Muita gente se surpreende ao saber que os painéis solares funcionam melhor no frio. Um dia de inverno claro e seco pode render algumas das maiores produções instantâneas que uma usina vê em todo o ano. Os climas frios também trazem neve, dias curtos e condições severas para os equipamentos. Este artigo explica o que o frio faz com o desempenho fotovoltaico (FV), o que a neve faz e como medir os dois efeitos.
Por que módulos frios produzem mais
A tensão de uma célula solar aumenta quando sua temperatura cai. Os datasheets de módulos expressam isso como um coeficiente de temperatura da potência: para módulos de silício cristalino, ele costuma ficar na faixa de cerca de −0,3% a −0,5% por °C, medido a partir da condição de teste padrão de 25 °C de temperatura de célula. O que importa é o sinal: cada grau abaixo de 25 °C acrescenta produção, cada grau acima a tira.
Considere um módulo com coeficiente de −0,4%/°C. Em um dia quente, com as células a 60 °C, ele perde cerca de 14% da potência nominal só pelo calor. Em um dia frio e ensolarado, com as células a 0 °C, ele ganha cerca de 10%. É uma variação de aproximadamente um quarto na produção para a mesma luz solar.
O mesmo efeito tem uma consequência de projeto. Como a tensão sobe no frio, a tensão da string na manhã mais fria do ano é a maior que o sistema verá. Os comprimentos das strings devem ser projetados para que essa tensão permaneça dentro dos limites do inversor e dos módulos.
Por que locais frios ainda podem decepcionar
- Dias curtos e sol baixo: em altas latitudes, no inverno, o sol está baixo, os dias são curtos e a energia disponível por dia é pequena, mesmo que cada hora de sol seja bem aproveitada.
- Cobertura de neve: um módulo coberto de neve produz pouco ou nada. A rapidez com que a neve escorrega depende da inclinação, da moldura e da temperatura.
- Gelo e geada: uma camada fina sobre o vidro espalha a luz antes que ela chegue às células.
- Estresse nos equipamentos: eletrônicos, cabos, baterias e peças mecânicas têm temperaturas mínimas de operação, e ciclos repetidos de congelamento e descongelamento são prejudiciais a vedações e estruturas.
Por que a neve também pode ajudar
A neve fresca no solo reflete a maior parte da luz solar que incide sobre ela, muito mais do que a grama ou a terra. Essa luz refletida aumenta a irradiância que chega aos módulos inclinados e beneficia especialmente os módulos bifaciais, que também captam luz na face posterior. Em altitudes elevadas, onde o ar é mais rarefeito e muitas vezes mais limpo, a irradiância também pode ser alta. A combinação de células frias, céu brilhante e neve refletiva é o motivo pelo qual locais frios e ensolarados podem registrar um desempenho excelente nos dias certos.
Medindo o que o frio está fazendo
Para saber se uma usina em clima frio está tendo o desempenho esperado, o proprietário precisa separar o clima da usina. Isso exige uma estação de monitoramento meteorológico que meça:
- irradiância na horizontal e no plano dos módulos, e na face voltada para o solo quando os módulos são bifaciais;
- temperatura do módulo, que em tempo frio e com vento pode ficar bem longe da temperatura do ar;
- temperatura do ar, umidade e vento;
- sujidade, inclusive neve: um sistema de medição de sujidade compara um módulo de referência limpo com um exposto, mostrando quanta energia a neve ou a poeira está custando.
O equipamento precisa sobreviver às condições que mede. As estações de monitoramento meteorológico da Aeron são especificadas para operar de −40 °C a +80 °C, e os sensores de temperatura de módulo Rigel 2 medem a partir de −40 °C com um elemento PT1000 Classe A conforme a IEC 60751.
Um exemplo em clima frio: Mongólia
A Aeron forneceu a estação de monitoramento meteorológico de uma usina solar de 5 MW com 3,6 MWh de armazenamento em baterias na Mongólia, descrita como a primeira usina solar com armazenamento em baterias do país, construída no âmbito do “Upscaling Renewable Energy Sector Project”. A temperatura média anual da Mongólia é de cerca de 0,2 °C, com médias de inverno de −10 °C a −30 °C, e por isso os sensores e acessórios foram escolhidos para essas condições.
A estação mede a irradiância global horizontal e no plano do arranjo, a temperatura do módulo e do ar, a umidade, a velocidade e a direção do vento e a sujidade, tanto de poeira quanto de neve, além de ter um sistema de detecção de raios. Um registrador de dados Xtreme XG-930 da Aeron lê os sensores com seu conversor de 24 bits e envia os dados ao SCADA da usina por Modbus TCP. Os dados também permitem que o proprietário estude como a cobertura de neve afeta a geração. A estação foi implantada em junho de 2022. Leia o estudo de caso da Mongólia.
Em resumo
O frio é bom para as células e difícil para todo o resto. Usinas em climas frios podem ter um desempenho muito bom, mas só se o projeto previr as altas tensões do tempo frio, se os equipamentos forem especificados para as temperaturas e se os proprietários medirem irradiância, temperatura dos módulos e perdas por neve com qualidade suficiente para distinguir um problema do clima de um problema da usina. Para conversar sobre monitoramento de uma usina em clima frio, fale com nossa equipe.
