Como Minimizar o Efeito da Sombra

Olá energistas!

Hoje vamos falar sobre um tema muitas vezes negligenciado por alguns “profissionais”, o efeito da sombra em sistemas fotovoltaicos e como minimizar esse problema!

O sombreamento, seja ele pequeno e quase imperceptível ou aqueles literalmente ‘assombrosos’, trazem, sim, perdas de geração nos sistemas fotovoltaicos.

Após a leitura desse post você vai:

Aprender os tipos de sombreamento existentes;

– Entender porque a sombra afeta tanto a geração de energia;

– Descobrir o que fazer em casos de sombreamento;

– Entender porque a tecnologia MLPE é uma aliada nestes casos;

– Saber qual espaço deixar entre as fileiras para que elas não façam sombras umas nas outras.

Demais né? Vamos nessa?!

TIPOS DE SOMBREAMENTO

Existem vários tipos de sombreamento que são classificados em:

  1. Sombreamento temporário:
  • Quedas de folhas;
  • Excrementos de pássaros;
  • Poluição;
  • Nuvens;
  • Acúmulo de poeira;
  • E em alguns países, neve.
  1. Sombreamento permanente:
  • Edificações e estruturas próximas ao sistema;
  • Vegetações no entorno;
  • Antenas;
  • Postes.
  1. Sombreamento de edifícios:
  • Geometria;
  • Localização do edifício;
  • Elementos arquitetônicos.
  1. Sombreamento do próprio sistema:
  • Quando a sombra de um módulo se sobrepõe a outro módulo.
  1. Sombreamento direto:
  • Fonte do sombreamento próxima do sistema fotovoltaico, será mais escura e consequentemente trará mais perdas.

Quanto maior o sombreamento no sistema maior as perdas e dependendo da gravidade dele, essas perdas podem chegar em 75% ou afetar a produção inteira.

POR QUE A SOMBRA AFETA TANTO A GERAÇÃO DE ENERGIA!?

Um sombreamento, sujeira ou interferência no módulo ocasiona o que chamamos de hot spot, ou ponto quente, isso porque quando uma célula está sombreada ela estará inversamente polarizada, atuando como uma carga elétrica e convertendo a energia em calor, ou seja, a corrente vai para aquela célula aquecendo-a e isso em casos extremos pode gerar um incêndio.

Digamos que um módulo possua 60 células (para facilitar), são 6 colunas, cada uma com 10 células certo?

Este módulo também possui, em sua traseira uma caixinha preta, onde saem os terminais + e -, chamada de caixa de junção, nesta caixa estão os diodos de by-pass (geralmente são 3, como na imagem a baixo), cada um atua em duas fileiras de células, ou seja, 20 células.

Diodos de by-pass

Os diodos de by-pass são dispositivos eletrônicos capazes de deixar a corrente fluir em uma direção enquanto a bloqueiam na direção afetada, ou seja ele impede que essa corrente reversa aconteça, isolando toda a circulação das células que estão atuando, na imagem abaixo podemos ver esse efeito.

Esquema by-pass

Se apenas uma célula estiver sombreada (inteira), as 20 células (do módulo de 60 células) serão afetadas, ou seja, o módulo perderá energia na faixa de 33%. Se 4 fileiras estiverem sombreadas, 2 diodos vão desviar a corrente e o 3º, onde as células estão livres de sombreamento, produzirá normalmente. São 33,3% de geração e 66,6% de perdas.

Na ilustração abaixo podemos perceber a perda que uma sombra é capaz de causar em um sistema fotovoltaico ligado em série e com um inversor de string.

Perda em arranjo fotovoltaico conectado a 1 mppt

Apesar de apenas o primeiro módulo estar com sombreamento, todos os outros também tiveram suas potências reduzidas. Por quê?      

Quando uma célula é sombreada por uma árvore ou nuvem por exemplo, sua corrente diminui e é justamente essa corrente que vai determinar a potência de operação de todas as outras células, pois o inversor faz o nivelamento para baixo da potência entregue pelos módulos, trabalho esse realizado em cada MPPT do inversor.

 

MPPTs e as sombras!

As MPPTs, do inglês “Maximum Power Point Tracking” (Rastreador/Seguidor do Ponto de Potência Máxima) são uma característica do inversor que faz com que ele rastreie constantemente a mudança do ponto de maior potência em comum de um arranjo fotovoltaico.

Quando um inversor possui mais de um MPPT, cada rastreador age como se fosse um inversor diferente dentro do mesmo inversor, por isso um inversor que tem apenas uma MPPT é não é recomendado caso tenha sombreamento, pois todos os módulos do sistema estarão conectados no mesmo MPPT.

MPPTs e Entradas

Os módulos fotovoltaicos conectados no mesmo MPPT devem ter as mesmas características pois a corrente é forçada a ser igual em todos os módulos em série (no caso de paralelo a tensão fica igual), nivelando pela menor potência do arranjo.

Sendo assim, sempre leve em consideração as seguintes orientações:

– Usar sempre o mesmo número de módulos nas MPPT, orientação e inclinação dos módulos conectados na mesma MPPT;

– MPPTs diferentes podem ter características diferentes nas suas configurações de arranjo;

– Você pode trabalhar de acordo com a disponibilidade do seu ambiente, desde que, respeite os limites de tensão e corrente do inversor para cada entrada e MPPT;

– Sempre leia a ficha técnica do inversor.

O QUE FAZER COM A SOMBRA?

E se não for possível evitar o sombreamento?

Nesse caso devemos minimizar esses impactos o máximo possível. Utilizando principalmente análise da localização e dos equipamentos do seu projeto. Vamos citar alguns métodos que podemos usar para minimizar o efeito do sombreamento:

– Uma análise visual com calma levando em consideração todo o redor onde será instalado o sistema ajuda a visualizar onde terá menos sombreamento;

– Utilizar o aplicativo Sun Surveyor, que permite avaliar toda a trajetória do Sol, identificando assim possíveis obstáculos;

– Analisar qual posição dos módulos, se horizontal ou vertical, será menos afetada por esse sombreamento;

– Fazer uma análise do sombreamento nos módulos com software, existem vários aplicativos e recursos que podem ajudar nisso (skatchup, solergo..), mas principalmente fazer o rastreamento solar para o ano inteiro. A partir disso saberá como posicionar seu sistema de modo a evitar e minimizar as perdas por sombreamento;

– Escolher um inversor com mais de uma entrada MPPT e separar as áreas sombreadas das áreas não sombreadas, formando strings independentes, isso evitará que o sombreamento afete outras áreas do sistema e dará maior eficiência ao sistema fotovoltaico;

– Utilizar módulos half cell, pode diminuir o efeito do sombreamento em 50%;

Módulo Half Cell

– Também existe hoje no mercado os chamados módulos hot spot free, patenteado pela AE Solar, cada célula possui um diodo de by-pass, essa tecnologia melhora em muito a eficiência dos módulos pois diminui as perdas por sombreamento nos módulos, como podemos ver na imagem a seguir.

Efeito by-pass

– As tecnologias MLPEs (module-level power electronics) melhoram a eficiência dos sistemas fotovoltaicos. Como exemplo existem os microinversores, já bem conhecidos no mundo solar e mais recentemente tem se destacado um dispositivo chamado otimizador, vamos falar mais sobre essas opções?!

POR QUE UTILIZAR OS MICROINVERSORES?

Os microinversores são dispositivos com tecnologia MLPE e atuam em um único módulo (ou dois), eles rastreiam o ponto máximo de potência dos módulos (MPPT) por isso tem algumas vantagens em relação ao inversor de string.

Esquema microinversores

Percebemos na imagem acima que o sombreamento não afetou todo o arranjo, isso porque os microinversores trabalham de forma independente e comportam ligações de 2 a 4 módulos, ou seja, se um módulo sofrer um sombreamento não irá afetar os demais, pois está conectado exclusivamente a uma MPTT do microinversor.

Sombreamento

Primeiramente devemos analisar o posicionamento, neste caso qual afetará mais o nosso sistema?

Anteriormente vimos sobre a tecnologia dos diodos de by-pass, são eles que permitem aos módulos continuarem a produzir uma corrente elétrica mesmo que parcialmente afetados. Eles atuam nas fileiras em vertical.

Ou seja, na opção B, apenas parte de 1 módulo seria afetado e na opção A, todas as fileiras estariam comprometidas, onde a função dos diodos de by-pass ficaria anulada.

Portanto, resposta correta: Opção B.

Com o um inversor de string a perda seria transferida para os demais módulos. Supondo que utilizemos um microinversor, somente parte do módulo afetado estaria comprometido.

Ou seja, na opção A mesmo com o microinversor os dois módulos estariam com suas capacidades limitadas e na opção B apenas um módulo ficaria comprometido e o outro estaria operando a todo vapor!

OTIMIZADOR DE POTÊNCIA CONTRA O SOMBREAMENTO

Otimizador de potência é um dispositivo conectado em cada módulo fotovoltaico que pré-processa a energia e aumenta a eficiência do sistema, diminuindo inclusive as perdas por sombreamento.

Basicamente, os otimizadores fazem a mesma coisa que o microinversor, no sentido de otimizar a potência por módulo.

A diferença entre os microinversores e os otimizadores é que eles não fazem a conversão CC-CA. Ou seja, eles melhoram a eficiência da energia produzida dos módulos e enviam para um inversor central fazer a conversão.

SOMBREAMENTO DO PRÓPRIO SISTEMA

Esse é um caso que não é atípico de se ver:

sombreamento entre módulos

Para lajes ou sistemas em solo, você sabe como calcular a distância para que não ocorra perda por sombreamento?

Para isso devemos escolher o melhor ângulo de inclinação (α) para aproveitar o máximo de incidência solar de acordo com a latitude da sua região.

Como calcular a distância entre os módulos fotovoltaicos e evitar o sombreamento?

Siga os passos a seguir:

#PASSO 1 – Escolhido o ângulo para o seu sistema use a seguinte fórmula:

h = L x sen α

De acordo com a imagem abaixo:

Dimensões módulo solar

Onde:

h: altura (m);

D: distância (m);

L: comprimento do módulo (m);

α: ângulo escolhido – latitude (°).

Lembrando que altura “h” e a distância “D” são as medidas contando toda a estrutura de suporte, não apenas o módulo.

#PASSO 2 – Com esses dados podemos calcular a distância (D), assim:

D = L x cos α

Distância entre módulos

#PASSO 3 – Com esses dados aplicamos a fórmula da distância (d) entre as estruturas para que elas não se sombreiem:

d= (3,5 x h) – D

Pronto, esse tipo de sombreamento, você não vai mais te preocupar!

Lembrando sempre que a melhor solução para a redução de perdas é um sistema fotovoltaico bem projetado.

A análise do sombreamento em instalações fotovoltaicas tem grande importância na geração de energia solar, afetando inclusive no retorno do investimento.

RESUMO DO EFEITO DA SOMBRA!

Resumindo tudo isso nós vimos:

– Os tipos de sombreamento;

  • temporário
  • permanente
  • em edifícios
  • do próprio sistema
  • e sombreamento direto

– Porque a sombra afeta tanto a geração de energia;

– O que fazer quando não tem como fugir do sombreamento;

– Porque utilizar os microinversores. E suas vantagens;

– Otimizador de potência e seus benefícios;

– Sombreamento do próprio sistema.

Então, com esse conteúdo você já está imune a este mal 🙂

Espero que sido útil para você!

Comenta aqui em baixo o que achou e te vejo na próxima!

6 Comentários

  1. Renato

    Gostei muito de toda a matéria! Estas orientações podem evitar muitos problemas no futuro com a insatisfação dos clientes!
    Obrigado!

    • Caroline - Equipe Energês

      Olá Renato!
      Excelente, ficamos felizes que foi útil para você. No que precisar conte conosco!

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