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  • tarcio87

Impacto dos Módulos Bifaciais no Dimensionamento do Inversor Fotovoltaico em Usinas

Fonte: DNV, Power and renewables.


É um fato que os módulos bifaciais já são uma realidade no mercado. Mas, já parou para pensar em como esses módulos podem impactar no dimensionamento do inversor fotovoltaico e no clipping? Vamos explorar juntos essa questão.

 


Para quem não está familiarizado, os módulos bifaciais são constituídos por células que captam energia em ambas as faces de uma placa fotovoltaica [1]. Essa característica possibilita um aumento na geração de energia elétrica, podendo chegar a até 25% quando comparados aos módulos convencionais que utilizam células que geram só na face superior [2]. No entanto, essa melhoria está sujeita a variáveis como altura em relação ao solo, tipo de solo, temperatura e outras condições locais, ou seja, varia de acordo com a região.



Com essas características pode-se formular algumas hipóteses do que pode mudar com a inserção de módulos fotovoltaicos bifaciais em usinas fotovoltaicas como:

 


- Alterações no dimensionamento dos inversores: Os módulos bifaciais conseguem trabalhar com um fator de capacidade maior do que os módulos convencionais. Fator de Capacidade é uma porcentagem que apresenta quanto uma usina fotovoltaica gera em relação ao máximo possível. Nesse caso, isso permite um maior tempo de atuação em máxima potência do inversor. Além disso, torna-se possível produzir mais energia em uma área menor (menor potência de módulos bifaciais pode gerar mais que uma potência maior com módulos convencionais), e permitem exigir uma relação DC/AC (proporção entre a potência dos módulos fotovoltaicos e a potência do inversor) menor quando comparado com monofaciais. Em certos casos, é viável optar por um inversor ligeiramente menor junto aos módulos bifaciais para atingir a mesma produção de energia que um conjunto de módulos convencionais reduzindo custos da usina.

 


- Alterações no Clipping Fotovoltaico: Clipping é o corte de potência por limitação no Inversor Fotovoltaico. Com módulos bifaciais, o inversor atinge a região de clipping com menor potência (kWp) em relação a módulos convencionais. Isso significa que menos módulos bifaciais podem alcançar esse limite de corte mais rapidamente e mantê-lo por um período prolongado em comparação a um conjunto de mais módulos convencionais, graças ao ganho de potência.

 


A Figura a seguir mostra o clipping (potência que é perdida-cortada), e a área hachurada azul é o ganho com oversizing (maior potência de módulos sobre a potência de inversores). Ao adicionar uma potência de módulos maior que a potência do inversor, consegue-se atingir a região limite do inversor, no exemplo 5 MW, mais rápido e manter por mais tempo, isso pode significar mais lucro aos investidores, já que irá aproveitar o máximo do inversor por mais tempo. É válido ressaltar que isso não impacta consideravelmente na vida útil e o inversor é feito geralmente para suportar essa configuração. (Mais detalhes sobre clipping em: https://www.profjl.com/post/por-que-sobredimensionar-inversor-solar-fotovoltaico-veja-os-motivos-e-como-fazer).





Agora podemos perguntar por exemplo, uma relação DC/AC de 1.2 (exemplo 6 MWp-módulos/5MW-inversor) com bifacial gera muito mais que uma relação de 1.2 com módulos convencionais? Ou é possível uma relação DC/AC com bifacial menor, gerar mais que uma relação DC/AC maior com módulos convencionais?

 


Isso pode ser analisado através de simulações. Simulação são necessárias e devem ser realizadas para estudos de diferentes cenários antes de implementar uma usina fotovoltaica. No presente artigo foi simulado no SAM diferentes relações DC/AC para usinas fotovoltaicas com conjunto de inversores de 5 MW em Minas Gerais. Assim, foi obtida a Tabela a seguir.




Foi perceptível que o uso de módulos bifaciais aumenta a geração de energia para cada valor da relação DC/AC e melhora o índice de desempenho (PR) em todos os cenários. Esse aumento é viável porque os módulos bifaciais capturam radiação na parte traseira do módulo, permitindo mais geração com a mesma quantidade de kWp.

 


Do ponto de vista técnico, o rendimento de energia e as perdas devido ao corte de potência aumentam com o aumento da relação DC/AC; no entanto, o PR diminui, pois existem perdas significativas devido ao corte de potência. Pode-se concluir que a redução do PR é aceitável no projeto da planta fotovoltaica se o sobredimensionamento e o corte forem intencionais, e uma relação DC/AC ótima pode ser escolhida para um LCOE (custo nivelado de energia) aprimorado. Em todo caso, relações DC/AC maiores permitem melhores valores de CF.

 


Os resultados da simulação mostram que o corte de potência do conjunto fotovoltaico aumentou consideravelmente com os módulos bifaciais. Em alguns casos, as perdas por corte (clipping) são quase duplicadas em comparação com configurações monofaciais equivalentes - veja a linha de 1.2 de relação DC/AC na tabela, por exemplo. As gerações de energia com a relação de 1.3 DC/AC bifacial e a relação de 1.4 DC/AC monofacial são muito próximas. A comparação demonstra que níveis de CF mais altos são obtidos com bifaciais do que com módulos monofaciais para relações DC/AC similares.





Considerações Finais

 

O sobredimensionamento do inversor é uma prática comum para aumentar o rendimento energético e o fator de capacidade das usinas de energia solar, enquanto reduz o LCOE (custo nivelado da energia). Essa prática tem sido adotada em usinas fotovoltaicas de geração distribuída no Brasil, onde regulamentações locais impõem um limite de potência, atualmente de 3 MW para usinas. Um efeito colateral natural do sobredimensionamento do conjunto fotovoltaico é o corte de potência (clipping) imposto pela saída máxima do inversor, o que consequentemente causa perdas de energia e reduz o PR das usinas de energia.

 


Os resultados obtidos neste estudo deixaram evidente que o uso de módulos bifaciais aumenta significativamente as perdas por clipping considerando condições operacionais e de dimensionamento semelhantes às das usinas baseadas em módulos convencionais, não bifaciais, do mesmo tamanho (kWp). Entretanto, o uso de módulos bifaciais proporciona um aumento na geração de energia ao longo da vida útil da planta, com um melhor resultado para uma relação DC/AC de 1.2, resultando em uma geração adicional de 11.969.100 kWh (energia injetada ao longo da vida útil do sistema fotovoltaico) quando os módulos padrão são substituídos por equivalentes bifaciais do mesmo tamanho. Ou seja, o retorno do investimento pode ser considerável, pois o preço é similar atualmente para ambos os módulos.

 


Além disso, os módulos bifaciais podem evitar a utilização de relações DC/AC elevadas no dimensionamento de usinas. Isso se torna particularmente vantajoso considerando novamente a queda nos preços dos módulos bifaciais, que tendem a se aproximar dos preços encontrados para módulos monofaciais no mercado.

 


Este artigo é um resumo do artigo publicado no COBEP 2021: DE SOUZA SILVA, JOAO LUCAS; DE MELO, KAREN BARBOSA ; COSTA, TATIANE SILVA ; VIEIRA MACHADO, GILSON MARIO ; MOREIRA, HUGO SOEIRO ; VILLALVA, MARCELO GRADELLA . Impact of Bifacial Modules on the Inverter Clipping in Distributed Generation Photovoltaic Systems in Brazil. In: 2021 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 2021, João Pessoa. 2021 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 2021. p. 1.

 

[1] DE SOUZA SILVA, JOAO LUCAS; DE MELO, KAREN BARBOSA ; COSTA, TATIANE SILVA ; VIEIRA MACHADO, GILSON MARIO ; MOREIRA, HUGO SOEIRO ; VILLALVA, MARCELO GRADELLA . Impact of Bifacial Modules on the Inverter Clipping in Distributed Generation Photovoltaic Systems in Brazil. In: 2021 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 2021, João Pessoa. 2021 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 2021. p. 1.

 

[2] G. J. Janssen, B. B. Van Aken, A. J. Carr, and A. A. Mewe, “Outdoor Performance of Bifacial Modules by Measurements and Modelling,” Energy Procedia, vol. 77, pp. 364–373, 2015. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.051



João Lucas

Doutorando e Mestre em Engenharia Elétrica na UNICAMP. Consultor em Usinas Fotovoltaicas de Minigeração e Centrais. Especialista em PVsyst. Revisor dos principais periódicos de solar/fotovoltaica no mundo da Elsevier e IEEE, mais de 200 revisões. Mais de 50 publicações na área. Ministrou aula para mais de 5 mil alunos em solar.

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