24 de outubro de 2021

Desempenho de módulos bifaciais utilizando otimizadores em sistema FV

Painéis bifaciais aproveitam a incidência de luz solar nos dois lados do módulo

Autor: 26 de outubro de 2020agosto 10th, 2021Artigos técnicos
Desempenho de módulos bifaciais utilizando otimizadores em sistema FV

Os módulos bifaciais já deixaram claro que vieram para ficar. Dados da VDMA [1], que realiza estudos sobre a evolução da indústria fotovoltaica mundial, já apontam o crescimento da fabricação de células bifaciais em relação às células convencionais (Figura 1). Além disso, especialistas afirmam que fábricas devem apenas produzir células bifaciais futuramente. Para quem não conhece inteiramente a tecnologia de módulos bifaciais, é recomendada a leitura do artigo Entenda os módulos solares bifaciais.

Figura 1 Participação no mercado mundial da tecnologia bifacial 1.

Figura 1: Participação no mercado mundial da tecnologia bifacial. Fonte:

Os módulos bifaciais aproveitam a incidência de luz solar nos dois lados do módulo. Pela frente do módulo, a fonte principal de energia é a irradiação global (soma da direta e da difusa), em que os raios solares incidem diretamente no módulo sem sofrer nenhum desvio ou reflexão. Pela parte de trás do módulo, a fonte de energia é a irradiação refletida (albedo), em que os raios solares são refletidos principalmente no solo e incidem no módulo de uma forma não muito uniforme. A performance da parte de trás do módulo bifacial depende de uma série de fatores externos como:

  • Distância do módulo em relação à superfície (solo, telhado ou laje, por exemplo);
  • Inclinação dos módulos;
  • Grau de refletividade da superfície.

Por isso, é comum encontrarmos em datasheets (folhas de dados) de módulos bifaciais (Figura 2), uma variação dos pontos principais das curvas I-V e P-V de acordo com o ganho energético pela parte de trás do módulo. Geralmente esse ganho varia de 5% a 30%. Logo, apesar de o módulo bifacial sempre produzir mais energia do que um convencional, o ganho energético varia devido a vários fatores externos.

Figura 2 Datasheet de uma família de módulos bifaciais com destaque para a variação dos pontos principais das curvas I V e P V 2.

Figura 2: Datasheet de uma família de módulos bifaciais com destaque para a variação dos pontos principais das curvas I-V e P-V [2]

Com tantos fatores que interferem no ganho bifacial, é importante notarmos que durante a operação de um sistema com módulos bifaciais, é provável que por todo o dia o ganho bifacial seja diferente entre os módulos. Módulos mais próximos das extremidades das linhas (como mostrado na Figura 3)  devem receber uma maior irradiância refletida da superfície. Assim, em uma string, teremos módulos com diferentes valores de irradiância. As curvas I-V e P-V dessa string devem seguir um padrão de sombreamento parcial.

Figura 3 Sistema com módulos bifaciais. Os módulos mais próximos das extremidades da mesa recebem maior irradiância refletida

Figura 3: Sistema com módulos bifaciais. Os módulos mais próximos das extremidades da mesa recebem maior irradiância refletida

É interessante notar que mesmo sem nenhuma sombra no sistema, é possível que o mesmo esteja sob condições de sombreamento parcial. Assim, com o aumento da utilização de módulos bifaciais em sistemas, é esperado o aumento na utilização de soluções para strings com diferentes níveis de irradiação solar, dentre as quais podemos destacar os otimizadores de potência. Otimizadores são equipamentos conectados diretamente aos módulos fotovoltaicos, fixados a sua moldura ao trilho, que possuem um rastreador de MPPT para cada módulo. Para melhor entendimento de como funciona a tecnologia dos otimizadores, é recomendada a leitura do artigo Entenda os otimizadores para sistemas fotovoltaicos. Os otimizadores, além de benefícios importantes como segurança e monitoramento individual, são capazes de fazer todos os módulos trabalharem na sua máxima potência individualmente. Então, em uma string com módulos bifaciais sem o uso de otimizadores, todos os módulos serão limitados por aquele que recebe a menor irradiância na parte traseira. Entretanto, se essa mesma string apresentar módulos bifaciais com otimizadores, cada módulo gerará a máxima energia durante todo o dia, e nenhum módulo será limitado pelo outro. Um estudo de simulação testou alguns sistemas fotovoltaicos em cenários com diferentes valores para os fatores externos [4]. O objetivo do estudo era analisar a diferença de geração pela parte de trás dos módulos bifaciais instalados. Um dos exemplos é o de 7 mesas de tracker (de 1 eixo) com 20 módulos. As mesas simuladas mostradas na Figura 4 apresentam módulos na posição retrato, com 20 metros de comprimento, 2 metros de altura, 6 metros de pitch, 1,7 metros de altura em relação ao solo, e 0,2 de albedo no solo.

Figura 4 Simulação de 7 mesas com 20 módulos bifaciais cada em um sistema com tracker de 1 eixo 4.

Figura 4: Simulação de 7 mesas com 20 módulos bifaciais cada em um sistema com tracker de 1 eixo [4]

O nível de albedo no solo de 0,2 é um nível próximo a um solo coberto por grama ou vegetação baixa. O estudo analisou o quanto cada local da mesa do tracker recebe de energia anualmente, como pode ser visto na Figura 5.

Figura 5: Simulação para calcular a energia recebida anualmente pela parte de trás de tracker com módulos bifaciais [4]

Figura 5: Simulação para calcular a energia recebida anualmente pela parte de trás de tracker com módulos bifaciais [4]

Na Figura 5, nota-se que a região amarela que recebeu a maior quantidade de energia no ano: 2025 kWh/m². Enquanto que a região roxa recebeu 1875 kWh/m². Uma diferença de 8% da menor geração para a maior geração. É interessante notar que a maior geração se encontra nas pontas da mesa.

Conclusão

É importante entendermos que a aplicação de módulos bifaciais aumenta a geração do sistema fotovoltaico, proporcionando mais energia gerada por metro quadrado. Entretanto, com a aplicação dessa nova tecnologia, nasce um problema de diferença de geração entre os módulos de uma string. Logo, com o crescimento do uso da tecnologia de módulos bifaciais, presenciaremos o crescimento conjunto da tecnologia de otimizadores de potência para solucionar o problema.

Referências

  • [1] International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) – 2019 Results. VDMA. 11a Edição, Abril, 2020.
  • [2] Risen Solar. Jager Plus RSM-6-395BMDG-420BMDG, 2020.
  • [3] https://soltec.com/pt-br/single-axis-solar-tracker. Acessado em 30/09/2020.
  • [4] Deline, C, Ayala Pelaez, S, MacAlpine, S, Olalla, C. Estimating and parameterizing mismatch power loss in bifacial photovoltaic systems. Prog Photovolt Res Appl. 2020; 28: 691– 703. https://doi.org/10.1002/pip.3259

 

 

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Hugo Soeiro Moreira

Hugo Soeiro Moreira

Especialista em sistemas fotovoltaicos, doutorando e mestre em engenharia elétrica pela Universidade Estadual de Campinas.  Atualmente dedica-se ao estudo dos tópicos: Sombreamento de módulos, Técnicas de MPPT, e Otimizadores de Potência para Sistemas de Geração Fotovoltaica. É pesquisador do Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos (LESF) e do Laboratório de Eletrônica de Potência (LEPO) da UNICAMP.

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