A potência nominal é a capacidade da placa de identificação de dispositivos fotovoltaicos (PV), como células solares, painéis e sistemas, e é determinada pela medição da corrente elétrica e da tensão em um circuito, variando a resistência sob condições precisamente definidas. Estas Condições de Teste Padrão (STC) são especificadas em padrões como IEC 61215, IEC 61646 e UL 1703; especificamente a intensidade da luz é de 1000 W / m2, com um espectro semelhante à luz solar que atinge a superfície da Terra a 35 ° N no verão (massa de ar 1,5), sendo a temperatura das células de 25 ° C. A potência é medida enquanto se varia a carga resistiva no módulo entre um circuito aberto e fechado (entre a resistência máxima e mínima). A maior potência assim medida é a potência “nominal” do módulo em watts. Essa potência nominal dividida pela potência da luz que cai sobre uma determinada área de um dispositivo fotovoltaico (área × 1000 W / m2) define sua eficiência, a relação entre a saída elétrica do dispositivo e a energia incidente.

A potência nominal é importante para projetar uma instalação para dimensionar corretamente seus cabos e conversores. Se a área disponível é limitada a eficiência da célula solar e com ela a potência nominal por área (por exemplo, kW / m2) também é relevante. Para comparação de módulos, o preço por potência nominal (por exemplo, $ / W) é relevante. Para uma determinada orientação física e localização da instalação, a produção anual esperada (por exemplo, kWh) por produção anual, assumindo potência nominal, ou seja, o fator de capacidade é importante. Com um fator de capacidade projetado, o preço por produção anual projetada (por exemplo, $ / kWh) pode ser estimado para uma determinada instalação. Finalmente, com um valor projetado da produção, a amortização do custo de uma instalação pode ser estimada.

O pico de potência não é o mesmo que a potência sob condições reais de radiação. Na prática, isso será aproximadamente 15-20% menor devido ao aquecimento considerável das células solares. Além disso, em instalações onde a eletricidade é convertida em AC, como usinas de energia solar, a capacidade total de geração de eletricidade é limitada pelo inversor, que geralmente é dimensionado com uma capacidade de pico menor que o sistema solar por razões econômicas. Como o pico de energia CC é atingido apenas por algumas horas a cada ano, usar um inversor menor permite economizar dinheiro no inversor, enquanto corta (desperdiçando) apenas uma parte muito pequena da produção total de energia. A capacidade da usina após a conversão DC-AC é geralmente relatada no WAC, em oposição a Wp ou WDC.

Definição
Watt Peak refere-se à energia elétrica fornecida pelos módulos solares sob condições de teste padrão (STC) com os seguintes parâmetros:

Temperatura da célula = 25 ° C
Irradiância = 1000 W / m²
Espectro da luz solar de acordo com AM = 1,5.

Pico de watts
O Bureau Internacional de Pesos e Medidas, que mantém o padrão SI, afirma que a unidade física e seu símbolo não devem ser usados ​​para fornecer informações específicas sobre uma determinada quantidade física e que nenhuma delas deve ser a única fonte de informação sobre uma quantidade. No entanto, o inglês coloquial às vezes combina a quantidade de energia e sua unidade usando a unidade não SI watt-peak e o símbolo não-SI Wp prefixado como dentro do SI, por exemplo, quilowatt-pico (kWp), megawatt-pico (MWp) Como tal, uma instalação fotovoltaica pode, por exemplo, ser descrita como tendo “um kilowatt-pico” no significado “um quilowatt de potência de pico”. Do mesmo modo fora do SI, a potência de pico é por vezes escrita como “P = 1 kWp” em oposição a “Ppeak = 1 kW”. No contexto das instalações fotovoltaicas domésticas, o quilowatt (kW) é a unidade mais comum para a potência de pico, por vezes declarada como kWp.

Potência de saída em condições reais
A saída de sistemas fotovoltaicos varia com a intensidade da luz do sol e outras condições. Quanto mais sol, mais energia o módulo PV irá gerar. As perdas, comparadas ao desempenho em condições ideais, ocorrerão devido ao alinhamento não ideal do módulo em inclinação e / ou azimute, temperatura mais alta, incompatibilidade de potência do módulo (como os painéis de um sistema estão conectados em série, o módulo de desempenho mais baixo define o desempenho de a string a que pertence), sujeira e conversão CC para CA. A potência que um módulo gera em condições reais pode exceder a potência nominal quando a intensidade da luz solar excede 1000 W / m2 (o que corresponde aproximadamente ao meio-dia no verão, por exemplo, Alemanha), ou quando ocorre irradiação solar perto de 1000 W / m2 a temperaturas mais baixas.

Conversão de DC para AC
A maioria dos países refere-se à capacidade instalada nominal de painéis e painéis fotovoltaicos através da contagem de potência CC em watt-pico, designada Wp ou WDC, como a maioria dos fabricantes e organizações da indústria fotovoltaica, como a SEIA, SPE ou a IEA. PVPS.

No entanto, em alguns lugares do mundo, a capacidade nominal de um sistema é fornecida após a saída de energia ter sido convertida em CA. Esses lugares incluem o Canadá, o Japão (desde 2012), a Espanha e algumas partes dos Estados Unidos. A CA em vez da DC também é fornecida para a maioria das usinas de energia fotovoltaica em escala pública utilizando tecnologia CdTe. A principal diferença está na pequena porcentagem (cerca de 5%, de acordo com o IEA-PVPS) de energia perdida durante a conversão DC-AC. Além disso, alguns regulamentos de rede podem limitar a saída de um sistema fotovoltaico a apenas 70% da sua potência CC nominal (Alemanha). Nesses casos, a diferença entre a potência nominal de pico e a saída AC convertida pode, portanto, chegar a até 30%. Devido a essas duas métricas diferentes, as organizações internacionais precisam reconverter os números nacionais oficiais dos países mencionados acima para a saída DC bruta, a fim de relatar uma implantação global de sistemas fotovoltaicos coerentes em watt-peak.

A fim de esclarecer se a potência nominal (“watt-peak”, Wp) é de fato DC ou já convertida em AC, às vezes é explicitamente indicada como, por exemplo, MWDC e MWAC ou kWDC e kWAC. O WAC convertido também é frequentemente escrito como “MW (AC)”, “MWac” ou “MWAC”. Assim como para o Wp, essas unidades não são compatíveis com SI, mas são amplamente utilizadas. Na Califórnia, por exemplo, onde a capacidade nominal é dada no MWAC, uma perda de 15% na conversão de CC para CA é assumida. Isso pode ser extremamente confuso não apenas para não especialistas, já que a eficiência de conversão melhorou para quase 98%, os regulamentos de rede podem mudar, alguns fabricantes podem diferir do resto da indústria e países como o Japão podem adotar métrica diferente de um ano para o outro.

Potência de saída em condições reais
A potência de saída do sistema fotovoltaico depende da intensidade da radiação solar e outras circunstâncias. Mais radiação solar significa maior desempenho do módulo fotovoltaico. As perdas podem ser devidas à orientação não direcional do módulo (inclinação e / ou orientação) por alta temperatura, baixo desempenho do módulo, sujeira e conversão DC para CA. É importante saber que a potência máxima do módulo pode facilmente exceder a potência nominal em qualquer lugar onde a intensidade da luz é superior a 1000 W / m 2 (aproximadamente equivalente ao meio-dia no verão da Baviera).

Custo por watt
Embora watt-peak seja uma medida conveniente, e seja o número padronizado na indústria fotovoltaica em que os números de preços, vendas e crescimento se baseiam, não é indiscutivelmente o número mais importante para o desempenho real. Como o trabalho de um painel solar é gerar energia elétrica a um custo mínimo, a quantidade de energia que ele gera em condições reais em relação ao seu custo deve ser o número mais importante a ser avaliado. Essa medida “custo por watt” é amplamente usada na indústria.

Pode acontecer que um painel da marca A e um painel da marca B forneçam exatamente o mesmo pico de watt em testes de laboratório, mas sua potência é diferente em uma instalação real. Essa diferença pode ser causada por diferentes taxas de degradação em altas temperaturas. Ao mesmo tempo, embora a marca A possa ser menos produtiva que a marca B, ela também pode custar menos e, portanto, tem o potencial de se tornar financeiramente vantajosa. Um cenário alternativo também pode ser verdadeiro: um painel mais caro pode produzir muito mais energia do que um painel mais barato do que o financeiro. Uma análise precisa do desempenho de longo prazo versus custo, inicial e contínuo, é necessária para determinar qual painel pode levar o proprietário a melhores resultados financeiros.

Usar
Palavras como “O sistema fotovoltaico tem uma capacidade de 10 kWp” ou “Este é um sistema solar de área aberta de 1,2 MWp” são coloquiais. Teria que ser formalmente correto “O sistema fotovoltaico tem uma potência nominal de 10 kW” assumindo as condições de teste padrão “ou” Este é um sistema solar de campo livre de 1,2 MW (potência nominal sob a hipótese das condições de teste padrão) ” .

A declaração “Requer uma área de aproximadamente 6 a 10 m² por kW p” significa que, para uma saída de sistema desejada de 1 kW sob condições de teste padrão, é necessária uma área de aproximadamente 6 a 10 m².

Do mesmo modo, a notação “P nominal = 1 kW” para sistemas fotovoltaicos é preferível à notação “P = 1 kW p”, uma vez que a adição de adições aos símbolos das unidades não está em conformidade com as normas.

Relevância prática na Alemanha
A irradiância de 1000 W / m² é um valor transitório em condições reais. É atingido quanto mais vezes o ar é mais claro quanto mais próximo se chega ao equador e o mais alto está acima do nível do mar. Também depende de quão perto o sol está do ponto mais alto. Geralmente é alcançado na Alemanha apenas às primeiras horas do dia de um dia sem nuvens.

As medições da frequência de irradiação na Alemanha medida em meia minuto também mostram valores acima. Estes também podem atingir até 1500 W / m² devido a reflexão e dispersão. Devido à curta disponibilidade temporária e ao fato de que os inversores normalmente são projetados para uma irradiância de 1000 W / me abaixo (máximo econômico), eles raramente são usados. O máximo da irradiância na borda da atmosfera terrestre corresponde à constante solar E 0 e é 1367 W / m².

Em operação normal, os módulos solares ou células solares geralmente têm uma temperatura operacional muito maior que os 25 ° C fornecidos no teste e, portanto, têm uma eficiência até 20% menor e uma saída de potência real correspondentemente menor, dada uma irradiação de 1 kW / m². Um alinhamento geralmente rígido de um sistema fotovoltaico fixo, as células raramente são alinhadas com precisão perpendicular à luz incidente, pelo que a irradiância é reduzida pelo cosseno do ângulo de incidência.

A indicação em Watt Peak é utilizada para a comparação de módulos solares coextensivos de diferentes produções em sua eficiência e dimensionamento dos diferentes componentes de um sistema solar. Não pode ser usado como única indicação para a caracterização de um sistema fotovoltaico, como para o rendimento energético e para a economia do sistema parâmetros essenciais como o corpo (espaço aberto, telhado, rastreado) e o local, d. H. o grau de latitude e associado com a irradiância média, ou o prevalecente no local condições climáticas tais como a temperatura são ignoradas.

Em resumo, para um sistema fotovoltaico realmente realizado, a especificação da potência em watts de pico não corresponde a uma potência máxima ou potência contínua. Uma vez que as condições de radiação são frequentemente piores e os módulos geralmente muito mais quentes do que sob condições de teste padrão, o pico de potência é alcançado na prática apenas esporadicamente e ainda mais raramente excedido.