Benchmark tecnoeconômico da produção de hidrogênio verde usando sistemas fotovoltaicos fixos e com seguimento: uma análise integrada PVsyst–MATLAB

Luz do Sol Transformada em Combustível Limpo

Muitos países ensolarados buscam maneiras de converter essa luz em combustível limpo capaz de alimentar fábricas, caminhões e até cidades inteiras sem emitir poluição de carbono. Este estudo investiga a melhor forma de utilizar painéis solares para produzir hidrogênio verde, um combustível obtido da água usando eletricidade renovável. Ao comparar duas maneiras comuns de montar os painéis — uma fixa e outra que segue o sol — os pesquisadores mostram qual configuração produz mais hidrogênio, a menor custo, para uma região ensolarada como Kandahar, no Afeganistão.

Duas Formas de Capturar o Sol

O cerne do trabalho é uma comparação lado a lado de dois sistemas solares que alimentam um dispositivo industrial chamado eletrólito, que separa a água em hidrogênio e oxigênio. Em um sistema, os painéis solares são fixos com uma inclinação definida. No outro, os painéis se movem em uma estrutura de seguimento de eixo duplo para ficar alinhados com o sol ao longo do dia. Ambos os sistemas têm a mesma potência pico, 10 quilowatts, e ambos enviam sua eletricidade diretamente para uma unidade de hidrogênio que opera apenas quando o sol brilha com intensidade suficiente. Isso torna a comparação justa e realista para projetos remotos, autônomos de hidrogênio verde que não contam com a rede elétrica.

Gêmeo Digital de uma Planta Solar de Hidrogênio

Para entender o desempenho em detalhe, os autores constroem um gêmeo digital de toda a cadeia, da luz solar ao hidrogênio. Eles usam uma ferramenta especializada de projeto solar para calcular quanta eletricidade cada arranjo geraria em Kandahar, hora a hora ao longo de um ano inteiro, levando em conta níveis locais de radiação, temperaturas e perdas do sistema. Esses perfis de eletricidade são então inseridos em um segundo modelo desenvolvido em MATLAB, que converte a potência em produção de hidrogênio e soma os custos ao longo da vida útil dos equipamentos. Essa abordagem combinada permite acompanhar como escolhas de projeto no lado solar repercutem na produção de combustível, na eficiência geral e no custo por unidade de energia.

Mais Partes Móveis, Muito Mais Energia

As simulações mostram que, em um clima ensolarado, o seguimento solar compensa fortemente. Enquanto os painéis fixos produzem cerca de 11.253 quilowatt-hora de eletricidade por ano, o sistema com seguimento atinge aproximadamente 15.300 quilowatt-hora, um aumento de 36% a partir da mesma potência nominal. Os painéis móveis capturam luz útil por mais horas a cada dia, tanto no inverno quanto no verão, de modo que mantêm o eletrólito funcionando por mais tempo e de forma mais contínua. Como resultado, a produção anual de hidrogênio sobe de cerca de 240 quilos com painéis fixos para aproximadamente 320 quilos com trackers, apesar do sistema mecânico ser ligeiramente mais complexo e sofrer perdas internas marginalmente maiores.

Custos e Pegadas de Carbono Comparados

A maior maquinária torna o sistema de seguimento mais caro para construir e manter, mas a energia adicional que ele fornece compensa isso ao longo do tempo. Quando todos os investimentos, manutenção e custos de reposição são rateados pela produção ao longo da vida útil, o custo da eletricidade proveniente de painéis fixos fica em torno de 4,8 centavos por quilowatt-hora, enquanto o seguimento reduz isso para cerca de 3,6 centavos. No lado do combustível, o custo do hidrogênio verde cai de cerca de US$ 5,82 por quilo com painéis fixos para aproximadamente US$ 4,37 por quilo com seguimento. Como o sistema com seguimento gera mais eletricidade limpa, ele também evita mais emissões de carbono a cada ano, prevenindo quase 5 toneladas métricas de dióxido de carbono, contra cerca de 3,6 toneladas métricas para a configuração fixa.

O Que Isso Significa para Regiões Ensolaradas

Para leitores que se perguntam como podemos armazenar a luz do sol e levá‑la aonde é necessária, este estudo oferece uma mensagem clara. Em locais com recursos solares fortes e estáveis, usar painéis solares com seguimento para produzir hidrogênio a partir da água pode fornecer mais combustível a um custo de longo prazo menor, ao mesmo tempo que reduz mais a poluição por carbono do que sistemas mais simples de painéis fixos de igual porte. Embora os trackers exijam maior investimento inicial e projeto mais cuidadoso, sua capacidade de seguir o sol aproveita melhor cada metro quadrado de terreno e cada dólar investido. Para formuladores de políticas e planejadores em regiões ensolaradas em desenvolvimento, os resultados sugerem que campos solares móveis inteligentes pareados com unidades de hidrogênio poderiam se tornar uma espinha dorsal prática dos futuros sistemas de energia limpa.

Citação: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

Palavras-chave: hidrogênio verde, seguimento solar, sistemas fotovoltaicos, economia da energia, mitigação de CO2