Fatores que Influenciam a Geração de Energia Solar (Parte 1)

Os módulos fotovoltaicos (ou placas solares) possuem sua especificação de potência em Wp (Watts-pico) que, na prática, é um valor maior que a potência efetivamente gerada pelo sistema fotovoltaico para consumo de uma residência, comércio ou indústria. Isto porque a potência-pico (Wp) é a potência gerada pelos módulos nas condições padrão de operação pouco realistas da STC (do inglês Standard Test Conditions — Condições padrão de teste).

Durante esse teste, os módulos são submetidos a uma irradiância direta de 1000 W/m², a temperatura das placas é mantida em 25 °C e coeficiente de massa (AM — Air Mass) é de 1,5. Ou seja, na realidade, essas condições de operação que fazem os módulos gerarem a potência-pico são dificilmente atingidas no dia a dia.

Abaixo relaciono a primeira parte dos principais fatores que influenciam na geração do sistema fotovoltaico:

1- Irradiância sobre os módulos

A irradiância ou, em termo mais simplificado, intensidade luminosa, é o quanto de energia proveniente do sol chega em um determinado ponto. Ela é diretamente proporcional à capacidade de gerar energia do módulo fotovoltaico. Ou seja, se um determinado painel que recebe 1000 W/m² de irradiância na sua superfície gera 240 W, então ele irá gerar 120 W com a irradiância de 500 W/m², se forem mantidas todas as condições anteriores (tensão de saída, temperatura, posicionamento e etc).

Logo, é fácil concluir que em dias nublados o sistema fotovoltaico irá gerar menos energia que em dias ensolarados, assim como de manhã ou no entardecer também irá gerar menos energia que ao meio dia.

Outro fator importante é a localização geográfica do sistema solar. Na Alemanha a irradiância média durante todo o ano é menor que no Brasil, pois a Alemanha está mais afastada da linha do equador do que o Brasil. É possível escrever um artigo inteiro somente sobre isso, mas simplifiquei para não deixar o post muito extenso.

2- Inclinação e Orientação dos Painéis

Este também é um fator que influencia bastante a geração do sistema de energia solar. Dada uma certa irradiância, a posição que irá proporcionar a maior geração de energia é a incidência direta do feixe luminoso no painel (perpendicular ao plano do módulo). É óbvio que esta condição será raramente atendida na prática, já que o sol se movimenta durante todo o dia (e durante o ano) e o telhado das casas nem sempre possui a orientação ideal. Mas é sempre possível otimizar, buscando o mais próximo da condição ideal.

Para países localizados ao Sul do equador, a melhor orientação dos painéis é para o Norte, já que o sol, em média, irá se posicionar mais ao Norte do que ao Sul durante todo o ano. Se você mora no Brasil, experimente observar ao meio dia de um dia no inverno uma leve inclinação do sol para o Norte no meio dia (condição que o sol se localiza “no pico” do dia).

A inclinação dos módulos também irá otimizar a geração do sistema fotovoltaico. Como dito acima, o sol se movimenta durante todo o ano mudando sua inclinação em relação ao plano. O cálculo para a otimização da geração dos painéis solares é complexo e requer a utilização de programas específicos para sua determinação. Entretanto, para simplificação, costuma-se adotar a inclinação ideal dos painéis como sendo o valor da latitude que o sistema de encontra.

3- Sombra sobre os Módulos

Este pode parecer não muito relevante, mas é um dos principais fatores que influenciam instantaneamente a geração do sistema fotovoltaico. Tanto que os fabricantes dos painéis solares implementam sistemas de proteção (como diodos de by-pass) para diminuir o impacto na geração do sistema fotovoltaico.

O fato é que ao menos uma folha em cima de um módulo é capaz de afetar não apenas o painel solar em questão, mas o sistema como um todo. Isto porque as células bloqueadas pela sombra não irão gerar corrente elétrica, de tal forma que estas funcionarão como uma carga (resistência) limitando a corrente de todas as células em série. Se este problema persistir por muito tempo, as células sombreadas poderão queimar (criando hot-spots) e afetar a geração de energia do módulo inteiro.

Para evitar esta queima, os fabricantes segregam partes do módulo com diodos de by-pass, de forma que se houver algum sombreamento todas essas células segregadas sejam “puladas” para evitar o excesso de calor nas células com sombra. Porém, esta manobra de segurança irá afetar todo o módulo temporariamente e, consequentemente, todos os módulos em série a este. Portanto, mesmo com este dispositivo de segurança, todo o sistema de geração de energia solar será afetado.

É de senso comum que qualquer fator gerador de sombra deve ser evitado da maior forma possível (árvores, edifícios e etc). Existem até equipamentos e aplicativos de celular que auxiliam o instalador do sistema na verificação desses elementos.

4- Sujeira nos Painéis

Quando as partículas de sujeira se acumulam sobre a face dos módulos fotovoltaicos, a quantidade de energia solar que chega às células irá diminuir. Isto é óbvio, pois a face dos módulos fotovoltaicos estará menos transparente, então menos luz irá passar para gerar o efeito fotovoltaico.

Dessa forma, é necessário ter uma frequência de manutenção preventiva para se limpar os módulos, evitando o acúmulo excessivo de poeira, fuligem, particulados e demais sujeiras (como fezes de pássaros). Se os módulos forem instalados em locais com altos índices de poluição atmosférica (como em grandes centros urbanos ou industriais), é necessária uma periodicidade maior, pois o acúmulo de sujeira pode se tornar significativo e afetar demasiadamente a geração de energia solar.

Parte 2

Escrevi um outro artigo que explica os outros fatores que influenciam a geração de energia de um sistema fotovoltaico (confira aqui).