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Formação do Gerador Fotovoltaico
Fábio Cesar

Ao contrário do que muitas pessoas pensam, o gerador fotovoltaico não é o inversor CC/CA e sim um único módulo solar.

Confira a explicação completa no post.

Olá!

Ao contrário do que muitos pensam, o gerador fotovoltaico não é o inversor CC/CA e sim um único módulo solar, ou ainda, uma única célula fotovoltaica. Gerador fotovoltaico é qualquer dispositivo que converte energia solar em elétrica através do efeito fotovoltaico. Cada célula fotovoltaica é capaz de atingir tensões entre 0,5V e 1,5V. Portanto, precisam ser associadas em série ou paralelo para atingirem tensões e correntes suficientes para que possam ser utilizadas para a finalidade esperada.

A associação de várias células fotovoltaicas forma o que conhecemos usualmente como módulo fotovoltaico.

Os módulos solares têm suas correntes e tensões dependentes da radiação solar. Por consequência, se uma célula ou conjunto de células sofre um sombreamento de qualquer natureza (árvores, construções, nuvens etc) a corrente final do módulo sofre prejuízo. Isso ocorre porque as células estão em série dentro do conjunto e, por isso, a corrente é a mesma para todos. Em decorrência disso, assumi o módulo a corrente da célula com problema.

Outro problema mais agravante seria a célula defeituosa ou sombreada ser vista como carga pelas outras células, recebendo esta uma tensão inversa oriunda das outras provocando “pontos quentes”, ocasionando na destruição da célula e consequentemente do módulo.

Para contornar o problema de uma única célula ou conjunto delas tornarem um módulo completamente inoperante, os fabricantes introduziram nos módulos os chamados diodos de passagem ou diodos de by-pass. Esses diodos são instalados em paralelo às células fotovoltaicas ou mais usualmente a cada conjunto de células (conforme a ilustração abaixo) e fornecem um caminho alternativo para a passagem da corrente quando a célula apresenta algum tipo de problema, minimizando as perdas do módulo e evitando “pontos quentes”. Outro benefício do diodo de by-pass é que ele evita curto-circuito caso aconteça uma inversão de polaridade na hora da instalação.

Normalmente os módulos fotovoltaicos vêm de fábrica com 3 diodos de by-pass, o que pode ser conferido no datasheet do módulo. Eles são montados dentro da caixa de junção que fica atrás dos módulos, caixa esta, que também recebe os terminais das conexões elétricas.  Atualmente existem módulos com muito mais que três diodos de by-pass, consequentemente tornando-os melhores, porém mais caros.

Sabemos que o comportamento de uma célula fotovoltaica é sensível à radiação solar que ela recebe, ou seja, quanto mais resistência-série existir, maiores serão as perdas em seus contatos e consequentemente menor a potência que ela poderá fornecer. O diodo de by-pass está polarizado inversamente, ou seja, não deixa passar a corrente por ele. Quando ocorre um sombreamento em uma célula por exemplo, ela começa a se aquecer e sua resistência aumenta, passando a célula a ser vista como carga. Consequentemente, a diferença de potencial se inverte tornando-se negativa e, com a resistência do diodo menor que a resistência da célula, o fluxo de corrente passa diretamente pelo diodo de by-pass anulando assim a série de células com problema.

Uma dica importante é sempre que possível instalar os módulos na posição paisagem e não na posição vertical. Como podemos ver, na posição vertical uma sombra pequena pode matar os três subconjuntos de células de uma vez, enquanto na posição paisagem uma pequena sombra mataria somente um subconjunto de células. Vale lembrar que nem sempre o diodo de by-pass é ativado, isso dependerá da diferença de radiação que uma célula recebe em comparação com outra.

Como podemos observar, a curva preta é do módulo solar sem sombreamento e a curva vermelha é com sombreamento. Quando o diodo de by-pass é ativado a curva passa ser a laranja com a corrente voltando ao normal oriunda das células sem sombreamento e, posteriormente, assumindo a corrente de menor intensidade oriunda das células problemáticas. Note que essa curva I-V traz dois pontos de máxima potência, o que causa confusão na maioria dos algoritmos de MPPT dos inversores, fazendo com que eles escolham o menor ponto de máxima potência: o ponto local.

Até breve!

Marcus Hagge
CEO e fundador
ENGENHARIA de PROJETOS

REFERÊNCIAS CONSULTADAS

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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:
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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