Calor e energia fotovoltaica: quando o sol não é apenas aliado, mas inimigo

É inverno na América do Sul e verão na Europa. As ondas de calor estão se tornando mais longas e mais frequentes, e é comum que o verão atinja 40 graus por dia em áreas com maior radiação solar. O calor é um grande inimigo da energia fotovoltaica, mas existem soluções possíveis. A revista pv conversou com Asier Ukar, diretor geral e consultor sênior da sede espanhola da PI Berlin, inaugurada recentemente.

Foto: Eon


PV magazine: Como o calor afeta o desempenho das instalações?

Asier Ukar: O calor é um grande inimigo da energia fotovoltaica. Praticamente todos os componentes de uma usina fotovoltaica sofrem em maior ou menor grau com altas temperaturas. Os módulos são certamente o componente em que essa circunstância é mais claramente refletida, com perdas que excedem em muito 15% em áreas especialmente quentes. Caso alguém esteja interessado em explicações físicas, uma explicação muito simples e simplificada seria que os elétrons se elevam à medida que a temperatura aumenta. Quanto mais eles se afastam do átomo, menos energia eles podem transportar, uma vez que a energia transportável é determinada pela diferença de energia entre um nível específico e o anterior.

Os investidores, por outro lado, sofrem com o calor, pois são equipamentos semicondutores e, para proteger os componentes mais sensíveis, reduzam a energia de entrada do ponto de potência máxima (MPP). Outros componentes, como transformadores a seco ou cabos, também têm consequências negativas associadas, no primeiro caso, por exemplo, devido à degradação do isolamento e no segundo, devido ao aumento das perdas de condução devido ao aumento da resistência elétrica.

A que temperatura o desempenho do módulo diminui?

As perdas de temperatura em um módulo fotovoltaico são dadas a 25 ° C de temperatura da célula. Ou seja, embora não seja um dia particularmente quente, os módulos sofrem perdas que os fazem trabalhar com uma potência menor que a nominal. A partir dos 25 ° C mencionados, o aumento de cada grau de temperatura implica em um módulo cristalino uma perda de aproximadamente -0,4% da potência nominal. Um dia ensolarado de julho na cidade espanhola de Córdoba, por exemplo, com uma temperatura ambiente de 43 ° C gera uma temperatura de célula em torno de 63 ° C, se adicionarmos que os módulos foram instalados em seu dia em seguidores de dois eixos e que no dia em questão o vento não sopra, podemos plantar a uma temperatura próxima a 70 ° C.

Ponto quente gerado pelo sombreamento / Foto: PI Berlin

Existe mais alguma tecnologia "adequada" para aquecimento? 

Dentro do silício cristalino, a grande maioria dos módulos tem um comportamento térmico muito semelhante, as exceções são representadas por fabricantes como Panasonic, LG ou Sunpower com perdas nominais de energia por grau Kelvin abaixo de -0,3% em vez de -0 , 4% mencionados acima. Essa melhoria é refletida naturalmente no preço. No mundo da camada fina, a tecnologia baseada em cádmio e cádmio também apresenta bom desempenho em altas temperaturas.

Também é importante ter em mente que, dentro da mesma tecnologia, existem variações significativas nos coeficientes de temperatura. Tomando por exemplo fabricantes de módulos cristalinos, é fácil observar valores entre -0,38% / K e -0,41% / K. Essa diferença em condições quentes como as que estamos enfrentando hoje em dia pode representar um desvio de quase 5Wp na potência operacional de cada módulo instalado. Se para uma usina de 100 MWp escolhemos um módulo com um coeficiente de -0,38% / K em vez de -0,41% / K, estaríamos falando de cerca de 1 MWp de energia adicional em horas muito quentes. Portanto, é importante escolher módulos com bons coeficientes de temperatura e medi-los adequadamente. Nos nossos laboratórios em Berlim e na China, geralmente encontramos diferenças de 10% em relação às nossas medições e aos valores indicados pelo fabricante em sua folha de dados. Parece pouco, mas ao calcular o LCOE de 25 anos em locais quentes, a diferença não é tão pequena.

Ponto quente gerado por dano mecânico na célula / Foto: PI Berlin

E investidores, quando são afetados?

O inversor gera calor quando converte a corrente contínua em corrente alternada, e esse calor é adicionado à temperatura ambiente da cabine na qual o inversor está instalado. O inversor evacua o calor através de ventiladores ou dissipadores de calor, mantendo a temperatura abaixo de um determinado nível, impedindo a degradação dos componentes mais delicados. Caso contrário, podem ocorrer danos, por exemplo, no material isolante ou fadiga térmica nas soldas e condensadores. Para reduzir a temperatura de operação, o inversor entrará em "redução", convertendo menos energia de corrente direta em corrente alternada. A maioria dos inversores entra em "desclassificação" quando as temperaturas atingem cerca de 45 ou 50 ° C.

A temperatura externa não corresponde necessariamente à temperatura dos módulos diretamente expostos à radiação solar. Que diferenças podem ser observadas?

O calor na célula é produzido, por um lado, devido ao efeito da temperatura ambiente e, por outro, pelo calor liberado durante a geração de energia resultante do efeito fotoelétrico. Em outras palavras, um módulo através do qual 8 ampères flui será mais quente que outro através do qual 5 flui, independentemente da temperatura ambiente. Este último efeito, a propósito, é o que faz com que os módulos bifaciais tenham um comportamento térmico pior do que os módulos monofaciais. Ambos os efeitos são modelados com coeficientes que variam dependendo de como os módulos foram instalados, seja no telhado, no solo, em rastreadores ou em coberturas. Enquanto o sol está brilhando, os módulos sempre exibem uma temperatura mais alta que a temperatura ambiente, com diferenças acima de 25 ° C em determinados momentos do dia.

Não é conveniente esquecer o efeito do vento, que favorece a dissipação de calor através da ventilação natural. Surpreendente ao ver como em usinas fotovoltaicas especialmente grandes e com alguma ondulação do solo que causa diferentes fluxos de ar, o PR de uma área para outra varia claramente de acordo com a ventilação dos módulos.

Pode ou deve ser feito algo para combater esses efeitos?

Nas instalações fotovoltaicas instaladas no chão, há pouco a fazer. Existem tipos de vegetação plana que contribuem para aumentar o albedo e, assim, reduzir a temperatura no primeiro metro acima do solo, mas uma extensa implementação dessa medida ainda não foi realizada, portanto, não temos dados empíricos. No telhado, você pode optar por usar cores claras nos telhados e levantar os módulos a alguns centímetros da superfície do telhado. Sem dúvida, o mais importante é que a parte traseira do módulo seja o mais ventilada possível. Nesta linha, foram introduzidos recentemente protótipos que incorporam um trocador de calor de alumínio na parte traseira do módulo, o que teoricamente favorece a evacuação de calor.

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