Calculadora de Produção de Painéis Solares: kWh Reais por Painel, Dia e Ano

A potência nominal e a produção real não são a mesma coisa

Cada painel solar tem uma potência em watts medida em condições padrão de teste (STC): 1000 W/m² de luz e uma célula a 25°C. Um painel real quase nunca vê as duas coisas ao mesmo tempo. Quando a luz é forte a célula está quente, e quando a célula está fresca a luz é fraca. Além disso, parte da luz é refletida pelo vidro, o pó bloqueia outra parte, e a cablagem e o inversor tiram a sua parte. Esta calculadora de produção de painéis solares passa por todos estes passos, para que veja o que um painel e todo o sistema entregam de facto, e para onde vai o resto.

Em Nova Iorque, um painel TOPCon de 450 W num telhado inclinado no ângulo ideal chega a cerca de 373 W num dia limpo, ou seja 83 % da sua etiqueta, e produz cerca de 608 kWh por ano. Um sistema de 12 destes painéis (5,4 kWp) entrega cerca de 7295 kWh por ano, com um performance ratio de 79,6 %.

Produção por painel, por dia, por mês e por ano

Os resultados dão a produção em cada unidade útil. Os kWh por ano do sistema são o número a comparar com a sua fatura de eletricidade e com o orçamento de um instalador. A produção de um painel responde à pergunta de quanta eletricidade produz um painel solar. Os kWh por dia no inverno e no verão contam para baterias e locais isolados. A produção específica em kWh por kWp permite comparar locais e sistemas de qualquer tamanho.

Uma calculadora de produção solar grátis e sem registo

Não há conta, email nem número de telefone. O ponto escolhido serve só para calcular a luz solar e não é guardado, e o PDF é criado no seu próprio navegador. Por isso é uma calculadora de produção fotovoltaica neutra para verificar um orçamento antes de falar com alguém.

Quem usa uma calculadora de produção fotovoltaica?

Proprietários de casas que querem saber o que os seus painéis vão produzir de facto. Donos de sistemas existentes que querem verificar se a produção é normal. Instaladores que precisam de explicar a um cliente a diferença entre a etiqueta e o contador. Engenheiros e estudantes que querem ver o efeito do calor, do tamanho do inversor ou da tecnologia. Para saber quantos painéis cabem num telhado, use a Calculadora Solar de Telhado. Para um número rápido de kWh por local, use a Calculadora de Energia de Painéis Solares, e para o melhor ângulo a Calculadora de Ângulo de Inclinação.

Funções principais desta calculadora de produção de painéis solares

• Qualquer local da Terra: clique no mapa, pesquisa por morada ou código postal, localização atual ou coordenadas.
• Qualquer potência de painel de 10 a 1.000 W e até 20.000 painéis, com seis tecnologias e os seus valores de ficha técnica.
• Inclinação ideal ou a sua própria inclinação e orientação, e três tipos de montagem com a sua própria temperatura das células.
• Uma estimativa do clima a partir da latitude, ou a sua própria temperatura anual e variação sazonal.
• Cada perda como definição: sujidade, sombra, desajuste, cablagem DC, LID, eficiência do inversor, rácio DC/AC, cablagem AC e disponibilidade.
• Produção por ano, por painel, por dia e por mês, o performance ratio, a potência de pico de um dia limpo e a temperatura das células.
• A potência de ficha técnica (STC e NOCT) e a potência real de um painel lado a lado.
• Gráficos: cadeia de perdas, produção mensal, potência ao longo do dia, temperatura do ar e das células, produção ao longo dos anos, comparação de tecnologias.
• Tabelas: cadeia de perdas, mês a mês, seis tecnologias, seis tamanhos de inversor, produção ao longo dos anos e um painel de cada tamanho.
• A análise de um engenheiro solar com próximos passos, uma janela no mapa com partilha no WhatsApp, um link para copiar e um relatório PDF.

Produção de um painel por tamanho e cidade

A tabela mostra a produção média por dia de um painel após todas as perdas, para potências comuns em seis climas. Todos os painéis são TOPCon num telhado inclinado na inclinação ideal do local, com as perdas por defeito da calculadora.

Um painel solar de 400 W produz cerca de 2,05 kWh por dia em Phoenix, mas só 0,90 kWh em Oslo. A potência é a mesma; a luz solar não é. Multiplique por 365 para o ano: um painel de 400 W produz cerca de 540 kWh por ano em Nova Iorque.

As horas de sol pico: a ligação entre watts e kWh

As horas de sol pico são a luz solar diária no painel, expressa em horas de sol pleno (1000 W/m²). Um painel no ângulo ideal recebe em Nova Iorque 4,65 horas de sol pico por dia em média ao longo do ano, em Phoenix 6,59 e em Londres 3,15. Um painel de 400 W produziria em Nova Iorque 0,4 kW x 4,65 h = 1,86 kWh por dia se não houvesse perdas. A produção real é mais baixa, de acordo com o performance ratio.

A cadeia de perdas de um sistema em Nova Iorque

O exemplo são 12 painéis TOPCon de 450 W (5,4 kWp) em Nova Iorque, a 32° virados a sul num telhado inclinado, com um inversor de 4,50 kW (rácio DC/AC 1,2). Os painéis recebem 1697 kWh de luz solar por m² por ano, por isso produziriam 9165 kWh à sua potência nominal. O gráfico e a tabela mostram o que tira cada passo.

O performance ratio

O performance ratio (PR) é a energia entregue dividida pela energia que os painéis produziriam à sua potência nominal com a mesma luz solar. É a parte da energia solar que sobra depois de todas as perdas.

O PR é mais alto em locais frescos, porque os painéis funcionam perto de 25°C, e mais baixo em locais quentes. Por isso um local soalheiro e quente não produz tanto a mais como a luz solar sozinha faria pensar.

Quanto aquece uma célula solar: o modelo NOCT

Uma célula solar é aquecida pela luz que não transforma em eletricidade. A ficha técnica dá o NOCT (temperatura nominal de funcionamento da célula): a temperatura da célula a 800 W/m², com ar a 20°C e vento de 1 m/s numa estrutura aberta. A partir dele, a temperatura da célula em cada momento é:

Exemplo: um momento com muita luz, 900 W/m², num painel TOPCon (NOCT 43°C) num telhado inclinado (51°C com a montagem), com ar a 30°C. A célula está a 30 + (51 - 20) / 800 x 900 = 64,9°C.

O coeficiente de temperatura de Pmax

O coeficiente de temperatura de Pmax diz quanta potência o painel perde por cada grau acima de 25°C. Para a célula do exemplo a 64,9°C com um coeficiente de -0,30 %/°C:

Montagem e caixa de ar

O ar atrás do painel leva o calor. O mesmo painel é mais fresco numa estrutura aberta do que num telhado, e mais quente quando está integrado no telhado sem caixa de ar.

Porque é que um sol baixo dá menos potência

O vidro reflete mais luz quando a luz chega com um ângulo baixo. A calculadora usa o modificador do ângulo de incidência (IAM) ASHRAE para a luz direta, e um valor fixo de 0,94 para a luz do céu e do solo:

Ao longo de um ano isto custa cerca de 3,2 % em Nova Iorque. Os painéis virados para longe do equador, ou muito inclinados, perdem mais, porque uma parte maior da sua luz chega com um ângulo baixo.

O que quer dizer o rácio DC/AC

O rácio DC/AC é a potência dos painéis dividida pela potência AC do inversor. Um campo de 5,4 kWp num inversor de 4,50 kW tem um rácio de 1,2. Como os painéis raramente chegam à sua potência nominal, os instaladores escolhem muitas vezes um rácio de 1,1 a 1,3: o inversor é mais pequeno e mais barato, e funciona numa parte mais eficiente da sua curva durante a maior parte do dia. O preço é o corte (clipping): nas horas com mais luz a potência em corrente contínua a mais é cortada.

Perda por corte segundo o rácio DC/AC

Eficiência do inversor

Os inversores de string modernos transformam 96 a 98,5 % da potência contínua em alternada. Use a eficiência ponderada da ficha técnica (eficiência europeia na Europa, CEC nos Estados Unidos), porque mostra melhor o funcionamento real com carga parcial do que o valor máximo.

LID do primeiro ano e degradação anual

Os painéis novos perdem uma pequena parte da potência nos primeiros dias de sol. É a degradação induzida pela luz (LID): cerca de 1 a 2 % nos PERC de tipo p e 0,5 a 1 % nas células de tipo n. Depois a potência desce devagar, cerca de 0,25 a 0,7 % por ano conforme a tecnologia. A calculadora aplica a LID ao ano 1 e depois a taxa anual.

Em 25 anos, o sistema TOPCon de 5,4 kWp em Nova Iorque entrega no total cerca de 173 888 kWh. Verifique a garantia de potência linear dos painéis: a maioria promete 80 a 90 % da potência após 25 a 30 anos.

Dia limpo e dia médio

Um dia médio mistura tempo limpo e tempo nublado. A sua potência ao meio-dia é mais baixa do que a de um dia limpo, e nunca mostra o pico real. Por isso a calculadora divide cada mês em dias limpos e dias nublados, ponderados para que o mês mantenha a luz solar do céu escolhido. O pico de um dia limpo em Nova Iorque é de cerca de 4,48 kW para 5,4 kWp, perto das 11:00 hora solar.

Painéis a este e a oeste

Painéis a 30° virados a este produzem em Nova Iorque cerca de 5996 kWh por ano, 18 % menos do que no ângulo ideal, mas a sua potência chega mais cedo no dia e têm menos corte. Os sistemas este-oeste são comuns em telhados planos, porque as filas podem ficar muito próximas.

Como ler as tabelas das cidades

Cada linha é o mesmo sistema (12 painéis TOPCon de 450 W, 5,4 kWp) na inclinação ideal para a cidade, num telhado inclinado, com as perdas por defeito e uma estimativa do clima a partir da latitude. Clique na cidade no mapa acima para definir os seus próprios painéis.

Produção de painéis solares nos Estados Unidos

Produção de painéis solares na Europa

Produção de painéis solares na Austrália

Produção de painéis solares no Reino Unido

O modelo da luz solar

1. Para o dia médio de cada mês, encontra a declinação do sol, a duração do dia e a luz solar acima da atmosfera (Duffie e Beckman).
2. Reduz essa luz com uma atmosfera de céu limpo (Hottel, 1976) e um fator de nuvens conforme o céu escolhido.
3. Divide o mês em dias limpos e dias nublados (20 % de um dia limpo), ponderados para que o mês mantenha a mesma luz solar.
4. Para cada tipo de dia, separa a luz direta da luz difusa (Erbs, Klein e Duffie, 1982) e distribui-a por 144 passos do dia (Collares-Pereira e Rabl, 1979).
5. Em cada passo, encontra o ângulo do sol no painel e a luz direta, do céu e do solo no painel inclinado (Liu e Jordan, 1963, com 20 % de reflexão do solo).

O modelo de produção

1. Reflexão: modificador do ângulo de incidência ASHRAE com b0 = 0,05 para a luz direta, 0,94 para a luz do céu e do solo.
2. Sujidade e sombra, conforme as definições.
3. Temperatura das células com o modelo NOCT, com a montagem somada ao NOCT, e temperatura do ar a partir da média anual, de uma variação sazonal e de uma variação diária de ±5°C.
4. Variação da potência conforme o coeficiente de temperatura de Pmax.
5. Desajuste, cablagem DC e LID do primeiro ano.
6. Eficiência do inversor, e depois corte à potência AC do inversor.
7. Cablagem AC e disponibilidade.
8. Anos seguintes: degradação anual após o ano 1.

Cada passo regista a energia que tira, por isso a cadeia de perdas chega sempre exatamente à produção entregue.

Precisão e limites

Para um sistema bem feito, a estimativa costuma ficar a menos de 10 % do PVGIS e do PVWatts, que usam anos meteorológicos medidos. O modelo não vê a sombra local, a camada de neve, a meteorologia real de um ano concreto nem o clima exato de um vale ou de uma costa. A estimativa da temperatura a partir da latitude é aproximada: escreva a média anual real da sua localidade para uma perda por temperatura melhor. Antes de comprar, peça uma visita técnica a um instalador.

Os termos usados nos resultados

STC (condições padrão de teste)

1000 W/m² de luz, uma célula a 25°C e uma massa de ar de 1,5. A potência nominal de um painel é medida em STC.

NOCT / NMOT

Temperatura da célula a 800 W/m², com ar a 20°C e vento de 1 m/s. Serve para estimar a temperatura real da célula.

Coeficiente de temperatura de Pmax

Variação da potência por cada grau de temperatura da célula afastado de 25°C, em %/°C.

Irradiância POA

Luz solar no plano dos painéis, em W/m² num momento ou em kWh/m² num dia ou num ano.

Horas de sol pico

A luz solar POA do dia expressa em horas a 1000 W/m².

Performance ratio (PR)

Energia AC entregue dividida por kWp x luz solar POA. A parte da energia solar que sobra depois de todas as perdas.

Produção específica

Energia anual por kWp de painéis, em kWh/kWp.

Fator de capacidade

Energia anual dividida pela energia dos painéis à potência máxima durante todo o ano (8.766 horas).

IAM

Modificador do ângulo de incidência: a parte da luz que entra no vidro com um dado ângulo.

LID

Degradação induzida pela luz: a pequena perda de potência das células novas nos primeiros dias de sol.

Rácio DC/AC

Potência dos painéis (DC) dividida pela potência AC do inversor.

Corte (clipping)

Potência DC acima do que o inversor consegue entregar em AC. É cortada e perdida.

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