Análise de parâmetros de módulos bifaciais em diferentes irradiâncias e temperaturas

Abstract

A energia solar fotovoltaica é uma das principais alternativas de geração de energia renovável no mundo, devido a várias vantagens que essa tecnologia oferece. Os módulos fotovoltaicos podem ser do tipo monofacial, que converte em eletricidade apenas a radiação solar que atinge a sua parte frontal, ou bifacial, que utiliza, para esta conversão, a energia solar que recebe em ambos os lados. Com o crescimento significativo desta energia, torna-se cada vez mais importante compreender os mecanismos de conversão dessa fonte de energia, sendo ela dependente da radiação solar, da posição geográfica, das condições climáticas, temperatura local entre outros fatores. A caracterização de módulos fotovoltaicos é um processo essencial na avaliação do desempenho elétrico dos dispositivos e está diretamente relacionado à potência máxima e eficiência que os módulos possuem. A caracterização se dá por meio das curvas corrente versus tensão (I-V) e potência versus tensão (P-V). Ainda é possível estudar o comportamento da variação da eficiência com a irradiância (ŋ-G) e a variação do fator de forma com a irradiância (FF-G). Para os módulos bifaciais, existem dois fatores fundamentais neste processo, sendo eles o fator de bifacialidade e o ganho bifacial. Neste trabalho foram utilizados os métodos indoor e outdoor para se obter curvas I-V e P-V de quatro módulos fotovoltaicos. Para ensaios no simulador solar em diversas temperaturas foi confeccionada uma câmara termostática, a qual foi utilizada para obter as curvas características de módulos bifaciais, variando a irradiância e temperatura. As relações de eficiência versus irradiância e temperatura bem como o fator de forma versus irradiância e temperatura são bem representadas por modelos simples. Também foi verificada a linearidade da potência e da corrente de curto-circuito e a relação logarítmica da tensão de circuito aberto em função da irradiância. Ainda foram obtidos os fatores de bifacialidades para a potência máxima, a tensão de circuito aberto e corrente de curto-circuito, permitindo obter uma caracterização mais abrangente destes módulos e os coeficientes térmicos tanto para os dois métodos. Os resultados encontrados ficaram dentro do esperado, apresentando coeficientes de correlação próximos à unidade. Este trabalho possibilitou o aperfeiçoamento e a difusão da metodologia para a comparação de medições dos coeficientes térmicos em simulador solar e iluminação natural, além de se ter melhor entendimento do módulo em diversas situações.

Photovoltaic solar energy is one of the main alternatives for generating renewable energy in the world, due to several advantages that this technology offers. Photovoltaic modules can be of the monofacial type, which converts only the solar radiation that reaches their front part into electricity, or bifacial, which uses, for this conversion, the solar energy that it receives on both sides. With the significant growth of this energy, it becomes increasingly important to understand the conversion mechanisms of this energy source, as it depends on solar radiation, geographic position, climatic conditions, local temperature, among other factors. The characterization of photovoltaic modules is an essential process in evaluating the electrical performance of devices and is directly related to the maximum power and efficiency that the modules have. The characterization takes place through current versus voltage (I-V) and power versus voltage (P-V) curves. It is still possible to study the behavior of efficiency variation with irradiance (ŋ-G) and shape factor variation with irradiance (FF-G). For bifacial modules, there are two fundamental factors in this process, namely the bifaciality factor and the bifacial gain. In this work, indoor and outdoor methods were used to obtain I-V and P-V curves of four photovoltaic modules. For tests in the solar simulator at different temperatures, a thermostatic chamber was created, which was used to obtain the characteristic curves of bifacial modules, varying the irradiance and temperature. The relationships of efficiency versus irradiance and temperature as well as shape factor versus irradiance and temperature are well represented by simple models. The linearity of power and short circuit current and the logarithmic relationship of open circuit voltage as a function of irradiance were also verified. The bifacial factors for maximum power, open circuit voltage and short circuit current were also obtained, allowing a more comprehensive characterization of these modules and the thermal coefficients for both methods. The results found were as expected, presenting correlation coefficients close to unity. This work made it possible to improve and disseminate the methodology for comparing thermal coefficient measurements in solar simulators and natural lighting, in addition to having a better understanding of the module in different situations.