O impacto das taxas de degradação de painéis fotovoltaicos baseadas no clima sobre os inversores

Da pv magazine Global

Cientistas da Universidade Hasselt, na Bélgica descobriram que as taxas de degradação do módulo solar baseadas no clima podem ter um impacto significativo na eletrônica de potência em sistemas fotovoltaicos.

No estudo “Assessing the impact of PV panel climate-based degradation rates on inverter reliability in grid-connected solar energy systems“, que foi publicado recentemente na Heliyon, os acadêmicos alertaram que o uso de taxas de degradação semelhantes baseadas no clima para sistemas fotovoltaicos em todas as zonas climáticas do mundo representa uma “aproximação irrealista” que pode levar a resultados enganosos. “Isso pode resultar na superestimação ou subestimação da vida útil da energia fotovoltaica e, subsequentemente, impactar as estimativas de confiabilidade da eletrônica de potência”, acrescentaram.

O grupo de pesquisa avaliou as taxas de degradação do painel com base em tensões climáticas em três localizações geográficas distintas: Genk na Bélgica, Acra em Gana e Kabd no Kuwait. Esses locais representam climas moderado, quente e úmido, e quente e seco, respectivamente.

Os pesquisadores usaram uma abordagem baseada em física que considerou dados meteorológicos, como temperatura ambiente, irradiância, velocidade e direção do vento, bem como propriedades do material, como constantes ópticas, térmicas e elétricas, e espessuras de cada camada no módulo. Também levaram em conta parâmetros do painel, como coeficientes de temperatura, eficiência quântica externa e layout de interconexão.

Eles explicaram que os transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), que são os dispositivos de comutação no inversor fotovoltaico, são extremamente sensíveis a altas temperaturas e, sem o gerenciamento adequado, podem levar a falhas ou redução da vida útil.

“Toda vez que um IGBT é ligado, haverá perdas de energia geradas dentro das camadas de material, e essas perdas de energia podem gerar calor dentro do IGBT”, explicaram. “Consequentemente, cada ativação induz um ciclo térmico atribuído a essas perdas de energia.”

A equipe analisou as taxas de degradação potencial em um sistema fotovoltaico padrão de 4 kW, incluindo um conversor de impulso DC-DC e um inversor monofásico usando quatro IGBTs com uma classificação de tensão de 700 V e uma classificação de corrente de 40 A. Considerou-se um cenário sem taxa de degradação intrínseca do módulo solar e um cenário levando em conta a taxa de degradação intrínseca da energia fotovoltaica.

Por meio de uma série de simulações, os pesquisadores descobriram que o inversor no sistema fotovoltaico localizado em Kabd tem uma vida útil muito menor do que os inversores localizados em Genk e Acra.

“O inversor fotovoltaico em Kabd experimenta tensões térmicas substanciais sem os efeitos da degradação fotovoltaica, e o IGBT pode falhar em apenas 5 anos, levando à falha do inversor fotovoltaico em apenas 3,8 anos”, enfatizaram. “Com a introdução da degradação linear fotovoltaica, a vida útil do inversor fotovoltaico em Kabd aumentará para 5,8 anos, mas ainda fica aquém dos outros dois locais. O modelo de degradação fotovoltaica baseado em física aumentará a vida útil do Kabd para cerca de 6,5 anos.”

O grupo concluiu que a implantação de sistemas fotovoltaicos em climas quentes e áridos pode exigir parâmetros diferentes para o projeto do inversor. “Esses resultados demonstram a importância de incorporar vários fatores e parâmetros ao avaliar a confiabilidade de um inversor fotovoltaico e seu dispositivo de comutação”, afirmou.