Solar

Laboratório Recôncavo Solar – Comparativo Módulos Monofaciais e Bifaciais - 2023

25 Setembro 2023

1) Introdução -

No primeiro artigo dessa série foi apresentado o Laboratório Recôncavo Solar, um laboratório de energia solar fotovoltaica com o objetivo de compartilhar com a sociedade uma comparação das diferentes tecnologias disponíveis no setor fotovoltaico em condições reais.

Como continuação do segundo artigo da série do Laboratório Recôncavo Solar, apresentaremos agora os principais resultados das comparações entre os módulos monofaciais e bifaciais da usina ao longo do primeiro semestre de 2023.

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Recapitulando sobre a configuração em campo, temos:

Figura 1 – Divisão dos módulos por inversor fotovoltaico. Fonte: (Os autores, 2022)

A partir dessa configuração foram realizados os levantamentos de geração em kWh entre os módulos de números 07 e 15. O módulo de número 07 é um modulo monofacial de 405 Wp do modelo TSM-DE15M(II), já o módulo de número 15 é um modulo bifacial também de 405 Wp do modelo TSM-DEG15MC.20(II). Ambos os módulos são de silício monocristalinos, com tecnologias multibusbar e half-cell, logo a única diferença entre os modelos é apenas a captação na parte traseira do modulo TSM-DEG15MC.20(II) e a estrutura na qual são montados.

Figura 2 – Módulos Instalados. Fonte: (Os autores, 2022)

Um ponto que será aqui acrescentado nesse novo artigo é a análise de geração através do PVsyst para o segundo ano de operação. Em alguns outros artigos comparamos a geração do sistema no primeiro ano (“LABORATÓRIO RECÔNCAVO SOLAR – COMPARATIVO MÓDULOS MONOFACIAIS E BIFACIAIS”), mas quais resultados seriam esperados para o segundo ano de operação de um sistema desse tipo? Como deveríamos calcular a geração mensal? Quais perdas estariam associadas? Posteriormente iremos detalhar cada um desses pontos.

Metodologia

Para comparação de dois módulos fotovoltaicos devemos inicialmente compreender como é feita a apresentação dos dados de geração dos fabricantes de inversor. Tanto a Sungrow quanto a APsystems trabalham com exposição de dados e parâmetros ao longo de anos, meses, dias, horas e também em minutos. A metodologia padrão consiste no recolhimento dos dados em kWh diretamente conforme é apresentado pelo fabricante, dessa forma conseguimos estimar de maneira satisfatória a diferença de geração entre esses módulos.

Para os resultados do PVsyst serão utilizados os relatórios gerados em 2022 e fazendo uma correspondência com o valor esperado em 2023 para que será possível verificar se o sistema apresentou um percentual de degradação igual, maior ou inferior ao esperado pelo fabricante e pelo software. Essa correspondência é realizada aplicando o valor de diferença entre os anos também para os meses, então se um sistema no segundo ano apresentou um decréscimo de 10% em sua geração esse valor pode ser aplicado proporcionalmente aos meses de forma a realizar um levantamento de qual seria o valor de geração esperada para aquele mês no segundo ou qualquer outro ano de operação do sistema. A seguir será apresentado o resultado para a usina em questão.

Outras condições como diferença de altura e inclinação serão consideradas ao final da análise.

Resultados

Com o objetivo de adquirir os resultados para os primeiros meses de operação do sistema, foram selecionados os meses de janeiro a junho no qual o somatório e comparação de geração de energia, obtidos em campo, podem ser visualizados a seguir.

Tabela 1 – Somatório de geração em kWh para os módulos 15 e 07, respectivamente. Fonte: (Os autores, 2023)

Ambos os módulos estão instalados em microinversores APsystems, sendo o módulo de número 07 instalado em uma estrutura do tipo monoposte e o módulo de número 15 instalado em uma estrutura do tipo sapata corrida. Afastando a diferença de geração por estrutura é viável ainda atribuir um valor de geração de 0,30% superior para os módulos bifaciais (segundo dados das simulações PVsyst).

Dessa forma é possível concluir que a partir de uma abordagem direta, visando apenas a geração (kWh) os módulos bifaciais possuem uma eficiência de aproximadamente 14% superior se comparado a um par semelhante (de mesma potência e com semelhantes tecnologias).

Comparando com os dados obtidos na análise anterior, realizada em 2022, observa-se que o sistema apresentou semelhantes resultados de geração e que se repetiu o comportamento percentual de diferença entre os módulos monofaciais e bifaciais. Dessa maneira é possível reforçar que os equipamentos seguem gerando conforme esperando e que mesmo após um, dois ou mais anos a diferença se mantêm e tende a se manter também.

Com o intuito de comparar a taxa de decaimento do sistema ao longo dos anos serão aqui comparados os valores de geração esperados (via PVsyst) para o segundo ano do sistema (2023) ao longo dos seis primeiros meses do ano.

Tabela 2 – Geração mensal esperada em kWh para os módulos 15 e 07, respectivamente. Fonte: (Os autores, 2023)

Na Tabela 2 são apresentados os dados de geração calculados via PVsyst para os primeiros meses do ano. Conforme o PVsyst era esperada uma diferença de 7,24% entre a geração do módulo bifacial e do módulo monofacial, porém, conforme resultados da Tabela 1, a diferença real foi de 13,51% indo assim em discordância ao software. Tal situação ocorre em parte por conta da alta eficiência do bifacial e em menor parcela por conta da baixa eficiência do monofacial, conforme será visto a seguir.

Os dados apresentados na Tabela 2 são os resultados do PVsyst de 2022 com um decréscimo de 1,28% para a geração do monofacial e de 0,52% para o bifacial, esses valores são as diferenças calculas pelo software para esses primeiros anos, conforme Figura 3. Essa diferença foi aplicada aos meses analisados com o intuito de obter os valores mais coerentes para o período em questão.

Figura 3 – Recorte PVsyst. Fonte: (Os autores, 2023)

É possível ainda comparar os dados de geração finais esperados e obtidos.

Tabela 3 – Comparativo entra a geração esperada e obtida para os módulos 15 e 07. Fonte: (Os autores, 2023)

A análise dos resultados demonstra que para o módulo bifacial obtivemos uma geração em campo superior ao que se era esperado pelo PVsyst, uma leve diferença de 0,6% que já nos permite inferir que os módulos estão com uma eficiência até mesmo superior a qual os eram esperados. Por outro lado, o módulo monofacial exibiu um desempenho de 5% abaixo das expectativas estabelecidas pelo PVsyst, indicando que o software superestimou a geração esperada para o módulo. Essa discrepância se assemelha aos achados do estudo inicial apresentado neste contexto.

Para exemplificar melhor a diferença em um dia qualquer entre esses módulos, trazemos aqui o gráfico (Figura 3) de variação de potência instantânea diária.

Figura 3 – Curva diária de potência instantânea para os módulos 15 e 07, respectivamente, em um dia qualquer. Fonte: (Os autores, 2023)

Com destaque para os valores superiores de geração do módulo bifacial já é possível presumir que o período completo dos seis meses apresentará um maior valor de potência em kW para o módulo bifacial.

Vale destacar que o valor referência do albedo do solo da Figura 2, conforme mencionado no artigo anterior, foi de 0,35 valor esse confirmado através das simulações.

De acordo com o PVsyst a diferença prevista na geração para esse sistema no segundo ano estava na ordem de 7,24%, o que vai de encontro ao demonstrado no artigo “MÓDULOS BIFACIAIS: APLICAÇÕES PRÁTICAS” que demonstra uma faixa de ganho entre 6 a 8%, por conta dessa tecnologia. Com isso o módulo bifacial para um albedo de 0,35 superou as expectativas do software e também do fabricante (indicando ganhos da ordem de 10% para essa configuração).

Esses resultados comprovam o quanto é importante conhecer e estudar os sistemas fotovoltaicos, mantendo módulos de qualidade e com tecnologias atuais nos nossos sistemas podemos potencializar a geração. Sendo cada acréscimo em kWh gerado correspondente a significativos ganhos ao longo de toda a vida útil dos sistemas, do ponto de vista financeiro e também do ponto de vista ambiental com a redução da emissão de CO2.