comum. Em contraste, os dispositivos fixos remotos movidos a energia solar têm visto um uso crescente recentemente em locais onde o custo de conexão significativo torna o consumo de energia proibitivamente caro. Tais aplicações incluem lâmpadas solares, bombas de água, parquímetros, telefones de emergência, compactadores de lixo, sinais de trânsito temporários, estações de recarga e postos e sinais de proteção remotos.

Floatovoltaics
Em maio de 2008, a vinícola Far Niente, em Oakville, Califórnia, foi pioneira no primeiro sistema “flutuante” do mundo, instalando 994 painéis solares fotovoltaicos em 130 flutuadores e flutuando no lago de irrigação da vinícola. O sistema flutuante gera cerca de 477 kW de pico de produção e, quando combinado com um conjunto de células localizadas ao lado da lagoa, é capaz de compensar totalmente o consumo de eletricidade da vinícola. O principal benefício de um sistema floatovoltaico é que ele evita a necessidade de sacrificar uma área valiosa que possa ser usada para outra finalidade. No caso da vinícola Far Niente, o sistema flutuante economizou três quartos de um acre que seria necessário para um sistema baseado em terra. Essa área de terra pode ser usada para agricultura. Outro benefício de um sistema floatovoltaico é que os painéis são mantidos a uma temperatura mais baixa do que seria em terra, levando a uma maior eficiência na conversão de energia solar. Os painéis flutuantes também reduzem a quantidade de água perdida através da evaporação e inibem o crescimento de algas.

Em transporte
PV tem sido tradicionalmente usado para energia elétrica no espaço. O PV raramente é usado para fornecer energia motriz em aplicações de transporte, mas está sendo usado cada vez mais para fornecer energia auxiliar em barcos e carros. Alguns automóveis são equipados com ar-condicionado movido a energia solar para limitar a temperatura interna em dias quentes. Um veículo solar autônomo teria potência e utilidade limitadas, mas um veículo elétrico com carga solar permite o uso de energia solar para o transporte. Carros, barcos e aviões movidos a energia solar foram demonstrados, sendo os mais práticos e prováveis ​​carros solares. A aeronave solar suíça, Solar Impulse 2, alcançou o mais longo voo solo ininterrupto da história e planeja fazer a primeira circunavegação aérea movida a energia solar do mundo em 2015.

Telecomunicação e sinalização
A energia solar fotovoltaica é ideal para aplicações de telecomunicações, como a central telefônica local, a transmissão de rádio e TV, microondas e outras formas de links de comunicação eletrônica. Isso porque, na maioria das aplicações de telecomunicação, as baterias de armazenamento já estão em uso e o sistema elétrico é basicamente de CC. Em terrenos acidentados e montanhosos, os sinais de rádio e TV podem não chegar, pois são bloqueados ou refletidos de volta devido ao terreno ondulado. Nesses locais, os transmissores de baixa potência (LPT) são instalados para receber e retransmitir o sinal para a população local.

Aplicações de naves espaciais
Painéis solares em espaçonaves são geralmente a única fonte de energia para operar os sensores, aquecimento e resfriamento ativos e comunicações. Uma bateria armazena essa energia para uso quando os painéis solares estão na sombra. Em alguns, o poder também é usado para a propulsão de espaçonaves – propulsão elétrica. As naves espaciais foram uma das primeiras aplicações da energia fotovoltaica, começando com as células solares de silício usadas no satélite Vanguard 1, lançado pelos EUA em 1958. Desde então, a energia solar tem sido usada em missões que vão desde a sonda MESSENGER até Mercúrio. longe no sistema solar como a sonda Juno para Júpiter. O maior sistema de energia solar lançado no espaço é o sistema elétrico da Estação Espacial Internacional. Para aumentar a energia gerada por quilograma, os painéis solares típicos de naves espaciais usam células solares de junção múltipla retangulares de alto custo, alta eficiência e compactadas, feitas de arsenieto de gálio (GaAs) e outros materiais semicondutores.

Sistemas Especiais de Energia
A energia fotovoltaica também pode ser incorporada como dispositivos de conversão de energia para objetos a temperaturas elevadas e com emissividades radiativas preferíveis, como câmaras de combustão heterogêneas.

Vantagens
Os 122 PV de luz solar que chegam à superfície da Terra são abundantes – quase 10.000 vezes mais do que o equivalente a 13 TW de energia média consumida em 2005 por humanos. Essa abundância leva à sugestão de que não demorará muito para que a energia solar se torne a principal fonte de energia do mundo. Além disso, a geração de energia solar tem a maior densidade de potência (média global de 170 W / m2) entre as energias renováveis.

A energia solar é livre de poluição durante o uso, o que permite reduzir a poluição quando é substituída por outras fontes de energia. Por exemplo, o MIT estimou que 52.000 pessoas por ano morrem prematuramente nos EUA devido à poluição causada pelas usinas a carvão e todas, exceto uma, podem ser impedidas de usar o PV para substituir o carvão. Os resíduos finais de produção e as emissões são gerenciáveis ​​usando os controles de poluição existentes. As tecnologias de reciclagem de fim de uso estão em desenvolvimento e estão sendo elaboradas políticas que incentivam a reciclagem dos produtores.

As instalações fotovoltaicas podem operar por 100 anos ou mais com pouca manutenção ou intervenção após a configuração inicial, portanto, após o custo de capital inicial de construir qualquer usina de energia solar, os custos operacionais são extremamente baixos em comparação com as tecnologias de energia existentes.

A eletricidade solar conectada à rede pode ser usada localmente, reduzindo assim as perdas de transmissão / distribuição (as perdas de transmissão nos EUA foram de aproximadamente 7,2% em 1995).

Em comparação com as fontes de energia fósseis e nucleares, muito pouco dinheiro de pesquisa foi investido no desenvolvimento de células solares, portanto há considerável espaço para melhorias. No entanto, as células solares experimentais de alta eficiência já têm eficiências de mais de 40% no caso de células fotovoltaicas concentradas e as eficiências estão aumentando rapidamente enquanto os custos de produção em massa estão caindo rapidamente.

Em alguns estados dos Estados Unidos, grande parte do investimento em um sistema montado em casa pode ser perdido se o dono da casa se mudar e o comprador colocar menos valor no sistema do que o vendedor. A cidade de Berkeley desenvolveu um método de financiamento inovador para remover essa limitação, adicionando uma avaliação de impostos que é transferida com a residência para pagar pelos painéis solares. Agora conhecido como PACE, Property Clean, 30 estados dos EUA duplicaram esta solução.

Há evidências, pelo menos na Califórnia, de que a presença de um sistema solar montado em casa pode realmente aumentar o valor de uma casa. De acordo com um artigo publicado em abril de 2011 pelo Laboratório Nacional Ernest Orlando Lawrence Berkeley intitulado Uma Análise dos Efeitos de Sistemas Residenciais de Energia Fotovoltaica sobre os Preços de Vendas para Moradias na Califórnia:

A pesquisa encontra fortes evidências de que casas com sistemas fotovoltaicos na Califórnia foram vendidas por um prêmio sobre residências comparáveis ​​sem sistemas fotovoltaicos. Mais especificamente, as estimativas para os prêmios médios de PV variam de aproximadamente US $ 3,9 a US $ 6,4 por watt instalado (DC) entre um grande número de especificações de modelos diferentes, com a maioria dos modelos se aproximando de US $ 5,5 / watt. Esse valor corresponde a um prêmio de aproximadamente US $ 17.000 para um sistema fotovoltaico relativamente novo de 3.100 watts (o tamanho médio dos sistemas fotovoltaicos no estudo).
Limitações

Impacto na Rede de Eletricidade
Com os níveis crescentes de sistemas fotovoltaicos em telhados, o fluxo de energia se torna bidirecional. Quando há mais geração local do que consumo, a eletricidade é exportada para a rede. No entanto, a rede de eletricidade tradicionalmente não é projetada para lidar com a transferência de energia de 2 vias. Portanto, alguns problemas técnicos podem ocorrer. Por exemplo, em Queensland, Austrália, houve mais de 30% dos domicílios com fotovoltaicos no telhado até o final de 2017. A famosa curva californiana do pato 2020 aparece com muita frequência para muitas comunidades a partir de 2015. Uma questão de sobretensão pode surgir à medida que a eletricidade flui dessas residências fotovoltaicas de volta à rede. Existem soluções para gerenciar o problema de sobretensão, como regulagem do fator de potência do inversor fotovoltaico, novos equipamentos de controle de tensão e energia no nível do distribuidor de eletricidade, redesenvolvimento dos fios de eletricidade, gerenciamento do lado da demanda, etc. estas soluções.

Implicação na gestão de contas de eletricidade e investimento energético
Não há bala de prata na demanda de eletricidade ou energia e gerenciamento de contas, porque os clientes (sites) têm diferentes situações específicas, por exemplo, diferentes necessidades de conforto / conveniência, diferentes tarifas de eletricidade ou diferentes padrões de uso. A tarifa de eletricidade pode ter alguns elementos, como taxa diária de acesso e medição, taxa de energia (com base em kWh, MWh) ou taxa de demanda de pico (por exemplo, um preço para o maior consumo de energia de 30 minutos em um mês). O PV é uma opção promissora para reduzir a carga de energia quando o preço da eletricidade é razoavelmente alto e continuamente crescente, como na Austrália e na Alemanha. No entanto, para locais com taxa de demanda de pico no local, o VP pode ser menos atraente se as demandas de pico ocorrerem principalmente no final da tarde até o começo da noite, por exemplo, comunidades residenciais. No geral, o investimento em energia é em grande parte uma decisão econômica e é melhor tomar decisões de investimento com base na avaliação sistemática de opções em melhoria operacional, eficiência energética, geração no local e armazenamento de energia.

Impactos ambientais

Produção
O impacto ambiental da tecnologia de silício e da tecnologia de película fina é típico da fabricação de semicondutores, com as etapas químicas e de energia intensivas associadas. A produção de silício de alta pureza na tecnologia de silício é decisiva devido ao alto consumo de energia e à quantidade de substâncias secundárias. Para 1 kg de silício ultrapuro, são produzidos até 19 kg de substâncias secundárias. Como o silício ultrapuro é produzido principalmente por subcontratados, a seleção de fornecedores em termos de aspectos ambientais é crucial para o desempenho ambiental de um módulo.

Na tecnologia de película fina, a limpeza das câmaras de processo é um problema delicado. Aqui estão parcialmente as substâncias nocivas trifluoreto de azoto e hexafluoreto de enxofre usadas. No uso de metais pesados, como a tecnologia CdTe, é discutido um tempo de retorno de energia curto com base no ciclo de vida.

Operação
Em 2011, o Escritório do Estado da Baviera para o Meio Ambiente confirmou que os módulos solares do CdTe não representam perigo para os seres humanos e o meio ambiente em caso de incêndio.

Devido à absoluta liberdade das emissões em operação, a energia fotovoltaica tem custos externos muito baixos. Se estes são cerca de 6 a 8 ct / kWh para geração de energia a partir de carvão e linhite, eles são apenas cerca de 1 ct / kWh para sistemas fotovoltaicos (ano 2000). Esta é a conclusão de uma opinião especializada do Centro Aeroespacial Alemão e do Instituto Fraunhofer para Pesquisa de Sistemas e Inovação. Para comparação, deve-se mencionar o valor de 0,18 ct / kWh de custos externos para usinas de energia solar térmica, que também é mencionado aqui.

Balanço de Gases de Efeito Estufa
Mesmo que não haja operação, mesmo nas emissões de CO 2e, os sistemas fotovoltaicos ainda não podem estar presentes. O CO 2e é produzido, transportado e sem montagem. Dependendo da tecnologia e localização, as emissões de CO 2e calculadas de sistemas fotovoltaicos em 2013 totalizam entre 10,5 e 50 g CO 2e / kWh, com médias na faixa de 35 a 45 g CO 2e / kWh. Um estudo recente de 2015 encontrou valores médios de 29,2 g / kWh. Essas emissões são causadas pela combustão de combustíveis fósseis, especialmente durante a produção de usinas solares. Com a expansão das energias renováveis ​​como parte da transformação global para fontes de energia sustentáveis, a balança de gases de efeito estufa melhorará automaticamente. Também as emissões decrescentes resultam da curva de aprendizado tecnológico. Historicamente, as emissões caíram 14% por duplicação da capacidade instalada (a partir de 2015).

Após uma comparação abrangente do Ruhr-University Bochum a partir de 2007, o CO foi 2e emissões em fotovoltaica ainda em 50-100 g / kWh, e especialmente os módulos utilizados e a localização foram cruciais. Em comparação, foram 750-1200 g / kWh para usinas a carvão, 400-550 g / kWh para usinas a gás CCGT, 10-40 g / kWh para energia eólica e hidroelétrica e 10-30 g / kWh para energia nuclear (sem disposição final), e na energia solar térmica em África a 10-14 g / kWh.

Amortização energética
O período de retorno da energia fotovoltaica é o período durante o qual o sistema fotovoltaico forneceu a mesma quantidade de energia necessária ao longo do seu ciclo de vida; para fabricação, transporte, construção, operação e desmontagem ou reciclagem.

É atualmente (a partir de 2013) entre 0,75 e 3,5 anos, dependendo da localização e tecnologia fotovoltaica utilizada. Os módulos de CdTe tiveram melhor desempenho em 0,75-2,1 anos, enquanto os módulos de silício amorfo foram 1,8-3,5 anos acima da média. Sistemas mono e multicristalinos, bem como plantas baseadas em CIS, tinham entre 1,5 e 2,7 anos de idade. A vida útil do estudo foi estimada em 30 anos para módulos baseados em células de silício cristalino e 20 a 25 anos para módulos de filme fino, enquanto a vida útil dos inversores foi estimada em 15 anos. Até 2020, um período de retorno de energia de 0,5 anos ou menos para as usinas de silício cristalino do sul da Europa é considerado viável.

Quando usada na Alemanha, a energia necessária para produzir um sistema fotovoltaico é recuperada em células solares em cerca de dois anos. O fator de colheita é de pelo menos 10 sob condições típicas de irradiação alemãs, uma melhoria adicional é provável. O tempo de vida é estimado em 20 a 30 anos. Por parte dos fabricantes, os módulos geralmente recebem garantias de desempenho por 25 anos. A parte de energia intensiva das células solares pode ser reutilizada 4 a 5 vezes.

Consumo de terra
Os sistemas fotovoltaicos são predominantemente construídos em telhados e áreas de tráfego existentes, o que não leva a requisitos adicionais de espaço. Instalações ao ar livre na forma de parques solares, por outro lado, ter espaço adicional para usar, muitas vezes já pré-áreas contaminadas como. B. áreas de conversão (de uso militar, econômico, de tráfego ou residencial), áreas ao longo de rodovias e ferrovias (em faixas de 110 m), áreas designadas como comerciais ou industriais ou áreas vedadas (anteriormente aterros, estacionamentos, etc. .) são usados. Se sistemas fotovoltaicos forem erguidos em terras agrícolas, o que atualmente não é suportado na Alemanha, a competição pelo uso pode ocorrer. No entanto, deve-se levar em conta que os parques solares têm um rendimento energético muito maior em comparação com a geração de bioenergia na mesma área. Os parques solares fornecem cerca de 25 a 65 vezes mais eletricidade por unidade de área que as culturas energéticas.

Reciclagem de módulos fotovoltaicos
Até agora, a única usina de reciclagem (planta piloto especializada) para módulos fotovoltaicos cristalinos na Europa está em Freiberg, na Saxônia. A empresa Sunicon GmbH (anteriormente Solar Material), uma subsidiária da SolarWorld, alcançou uma taxa de reciclagem baseada em massa para módulos de uma média de 75% em 2008 com uma capacidade de aprox. 1200 toneladas por ano. A quantidade de resíduos de módulos fotovoltaicos na UE em 2008 foi de 3.500 toneladas / ano. Devido à automação extensiva, uma capacidade de aprox. 20.000 toneladas por ano estão planejadas.

Para construir um sistema nacional voluntário de reciclagem em toda a UE, a indústria solar criou uma iniciativa conjunta em 2007, a Associação PV CYCLE. Estima-se que 130.000 toneladas de módulos obsoletos por ano sejam esperadas na UE até 2030. Como reação ao desenvolvimento geral insatisfatório, desde 24 de janeiro de 2012, os módulos solares também foram objeto de uma emenda à diretiva relativa aos resíduos eletrônicos. Para o setor fotovoltaico, a emenda estipula que 85% dos módulos solares vendidos devem ser coletados e 80% reciclados. Até 2014, todos os Estados-Membros da UE-27 devem transpor o regulamento para o direito nacional. O objetivo é responsabilizar os produtores pelo fornecimento de estruturas para reciclagem. A separação dos módulos de outros aparelhos elétricos é preferida. As estruturas existentes de coleta e reciclagem também serão expandidas.