O’que é fotovoltaica – Glauco Diniz Duarte

O mercado de energia solar é considerado um dos mais promissores no Brasil e em muitos lugares do mundo. Porém, ainda existem muitas dúvidas quanto as condições que podem prejudicar a geração de energia solar.

Pensando nisso, desenvolvemos esse conteúdo exclusivo. Com essa leitura, você poderá entender quais atitudes precisam ser tomadas para que o máximo da capacidade de geração de energia seja alcançado.

Leia este artigo e saiba tudo sobre o assunto!

IRRADIÂNCIA SOBRE OS MÓDULOS

Por um lado, a chuva é uma grande aliada quando o assunto é a limpeza dos painéis solares. Mas, por outro, ela prejudica a produção de energia desse tipo de sistema.

Na verdade, não é a chuva propriamente dita que acaba atrapalhando a geração de energia solar. O que influencia essa produção é a questão da nebulosidade, que diminui os níveis de irradiância sobre os módulos, tornando menor a capacidade de produção de energia dos painéis.

A maioria das regiões do nosso país tem índices de precipitação relativamente baixos. Por isso, as características do clima no Brasil representam um grande potencial da fonte solar por aqui, pois apresentam desempenhos altamente satisfatórios mesmo quando analisadas cidades que têm dias mais cinzentos, como Curitiba.

Para dar uma ideia melhor, se pegarmos como parâmetro de comparação a Alemanha, que está entre os países que mais produzem energia solar no mundo, ela fica bem abaixo do Brasil quando o assunto é nível de irradiação solar.

De acordo com o Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina (IDEAL), a região que tem maior índice de irradiação solar na Alemanha ainda tem 40% a menos de radiação do sol quando comparada a região menos ensolarada do Brasil.

Outro fator que influencia fortemente a ampliação da quantidade de energia elétrica gerada por um sistema fotovoltaico é a irradiância refletida.

Trata-se do conceito denominado Albedo, que é a capacidade que uma determinada superfície tem de refletir a radiação solar. Costumeiramente, os telhados que são claros, compostos por aluzinco, têm maior poder de reflexão das placas instaladas. Consequentemente, a energia elétrica gerada é maior.

Portanto, em resumo, podemos definir a irradiância como a quantidade de energia procedente do sol que atinge uma determinada localização.

A irradiância é diretamente proporcional ao potencial de geração de energia do sistema fotovoltaico. Veja um exemplo prático: se considerarmos que um painel receba 1000 W/m² de irradiância e, com isso, gere 240 W, caso ele tenha 500 W/m² de intensidade luminosa em um dia, ele terá capacidade de gerar 120 W, quando mantidas as mesmas condições anteriores, ou seja, tensão de saída, temperatura, posicionamento, entre outras.

Por isso, podemos chegar a conclusão que os dias nublados geram menos energia do que os dias de sol constante, da mesma maneira que ao meio dia a geração de energia solar será maior do que no período da manhã ou no final de tarde.

INCLINAÇÃO E ORIENTAÇÃO DAS PLACAS SOLARES

A inclinação e orientação das placas solares é um fator que também impacta na geração de energia solar por parte de um sistema fotovoltaico. Se considerarmos uma determinada irradiância, o posicionamento que proporcionará uma geração de energia maior será que o que tiver a incidência direta do feixe luminoso no painel, ou seja, vertical ao plano do painel.

Claro que essa condição, na prática, dificilmente será possível, visto que a luz solar está em constante movimento durante todo o dia, e todo o ano. Outro motivo é o fato dos telhados dos imóveis nem sempre ter a orientação ideal. Porém, sempre que for possível, os especialistas aconselham que seja feita a instalação de modo a chegar o mais perto da condição ideal.

Para as nações que estão localizadas na parte sul da linha do Equador, a orientação mais indicada dos painéis solares é voltada para o norte, pois a luz solar, na maior parte do tempo, terá o seu posicionamento mais para o norte do que para o sul durante todo o ano. Lembre-se que o sol nasce no leste, sobe realizando uma inclinação para o norte e, no final do dia, tem o seu poente no oeste.

Basta, aqui no Brasil, analisar os raios solares durante o inverno ao meio dia, condição ideal para ver o pico da luz solar. Você verá que esses raios terão uma leve inclinação para o Norte.

Portanto, se você quer otimizar a geração de energia elétrica de um sistema fotovoltaico, precisa estar atento à inclinação dos módulos solares. Afinal, conforme dissemos acima, a maior estrela do sistema solar, que justamente por isso leva o seu nome, se movimenta durante todo o ano, alterando a sua inclinação em relação ao plano.

A tarefa de calcular como otimizar a geração de energia dos painéis fotovoltaicos não é simples. Trata-se de um cálculo de muita complexidade, que precisa utilizar programas específicos para chegar ao resultado correto.

Já falamos sobre a orientação, agora vamos abordar a questão da inclinação das placas solares. Com o intuito de tornar esse trabalho um pouco mais simples, normalmente, a instalação dos módulos solares é feita de um modo que a inclinação ideal dos painéis seja o valor angular da latitude de onde o sistema está localizado.

Em vista disso, por exemplo, se você quiser realizar a instalação de um sistema de geração de energia solar na cidade do Rio de Janeiro, onde a latitude é de 23º, o melhor posicionamento para o seu módulo fotovoltaico nesta localização é de 23º de inclinação.

PERDA DE EFICIÊNCIA DOS MÓDULOS

A eficiência do módulo fotovoltaico representa o potencial que o módulo tem para realizar a conversão da luz solar em energia elétrica por meio do sistema fotovoltaico.

A combinação entre a eficiência, a latitude e clima, é imprescindível para que seja calculada a produção de energia solar do sistema ao longo do ano.

Por exemplo, caso um painel solar tenha uma eficiência de 20%, dentro de uma área de 1m², sua capacidade de produção será de 200W nas condições STC (Standart Test Conditions, em português, Condições Padrões de Teste).

Isso significa que esse mesmo painel poderá gerar uma quantidade maior de energia solar em dias de sol forte ou uma quantidade menor quando o céu estiver nublado ou então quando o sol estiver mais baixo no céu.

Para você entender melhor como funciona a eficiência dos módulos, vamos dar um exemplo prático de como é feito esse cálculo.

Digamos que o módulo a ser utilizado seja do tipo policristalino, que tem a potência máxima de 270 W (dentro das condições STC), considerando a tolerância de +/- 3%. Vamos considerar um painel solar no tamanho 1650 x 992 x 40mm.

A primeira conta a ser feita é o cálculo da área do módulo em m². Para isso, basta multiplicar o comprimento pela largura do painel. No caso do nosso exemplo, a equação seria 1650 x 992 =  1.636.800 mm² ou 1,6368 m². Vale ressaltar que o tamanho da área calculada inclui a moldura do módulo.

Vamos considerar que nas condições STC, a irradiação é de 1000W/m². Lembre-se que a temperatura exerce uma influência importante geração de energia solar. No nosso exemplo, vamos presumir que essa temperatura será de 25ºC, que é a da STC.

Sendo assim, caso a potência nominal do módulo, sempre considerando as condições STC, for dividida pelo tamanho da área do módulo em m² e, posteriormente, esse resultado seja dividido por 10, encontraremos a eficiência do módulo em pontos percentuais.

No nosso exemplo, a conta ficaria assim: (270 / 1,6368) / 10 = em torno de 16,5% de eficiência.

Saiba que até os melhores painéis solares sofrem uma perda de eficiência dos módulos. Isso acontece justamente por causa do sol. A luz solar deteriora qualquer tipo de objeto que fica exposta a ela por longos períodos.

Tintas perdem a sua cor, plásticos endurecem e ficam mais propensos a quebrar, as plantas ficam secas. Isto é, qualquer material que sofre exposição ao sol por muitos anos sofrerá algum tipo de deterioração.

Portanto, o causador principal da degradação dos painéis fotovoltaicos é justamente o mesmo fator que permite que eles produzam energia elétrica: a luz do sol.

Por vários motivos, com o passar do tempo, o sol enfraquece as ligações químicas responsáveis pelo funcionamento da célula solar. A maior parte dos painéis solares que são instalados em casas, indústrias ou mesmo em uma usina solar são formados por células fotovoltaicas de silício. E, assim como todos os outros materiais, eles começam a envelhecer por causa de sua exposição constante à luz solar.

SOMBRA SOBRE OS MÓDULOS PREJUDICA A GERAÇÃO DE ENERGIA SOLAR

Apesar de, aparentemente, não ser muito relevante, a sombra sobre os módulos é um dos principais fatores que exercem influência direta na geração de energia solar por meio de um sistema fotovoltaico.

 A prova disso é que os fabricantes de módulos solares realizam a implementação de sistemas para protegerem as placas do impacto da sombra na geração de energia solar.

Por incrível que pareça, uma só folha sobre o painel solar já é suficiente para afetar tanto o módulo como o sistema solar como um todo. Isso acontece porque as células que sofrem o bloqueio passarão a não gerar nenhuma corrente elétrica, passando a funcionarem como uma carga (resistência), de modo a limitarem a corrente de todas as células em série.

Caso esse tipo de problema persista por um longo período de tempo, as células que estão sombreadas correrão o risco de queimar, criando hot-spots, e afetando a geração de energia de todo o módulo solar.

Os hot-spots também são conhecidos como pontos quentes. Existem alguns modelos de placas solares que sofrem maior impacto quando sombreados do que outros. No momento que o módulo fica sujeito à sombra no processo de geração de energia, mesmo que o sombreamento seja parcial, essa parte sombreada passa a agir como se fosse um resistor.

Com isso, a potência do módulo solar acaba sendo dissipada na forma de calor. É aqui que surgem os hot-spots, ou pontos quentes. Fique atento, pois eles podem ocasionar danos significativos tanto às células quanto ao módulo todo.

Para evitar essa possibilidade de queima, os fabricantes encontram como solução a segregação das partes do módulo por meio de diodos de by-pass. Dessa maneira, em caso de sombreamento, todas as células segregadas serão “puladas”, a fim de evitar o excesso de calor nas células com sombra.

Portanto, o diodo de by-pass faz com que a corrente elétrica não circule nos hot-spots, para que seja reduzida a perda de potência e também para que novos pontos quentes não sejam formados.

Normalmente, as placas feitas de silício mono ou policristalinos são fabricadas com três diodos bypass instalados previamente.

Essa medida de segurança afetará o sistema fotovoltaico como um todo por um determinado período de tempo, bem como todos os módulos em série a este. Sendo assim, apesar de contar com esse tipo de dispositivo de segurança, todo o sistema de geração de energia solar passará a ser afetado.

Os módulos que têm 72 células fotovoltaicas são fabricados com três diodos, de modo que cada um deles ponteará 24 células a serem baipassadas no caso de alguma ou todas estas células serem submetidas a um sombreamento durante a produção de energia solar.

Mas, independentemente da utilização dos diodos bypass, os fabricantes recomendam que o sombreamento seja sempre evitado. Portanto, ao escolher o local para instalação das placas de um sistema fotovoltaico, é preciso optar por uma localização sem a incidência de sombras, todos os dias, pelo menos entre 9h da manhã e 3h da tarde.

Esse é o horário que configura cerca de 80% do potencial de luz solar, a depender de onde e da estação do ano. Esse período também é conhecido como “Janela Solar“. Caso um sistema de geração de energia fotovoltaica tenha a sua janela solar livre de sombreamento desde o momento em que o sol nasce até ele se pôr, o potencial solar dos módulos atingirá 100% da sua capacidade.

TEMPERATURA

A maioria das pessoas pensa que é o calor o principal fator que incide sobre a produção de energia solar. Só que, na verdade, é a luz do sol que desempenha esse papel importante para geração desse tipo de energia.

Vale ressaltar que, inclusive, os painéis solares costumam funcionar muito melhor quando instalados em localidades que têm temperaturas mais amenas. Entretanto, a temperatura que precisa ser analisada não é a do ambiente, mas sim a da placa solar em si.

Por essa razão, é fundamental que os painéis solares sejam compostos por equipamentos que não absorvam muito calor, principalmente em imóveis que estejam nas regiões mais quentes do país.

Por isso, fique atento ao coeficiente de temperatura do sistema fotovoltaico, pois esse é o indicador de qualidade da placa. Os coeficientes considerados ideias para um painel de energia solar devem estar entre 0,35 e 0,47%. Acima disso, a placa vista como de baixa qualidade.

O mercado de geração de energia solar está buscando uma alternativa para resolver a questão da redução de eficiência com a temperatura. Está sendo desenvolvida uma solução muito interessante, chamada de painel híbrido.

Esse tipo de placa tem como objetivo utilizar as temperaturas elevadas dos painéis também no aquecimento da água. Dessa forma, haverá a diminuição da temperatura e o aumento da eficiência dos painéis solares, em conjunto com o aquecimento da água, que funcionará da mesma maneira que operam os sistemas de aquecimento convencionais.

O Brasil é um país que tem dimensões continentais, sendo que a maior parte do seu território apresenta um clima tropical. Essa é uma característica que favorece muito a geração de energia solar, considerada um tipo de energia limpa, renovável e econômica.

TOLERÂNCIA E COMPATIBILIDADE ELÉTRICA

Todos os sistemas de geração de energia solar têm em seu descritivo as especificidades necessárias, informadas pelo seu fabricante, para as condições ideais de laboratório. Esses sistemas passam por testes que contam com um simulador solar e com a chamada “potência-pico individual”, que será um pouco diferente entre cada modelo. Trata-se da variância.

Dessa maneira, os fabricantes indicam qual é a tolerância e incompatibilidade elétrica de potência nos datasheets, sendo que é normal existir uma “tolerância de potência negativa”, por exemplo, de -3%/+3%. Isso também vale tanto para a tensão como para a corrente nominal.

Sendo assim, podemos constatar que as características elétricas podem variar entre unidades,  considerando sua associação ou não a módulos de energia fotovoltaica de diferentes níveis de tensão, corrente e potência.

Existe um “nivelamento por baixo”, com os níveis de tensão e corrente das placas fotovoltaicas, ou do conjunto de módulos, sendo “puxadas para baixo” pelos componentes de menor potência.

Até mesmo com a utilização de equipamentos exatamente iguais e de excelente qualidade, é uma prática usual a consideração de um certo valor de perda, denominado internacionalmente pelo termo da língua inglesa “mismatching losses”.

SUJEIRA NOS PAINÉIS

O uso de painéis solares tem muitas vantagens, e uma delas é justamente o seu custo de manutenção. O valor para manter seu sistema fotovoltaico funcionando perfeitamente é, aproximadamente, 0,5% do valor do investimento inicial. Ou seja, praticamente zero!

Isso significa que você, além de produzir a sua energia de uma maneira limpa e renovável, transformando a luz do sol em energia elétrica, não faz só o bem para o meio ambiente, mas também para o seu bolso. Afinal, a economia é grande!

Caso você respeite as normas de segurança e também as orientações para manuseio das placas indicadas pelo fabricante, existe a possibilidade de você mesmo realizar a manutenção do painel solar.

Porém, o mais indicado é que você deixe esse serviço ser feito por profissionais devidamente qualificados e especializados, já que essa contratação não será cara.

É importante que você conheça os riscos envolvidos quando há negligência em manter a manutenção do painel solar em dia. Para isso, vamos abordar os 3 tipos diferentes de manutenção que fazem parte da conservação das placas solares:

• manutenção preventiva: realizar a manutenção preventiva significa, simplesmente, manter seus painéis solares sempre limpos. A vantagem dessa limpeza periódica é a redução do risco de avarias no sistema de energia solar.

• manutenção preditiva: já a manutenção preditiva das placas de energia solar representa a realização de inspeções visuais periódicas, com o objetivo de constatar possíveis arranhões, manchas, rachaduras ou indícios de quebra. Essa manutenção também inclui o acompanhamento dos índices de produção da energia solar, para saber se o sistema está funcionando corretamente.

• manutenção corretiva: esse tipo de manutenção deve ser feito quando, depois da limpeza das placas, for identificado baixo rendimento do sistema. Neste caso, recomendamos que você entre em contato com a assistência técnica especializada para que um diagnóstico profissional e reparo técnico do sistema seja feito.

Vivemos em um país de dimensões continentais. Portanto, o tempo para que a manutenção seja feita varia de acordo com a região onde as placas estão instaladas. Em regras gerais, a limpeza das placas pode ser feita uma vez ao ano.

Porém, se o imóvel está localizado em lugares onde chove pouco, o indicado é que eles sejam limpos a cada 6 meses. Para você saber qual a periodicidade ideal para o seu sistema de energia solar, basta olhar os painéis e ver se eles têm muita sujeira ou não.

Lembre-se que a sujeira nos painéis faz com que a produção de energia caia. Para você ter uma ideia, essa diminuição de energia pode atingir mais de 20%.

Esse conteúdo exclusivo foi desenvolvido para deixar você por dentro de todos os fatores que influenciam a quantidade de energia solar gerada por meio de um sistema fotovoltaico. Com essa leitura, você pode entender que a sombra pode danificar as placas desse tipo de sistema e também ficou sabendo que a irradiância sobre os módulos impactam diretamente na capacidade de geração de energia.

Um sistema de geração de energia solar também precisa ser instalado no local e inclinação corretos, de modo a evitar o sombreamento e aproveitar todo o potencial da luz solar para produzir esse tipo de energia. E não se esqueça de realizar a manutenção correta, para que as placas funcionem como o esperado.