Como módulos fotovoltaicos bifaciais podem aumentar a geração de uma usina solar?

A geração solar fotovoltaica está se tornando a tecnologia mais barata para a produção de eletricidade e isso está acontecendo mais rapidamente do que qualquer previsão feita pelas mais conceituadas consultorias especializadas. Como mostra a Figura 1 a seguir, já a partir de 2016 a tecnologia solar fotovoltaica passou a dominar a expansão do mercado de geração de energia elétrica, ultrapassando a fonte eólica em todo o mundo.

Esta tendência está se confirmando também no Brasil e vai se intensificar na medida em que (i) os custos da geração fotovoltaica continuam a diminuir, (ii) as preocupações ambientais relacionadas com a geração térmica utilizando combustíveis fósseis como carvão e gás natural continuam a aumentar e (iii) o reconhecimento da importância da independência energética em todo o mundo se evidencia cada vez mais.

Ao mesmo tempo, a eficiência e o rendimento dos geradores solares vêm aumentando e, especialmente nas usinas de grande porte e na minigeração distribuída (sistemas de até 5 MW), o uso de módulos fotovoltaicos bifaciais montados em rastreadores de um eixo já domina o mercado.

Nos módulos bifaciais as células fotovoltaicas bifaciais (que foram originalmente concebidas nos anos ’60) são normalmente montadas entre dois vidros (os chamados módulos vidro-vidro), o que confere ao laminado maior estanqueidade (este assunto já foi tratado em artigos anteriores e pode ser revisto aqui https://www.portalsolar.com.br/noticias/autor/prof-dr-ricardo-ruther).

Por isso os fabricantes também estão aumentando a garantia deste tipo de módulo para 30 anos. Quando expirou a patente da tecnologia PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) e a grande maioria dos fabricantes adotou esta tecnologia, na qual as células fotovoltaicas já “nascem” bifaciais, o rendimento dos geradores fotovoltaicos em que a face de trás dos módulos “enxerga” bastante luz difusa aumentou.

Nos módulos bifaciais a potência nominal do módulo (potência de placa) é a potência medida apenas na face voltada para o sol. O rendimento da parte de trás, que fica na sombra, mas que recebe a reflexão do solo e toda a irradiância difusa do entorno, é um bônus em energia que vai ser maior ou menor dependendo da refletividade do solo e do entorno do gerador solar. A esta irradiância refletida se dá o nome de albedo.

De maneira geral o albedo pode ser definido como a proporcão da luz incidente ou irradiância refletida por uma superfície. A Norma Brasileira NBR 10899/2013 (de terminologia) da ABNT define albedo (GALB) como o “índice relativo à fração da irradiância solar, recebida em uma unidade de área, devido à refletância dos arredores e do solo onde está instalado um dispositivo”.

Assim, geradores fotovoltaicos utilizando módulos bifaciais e nos quais o albedo do solo e do entorno é elevado, tendem a um rendimento expressivamente maior do que o comumente obtido com módulos monofaciais montados no mesmo tipo de estrutura.

O conhecimento do albedo no local da usina é importante no dimensionamento de geradores fotovoltaicos no Brasil e em qualquer local onde se usam módulos bifaciais. A análise dos impactos e as consequências desses eventos tanto no dimensionamento como no desempenho operacional dos geradores fotovoltaicos vem sendo objeto de estudos diversos realizados no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica/UFSC (www.fotovoltaica.ufsc.br) e alguns resultados podem ser encontrados no artigo listado a seguir.

No contexto de um projeto de P&D da ANEEL financiado pela empresa CTGBrasil (https://www.ctgbr.com.br), está sendo instalado no laboratório um experimento no qual se irá quantificar o efeito do albedo de diferentes coberturas de solo sob módulos bifaciais idênticos. As figuras abaixo ilustram bem a bancada de testes do Laboratório Fotovoltaica/UFSC (que será oficialmente inaugurada em 27 de maio/2022 durante o IX CBENS https://www.cbens.org.br).

Nesta bancada de testes, os módulos bifaciais idênticos foram montados em rastreadores de um eixo com acionamento monofileira autoalimentados, desenvolvidos e fornecidos pela empresa STI-Norland (https://www.portalsolar.com.br/noticias/negocios/empresas/sti-norland-brasil-lanca-novo-site-com-interatividade-e-realidade-virtual).

As figuras abaixo mostram quatro rastreadores idênticos, montados sobre quatro tipos diferentes de solo, todos utilizando o mesmo módulo fotovoltaico bifacial da mais recente tecnologia (módulo PERC de >3m2 de área por unidade e 645Wp de potência unitária, com meias-células bifaciais M12 de 210 mm).

O experimento também conta com uma estação de medição de albedo (a circunferência mostrada na parte mais central das imagens abaixo), com albedômetros montados na horizontal e no plano inclinado, bem como células de referência montadas na frente e nas costas dos rastreadores de um eixo, para medir a irradiância incidente nas faces frontal e traseira dos módulos bifaciais.

O experimento irá medir o desempenho dos quatro geradores independentes (cada um está conectado a um inversor independente, todos idênticos) por pelo menos 12 meses e os resultados, que são muito importantes para a quantificação do albedo e expectativa de desempenho de geradores bifaciais, serão mostrados nesta coluna no próximo ano.

Este projeto ilustra muito bem a importância do programa de P&D da ANEEL, que tem por objetivos a capacitação de recursos humanos nos diversos assuntos relacionados com a geração de energia solar no Brasil, bem como o desenvolvimento de técnicas e o acúmulo de experiências e conhecimentos no desempenho dos geradores fotovoltaicos que começam a ocupar papel importante na matriz energética de nosso país. A tendência de crescimento da geração solar no mundo, ilustrada pela figura 1, está caminhando na mesma direção no Brasil.

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).