O crescimento recente e previsível da energia fotovoltaica em telhados é uma boa notícia do ponto de vista da geração de energia renovável: o autoconsumo dobrou na Espanha em 2021 com 1.151 MW, segundo a APPA, e o Roteiro de Autoconsumo Miteco Tem o objetivo de atingir 9 GW em 2030, número que pode ser aumentado para 14 GW no cenário mais otimista.
No entanto, o crescimento da energia fotovoltaica em ambientes urbanos também apresenta questões prementes: os painéis fotovoltaicos alteram e são afetados pelo ambiente local, em termos de temperatura ambiente, fluxo radiante dependente do comprimento de onda, sombreamento dos painéis por estruturas próximas e sombra fornecida pelos painéis para os habitantes abaixo, de acordo com um estudo recente.
O artigo “Photovoltaics in the built environment: A critical review”, publicado na revista Energy and Buildings, revisa as pesquisas sobre os mecanismos de retroalimentação entre a produção de energia fotovoltaica e o ambiente urbano, ao mesmo tempo em que aponta as limitações e até os erros da literatura sobre este assunto.
A revisão dos autores sobre como o ambiente urbano afeta o desempenho dos sistemas fotovoltaicos ou como os sistemas fotovoltaicos afetam seu ambiente urbano rendeu 116 artigos únicos. O autor principal da revisão, David Sailor, da Arizona State University, EUA, diz que, embora o ambiente urbano possa afetar negativamente a produção de energia das instalações fotovoltaicas, a presença de sistemas fotovoltaicos também pode afetar vários aspectos-chave do ambiente urbano. Especificamente, os sistemas fotovoltaicos afetam a temperatura do ar urbano, o consumo de energia dos edifícios e o fornecimento de sombra.
Aquecimento diurno
Quanto ao primeiro ponto, o artigo destaca que “múltiplos estudos mostraram que as instalações fotovoltaicas de grande escala podem aquecer o ar durante o dia em vários graus C, enquanto podem resfriar o ar à noite. Isso se deve em grande parte ao fato de os painéis fotovoltaicos terem muito pouca massa térmica, então eles convertem grande parte do excesso de energia solar absorvida em aquecimento convectivo do ar circundante”, explica.
Os cientistas observam que o painel fotovoltaico montado no telhado inibe o resfriamento de ondas longas da superfície do telhado à noite em clima quente, fornecendo um mecanismo para aumentar as cargas de ar condicionado, especialmente em climas urbanos. “Da mesma forma, pode haver uma penalidade por aquecimento no inverno quando você deseja que a radiação solar atinja a superfície do edifício, mas os painéis fotovoltaicos estão protegendo o edifício”, dizem os investigadores.
Uma diferença de 20% na produção entre o campo e a cidade
Outro aspecto interessante é que a implantação de sistemas fotovoltaicos instalados em ambiente urbano pode afetar negativamente a eficiência do sistema fotovoltaico, reduzindo a produção total de energia em até 20% em comparação com aplicações fotovoltaicas em ambientes rurais. “Recomenda-se que os desenvolvimentos futuros das tecnologias fotovoltaicas se concentrem tanto no aumento da eficiência quanto na necessidade de aumentar a reflexão dos comprimentos de onda da energia não convertida em eletricidade pelas células fotovoltaicas”, destaca o artigo.
A poluição do ar pode reduzir ainda mais a produção de energia das instalações fotovoltaicas entre 5 e 15%. Estudos mostram que a deposição de partículas finas, perceptível em ambientes urbanos altamente poluídos, pode reduzir a produção de energia fotovoltaica mais do que as partículas grossas.
“Prevejo combinar algumas dessas inovações da ciência dos materiais com nossos desenvolvimentos convencionais de fotovoltaica e criar uma nova geração do que poderíamos chamar de ‘Fotovoltaica a frio’. Ou seja, painéis fotovoltaicos que talvez sejam tão eficientes quanto nossa geração atual de fotovoltaicos, mas são muito mais eficientes termicamente, então funcionam muito mais frios”, diz Sailor.
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