Tipos de perdas em sistemas fotovoltaicos de grande porte

Existem vários tipos diferentes de perdas no sistema solar com diversas causas, como meio ambiente, clima e carga. A maioria são questões que precisam ser abordadas na fase de projeto, enquanto a manutenção pode ajudar a limitar essas perdas.

Perdas de sombreamento

Proteger a superfície dos painéis solares da luz solar direta pode resultar em cerca de 7% de perda do sistema. Como as células solares estão interligadas em grupos, o sombreamento de uma célula bloqueia parte do fluxo de energia e afeta a produção de todo o painel. As interrupções no fluxo também podem causar pontos quentes, que podem danificar o painel.

A extensão da perda de sombreamento é influenciada principalmente pelo projeto da planta – elementos-chave como a distância entre o campo e a localização dos painéis para evitar edifícios, árvores e outras obstruções de luz desempenham um papel significativo. Mas a manutenção regular também pode reduzir as perdas de sombreamento, garantindo que os painéis não ficam ofuscados por novas árvores e plantas, ou outras estruturas.

Os painéis fotovoltaicos modernos possuem diodos de bypass, que permitem que a corrente flua ao redor das células que podem estar bloqueadas por sombreamento. No entanto, a saída da célula ainda é perdida e os diodos de bypass estão sujeitos a falhas.

Poeira e sujeira

Sujidade causada por poeira e sujeira pode causar perdas médias de cerca de 2% no sistema em locais onde há chuvas durante todo o ano. Mas em locais próximos de centros industriais e em regiões poeirentas com chuvas limitadas, as perdas podem atingir 6-7%.

O ângulo em que os painéis são inclinados afeta o acúmulo de poeira ou neve, enquanto outras obstruções, como excrementos de pássaros, podem se acumular com o tempo e tornar-se difíceis de remover.

O ângulo de inclinação é determinado durante a fase de projeto e pode ser ajustado para reduzir o acúmulo de poeira e sujeira, levando em consideração outros fatores, como o ângulo ideal para absorção da luz solar e sombreamento das fileiras adjacentes.  

A manutenção é importante para reduzir as perdas por sujidade, uma vez que a limpeza dos painéis semestralmente pode aumentar a produção em 3-5%, em média, e até 25% em locais poeirentos. Embora a chuva possa remover alguma poeira e sujeira dos painéis, é improvável que limpe toda a sujeira da superfície e não substitui a limpeza regular.

Reflexão

Há alguma perda de produção em torno de 2,5% quando a luz solar reflete nas superfícies do painel em vez de ser absorvida para gerar corrente. Os projetistas de painéis solares continuam pesquisando maneiras de aumentar a eficiência, reduzindo a refletividade da superfície para aumentar a absorção de luz.

Na fase de projeto, a escolha do painel é uma consideração importante para reduzir as perdas por reflexão. Usar aditivos de tinta granulados para tornar as superfícies dos painéis ásperas ou adicionar outro mecanismo de retenção de luz também pode limitar as perdas.

Espectral

As células solares não convertem todos os comprimentos de onda da luz que o sol transmite. Mas eles são otimizados para converter amplamente a maior parte da luz visível e metade da luz infravermelha que os atinge, maximizando a produção elétrica. Os fabricantes estão trabalhando em maneiras de aumentar a absorção de luz de diferentes comprimentos de onda, mas isso é difícil de resolver na fase de concepção do projeto.

A degradação induzida pela luz (LID) afeta um grande volume de células de silício cristalino nos primeiros dias após serem instaladas devido à exposição à luz solar. Isto pode causar perdas de 0,5-1,5%, mas afeta apenas determinados tipos de módulos, tornando a escolha do módulo um fator importante na limitação de perdas.

Irradiação

A redução na irradiação refere-se aos resultados da classificação das Condições de Teste Padrão (STC). Na vida real, os módulos não estarão operando nas condições STC, portanto há uma degradação na eficiência próxima a 1,5%.

Térmico

Uma das maiores perdas do sistema é causada por altas temperaturas – para cada 1°C acima de 25°C, a produção de uma célula solar cai 0,5%. Os pesquisadores continuam procurando maneiras de reduzir as perdas térmicas, como aumentar a circulação de ar.

Os painéis solares térmicos fotovoltaicos híbridos propostos são projetados para resfriar a superfície da célula com água e recuperar o calor que geram para uso em edifícios ou outras aplicações.

Incompatibilidade de matriz

A incompatibilidade ocorre quando dois ou mais painéis produzem diferentes níveis de energia, seja por causa de sombreamento parcial, diferentes comprimentos de cordas ou pequenas diferenças nas características elétricas das células. Pode haver incompatibilidades em cadeias inteiras devido à má orientação ou painéis voltados em direções diferentes.

Além disso, o processo de fabricação resulta naturalmente em pequenas variações, pois não existem dois módulos totalmente idênticos. As células são fabricadas com uma tolerância entre +/- 1,5% e +/- 5%, portanto, em condições reais, elas não produzirão quantidades idênticas de energia. Ferramentas de modelagem como o pvDesign da RatedPower, permitem ao usuário escolher o valor da qualidade deste módulo, bem como a incompatibilidade causada pela variação de potência destes módulos que originará alguma perda elétrica.

Perdas no cabo CC

As perdas decorrentes da corrente que flui através dos cabos CC não podem ser eliminadas, mas podem ser minimizadas. A resistência elétrica faz com que a tensão caia nos cabos quando a corrente flui e a energia é perdida através do aquecimento. Quanto maior a corrente, maior o efeito de aquecimento e mais ele se torna um fator nas conexões.

O projeto correto e a manutenção regular dos cabos são as principais formas de reduzir as perdas de energia dos cabos CC. Os projetistas de sistemas fotovoltaicos usam tamanhos de cabos que limitam as perdas a menos de 1% do pico de saída.

Perdas do inversor

Para projetos solares em escala de utilidade pública, temos inversores string e centrais. Geralmente têm uma taxa de eficiência em torno de 95-98%, mas pode mudar dependendo de outros aspectos. Dois dos fatores mais importantes que afetam a eficiência do inversor são a temperatura e a carga. É importante garantir que os inversores sejam bem ventilados e protegidos da luz solar direta, e os projetistas da planta também devem garantir que os inversores estejam corretamente adaptados aos painéis e não sejam muito pequenos ou muito grandes - especialmente se o sistema for expandido no futuro . Em média, os inversores devem ser substituídos a cada 10 anos.

Perdas no cabo CA

Tal como acontece com as perdas CC, as perdas do sistema provenientes dos cabos CA são inevitáveis ​​e os projetistas normalmente são responsáveis ​​por perdas de 1%. A única maneira de limitar as perdas nos cabos CA é selecionando os componentes corretos e instalando cabos de tamanho apropriado e com os comprimentos mais curtos possíveis.

Os engenheiros da fábrica assumem outros 2-3% em perdas devido ao tempo de inatividade do equipamento como resultado de falhas ou interrupções na rede. A degradação do painel causa cerca de 0,8% em perdas de energia todos os anos.