Fatores que Influenciam a Geração de Energia Solar (Parte 2)
Na primeira parte eu escrevi sobre quatro fatores que influenciam na geração de energia solar (veja aqui). Agora irei continuar descrevendo os outros fatores.
Temperatura
A temperatura é um dos principais fatores que afetam o rendimento da geração fotovoltaica. Como dito na parte 1, a potência-pico dos módulos é referenciada com as células mantidas à uma temperatura padrão de teste de 25°C. Porém, na prática, dificilmente a temperatura de operação de um módulo fotovoltaico será igual à esta condição de teste. A própria geração de energia aumenta a temperatura das placas, de modo que elas sempre terão uma temperatura maior que o ambiente.
O problema está no fato que a potência de geração dos módulos diminui com a temperatura das células. Os próprios fabricantes devem informar qual a taxa de decrescimento de geração de potência em função da temperatura (o chamado “coeficiente de temperatura”, dado em %/°C, com valor negativo).
Alguns fatores influenciam na temperatura real dos módulos, mas os principais são: temperatura ambiente e tipo de estrutura de fixação. O primeiro caso é óbvio, quanto maior a temperatura ambiente, maior será a temperatura das células das placas solares. Por exemplo, os sistemas fotovoltaicos instalados no Rio de Janeiro sofrem maior decréscimo de potência em função da temperatura do que os sistemas instalados em Porto Alegre, pois a temperatura média no ano de uma cidade é maior que a outra (mas é importante ressaltar que a irradiância no Rio de Janeiro é maior do que em Porto Alegre, então um fator “compensa” o outro). O segundo fator (tipo de fixação) está relacionado mais com a refrigeração natural dos módulos. Por exemplo, os módulos fixados em estruturas totalmente elevada do solo possuem maior refrigeração natural (fluidez do ar e passagem de vento) do que sistemas cujos módulos estejam fixados em telhados. Dessa forma, é correto dizer que a eficiência em função da temperatura é maior para sistemas com módulos fixados em estruturas elevadas do que os instalados em telhados (mas este é o mais barato e, com isso, o mais utilizado).
Perda de Eficiência dos Módulos
As células de fotovoltaicas de silício cristalizado perdem eficiência no decorrer dos anos, então é errado afirmar que os sistemas fotovoltaicos continuarão gerando a mesma potência durante toda sua vida útil. De fato, no primeiro ano do sistema instalado, as placas solares têm uma perda de eficiência de 1% a 2% e nos demais anos de 0,5% a 0,8%.
É esperado que no décimo ano o sistema fotovoltaico tenha um rendimento superior a 90%, poisa maiorias dos fabricantes de módulos fotovoltaicos dão garantia de eficiência, em 10 anos, superior a 90%, em relação à energia gerada no começo do primeiro ano.
Esse fator não deve ser negligenciado no dimensionamento do sistema e, especialmente, no cálculo do payback do mesmo. Já que, se for desconsiderado, o sistema poderá ter um retorno de investimento com o prazo maior que o esperado.
Tolerância e Incompatibilidade Elétrica
Todos os módulos fotovoltaicos possuem suas especificações fornecidas pelo seu fabricante para as condições ideais de laboratório. Eles são todos testados em um simulador solar e a potência-pico individual será ligeiramente diferente entre os modelos (variância). Dessa forma, os fabricantes informam quais são as tolerâncias de potência nos datasheets e é comum haver “tolerância de potência negativa” (ex.: -3%/+3%). O mesmo é válido para a tensão e corrente nominal.
Levando isto em consideração, constata-se que as características elétricas variam de unidade para unidade e, quando se associa módulos fotovoltaicos com diferentes níveis de tensão, corrente e potência, acontece um “nivelamento por baixo”, com os valores de tensão e corrente do painel fotovoltaico (conjunto de módulos) sendo “puxado para baixo” pelos componentes de menor potência.
Mesmo quando se utiliza equipamentos idênticos e de excelente qualidade, é prática comum considerar um pequeno valor de perda, que é conhecido internacionalmente pelo termo em inglês: “mismatching losses”.
Perdas no Inversor
As perdas no inversor interativo não podem ser desconsideradas, a energia que os módulos fotovoltaicos geram de fato não será completamente utilizada, pois uma parte será perdida no inversor. Uma parte da energia que entra no dispositivo é utilizada para o funcionamento dos seus componentes internos, enquanto outra parte é perdida durante os processos de chaveamento e conversão de potência.
Alguns fabricantes fornecem tabelas de eficiência dos inversores, que relaciona a sua potência nominal com a potência que efetivamente recebem, outros fabricantes fornecem um gráfico de rendimento. Isto significa que os inversores interativos possuem várias eficiências de acordo com a porcentagem de sua potência nominal que estão recebendo do arranjo fotovoltaico. Então, ao longo do dia (e do ano, claro) o seu rendimento varia em função da geração de potência do arranjo fotovoltaico, que por sua vez varia de acordo à irradiância e temperatura ambiente. É por esse motivo que os datasheets dos inversores trazem, além da eficiência máxima, o valor da eficiência média.
Um ponto importante que deve ser considerado é a relação entre a potência máxima (de entrada) do inversor interativo e a potência efetiva do arranjo fotovoltaico. Se o inversor for muito subdimensionado em relação ao arranjo fotovoltaico, nos momentos em que a irradiância solar for máxima, ele não aproveitará todo o potencial do painel fotovoltaico. Por outro lado, se o inversor for muito superdimensionado em relação ao arranjo fotovoltaico, mesmo que este tenha a capacidade de absorver e converter toda a energia gerada pelo painel fotovoltaico, ele não apresentará o seu rendimento máximo.
Conclusão
A determinação da potência real gerada por um sistema fotovoltaico para ser utilizada nos aparelhos e equipamentos é mais complexo do que pode parecer. Muitos fatores devem ser observados para que o sistema gere a energia requisitada pelo usuário, nem a menos e nem a mais (sim, gerar muito a mais que o necessário não é economicamente saudável). Para quem se interessa em trabalhar no setor de energia solar, existem cursos muito bons que ensinam esses fatores e outros assuntos relacionados ao projeto e ao setor de energia solar (como este aqui).
O Brasil é um dos países de maior potencial de geração de energia solar do mundo, devido à sua grande extensão territorial e posição geográfica no planeta. A expansão do setor solar no Brasil está sendo enorme, devido a esses motivos e, também, ao barateamento dos custos do painel solar e o inversor fotovoltaico, principalmente.