As tecnologias na fabricação de painéis solares estão sendo melhoradas ao decorrer do tempo, os pesquisadores testam e procuram novos meios para aumentar a eficiência e a diminuição das perdas de potência geradas por dissipação em forma de calor.
A tecnologia Half cell é um meio de aumentar a eficiência ao diminuir as perdas geradas por temperatura. Essa eficácia é possível ao fabricar células cortadas ao meio, ou seja, as células são fabricadas de forma quadrada ou redonda, neste caso a célula quadrada é cortada no meio ficando retangular.
Funcionamento Full cell e Half cell
A célula fotovoltaica ao receber luz solar gera uma tensão, aproximadamente 0,6V. Ao cortar esta célula ao meio (Half cell) ficando na forma retangular, ela gera a metade da corrente, comparada a uma célula quadrada (full cell).
Utilizando um exemplo, uma célula inteira, quadrada (full cell), gera uma tensão de 0,6V e uma potência de 3W e tem uma corrente elétrica de 2A, já na utilização de uma célula cortada ao meio (Half cell), a corrente gerada será de 1A, a potência de 0,6W e a tensão permanecerá a mesma de 0,6V.
Ligação das Células em série e em paralelo
Na montagem de um painel solar, as células são ligadas em série, ou seja, o valor da corrente é a mesma para todas as células e a tensão tem seu valor somado.
No caso de um painel de 72 células full cell, onde cada célula gera uma tensão de 0,6V e uma corrente de 2A, temos 72 x 0,6 = 43,2V. O painel solar terá uma potência de 86,4W, a tensão de 43,2V e a corrente de 2A.
Já no caso de um painel solar Half cell, ele terá 144 células retangulares, sendo 72 células quadradas cortadas ao meio, formando duas partes de 72 células retangulares.
As duas partes do painel são idênticas, ou seja, o que uma parte gerar a outra será igual. A tensão gerada em uma parte da placa será 72 x 0,6V = 43,2V, mas a corrente será a metade gerada na full cell, ou seja, gerando uma corrente de 1A e uma potência de 43,2W. A outra parte do painel de 72 células será da mesma forma.
O painel terá duas saídas, essas saídas são ligadas em paralelo, o comportamento da placa ligada em paralelo consiste nas tensões de saída serem iguais e as correntes se somarem, o resultado será uma saída com a tensão de 43,2V, uma corrente de 2A e uma potência de 86,4W que aparentemente é idêntica ao painel full cell.
Benefícios da tecnologia Half cell
Como descrito acima o comportamento das ligações utilizando a tecnologia Half cell são aparentemente idênticas à tecnologia full cell, porém, existem alguns pontos que fazem toda a diferença ao utilizar a tecnologia Half cell que não se pode obter na tecnologia full cell:
- Diminuição das perdas ôhmicas
- Diminuição do impacto gerado por sombreamento
- Eficiência
- Tensão mecânica
Diminuição das perdas ôhmicas
Ao fabricar a célula fotovoltaica por se tratar de um semicondutor, ela apresenta uma certa resistência interna, que no momento da passagem da corrente elétrica essa resistência transforma a energia elétrica em energia térmica, dissipando uma pequena parte da potência em calor, também conhecido como perdas ôhmicas.
No momento em que uma célula é cortada ao meio a corrente elétrica gerada e a resistência são a metade de uma célula inteira, para entender como isso tem um impacto positivo é necessário realizar uma análise do funcionamento da potência, corrente, tensão e resistência do circuito, utilizando as seguintes fórmulas:
A fórmula para analisar a potência do circuito em relação à tensão e corrente é a seguinte:
P = I x V, onde P = Potência, I = Corrente e V= Tensão.
A fórmula para analisar a tensão do circuito em relação à corrente e resistência é a seguinte:
V = R x I, onde V= Tensão, R = Resistência e I = Corrente.
Agora, para identificar qual é a potência dissipada na resistência, é necessário fazer uma junção das fórmulas:
Utilizando a fórmula da potência P = I x V e a fórmula de tensão V = R x I, vamos substituir o valor de tensão, V = I x R, com isso a fórmula fica desse jeito:
P= I x (I x R) gerando essa fórmula = P = I² x R, onde P = Potência dissipada na resistência (célula), I = Corrente e R = Resistência da célula.
Isso que dizer que, quanto maior o valor da corrente ou da resistência, maior será a potência dissipada por calor, ou seja, maior será a perda ôhmica.
No caso da célula com a tecnologia Half cell, os valores de corrente e resistência ficam pela metade, dessa maneira dá a entender que as perdas diminuiriam pela metade também, porém ao diminuir o valor da corrente, pelo fato de ser um valor exponencial, ele será diminuído quatro vezes, fazendo com que a potência dissipada seja quatro vezes menor comparada a tecnologia full cell.
Vamos analisar uma comparação de uma placa Half cell e uma full cell:
Para identificar qual a potência dissipara na célula é necessário identificar, qual a resistência que ela tem para colocar na fórmula.
Full cell: P = I² x R, onde P = Potência, I = Corrente e R = Resistência da célula fotovoltaica
No caso da Half cell, a fórmula é a mesma, porém a corrente é dividida por dois:
Half cell:
Outro ponto que se deve levar em consideração é a diminuição de pontos quentes (hotspots) causadas por sombreamento, ao diminuir a corrente, diminui a temperatura quando as células sombreadas se tornam carga para as outras células.
Diminuição do impacto gerado por sombreamento
Os painéis com a tecnologia full cell são montadas normalmente com 72 células em série com uma saída que será ligada em outro painel se houver.
No momento em que há sombreamento neste painel os diodos estão separando o painel em três partes, que irão retirar do circuito a parte sombreada para que não diminua a corrente geral do circuito, que pode gerar sobreaquecimento por causa das células sombreadas se tornarem carga para as outras. Isso significa que o sombreamento atingirá no mínimo 33% da placa.
No caso da tecnologia Half cell, são 144 células, divididas em duas partes, os diodos dividem essas duas partes, ficando três partes encima e três partes embaixo, fazendo com que a placa inteira fique dividida em seis, diminuindo o efeito do sombreamento em cima do painel. Isso significa que o sombreamento atingirá no mínimo 17% da placa.
Outro ponto importante é que na tecnologia Half cell, os diodos são divididos em três partes na parte de trás do painel e não em uma única caixa de junção como é na Full cell, no caso de ser em uma única parte isso faz com que o painel tenha até 20ºC a mais, no caso da Half cell isso não acontece.
Eficiência
A eficiência dos painéis solares full cell são de 15 a 18% para o tipo monocristalino e de 12 a 14% para o tipo policristalino.
No caso da tecnologia Half cell a eficiência é de 18 a 22% para o tipo monocristalino e de 17 a 22% para o tipo policristalino.
Tensão mecânica
Pelo fato das placas na tecnologia Half cell serem menores, a tensão mecânica em cima delas é dividida entre as células diminuindo a geração de microfissuras que podem diminuir a vida útil do painel solar.
Resultado ao utilizar Half cell
Com isso a tecnologia half cell vem com o objetivo de diminuir as perdas através da diminuição da potência dissipada, conhecida como perdas ôhmicas, aumentando a geração de energia elétrica.
Por não utilizar uma única caixa de junção e deixa de gerar mais 20ºC na placa e isso é muito impactante, pois, de acordo com o fabricante a temperatura ambiente da placa é de 25ºC, cada temperatura maior que essa, irá diminuir o rendimento do painel gradativamente, outro ponto que a tecnologia Half cell tem como objetivo é diminuir o efeito do sombreamento, dividindo o painel em seis partes, assim, dependendo de onde estiver o sombreamento o impacto será duas vezes menor em comparação com a tecnologia full cell.
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