Desempenho dos painéis fotovoltaicos: fatores a avaliar

O desempenho dos painéis fotovoltaicos depende de muitas variáveis. Descubra os fatores que influenciam o desempenho de todo o sistema

Instalando um sistema fotovoltaico pode ter inúmeras vantagens tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico.

No entanto, o desempenho dos painéis fotovoltaicos é influenciado por vários aspectos que afetam significativamente a produção anual de energia. Uma avaliação inadequada desses elementos pode comprometer a eficiência de todo instalação.

Para obter os resultados desejados e dimensionar corretamente um sistema fotovoltaico, recomendamos que você experimente imediatamente a versão de teste gratuita de um software fotovoltaico capaz de ajudá-lo durante todo o processo de design.

O que se entende por desempenho de um sistema fotovoltaico

Durante a fase de projeto é conveniente considerar algumas características que influenciam a quantidade de energia captada e produzida e a sua eficiência.

Antes de definir o rendimento do sistema fotovoltaico, é necessário analisar o rendimento do painel fotovoltaico individual.

A potência dos painéis fotovoltaicos é calculada em condições STC (Standard Test Condition), ou seja, com irradiância de 1000 W/m², temperatura de 25 °C, distribuição espectral = 1,5.

O rendimento de um painel é a quantidade de energia solar que ele pode converter em eletricidade por unidade de área e é sempre o rendimento máximo em condições STC.

A eficiência de um painel fotovoltaico é calculada conhecendo a potência de pico e as dimensões:

Cálculo de eficiência- Painel fotovoltaico

onde:

• power é a potência de pico expressa em W;
• surface é a área da superfície do painel em m²;
• 1000 é a irradiação de 1000 W/m²;
• 100 é o fator percentual.

Vamos a um exemplo prático: no caso de um painel de 250 W_p com dimensões iguais a 1,65 mx 1 m (superfície igual a 1,65 m²), obtemos:

Rendimento = (250 / 1,65 / 1000) * 100 = 15,15%

As dimensões e potência de pico podem ser consultadas nas fichas técnicas dos painéis ou nas suas etiquetas.

Neste ponto podemos introduzir o conceito de eficiência do sistema fotovoltaico, que expressa a relação entre a quantidade produzida e a quantidade máxima produzível.

A eficiência do sistema é influenciada por vários fatores (e não apenas pela eficiência dos módulos).

Fatores que afetam o desempenho dos painéis fotovoltaicos

Os principais fatores que influenciam o desempenho dos painéis fotovoltaicos são:

• características inerentes dos painéis;
• inclinação dos painéis;
• exposição dos painéis;
• sombreamento;
• distância entre linhas;
• perdas energéticas.

Influência dos fatores de desempenho dos painéis fotovoltaicos

Escolha da exposição e inclinação dos painéis

Antes de instalar o sistema fotovoltaico, é aconselhável verificar se o painel está com a correta exposição solar e a inclinação adequada.

Para captar a máxima radiação solar, os painéis fotovoltaicos devem estar orientados para o Sul; no entanto, mesmo os módulos expostos na direção sudeste e sudoeste podem ter desempenho.

A inclinação (tilt) é variável e depende da latitude. Os valores orientativos em nossas latitudes são 20-40°.

Para saber exatamente o melhor valor de acordo com a área de instalação, aconselhamos a contar com um software fotovoltaico, que permite estimar a produção solar fotovoltaica a partir de dados concretos de radiação solar, retirados dos principais bancos de dados climáticos de referência como por exemplo o PVGIS para Europa, África, Bacia do Mediterrâneo e Sudoeste Asiático.

Inclinação  30-35°- direção-sul

Distância entre linhas

No caso de posicionamento em superfície horizontal, além de estabelecer a orientação e a inclinação, é necessário calcular a distância entre as linhas de módulos para encontrar o compromisso certo entre maximizar a potência que pode ser instalada na superfície e minimizando o sombreamento entre as linhas. Este é um aspecto fundamental para maximizar o rendimento dos painéis fotovoltaicos.

Para estabelecer a distância ideal entre as linhas, deve-se considerar a superfície na qual o sistema será instalado:

• se a superfície for inclinada, os painéis são geralmente instalados de forma coplanar com a inclinação da água e não é necessário calcular a distância (a inclinação é a da água do telhado);
• se o sistema for instalado no solo ou em telhado plano, a inclinação e a distância entre as linhas devem ser determinadas corretamente, a fim de evitar o sombreamento devido aos próprios módulos, considerando também o horário e os períodos do ano.

Portanto, será necessário calcular a altura (H) e a distância (D) entre uma linha de módulos e outra. Caso a distância não seja calculada corretamente, ocorrerá o fenômeno de sombreamento, ou seja, os módulos colocados na frente criam sombras nos que estão atrás.

Distância entre linhas de painéis fotovoltaicos

Para gerenciar esse fenômeno sem perda de tempo e ter certeza de ter resultados confiáveis, sugerimos que você conte com um software fotovoltaico capaz de calcular automaticamente a distância mínima de instalação das linhas de painéis fotovoltaicos em qualquer superfície (horizontal, vertical ou inclinada).

Coeficiente de sombreamento

Outro fator fundamental para garantir o ótimo desempenho dos painéis é o coeficiente de sombreamento, que é calculado usando a chamada análise de sombreamento.

A análise de sombreamento é o estudo dos elementos arquitetônicos ou naturais do entorno do sistema, que permite verificar como eles podem influenciar a radiação solar incidente e se, eventualmente, provocam sombras nas superfícies de captação.

Uma análise de sombreamento correta envolve uma inspeção, durante a qual é feita uma análise inclinométrica, ou seja, verifica-se a presença de quaisquer objetos que possam causar sombras e calcula-se o azimute deles.

A detecção do azimute acontece da seguinte forma:

1. posicione-se no local onde o sistema será instalado e use uma bússola para saber o ponto cardeal onde o elemento está localizado em relação a nós (neste caso, a árvore está localizada a leste);
2. ele calcula a elevação deste elemento (por exemplo, 10°);
3. é calculado o valor de inclinação: olhando com binóculos ou câmera fotografica a ponta da árvore, que representa o limite entre a abóbada celeste e o elemento que pode projetar uma sombra, observamos o nível de inclinação, representado pelo ângulo α. Para medir este ângulo α, utiliza-se o inclinómetro, ou seja, um transferidor com fio de prumo, que nos permite perceber até que ponto subimos em relação a uma vista horizontal.

Cálculo azimute de uma árvore

Este fator é calculado para cada objeto que causará sombra nos painéis. Posteriormente, esses valores serão integrados em um mapa solar de coordenadas cartesianas (diagrama solar) e analisados com um software fotovoltaico que permite verificar se, durante determinados períodos do ano, esses elementos irão lançar sombras no sistema.

Diagrama solar para verificação de sombreamento

Por exemplo, a imagem é um exemplo de um diagrama solar onde podemos ver:

• os pontos cardeais na abscissas;
• os valores de elevação nas ordenadas;
• a curvas solares representado pelas linhas amarelas;
• a esquematização geométrica dos elementos que causam sombra (por exemplo, círculos verdes para representar árvores).

O cálculo preciso dos valores de elevação e orientação dos elementos que envolvem os módulos pode se tornar um processo muito difícil se você não contar com um software de referência específico. Com o software fotovoltaico Solarius PV, você poderá avaliar o sombreamento proveniente de todos os obstáculos distantes ou próximos da usina (morros, prédios, árvores, etc.) a partir de um simples levantamento fotográfico e perceber o diagrama solar do local de instalação.

Perdas de energia

Para calcular a eficiência real do sistema solar, os vários fatores devem ser considerados perdas de energia que pode haver durante a conversão da energia solar em eletricidade.

A esse respeito podemos considerar o Balance of System (BOS) que expressa em porcentagem as perdas de energia no sistema devido a vários fatores, como o acoplamento entre os vários módulos fotovoltaicos, as conexões com o inversor, as perdas nos painéis, nos condutores, etc.

Trata-se de:

• perdas por reflexão;
• perdas por sombreamento;
• perdas por mismatch;
• perdas por temperatura;
• perdas em circuitos DC;
• perdas nos inversores;
• perdas em circuitos AC.

As perdas no quadro DC dependem do comprimento dos cabos: cabos mais longos causarão perdas maiores.

O fenômeno mismatch se deve às pequenas diferenças nas características elétricas existentes entre os vários módulos; dependendo da configuração das cordas isso pode levar a uma diminuição da energia produzida.

Para calcular com precisão o rendimento efetivo dos painéis fotovoltaicos, é aconselhável considerar todos os fatores mencionados acima. É sempre útil usar um software fotovoltaico que você pode baixar gratuitamente para avaliar sombras, calcular a radiação solar e considerar as várias perdas de energia.