Fotovoltaica (PV) é um termo que abrange a conversão de luz em eletricidade usando materiais semicondutores que exibem o efeito fotovoltaico, um fenômeno estudado em física, fotoquímica e eletroquímica.

Um sistema fotovoltaico típico emprega painéis solares, cada um compreendendo um número de células solares, que geram energia elétrica. As instalações fotovoltaicas podem ser montadas no solo, montadas no telhado ou montadas na parede. A montagem pode ser fixa ou usar um rastreador solar para seguir o sol pelo céu.

A energia solar fotovoltaica tem vantagens específicas como fonte de energia: uma vez instalada, sua operação não gera poluição nem emissões de gases de efeito estufa, mostra uma escalabilidade simples em relação às necessidades de energia e o silício tem grande disponibilidade na crosta terrestre.

Os sistemas fotovoltaicos têm a grande desvantagem de que a saída de energia funciona melhor com a luz direta do sol, então cerca de 10 a 25% são perdidos se um sistema de rastreamento não for usado. Poeira, nuvens e outras obstruções na atmosfera também diminuem a potência. Outra questão importante é a concentração da produção nas horas correspondentes à insolação principal, que normalmente não correspondem aos picos de demanda nos ciclos de atividade humana. A menos que os padrões atuais de consumo e redes elétricas se ajustem a esse cenário, a eletricidade ainda precisa ser armazenada para uso posterior ou feita por outras fontes de energia, geralmente hidrocarbonetos.

Os sistemas fotovoltaicos têm sido usados ​​há muito tempo em aplicações especializadas, e os sistemas fotovoltaicos autônomos e conectados à rede estão em uso desde a década de 1990. Eles foram produzidos em massa pela primeira vez em 2000, quando ambientalistas alemães e a organização Eurosolar obtiveram financiamento do governo para um programa de dez mil telhados.

Os avanços na tecnologia e o aumento da escala de fabricação reduziram o custo, aumentaram a confiabilidade e aumentaram a eficiência das instalações fotovoltaicas. A medição líquida e os incentivos financeiros, como as tarifas de alimentação preferenciais para eletricidade gerada por energia solar, têm suportado instalações solares fotovoltaicas em muitos países. Mais de 100 países usam agora o PV solar.

Depois dos poderes hidroeléctrico e eólico, o PV é a terceira fonte de energia renovável em termos de capacidade global. No final de 2016, a capacidade instalada mundial de PV aumentou para mais de 300 gigawatts (GW), cobrindo aproximadamente dois por cento da demanda global de eletricidade. A China, seguida pelo Japão e pelos Estados Unidos, é o mercado que mais cresce, enquanto a Alemanha continua sendo o maior produtor mundial, com a energia solar fotovoltaica fornecendo sete por cento do consumo anual de eletricidade doméstica. Com a tecnologia atual (a partir de 2013), a energia fotovoltaica recupera a energia necessária para fabricá-los em 1,5 anos no sul da Europa e 2,5 anos no norte da Europa.

Renovação
Dependendo do tipo de célula fotovoltaica considerada, a natureza renovável desta energia é em parte discutível, porque a fabricação de painéis fotovoltaicos requer energia cuja origem é atualmente essencialmente não renovável. De fato, os países que produzem quase todos os painéis fotovoltaicos instalados no mundo (China, Estados Unidos, Japão, Índia), todos têm balanços energéticos maciçamente dominados por energias não renováveis; Por exemplo, a China, que produz 80% dos painéis instalados na Europa 3, extrai 86% de sua energia de fontes não renováveis.

No entanto, a taxa de retorno de energia dos sistemas fotovoltaicos melhorou graças aos sucessivos avanços tecnológicos. Dependendo das tecnologias, um sistema fotovoltaico produz entre 20 e 40 vezes mais energia em toda a sua operação (equivalente primário) do que o utilizado para fabricá-lo 5.

Noções Técnicas
Para a conversão de energia, é utilizado o efeito fotoelétrico das células solares, que são conectadas aos chamados módulos solares. A eletricidade gerada pode ser usada diretamente, armazenada em acumuladores ou alimentada em redes elétricas. Antes de ser alimentado em redes AC, a corrente direta de um inversor é convertida. O sistema de módulos solares e os outros componentes (inversor, linha de energia) é chamado de sistema fotovoltaico ou gerador solar.

Produção nominal e rendimento
A potência nominal dos sistemas fotovoltaicos é frequentemente indicada na notação W p (Watt Peak) ou kW p e refere-se ao desempenho sob condições de teste que correspondem aproximadamente à radiação solar máxima na Alemanha. As condições de teste servem para padronizar e comparar diferentes módulos solares. Os valores elétricos dos componentes são dados em folhas de dados. É medido a uma temperatura de módulo de 25 ° C, irradiância de 1000 W / m² e uma massa de ar (abreviada AM) de 1,5. Estas condições de teste padrão (geralmente STC abreviado, condições de teste padrão) foram definidas como padrões internacionais. Se estas condições não puderem ser satisfeitas durante o teste, a potência nominal deve ser determinada pelo cálculo das condições de teste dadas.

Para comparação: A intensidade de radiação do sol no espaço próximo da Terra (constante solar) é em média 1367 W / m². (No chão, cerca de 75% dessa energia chega com tempo claro.)

Decisivo para o dimensionamento e amortização de um sistema fotovoltaico é, além do pico de produção, sobretudo o rendimento anual, ou seja, a quantidade de energia elétrica gerada. A energia de radiação flutua diariamente, sazonal e condições meteorológicas. Na Alemanha, por exemplo, uma usina solar na Alemanha pode ter até dez vezes o rendimento em dezembro em comparação a dezembro. Os dados de feed atualizados diariamente com alta resolução temporal são de acesso livre para os anos de 2011 na Internet.

O rendimento anual é medido em watt-hora (Wh) ou quilowatt-hora (kWh). A localização e orientação dos módulos, bem como o sombreamento, têm uma influência significativa no rendimento, com inclinações de 30-40 ° e orientação para o sul, proporcionando o maior rendimento na Europa Central. Na altura máxima do sol (meio dia sol) orientada, deve ser na Alemanha em uma instalação fixa (sem rastreamento) a inclinação ideal para o sul do país cerca de 32 °, estar no norte cerca de 37 graus. Na prática, recomenda-se um ângulo de inclinação ligeiramente mais alto, desde então, duas vezes por dia (de manhã e à tarde) e duas vezes por ano (em maio e julho), o sistema está perfeitamente alinhado. Em sistemas de espaço aberto, portanto, tais alinhamentos são geralmente escolhidos. Embora a altitude solar média distribuída ao longo do ano e, portanto, a inclinação teoricamente ideal possa ser calculada exatamente para cada latitude, a radiação real é ao longo de uma latitude diferente devido a diferentes fatores dependentes do terreno (por exemplo, sombreamento ou condições climáticas locais especiais). Uma vez que a eficácia dependente da planta em relação ao ângulo de incidência é diferente, a orientação ótima deve ser determinada em cada local do caso e planta relacionada. Nestas investigações energéticas, determina-se a radiação global baseada na localização, que além da radiação solar direta também inclui radiação difusa incidente na dispersão (por exemplo, nuvens) ou reflexão (por exemplo, paredes de casas próximas ou o solo).

O rendimento específico é definido como watt-hora por potência nominal instalada (p / p ou kWh / kW p) por período e permite a fácil comparação de sistemas de diferentes tamanhos. Na Alemanha, com um sistema permanentemente alinhado de forma ideal e alinhada por área de módulo de 1 kWp, um rendimento anual de aproximadamente 1.000 kWh pode ser esperado, pelo qual os valores flutuam entre cerca de 900 kWh no norte da Alemanha e 1150 kWh no sul da Alemanha.

Sistemas de montagem para telhados

Telhado com sistema fotovoltaico para eletricidade e coletores solares para produção de água quente
Os sistemas de montagem distinguem entre sistemas de telhado e sistemas no telhado. Em um sistema de telhado para telhados inclinados, o sistema fotovoltaico é montado no telhado por meio de um quadro de montagem. Este tipo de instalação é escolhido com mais frequência porque é mais fácil de implementar para os telhados existentes.

Em um sistema no telhado, um sistema fotovoltaico é integrado ao revestimento do telhado e assume suas funções, como vedação do telhado e proteção contra intempéries. São vantajosos em tais sistemas a aparência visualmente atraente e a economia de uma cobertura de telhado, de modo que os custos de montagem mais elevados podem frequentemente ser compensados.

A instalação montada no teto é adequada para telhados e telhados de zinco, telhados de ardósia ou chapas corrugadas. Se a inclinação do telhado for muito superficial, ganchos especiais podem compensar isso até certo ponto. A instalação de um sistema no telhado é geralmente mais simples e mais barata do que um sistema no telhado. Um sistema no teto também garante ventilação adequada dos módulos solares. Os materiais de fixação devem ser à prova de intempéries.

O sistema no telhado é adequado para reformas de telhado e novos edifícios, mas não é possível em todos os telhados. Telhados de telha não permitem a montagem no telhado, telhados de zinco ou telhados de betume. A forma do telhado também é decisiva. A instalação no teto é adequada apenas para tetos com grande inclinação, com orientação favorável para a esteira solar. Em geral, os sistemas no teto exigem ângulos de inclinação maiores do que os sistemas montados no teto para permitir uma drenagem de água da chuva suficiente. Sistemas de telhado formam com o telhado restante uma superfície fechada e são, portanto, atraentes do ponto de vista estético. Além disso, um sistema no teto possui maior estabilidade mecânica contra cargas de neve e vento. No entanto, o resfriamento dos módulos é menos eficiente do que o sistema de teto, o que reduz a potência e produz um pouco. Uma temperatura mais alta de 1 ° C reduz a saída do módulo em aprox. 0,5%.

Eficiência
A eficiência elétrica (também chamada de eficiência de conversão) é um fator que contribui para a seleção de um sistema fotovoltaico. No entanto, os painéis solares mais eficientes são normalmente os mais caros e podem não estar disponíveis comercialmente. Portanto, a seleção também é impulsionada pela eficiência de custos e outros fatores.

A eficiência elétrica de uma célula fotovoltaica é uma propriedade física que representa quanta energia elétrica uma célula pode produzir para uma dada insolação. A expressão básica para a máxima eficiência de uma célula fotovoltaica é dada pela relação entre a potência de saída e a energia solar incidente (área de tempo de fluxo de radiação)

A eficiência é medida em condições ideais de laboratório e representa a máxima eficiência alcançável do material fotovoltaico. A eficiência real é influenciada pela tensão de saída, corrente, temperatura da junção, intensidade da luz e espectro.

O tipo mais eficiente de célula solar até hoje é uma célula solar de concentrador multi-junção com uma eficiência de 46,0% produzida pela Fraunhofer ISE em dezembro de 2014. As maiores eficiências alcançadas sem concentração incluem um material da Sharp Corporation a 35,8% usando um tecnologia de fabricação de junção em 2009, e Boeing Spectrolab (40,7% também usando um design de camada tripla). A empresa norte-americana SunPower produz células com eficiência de 21,5%, bem acima da média de 12 a 18% do mercado.

Fabricação
Em geral, o processo de fabricação da fotovoltaica solar é simples, pois não exige a culminação de muitas partes complexas ou móveis. Devido à natureza de estado sólido dos sistemas fotovoltaicos, eles geralmente têm vida útil relativamente longa, de 10 a 30 anos. Para aumentar a produção elétrica de um sistema fotovoltaico, o fabricante deve simplesmente adicionar mais componentes fotovoltaicos e, por causa disso, as economias de escala são importantes para os fabricantes, pois os custos diminuem com o aumento da produção.

Embora existam muitos tipos de sistemas fotovoltaicos conhecidos por serem eficazes, o silício fotovoltaico cristalino foi responsável por cerca de 90% da produção mundial de fotovoltaicos em 2013. A fabricação de sistemas fotovoltaicos de silício tem várias etapas. Primeiro, o polissilício é processado a partir de quartzo minado até que seja muito puro (grau semicondutor). Isso é derretido quando pequenas quantidades de boro, um elemento do grupo III, são adicionadas para fazer um semicondutor do tipo p rico em buracos de elétrons. Tipicamente usando um cristal semente, um lingote desta solução é cultivado a partir do líquido policristalino. O lingote também pode ser moldado em um molde. As bolachas deste material semicondutor são cortadas do material a granel com serras de arame e, em seguida, passam pela gravação da superfície antes de serem limpas. Em seguida, as bolachas são colocadas em um forno de deposição de vapor de fósforo que coloca uma camada muito fina de fósforo, um elemento do grupo V, que cria uma superfície semicondutora tipo-n. Para reduzir as perdas de energia, um revestimento antirreflexo é adicionado à superfície, juntamente com contatos elétricos. Após o término da célula, as células são conectadas via circuito elétrico de acordo com a aplicação específica e preparadas para envio e instalação.

Os fotovoltaicos de silício cristalino são apenas um tipo de fotovoltaico, e embora representem a maioria das células solares produzidas atualmente, existem muitas tecnologias novas e promissoras que têm o potencial de serem ampliadas para atender às necessidades futuras de energia.

Outra tecnologia mais recente, a PV de filme fino, é fabricada depositando camadas semicondutoras no substrato a vácuo. O substrato é geralmente de vidro ou aço inoxidável, e essas camadas semicondutoras são feitas de muitos tipos de materiais, incluindo telureto de cádmio (CdTe), disseleneto de cobre e índio (CIS), disseleneto de cobre índio-gálio (CIGS) e silício amorfo (a-Si ). Após serem depositados no substrato, as camadas semicondutoras são separadas e conectadas por circuito elétrico por gravação a laser. A energia fotovoltaica de película fina representa agora cerca de 20% da produção total de fotovoltaicos, devido aos requisitos de materiais reduzidos e ao custo de fabricar módulos compostos por películas finas em comparação com as bolachas à base de silício.

Outras tecnologias PV emergentes incluem fotovoltaicos orgânicos, sensibilizados por corantes, ponto quântico e Perovskita. OPVs se enquadram na categoria de filme fino de manufatura, e tipicamente operam em torno da faixa de eficiência de 12%, que é menor do que os 12-21% tipicamente vistos por PVs baseados em silício. Como os fotovoltaicos orgânicos requerem pureza muito alta e são relativamente reativos, eles devem ser encapsulados, o que aumenta enormemente o custo de fabricação e o que significa que eles não são viáveis ​​para grande escala. As PVs sensibilizadas por corantes são similares em eficiência aos OPVs, mas são significativamente mais fáceis de fabricar. No entanto, estas fotovoltaicas sensibilizadas por corantes apresentam problemas de armazenamento porque o eletrólito líquido é tóxico e pode potencialmente permear os plásticos usados ​​na célula. As células solares de pontos quânticos são DSSCs sensíveis a pontos quânticos e são processadas em solução, o que significa que são potencialmente escaláveis, mas atualmente atingem um pico de 12% de eficiência. As células solares de perovskita são um conversor de energia solar muito eficiente e têm excelentes propriedades optoelétricas para fins fotovoltaicos, mas são caras e difíceis de fabricar.

Aplicações

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

Poluição e Energia na Produção
O PV tem sido um método bem conhecido de gerar eletricidade limpa e livre de emissões. Os sistemas fotovoltaicos são geralmente feitos de módulos fotovoltaicos e inversores (mudando de CC para CA). Os módulos fotovoltaicos são feitos principalmente de células PV, o que não tem nenhuma diferença fundamental no material para fazer chips de computador. O processo de produção de células PV (chips de computador) é intensivo em energia e envolve produtos químicos tóxicos altamente venenosos e ambientais. Existem poucas fábricas de PV em todo o mundo que produzem módulos fotovoltaicos com energia produzida a partir de PV. Esta medida reduz significativamente a pegada de carbono durante o processo de fabricação. O gerenciamento dos produtos químicos usados ​​no processo de fabricação está sujeito às leis e regulamentações locais das fábricas.

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.