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Painéis solares fotovoltaicos bifaciais: características e funcionamento

Os painéis fotovoltaicos bifaciais são painéis que produzem energia de ambos os lados da célula fotovoltaica. Descubra como funcionam, vantagens e custos.

Os painéis fotovoltaicos bifaciais, como o próprio nome sugere, aproveitam a radiação solar através de uma dupla camada de vidro posicionada na parte posterior da célula fotovoltaica.

Essa capacidade de absorver os raios solares de ambos os lados é possibilitada pelo chamado coeficiente de Albedo, um parâmetro que mede a capacidade de reflexão de um objeto.

O valor de Albedo da superfície tem um impacto direto no desempenho dos painéis fotovoltaicos bifaciais, cujo aumento produtivo depende da possibilidade de aproveitar também a quantidade de luz refletida. Além disso, também é fundamental que a estrutura na qual o painel é instalado permita que a luz refletida alcance a parte traseira do módulo, minimizando sombreamentos causados pelo sistema de suporte.

Para entender o quanto a radiação solar incide em um determinado ponto, além de consultar os dados astronômicos e ambientais de radiação direta ou difusa, recomenda-se o uso do software fotovoltaico que oferece a possibilidade de inserir os valores de albedo na análise de desempenho dos painéis fotovoltaicos.

O que são os painéis fotovoltaicos bifaciais

Os painéis fotovoltaicos bifaciais são um tipo de painel que permite capturar a energia solar e, portanto, produzir energia elétrica, tanto na parte frontal quanto na traseira da célula fotovoltaica.

No passado, eram adotados principalmente em nichos de mercado devido aos custos elevados em comparação com os módulos tradicionais. No entanto, graças ao desenvolvimento tecnológico e à padronização da produção, os custos diminuíram e os painéis bifaciais estão emergindo como uma escolha competitiva também para aplicações mais amplas.

Do ponto de vista construtivo, esses painéis não apresentam grandes diferenças em relação aos monofaciais, exceto por um elemento fundamental: a falta da camada de material plástico que normalmente impede a passagem da luz na superfície inferior. Neste caso, a célula fotovoltaica é envolta por dois vidros que permitem a passagem da luz de ambos os lados.

Painéis fotovoltaicos bifaciais: como funcionam

O funcionamento do sistema fotovoltaico bifacial baseia-se no conceito do Fator de Albedo da superfície na qual os módulos são instalados.

O albedo mede a capacidade de reflexão da radiação luminosa de uma superfície ou objeto e é definido como a relação entre a radiação solar incidente e refletida por uma superfície. Ele depende das características da própria superfície (como a cor) e do comprimento de onda da radiação considerada.

Em resumo, o albedo é o poder de reflexão de uma superfície e é expresso em percentagem ou em número puro.

Considerando a radiação solar, o albedo pode variar entre:

  • 0 = valor mínimo, superfície perfeitamente negra (não existente na natureza) que absorve toda a radiação solar (portanto, não reflete a luz);
  • 1 = valor máximo, correspondente a uma superfície perfeitamente branca (não existente na natureza) que reflete toda a radiação solar.

Portanto, um fator de albedo do solo de 10% significa que, se a radiação solar recebida pelo solo for de 1 quilowatt, a quantidade refletida é de 100 Watts.

Por exemplo:

  • as superfícies escuras dos edifícios têm um baixo albedo, não superior a 0,27;
  • as superfícies claras podem atingir valores de até 0,6;
  • o gelo e a neve, por outro lado, têm um albedo de cerca de 0,75.

Com o aumento do albedo de uma superfície, aumenta a quantidade de luz refletida. Portanto, isso se traduzirá em uma maior produção de energia pelos painéis fotovoltaicos bifaciais.

Painéis fotovoltaicos bifaciais: instalação

O desempenho de um sistema fotovoltaico não depende apenas da capacidade de reflexão da superfície, mas também de outros fatores relacionados à instalação dos módulos bifaciais. Para que o módulo possa expressar plenamente seu potencial, é essencial respeitar certas condições.

A produção de energia pela parte traseira da célula bifacial será ótima na presença dos seguintes fatores:

  • a superfície na qual o módulo é instalado é refletiva;
  • o ângulo de inclinação ou a altura em relação à superfície são maiores;
  • ausência de sombreamentos na parte traseira do gerador fotovoltaico, causados, por exemplo, por componentes estruturais como trilhos de fixação.

As superfícies ideais para a instalação de um sistema fotovoltaico bifacial incluem concreto claro, membrana branca ou superfícies cobertas com cascalho claro, que podem refletir até 80% da luz incidente. No entanto, mesmo se instalado em superfícies não ideais como grama ou chapa metálica ondulada, um módulo bifacial ainda garante um desempenho superior em comparação com um módulo padrão com características semelhantes.

Em geral, quanto maior a distância entre o módulo e o solo, melhor será o rendimento bifacial. Portanto, é aconselhável evitar instalações rentes à superfície, como telhados ou terrenos, pois isso pode limitar a reflexão da luz.

Para maximizar o desempenho, basta elevar o módulo do chão ou do telhado ou aumentar o ângulo de inclinação para permitir uma melhor reflexão da luz. As aplicações ideais para a instalação de um sistema fotovoltaico bifacial incluem telhados planos, terrenos ou coberturas.

Prós e contras dos painéis fotovoltaicos bifaciais

Um dos principais benefícios desses painéis é a capacidade de aproveitar a luz refletida na parte traseira, permitindo um aumento na produção de energia que pode variar entre 10 e 25% a mais do que os módulos monofaciais.

Essa característica é particularmente vantajosa para grandes instalações em terra, que ainda estão sujeitas a longos períodos de retorno do investimento. Portanto, torna-se essencial instalar componentes bifaciais capazes de garantir alto desempenho e produção confiável.

De acordo com um estudo realizado pela IEA em 2020, durante o ano da pandemia e dos incentivos à construção, houve um aumento significativo na instalação de módulos bifaciais. Esse aumento representou 12% do mercado, e prevê-se um aumento adicional de 30% até 2030. Algumas estimativas indicam que até 2025, os módulos bifaciais poderiam cobrir até 40% do mercado.

Uma vantagem adicional é a extrema versatilidade deles. Esse tipo de sistema pode ser instalado em grandes telhados planos com superfícies reflexivas, em instalações agrovoltaicas, em coberturas fotovoltaicas para recarga de veículos elétricos, em sistemas fotovoltaicos flutuantes ou integrados nas fachadas dos edifícios.

Não há limitações registradas, exceto aquelas relacionadas à necessidade inevitável de cumprir os requisitos técnicos para aproveitar o princípio físico subjacente ao funcionamento do sistema fotovoltaico bifacial.

Quais são os requisitos para aproveitar os benefícios

A plena utilização das potencialidades dos painéis fotovoltaicos bifaciais é um aspecto a ser considerado desde a fase de projeto. Isso depende da quantidade de luz que consegue alcançar a superfície inferior do painel. Em instalações em telhados, portanto, é essencial ter coberturas claras que reflitam o máximo possível a luz.

Se os painéis são posicionados em superfícies escuras, como chapa metálica escura, o benefício derivado do uso dos painéis bifaciais é praticamente anulado. Em instalações residenciais mais comuns, como em telhas, ainda é possível obter um aumento na produtividade, embora mínimo.

Atualmente, é de fundamental importância prever, nas reformas de edifícios comerciais e industriais, o uso de coberturas isolantes claras. Isso não apenas permite aproveitar ao máximo as potencialidades dos módulos bifaciais, mas também ajuda a minimizar o superaquecimento devido à radiação solar, reduzindo assim a necessidade de resfriamento do edifício no verão.

Fotovoltaico bifacial e revitalização das instalações

O aumento de potência obtido com o uso de módulos bifaciais resulta em uma maior produção de energia elétrica. Esse aspecto, especialmente relevante em instalações industriais, requer um projeto cuidadoso de cada componente do sistema fotovoltaico, com atenção especial aos inversores, a fim de evitar possíveis problemas operacionais.

Portanto, é fundamental prestar atenção também em casos de intervenções de revitalização ou repotenciação. Nessas situações, que envolvem a atualização de um sistema fotovoltaico existente para melhorar sua eficiência, o uso de módulos bifaciais certamente representa uma escolha vantajosa.

Do ponto de vista regulatório, é importante lembrar que o GSE esclareceu a possibilidade de usar módulos bifaciais mesmo em sistemas já incentivados através do Conto Energia, caso sejam necessárias intervenções de manutenção e modernização.

Quanto custa o fotovoltaico bifacial?

Até recentemente, a instalação de painéis fotovoltaicos bifaciais implicava um aumento de 50% em relação aos painéis tradicionais. No entanto, nos últimos tempos, essa diferença foi consideravelmente reduzida até quase desaparecer, graças ao aumento da produção em larga escala que promete reduzir ainda mais os custos no futuro.

Além disso, no que diz respeito à instalação, não são necessárias medidas ou componentes diferentes para os sistemas com painéis bifaciais e geralmente seguem os mesmos padrões das instalações tradicionais, com exceção de casos especiais.

Sistema fotovoltaico bifacial de última geração: o tipo HJT

O sistema fotovoltaico bifacial é uma invenção existente há vários anos que passou por uma verdadeira revolução tecnológica. Entre as várias inovações, os painéis HJT se destacam.

A sigla HJT (Hetero Junction Technology) significa células solares de junção heterogênea e, como o termo em inglês indica, a produção é feita através do uso de uma tecnologia de junção heterogênea de silício amorfo e cristalino.

A tecnologia HJT combina, portanto, os melhores benefícios do silício cristalino do tipo N e do filme fino e permite:

  • uma eficiência da célula superior a 24% e uma eficiência do painel superior a 22%;
  • um coeficiente de temperatura mais baixo (é apenas -0,24%);
  • uma taxa de degradação anual muito baixa (apenas 0,4%);
  • ausência de efeitos LID (degradação induzida pela luz) e PID (degradação induzida pelo potencial).
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