O mito da intercepção da luz solar: Intercepção da luz solar em módulos solares: um problema do passado?

Avanços inteligentes no mercado de energia solar, como o Fronius Dynamic Peak Manager da Fronius, estão resolvendo o velho problema da intercepção da luz solar.

Quanto mais sol, mais energia solar. Proprietários de imóveis que planejam instalar um sistema fotovoltaico no telhado precisam conhecer as condições que garantem o funcionamento adequado do sistema e melhoram o rendimento. A intercepção da luz solar nos módulos solares ainda é considerada um dos fatores mais prejudiciais, mas neste post você saberá por que a intercepção da luz solar parcial tem efeito insignificante no rendimento de um sistema fotovoltaico.

Impactos da intercepção da luz solar parcial nos módulos solares

Sol forte, céu sem nuvens e um sistema fotovoltaico no telhado: essas são as condições perfeitas para os proprietários de sistemas fotovoltaicos obterem alto rendimento na produção de energia solar. No entanto, pouquíssimos telhados são completamente livres de intercepção da luz solar, uma vez que árvores, postes, antenas de TV e prédios ao redor frequentemente projetam sombras sobre os módulos solares. O resultado, teoricamente, é uma queda nos resultados e no rendimento. Porém, um olhar mais atento rapidamente revela que as perdas decorrentes de intercepção não uniforme da luz solar têm efeito irrelevante no rendimento total ao longo do ano. Nesse caso, é essencial garantir a disposição correta dos módulos e utilizar o inversor correto.

Derrubando um mito persistente

É comum as pessoas acharem que a intercepção da luz solar nos módulos solares (causada por folhas caídas, por exemplo) reduz ou impede a produção de energia pelo sistema fotovoltaico. É como imaginar uma mangueira de jardim que, independentemente de onde seja obstruída, não irrigará ou irrigará muito pouco. Esse receio já foi desmentido há bastante tempo, pois atualmente a solução para o possível problema de intercepção da luz solar já vem integrada a cada módulo na forma de diodos by-pass.

Uma rota alternativa para bons rendimentos: os diodos by-pass

Atualmente, cada módulo solar vem equipado com diodos by-pass que funcionam como uma ponte quando partes de um módulo deixam de receber luz solar. Nesses casos, os diodos by-pass são ativados e se tornam condutores, mudando a corrente contínua do inversor aplicado à cadeia. Dessa forma, eles contornam a cadeia de células afetada do módulo fotovoltaico. Isso evita o superaquecimento e possíveis hot spots, ao mesmo tempo que gera um rendimento lucrativo apesar da intercepção parcial da luz solar.

Melhorias no mercado de módulos solares

Avanços contínuos na tecnologia de módulos solares também estão ajudando a tornar os sistemas fotovoltaicos para telhados ainda mais eficientes. A tecnologia half-cell, que divide as células solares em duas, faz com que módulos solares convencionais sejam capazes não apenas de reduzir a perda de energia, como também de aprimorar o uso da luz e garantir o funcionamento estável até mesmo sob altas temperaturas.

O efeito da intercepção da luz solar também é reduzido pelos módulos de meia célula (half-cell), que são divididos ao meio pelos diodos by-pass. Caso a metade inferior ou superior do módulo de meia célula deixe de receber luz solar por conta de folhas, por exemplo, a outra metade do módulo ainda conseguirá gerar potência de saída máxima. Em comparação, um módulo de célula inteira submetido que deixasse de receber luz solar de modo uniforme perderia rendimento no módulo inteiro.

Mais resultados com o eficiente algoritmo de monitoramento de MPP (ponto de funcionamento ótimo)

Para reduzir tanto quanto possível a intercepção da luz solar ou a perda de rendimento (mismatch), inversores de string ou inversores multistring são equipados com um ou vários monitores de MPP. Cada cadeia é equipada com um monitor de MPP que determina continuamente o ponto operacional ideal das cadeias conectadas e, assim, mantém permanentemente o máximo rendimento do sistema fotovoltaico.

Dynamic Peak Manager: controle eficiente da intercepção da luz solar como recurso padrão

O sistema inteligente de controle da intercepção da luz solar, idealmente já integrado no inversor, garante rendimento máximo apesar da intercepção parcial, o que significa que as áreas do telhado afetadas também podem ser incluídas no layout. O Dynamic Peak Manager da Fronius é um algoritmo inteligente de monitoramento de MPP que detecta a intercepção da luz solar e otimiza o rendimento no nível de cadeia. Para isso, esse algoritmo verifica e analisa toda a curva de tensão de entrada em intervalos de aproximadamente 10 minutos, sempre encontrando o ponto operacional mais eficiente do sistema fotovoltaico (ponto de funcionamento ótimo global).

Exemplo de intercepção da luz solar causada por uma chaminé

Uma simulação de intercepção da luz solar, realizada por um software independente de simulação, mostra que a perda anual causada pela intercepção é pequena. Basicamente, é necessário considerar duas categorias diferentes de perda.

Perda por intercepção parcial da luz solar específica do módulo: Devido a diversos objetos que causam intercepção da luz solar (nesse caso, uma chaminé), a luz do sol é bloqueada e os módulos solares recebem menos iluminação. Nenhum inversor, otimizador de energia ou microinversor é capaz de otimizar a incidência de luz. Nesse caso, a única solução é remover o objeto que projeta a sombra.

Por outro lado, a perda de rendimento (mismatch), ou seja, a perda de interconexão nas cadeias, pode ser significativamente reduzida por um algoritmo inteligente de monitoramento de MPP. Como podemos ver na tabela, a perda de rendimento (mismatch) é aproximadamente 2/3 inferior à perda por intercepção da luz solar no nível do módulo graças ao Dynamic Peak Manager.

Tipo de perda da intercepção da luz solar

Percentual de perda

Perda em kW/h

Intercepção parcial da luz solar específica do módulo

-0,18%

26,07 kW/h

(de 14.485 kW/h)

Não sofre influência de inversores, otimizadores etc.

Perda de rendimento (mismatch) (interconexão/intercepção da luz solar)

-0,06%

8,7 kW/h

(de 14.485 kW/h)

Redução significativa graças ao Dynamic Peak Manager

Resultados anuais da simulação de intercepção da luz solar com módulos solares posicionados horizontalmente

Os resultados da simulação mostram claramente que a intercepção parcial da luz solar específica do módulo gera uma perda percentual muito maior (aproximadamente 0,18%) do que as perdas de rendimento (mismatch) (cerca de 0,06%). Quando o inversor que funciona como centro do seu sistema fotovoltaico tem um monitoramento eficiente do MPP e controle inteligente de intercepção da luz solar, como todos os inversores da Fronius têm, o rendimento ótimo é garantido até mesmo em condições ambientais desafiadoras, e a operação combinada do hardware e do software ocorre em perfeita harmonia, sem componentes ou custo adicionais.

A solução é usar um otimizador de energia?

Embora os otimizadores de corrente contínua também melhorem o rendimento do sistema em caso de intercepção da luz solar, eles raramente oferecem um bom custo-benefício, pois buscam otimizar cada módulo com seu MPP individual. Ao controlar a tensão no nível do módulo, um otimizador de energia definitivamente oferece vantagens, especialmente em casos de intercepção leve da luz solar, mas precisa que os diodos by-pass sejam desativados.

Por serem componentes adicionais, os próprios conversores CC/CC precisam de alimentação, que precisa ser cogerada pelo sistema fotovoltaico, e consomem energia até mesmo no modo de espera. O resultado é que o rendimento adicional obtido muitas vezes é inferior e, por isso, costuma não justificar os custos de investimento maiores. Além disso, os diversos componentes adicionais que precisam ser instalados em cada módulo reduzem a confiabilidade geral do sistema e aumentam a probabilidade de falha do sistema fotovoltaico.

Resumindo:

Nem sempre é possível evitar a intercepção da luz solar em módulos solares, mas, graças a promissores avanços no mercado tanto em módulos solares quanto em inversores de string, as perdas por intercepção da luz solar agora podem ser de fato neutralizadas.

Nesse cenário, o que mais importa é o tipo de intercepção da luz solar ou perda de rendimento: Agora existe uma solução específica para perdas de rendimento (mismatch), que podem ser causadas pela intercepção heterogênea da luz solar em módulos solares. O uso de um controle integrado de intercepção da luz solar, como o Dynamic Peak Manager da Fronius, permite manter essas perdas em um nível muito baixo.

Geralmente a maior parte das perdas por intercepção da luz solar tem a ver com incidência reduzida de luz, devido a objetos que projetam sombra, como árvores, casas, postes etc. Otimizadores de corrente contínua, microinversores ou outros eletrônicos de potência instalados no nível do módulo não são capazes de remediar esse problema; a única solução seria remover o objeto causador.

O investimento em componentes adicionais, como otimizadores de corrente contínua, para melhorar a potência de saída raramente oferece boa relação custo-benefício. Especialmente no caso de intercepção da luz solar ou sistemas fotovoltaicos em que somente alguns módulos são afetados, o uso de otimizadores de energia não se mostra benéfico, porque esses dispositivos geram consumo adicional de energia e também deixam todo o sistema fotovoltaico mais suscetível a falhas.

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Intercepção da luz solar em módulos solares: um problema do passado?