Pesquisadores da East West University de Bangladesh desenvolveram um novo método para analisar sistemas fotovoltaicos bifaciais em terrenos inclinados. A nova técnica é uma formulação precursora inserida em modelos de simulação fotovoltaica existentes que não levam em conta fazendas solares montanhosas. “Uma reformulação completa para bifaciais exigiria muito esforço, então, em vez disso, propusemos uma etapa de cálculo inicial que pode ser usada seguida por qualquer modelo fotovoltaico convencional”, disse o autor correspondente Mohammad Ryyan Khan à pv magazine.
“O método proposto envolve o recálculo do caminho do sol e da irradiância (direta e difusa) para ‘visto de uma superfície inclinada’ e insere esses valores em um modelo fotovoltaico convencional. As entradas atualizadas garantem que as saídas gerais sejam os resultados de um painel fotovoltaico em uma superfície inclinada”, disseram os pesquisadores. “Portanto, somos capazes de projetar e analisar parques fotovoltaicos para qualquer inclinação e orientação sem reformular qualquer outra parte dos modelos fotovoltaicos existentes.”
A técnica tem três partes: a modelagem do caminho do Sol em uma determinada colina; a correção dos valores de luz solar; e a integração em modelos existentes. Na primeira etapa, a coordenada global é girada junto com a orientação e o ângulo da inclinação. Este processo produz um caminho do sol modificado do ponto de vista da superfície inclinada.
Na segunda etapa, a irradiância horizontal difusa (DHI) é reduzida com base no fator de visão da inclinação para o céu, enquanto a irradiância normal direta (DNI) permanece como está. O novo valor DHI é responsável pela exposição limitada ao céu da superfície montanhosa. Na última etapa, a incidência corrigida e os ângulos do sol são inseridos nos modelos fotovoltaicos disponíveis, que os tratam como terreno plano.
A equipe validou seu modelo de algumas maneiras. Uma autovalidação encontrou um erro de até 2% geralmente, e o benchmarking com o software PVsyst, que pode levar em conta árvores inclinadas, produziu resultados semelhantes. Finalmente, a equipe também construiu uma configuração experimental em pequena escala, incluindo uma matriz monofacial de painel colocada em uma colina voltada para o leste com uma inclinação de 20◦. Os painéis foram colocados planos contra o talude, a uma altura de 51,5 cm e uma largura de 28,5 cm.
Imagem: East West University, Energy Conversion and Management: X, CC BY 4.0
“Este experimento foi conduzido no telhado da East West University, Dhaka (23,8◦N, 90,4◦E) por 10 dias de fevereiro a março de 2022. A saída foi medida a cada 2 minutos, das 6h30 às 18h00, depois integrada ao longo do dia para obter a produção diária de energia”, explicou a equipe “Usamos a irradiância horizontal global medida (GHI) como entrada para o modelo combinado para simular a saída da mesma configuração e localização. A comparação entre a produção de energia do nosso modelo combinado e a do experimento mostrou um erro diário de menos de 3%.”
Finalmente, a equipe demonstrou seu modelo, usando sua formulação precursora com o software de simulação PV-MAPS. Eles testaram um ângulo de inclinação de 20◦, em uma colina voltada para o norte, sul, leste ou oeste. O painel, monofacial ou bifacial, foi montado em paralelo ao talude. Na simulação bifacial, eles assumiram uma bifacialidade de 1 (unidade) e um albedo de 0,2. Todos os painéis tiveram eficiência de 16,8%, com altura do painel e altura de fixação de um metro.
A análise mostrou que o sistema fotovoltaico bifacial produz maior produção, como esperado, com a energia anual dos sistemas fotovoltaicos bifaciais em várias colinas variando entre 211,33 e 290,45 kWh/m2/ano e o sistema fotovoltaico monofacial variando de 187,18 a 259,72 kWh/m2/ano.
“No geral, o modelo desenvolvido simplifica a implementação de modelos numéricos para matrizes de painéis bifaciais em terrenos inclinados. Os modelos para fazendas mono / bifaciais, fazendas de rastreamento mono / bifacial (junção única e tandem) e sistemas agrovoltaicos podem agora ser implementados para sistemas correspondentes em superfícies inclinadas para previsões e análises”, concluiu a equipe.
A nova abordagem foi apresentada em “Modeling any bifacial solar panel array configuration on sloped terrain: Generalization using a precursor formulation“, publicado na Energy Conversion and Management: X.
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