Pesquisadores lançam luz sobre o mistério do alto rendimento de energia em sistemas fotovoltaicos verticais

Da pv magazine Global

Um grupo de pesquisadores da Organização Holandesa de Pesquisa Científica Aplicada (TNO) realizou uma série de testes e simulações para entender por que os sistemas fotovoltaicos verticais tendem a fornecer ganhos de rendimento inesperados em comparação com instalações horizontais e descobriram que as instalações verticais têm temperaturas de operação muito mais baixas.

“Embora o desempenho melhor do que o esperado para a instalação vertical de solar bifacial tenha sido relatado em conferências e workshops, não vimos nenhuma publicação que mostre que isso é acompanhado com uma temperatura de operação muito mais baixa do que você esperaria para solar de inclinação fixa independente com a mesma irradiância total”, disse o autor correspondente da pesquisa, Bas Van Aken, à pv magazine. “Essas temperaturas de operação mais baixas têm um efeito positivo na tensão de operação. E, portanto, na geração total de energia, particularmente sob condições de alta irradiância.”

No estudo “Thermal model in digital twin of vertical PV system helps to explain unexpected yield gains“, publicado na EPJ Photovoltaics, Van Aken e seus colegas explicaram que a tensão é influenciada tanto pela quantidade de luz quanto pela temperatura das células solares. Com o aumento das condições de irradiância, a tensão aumenta logaritmicamente, enquanto com o aumento da temperatura, a tensão diminui, tipicamente em 0,3-0,4% por °C.

“Para um sistema padrão, observamos que, em condições de alta irradiância, o aumento devido à luz é compensado pela diminuição devido à maior temperatura de operação”, ressaltou Van Aken. “No entanto, para o sistema vertical, observamos que a temperatura de operação não está aumentando tanto e o aumento e a diminuição da tensão estão mais ou menos equilibrados”.

Para sua modelagem, o grupo usou gêmeos digitais, que são representações virtuais que conectam e visualizam ativos do mundo real, para criar gêmeos compostos por um sistema fotovoltaico real e uma cópia em formato digital. Gêmeos digitais são comumente usados para operação e manutenção (O&M) de usinas de energia solar. “A versão digital imita a saída dos painéis fotovoltaicos com base na série temporal de dados climáticos e outros dados ambientais. Os valores simulados são comparados com os dados observados”, explicaram os cientistas.

Eles fizeram suas medições em um sistema fotovoltaico vertical localizado perto das instalações da TNO em Petten, Holanda. O sistema leste-oeste possui nove fileiras cada uma equipada com oito módulos bifaciais de 315 W, com o espaçamento entre as fileiras de módulos sendo de 2 m, 4 m ou 6 m. Dos 72 módulos implantados no sistema, 60 contam com células solares M2 TOPCon do Tipo N. Todos os painéis são equipados com otimizadores de energia fornecidos pela israelense SolarEdge.

Para sua análise, o grupo utilizou um método de extração desenvolvido internamente e descobriu que os coeficientes de transferência de calor dos painéis verticais são quase o dobro dos valores dos painéis horizontais. Os coeficientes de transferência de calor definem como a energia térmica passa de um material para outro e são comumente usados, por exemplo, para fazer isolamento em residências.

Eles também verificaram que a matriz vertical opera a uma diferença de temperatura em relação ao ambiente que é “quase reduzida pela metade”, o que, segundo eles, resulta em um rendimento anual de energia 2,5% maior.

“Esses resultados mostram a importância de verificar as condições reais de operação de aplicações emergentes de painéis solares”, concluiu Van Aken. “Esperamos que esse efeito tenha um aumento de 2% a 3% no rendimento anual de eletricidade na Holanda, a temperatura operacional mais baixa tenha um efeito de desaceleração nos mecanismos de degradação e o efeito possa ser mais significativo em locais com condições de irradiância mais altas.”