O setor de energia renovável tem testemunhado avanços notáveis nas últimas décadas, com a energia solar despontando como uma das principais fontes de eletricidade limpa. No entanto, um desafio enfrentado por muitas usinas fotovoltaicas é a eficiência na produção de energia.
A atividade mais importante para garantir o desempenho e a longevidade do sistema fotovoltaico, e que está diretamente ligada ao aumento na produção de energia e aos custos de manutenção é a limpeza dos módulos.
Neste artigo, exploraremos como a introdução de robô de limpeza pode ou não aumentar a produtividade das usinas fotovoltaicas e reduzir os custos operacionais. As usinas fotovoltaicas dependem da capacidade dos painéis solares de capturar a luz solar para gerar eletricidade.
No entanto, ao longo do tempo, esses painéis podem acumular poeira, sujeira e outros detritos, comprometendo sua eficiência.
Estudos mostram que a sujeira pode reduzir a geração de energia em até 30%, resultando em perdas significativas de geração. Portanto, a manutenção regular é crucial para garantir o desempenho máximo dessas instalações.
A limpeza de módulos das usinas é responsável por até 70% do custo de O&M, dependendo do tipo de usina e do local de instalação. A adequação de projetos buscando resolver problemas de engenharia, reduzir custos de implantação e diminuir o tempo de instalação tem um impacto no custo de manutenção e limpeza dos painéis solares.
É importante entender que cada usina está exposta a diferentes formas de “degradação ambiental”. A degradação ambiental refere-se ao processo pelo qual o meio ambiente ao redor de uma área específica sofre danos ou deterioração devido a vários fatores, incluindo poluição atmosférica, atividade humana, condições climáticas e interações com a fauna e flora locais.
Esse fenômeno pode influenciar diretamente a acumulação de sujeira e detritos na superfície dos módulos fotovoltaicos.
Podemos destacar os seguintes tipos de sujeira que causam impactos nas usinas: o acúmulo de poeira ou terra, muito comum em áreas rurais próximas a plantações onde se tem grande movimentação de caminhões e tratores, esse tipo de sujeira costuma impactar diretamente a absorção da luz solar pelo módulo, pois cria uma barreira em toda a superfície do módulo.
Apesar de ventos fortes ou chuvas conseguirem remover a maior parte dessa camada fina de poeira ela pode se tornar um grande problema em regiões que ficam muito tempo sem chuvas, durante o inverno seco, ou quando se tem a formação de orvalho pela manhã, que em contato com a poeira acaba formando uma camada mais grossa e aderida de remoção mais difícil.
Outro problema são os dejetos de aves e pássaros, que além de impactar na geração de energia bloqueando a incidência solar, é uma sombra localizada que acaba gerando um “hotspot”, ou aquecimento pontual de uma célula.
Esses hotspots diminuem a potência dos módulos e a vida útil do equipamento, sendo um dos grandes responsáveis pela perda de performance e degradação dos módulos.
Em áreas urbanas, temos menor incidência de aves e poeiras comuns em ambientes rurais, porém a poluição pode ser um problema ainda maior. Usinas muito próximas a rodovias ou grandes centros estão sujeitas a fuligem oriunda da queima de combustíveis dos carros e indústrias.
A fuligem é uma matéria preta e gordurosa, que atrapalha a absorção da luz pelo módulo e se adere ao vidro, necessitando de limpeza mecânica para remoção.
Dependendo do setor da indústria, principalmente as que trabalham com materiais em forma de pó como vidros, cerâmicas e madeiras certamente irão impactar na performance das usinas instaladas próximas a elas.
O sistema de montagem dos módulos também impactam na sujidade, em usinas de solo com rastreadores (trackers) durante boa parte do dia os módulos têm uma grande inclinação, chegando até a 50°, que auxilia na remoção dos detritos de forma natural pela ação dos ventos e chuvas.
Estruturas fixas de solo tem uma inclinação na faixa dos 22° que dificulta o acúmulo de sujeira. Telhados industriais e carports costumam ter inclinações muito pequenas, de no máximo 5°, com isso facilita a deposição e acúmulo de detritos, quando chove a água com toda a sujidade se acumula no ponto mais baixo do módulo e após a evaporação cria uma mancha grande bem específica que atrapalha a produção de energia.
O ponto principal é entender que cada usina precisa de cuidados específicos, existem abordagens genéricas que dão resultados positivos para uma grande parte dos sistemas, porém quando falamos em alta eficiência e performance precisamos estudar e entender cada projeto para definir o melhor método de manutenção, seja ela preventiva ou preditiva.
Historicamente, a limpeza dos painéis solares era realizada manualmente por equipes de trabalhadores. Contudo, essa abordagem apresenta desafios consideráveis que impactam tanto a eficiência operacional quanto a segurança dos colaboradores.
A tarefa manual é intrinsecamente demorada e onerosa, não somente para geração centralizada, mas também para geração distribuída, pois sistemas acima de 150 kWp já demandam uma alocação significativa de recursos humanos.
Além disso, a segurança dos trabalhadores é frequentemente comprometida, especialmente em usinas localizadas em áreas de difícil acesso como telhados e carports.
O modo manual muitas vezes é até impossível de ser utilizado dependendo da disposição dos módulos, como por exemplo em usinas onde não existe distanciamento entre as mesas.
A introdução de robôs de limpeza representa uma inovação na manutenção de usinas fotovoltaicas. Esses dispositivos foram concebidos para percorrer os painéis solares, removendo eficientemente sujeira e detritos, tudo sem a necessidade de intervenção humana constante.
Uma variedade de modelos de robôs de limpeza está sendo desenvolvida e implementada, cada um projetado para atender às necessidades específicas das usinas solares. Podemos destacar os seguintes modelos:
Escova rotativa
O modelo de escova rotativa é o mais simples, é uma adaptação na escova manual para que, por meio de um motor elétrico ou por propulsão de água comprimida, a escova tenha potência e movimentos que removem a sujeira dos módulos.
Reduzindo assim o esforço humano para esfregar, mas ainda tem a necessidade de um operador carregar e direcionar a escova por toda a usina. As principais vantagens são a redução do esforço e aumento na velocidade de limpeza, o que impacta diretamente na produtividade.
Robô de limpeza de esteira
Este modelo de robô que pode ser operado por controle remoto ou ser totalmente autônomo se destaca pela sua versatilidade.
Como se trata de um equipamento que não depende da movimentação humana, ele tem uma velocidade muito maior de limpeza e o sistema de movimento por meio de esteiras conseguem fazer com que seja utilizado na grande maioria de sistemas de montagem, desde usinas de solo até usinas de telhado e flutuantes.
Tem capacidade para ultrapassar obstáculos e potência suficiente para aumentar em cerca de 10 a 30 vezes a produtividade de uma única pessoa dependendo do tamanho e do modelo.
O fato de depender de baterias acaba limitando o tamanho das escovas.
Robô de limpeza com acoplamento na mesa
Este modelo é utilizado em usinas de solo e deve ser projetado de acordo com o tamanho e quantidade de módulos de cada sistema, pode ter movimentação automática ou por propulsão humana.
Se destaca por conseguir em um único movimento limpar de um a três módulos, de acordo com o tamanho da mesa, isso faz com que a produtividade seja muito alta e o consumo de água muito baixo, mas tem um tempo de setup mais alto principalmente em usinas com mesas curtas, é mais indicado para locais onde as mesas são mais longas.
Braço mecânico articulado
Podendo ser um implemento para tratores, ou até mesmo uma máquina totalmente desenvolvida para esse tipo de aplicação, o braço articulado é uma grande escova rotativa que pode ter o tamanho de um a dois módulos.
Esse tipo de máquina tem uma força enorme e como está acoplado em um veículo motorizado não depende de bateria ou alimentação de energia para funcionar, a força do motor hidráulico ainda garante que possa ser usado uma escova de grandes proporções, podendo aumentar a velocidade de limpeza.
É indicado para geração centralizada, tem capacidade de limpar em média 10.000 módulos por dia, mas é necessário que o terreno da usina seja plano, sem interferências e que os corredores sejam grandes o suficiente para a movimentação do trator, o que acaba limitando a utilização ou diminuindo a produtividade.
Os robôs de limpeza são capazes de operar de forma contínua, garantindo uma limpeza regular e eficiente dos módulos. Isso resulta em uma melhor absorção de luz, mais consistente e uma produção elétrica otimizada ao longo do tempo, além de serem altamente eficientes na remoção de sujeira e detritos.
Os robôs de limpeza são projetados para se adaptar a uma variedade de superfícies e a maioria dos modelos é capaz de operar em diversas condições climáticas. Alguns modelos são equipados com sistemas de monitoramento remoto que permitem o acompanhamento em tempo real do desempenho e da operação autônoma.
Apesar do investimento inicial significativo na aquisição e implementação de robôs de limpeza, a economia a longo prazo é notável.
Menos necessidade de mão de obra humana e melhor desempenho da usina contribuem para uma operação mais econômica, compensando os custos iniciais. A utilização de robôs de limpeza elimina a exposição dos trabalhadores a condições perigosas e ambientes desafiadores.
Isso não apenas melhora a segurança no local de trabalho, mas também reduz os riscos associados às operações manuais. Além dos benefícios econômicos e operacionais, a implementação de robôs de limpeza em usinas fotovoltaicas também tem impacto positivo no meio ambiente.
A redução do consumo de água na limpeza, em comparação com métodos convencionais, contribui para a conservação dos recursos hídricos e menor custo de operação.
Para um aumento na produtividade das usinas fotovoltaicas é necessário manter os módulos sempre limpos, mas a periodicidade da limpeza é diferente para cada usina e só vai ser conhecida após a implantação e energização.
Porém existem algumas regras que podem ser consideradas, muitos fabricantes de módulos e especialistas na área concordam que uma vez por ano é a limpeza mínima necessária para garantir a vida útil e a garantia dos equipamentos, algumas literaturas citam um mínimo de duas vezes ao ano.
Podemos considerar também que a limpeza otimizada é realizada conforme necessidade, ou seja, quando o custo da limpeza for igual ao retorno com a geração de energia, porém achar esse ponto ideal depende de muitas variáveis e principalmente o custo de limpeza.
Devido ao alto investimento inicial, são raras as usinas onde se justifica financeiramente a compra de um robô dedicado aquela usina, com isso a contratação de empresas especializadas tem se provado a melhor abordagem na limpeza das usinas, independente do tamanho.
O emprego de robôs de limpeza nas usinas fotovoltaicas emerge como uma estratégia eficaz para potencializar a produtividade e maximizar a eficiência dos painéis solares.
A automação desse processo não apenas otimiza a manutenção preventiva, reduzindo custos a longo prazo, mas também contribui significativamente para a manutenção da integridade estrutural dos equipamentos.
Contudo, ao considerar a implementação dessa tecnologia, a escolha de uma empresa especializada revela-se uma vantagem crucial.
Empresas especializadas oferecem expertise técnica, equipamentos adequados e profissionais treinados, garantindo uma abordagem sistemática e eficiente na limpeza dos painéis solares.
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