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Ganhos aprimorados devido à cobertura parcial de neve em outubro, novembro e dezembro. Crédito: Laboratório Nacional de Energia Renovável
Os módulos solares tradicionais convertem luz em eletricidade usando células fotovoltaicas (PV) na parte superior dos painéis. Agora, os pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) estão lançando uma luz sobre o que está por baixo.
Em maio de 2019, uma equipe da NREL iniciou um estudo de três anos para avaliar os módulos bifaciais que coletam luz nos dois lados de um painel e também seguem o sol durante o dia. O principal benefício dos painéis bifaciais é obter mais produção de energia sem expandir as pegadas do sistema ou reconfigurar demais os painéis.
Os primeiros resultados mostram um aumento significativo dos painéis bifaciais. Os dados de junho a novembro de 2019 revelaram um ganho de até 9% na produção de energia usando painéis bifaciais em comparação com seus primos unilaterais.
"As células em si têm praticamente o mesmo preço", afirmou Chris Deline, pesquisador da NREL e principal pesquisador do estudo. "Você está indo para um pacote um pouco mais caro. Você tem que fazer algo diferente na parte traseira - de vidro ou de plástico transparente e transparente. No geral, o custo será menos de 10% maior".
Para determinar quanto mais energia esses painéis podem produzir, a equipe precisava de dados para coletá-los. Alguns de seus dados já estão disponíveis ao público - uma indústria pela primeira vez para um estudo dessa escala. Os pesquisadores da NREL antecipam que novos dados removerão as barreiras ao avanço da tecnologia de ponta, fornecendo informações e práticas recomendadas que aumentam a eficiência da instalação, reduzem custos e melhoram a durabilidade. Até agora, os resultados não decepcionaram.
"Todo mundo está realmente empolgado porque os resultados estão voltando às expectativas", disse Deline. "Comparado com as simulações iniciais, estamos realmente gastando mais energia do que o que foi modelado".
Eletricidade de baixo para cima
Durante o estudo atual, a equipe planeja avaliar os benefícios de diferentes coberturas do solo sob os painéis solares . Como o ganho de energia fotovoltaica bifacial depende da luz refletida, quanto mais o solo puder refletir, mais potentes serão os painéis.
"Examinamos maneiras de melhorar o albedo do solo [a proporção da luz ou radiação incidente que é refletida por uma superfície, geralmente a de um planeta ou lua] através de diferentes opções de tratamento, como vegetação natural, rocha esmagada e barreiras de ervas daninhas". Deline disse. "Parte disso já está acontecendo na indústria, mas este será o primeiro estudo plurianual com dados abertos".
No primeiro ano do estudo, a equipe de Deline está testando a cobertura natural do solo. Eles seguirão adicionando rochas trituradas no segundo ano, e Deline disse que está pensando em lançar algum tipo de tecido branco para uma terceira comparação.
"Estamos vendo que, quando a grama fica marrom, fica mais refletida", disse Deline. "E a cobertura de neve é ótima".
Com a neve no chão, quando o albedo médio é várias vezes mais refletivo que a grama, todos os painéis testados atingem os maiores ganhos registrados.
Solar e armazenamento - melhores juntos
Crédito: Laboratório Nacional de Energia Renovável
A equipe do site de pesquisa da NREL em Golden, Colorado, está trabalhando com parceiros comerciais, incluindo Prism Solar, Sunpreme e Lumos Solar - um fornecedor com sede na cidade vizinha de Nederland, Colorado - junto com os principais fabricantes internacionais. Aproveitando o relacionamento com um total de seis empresas, o laboratório fará benchmark e comparará painéis mono e bifaciais das mesmas marcas ao longo de vários anos.
O painel fotovoltaico de 10 linhas do estudo segue o sol usando a tecnologia rastreador de eixo único do NEXTracker, aumentando a quantidade de luz solar direta que pode ser capturada em busca de energia. A maior produção de energia de cada módulo significa que as instalações exigem menos hardware de suporte por megawatt, diminuindo o que é conhecido como o saldo dos custos do sistema.
"Ao aumentar a produção, esses módulos também podem reduzir o número total de painéis necessários, o que torna o uso mais eficiente de inversores, racking, sistemas de rastreamento, interconexões e outros hardwares", disse Deline.
Deline e sua equipe também combinaram o painel fotovoltaico com duas baterias de fluxo redox de vanádio da Avalon Battery. As baterias armazenam energia gerada durante o dia e a disponibilizam para uso durante uma maior demanda noturna.
Esse armazenamento, juntamente com a tecnologia de rastreamento solar, ajuda a nivelar a saída do sistema. Alivia os picos de produção íngremes do meio do dia reservados pela geração mais baixa da manhã e da tarde, comumente associada à energia solar estacionária tradicional.
"Estamos executando um cenário de arbitragem de energia com as baterias que descarregam à tarde e à noite, com aproximadamente quatro horas de energia contínua da geração solar", disse Deline. "Caso contrário, o ganho bifacial é reduzido no pico, mas baixo em outros lugares - portanto, isso proporciona uma geração mais estável e consistente".
O estudo também apóia a pesquisa de durabilidade do material em parceria com outras organizações de pesquisa por meio do Consórcio de Materiais Duráveis do Departamento de Energia (DOE) (DuraMAT).
"Estamos analisando a confiabilidade do módulo em rastreadores de eixo único e, especificamente, se os módulos danificados durante o transporte, resultando em células quebradas, ainda são utilizáveis ou se deterioram ainda mais quando instalados em rastreadores de eixo único", disse Deline.
Computação de alto desempenho para a vitória
Com os recursos avançados de modelagem computacional e simulação preditiva, os recursos de computação de alto desempenho (HPC) da NREL reduzem os riscos e incertezas que geralmente limitam o progresso de tecnologias novas e inovadoras.
"Recorremos ao computador de alto desempenho Eagle recentemente", disse Deline. "Estamos concluindo simulações de desempenho de um ano que levariam quatro ou cinco dias em um laptop - em menos de um minuto no Eagle".
Vídeo: https://youtu.be/AupRJXvD2IU
Como resultado, a equipe pode maximizar a produção para diferentes cenários de configuração, incluindo altura da estante, espaçamento e até opções de material, como enquadramento de suporte preto ou refletivo. As simulações são de código aberto, o que significa que outras pessoas podem usar e desenvolver os conjuntos de dados para análises futuras.
"Nossas simulações começam no painel e levam os fótons de volta para onde eles interceptam a cúpula do céu - é um rastreamento de raios para trás e avalia a irradiância nos módulos", disse Deline. "Todos os tipos de geometrias são possíveis".
Isso significa que topografia e estruturas complicadas, incluindo portas de automóveis, coberturas de pérgolas e sistemas de rack variados, podem ser avaliadas antes da construção. As simulações também podem incluir cenários adicionais, como veículos estacionados sob módulos solares usados nas portas de automóveis.
Estabelecendo o Padrão para Investimento e Segurança Empresarial
Quando os desenvolvedores de PV estão projetando um novo sistema, eles sabem que um módulo monofacial de 300 watts fornecerá, sem surpresa, metade da potência de um módulo de 600 watts. As empresas podem confiar em tais premissas diretas, graças aos padrões de teste e certificação.
"Mas ainda não temos isso para módulos bifaciais", disse Deline. "Então, quando você adiciona sensibilidade ao backside, o setor pede a metodologia necessária para rotular um módulo para refletir o valor agregado de maneira consistente. Sem ele, os compradores não saberão o custo por watt".
Os contratos financeiros para sistemas fotovoltaicos baseiam-se em quanta energia é gerada; portanto, instaladores e concessionárias precisam de um entendimento claro de quanta energia é produzida para monetizar de maneira justa a produção extra de tecnologia bifacial. A equipe de Deline está criando testes de capacidade que determinam a nova saída e ajudarão a atualizar os padrões de acordo.
"Tudo isso requer um novo ecossistema de padrões, ferramentas de modelagem de desempenho e práticas recomendadas para instrumentação", acrescenta ele.
Os padrões de segurança são outro resultado importante da pesquisa da NREL. Os instaladores precisam saber como a corrente elétrica aumentará ao instalar um módulo bifacial em vez de monofacial . Condutores, como cabos e fusíveis, precisam ser dimensionados adequadamente. Aqui, novamente, são necessários padrões e cálculos precisos para uma instalação eficiente e segura.
Investindo no futuro da energia
Como um laboratório nacional com fortes laços com a indústria, a NREL está em uma posição única para fornecer os dados, análises, padrões e melhores práticas exigidas por essas tecnologias.
"Ao publicar isso, os instaladores solares terão melhores condições de financiamento", disse Deline. "Os serviços públicos vão trazer energia mais consistente, renovável e acessível para o seu mix de geração".
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and
Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se membro
da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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