Uma estação de energia fotovoltaica no telhado, ou sistema fotovoltaico de telhado, é um sistema fotovoltaico que tem seus painéis solares geradores de eletricidade montados no telhado de um edifício residencial ou comercial ou estrutura. Os vários componentes de tal sistema incluem módulos fotovoltaicos, sistemas de montagem, cabos, inversores solares e outros acessórios elétricos.
Os sistemas montados no telhado são pequenos em comparação com as centrais fotovoltaicas montadas no solo com capacidades na faixa de megawatts. Os sistemas fotovoltaicos em telhados em edifícios residenciais apresentam tipicamente uma capacidade de cerca de 5 a 20 kilowatts (kW), enquanto os sistemas montados em edifícios comerciais atingem frequentemente 100 quilowatts ou mais.
Instalação
O ambiente urbano fornece uma grande quantidade de espaços de cobertura vazios e pode, inerentemente, evitar o uso potencial da terra e as preocupações ambientais. Estimar a insolação solar no telhado é um processo multifacetado, já que os valores de insolação nos telhados são afetados pelo seguinte:
Época do ano
Latitude
Condições do tempo
Inclinação do telhado
Aspecto do telhado
Sombreamento de edifícios adjacentes e vegetação
Existem vários métodos para o cálculo de sistemas potenciais de telhados fotovoltaicos solares, incluindo o uso de Lidar e ortofotografias. Modelos sofisticados podem até determinar perdas de sombreamento em grandes áreas para implantação de PV em nível municipal.
Mecanismo de tarifas de feed-in
Em uma usina de energia fotovoltaica conectada à rede, a eletricidade gerada pode às vezes ser vendida para a concessionária de serviços públicos para uso em outras partes da rede. Esse acordo fornece retorno para o investimento do instalador. Muitos consumidores de todo o mundo estão migrando para esse mecanismo devido à receita gerada. Uma comissão de utilidade pública geralmente define a taxa que a concessionária paga por essa eletricidade, que poderia estar na taxa de varejo ou na menor taxa de atacado, afetando muito o retorno da energia solar e a demanda de instalação.
O FIT, como é comumente conhecido, levou a uma expansão no setor de energia solar fotovoltaica em todo o mundo. Milhares de empregos foram criados através desta forma de subsídio. No entanto, pode produzir um efeito de bolha que pode estourar quando o FIT é removido. Também aumentou a capacidade de produção localizada e geração embutida, reduzindo as perdas de transmissão através de linhas de energia.
Sistemas híbridos
Uma estação de energia fotovoltaica no telhado (na rede ou fora da rede) pode ser usada em conjunto com outros componentes de energia como geradores a diesel, turbinas eólicas, baterias etc. Estes sistemas de energia híbrida solar podem ser capazes de fornecer uma fonte contínua de energia.
Vantagens
Os instaladores têm o direito de fornecer eletricidade solar para a rede pública e, portanto, recebem uma tarifa premium razoável por kWh gerado, refletindo os benefícios da eletricidade solar para compensar os atuais custos extras da eletricidade fotovoltaica.
Desvantagens
Um sistema de energia elétrica contendo uma contribuição de 10% de estações fotovoltaicas exigiria um aumento de 2,5% na capacidade de controle de frequência de carga (LFC) em um sistema convencional – que pode ser combatido usando-se síncronos no circuito CC / CA do sistema fotovoltaico. O custo de equilíbrio para a geração de energia fotovoltaica foi em 1996 considerado relativamente alto para níveis de contribuição inferiores a 10%. Proporções mais altas de geração de energia fotovoltaica proporcionam menores custos de ponto de equilíbrio, mas considerações econômicas e de LFC impuseram um limite superior de cerca de 10% nas contribuições de energia fotovoltaica para os sistemas de energia em geral.
Desafios Técnicos
Há muitos desafios técnicos na integração de grandes quantidades de sistemas fotovoltaicos de telhado à rede elétrica. Por exemplo:
Fluxo de Potência Reversa
A rede de energia elétrica não foi projetada para fluxo de energia bidirecional no nível de distribuição. Os alimentadores de distribuição são geralmente projetados como um sistema radial para um fluxo de energia de uma via transmitido por longas distâncias de grandes geradores centralizados até cargas do cliente no final do alimentador de distribuição. Agora, com a geração solar fotovoltaica localizada e distribuída nos telhados, o fluxo reverso faz com que a energia flua para a subestação e para o transformador, causando desafios significativos. Isso tem efeitos adversos na coordenação de proteção e nos reguladores de tensão.
Taxas de rampa
Flutuações rápidas de geração de sistemas fotovoltaicos devido a nuvens intermitentes causam níveis indesejáveis de variabilidade de tensão no alimentador de distribuição. Na alta penetração de PV no topo, esta variabilidade de tensão reduz a estabilidade da rede devido ao desequilíbrio transitório na carga e geração e faz com que a tensão e a frequência excedam os limites definidos, se não forem combatidos pelos controles de potência. Ou seja, os geradores centralizados não podem acelerar o suficiente para corresponder à variabilidade dos sistemas fotovoltaicos, causando incompatibilidade de freqüências no sistema próximo. Isso poderia levar a apagões. Este é um exemplo de como um simples sistema fotovoltaico localizado na cobertura pode afetar a maior rede elétrica. A questão é parcialmente mitigada pela distribuição de painéis solares em uma área ampla e pela adição de armazenamento.
Custo
Preços do sistema fotovoltaico residencial (2013)
| País | Custo ($ / W) |
|---|---|
| Austrália | 1,8 |
| China | 1,5 |
| França | 4,1 |
| Alemanha | 2,4 |
| Itália | 2,8 |
| Japão | 4,2 |
| Reino Unido | 2,8 |
| Estados Unidos | 4,9 |
| Para sistemas fotovoltaicos residenciais em 2013 | |
Preços do sistema fotovoltaico comercial (2013)
| País | Custo ($ / W) |
|---|---|
| Austrália | 1,7 |
| China | 1,4 |
| França | 2,7 |
| Alemanha | 1,8 |
| Itália | 1,9 |
| Japão | 3,6 |
| Reino Unido | 2,4 |
| Estados Unidos | 4,5 |
| Para sistemas fotovoltaicos comerciais em 2013 | |
Em meados da década de 2000, as empresas de energia solar utilizaram vários planos de financiamento para clientes, como contratos de aluguel e compra de energia. Os clientes podem pagar por seus painéis solares por um período de anos e obter ajuda com pagamentos de créditos de programas de medição de líquidos. A partir de maio de 2017, a instalação de um sistema solar no telhado custa em média US $ 20.000. No passado, era mais caro.
A Utility Dive escreveu: “Para a maioria das pessoas, adicionar um sistema solar em cima de outras contas e prioridades é um luxo” e “as companhias solares de telhado geralmente atendem às parcelas mais abastadas da população americana”.
A maioria das famílias que recebem matrizes solares são “de renda média alta”. O salário médio das famílias dos clientes solares é de cerca de US $ 100.000.
No entanto, “uma quantidade surpreendente de clientes de baixa renda” apareceu em um estudo de renda e compras do sistema solar. “Com base nas descobertas do estudo, os pesquisadores da GTM estimam que os quatro mercados solares incluem mais de 100.000 instalações em propriedades de baixa renda.”
Um relatório divulgado em junho de 2018 pela Consumer Energy Alliance (CEA) que analisou os incentivos solares dos EUA mostrou que uma combinação de incentivos federais, estaduais e locais, juntamente com o custo líquido decrescente de instalação de sistemas fotovoltaicos, causou um maior uso de energia solar na cobertura. através da nação. De acordo com a Daily Energy Insider, “em 2016, a capacidade solar fotovoltaica residencial cresceu 20% em relação ao ano anterior. O custo médio instalado de energia solar residencial, por sua vez, caiu 21% para US $ 2,84 por watt-dc no primeiro trimestre deste ano”. 2017 versus primeiro trimestre de 2015. ” De fato, em oito estados que o grupo estudou, os incentivos totais do governo para a instalação de um sistema solar fotovoltaico na cobertura realmente excederam o custo de fazê-lo.
Perspectivas futuras
A Missão Solar Nacional Jawaharlal Nehru do governo indiano está planejando instalar sistemas solares fotovoltaicos conectados à rede elétrica em escala de serviços públicos, incluindo sistemas fotovoltaicos em telhados com capacidade combinada de até 100 gigawatts até 2022.