Estudo compara eficiência de 37 sistemas fotovoltaicos instalados em Minas Gerais

Um estudo realizado na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) apontou qual sistema fotovoltaico de telhado é o mais eficaz. 

Estudo compara eficiência de 37 sistemas fotovoltaicos instalados em Minas Gerais

O mercado e o desempenho energético


O mercado de Energia Solar fotovoltaica é uma realidade, no mundo e no Brasil, que tem evoluído rapidamente, tanto com os avanços nas tecnologias de módulos e inversores fotovoltaicos. Como por exemplo: geração de energia, eficiência de conversão, falhas e perdas de energia associadas.


Tenho trabalhado no setor de Energia Solar desde finais de 2014. Mesmo com todos os desafios do mercado brasileiro, a minha empresa tem atualmente cerca de 1500 sistemas instalados, e mais da metade são de tecnologia MLPE.


É interessante mencionar que o desempenho energético de um sistema fotovoltaico (SFV) depende muito da forma como foi projetado e instalado, ou seja, depende da sua inclinação, orientação, tecnologia dos módulos fotovoltaicos e topologia dos inversores, das condições climáticas e do local onde o sistema foi colocado.


Em 2020 realizei um estudo para a conclusão do curso de pós-graduação da UFMG, Especialização em Fontes de Energia Renováveis: Geração, Operação e Integração, e gostaria de compartilhar o que encontrei neste estudo.


Motivação para realizar o estudo


Desde o início das nossas operações no mercado, temos acompanhado uma grande evolução das tecnologias e reconhecemos a importância da escolha correta do equipamento para alcançar o melhor desempenho energético, de modo a obter a rentabilidade e o tempo de retorno do investimento projetado.


Sabemos que, em teoria, as tecnologias do tipo MLPE podem proporcionar um maior desempenho na geração devido à sua topologia que individualiza os módulos, eliminando assim as perdas por incompatibilidade, otimizando a identificação do ponto máximo de potência do módulo e reduzindo os impactos de sombreamento.


Estas características também podem ser facilmente observadas quando se utiliza software de simulação como o PVsyst, para analisar o desempenho de sistemas com diferentes tecnologias. Por exemplo, se compararmos um sistema MPLE e um sistema String numa instalação que tenha algum tipo de obstáculo, vamos perceber no resultado um melhor desempenho e índice de rendimento no sistema MLPE, uma vez que este tem perdas menores em relação ao sombreamento. O gráfico abaixo indica a diferença na simulação para o mesmo projeto, mas com tecnologias diferentes



Sistema de comparação com inversor de sombreamento optimizado DC vs inversor de string


Mesmo em sistemas que não têm sobra, é possível verificar novamente um melhor desempenho do sistema MLPE simplesmente porque apresenta menores perdas devido à eliminação de incompatibilidade.



Comparação das perdas de incompatibilidade do sistema com o otimizador DC vs. inversor de string


Para confirmar na prática se as diferentes tecnologias de inversores produzem de fato diferentes resultados de produtividade e desempenho, decidi realizar um estudo sobre os sistemas que tenho instalados, avaliando e comparando as taxas de produtividade e desempenho energético de 33 sistemas fotovoltaicos micro/mini ligados à rede.


Neste estudo também comparei o desempenho de módulos de diferentes tecnologias, mas para este artigo vamos focar apenas nos resultados dos inversores.


Metodologia utilizada


Para realizar a análise, foram avaliados os resultados da monitorização de 33 sistemas fotovoltaicos, instalados em diferentes locais, com a grande maioria dos sistemas instalados na região leste de Minas Gerais.


Como referência para os dados meteorológicos, dados de energia específicos do Atlas Solarimétrico de Minas Gerais, desenvolvido pela Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG, 2016), de acordo com o gráfico indicativo abaixo.



Energia específica do atlas solarimétrico da CEMIG – MG


Foram avaliados sistemas de diferentes tipos de tecnologia de inversores, nomeadamente: inversores de strings, inversores com otimizadores de corrente contínua e micro inversores. A tabela abaixo indica o número de sistemas avaliados pelo fabricante e pela tecnologia:



Quantidade de inversor por tipo e tecnologia


O principal desafio na comparação de diferentes sistemas é que eles são tipicamente instalados em diferentes locais, ângulos e orientações. Por isso é necessário analisar os dados, considerando uma produtividade de referência (Yr) para cada condição específica e com base neste valor de referência é então possível avaliar a taxa de desempenho (TD) e a produtividade (YF) do sistema.


Abaixo estão os detalhes e a importância de cada um destes parâmetros na análise do desempenho:


Produtividade do sistema (Yf): A produtividade do sistema permite comparar sistemas fotovoltaicos de diferentes tamanhos, uma vez que avalia a produção de energia em relação à potência nominal (kWh/kWp);


Produtividade de Referência (Yr): É a quantidade de energia que deve ser gerada no plano dos módulos fotovoltaicos em relação à potência nominal (kWh/Kwp), se não houvesse perdas;


Taxa de Desempenho Global (TD): A Taxa de Desempenho Global (TD), ou a Taxa de Desempenho (PR), é um valor sem dimensão que mostra o efeito total das perdas ou falhas num Sistema Fotovoltaico. Estas perdas estão incluídas (temperatura, eficiência, sujidade, sombreamento, entre outras);


Resultados obtidos


Depois de reunir os dados de geração do sistema, normalizando os parâmetros de desempenho, fomos capazes de comparar os dados. Na tabela abaixo, podemos ver um resumo dos resultados encontrados:



Resumo dos resultados da análise de desempenho


O resumo dos dados indicava que os sistemas com tecnologia MLPE tinham melhores resultados. A tecnologia do inversor otimizado de corrente contínua da SolarEdge foi a que teve os melhores resultados em média.



Sistema Tecnológico MLPE com SolarEdge com Otimizador de Corrente Contínua  


O micro inversor da Renovigi, apesar de utilizar tecnologia MLPE, teve um desempenho abaixo das expectativas. No entanto, os resultados dos sistemas do fabricante foram prejudicados devido a falhas de comunicação que ocorreram causando perda de dados, reforçando a importância da confiabilidade do sistema de monitorização para o desempenho do sistema de monitorização.


Os inversores tradicionais do tipo string têm uma taxa de desempenho na ordem dos 70%, enquanto os sistemas do tipo MLPE têm uma taxa de desempenho superior a 80%. Outro detalhe é que dentro da mesma tecnologia é possível observar uma variação no resultado de acordo com o fabricante.


Ao comparar os dados de produtividade média obtidos acima com a produtividade esperada do atlas solarimétrico da região, podemos observar em percentagem quais tecnologias tiveram um desempenho superior ou inferior ao estimado:



Percebemos então que os sistemas de tecnologia de otimização de Corrente Contínua da SolarEdge se destacaram e apresentaram um melhor desempenho 14% acima da estimativa, seguido da tecnologia de micro-inversor da Apsystem com 9%. Os inversores Fronius com tecnologia de string, entre os inversores tradicionais, obtiveram o melhor resultado, excedendo em 3% o valor esperado.


Conclusão


O resultado do estudo confirmou o que já tínhamos visto na teoria de que os sistemas MLPE apresentam melhor desempenho devido à sua tecnologia a nível de módulo que otimiza o desempenho do sistema, eliminando perdas e proporcionando maior geração.


Os sistemas com inversores otimizados em Corrente Contínua da SolarEdge e os micro-inversores da Apsystem mostraram os melhores resultados de desempenho. Interessante é que apesar de ambos serem do tipo MLPE, foi possível observar um melhor desempenho da SolarEdge, o que na minha opinião se deve à maior eficiência do equipamento e a uma maior amplitude de temperatura de funcionamento desta tecnologia.


Toniangelo Vieira


Empresário, engenheiro eletricista, MBA em Gestão de Projetos (FGV), especialista em energia solar fotovoltaica, pós-graduado em Energias Renováveis (UFMG), Diretor da T8M Energia Solar.

Abaixo segue link para ter acesso ao estudo completo. .

https://www.linkedin.com/posts/toniangelo-vieira-ba7b9616b_monitora%C3%A7%C3%A3o-produtividade-e-taxa-de-desempenho-activity-6941040416955772928-ntjP?utm_source=linkedin_share&utm_medium=member_desktop_web

por: Engenheiro Toniangelo Vieira - 30/05/2022

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