Garantia contratual de desempenho de geradores fotovoltaicos

A marca de 10 GW em micro e minigeração solar fotovoltaica distribuída atingida no início de 2022 no Brasil, e que continua a crescer vertiginosamente, reflete mais do que apenas o crescimento do mercado, mas também a profissionalização do setor.

Parte importante desta profissionalização é o controle de qualidade e desempenho das instalações fotovoltaicas e neste caminho, boa parte dos instaladores e epecistas[1] já incorporou o comissionamento das instalações como algo obrigatório em todos os seus projetos, independentemente de seu porte.

Mas este maior rigor no controle, e consequentemente na qualidade dos projetos, não para no comissionamento e se estende no controle da garantia contratual dos empreendimentos.

Diversas são as métricas possíveis para as garantias contratuais de um gerador fotovoltaico, sendo as mais utilizadas listadas a seguir:

1.    Disponibilidade técnica dos equipamentos

2.    Garantia de geração

3.    Garantia de desempenho

A garantia técnica de disponibilidade dos equipamentos é um indicador conhecido e muito utilizado em projetos de geração centralizada e distribuída e está associado a uma disponibilidade ou indisponibilidade máxima dos principais equipamentos do sistema, sendo o inversor o equipamento tipicamente avaliado, por ser o calcanhar de aquiles de qualquer gerador fotovoltaico.

Neste caso uma indisponibilidade máxima é arbitrada pelo instalador/epecista, que tanto pode estar associada ao tempo máximo em que o equipamento deixou de operar, quanto às perdas em energia decorrentes do desligamento. Os desligamentos da rede ocasionados pela própria distribuidora não são considerados no cálculo.

Em projetos de geração centralizada, uma taxa de indisponibilidade forçada (quando um inversor para de funcionar em função de alguma falha ou problema na instalação) é tipicamente arbitrada em 1% da energia do parque gerador, sendo que equipes de operação e manutenção (O&M) bem treinadas conseguem manter a indisponibilidade abaixo deste valor.

Para projetos de geração distribuída monitorados durante longos períodos (pelo menos 15 anos), se observou que a indisponibilidade energética de uma instalação pode ficar abaixo de 1%, desde que o instalador/epecista proporcione a pronta entrega e instalação de inversores para qualquer substituição necessária.

Outra métrica muito utilizada na garantia dos empreendimentos solares é a garantia de geração do gerador fotovoltaico. Todo projeto antes de ser contratado possui uma simulação da geração mensal e total anual do sistema fotovoltaico. Estes valores tipicamente são utilizados como referência para monitoramento do contrato após o sistema ter sido instalado.

Contudo, as simulações de geração utilizam dados históricos médios para estimativas de geração do sistema fotovoltaico, mas a radiação solar varia ano a ano, apresentando para o Brasil uma variabilidade anual máxima da radiação solar de cerca de até 10%, dependendo da região.

Ou seja, pode-se ter em determinado ano atípico e com grande ocorrência de dias nublados uma média de produção de energia até 10% menor do que a estimada na simulação, unicamente associada a esta variabilidade internanual do recurso solar, sem que esteja ocorrendo nada de anormal no gerador fotovoltaico.

Outro ponto importante que deve ser considerado é a incerteza da fonte de dados considerada. Diversas são as fontes de dados disponíveis para o Brasil, sendo o Atlas Brasileiro de Energia Solar publicado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) a fonte de dados pública e gratuita mais confiável atualmente para o país, tendo sido validado por mais de 500 estações solarimétricas espalhadas pelo território brasileiro.

O atlas,  que está disponível para download gratuito no site do INPE (http://labren.ccst.inpe.br/atlas_2017.html) é fruto do trabalho cooperativo entre o INPE, pesquisadores da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e do Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC).

As incertezas do atlas variam dependendo da região avaliada e da métrica utilizada, mas são inferiores a 5% para a irradiação global horizontal, que é o dado de entrada para as simulações dos sistemas fotovoltaicos.

Por fim a última métrica de controle contratual é a garantia de desempenho da instalação fotovoltaica. Como resultado de toda simulação de um sistema temos dois indicadores: energia prevista a ser gerada pelo sistema e o coeficiente de desempenho do sistema (do inglês PR – Performance Ratio).

Um sistema Fotovoltaico que possui uma Performance Ratio de 75%, representa um sistema que possui um conjunto de perdas por temperatura, sujeira, queda de tensão nos condutores, eficiência do inversor, entre outras perdas, que somam 25%. Então quanto menor as perdas do sistema maior a taxa ou coeficiente de desempenho.

O controle contratual utilizando a taxa de desempenho é a preferência para as usinas de geração centralizada, mas muito pouco utilizada nos projetos de geração distribuída por uma simples razão: é necessário que no mesmo plano dos módulos fotovoltaicos sejam instalados instrumentos para medição da radiação solar (piranômetros ou células de referência).

Para um grande projeto os custos destes sensores podem ser absorvidos, mas para um pequeno projeto é difícil justificar seu uso. Alternativamente, para evitar a aquisição destes sensores, é possível também utilizar dados de satélite em tempo real para medição de desempenho dos sistemas, sendo esta prática utilizada com maior frequência nos últimos anos com uma maior disponibilidade e menor incerteza dos dados fornecidos por satélite.

A métrica de avaliação de desempenho é o mecanismo contratual mais utilizado em projetos de maior porte e o Laboratório Fotovoltaica/UFSC (www.fotovoltaica.ufsc.br), monitora como entidade independente dezenas de projetos de GD e GC em diversas regiões do Brasil.

Na figura a seguir são apresentados resultados de desempenho de projetos já concluídos que foram monitorados por um período de pelo menos um ano pelo laboratório nas diferentes regiões do país.

As barras vermelhas ou azuis na parte superior no gráfico indicam se a usina está operando acima (barras azuis) ou abaixo (barras vermelhas) do previsto. É possível verificar que em média as instalações fotovoltaicas monitoradas, operam abaixo do desempenho previsto e acordado contratualmente (em média 1,3% abaixo, para os sistemas monitorados).

Também é possível observar resultados de usinas com Performance Ratio acima de 85%, o que é um desempenho excelente! Estas usinas são sistemas fotovoltaicos utilizando módulos bifaciais onde o elevado desempenho está associado à energia gerada pela parte posterior dos módulos.

Como já foi discutido aqui, nos módulos bifaciais toda a potência obtida pela face de trás é um bônus que não é computada nem no custo nem na potência nominal do gerador fotovoltaico.

Como métrica contratual a ser definida pelos instaladores e epecistas pode-se afirmar que a disponibilidade técnica é uma métrica fácil de ser utilizada e tipicamente é oferecida em conjunto com outras métricas de desempenho. De nada interessa ao proprietário da instalação ter um equipamento funcional, mas uma energia ou desempenho aquém do prometido no contrato.

A métrica de garantia de geração é um mecanismo para controle contratual muito prático pelo lado do instalador/epecista, pois não são necessárias informações adicionais além da geração de energia, que pode ser medida diretamente no inversor ou em um medidor de energia dedicado à geração do sistema.

Contudo, a incerteza combinada entre a variabilidade anual do recurso solar e a incerteza do banco de dados utilizado, precisa ser calculada de modo que o contrato apresente uma tolerância contratual que não penalize o instalador ou o proprietário do sistema.

Por fim, a métrica mais completa para garantia contratual é o controle de desempenho (PR) da instalação, que apesar de ser um robusto mecanismo de garantia tem ainda pouco entendimento entre instaladores e epecistas.

Veja também: BESS

À medida em que o mercado se profissionaliza e sistemas maiores são instalados é natural que as demandas do setor comecem a trazer este tipo de requisito. Cabe às empresas se adequarem para poderem incorporar estes importantes aperfeiçoamentos em seus projetos e contratos. 

[1] Epecista ou EPCista, do termo em inglês EPC = Engineering, Procurement & Construction. Suas características principais abrangem desde a reunião de diversos escopos de trabalho na figura de um único agente – o Epecista – que fica responsável pela entrega do empreendimento de infraestrutura pronto para operar ou “com a chave na mão” (turn key).

Sobre o autor: Ricardo Ruther é professor titular da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), doutorado em Electrical and Electronic Engineering - The University of Western Australia (UWA-1995) e pós-doutorado em Sistemas Solares Fotovoltaicos realizado no Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems na Alemanha (Fraunhofer ISE-1996) e na The University of Western Australia (UWA-2011). Atualmente é coordenador do Laboratório FOTOVOLTAICA/UFSC (Grupo de Pesquisa Estratégica em Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina, cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq).