Perdas na geração em usinas fotovoltaicas

Por: Evandro Cahino e Lucas Montenegro

A energia não é criada nem destruída, apenas transformada: esse princípio, já conhecido há muito tempo, norteia os processos de conversão das fontes de energia, sejam elas renováveis ou não.

E, claro, com a energia solar fotovoltaica não poderia ser diferente, pois ela consiste na conversão direta da energia radiante do sol em energia elétrica. Infelizmente, como já é de se esperar, nenhum processo de conversão ocorre sem perdas, sejam elas oriundas de diferentes motivos ou causas.

Desde a “geração” de energia elétrica nos módulos até a injeção na rede, diferentes perdas ocorrem, diminuindo consequentemente a energia final que poderá ser utilizada.

Por isso, é de extrema importância que os integradores observem certos parâmetros do local de instalação, visando prever e evitar possíveis perdas excessivas na geração.

Além disso, o uso de componentes de qualidade, que estejam de acordo com as normas técnicas e elevados padrões, ajudam a diminuir a intensidade de tais perdas.

É de extrema importância que o(a) engenheiro(a) que irá dimensionar o sistema e realizar o projeto saiba quantificar tais perdas, principalmente em sistemas de geração centralizada.

Nessas situações, uma porcentagem muito pequena adicional de perdas reflete em uma grande quantidade de energia extra desperdiçada, impactando de forma negativa na análise de retorno de investimento desses empreendimentos.

Normalmente, divide-se as perdas inerentes à conversão fotovoltaica em dois grandes grupos: as perdas ópticas e as perdas elétricas.

Perdas Ópticas

São as perdas inerentes a fatores ópticos da radiação incidente nos módulos. As características da energia que incide nos módulos é de extrema importância, pois serão decisivas para a absorção ou não dessa energia e, consequentemente, “geração” de energia elétrica. Entre as principais perdas ópticas, destacam-se:

• Sombreamento

De fato, a primeira perda óptica que se imagina de primeira é a advinda de sombreamento. Consiste, basicamente, na redução drástica da energia incidente nos módulos provocada por elementos de sombreamento, dos mais diversos tipos: edificações, elementos do próprio telhado como chaminés, árvores, entre outros.

Além disso, o próprio acúmulo de sujeira nos módulos ocasiona perdas por sombreamento, visto que partículas como poeira, poluição e fezes de aves e felinos fazem com que, em dado local do módulo, não haja a incidência direta de raios de sol.

Nesse caso de sujeira, características e taxas de deposição variam para diferentes localidades, a depender da geografia do local, questões climáticas e índices de urbanização.       

Um projeto de qualidade, realizado após visitas técnicas detalhadas no futuro local de instalação, faz com que se reduza bastante as perdas por sombreamento ou, em condições muito complicadas de projeto, sejam adotadas medidas de redução do impacto desse sombreamento, como aplicação de microinversores, dimensionamento adequado de strings e utilização de módulos de meia célula.   

• Não absorção

Às vezes, a energia incidente nas células fotovoltaicas não é absorvida no local adequado: radiação refletida na superfície do módulo, absorção em camadas diferentes da adequada ou até transmissão dessa radiação.

Como essa energia não é absorvida na camada absorvedora da célula fotovoltaica, ela não contribui para a “geração” de energia elétrica, culminando em perdas.

Algumas técnicas e artifícios na fabricação de células fotovoltaicas minimizam bastante essas perdas. O método mais conhecido, por exemplo, para diminuir as perdas de refletividade na superfície do módulo é a aplicação de uma camada anti-reflexiva no topo da célula fotovoltaica.

Perdas Elétricas

No que se trata agora das características elétricas, diversas perdas ocorrem. Desde a “geração” no módulo até a injeção de energia na rede, durante todo o percurso que essa energia percorre diferentes perdas surgem, com diferentes causas e métodos de minimização. Entre elas, destacam-se:

• Efeito Joule

Corrente elétrica fluindo por um condutor é sempre acompanhada de perdas por efeito Joule, que consiste na geração de calor advinda dessa condução.

Assim, perdas tanto no cabeamento corrente contínua (dos módulos até o inversor), quanto no cabeamento corrente alternada (do inversor até a injeção na rede) ocorrem devido a esse efeito.

O dimensionamento correto da secção dos condutores minimiza bastante essas perdas, portanto, uma atenção redobrada durante a fase de projeto pode diminuir a intensidade desse efeito na energia final injetada na rede.

• Perdas no Inversor

O próprio inversor de frequência não possui uma eficiência unitária. Perdas que ocorrem nesses equipamentos são advindas de múltiplos fatores, como a presença de transformador e as perdas magnéticas e de cobre associados, o autoconsumo do inversor e as perdas advindas dos componentes eletrônicos.

Alguns estudos relatam que o inversor string apresenta menos perdas do que o microinversor.

• Descasamento de Módulos

O descasamento de módulos ou mismatch seria a diferença de pequenas inconsistências no rendimento de um módulo fotovoltaico para o próximo, denominado de incompatibilidade.

Como causas, pode-se citar a não uniformidade de células fotovoltaicas, ocasionada por quaisquer diferenças advindas do processo de fabricação dessas células, e possíveis dispersões de propriedades elétricas desses módulos.

• Temperatura da Célula

A temperatura da célula fotovoltaica depende tanto da temperatura ambiente quanto da irradiância solar. A temperatura ideal da célula é de 25ºC, nas quais são realizados os testes para potência nominal do módulo.

Com isso, qualquer temperatura na célula maior que esse valor ocasiona perdas de potência – fato que ocorre na grande maioria das instalações fotovoltaicas. Tal perda por efeito da temperatura pode ser calculada de acordo com o coeficiente de perda disponível na própria folha de dados do módulo.

Nesse contexto de tantas perdas, advindas de diferentes causas, é de extrema importância saber quantificar e monitorar esses impactos na geração fotovoltaica.

Acompanhar as curvas de geração, possíveis tendências e alterações nos valores obtidos de energia gerada e saber identificar mudanças que possam impactar negativamente na geração são de extrema importância para a operação otimizada de uma planta fotovoltaica, principalmente em situações de geração centralizada.