Tecnologia dos Módulos Solares

ENGENHARIA de PROJETOS • ago 27, 2020

Olá!

1. Módulos Half-Cell

Como o próprio nome sugere, essa tecnologia refere-se à células fotovoltaicas cortadas ao meio, o que traz benefícios como o aumento de potência utilizando o mesmo tamanho dos painéis que estamos habituados, maior tolerância ao sombreamento, redução de perdas resistivas e menos chance de rachar. O funcionamento do módulo segue o mesmo conceito já explicado, a diferença nesse caso é que o módulo é dividido ao meio tendo 50% de capacidade para cada parte (60 ou 72 células para cada dependendo do módulo). Note que as partes estão em paralelo, do contrário o módulo teria sua tensão de saída dobrada.

No que diz respeito à maior tolerância ao sombreamento, isso se deve ao fato de que nos painéis convencionais com diodos de by-pass quando um conjunto de células sofre um sombreamento o diodo responsável por aquela fileira atua permitindo que 2/3 ou 66,66% do módulo ainda produza energia; e na tecnologia Half-Cell, como as células do módulo são dobradas, se um conjunto de células sofre um sombreamento 5/6 ou 83,33% do módulo ainda produz energia.

Com relação a ter menos chance de rachar, é que como ela tem uma superfície menor as microfissuras que se originam com o tempo não têm tanta influência.

No tocante à redução das perdas resistivas, como as células são cortadas ao meio suas correntes também são reduzidas pela metade. Como a perda é proporcional ao quadrado da corrente multiplicado pela resistência interna (Ploss=I² x Rinterna) a equação se transformaria em Ploss=(1/2)² x Rinterna, provando sua redução de energia. Ao reduzir as perdas significativamente o fator de qualidade da célula é aumentado, ocasionando em uma melhora de conversão de luz. Como mais luz solar é capturada mais energia ela produzirá, principalmente com altas irradiâncias.

Um diferencial é que esses módulos possuem mais barramentos (fitas) em suas células, diminuindo a distância que os elétrons têm para alcançá-los. Isso melhora consideravelmente o fluxo de elétrons e diminui a resistência interna aumentando a corrente. A largura dos barramentos também é menor, consequentemente expõe mais área da célula à luz solar.

Um outro diferencial é que atrás dos módulos a caixa de junção onde ficam as conexões e o diodo de by-pass é dividida em três partes, usando menos metalização que um painel normal, economizando espaço e diminuindo a resistência e a temperatura. A economia de espaço significa maior distância entre as células, o que acaba aumentando o reflexo da luz nas costas da superfície da célula.

2. Módulos PERC

PERC significa Passivated Emitter Rear Cell. Essa tecnologia aumenta a capacidade da célula em capturar luz e representa um grande avanço no desenvolvimento dos módulos fotovoltaicos por garantir maior eficiência com mesmo tamanho de célula.

A célula é constituída de duas camadas de silício com diferentes propriedades chamadas de base e emissor, e o campo elétrico gerado entre essas duas camadas é muito forte. Quando a luz penetra na célula ela libera os elétrons dos átomos de silício, que por sua vez passam a se movimentar livremente pela lâmina; quando os elétrons atingem a junção emissor-base acabam sendo puxados para dentro do emissor, criando uma diferença de potencial sobre a célula. Nem toda luz que penetra na célula consegue ser aproveitada e passa pela lâmina sem gerar corrente, sendo absorvida pela metalização de alumínio. Isso acaba aumentando a temperatura da célula, reduzindo sua eficiência de conversão.

Com a tecnologia PERC a diferença está na mudança de projeto nas costas da célula, na qual uma camada dielétrica especial é introduzida fazendo com que toda luz que passou e não foi aproveitada volte para célula diminuindo a absorção pela camada de metalização de alumínio, tendo uma segunda chance de gerar corrente.

A tecnologia PERC mantém a célula mais fria por minimizar a recombinação de átomos com a camada de metalização de alumínio, consequentemente produzindo mais energia, inclusive em condições de pouca luz como no começo da manhã, no fim da tarde ou início da noite, justamente por ter essa capacidade aprimorada em absorver mais luz na extremidade infravermelha do espectro da radiação ou comprimentos de onda mais longas.

3. Módulos Bifacial

A tecnologia bifacial nada mais é do que a possibilidade de converter energia, tanto na parte frontal da célula quanto nas costas dela. Estima-se que a produção de energia para esses módulos tenha um aumento de até 30%.

Como podemos observar a célula é preparada para receber radiação difusa e albedo (poder de reflexão de uma superfície). O software Solergo nos traz por exemplo qual é o albedo de algumas superfícies onde instalamos os módulos solares:

Observamos que a maior refletância (relação entre a luminosidade refletida por uma superfície e o fluxo luminoso que incide sobre ela) é a de “Neve fresca ou camada de gelo” com 75%. Em outras palavras, a radiação que chega ao solo é refletida para os módulos sendo absorvida pelas costas das células fotovoltaicas, proporcionando um aumento de produção de energia. Neste caso, deve-se observar que o cálculo para corrente máxima na entrada do inversor é correspondente a 130% no datasheet e não 100%. Outra observação é que módulos bifaciais instalados rente à superfície trazem benefícios quase nulos, diferente de quando são instalados com uma certa altura e ângulo de inclinação adequados em relação à superfície.

Até breve!

Marcus Hagge
CEO e fundador
ENGENHARIA de PROJETOS
REFERÊNCIAS CONSULTADAS

REC SOLAR. REC´s TwinPeak Technology: raising the power of multicrystalline solar panels to levels only recently thought impossible. 2017. Disponível em:
https://www.recgroup.com/sites/default/files/documents/whitepaper_twinpeak_technology.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Reverse Current: advice on generator configuration for PV systems using Sunny Mini Central. Disponível em:
https://www.sma-italia.com/fileadmin/content/global/Solutions/Documents/Medium_Power_Solutions/Rueckstrom-UEN083010.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Use of String Fuses of Sunny Mini Central 9000TL, 10000TL, 11000TL. Disponível em:
http://files.sma.de/dl/7418/StringsicherungenSMC-UEN123621.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. PID – The Problem and How to Solve It: module regeneration with the PV offset box. Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/PID-PVOBox-TI-en-10.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Potencial Induced Degradation (PID). Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/PID-TI-UEN113410.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Tecnologia de Módulos: os inversores da SMA oferecem a solução adequada para qualquer módulo. Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/Duennschicht-TI-UPT114630.pdf

J. Berghold, O. Frank, H. Hoehne, S. Pingel, B. Richardson, M. Winkler. Potencial Induced Degradation of Solar Cells and Panels. Disponível em: https://www.solon.com/export/sites/default/solonse.com/_downloads/global/presse/solon-fronius-valencia-PID.pdf

MEIRELLES, Bernardo Radefeld. Fabricação de Células Solares. 2002. Relatório Final de Atividades (F809-Instrumentação Para Ensino) – Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, 2002. Disponível em:
https://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2002/991446-relatoriofianal.pdf

ASSUNÇÃO, Hélio Delgado. Degradação de Módulos Fotovoltaicos de Silício Cristalino Instalados no DEE-UFC. 2014. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. Disponível em:
http://www.dee.ufc.br/anexos/TCCs/2014.1/H%C3%89LIO%20DELGADO%20ASSUN%C3%87%C3%83O.pdf

PRADO, Daniel Augusto. Fabricação e Caracterização de uma Célula Solar à Partir do Polímero POLI (N-VINILCARBAZOL) PVK DOPADO Com Perclorato de Lítio. 2008. Dissertação (Mestrado em Microeletrônica) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008. Disponível em:
https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-25092008-115103/publico/Dissertacao_Mestrado_USP_Daniel_Augusto_Prado_rev_1.pdf