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Problemas encontrados em módulos fotovoltaicos

Introdução

A energia solar fotovoltaica está cada vez mais difundida como uma excelente fonte de energia renovável, apresentando soluções tanto para aplicações de pequena escala quanto aplicações de grande escala.

No Brasil a energia solar fotovoltaica está em franco crescimento, conforme pode ser visto na Figura 1.

Figura 1 Evolução do uso da energia solar fotovoltaica no Brasil. Fonte adaptado de ABSOLARFigura 1: Evolução do uso da energia solar fotovoltaica no Brasil. Fonte: ABSOLAR

A disseminação da energia solar acelerou o processo de evolução das tecnologias dos módulos fotovoltaicos em busca de melhor eficiência, retorno do investimento e segurança. Com o número de módulos fotovoltaicos instalados aumentando cada vez mais, os registros de problemas encontrados tornam-se mais frequentes.

A competitividade e a busca da redução de custos leva alguns projetistas e empresas a tomarem decisões equivocadas baseadas somente em custos no curto prazo, avaliando somente o custo por watt (USD/Wp) dos módulos fotovoltaicos, relegando a qualidade a um plano inferior. Essa prática deixa em segundo plano a avaliação da qualidade do produto, colocando em risco a viabilidade do projeto no médio e no longo prazos. Nem sempre os problemas são detectados durante o processo de fabricação dos módulos fotovoltaicos, mas podem se tornar evidentes quando os módulos já estiverem instalados e em operação - e é aí que mora o problema.

Apesar de os módulos possuírem garantias, sua substituição não é simples. Quanto custa para o proprietário um sistema fotovoltaico parado, sem produzir energia durante 1 mês? Quanto custa para a empresa instaladora enviar uma equipe para avaliar e corrigir o problema em campo? Ou ainda, quanto custa um cliente insatisfeito, advogando contra a empresa instaladora?
Neste artigo iremos abordar os defeitos mais comuns dos módulos fotovoltaicos e os reflexos em seu funcionamento.

Problemas encontrados em módulos fotovoltaicos

Os módulos fotovoltaicos podem apresentar diversos problemas durante sua vida útil. A maioria desses problemas ocorre devido à utilização de materiais e processos de fabricação de baixa qualidade. Entre os problemas mais comuns, destacam-se:

  • Fissuras e rachaduras nas células: Os módulos fotovoltaicos são expostos a estresses durante os processos de fabricação, manejo para instalação e manutenção. Em operação, os módulos são expostos a condições climáticas adversas como vento, chuva e neve, que causam estresses térmicos e podem ocasionar danos nas células. As células rachadas podem causar pontos quentes e áreas sem geração, que reduzem a eficiência do módulo e aceleram seu processo de degradação.

Figura 2 Célula fotovoltaica fissuradaFigura 2: Célula fotovoltaica fissurada

Bolhas: O surgimento de bolhas é consequência de reações químicas que produzem gases. Além do problema estético que pode causar estranheza por parte do proprietário, as bolhas podem ocasionar problemas de performance, principalmente nas regiões mais próximas às bordas, pois podem criar um caminho contínuo entre a parte ativa e a estrutura do módulo fotovoltaico, permitindo a entrada de umidade no interior do módulo e atingindo as células fotovoltaicas.

Figura 3 Bolhas na parte traseira do módulo fotovoltaico Wohlgemuth 2016Figura 3: Bolhas na parte traseira do módulo fotovoltaico (Wohlgemuth, 2016)

Delaminação: Tem maior probabilidade de ocorrer em condições de alta temperatura e umidade. Esse problema é ocasionando pela perda de aderência entre o encapsulante e o vidro ou a superfície das células fotovoltaicas. A delaminação pode ocasionar a maior reflexão da luz e a penetração de umidade no interior do módulo, que contribui para o surgimento de outros tipos de degradação. Assim como no caso das bolhas, delaminações nas proximidades da estrutura são mais graves, por também criar um caminho contínuo entre a parte ativa e a estrutura do módulo fotovoltaico.

Figura 4 Delaminação do módulo fotovoltaico Galdino 2014

Figura 4. Delaminação do módulo fotovoltaico (Galdino, 2014)

  • Descoloração do encapsulante: Ocorre devido à degradação do material encapsulante (tipicamente o EVA) que reveste a superfície das células no módulo fotovoltaico, apresentando um aspecto amarelado ou marrom. O agravante para a ocorrência da descoloração é a utilização de materiais com baixa qualidade, altas temperaturas e umidade.

Figura 5 Descoloração do módulo fotovoltaico Oliveira 2018Figura 5: Descoloração do módulo fotovoltaico (Oliveira, 2018)

Trilha de caracol (snail trail): A degradação da pasta utilizada para a metalização das células fotovoltaicas ocasiona a descoloração do mesmo, formando caminhos semelhantes à de um caracol. Apesar de ainda não haver comprovação de que este problema tem impacto na potência gerada, pode no mínimo causar um desconforto com o proprietário do sistema, caso ele venha a notar a irregularidade na cor das células.

Figura 6 Descoloração do módulo fotovoltaico Duerr 2016jpgFigura 6: Descoloração do módulo fotovoltaico (Duerr, 2016)

Desalinhamento de células: Defeito de fabricação, podendo causar contato entre as células. Neste caso, cria-se um contato elétrico entre as células, modificando de forma imprevisível a curva característica IxV (de corrente e tensão) do módulo fotovoltaico.

Figura 7 Módulo fotovoltaicos com células sobrepostas causando contato elétrico Galdino 2014jpgFigura 7: Módulo fotovoltaicos com células sobrepostas, causando contato elétrico (Galdino, 2014)

Falhas de solda e metalização: Causam a diminuição da eficiência do módulo devido ao aumento da resistência de contato ôhmico. Este fenômeno ocorre devido a erros na impressão da grade metálica na célula fotovoltaica e soldagem inadequada ou ausente.

Figura 8 Grade metálica sem contato com o barramento de condução busbar Sinclair 2016jpgFigura 8: Grade metálica sem contato com o barramento de condução (busbar) (Sinclair, 2016)

Ponto quente (hot spot): É o aumento da temperatura de determinada área do módulo fotovoltaico, causado por diversos motivos como sombreamento, sujeira, células com desempenhos distintos e células rachadas. A elevação da temperatura em um ponto ocorre devido à inversão da tensão da célula, fazendo-a assumir uma característica de receptor elétrico. As microfissuras nas células são as causas mais comuns de hotspots depois das sombras e sujeiras.

Figura 9 Sombreamento causando ponto quente em uma célula na qual a área sombreada não foi suficiente para ativar o diodo de by passFigura 9: Sombreamento causando ponto quente em uma célula, na qual a área sombreada não foi suficiente para ativar o diodo de by-pass. Nesta região foi constatada temperatura de 110,5 °C

Falhas na caixa de junção e no conector MC4: rachaduras ou falta de vedação contínua possibilitam a entrada de umidade nos componentes, podendo causar corrosão e curto-circuito entre os contatos metálicos.

Figura 10 Falta de vedação adequada na caixa de junção Sinclair 2016jpgFigura 10: Falta de vedação adequada na caixa de junção (Sinclair, 2016)

PID: O efeito de degradação induzida pelo potencial (potencial induced degradation) tem maior probabilidade de ocorrer em sistemas que trabalham com alta tensão, quando há strings com um número grande de módulos. Quando a parte ativa do módulo fotovoltaico não tem um isolamento adequado a diferença de potencial para a terra forma uma corrente de fuga. Esse tema foi explorado em um outro artigo do Canal Solar: O efeito PID e sua ação sobre os módulos solares

Figura 11 Eletroluminescência de célula sujeita a 1000V Pingel 2010Figura 11: Eletroluminescência de célula sujeita a 1000V (Pingel, 2010)

LID: O efeito de degradação induzida pela luz (do inglês Light Induced Degradation) refere-se a perdas de eficiência ocorridas nas primeiras horas de exposição do módulo fotovoltaico à luz solar. Este problema é inerente ao processo de fabricação de células tipo P (dopadas com boro). Isto ocorre devido à formação do complexo boro-oxigênio, no interior do módulo. Ao associar-se com o oxigênio, essa molécula de boro deixa de ser um portador de carga, o que reduz a eficiência da célula e consequentemente do módulo.Tipicamente, as perdas são da ordem de 2% a 3%, e ocorrem nos primeiros 5 kWh de energia gerada pelo módulo.

Avaliação de módulos fotovoltaicos

Durante o período de operação os módulos fotovoltaicos são submetidos a condições climáticas que podem causar a degradação de suas características, como a degradação óptica, elétrica e térmica. Essas condições interferem no desempenho dos módulos fotovoltaicos, portanto é importante que os módulos fotovoltaicos sejam submetidos a testes que os exponham a condições extremas, para que seja constatada a qualidade e a segurança do produto antes da sua comercialização.

No Brasil os módulos fotovoltaicos só podem ser comercializados após o modelo ser submetido a testes de certificação de acordo com a portaria 004/2011 do INMETRO, através de laboratórios credenciados. Porém, os testes exigidos para a certificação no Brasil não são suficientes para constatar padrões de segurança e qualidade necessários. Sendo assim, é aconselhado optar por módulos fotovoltaicos que também tenham certificações internacionais que submetem os módulos fotovoltaicos a testes com padrões mais rigorosos, de acordo com a norma IEC 61215.

Conclusão

Com o aquecimento do mercado da energia solar fotovoltaica, surgiu uma demanda grande por módulos fotovoltaicos. Com isso, tem-se constatado um aumento do número de fabricantes desse produto, muitas vezes sem o devido preparo, que não investem em processos de garantia de qualidade. Para mitigar problemas futuros, como os discutidos anteriormente, a análise simplista com base somente no preço pode levar a custos futuros elevados. Promessas de entrega de potência e eficiência com preços baixos devem ser olhadas com cautela. Os selos de qualidade, apesar de serem um bom indicador, também devem ser olhados mais de perto, pois certificações são feitas em poucas amostras e de nada valem se o fabricante não possui um controle de qualidade efetivo ao longo do tempo. Portanto, é fundamental verificar de uma forma criteriosa as diversas marcas e os modelos de módulos fotovoltaicos disponíveis no mercado.

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Última modificação em Terça, 02 Junho 2020 10:58
Daniel de Bastos Mesquita

Daniel Mesquita Mestrando em Engenharia Elétrica pela UNICAMP. Graduado em Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Pará (UFPA). Membro do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e da IEEE Power Electronics Society (IEEE-PELS). Engenheiro do Laboratório de certificação de módulos fotovoltaicos – LESF/UNICAMP

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