Seu Sistema PV Está Subperformando? Um Guia para Aplicação e Configuração de Otimizadores

Em aplicações práticas de geração fotovoltaica (PV), problemas como sombreamento, diferenças na orientação dos módulos e degradação dos módulos frequentemente levam a uma redução na saída do sistema. Pesquisas indicam que o sombreamento pode resultar em perdas de geração de energia de até 70% (Fonte) ① : NREL). Particularmente quando um módulo específico está em sombra, a corrente e a potência de saída de todo o circuito em série podem diminuir significativamente. É aqui que entram os otimizadores fotovoltaicos. Eles ajustam a corrente de saída dos módulos afetados por meio de circuitos internos de controle DC-DC, alcançando correspondência de corrente com outros módulos e reduzindo eficazmente as perdas de geração devido a desajuste. Este artigo detalhará as necessidades específicas de aplicação de otimizadores fotovoltaicos em instalações existentes e novas, bem como as soluções que eles fornecem.

Medidas Chave para Aumentar a Saída em Usinas PV Existente

Para usinas fotovoltaicas em operação, a modernização com otimizadores é sem dúvida uma estratégia de atualização crucial. Essa tecnologia não apenas aumenta significativamente a saída do sistema, mas também fornece suporte sólido para a operação estável de longo prazo da usina. Aqui estão alguns cenários de aplicação típicos:

Modernização de Usinas Antigas (Sem Substituição de Módulos) Algumas usinas mais antigas que têm operado por muitos anos frequentemente experimentam uma queda na produção devido ao envelhecimento dos módulos, degradação do desempenho e mudanças no ambiente de trabalho. De acordo com pesquisas, a eficiência de geração de módulos envelhecidos pode diminuir em até 20% (Fonte ② : IEA), levando a problemas graves de desajuste. Instalar otimizadores pode não apenas resolver esse problema, mas também recuperar a geração perdida ao máximo. Além disso, o recurso de monitoramento no nível do módulo permite o acompanhamento em tempo real do desempenho do módulo, permitindo a identificação precisa de módulos problemáticos e economizando tempo de manutenção.

Retrofitagem de Usinas Antigas (Substituição Completa dos Módulos) Normalmente, plantas construídas antes de 2018 planejam substituir módulos antigos pelos mais recentes. Durante essa substituição, alterações nas dimensões dos módulos podem causar sombreamento (como ilustrado abaixo), resultando em perda de potência. Com base na experiência do projeto de Sheng Gao, sistemas que utilizam tecnologia de otimizador podem melhorar significativamente a geração total em situações de sombreamento, com aumentos médios de 15% ou mais.

Módulos novos maiores podem causar algum sombreamento

Retrofit em Plantas Antigas (Substituição Parcial de Módulos)  Com o desenvolvimento rápido da fabricação de módulos, quando módulos em usinas mais antigas precisam ser substituídos devido a danos, muitas vezes enfrentam o dilema de o fabricante original não produzir mais as mesmas especificações. Simplesmente substituir módulos danificados por módulos populares do mercado atual pode levar a problemas de desajuste dentro da mesma string de módulos. Para resolver esse desafio, a modernização com otimizadores surge como uma escolha mais econômica e eficaz, eliminando efetivamente fenômenos de desajuste e garantindo a eficiência da usina.

Mitigação de sombreamento  As usinas fotovoltaicas geralmente têm uma vida útil de até 25 anos, durante os quais os ambientes ao redor podem mudar. Edifícios recém-construídos, árvores transplantadas ou equipamentos adicionais no telhado podem introduzir problemas de sombreamento para os módulos fotovoltaicos. Nesses casos, a aplicação de otimizadores é particularmente importante. Ao utilizar tecnologia de otimizador, o impacto do sombreamento na saída do sistema pode ser significativamente reduzido, recuperando as perdas causadas pelo sombreamento.

Recomendações de Configuração de Otimização para Novas Instalações

Para usuários que ainda não instalaram sistemas fotovoltaicos, configurar otimizadores proativamente é igualmente significativo. Desde a fase inicial de planejamento e design da planta, os otimizadores devem ser considerados para garantir alta eficiência, estabilidade e capacidades inteligentes de geração de energia desde o início. Os seguintes cenários são particularmente adequados para a instalação de otimizadores fotovoltaicos:

Estruturas de Telhado Complexas  Um dos fatores principais que determinam a escala da instalação fotovoltaica no telhado é a orientação do telhado. Módulos na mesma string orientados em duas direções diferentes podem levar a perdas de potência. Os otimizadores fotovoltaicos permitem que cada módulo opere em seu ponto máximo de potência, sem ser afetado por outros módulos na mesma string, maximizando assim a utilização do espaço no telhado.

Problemas de Sombreamento  A sombra causada por telhados circundantes pode levar a perdas na geração de energia em sistemas fotovoltaicos. Até mesmo sombras leves de árvores ou linhas aéreas podem impactar significativamente a produção total da planta. Os otimizadores fotovoltaicos utilizam MPPT (Rastreamento do Ponto de Potência Máxima) no nível do módulo para otimizar independentemente os módulos sombreados, melhorando assim a geração total do sistema.

Ambientes Naturais Variáveis Fatores ambientais comuns, como acúmulo de poeira, excrementos de pássaros e neve, também podem afetar muito a saída de plantas fotovoltaicas. Se o seu telhado estiver localizado em uma área com condições naturais variáveis, isso pode levar ao subdesempenho na geração de PV. Instalar otimizadores pode resolver eficazmente esses desafios, garantindo uma geração de energia estável.

Requisitos de Segurança e Manutenção Os sistemas fotovoltaicos geram tensão continuamente, e sistemas que não conseguem realizar desconexões de segurança em baixa tensão em caso de falhas ou incêndios podem apresentar riscos de segurança. Os otimizadores fotovoltaicos podem identificar rapidamente potenciais riscos por meio do monitoramento no nível de módulo e realizar o desligamento rápido em até 15 segundos, reduzindo a tensão para níveis seguros e garantindo a segurança tanto do sistema fotovoltaico quanto do pessoal de manutenção.

Em resumo, os otimizadores fotovoltaicos desempenham um papel vital no aumento da produção dos sistemas fotovoltaicos, na garantia da segurança e na facilitação da manutenção. Seja para plantas fotovoltaicas em operação ou novas, retrofitar com otimizadores em cenários específicos é uma escolha sábia.

Fontes:

① Desempenho PV NREL:  https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf 

② Programa IEA de Sistemas de Energia Fotovoltaica:  https://iea-pvps.org/