Um sistema fotovoltaico converte a radiação do sol em eletricidade utilizável. Compreende o painel solar e o equilíbrio dos componentes do sistema. Os sistemas fotovoltaicos podem ser categorizados por vários aspectos, tais como sistemas conectados à rede versus sistemas independentes, sistemas integrados em construção versus sistemas montados em rack, sistemas residenciais versus sistemas utilitários, sistemas distribuídos versus sistemas centralizados, sistemas montados em telhados e montados em solo , sistemas de monitoramento vs. inclinação fixa e sistemas novos construídos vs. adaptados. Outras distinções podem incluir sistemas com microinversores vs. inversores centrais, sistemas que usam silício cristalino versus tecnologia de filme fino e sistemas com módulos de fabricantes chineses versus europeus e norte-americanos.
Cerca de 99% de todos os sistemas europeus e 90% de todos os sistemas de energia solar dos EUA estão conectados à rede elétrica, enquanto os sistemas fora da rede são um pouco mais comuns na Austrália e na Coréia do Sul. Isso pode mudar em breve, à medida que os incentivos do governo para o armazenamento de energia distribuída estão sendo implementados e os investimentos em soluções de armazenamento estão gradualmente se tornando economicamente viáveis para sistemas pequenos. Um painel solar de um sistema fotovoltaico residencial típico é montado em bastidor no telhado, em vez de ser integrado no telhado ou na fachada do edifício, uma vez que é significativamente mais caro. As estações de energia solar de escala pública são montadas no solo, com painéis solares inclinados fixos, em vez de usar dispositivos de rastreamento caros. O silício cristalino é o material predominante usado em 90% dos módulos solares produzidos mundialmente, enquanto o filme fino rival perdeu participação de mercado nos últimos anos.20 Cerca de 70% de todas as células solares e módulos são produzidos na China e em Taiwan, deixando apenas 5 por cento para fabricantes europeus e norte-americanos.12 A capacidade instalada de sistemas pequenos de telhados e grandes centrais solares está crescendo rapidamente e em partes iguais, embora haja uma tendência notável em direção a sistemas em escala pública, já que o foco em novas instalações é Afastando-se da Europa para regiões mais ensolaradas, como o Sunbelt, nos Estados Unidos, que são menos opostas às fazendas solares montadas no solo, a relação custo-eficácia é mais enfatizada pelos investidores.
Impulsionado por avanços na tecnologia e aumento na escala de fabricação e sofisticação, o custo da energia fotovoltaica está diminuindo continuamente. Existem vários milhões de sistemas fotovoltaicos distribuídos em todo o mundo, principalmente na Europa, com 1,4 milhões de sistemas na Alemanha e na América do Norte com 440.000 sistemas nos Estados Unidos. A eficiência de conversão de energia de um módulo solar convencional aumentou de 15 para 20% nos últimos 10 anos e um sistema fotovoltaico recupera a energia necessária para a sua fabricação em cerca de 2 anos. Em locais excepcionalmente irradiados, ou quando a tecnologia de filme fino é usada, o chamado tempo de retorno de energia diminui para um ano ou menos.33 A medição líquida e os incentivos financeiros, como as tarifas preferenciais para eletricidade gerada por energia solar, também muito suportado instalações de sistemas fotovoltaicos em muitos países. O custo nivelado da eletricidade de sistemas fotovoltaicos de grande escala tornou-se competitivo com fontes de eletricidade convencionais em uma lista crescente de regiões geográficas, e a paridade de rede foi alcançada em cerca de 30 países diferentes.
A partir de 2015, o mercado fotovoltaico global em rápido crescimento está se aproximando rapidamente da marca de 200 GW – cerca de 40 vezes a capacidade instalada de 2006. Os sistemas fotovoltaicos atualmente contribuem com cerca de 1% para a geração de eletricidade mundial. Os principais instaladores de sistemas fotovoltaicos em termos de capacidade são atualmente a China, o Japão e os Estados Unidos, enquanto metade da capacidade mundial está instalada na Europa, com a Alemanha e a Itália fornecendo entre 7% e 8% do consumo doméstico de eletricidade com energia solar fotovoltaica. A Agência Internacional de Energia espera que a energia solar se torne a maior fonte de eletricidade do mundo até 2050, com a energia solar fotovoltaica e a solar térmica concentrada contribuindo com 16% e 11% para a demanda global, respectivamente.
Ligação à rede
Um sistema conectado à rede é conectado a uma rede independente maior (normalmente a rede pública de eletricidade) e alimenta energia diretamente na rede. Essa energia pode ser compartilhada por um edifício residencial ou comercial antes ou depois do ponto de medição da receita. A diferença é se a produção de energia creditada é calculada independentemente do consumo de energia do cliente (tarifa de alimentação) ou apenas da diferença de energia (medição líquida). Os sistemas conectados à rede variam de tamanho, de residenciais (2-10 kWp) a estações de energia solar (até 10s de MWp). Esta é uma forma de geração de eletricidade descentralizada. A alimentação de eletricidade na rede requer a transformação de DC em AC por um inversor de malha de sincronização especial. Em instalações de tamanho de kilowatts, a voltagem do sistema no lado DC é tão alta quanto a permitida (tipicamente 1000V, exceto nos EUA, 600V residenciais) para limitar as perdas ôhmicas. A maioria dos módulos (60 ou 72 células de silício cristalino) gera 160 W a 300 W a 36 volts. Às vezes é necessário ou desejável conectar os módulos parcialmente em paralelo ao invés de todos em série. Um conjunto de módulos conectados em série é conhecido como ‘string’.
Outros sistemas
Esta seção inclui sistemas altamente especializados e incomuns ou ainda uma nova tecnologia emergente com significado limitado. No entanto, sistemas autônomos ou off-grid ocupam um lugar especial. Eles foram o tipo mais comum de sistemas durante os anos 80 e 90, quando a tecnologia fotovoltaica ainda era muito cara e um nicho de mercado puro de aplicações de pequena escala.Apenas em locais onde não havia rede elétrica disponível, eles eram economicamente viáveis.Embora novos sistemas independentes ainda estejam sendo implantados em todo o mundo, sua contribuição para a capacidade fotovoltaica total instalada está diminuindo. Na Europa, os sistemas off-grid representam 1% da capacidade instalada. Nos Estados Unidos, eles representam cerca de 10%. Sistemas fora da rede ainda são comuns na Austrália e na Coréia do Sul e em muitos países em desenvolvimento.
CPV
Os sistemas fotovoltaicos (CPV) e fotovoltaicos concentradores de alta concentração (HCPV) usam lentes ópticas ou espelhos curvos para concentrar a luz solar em células solares pequenas, mas altamente eficientes. Além de concentrar a óptica, os sistemas de CPV, por vezes, usam rastreadores solares e sistemas de refrigeração e são mais caros.
Especialmente os sistemas HCPV são mais adequados em locais com alta irradiância solar, concentrando a luz solar em até 400 vezes ou mais, com eficiências de 24 a 28%, superando as dos sistemas regulares. Vários projetos de sistemas CPV e HCPV estão comercialmente disponíveis, mas não são muito comuns. No entanto, a pesquisa e o desenvolvimento em andamento estão ocorrendo.
O CPV é frequentemente confundido com o CSP (energia solar concentrada) que não utiliza energia fotovoltaica. Ambas as tecnologias favorecem locais que recebem muita luz solar e estão competindo diretamente uns com os outros.
Híbrido
Um sistema híbrido combina PV com outras formas de geração, geralmente um gerador a diesel. O biogás também é usado. A outra forma de geração pode ser um tipo capaz de modular a potência em função da demanda. No entanto, mais de uma forma renovável de energia pode ser usada, por exemplo, vento. A geração de energia fotovoltaica serve para reduzir o consumo de combustível não renovável. Sistemas híbridos são mais freqüentemente encontrados em ilhas. A ilha de Pellworm, na Alemanha, e a ilha de Kythnos, na Grécia, são exemplos notáveis (ambos são combinados com o vento). A fábrica de Kythnos reduziu o consumo de diesel em 11,2%.
Em 2015, um estudo de caso realizado em sete países concluiu que, em todos os casos, a geração de custos pode ser reduzida pela hibridização de mini-redes e redes isoladas. No entanto, os custos de financiamento para esses híbridos são cruciais e dependem em grande parte da estrutura de propriedade da usina. Embora as reduções de custo para concessionárias públicas possam ser significativas, o estudo também identificou os benefícios econômicos como insignificantes ou mesmo negativos para as empresas não públicas, como produtores independentes de energia.
Também tem havido trabalhos recentes mostrando que o limite de penetração de PV pode ser aumentado com a implantação de uma rede distribuída de sistemas híbridos PV + CHP nos EUA. A distribuição temporal do fluxo solar, requisitos elétricos e de aquecimento para residências unifamiliares americanas representativas foram analisadas. Os resultados mostram claramente que a hibridação CHP com PV pode permitir uma implantação PV adicional acima do que é possível com um sistema convencional de geração elétrica centralizada. Esta teoria foi reconfirmada com simulações numéricas usando dados de fluxo solar por segundo para determinar que o backup de bateria necessário para fornecer tal sistema híbrido é possível com sistemas de bateria relativamente pequenos e baratos. Além disso, grandes sistemas PV + CHP são possíveis para edifícios institucionais, que novamente fornecem backup para PV intermitente e reduzem o tempo de execução de CHP.
O sistema PVT (híbrido PV / T), também conhecido como coletores solares híbridos térmicos fotovoltaicos, converte a radiação solar em energia térmica e elétrica. Tal sistema combina um módulo solar (PV) com um coletor solar térmico de forma complementar.
Sistema CPVT. Um sistema híbrido térmico fotovoltaico (CPVT) concentrado é semelhante a um sistema de PVT. Ele usa energia fotovoltaica concentrada (CPV) em vez da tecnologia PV convencional e combina-a com um coletor solar térmico.
Sistema CPV / CSP. Um novo sistema híbrido solar CPV / CSP foi proposto recentemente, combinando fotovoltaicos concentradores com a tecnologia não fotovoltaica de energia solar concentrada (CSP), ou também conhecida como térmica solar concentrada.
Sistema diesel PV. Ele combina um sistema fotovoltaico com um gerador a diesel. Combinações com outras energias renováveis são possíveis e incluem turbinas eólicas.
Matrizes solares flutuantes
As matrizes solares flutuantes são sistemas fotovoltaicos que flutuam na superfície de reservatórios de água potável, lagos de pedreiras, canais de irrigação ou lagoas de remediação e rejeito. Esses sistemas são chamados de “floatovoltaics” quando usados apenas para produção elétrica ou “aquavoltaica” quando esses sistemas são usados para melhorar sinergicamente a aquicultura. Um pequeno número desses sistemas existe na França, Índia, Japão, Coréia do Sul, Reino Unido, Cingapura e Estados Unidos.
Diz-se que os sistemas têm vantagens sobre a energia fotovoltaica em terra. O custo da terra é mais caro e há menos regras e regulamentos para estruturas construídas em corpos de água não utilizados para recreação. Ao contrário da maioria das usinas solares baseadas em terra, as matrizes flutuantes podem ser discretas porque estão ocultas da visão pública. Eles alcançam maior eficiência do que os painéis fotovoltaicos em terra, porque a água esfria os painéis. Os painéis têm um revestimento especial para evitar ferrugem ou corrosão.
Em maio de 2008, a vinícola Far Niente, em Oakville, Califórnia, foi pioneira no primeiro sistema de energia solar fotovoltaica instalando 994 módulos solares fotovoltaicos com capacidade total de 477 kW em 130 flutuadores e flutuando no lago de irrigação da vinícola. O principal benefício de tal sistema é que ele evita a necessidade de sacrificar uma área valiosa que possa ser usada para outra finalidade. No caso da vinícola Far Niente, ela economizou três quartos de um acre que seria necessário para um sistema baseado em terra. 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 da conversão de energia solar. O arranjo fotovoltaico flutuante também reduz a quantidade de água perdida através da evaporação e inibe o crescimento de algas.
Fazendas PV flutuantes em escala de serviços públicos estão começando a ser construídas. A fabricante multinacional de produtos eletrônicos e cerâmica Kyocera desenvolverá a maior fazenda do mundo, uma fazenda de 13,4 MW no reservatório acima da Represa de Yamakura, na Prefeitura de Chiba, usando 50.000 painéis solares. Fazendas flutuantes resistentes à água salgada também estão sendo consideradas para uso no oceano, com experimentos na Tailândia. O maior projeto floatovoltaico até agora anunciado é uma usina de 350 MW na região amazônica do Brasil.
Grade de corrente contínua
As redes DC são encontradas no transporte elétrico: trilhos e trólebus. Algumas plantas-piloto para tais aplicações foram construídas, como os depósitos de bonde em Hannover Leinhausen, usando colaboradores fotovoltaicos e Genebra (Bachet de Pesay). O local de Genebra de 150 kWp alimenta 600V CC diretamente na rede elétrica de bonde / trólebus, enquanto antes fornecia cerca de 15% da eletricidade em sua abertura em 1999.
Estar sozinho
Um sistema autônomo ou não conectado à rede não está conectado à rede elétrica. Os sistemas autônomos variam muito em tamanho e aplicação, desde relógios de pulso ou calculadoras até prédios remotos ou espaçonaves. Se a carga for fornecida independentemente da insolação solar, a energia gerada é armazenada e armazenada em buffer com uma bateria. Em aplicações não portáteis nas quais o peso não é um problema, como em edifícios, as baterias de chumbo-ácido são mais comumente usadas por seu baixo custo e tolerância a abusos.
Um controlador de carregamento pode ser incorporado no sistema para evitar danos na bateria por carga ou descarga excessiva. Também pode ajudar a otimizar a produção do painel solar usando uma técnica de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT). No entanto, em sistemas fotovoltaicos simples onde a tensão do módulo fotovoltaico é compatível com a tensão da bateria, o uso de eletrônicos MPPT é geralmente considerado desnecessário, uma vez que a tensão da bateria é estável o suficiente para fornecer coleta de energia quase máxima do módulo fotovoltaico.Em pequenos dispositivos (por exemplo, calculadoras, parquímetros) somente a corrente contínua (CC) é consumida. Em sistemas maiores (por exemplo, edifícios, bombas de água remotas), a corrente alternada é normalmente necessária. Para converter o DC dos módulos ou baterias em CA, um inversor é usado.
Em configurações agrícolas, o array pode ser usado para alimentar diretamente bombas DC, sem a necessidade de um inversor. Em ambientes remotos, como áreas montanhosas, ilhas ou outros lugares onde uma rede elétrica não está disponível, os painéis solares podem ser usados como única fonte de eletricidade, geralmente pela carga de uma bateria de armazenamento. Os sistemas autônomos estão intimamente relacionados à microgeração e à geração distribuída.
Sistemas Fotovoltaicos Pico
Os sistemas fotovoltaicos menores e frequentemente portáteis são chamados de sistemas fotovoltaicos de pico solar, ou pico solar. Eles combinam principalmente uma bateria recarregável e controlador de carga, com um painel fotovoltaico muito pequeno. A capacidade nominal do painel é de apenas alguns watts-pico (1-10 Wp) e sua área menor que um décimo de metro quadrado, ou um metro quadrado, em tamanho. Uma grande variedade de aplicações diferentes pode ser alimentada por energia solar, como tocadores de música, ventiladores, lâmpadas portáteis, lâmpadas de segurança, kits de iluminação solar, lanternas solares e iluminação pública (veja abaixo), carregadores de telefone, rádios ou até mesmo LCD de sete polegadas. televisores, que funcionam com menos de dez watts. Como é o caso da geração de energia de pico hidro, os sistemas PV pico são úteis em pequenas comunidades rurais que requerem apenas uma pequena quantidade de eletricidade. Como a eficiência de muitos aparelhos melhorou consideravelmente, em particular devido ao uso de luzes LED e baterias recarregáveis eficientes, a pico solar se tornou uma alternativa acessível, especialmente no mundo em desenvolvimento. O prefixo métrico pico – representa um trilionésimo para indicar a pequenez da energia elétrica do sistema.
Luzes de rua solares
As luzes de rua solares criaram fontes de luz que são alimentadas por painéis fotovoltaicos geralmente montados na estrutura de iluminação. O painel solar de tal sistema fotovoltaico fora da rede carrega uma bateria recarregável, que alimenta uma lâmpada fluorescente ou de LED durante a noite. As luzes de rua solares são sistemas de energia autônomos e têm a vantagem de economizar nos custos de valetamento, paisagismo e manutenção, bem como nas contas de luz, apesar de seu custo inicial mais alto em comparação com a iluminação pública convencional. Eles são projetados com baterias suficientemente grandes para garantir a operação por pelo menos uma semana e, mesmo na pior situação, espera-se que diminuam ligeiramente.
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 são instalados para receber e retransmitir o sinal para a população local.
Veículos solares
Veículo solar, seja solo, água, ar ou veículos espaciais pode obter parte ou toda a energia necessária para o seu funcionamento do sol. Os veículos de superfície geralmente exigem níveis de potência mais altos do que os que podem ser sustentados por um painel solar de tamanho praticamente prático, de modo que uma bateria ajuda a atender a demanda máxima de energia e o painel solar a recarrega. Os veículos espaciais utilizaram com sucesso os sistemas solares fotovoltaicos durante anos de operação, eliminando o peso do combustível ou das baterias primárias.
Bombas solares
Uma das aplicações solares mais econômicas é uma bomba movida a energia solar, já que é muito mais barato comprar um painel solar do que rodar linhas de energia. Eles geralmente atendem a uma necessidade de água além do alcance das linhas de energia, tomando o lugar de um moinho de vento ou eólica. Uma aplicação comum é o enchimento de tanques de irrigação de gado, para que o gado que pastoreia possa beber. Outra é o reabastecimento de tanques de armazenamento de água potável em casas remotas ou auto-suficientes.
Nave espacial
Painéis solares em naves espaciais têm sido uma das primeiras aplicações de energia fotovoltaica desde o lançamento do Vanguard 1 em 1958, o primeiro satélite a utilizar células solares. Ao contrário do Sputnik, o primeiro satélite artificial a orbitar o planeta, que ficou sem baterias dentro de 21 dias devido à falta de energia solar, a maioria dos satélites modernos de comunicações e sondas espaciais no sistema solar interno dependem do uso de painéis solares para deriva eletricidade da luz solar.
Custos e economia
O custo de produção de células fotovoltaicas caiu devido a economias de escala na produção e avanços tecnológicos na fabricação. Para instalações em grande escala, preços abaixo de US $ 1,00 por watt eram comuns até 2012. Uma redução de preço de 50% na Europa de 2006 a 2011 e um potencial para reduzir o custo de geração em 50% até 2020. Crystal silicon solar As células foram substituídas em grande parte por células solares de silício multicristalino menos dispendiosas, e as células solares de silício de película fina também foram desenvolvidas recentemente com custos de produção mais baixos. Embora eles sejam reduzidos em eficiência de conversão de energia de “siwafers” cristalinos únicos, eles também são muito mais fáceis de produzir a custos comparativamente menores.
A tabela abaixo mostra o custo total em centavos de dólar por kWh de eletricidade gerada por um sistema fotovoltaico. Os cabeçalhos das linhas à esquerda mostram o custo total, por pico de quilowatt (kWp), de uma instalação fotovoltaica. Os custos do sistema fotovoltaico têm caído e na Alemanha, por exemplo, caíram para US $ 1389 / kWp até o final de 2014. Os cabeçalhos das colunas na parte superior se referem à produção anual de energia em kWh esperada de cada kWp instalado. Isso varia por região geográfica, porque a insolação média depende da nebulosidade média e da espessura da atmosfera atravessada pela luz do sol. Também depende do caminho do sol em relação ao painel e ao horizonte. Os painéis geralmente são montados em um ângulo com base na latitude e, muitas vezes, são ajustados sazonalmente para atender à declinação solar em constante mudança. O rastreamento solar também pode ser utilizado para acessar ainda mais a luz solar perpendicular, aumentando assim a produção total de energia.
Os valores calculados na tabela refletem o custo total em centavos por kWh produzido. Eles assumem um custo de capital total de 10% (por exemplo, taxa de juros de 4%, custo de operação e manutenção de 1% e depreciação do investimento de capital ao longo de 20 anos). Normalmente, os módulos fotovoltaicos têm uma garantia de 25 anos.
| Custo do quilowatt-hora gerado por um sistema fotovoltaico (US ¢ / kWh) dependendo da radiação solar e custo de instalação durante 20 anos de operação |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Instalação custo em $ por watt |
A insolação gerou anualmente quilowatts-hora por capacidade instalada de kW (kWh / kWp • y) | ||||||||||||
| 2400 | 2200 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | |||||
| US $ 0,20 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,3 | 1,4 | 1,7 | 2,0 | 2,5 | ||||
| US $ 0,60 | 2,5 | 2,7 | 3,0 | 3.3 | 3,8 | 4,3 | 5,0 | 6,0 | 7,5 | ||||
| US $ 1,00 | 4,2 | 4,5 | 5,0 | 5,6 | 6,3 | 7,1 | 8,3 | 10,0 | 12,5 | ||||
| US $ 1,40 | 5,8 | 6,4 | 7,0 | 7,8 | 8,8 | 10,0 | 11,7 | 14,0 | 17,5 | ||||
| US $ 1,80 | 7,5 | 8,2 | 9,0 | 10,0 | 11,3 | 12,9 | 15,0 | 18,0 | 22,5 | ||||
| US $ 2,20 | 9,2 | 10,0 | 11,0 | 12,2 | 13,8 | 15,7 | 18,3 | 22,0 | 27,5 | ||||
| US $ 2,60 | 10,8 | 11,8 | 13,0 | 14,4 | 16,3 | 18,6 | 21,7 | 26,0 | 32,5 | ||||
| US $ 3,00 | 12,5 | 13,6 | 15,0 | 16,7 | 18,8 | 21,4 | 25,0 | 30,0 | 37,5 | ||||
| US $ 3,40 | 14,2 | 15,5 | 17,0 | 18,9 | 21,3 | 24,3 | 28,3 | 34,0 | 42,5 | ||||
| US $ 3,80 | 15,8 | 17,3 | 19,0 | 21.1 | 23,8 | 27,1 | 31,7 | 38,0 | 47,5 | ||||
| US $ 4,20 | 17,5 | 19,1 | 21,0 | 23,3 | 26,3 | 30,0 | 35,0 | 42,0 | 52,5 | ||||
| US $ 4,60 | 19,2 | 20,9 | 23,0 | 25,6 | 28,8 | 32,9 | 38,3 | 46,0 | 57,5 | ||||
| US $ 5,00 | 20,8 | 22,7 | 25,0 | 27,8 | 31,3 | 35,7 | 41,7 | 50,0 | 62,5 | ||||
Notas:
|
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Custo do sistema 2013
Em sua edição de 2014 do relatório “Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy”, a Agência Internacional de Energia (IEA) publicou preços em US $ por watt para sistemas fotovoltaicos residenciais, comerciais e em escala de serviços públicos para oito grandes mercados em 2013.
| USD / W | Austrália | China | França | Alemanha | Itália | Japão | Reino Unido | Estados Unidos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| residencial | 1,8 | 1,5 | 4,1 | 2,4 | 2,8 | 4,2 | 2,8 | 4,9 |
| Comercial | 1,7 | 1,4 | 2,7 | 1,8 | 1,9 | 3,6 | 2,4 | 4,5 |
| Escala de utilidade | 2,0 | 1,4 | 2,2 | 1,4 | 1,5 | 2,9 | 1,9 | 3.3 |
| Fonte : IEA – Roteiro Tecnológico: Relatório de Energia Solar Fotovoltaica | ||||||||
Os sistemas fotovoltaicos demonstram uma curva de aprendizado em termos de custo nivelado da eletricidade (LCOE), reduzindo seu custo por kWh em 32,6% para cada duplicação de capacidade.A partir dos dados de LCOE e capacidade instalada acumulada da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) de 2010 a 2017, a equação da curva de aprendizado para sistemas fotovoltaicos é dada como
LCOE: custo nivelado de eletricidade (em USD / kWh)
Capacidade: capacidade instalada acumulada de sistemas fotovoltaicos (em MW)
Regulamento
estandardização
O uso crescente de sistemas fotovoltaicos e a integração de energia fotovoltaica em estruturas e técnicas de fornecimento e distribuição existentes aumentam o valor dos padrões gerais e definições para componentes e sistemas fotovoltaicos. Os padrões são compilados na International Electrotechnical Commission (IEC) e se aplicam à eficiência, durabilidade e segurança de células, módulos, programas de simulação, conectores e cabos, sistemas de montagem, eficiência geral de inversores, etc.
Planejamento e permissão
Embora o artigo 690 do Código Elétrico Nacional forneça diretrizes gerais para a instalação de sistemas fotovoltaicos, essas diretrizes podem ser substituídas por leis e regulamentos locais.Muitas vezes, é necessária uma permissão, exigindo submissões de planos e cálculos estruturais antes que o trabalho possa começar. Além disso, muitos locais exigem que o trabalho seja realizado sob a orientação de um eletricista licenciado. Verifique com a Cidade Local / Condado de AHJ (Autoridade com Jurisdição) para assegurar a conformidade com quaisquer leis ou regulamentos aplicáveis.
Nos Estados Unidos, a Autoridade Com Jurisdição (AHJ) revisará projetos e emitirá licenças, antes que a construção possa começar legalmente. As práticas de instalação elétrica devem estar em conformidade com os padrões estabelecidos no National Electrical Code (NEC) e devem ser inspecionadas pela AHJ para garantir a conformidade com o código de construção, o código elétrico e o código de segurança contra incêndio. As jurisdições podem exigir que o equipamento tenha sido testado, certificado, listado e rotulado por pelo menos um dos laboratórios de testes reconhecidos nacionalmente (NRTL, Nationally Recognized Testing Laboratories). Apesar do complicado processo de instalação, uma lista recente de empreiteiros solares mostra que a maioria das empresas de instalação foi fundada desde 2000.
Regulamentos nacionais
Reino Unido
No Reino Unido, as instalações fotovoltaicas são geralmente consideradas como desenvolvimento permitido e não requerem permissão de planejamento. Se a propriedade estiver listada ou em uma área designada (Parque Nacional, Área de Beleza Natural Notável, Local de Interesse Científico Especial ou Norfolk Broads), a permissão de planejamento é necessária.
Estados Unidos
Nos EUA, muitas localidades exigem uma licença para instalar um sistema fotovoltaico. Um sistema vinculado à rede normalmente requer um eletricista licenciado para fazer a conexão entre o sistema e a fiação conectada à rede do prédio. Os instaladores que atendem a essas qualificações estão localizados em quase todos os estados. O Estado da Califórnia proíbe associações de proprietários de restringir dispositivos solares.
Espanha
Embora a Espanha gere cerca de 40% de sua eletricidade via energia fotovoltaica e outras fontes de energia renováveis, e cidades como Huelva e Sevilha possuem cerca de 3.000 horas de sol por ano, a Espanha emitiu uma taxa solar para contabilizar a dívida criada pelo investimento feito por o governo espanhol. Aqueles que não se conectarem à rede podem receber uma multa de 30 milhões de euros (US $ 40 milhões).
Limitações
Poluição e Energia na Produção Fotovoltaica
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.