Telhados solares que também aquecem

Olhe para um painel solar em um dia ensolarado e a maior parte da energia que cai nele não está fazendo nada útil. As células transformam 15 a 20% da luz em eletricidade; 65 a 70% disso se torna calor, o que aquece o painel e o torna menos eficiente (IEA SHC Task 60, 2020). Um coletor fotovoltaico-térmico (PVT) coloca um trocador de calor atrás das células, transporta esse calor na água ou no ar e o usa para água quente, aquecimento do espaço ou uma bomba de calor.

Resumo honesto: PVT funciona, é vendido hoje e pode fornecer duas a três unidades de calor para cada unidade de eletricidade do mesmo telhado, mas só paga onde há um uso constante para o calor de baixa temperatura, e seus custos medidos ainda são maiores do que painéis separados e coletores na maioria dos lugares. Esta página explica por quê, com os números.

1,67 milhões de m²de coletores PVT instalados em todo o mundo até o final de 2024, cerca de 316 MW de capacidade elétrica (IEA SHC, 2025)

554 a 602 GWde painéis solares comuns instalados apenas em 2024, cerca de 30.000 vezes a nova capacidade PVT naquele ano (IEA PVPS, 2025)

100 a 700kWh de calor por m² por ano a partir do PVT, em cima da eletricidade, dependendo do projeto e clima (IEA SHC Tarefa 60)

0,2% a 0,5%da eficiência de uma célula de silício perdida para cada grau que aquece: o resfriamento das células é um bônus, não o prêmio principal

O que é

Um coletor PVT é um painel solar e um coletor térmico solar em um quadro. Existem três famílias principais (IEA SHC Task 60, 2020):

Coletores de água descobertos parecem painéis comuns com um trocador de calor plano colado à parte traseira. Eles funcionam frio, o que se adapta às células, e perdem calor facilmente para o vento. Eles representam 61% da capacidade térmica instalada de PVT em todo o mundo e são mais frequentemente utilizados como fonte de calor para uma bomba de calor.
Coletores cobertos (vidrados) adicionam uma segunda folha de vidro e um espaço de ar isolante na frente das células. Eles atingem os 50 a 60 °C que a água quente doméstica precisa, mas o vidro extra reflete alguma luz e as células funcionam mais quentes, então elas produzem menos eletricidade.
Coletores de ar soprar ar atrás dos painéis e usá-lo para aquecer ou ventilar um edifício. Eles são 33% da capacidade instalada de PVT.

Existem projetos de tubos concentradores e evacuados, mas desempenham um papel menor (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

Como funciona?

O orçamento de luz. Em um dia claro, cerca de 1.000 W de luz solar atinge cada metro quadrado de um painel voltado para o sol; 800 W é uma hora mais brilhante típica. Uma célula de silício converte a parte do espectro que pode usar em eletricidade. O resto é refletido, passa através ou se torna calor na célula.

O calor piora as células. A eficiência elétrica de uma célula de silício cristalino cai quase linearmente com a sua temperatura: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), onde β é de cerca de 0,4% por kelvin (a faixa medida é de 0,2 a 0,5%). Em palavras simples: um painel rotulado como 20% eficiente a 25 °C produz cerca de 18,4% quando as suas células estão a 45 °C, o que é normal num dia ensolarado (Skoplaki e Palyvos, 2009).

Coletando o calor. O calor que um coletor fornece segue a equação na norma de teste EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Aqui η_0 é a proporção de luz solar que se torna calor útil quando o fluido está à temperatura do ar (cerca de 61% é típico para PVT), T_m é a temperatura média do fluido, T_a a temperatura do ar, G a luz solar em W por m² e a_1, a_2 descrevem quão rapidamente o calor escapa. Em palavras simples: quanto mais quente você quiser a água, menos calor você coleta e um coletor descoberto, sem tampa de vidro para manter o vento fora, perde calor muito mais rápido do que um coberto.

O trade-off. A água fria ajuda duas vezes: as células funcionam mais frias e produzem um pouco mais de eletricidade, e o coletor reúne mais calor. A água quente dói duas vezes. É por isso que o PVT e as bombas de calor são parceiros naturais: uma bomba de calor precisa de uma fonte a 5 a 20 °C, exatamente onde um coletor PVT descoberto é mais eficiente. Quando o fluido é mais frio que o ar, um coletor descoberto extrai até mesmo calor do ar, dia e noite, o que lhe permite substituir a unidade exterior de uma bomba de calor de fonte de ar ou recarregar o solo ao redor Bomba de calor geotérmica furos de perfuração. O explicador acima permite que você tente isso.

A proporção. Porque mais da luz se torna calor do que a eletricidade, “duas ou mais unidades de energia térmica são geradas para cada unidade de energia elétrica, dependendo da eficiência da célula e do projeto do sistema” (IEA SHC Task 60, 2020).

Os limites

Teoricamente. A luz solar fornece no máximo cerca de 1 kW por metro quadrado ao meio-dia e, em média, durante um ano, 100 a 300 W por m², dependendo da latitude e do clima. Nenhum coletor pode entregar mais energia do que cai nele (exceto o calor da fonte de ar um coletor descoberto atrai quando ele funciona mais frio do que o ar, que é a física da bomba de calor, não luz solar extra). A eletricidade é limitada pela célula: cerca de um quinto da luz para o silício comercial. O calor é limitado pela temperatura que você precisa: a 60 °C um coletor já perde uma grande parte do que ele reúne.

Prático.

O calor deve ter um uso próximo. O calor de baixa temperatura não pode ser vendido em uma rede como a eletricidade. Em uma tarde ensolarada de julho, uma casa com um tanque de água quente cheio não tem onde colocar mais calor, então o coletor pára de coletar (“estagnação”) e aquece como um painel comum. Dimensionar o lado do calor para a demanda real importa mais do que qualquer detalhe do coletor.
Limites de temperatura. A maioria dos painéis é certificada para temperaturas de célula até cerca de 85 °C. Um coletor coberto deixado estagnado no verão pode se aproximar disso, o que envelhece as juntas de encapsulante e solda.
Dois ofícios em um só telhado. A PVT precisa de um eletricista e um encanador, dois conjuntos de normas (IEC 61215 e 61730 para o lado elétrico, EN ISO 9806 para o lado térmico) e, até recentemente, nenhuma norma única de teste própria. Os especialistas da IEA listam o custo, teste e habilidades do instalador, não a física, como as barreiras (IEA SHC Task 60 position paper).
Concorrência de painéis baratos. Os painéis comuns tornaram-se tão baratos que um telhado pode muitas vezes conter painéis fotovoltaicos separados e um pequeno coletor solar térmico, ou painéis fotovoltaicos mais uma bomba de calor de fonte de ar, por menos dinheiro do que um sistema PVT.

Projetos reais, medidos

Projeto	O que é	O que foi medido ou relatado	Fonte
26 sistemas de exemplo na tarefa 60 da IEA SHC (Europa e além, 2020)	Água quente sanitária, bomba de calor e sistemas industriais, monitorados por cerca de um ano	PVT coberto para água quente: até cerca de 700 kWh de calor por m² por ano; descoberto: cerca de 400.Ratio de desempenho elétrico 0,66 para coletores cobertos e 0,75 para coletores descobertos (PV comum: 0,7 a 0,85).Sistemas de bomba de calor usando PVT descoberto como sua única fonte atingiram um fator de desempenho sazonal de cerca de 3 na Suíça	Schubert e Zenhäusern, 2020
Nova Câmara Municipal, Freiburg, Alemanha (2017)	Coletores PVT para água quente em um prédio de escritórios net-plus energy	Designed to deliver 22 MWh of heat a year against a hot water demand of 145 MWh. The measured demand was only 24 MWh a year, so the collector field was far too large, ran hotter and delivered less heat per m². Solar fraction 29.6%; electrical output as expected	IEA SHC Task 60, Sistemas de PVT existentes
Carrosserie Pfister, Herisau, Suíça	PVT descoberto em um edifício industrial	106 kWp de potência elétrica e 324 kW de potência térmica (potência nominal, não medida)	IEA SHC, Calor Solar Mundial 2025
Nova arena de esportes, Áustria	1.130 m² de PVT com 80 sondas de solo e uma bomba de calor de 540 kW	Projetado para atender uma demanda de calor de 1,4 GWh por ano sem combustível fóssil (figura de projeto)	IEA SHC, Calor Solar Mundial 2025
Mercado mundial, 2024	46 fabricantes relatando	37,5 MW térmicos e 18,6 MW elétricos instalados em 2024; França (629.136 m²), Alemanha e Holanda lideram	IEA SHC, Calor Solar Mundial 2025

O caso de Freiburg é a lição mais útil nesta página: os coletores funcionaram, mas não a previsão de quanto água quente o prédio usaria. Dados publicados e medidos de forma independente para sistemas PVT ainda são escassos; a maioria dos números vem de projetos piloto.

O que custa

Opção	Custo por kWh	Ano e fonte
PVT, sistemas bem dimensionados na amostra da Tarefa 60	electricidade cerca de €0,20; calor abaixo de €0,10	2020, Schubert e Zenhäusern
PVT, média da amostra da Tarefa 60	electricidade €0,10 a €0,15; calor €0,25 (coberto) a €0,45 (descoberto)	2020, mesma fonte (depende de como os custos são divididos entre calor e energia)
PVT, modelado	electricidade €0,20; calor €0,22	Lämmle (2019), citado no mesmo relatório
Benchmark: painéis solares no telhado do mesmo edifício	cerca de $0.19 central	nosso modelo de parede do fã
Instalações solares em telhados comerciais e comunitários, Estados Unidos	$0.09 to $0.20	June 2026, Lazard LCOE+ version 19
Água quente térmica solar, Europa	0,03 € (sul) a 0,19 € (centro e norte) por kWh de calor	2015, ESTIF, citado por Schubert e Zenhäusern
Calor de uma caldeira a gás, agregados familiares da UE	cerca de 0,14 € por kWh de calor (combustível apenas: gás a 0,1228 € por kWh, caldeira com eficiência de 90%)	segundo semestre de 2025, Eurostat

O que a tabela diz: os melhores sistemas PVT já produzem calor por menos do que o custo de combustível de uma caldeira a gás na Europa e eletricidade a cerca do preço dos painéis solares, mas o sistema piloto médio não. A diferença é enorme porque o valor do calor depende inteiramente se ele é usado ou não. Os especialistas da IEA estabeleceram o objetivo de reduzir os custos dos coletores PVT em um fator de 1,5 a 2 por meio do volume e da tecnologia (Task 60 position paper).

Onde pode ganhar, e onde não pode

Ele pode ganhar:

Edifícios com uma demanda de calor durante todo o ano e um telhado pequeno: blocos de apartamentos, hotéis, hospitais, piscinas, lavandarias, salões desportivos. Cada metro quadrado faz dois trabalhos.
Como a fonte de calor para uma bomba de calor. O PVT descoberto pode substituir uma unidade exterior barulhenta ou recarregar um campo de poço para que não esfrie ao longo dos anos, o que é de onde vem o crescimento mais recente.
Locais quentes e ensolarados com demanda de água quente, onde coletores cobertos podem atender à maior parte dela; um sistema Task 60 alcançou uma participação solar de 70%.
Calor industrial de baixa temperatura (lavagem, secagem, pré-aquecimento), onde há uma utilização todos os dias do ano.

Não pode vencer:

Onde o calor não tem utilizador. Uma casa de férias, um escritório com pouca água quente ou uma casa já aquecida por uma bomba de calor com unidade exterior própria podem ser melhor servidos por painéis comuns.
Em altas temperaturas. O vapor e o calor do processo acima de cerca de 80 °C estão além do que as células fotovoltaicas podem tolerar; armazenamento térmico se encaixa melhor.
No preço sozinho contra painéis baratos, até que a instalação se torne tão rotineira quanto o fotovoltaico comum.

O que é comprovado, plausível e especulativo

Provado: a penalidade de temperatura das células de silício; a física do coletor da EN ISO 9806; que os coletores PVT fornecem eletricidade e calor em edifícios reais, com rendimentos medidos de cerca de 400 a 700 kWh de calor por m² por ano; que o PVT descoberto pode servir como a única fonte para uma bomba de calor com um fator de desempenho sazonal próximo de 3 na Suíça; que o sobredimensionamento do lado do calor reduz o rendimento.

Plausible: que a produção em volume e os kits padrão poderiam reduzir os custos por um fator de 1,5 a 2; que as bombas de calor PVT plus podem descarbonizar blocos urbanos densos onde não há espaço para unidades externas ou furos; que o melhor contato térmico entre células e absorvente aumenta ambos os rendimentos.

Especulativo: Resfriamento radiativo noturno acionado por PVT em escala útil (demonstrado em pesquisas, raramente em edifícios); durabilidade a longo prazo da ligação célula-absorvente ao longo de 25 anos de ciclo térmico; fachadas PVT integradas ao edifício a um preço competitivo.

Perguntas de pesquisa abertas

Como as ligações entre células e absorventes e os encapsulantes envelhecem sob ciclos térmicos diários e estagnação no verão? Twenty-five-year field data does not yet exist.
Qual é a divisão correta entre PVT, PV comum e comprimento do poço em um sistema de bomba de calor, e quanto a regeneração PVT realmente prolonga a vida útil do poço?
Uma norma de teste e certificação combinadas podem reduzir o custo e o tempo de lançamento de um produto PVT no mercado?
Como os instaladores devem dimensionar o lado do calor quando a demanda real de água quente é tão incerta, como Freiburg mostrou?
Os trocadores de calor de polímero de baixo custo podem combinar com os metálicos para transferência de calor e vida útil?

O que um protótipo funcional precisaria

Para um inventor com um novo projeto de PVT, a evidência que conta é um coletor medido ao sol, com sensores calibrados, por tempo suficiente para ver tanto os dias bons quanto os maus.

Fase	Trabalho	O que prova	Custo aproximado	Tempo
0. Estudo de mesa	Modelo de transferência de calor do projeto, comparação com dados publicados sobre coletores, estimativa de custo	A ideia supera o PVT existente no papel	$5k to $15k	1 a 2 meses
1. Banco e teste exterior de um coletor	Saída elétrica medida (curvas I-V) e eficiência térmica em várias temperaturas de fluido, seguindo os métodos EN ISO 9806 e IEC 60891, em um laboratório credenciado ou uma configuração cuidadosa da universidade	Real `η_0`, `a_1` e a penalidade de temperatura elétrica	$15k to $40k	3 a 4 meses
2. pequeno sistema piloto	10 a 20 m² alimentando um verdadeiro tanque de água quente ou bomba de calor, com contadores de calor, contadores de eletricidade e estação meteorológica, um ano	Rendimentos sazonais, comportamento de estagnação, confiabilidade	$40k to $100k	12 meses
3. Certificação	IEC 61215 e 61730 (segurança elétrica e durabilidade), Solar Keymark (térmico), aprovações de construção	Um produto que pode ser vendido e segurado	$60k to $150k	9 a 12 meses

As fases 0 a 2 custam cerca de $60,000 to $155,000. Estas são nossas estimativas de custos típicos de laboratório e monitoramento, não cotações.

Quem precisamos

Engenheiro térmico solar com experiência de testes EN ISO 9806.
engenheiro de módulos fotovoltaicos que entende encapsulantes, ciclo térmico e IEC 61215.
Engenheiro de serviços de construção (AVAC) para dimensionar o lado do calor e integrar bombas de calor e armazenamento.
Especialista em monitoramento para projetar medidores de calor e eletricidade calibrados.
Parceiro de fabricação capaz de laminar e colar trocadores de calor em volume.
Instaladores e canalizadores disposto a experimentar uma instalação combinada e relatar o tempo de trabalho real.

Tem uma ideia melhor?

Talvez você tenha um absorvente melhor, uma maneira mais barata de ligá-lo ou uma maneira mais inteligente de usar o calor. Alguns membros da Fundação Local Solar System podem ter contatos que poderiam ouvir um pitch para uma ideia de energia forte. Para ser apresentada, uma ideia precisa de um modelo funcional e real que realmente produz energia e calor, medidos em um instrumento, não reivindicados. Ideias em papel também são bem-vindas: se a física e os números forem sólidos, podemos publicá-las aqui no site. Levantar capital sem um modelo de trabalho é muito difícil, e não podemos prometer financiamento, retornos ou introduções.

Para PVT, a medição mais barata que conta como um modelo de trabalho é um coletor ao ar livre ao lado de um painel comum idêntico, com as temperaturas da água de entrada e saída, o fluxo e a saída elétrica de ambos os painéis registrados por algumas semanas ensolaradas. Isso mostra o calor ganho e a eletricidade ganha ou perdida. Envie-a através do formulário de contribuição, e veja como a PVT se compara com outras ideias no radar de ideias.

Fontes

FERREIRA, M. et al. (2020). Conceitos básicos de tecnologias coletoras PVT, áreas de aplicação e mercado. IEA SHC Task 60, Relatório D5.
Skoplaki, E. e Palyvos, J.A. (2009). Sobre a dependência da temperatura do desempenho elétrico de módulos fotovoltaicos: uma revisão das correlações eficiência/potência. Solar Energy 83(5), 614-624.
AEE INTEC e IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, edição 2025, capítulo 5.4, Sistemas fotovoltaicos-térmicos.
IEA PVPS (2025). Snapshot dos mercados fotovoltaicos globais 2025.
IEA SHC Task 60 (2020). Carta de posição sobre tecnologia PVT.
Schubert, M. and Zenhäusern, D. (2020). Avaliação de desempenho de sistemas PVT. IEA SHC Task 60, Relatório D2.
IEA SHC Task 60 (2020). Sistemas e soluções PVT existentes, incluindo a ficha informativa da Nova Prefeitura de Freiburg (após Réhault et al., 2019).
2017 (em inglês). ISO 9806:2017, Energia solar: coletores solares térmicos, métodos de ensaio.
Chow, T.T. (2010). Uma revisão sobre a tecnologia solar híbrida fotovoltaica/térmica. Energia Aplicada 87(2), 365-379.
Herrando, M., Markides, C.N. e Hellgardt, K. (2014). Uma avaliação baseada no Reino Unido de sistemas fotovoltaicos e solares térmicos híbridos para aquecimento doméstico e energia: desempenho do sistema. Energia Aplicada 122, 288-309.
Lazard (junho de 2026). Custo de Energia Nivelado+, versão 19: solar comunitário e C&I $88 to $197 por MWh.
Eurostat (2026). Estatísticas de preços do gás natural: média doméstica da UE €0,1228 por kWh, segundo semestre de 2025.
Local Solar System Fundação (2026). A parede do ventilador: modelo aberto, benchmark solar de telhado.