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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
HÉLIO DELGADO ASSUNÇÃO
DEGRADAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
DE SILICIO CRISTALINO INSTALADOS NO DEE -
UFC.
FORTALEZA
2014
ii
HÉLIO DELGADO ASSUNÇÃO
DEGRADAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS DE
SILICIO CRISTALINO INSTALADOS NO DEE - UFC.
Monografia submetida à Universidade Federal do
Ceará, como requisito parcial para a obtenção do
Diploma de Graduação em Engenharia Elétrica.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de
Carvalho.
FORTALEZA
2014
iii
iv
HÉLIO DELGADO ASSUNÇÃO
DEGRADAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS DE
SILICIO CRISTALINO INSTALADOS NO DEE - UFC.
Esta monografia foi julgada adequada para a obtenção do título de Graduado em Engenharia
Elétrica e aprovada em sua forma final pela Coordenação do curso da Universidade Federal
do Ceará.
Aprovada em: 10 / 06 / 2014.
BANCA EXAMINADORA
v
DEDICATÓRIA
Aos meus pais,
Á minha esposa e ao meu filho,
A todos familiares e amigos que me acompanhou.
vi
AGRADECIMENTOS
A toda minha família principalmente aos meus pais, Brás Manuel Assunção e Elsa
Maria Ramos Delgado, que incontestavelmente investiram na minha formação com imenso
esforço, coragem e dedicação para que eu chegasse até aqui. A minha esposa e ao meu filho
pela paciência e compreensão por tantos momentos de ausência durante períodos longos de
dedicação aos estudos.
Ao Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de Carvalho, orientador que me acompanhou neste
estudo, pela atenção no auxílio às atividades desta Monografia de conclusão de curso.
Ao Prof. Msc. Tomaz Nunes Cavalcante, por estes anos com ele no Grupo PROCEN,
pelo aprendizado na área de engenharia elétrica e principalmente pelos seus conselhos que
levarei comigo para a vida pessoal e profissional.
A todos os professores do curso de Engenharia Elétrica pela dedicação, entusiasmo
demonstrado, responsáveis diretamente ou indiretamente pela minha formação como
engenheiro eletricista.
vii
“O período de maior ganho em conhecimento e experiência é o período mais difícil da vida
de alguém. ”
(Dalai Lama)
“Lembre-se que as pessoas podem tirar tudo de você, menos o seu conhecimento.”
(Albert Einstein)
viii
RESUMO
Devido ao aumento da importância da geração fotovoltaica (FV) a nível mundial e à crescente
demanda energética, tem-se verificado uma contínua aposta cada vez maior nessa fonte. Esta
tendência crescente vem sendo acompanhada por inovações como o aumento da eficiência das
células de silício, bem como uma significante redução nos custos de produção dos módulos
fotovoltaicos. Como consequência, os módulos estão sujeitos a condições ambientais e
climáticas, dando origem a vários tipos de degradação que a longo prazo afetam o
desempenho e a confiabilidade dos módulos e do sistema fotovoltaico como um todo. Nesta
monografia são abordados os principais tipos de degradação em módulos de silício cristalino
encontrada na literatura nos últimos anos, e como contribuem para perdas da potência dos
módulos FV. Inicialmente é apresentado um estudo teórico das características técnicas e
elétricas dos módulos e posteriormente, são identificadas variáveis influentes e fatores de
impacto na deterioração dos mesmos, que causam diretamente perdas na potência de saída dos
módulos, por conseguinte, reduzindo o tempo de retorno do investimento. É apresentado um
levantamento através da inspeção visual, relativo a vários tipos de degradação encontrados
nos módulos fotovoltaicos instalados no departamento de engenharia elétrica da Universidade
Federal do Ceará, situado no campus do pici.
Palavras-chave: módulos fotovoltaicos, energia solar, degradação, inspeção visual.
ix
ABSTRACT
Due to the increased importance of photovoltaic generation (FV) worldwide and the growing
energy demand, there has been a continuous growing bet in this font. This growing trend has
been accompanied by innovations such as the increase of efficiency of Silicon cells, as well as
a significant reduction in production costs of photovoltaic modules. As a consequence, the
modules are subject to climatic and environmental conditions, giving rise to various types of
degradation that affect long-term performance and reliability of the modules and photovoltaic
system as a whole. In this monograph are addressed the main types of degradation in
crystalline silicon modules found in the literature in recent years, and how they contribute
to loss of potency of FV modules. Is initially presented a theoretical study of technical
characteristics and electrical modules and later influential variables are identified and impact
factors in the deterioration thereof, directly causing losses in output power of the modules,
therefore, reducing the time of return on investment. A survey is presented through visual
inspection, concerning various types of degradation found in photovoltaic modules installed
in the Electrical Engineering Department of the Federal University of Ceará, located on
campus do pici.
Keywords: photovoltaic modules, solar energy, degradation, visual inspection.
x
SUMÁRIO
CAPITULO 1 ............................................................................................................................. 1
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1
1.1 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 1
1.2 OBJETIVO ..................................................................................................................... 2
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................................... 3
CAPITULO 2 ............................................................................................................................. 4
PRINCIPIOS DE CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO ....................... 4
2.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 4
2.2 – SITUAÇÃO ATUAL E PERSPECTIVAS FUTURAS PARA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO NO
MUNDO ................................................................................................................................... 4
2.3 – ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO BRASIL ................................................................... 7
2.4 – COMPONENTES BÁSICOS DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .............................................. 9
2.4.1 – Células Fotovoltaicas .............................................................................................. 9
2.4.2 – Características Construtiva dos Módulos de silício cristalino .............................. 10
2.4.3 – Características Elétricas dos Módulos Fotovoltaicos ........................................... 14
2.5 – PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO DE CÉLULAS E MÓDULOS FOTOVOLTAICAS
.............................................................................................................................................. 17
2.5.1 – Silício Cristalino (c- Si) ........................................................................................ 18
2.5.2 – Células de Filmes Finos ........................................................................................ 20
2.5.3 – Outras Tecnologias ............................................................................................... 21
CAPITULO 3 ........................................................................................................................... 23
OS PRINCIPAIS TIPOS DE DEGRADAÇÃO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS DE
SILICIO CRISTALINO ........................................................................................................... 23
3.1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 23
3.2 – GARANTIAS DOS FABRICANTES DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS DE C - SI. ...................... 25
3.3– DEFINIÇÃO DE PRINCIPAIS DEGRADAÇÕES DOS MÓDULOS PV ........................................ 27
3.3.1 – Fatores de degradação dos módulos fotovoltaicos ............................................... 28
3.3.2 – Corrosão de módulos fotovoltaicos ...................................................................... 28
3.3.3 – Delaminação de módulos fotovoltaicos ................................................................ 30
3.3.4 – Descoloração de módulos fotovoltaicos ............................................................... 31
3.3.5 – Quebras e fissuras nos módulos fotovoltaicos ...................................................... 32
3.3.6 – Degradação do potencial induzido (PID) ............................................................. 33
3.3.7 – Aparecimento de Bolhas nos módulos ................................................................. 34
3.3.8 – Pontos quentes ...................................................................................................... 35
CAPITULO 4 ........................................................................................................................... 36
xi
ANÁLISE BASEADA NA INSPEÇÃO VISUAL DE DEGRADAÇÕES DE MÓDULOS
FOTOVOLTAICOS INSTALADOS NO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
ELÉTRICA NO CAMPUS DO PICI – UFC. .......................................................................... 36
4.1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 36
4.2 – CARACTERÍSTICAS DO MÓDULOS INSTALADOS NO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
ELÉTRICA .............................................................................................................................. 36
4.2.1 – Identificação dos módulos .................................................................................... 36
4.2.2 – Características Elétricas e Técnicas dos módulos ................................................ 36
4.3 – LEVANTAMENTO BASEADO NA INSPEÇÃO VISUAL DE DEGRADAÇÃO ENCONTRADOS NOS
MÓDULOS ESTUDADOS. .......................................................................................................... 39
4.4.1 – Descoloração ........................................................................................................ 39
4.4.2 – Delaminação ......................................................................................................... 40
4.4.3 – Quebras/ Fissuras .................................................................................................. 41
4.4.4 – Corrosão ............................................................................................................... 42
CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 43
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 44
xii
LISTA DE ILUSTRAÇOES
Figura 2.2.1 – Produção mundial de células fotovoltaicas. ........................................................ 5
Figura 2.3.1 – Oferta Interna de energia elétrica por fonte em 2011. ........................................ 7
Figura 2.4.1 – Representação de uma célula fotovoltaica. ......................................................... 9
Figura 2.4.2 – Corte de um módulo fotovoltaico. .................................................................... 10
Figura 2.4.4 – interligação em série de células de silício cristalino. ........................................ 12
Figura 2.4.5 – Componentes de um módulo fotovoltaico com células de silício cristalino. .... 13
Figura 2.4.6 – Modelo real de um módulo fotovoltaico ........................................................... 15
Figura 2.4.7 – Curva corrente – tensão de um módulo. ........................................................... 16
Figura 2.5.1 – Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício monocristalino. ............ 19
Figura 2.5.2 – Célula de silício monocristalino. ....................................................................... 19
Figura 2.5.3 – Célula de silício policristalino. .......................................................................... 20
Figura 3.1.1 – Perda de desempenho para módulos de silício cristalino depois de 4 anos de
instalação. ......................................................................................................................... 23
Figura 3.1.2 – Principais fatores responsáveis por degradações em módulos fotovoltaicos. ... 25
Figura 3.2.1 – Degradação máxima de módulos, de acordo com 3 diferentes formas de
garantia. ............................................................................................................................ 26
Figura 3.3.1 – Principais tipos de degradação nos módulos fotovoltaicos. .............................. 27
Figura 3.3.2 – Corrosão afetando as bordas e as células do módulo FV. ................................. 29
Figura 3.3.3 – Delaminação afetando um modulo fotovoltaico. .............................................. 30
Figura 3.3.4 – Descoloração em módulos fotovoltaicos. ......................................................... 31
Figura 3.3.5 – Redução da transmitância devido a descoloração. ............................................ 32
Figura 3.3.6 – Fissuras em células detectadas através do método da Eletroluminescência (EL).
.......................................................................................................................................... 33
Figura 3.3.7 – Efeito da PID na curva característica I x V dos módulos fotovoltaicos depois de
horas de exposição ás condições climáticas. .................................................................... 34
Figura 3.3.8 –Bolhas em um módulo e obtenção de bolhas através da técnica da imagem
infravermelho.................................................................................................................... 35
Figura 4.2.1 – Ilustração de um módulo do modelo SM55 e sua curva I x V característica. ... 38
Figura 4.2.2 – Painéis instalados no Departamento de Engenharia Elétrica na Universidade
Federal do Ceará. .............................................................................................................. 38
xiii
Figura 4.4.1 – Módulos afetados pela descoloração. ................................................................ 39
Figura 4.4.2 – Módulos afetados pela delaminação ................................................................. 40
Figura 4.4.3 – Módulos afetados por quebras e fissuras no vidro, material encapsulante ou na
célula. ................................................................................................................................ 41
Figura 4.4.4 – Módulos afetados pela Corrosão. ...................................................................... 42
xiv
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.6.1 – Máxima eficiência Fotovoltaica. ...................................................................... 22
Tabela 3.1 – Principais tipos de degradação nos módulos de silício cristalino ........................ 27
Tabela 3.2 – Corrosão como a principal degradação observada pela BP Solar. ...................... 29
Tabela 4.1 - Características nominais do módulo estudado segundo o fabricante. ................. 37
Tabela 4.2 - Degradações observadas em módulos instalados no DEE. ................................. 39
xv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
FV Fotovoltaico
DEE Departamento de Engenharia Elétrica
UFC Universidade Federal do Ceará
EPIA European Photovoltaic Industry Association
EIA U.S Energy Information Administration
EREC European Renewable Energy Council
EPE Empresa de Pesquisa Energética
CHESF Companhia Hidrelétrica do São Francisco
ANNEL Agência Nacional de Energia Elétrica
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR Normas Brasileiras
UV Ultravioleta
EVA Etil Vinil Acetato
PVF Polyvinyl Fluoride (Fluoreto de polivinil)
PET Tereftalato de Polietileno
AM Air Mass (Massa de ar)
IR Infrared images (Imagem Infravermelho)
xvi
LISTA DE SIMBOLOS
CO2 dióxido de Carbono
V volts
VDC tensão continua
A ampères
Isc Corrente de curto circuito
Voc Pensão de circuito aberto
MPP Ponto de potência máxima
FF Fator de Forma
η Rendimento
RS Resistência série
Rp Resistência paralelo
Pm Potência máxima
c-Si Silício cristalino
a-Si Silício amorfo
CdTe Telureto de cádmio
m-Si Silício Monocristalino
p-Si Silício policristalino
1
CAPITULO 1
INTRODUÇÃO
1.1 JUSTIFICATIVA
A energia é considerada um bem de primeira necessidade sendo utilizado em quase todas as
atividades diárias, trazendo conforto, rapidez e maior versatilidade, mais saúde, higiene e
lazer, sendo fundamental no cotidiano e no crescimento econômico global. Mas com
perspectivas de mudanças nos próximos anos, como as climáticas, aumento da população
global, crescimento econômico e desenvolvimento de novas tecnologias, a busca por mais
eficiência e combustíveis mais limpos vem crescendo de forma acentuada. Ao mesmo tempo,
modernas tecnologias trazem novos recursos e torna a energia mais acessível, criando novas
oportunidades de emprego e expandindo o comercio e a indústria pelo mundo.
A energia configura como um importante fator socioeconômico para o desenvolvimento da
sociedade. Nos tempos de instabilidade de preço nos combustíveis fosseis e com preocupação
em relação as condições climáticas e ao meio ambiente, as diferentes formas de energia
renováveis já com tecnologias avançadas e por serem consideradas energia mais limpas,
apresentam flexibilidade e credibilidade suficiente para reduzir o défice causado pela
crescente demanda energética.
Neste cenário, os sistemas fotovoltaicos se mantem em uma importante posição no mercado
de energias renováveis, ficando atrás apenas da hidrelétrica e a eólica em capacidade instalada
no mundo. Esse crescendo resulta de avanços tecnológico, redução dos custos dos módulos
FV, iniciativas e políticas governamentais para fontes de energia renováveis, questões
ambientais, ampliação de oferta de energia elétrica para atender a uma demanda crescente e a
diminuição do retorno de investimento nos últimos anos. A fotovoltaica apresenta outros
fatores favoráveis e atrativos à sua implementação como baixa manutenção, vida útil que
pode chegar a 25 anos e pouca agressão ao meio ambiente. Segundo os fabricantes Segundo a
EPIA, em 2013 a capacidade instalada acumulada global de energia fotovoltaica chegou a
136,7 GW, e baseado no crescimento de 40% ao ano nos últimos anos, perspectivas revelam
que em 2050, a capacidade instalada chegará a 2033 GW, ficando atrás apenas da energia
eólica entre as fontes renováveis de energia.
2
Neste contexto, a confiabilidade e vida útil são pontos importante para análise técnica e
financeira na instalação de módulos fotovoltaicos. O monitoramento da degradação é um
aspecto que interessa ao técnico e financeiro porque a deterioração dos módulos afeta
diretamente a potência de saída e consequentemente, o retorno do investimento é reduzido. A
falta de informações sobre a taxa de degradação pode aumentar consideravelmente o risco
financeiro. A degradação da potência de módulos PV de silício cristalino instalados em
campo é entre 0,5 % e 1,0 % ao ano. Os módulos de silício cristalino, tem garantia de defeitos
de fabricação de 3 a 5 anos e com rendimento de 25 a 30 anos, sendo a garantida a potência de
pico mínima de 90% de potência nominal nos 10 primeiros anos de funcionamento e 80 % no
período de 20 a 25 anos (PINHO e GALDINO, 2014). Baseado nessas informações será,
discutido os principais tipos de degradação que afetam os módulos fotovoltaicos de silício
cristalino e posteriormente um levantamento dos tipos de degradações observadas a partir da
inspeção visual nos módulos do fabricante Siemens, instalados no departamento de
Engenharia Elétrica desde de 1994, tempo esse suficiente para ter a noção pelo menos no
aspecto visual, o quanto esses se encontram deteriorados.
1.2 OBJETIVO
Esta monografia tem por objetivo apresentar os principais tipos de degradação encontradas na
literatura nos últimos anos e a suas consequências para o desempenho dos módulos ao longo
da vida útil do mesmo. Com o embasamento teórico discutido ao longo dos capítulos, é
apresentado um levantamento estatístico com base na inspeção visual detalhada de alguns
tipos de degradação que afetaram os 27 módulos fotovoltaicos instalados no Departamento de
Engenharia Elétrica, no campus do pici – UFC, desde de 1994, somando 20 anos até o
presente estudo feito nos mesmos, um tempo considerável quando se trata de desgastes de
módulos a longo prazo.
3
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Para o desenvolvimento da monografia, foi realizada uma pesquisa bibliográfica na literatura
especializada existente sobre o assunto de degradação de módulos de silício cristalino, no
sentido de se obter subsídios adicionais que contribuíssem para o enriquecimento da
monografia formando assim o capitulo 1.
O capitulo 2 é composto pela apresentação do contexto atual e perspectiva da energia solar
fotovoltaica no mundo e no Brasil. Também é explanado os conceitos básicos da energia solar
fotovoltaica, e é feita uma breve explanação do princípio de funcionamento de células e
módulos. O principal objetivo deste capitulo, é mostrar as principais características técnicas
de módulos FV que se deve levar em consideração para o entendimento do comportamento
das principais tecnologias de fabricação de células/ módulos.
O capítulo 3, é realizado uma revisão bibliográfica sobre a degradação de módulos
fotovoltaicos. Também, são descritos os principais tipos de processos que contribuem para a
deterioração de módulos fotovoltaicos e como esses desgastes afetam a potência ao longo da
vida útil dos módulos FV.
No Capítulo 4, é mostrado um levantamento baseado na inspeção visual de degradações de
módulos fotovoltaicos instalados no departamento de Engenharia Elétrica no campus do Pici
– UFC. Esta análise visa mostrar alguns tipos de desgastes nos módulos submetidos ás
condições climáticas e ambientais do local.
Por fim, são apresentadas as conclusões sobre o trabalho apresentado.
4
CAPITULO 2
PRINCIPIOS DE CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO
Neste capítulo é descrita algumas informações básicas sobre a estrutura e os materiais que
compõem os módulos, abordando o funcionamento e configurações possíveis. Este capítulo é
crucial para uma boa compreensão dos capítulos seguintes.
2.1 – Introdução
A energia solar fotovoltaica é a energia obtida da irradiação solar através da conversão direta
da luz em eletricidade (conhecido como efeito fotovoltaico), sendo módulos constituintes de
células fotovoltaicas, um dispositivo semicondutor, a unidade fundamental desse processo de
conversão.
A energia solar fotovoltaica consolida como uma importante fonte alternativo no mercado de
energia renováveis, pois tem muitas vantagens que a torna viável, com a sua tecnologia
bastante difundida, ambientalmente sustentável e com retorno de investimento atrativo. Uma
das principais características dos sistemas fotovoltaicos é a sua modularidade, o que facilita o
projeto e dimensionamento na exata proporção da demanda, e em caso de expansão da carga,
é possível aumentar a capacidade de geração simplesmente aumentando proporcionalmente o
número de módulos fotovoltaicos.
2.2 – Situação atual e perspectivas futuras para energia solar fotovoltaico no Mundo
Inicialmente, o desenvolvimento desta tecnologia apoiou-se na busca, por empresas do setor
de telecomunicações, de uma fonte de energia para localidades remotas e principalmente em
programas espaciais, onde se consolidou como a principal tecnologia para fornecimento de
energia a equipamentos eletrônicos no espaço. Com a crise internacional de petróleo em 1973
e 1978 e com as constantes polêmicas que envolvem a questão de que nos próximos anos o
petróleo não será autossuficiente devido ao crescimento global da população que acarreta na
crescente procura por fontes energéticas, economia das nações dependentes dessa fonte
energética entenderam a importância de suprimento de energia segura e começaram a
procurar outras fontes para cobrir as necessidades energéticas, a partir desse momento, as
fontes renováveis ganharam um novo olhar e com novas propostas de pesquisa e
5
desenvolvimento; e o interesse em aplicações terrestres para a energia solar fotovoltaica
aumentaram. Porém, economicamente não se apresentava viável em comparação a outras
fontes de conversão de energia, devido a tecnologia envolvida em aplicações espaciais serem
muitas caras, sendo necessário naquele momento reduzir 100 vezes o custo da produção das
células fotovoltaicas para torna-la competitiva.
Os sistemas fotovoltaicos forma crescendo como resultado de avanços tecnológico, redução
dos custos dos módulos FV, iniciativas e políticas governamentais para fontes de energia
renováveis e questões ambientais. A busca de caminhos para a diminuição as emissões de
gases de efeito estufa (principalmente devido ao protocolo de Kyoto em 1992), ampliar a
oferta de energia elétrica para atender a uma demanda crescente, a diminuição do retorno de
investimento (Pay Back Time) ao longo dos anos e, simultaneamente, diminuir o impacto
ambiental da produção de energia fez a produção mundial de células fotovoltaicas disparar
como mostra a figura 2.2.1, tendo sido produzidos, em 2012, cerca de 36,2 GWp. Esta
potência equivale a mais de duas vezes e meia a potência da usina hidrelétrica de Itapu (14
GW).
Figura 2.2.1 – Produção mundial de células fotovoltaicas.
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
Sendo que a tecnologia de silício Cristalino domina o mercado fotovoltaico há 30 anos, sendo
que representa 80 a 90 % do mercado atual, mas no futuro esse percentual poderá reduzir
devido a novas tecnologias que vem surgindo no mercado.
6
Nos últimos onze anos (de 2003 a 2014), o crescimento anual médio da indústria de células e
módulos fotovoltaicos foi de 54,2 % (Pinho e Galdino, 2014), devido ao rápido aumento na
produção chinesa, chegando à liderança na fabricação de módulos.
Segundo a EPIA (2014), com aproximadamente 37 GW de potência FV adicionada a
capacidade global em 2013, a capacidade instalada acumulada global atinge 136,7 GW,
correspondendo a um aumento de 35 por cento em relação ao ano anterior. O mercado de
energia solar fotovoltaico teve crescimento notável nos últimos anos, sendo em 2008 a
capacidade instalada acumulada ultrapassava os 15,6 GWp, com a união europeia com
contribuição de 60 % do total global. Em 2012, a capacidade fotovoltaica acumulada global
instalada chegava a 100 GW, sendo cerca de 31,1 GW de sistema fotovoltaica instalada em
2012, chegando a ser a terceira mais importante fonte de energia renovável em termos de
capacidade instalada global, atrás apenas de fontes como hidro e eólica. Na Europa, 17,2 GW
da energia fotovoltaica foi conectada à rede, representando 55 % da capacidade global.
Alemanha mantém como líder no mercado em 2012, com 7,6 GW de instalações conectado à
rede, seguido por China, Itália, Estados Unidos e Japão com 5 GW, 3,4 GW, 3,3 GW e 2 GW
respectivamente.
Depois de 10 anos de liderança da Europa em instalação de Sistemas fotovoltaicas, o mercado
asiático dinâmico, liderado pela China e pelo Japão, tornou-se a região número um em
instalação de novas FV, devido ao inventivo ao uso de tecnologia através de programas
governamentais, política mais agressiva voltada a produção de células e módulos
fotovoltaicos com preços baixos, representando 57 % do mercado global no ano de 2013. A
China, número um no mercado global com 11,3 GW de novas instalações conectado à rede,
seguido pelo Japão e Estados Unidos com 6,3 e 4,8 GW respectivamente (EPIA, 2014).
Embora o mercado fotovoltaico mundial cresce 40 % por ano nos últimos anos, contribuindo
aqui pouco na geração de eletricidade (EREC, 2007) em comparação a fontes de geração de
eletricidade provenientes de combustíveis fosseis. A demanda global pela energia, o rápido
crescimento do mercado fotovoltaico, tende a continuar principalmente em países como
China, Índia, seguindo pelo sudeste asiático, américa latina, chegando em 2050 com
perspectiva de 2.033,370 GW instalados no mundo (EREC, 2007).
A Agência Internacional de Energia (IEA), estima que em 2020 a energia solar será
competitiva em relação às demais fontes, principalmente devido à redução de custos dos
módulos, aumento da eficiência dos módulos, redução do custo da geração de energia
7
fotovoltaica com queda de cerca de 22 %, compromisso dos países com a emissão de CO2,
aumento no custo de produção de energia com combustíveis fosseis e aumento dos incentivos
governamentais para o crescimento da tecnologia.
2.3 – Energia solar fotovoltaica no Brasil
O território brasileiro recebe um elevado índice de irradiação solar, comparado a países como
a Alemanha, China e Estados Unidos, onde a tecnologia fotovoltaica tem maior expressão e já
é bastante difundida na produção de energia elétrica. Segundo o Atlas brasileiro de energia
solar (2006), o país recebe mais de 2200 horas de insolação por ano, equivalente a um
potencial de 15 trilhões de MWh que corresponde a cerca de 27 mil vezes o consumo nacional
de 552498 GWh em 2012, segundo o Anuário estatístico de energia elétrica, publicado pela
Empresa de Pesquisa Energética (EPE), em 2013.
Apesar disso, o Brasil ainda é um iniciante no uso da energia solar. No Balanço energético
nacional, publicado pela empresa de pesquisa energética em 2012, a energia solar sequer
figura nos gráficos referentes à oferta interna de energia elétrica, como mostra a figura 2.3.1.
Figura 2.3.1 – Oferta Interna de energia elétrica por fonte em 2011.
Fonte: Balanço energético nacional (2013).
Pode-se observar que a matriz de geração elétrica é de origem predominantemente renovável,
sendo a geração interna hidráulica corresponde a 81,9 %.
Segundo Pinho e Galdinho (2014), os primeiros sistemas fotovoltaicos conectados à rede
elétrica foram instalados no Brasil no final dos anos 90 em concessionárias de energia
8
elétrica, universidades e centro de pesquisa. A Chesf, foi pioneira nesta área ao instalar um
sistema fotovoltaico de 11 kWp em 1995, em sua sede em Recife, Pernambuco.
A partir de meados da década de 2000 começou o interesse do país pelas aplicações
conectadas a rede, através de pesquisas nos centros de pesquisas e universidades, usando dos
fundos de pesquisa e desenvolvimento das concessionárias de energia, mas também das
fundações de apoio à pesquisa e de fundos setoriais do governo. Dezenas de sistemas
fotovoltaicos conectados à rede de pequeno porte, a grande maioria menor que 10 kWp, foram
instalados em várias regiões do país (PINHO e GALDINO, 2014).
Em 24/05/2011, o Brasil ganhou a sua primeira usina comercial de geração fotovoltaica,
localizado em Tauá, cerca de 360 km de Fortaleza, com a capacidade de geração de 1 MW,
que tem expectativa de atender cerca de 1,5 mil famílias e atrair negócios para o Ceará. Tem
expectativa de ampliação da planta para 50 MW, injetando na rede elétrica brasileira
anualmente, cerca de 77,4 milhões de kWh. De acordo com a eneva (2014), a usina ocupa
uma área de 12 mil m², com 4680 painéis fotovoltaicos em operação.
Atualmente há vários projetos, em curso ou em operação, para o aproveitamento da energia
solar no Brasil, particularmente por meio de sistemas fotovoltaicos de geração de eletricidade,
visando ao atendimento de comunidades rurais e/ou isoladas da rede de energia elétrica
principalmente no Norte e Nordeste e ao desenvolvimento regional.
Com a resolução Normativa nº 482/2012, da Annel, que trata de micro e mini geração
distribuída, foi definida a regulamentação para sistemas fotovoltaicos conectados à rede de
distribuição. A regulamentação prevê o sistema de compensação de energia elétrica, de
acordo com o qual é feito um balanço entre a energia consumida e gerada na unidade
consumidora. Apesar desse esforço com a resolução normativa no sentido de impulsionar a
utilização da energia solar fotovoltaica no mercado brasileiro de energia, ainda essa
tecnologia enfrenta barreiras para adesão como: o preço dos módulos fotovoltaicos (embora a
queda de preço seja vidente nos próximos anos), falta de incentivos fiscais, no sentido de
baratear esse sistema, falta de estímulos governamentais para facilitar a consolidação da
tecnologia no Brasil e falta de campanhas de incentivos para conseguir a adesão da população.
Segundo Pinho e Galdino (2014), a capacidade atual de sistemas fotovoltaicos instalados no
Brasil, incluindo isolados e conectados à rede, é de aproximadamente 30 a 40 MWp. O
mercado brasileiro ainda não se mostra atrativo e competitivo, principalmente devido ao
9
investimento ainda ser muito alto, restrições a mini e microgeração perante as distribuidoras
por receio a perda de mercado, pouco ou nenhum conhecimento sobre a fonte fotovoltaica.
2.4 – Componentes Básicos dos módulos Fotovoltaicos
2.4.1 – Células Fotovoltaicas
Células fotovoltaicas são dispositivos semicondutores similares a um diodo, capazes de
transformar a energia solar luminosa ou outra fonte de luz, em uma corrente elétrica, assim
produzindo a energia elétrica. De acordo com a forma em que os átomos do semicondutor
estão estruturados, as células podem ser classificadas em cristalinos (monocristalino,
policristalino e amorfos). De acordo com Prieb (2002), existem células constituídas tanto por
elementos simples (silício, germânio, selênio), como também por ligas e compostos (arsenieto
de gálio, sulfeto de cádmio, telureto de cádmio, disseleneto de cobre e índio, etc). A figura
2.4.1 mostra a representação de uma célula fotovoltaica de silício monocristalino.
Figura 2.4.1 – Representação de uma célula fotovoltaica.
Fonte: Prieb (2002).
A célula de silício cristalino é a mais comum, sendo que aproximadamente 95 % de todas as
células solares no mundo são de silício (ALTENER, 2004). As células solares comerciais
ainda apresentam uma baixa eficiência de conversão, da ordem de 16%. Existem células
fotovoltaicas com eficiências de até 28%, fabricadas de arsenieto de gálio, mas o seu alto
custo limita a produção dessas células solares para o uso da indústria espacial (CRESESB,
2006).
10
2.4.2 – Características Construtiva dos Módulos de silício cristalino
Os módulos fotovoltaicos são formados de células feitas principalmente de silício, um
elemento capaz de absorver as partículas de fótons existentes nos raios solares e transformá-
las em corrente continua. Segundo a ABNT (NBR10899/TB-328), módulo fotovoltaico é
definido como “Menor conjunto ambientalmente protegido de células solares interligados,
com objetivo de gerar energia elétrica em corrente continua”.
Um módulo pode ser constituído por conjunto de 36 a 216 células fotovoltaicas associadas em
série e/ou paralelo, associação esta que depende dos parâmetros elétricos (tensão, corrente e
potência) mais adequados à aplicação a que o módulo se destina (PINHO e GALDINO,
2014). As células são soldadas, encapsulados, a fim de protegê-los das intempéries, do calor,
raios UV, e principalmente da umidade; e proporcionar resistência mecânica ao módulo
fotovoltaico (PINHO e GALDINO, 2014). Módulos com tensão nominal de 12 VDC são
constituídos por 30 a 36 células em série. Outras especificações de tensão nominal (6, 24 e 48
VDC) pode-se ser encontrado em módulos, mas não são tão comuns (PRIEB, 2002). A figura
2.4.2, representa o corte de um módulo fotovoltaico, com a descrição dos seus principais
componentes:
Figura 2.4.2 – Corte de um módulo fotovoltaico.
Fonte: Prieb (2002).
Cobertura frontal: habitualmente é usado um vidro temperado de baixo teor de ferro
e de alta transparência, reduzindo assim as perdas por absorção. Um acabamento
texturado opcional contribui para minimizar as perdas por reflexão.
11
Encapsulante: polímero termoplástico transparente, eletricamente isolante e resistente
à umidade, à fadiga mecânica e à ação da radiação solar (principalmente raios UV). O
material mais utilizado é o EVA (Etil Vinil Acetato).
Células fotovoltaicas, interconexões elétricas e caixas de bornes: conjunto elétrico
do módulo.
Cobertura posterior: o material mais empregado é o PVF (fluoreto de polivinil),
comercialmente conhecido por Tedlar, embora existam módulos que utilizam um
segundo vidro.
Moldura metálica: usualmente de alumínio anodizado, possibilitando a rigidez
mecânica ao módulo e facilitar a fixação.
2.4.2.1 – Geometria das Células
É importante considerar a geometria das células, já que elas devem ocupar o máximo de área
do módulo (CEPEL-CRESESB, 2004). Atualmente existem células quadradas e redondas em
operação como mostra a figura 2.4.3. As quadradas ocupam melhor espaço nos módulos,
enquanto que as redondas têm a vantagem de não sofrerem perda de material, devido à forma
cilíndrica de crescimento do silício.
Figura 2.4.3 – Corte de um módulo fotovoltaico.
Fonte: Sunwize (2008).
A relação entre a área efetiva das células solares e a área total do módulo é fornecida pelo
chamado pelo chamado fator de ocupação. Esse fator é próximo a 1 para células quadradas ou
retangulares e assume valores de 0,6 a 0,7 para células redondas (CARVALHO, 2012).
12
A ABNT (NBR10899/TB-328), apresenta dois conceitos importantes:
Área das células do módulo:
Área de uma célula individual multiplicada pelo número de células (n) do módulo.
𝐴𝑐𝑚 = 𝑛. 𝐴𝑐 (1)
Coeficiente de aproveitamento:
Razão entre a área das células do módulo Acm e a área do módulo (superfície iluminada,
Ai)
𝑐 = 𝐴𝑐𝑚
𝐴𝑖 (2)
2.4.2.2 – Encadeamento das Células
Devido à reduzida tensão (cerca de 0,7 V) e corrente de saída (corrente máxima ~ 3A) nas
células individuais justifica a ligação de várias células na fabricação de módulos
fotovoltaicos. Na ligação em série, os contatos frontais de cada célula são soldados aos
contatos posteriores da célula seguinte, por forma a ligar o pólo negativo (parte frontal) da
célula com o pólo positivo (parte posterior) da célula seguinte. Os terminais de início e de fim
da fileira de células são estendidos para o exterior, tendo em vista a posterior ligação elétrica
(figura 2.4.4).
Figura 2.4.4 – interligação em série de células de silício cristalino.
Fonte: Altener (2004).
13
2.4.2.3 – Encapsulamento dos Módulos de silício cristalino
O encapsulamento é constituído na maioria de um sanduiche de vidro temperado de alta
transparência para que possa resistir às elevadas cargas térmicas (mas também é possível usar
plástico acrílico, metal ou folheados de plástico), acetato de etil vinil (EVA, do inglês
Ethylene-vynil acetate) estabilizado para a radiação ultravioleta, células fotovoltaicas, EVA
estabilizado, e um filme posterior isolante. Este filme é uma combinação de polímeros tais
como fluoreto de polivinila (PVF ou Tedlar), tereftalato de polietileno (PET), dentre outros. O
processo de laminação é realizado a temperaturas de 120º a 150 ºC, quando o EVA torna-se
liquido e as eventuais bolhas de ar geradas são iluminadas. No processo seguinte, é realizada a
cura do EVA, que proporciona uma maior durabilidade ao módulo fotovoltaico. Após este
processo, coloca-se uma moldura de alumínio anodizado e a caixa de conexões elétricas e o
módulo fotovoltaico está finalizado (PINHO e GALDINO, 2014).
Figura 2.4.5 – Componentes de um módulo fotovoltaico com células de silício cristalino.
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
É possível distinguir três tipos diferentes de encapsulamento:
Encapsulamento EVA
Encapsulamento Teflon
Encapsulamento de resina fundida
Os principais fatores que afetam a eficiência do módulo são a eficiência ótica da cobertura
frontal, à perda nas interligações elétricas das células e à incompatibilidade das características
14
elétricas das células, porque células de maior corrente e tensão dissipam o excesso de potência
nas células com potência inferior. Em consequência, a eficiência global das células é reduzida
(CARVALHO e JUCÁ, 2013).
2.4.3 – Características Elétricas dos Módulos Fotovoltaicos
Normalmente, a potência dos módulos é dada pela potência de pico (Wp). Os parâmetros ou
características elétricas de um módulo precisam ser entendidos para que se possa selecionar o
tipo de módulo apropriado para cada sistema em particular.
Desta forma, para poder comparar diferentes células ou mesmo diferentes módulos
fotovoltaicos, encontram-se especificadas condições uniformes de teste, sob as quais os dados
eléctricos da curva característica da célula solar são identificados. Estas “Condições padrões
de Teste” são (PRIEB, 2002):
1. uma irradiância de 1.000 W/m²,
2. uma temperatura T na célula de 25 ºC, com uma tolerância de + 2ºC,
3. Massa de ar AM = 1,5.
Os principais parâmetros para caracterizar os módulos são lidos a partir da curva
característica:
Corrente de curto - circuito (Isc): ainda sem as conexões de qualquer equipamento, se
ligarmos os terminais de um módulo diretamente, haverá uma corrente fluindo
denominada corrente de curto-circuito (Isc); neste caso a tensão é zero.
Tensão de circuito aberto (Voc): é a diferença de potencial medida entre os terminais
positivo e negativo do módulo quando está submetida à radiação solar e sem nenhuma
carga acoplada para garantir que não haja circulação de corrente elétrica.
Ponto de potência máxima (MPP): ponto de operação no qual a potência entregue
alcança o maior valor. Suas respectivas corrente e tensão nesse ponto são IMPP e VMPP.
Fator de Forma (FF): definido pela relação entre a potência no MPP e a produto da
corrente de curto-circuito e a tensão de circuito aberto. Valores usuais entre 70 a 80 %.
15
Rendimento (η): relação entre a potência no MPP e a potência total da luz incidente.
Módulos de silício cristalino alcançam rendimentos de 13 a 15 %.
O circuito equivalente (modelo real) de um módulo solar fotovoltaico é apresentado na figura
2.4.6.
Figura 2.4.6 – Modelo real de um módulo fotovoltaico
Fonte: Prieb (2002).
A equação 3, representa a curva característica de um módulo fotovoltaico:
𝐼 = 𝐼𝐿 − 𝐼𝑜 [𝑒𝑥𝑝 (𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑆)
𝑛𝑘𝑇) − 1] −
𝑉−𝐼𝑅𝑆
𝑅𝑃 (3)
A resistência série Rs, representa a resistência interna do próprio módulo, que descreve a
queda de tensão por meio de perdas ôhmicas (efeito Joule) no material semicondutor, nos
contatos metálicos e no contato do metal com o semicondutor.
A resistência paralela, ou resistência shunt, advém do próprio processo de fabricação,
descreve as correntes de perdas que surgem principalmente por meio de ligações elétricas
entre as partes da frente e de trás da célula, assim também como perturbações pontuais na
zona de transição P-N.
As figuras 2.4.7 e 2.4.8 representam as curvas de corrente x tensão e de potência x tensão de
um modulo típico respectivamente, nas quais a corrente de curto-circuito, tensão de circuito
aberto e ponto de máximo potência, estão explicitados como grandezas características.
A potência máxima varia conforme a corrente e tensão nos terminais do módulo e está
dependente das condições ambientais. Para o ponto de máxima potência, a corrente varia com
a variação da radiação solar e a tensão varia com a temperatura do módulo.
16
Figura 2.4.7 – Curva corrente – tensão de um módulo.
Fonte: Leite (2012).
Os valores VMMP varia de 0,75 a 0,9 vezes o Voc e o IMMP podem variar de 0,85 a 0,95 vezes o
Isc (KININGER, 2003).
Figura 2.4.8 – Curva típica de potência versus tensão para um módulo fotovoltaico.
Fonte: CEPEL-CRESESB (2004).
Conhecida então a curva característica I x V de uma célula ou um módulo pode-se calcular:
Potência Máxima (Pm):
𝑃𝑚 = 𝐼𝑚𝑝 𝑥 𝑉𝑚𝑝 = 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝑉𝑂𝑐 𝑥 𝐹𝐹 (4)
Fator de Forma (FF):
17
𝐹𝐹 = 𝐼𝑀𝑃𝑃 𝑥 𝑉𝑀𝑃𝑃
𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝑉𝑂𝑐=
𝑃𝑀𝑃𝑃
𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝑉𝑂𝑐 (5)
Rendimento (η):
𝜂 = 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝑉𝑂𝑐 𝑥 𝐹𝐹
𝐴 𝑥 𝐺𝑥 100% (6)
Em que, A (m²) é a área da superfície do módulo e G (W/ m²)) é a irradiância solar
incidente.
Existem fatores que influenciam o rendimento de uma célula fotovoltaica, tais como:
Perdas causadas pela resistência interna
Perdas por recombinação
Eficiência termodinâmica
Perdas por reflexão da radiação
2.5 – Principais Tecnologias de Fabricação de Células e Módulos Fotovoltaicas
O mercado dos módulos fotovoltaicos, para as diversas aplicações, apresenta um crescimento
marcante nos últimos anos, com novas tecnologias oferecendo alternativas e vem buscando
melhorar a eficiência das células associada a redução de custos.
Segundo Ruther (2004), em termos de aplicações terrestres, dentre os diversos
semicondutores utilizados para a produção de células solares fotovoltaicas, destacam-se por
ordem decrescente de maturidade e utilização, o silício cristalino (c-Si); o silício amorfo
hidrogenado (a-Si:H ou simplesmente a-Si); o telureto de cádmio (CdTe) e os compostos
relacionados ao disseleneto de cobre (gálio) e índio (CuInSe2 ou CIS e Cu (InGa)Se2 ou
CIGS). Neste último grupo aparecem elementos que são ou altamente tóxicos (Cd, Se, Te), ou
muito raros (Te, Se, Ga, In, Cd), ou ambos, o que inicialmente se mostrou um obstáculo
considerável ao uso mais intensivo destas tecnologias (RUTHER, 2004).
O c-Si é a mais tradicional das tecnologias, por fato de usar o silício (segundo elemento mais
abundante da superfície terrestre) e também por ser 100 vezes menos tóxico que outros
elementos citados acima, mas porém apresenta maior custo de produção por fazer uso de
lâminas cristalinas relativamente espessas, na ordem de 300 a 400 µm (RUTHER, 2004) que
18
comparado a outras tecnologias que são baseados em películas delgadas (filme fino –
espessura de 1µm).
2.5.1 – Silício Cristalino (c- Si)
Os módulos fotovoltaicos são na maioria fabricados e comercializados, usando o silício (Si).
Podem ser constituídos por cristais monocristalino, policristalino ou de silício amorfo. Existe
todo um processo para que o material semicondutor se transforme realmente em uma célula
fotovoltaica e posteriormente conectados em módulos. O que ocorre, de uma maneira geral, é
que o semicondutor deve passar por uma etapa de purificação e, em seguida, por uma etapa de
dopagem, através da introdução de impurezas, dosadas na quantidade certa (CEPEL-
CRESESB, 2004).
A mais tradicional das tecnologias fotovoltaicas, o silício cristalino corresponde a 90 % dos
módulos disponíveis no mercado (RUTHER, 2004). A robustez e confiabilidade foram os
responsáveis pela consolidação do c-Si no mercado fotovoltaico. O custo de produção destes
módulos solares é, no entanto, bastante elevado e as possibilidades de reduzi-los já foram
praticamente esgotadas, razão pela qual esta tecnologia é desconsiderada por muitos analistas
como séria competidora com formas convencionais de geração de potência em larga escala
(RUTHER, 2004).
2.5.1.1 – Silício Monocristalino (m-Si)
Nos módulos fotovoltaicos, as células constituintes de silício monocristalino, a tecnologia
necessária para a sua fabricação é um processo muito complexo. A fabricação da célula de
silício começa com extração do cristal de dióxido de silício (CRESESB, 2006). Segundo
Ruther (2004), o monocristal é crescido a partir de um banho de silício fundido a alta pureza
(Si =99,99 a 99,9999%) em reatores sob atmosfera controlada e com velocidades de
crescimento do cristal extremamente lentas (da ordem de cm/hora). Após sofrer uma dopagem
do tipo P, é extraído do material fundido um cilindro com cerca de 10 cm de diâmetro de Si
monocristalino, que é cortado em fatias finas de cerca de 300 µm de espessura. Segundo
Carvalho e Jucá (2013), esse processo é o mais utilizado para chegar a especificações
desejadas, chamado de “processo Czochralski”. As fatias sofrem um acabamento e, em
seguida, são dopados por uma impureza do tipo N via difusão controlada. Estando a junção P-
19
N já formada, são colocados os contatos de metal nos lados P e N. O último passo constitui a
aplicação de uma camada de material antirrefletivo na parte frontal da célula solar. A figura
3.3.2 apresenta a estrutura básica de uma célula de silício monocristalino.
As vantagens dessa tecnologia são: eficiência (apresentam maior eficiência entre as
tecnologias chegando a 15 % comerciais e 18% em células testadas no laboratório
(CRESESB, 2006)), vida útil em torno de 20 anos e o desenvolvimento de células em estágio
avançado. Porém, tem algumas desvantagens como: alto custo e consumo elevado de energia
na sua fabricação (CEPEL-CRESESB, 2004). A figura 2.5.1, mostra uma célula m-Si.
Figura 2.5.1 – Estrutura básica de uma célula fotovoltaica de silício monocristalino.
Fonte: Pinho e Galdino (2014).
Figura 2.5.2 – Célula de silício monocristalino.
Fonte: CRESESB (2006).
20
2.5.1.2 – Silício Policristalino (p-Si)
As células de silício policristalino são mais baratas que as células monocristalino por exigirem
um processo de preparação das células menos rigoroso (CARVALHO e JUCÀ, 2013). Estas
células são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de fragmentos de silício
puro em moldes especiais. Uma vez em forma de moldes, o Si arrefece e solidifica-se, o que
resulta em um bloco com grande quantidade de grãos ou cristais, no contorno dos quais se
concentram os defeitos que tornam este material menos eficiente do que o m-Si em termos de
conversão fotovoltaica (RUTHER, 2004). Na etapa final, os blocos formados são cortados em
finas fatias.
A eficiência cai um pouco em relação ao silício monocristalino (CRESESB, 2006), cerca de
13 %, mas apresenta vantagem de ter menor custo de produção. De acordo com Leite (2012),
as células policristalino tem como desvantagem a perda elevada de eficiência quando exposta
a radiação difusa e temperaturas elevadas.
Figura 2.5.3 – Célula de silício policristalino.
Fonte: CRESESB (2006).
2.5.2 – Células de Filmes Finos
Filmes finos para aplicações fotovoltaicas, estão sendo desenvolvidos para a geração de
potência elétrica por apresentarem baixos custos de produção decorrentes das quantidades
diminutas de material envolvido, das pequenas quantidades de energia envolvidas em sua
21
produção, do elevado grau de automação dos processos de produção (grande capacidade de
produção) e seu baixo custo de capital (RUTHER, 2004).
As tecnologias dos filmes finos (e em particular baseados em Cádmio ou Índio) têm porém
outros problemas como baixo rendimento, degradação do rendimento ao longo do tempo,
toxicidade (Cádmio) e difícil acesso à matéria prima (Indio) que dificultam a sua aceitação no
mercado em larga escala (PINHO e GALDINO, 2014).
2.5.2.1 – Silício Amorfo (a-Si)
Os processos de produção de a-Si ocorrem a temperaturas relativamente baixas (< 300ºC), em
processos a plasma, o que possibilita que estes filmes finos sejam depositados sobre
substratos de baixo custo, como vidro, aço inox e alguns plásticos (RUTHER, 2004). Desta
forma, foram desenvolvidos módulos solares hoje disponíveis no mercado que são flexíveis,
mais resistentes mecanicamente, leves, semitransparentes, com superfícies curvas, que estão
ampliando o mercado fotovoltaico por sua maior versatilidade.
Tendo em vista a tendência de redução de custos, constitui atualmente o material mais
estudado para a produção de células fotovoltaicas. As principais vantagens são a quantidade
menor de silício por unidade de potência comparado com as células cristalinas, um período de
retorno energético menor, uma produção em larga escala e automatizada, pode ser depositado
em qualquer substrato e a possibilidade de fabricação de células de grande área. As maiores
desvantagens são: a degradação da eficiência das células quando expostas à luz e baixa
eficiência (cerca de 5 a 7%) de conversão comparada as tecnologias de silício cristalino
(LEITE, 2012).
2.5.3 – Outras Tecnologias
Outros materiais utilizados na fabricação de células solares:
Arseneto de gálio (GaAs);
Disseleneto de cobre-índio (CIS);
Telureto de cádmio (CdTe);
Células de Elevada Performance – Very high Performance Cells;
Células Hibridas (HCI);
22
Células Sensibilizadas por Corantes (DSSC – Dye-Sensitized Solar Cell);
Células orgânicas ou poliméricas (OPV – organic Photovoltaics);
A tabela 2.6.1, apresenta um resumo das tecnologias de fabricação de células fotovoltaicas,
com seu valor de máxima eficiência.
Tabela 2.6.1 – Máxima eficiência Fotovoltaica.
Fonte: ALTENER (2004).
23
CAPITULO 3
OS PRINCIPAIS TIPOS DE DEGRADAÇÃO DOS MÓDULOS
FOTOVOLTAICOS DE SILICIO CRISTALINO
3.1 – Introdução
Degradação, conceitualmente é uma deterioração gradual das características dos componentes
dos módulos que afetam a capacidade de operação dentro dos limites aceitáveis, causado
pelas condições de operação em que o módulo se encontra.
O desempenho de um sistema fotovoltaico está diretamente ligado às condições ambientais e
climáticas como irradiância solar, temperatura, umidade, penetração da água e intensidade de
ultravioleta (UV), enquanto fatores como progressivas falhas no mecanismo e degradação
afetam o desempenho a longo prazo (MAKRIDES et al, 2012). O módulo é o mais importante
e caro componente de qualquer sistema fotovoltaico; confiabilidade e vida útil dos módulos
depende principalmente do desempenho da potência de saída e dos seus diferentes tipos de
degradação que o afeta, como mostra a figura 3.1.1 para módulos monocristalino (m-Si) e
policristalino (p-Si). Em geral a degradação ocorre devido a reações químicas e mecanismos
físicos que causam lesão às células, o módulo ou a instalação com um todo.
Figura 3.1.1 – Perda de desempenho para módulos de silício cristalino depois de 4 anos de
instalação.
24
Fonte: Adaptado de NDIAYE (2014)
A degradação que conduz à falha nos módulos fotovoltaicos segue uma progressão que
depende de múltiplos fatores. Fatores como a degradação de materiais de laminação, perda de
adesão, degradação de interconexão entre células, degradação causada pela umidade e a
degradação da célula solar são os fatores mais preocupantes.
Tal como ilustrado na Figura 3.1.2, a degradação pode ocorrer por intempéries, impurezas,
acúmulo de sujeira e detritos no vidro, degradação fototérmica, oxidação e degradação do
encapsulante, Inter difusão dos íons e reações na interface polimérica que causam reações de
delaminação. Muitos desses problemas ocorrem em decorrência de elevadas concentrações
iônicas provindas do aprisionamento de vapores e gases bem como a utilização inadequada de
produtos durante o processo de fabricação do módulo fotovoltaico.
25
Figura 3.1.2 – Principais fatores responsáveis por degradações em módulos fotovoltaicos.
Fonte: SANTOS JUNIOR (2008).
O acompanhamento da evolução do potencial de risco da degradação nos módulos é
importante para os proprietários de parques fotovoltaicos, para que os módulos operam em
condições garantidas pelos fabricantes, portanto, evitando custos de futuras trocas ou
manutenção.
3.2 – Garantias dos fabricantes de módulos fotovoltaicos de c - Si.
Os módulos fotovoltaicos de silício cristalino têm geralmente uma garantia de defeitos de
fabricação de 3 a 5 anos, garantia de rendimento mínimo de 25 anos (PINHO e GALDINO,
2014). Assim, em caso de defeitos ou desempenho insuficiente, cobertos pelo termo da
garantia, os módulos fotovoltaicos devem ser substituídos pelo fabricante.
A qualidade de um módulo também é assegurada pelo período de validade da garantia. As
garantias dos fabricantes são normalmente válidas por períodos entre 10 a 25 anos. Contudo,
deve-se verificar a que potência se refere a garantia: se à potência mínima ou se à potência
nominal. A garantia de 90 % da potência mínima com uma tolerância de desempenho de 10
%, é equivalente a uma garantia de 80 % da potência nominal. A degradação da potência de
26
módulos PV de c-Si instalados em campo é entre 0,5 % e 1,0 % ao ano (PINHO e GALDINO,
2014).
Segundo Pinho e Galdino (2014), Tipicamente é garantida uma potência de pico (Wp) mínima
de 90 % de potência nominal dos 10 a 12 primeiros anos de operação e de 80 % por um
período de 20 a 25 anos (G1 da figura 3.2.1). Mas existem outras formas, como fabricantes
que garantem por 5 anos pelo menos 95 % da potência nominal, durante 12 anos pelo menos
90 % durante 18 anos pelo menos 85 % e durante 25 anos pelo menos 80 (G2 da figura 3.2.1).
Em mais uma forma de garantia, existem fabricantes que garantem uma degradação de
rendimento anual linear de 0,7 – 0,8 %/ano durante 25 anos (G3 da figura 3.2.1).
Estas diferentes formas de garantias são praticadas no exterior, não necessariamente no Brasil,
e seus resultados, em termos de produção de energia, podem ser diferentes, conforme mostra a
figura 3.2.1.
Figura 3.2.1 – Degradação máxima de módulos, de acordo com 3 diferentes formas de
garantia.
Fonte: adaptado de Pinho e Galdino (2014).
G1: 90 % - 12 anos e 80 % 25 anos; G2: 95 % - 5 anos, 90 % -12 anos, 85 % - 18 anos e 80 %
25 anos; G3: 3 % no primeiro ano e 0,7 por ano até 25 anos. A área sob as curvas é
proporcional à geração de energia e, por inspeção, observa-se que a área sob G3 é maior do
que as demais.
27
3.3– Definição de principais degradações dos módulos PV
De acordo com a literatura, entre os vários tipos de degradação, a corrosão, delaminação,
descoloração e quebra/rachaduras, são os tipos de degradação predominante nos módulos
fotovoltaicos (figura 3.3.1). A tabela 3.1 apresenta os tipos de degradação frequentemente
encontrados em módulos fotovoltaicos de silício cristalino. Apesar de serem identificados os
tipos de degradação nos módulos, ainda os estudos dos mesmos são de grande dificuldade e
complexidade em condições reais de operação devido ao fato da degradação ser um fator
observado a longo prazo. Segundo Osterwald et al. (2002), a perda de desempenho dos
módulos fotovoltaicos mono e policristalino é aproximadamente 0,7%/ano, mas valor pode
variar dependendo das condições ambientais em que o módulo se encontra.
Figura 3.3.1 – Principais tipos de degradação nos módulos fotovoltaicos.
Fonte: Adaptado de Changwoon et al. (2012).
Tabela 3.1 – Principais tipos de degradação nos módulos de silício cristalino
Componente Degradações
Módulos de silício Cristalino
Interconexões quebrados
Células quebradas
Corrosão
Delaminação
Descoloração
Vidro quebrado
Fonte: adaptado de Ndiaye et al (2013)
28
3.3.1 – Fatores de degradação dos módulos fotovoltaicos
São vários os fatores que influenciam no desgaste de módulos fotovoltaicos devido a
condições ambientais e climáticas em que os módulos estão submetidos. O desempenho dos
módulos depende de:
Temperatura
Irradiação Solar
Umidade
Fator mecânicos (Falhas mecânicas)
Intensidade dos raios UV.
Tensão de Operação
Penetração da água
A temperatura exerce uma significante influência em degradações como pontos quentes,
degradação do encapsulante (descoloração), delaminação, falha nas interconexões, etc. A
temperatura é responsável pela maioria das reações químicas que envolve a degradação dos
módulos. A umidade promove a corrosão, delaminação e a descoloração.
A exposição a intensidade dos raios UV, pode conduzir a mudança da cor do encapsulante
para a cor amarronzado, dependendo do tipo de material encapsulante utilizado. A tensão de
operação pode requerer o aterramento (evitando o PID) e pode causar corrosões.
Esses fatores descritos acima, ao longo do tempo levam a um ou mais tipos de degradação que
são descritos a seguir.
3.3.2 – Corrosão de módulos fotovoltaicos
A umidade que entra na borda do material laminado dos módulos é o principal motivo
causador da corrosão, além de aumentar a condutividade elétrica do material e aparecimento
de correntes de fuga. A corrosão causa degradação entre a célula e a armação metálica dos
módulos fotovoltaicos. A figura 3.3.2, apresenta a corrosão que afeta a borda e as células do
modulo.
29
Figura 3.3.2 – Corrosão afetando as bordas e as células do módulo FV.
Fonte: SARTRY et al. (2010).
O afastamento da estrutura metálica e o resto do módulo, faz com que umidade e água entre
no modulo e causando problemas como risco elétrico e a corrosão. A penetração da umidade e
a água no modulo FV causa degradações químicas e físicas, que podem acelerar o processo de
corrosão. O elemento químico Sódio, que existe na composição do vidro é reativo com a
umidade, sendo essa reação o fator responsável pela corrosão nas bordas dos módulos
(NDIAYE et al., 2013).
De 1994 a 2002, a BP Solar coletou dados de dois milhões de módulos, observou-se que 45,3
% desses módulos encontraram-se degradado pela corrosão como ilustra a tabela 3.2,
indicando uma degradação de 0,7%/ano no desempenho.
Tabela 3.2 – Corrosão como a principal degradação observada pela BP Solar.
Tipo de Degradação % Causas Testes
Corrosão 45,3 Penetração da
umidade
85ºC – 85% RH com UV por
mais de 1000 h
Quebras e Fissuras 40,7 Expansão e contração
Térmica
-40ºC a 85 ºC
Ciclo térmico (na potência de pico)
Delaminação 3,7 Penetração da
umidade Umidade a baixa temperatura
Fonte: adaptado de KURTZ (2010).
30
Algumas soluções podem ser aplicadas, evitando e atrasando o efeito da corrosão nos
módulos:
Utilizar material encapsulante que não aumente a condutividade com a penetração da
umidade e agua.
Incorporar barreiras mais eficientes contra a umidade.
3.3.3 – Delaminação de módulos fotovoltaicos
Delaminação consiste na perda de aderência ou separação entre as diferentes camadas do
módulo fotovoltaico. Normalmente acontece entre o polímero encapsulante e a célula ou entre
a célula e o vidro frontal. A delaminação é o mais comum dos tipos de degradação quando
ocorre nas extremidades e cantos dos módulos, causando problemas como aumento da
reflexão, maior penetração de água, perda da potência de saída e riscos elétricos nos módulos
e na instalação como um todo. A figura 3.3.3, mostra um módulo fotovoltaico degradado pela
delaminação nas bordas.
Figura 3.3.3 – Delaminação afetando um modulo fotovoltaico.
Fonte: NDIAYE el al (2013).
A delaminação é mais comum em condições climáticas úmidas e quentes, causando
degradações químicas e físicas, tendo como principais fatores a umidade e a salinidade
(JANSEN E DELAHOY, 2003). A penetração da umidade no módulo e a delaminação
contribui para o aumento da resistência série e consequentemente a perda de potência de saída
(VAN DYK el al., 2005).
31
As delaminação de módulos fotovoltaicos podem ser detectadas pela inspeção visual, mas
testes de performance mais detalhados, podem dar melhor entendimento do problema e como
o mesmo afeta o desempenho do módulo.
3.3.4 – Descoloração de módulos fotovoltaicos
A descoloração de módulos fotovoltaicos ilustrado na figura 3.3.4, usualmente resulta da
degradação do material encapsulante, normalmente o EVA, situado entre o vidro e as células.
O fenômeno observado é a mudança de cor original do material. O efeito da descoloração
causa a perda da transmitância do material encapsulante (EVA), reduzindo a fotocorrente das
células do módulo, por conseguinte culminando na diminuição da absorção da luz solar pelas
células do módulo FV e a perda de potência, como observado nas figuras 3.3.5.
Figura 3.3.4 – Descoloração em módulos fotovoltaicos.
Fonte: SARTRY et al. (2010).
A degradação devido a descoloração pode ser vista na figura 3.3.5 em que, segundo Munoz et
al., 2011, a corrente de curto-circuito (Isc) é reduzido de 6 a 8% do valor nominal para
descoloração parcial e 10 a 13 % para a completa descoloração; A potência máxima é
degradado e consequentemente o fator de forma (FF) devido a descoloração do módulo FV.
32
As principais causas deste fenômeno, é a radiação UV e penetração da água no módulo
combinado com temperaturas acima de 50ºC, causando mudança química na estrutura do
polímero encapsulante (PARK et al.,2013).
Figura 3.3.5 – Redução da transmitância devido a descoloração.
Fonte: PARK et al (2013).
3.3.5 – Quebras e fissuras nos módulos fotovoltaicos
Para reduzir o custo na produção de módulos de silício cristalino, fabricantes tem optado por
reduzir a espessura e aumentado a área das células que compõem os módulos. A espessura
tem-se reduzido de 300 µm para menos de 200 µm e em alguns casos menor que 100 µm. A
área aumentou para 210 mm x 210 mm (NDIAYE et al., 2013). Contudo com redução da
espessura e ampliação da área, as células se tornaram mais frágeis e susceptíveis a quebra e
aparecimento de fissuras, assim possibilitando risco de choque elétrico e infiltração de
umidade.
Quebra do vidro do modulo ocorre na maioria dos casos durante a instalação, manutenção, e
principalmente durante o transporte dos módulos para o local de instalação. Fissuras nas
células são quase imperceptíveis a olho nu, sendo detectados por métodos (IOPSCIENCE,
acessado em 24/05/2014) como:
Ótico
Ultrassônico
Imagem Fotoluminescência e Eletroluminescência
Termografia ultrassônico usando raios infravermelho
Exploração da microscopia acústica.
33
Figura 3.3.6 – Fissuras em células detectadas através do método da Eletroluminescência (EL).
Fonte: MUNOZ et al.,2011.
Quebra e fissuras são frequentemente acompanhados de outros tipos de degradação como
corrosão, descoloração e delaminação (NDIAYE et al.,2013).
3.3.6 – Degradação do potencial induzido (PID)
Degradação do potencial induzido é um fenômeno proveniente de altas tensões aliadas à
escolha da polaridade do potencial, alta umidade e altas temperaturas, causando perda na
potência. Devido ao aumento de importância da energia solar a nível mundial, tem-se
verificado uma contínua aposta em parques cada vez maiores, havendo um desejo de
aumentar cada vez mais as tensões usadas de modo a reduzir as perdas e aumentar a potência.
Para isso usam um maior número de módulos interligados em série. Como consequência os
módulos estão sujeitos a maiores potenciais relativamente à terra, causando também desgaste
dos mesmos Em alguns casos de modo a evitar carga elétrica potencialmente perigosa para
humanos, as estruturas metálicas dos módulos são ligadas à terra. Como o isolamento da
estrutura metálica e das camadas ativas não é perfeito, essa diferença de potencial resulta em
correntes de fuga que afetam a eficiência do módulo.
No entanto todos os efeitos de PID têm uma característica comum, a degradação está
fortemente dependente da polaridade do potencial aplicado no módulo em relação à terra, que
é determinado pela configuração do sistema fotovoltaico.
34
É também verificada a redução da resistência paralela e um aumento da resistência série,
causando perdas de potência. Ao nível da célula o PID provoca a redução da resistência
paralela da célula, afetando depois o Fator de Forma, acabando por perder tensão devido à
incapacidade da junção de operar corretamente e como consequência a perda de potência
depois de horas de exposição ás condições climáticas, como ilustra a figura 3.3.7.
Figura 3.3.7 – Efeito da PID na curva característica I x V dos módulos fotovoltaicos depois de
horas de exposição ás condições climáticas.
Fonte: SMA (acessado em 20/05/2014).
Não existe, a nível global, nem consenso nem um teste standard para a medição do PID dado
ser um fenómeno muito recente. Nesse sentido o Fraunhofer Institute for Solar Energy
Systems (ISE), o Photovoltaik-Institut Berlin (PI-Berlin), a TUV Rheinland e o VDE Testing
and Certification Institute uniram esforços para criar condições para testar os módulos
cristalinos. Foram testados inúmeros produtos no sentido de avaliar a susceptibilidade ao PID.
Esses testes foram feitos numa câmara climatizada a 25ºC e foram aplicados 1000 V (mil
volts) negativos às células dos módulos durante 7 dias, através da caixa de junção. Mas a
literatura mostra que testes mais eficientes para observar o PID nas seguintes condições: -
1000 V, 85ºC – 85 RH.
3.3.7 – Aparecimento de Bolhas nos módulos
Degradação similar a delaminação, mas neste caso a falta da aderência do polímero
encapsulante (EVA) afeta pequenas áreas (Munoz et al., 2011). O aparecimento das bolhas
35
geralmente é devido a reações químicas que emitem gases, normalmente aparecem na parte
posterior do módulo, acumulados no polímero encapsulante (EVA), mas raramente pode
aparecer na parte frontal entre o vidro e a célula. A figura 3.3.8 ilustra alto número de bolhas
na parte posterior e frontal de em um modulo.
Figura 3.3.8 –Bolhas em um módulo e obtenção de bolhas através da técnica da imagem
infravermelho.
Fonte: MUNOZ el al (2011).
Frequentemente aparecem no centro das células, causado pela diferença de aderência devido a
altas temperaturas nas células. As bolhas dificultam a dissipação de calor das células,
aumentam o superaquecimento, reduz a vida útil do módulo, redução da absorção e aumento
da reflexão da luz solar no módulo FV.
3.3.8 – Pontos quentes
Pontos quentes num modulo fotovoltaico com elevada temperatura pode causar danos nas
células ou em outros elementos dos módulos (Ndiaye et al., 2013). Segundo Molenbroek et
al. (1991), pontos quentes nos módulos fotovoltaicos ocorrem devido a combinações como
falha nas células, falha nas interconexões, sombreamento parcial das células e variação da
fotocorrente de célula para célula. O sombreamento pode causar pontos quentes se não tiver
uma proteção adequada. Para proteger as células de superaquecimento ou pontos quentes, um
diodo by pass (1 diodo by pass para cada 20 células) pode ser colocado na caixa de conexão,
limitando a tensão reversa provocado pelas células sombreadas e consequentemente limitando
a temperatura.
36
CAPITULO 4
ANÁLISE BASEADA NA INSPEÇÃO VISUAL DE DEGRADAÇÕES DE MÓDULOS
FOTOVOLTAICOS INSTALADOS NO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
ELÉTRICA NO CAMPUS DO PICI – UFC.
4.1 – Introdução
Na presente pesquisa foi realizada um levantamento estatístico e fotográfico em módulos
fotovoltaicos instalados no departamento de engenharia elétrica (DEE) da Universidade
Federal do Ceará. A análise estatística foi realizada através da inspeção visual detalhada dos
módulos fotovoltaicos, para detectar falhas e degradações nos módulos instalados no local.
Para fim de apresentação desses tipos de degradação encontradas, foram fotografados os tipos
de degradação encontrados nos módulos do presente estudo.
Cada módulo foi inspecionado para detectar degradações ou falhas como descoloração,
delaminação, quebras/fissuras e corrosão.
4.2 – Características do Módulos instalados no Departamento de Engenharia Elétrica
4.2.1 – Identificação dos módulos
Fabricante: Siemens
Tipo ou número do modelo: SM55
Garantia de operação do Fabricantes: 25 anos
Local de Fabricação: Alemanha
Tecnologia de Fabricação: Silício Monocristalino (m - Si)
4.2.2 – Características Elétricas e Técnicas dos módulos
O número de módulos utilizados para formação do gerador fotovoltaico depende da potência
final que se quer obter e do tipo de associação existente entre os módulos: série, paralela ou
mista. Para o estudo, a tabela 4.1 apresenta as características nominais do módulo fotovoltaico
estudado segundo o fabricante, sendo o módulo com 36 células constituintes e conforme a
37
figura 4.2.1, um módulo fotovoltaico do modelo a ser estudado e a sua curva caracteristica
tensão x corrente. Os módulos se encontram distribuídos em 3 painéis, sendo que 2 painéis
constituídos de 10 módulos e um painel com apenas 7 módulos instalados no departamento de
Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Ceará, no campus do pici desde de 1994,
onde foram utilizados para vários estudos e pesquisas na área de geração fotovoltaica. A
figura 4.2.2 ilustra a localização e arranjo dos módulos instalados no campus do pici.
Tabela 4.1 - Características nominais do módulo estudado segundo o fabricante.
Fabricante SIEMENS
Modelo SM55
Potência 55 Wp
Tensão (VMPP) 17,4V
Corrente (IMPP) 3,15A
Tensão (VOC) 21,7
Corrente (ISC) 3,45
Comprimento 1239 mm
Largura 329 mm
Espessura 34 mm
Peso 5,5 kg
Material Silício Monocristalino
Fonte: adaptado da Siemens (1997)
38
Figura 4.2.1 – Ilustração de um módulo do modelo SM55 e sua curva I x V característica.
Fonte: Siemens (1997)
Figura 4.2.2 – Painéis instalados no Departamento de Engenharia Elétrica na Universidade
Federal do Ceará.
Fonte: Autor.
39
4.3 – Levantamento baseado na inspeção visual de degradação encontrados nos módulos
estudados.
De acordo com a inspeção visual produzida nesse estudo, os principais tipos de degradação/
falhas observadas estão descritas na tabela 4.2.
Tabela 4.2 - Degradações observadas em módulos instalados no DEE.
Tipos de Degradação
Módulos
afetados % afetados
Descoloração 21 77,8
Delaminação 24 88,9
Quebra/ Fissuras 10 37
Corrosão 15 66,67 Fonte: Autor.
De acordo com a tabela 4.2, o levantamento confirma os estudos feitos e publicados em
literaturas e pesquisas. A delaminação é a degradação predominante, devido principalmente às
condições climáticas favoráveis como a umidade e altas temperaturas que afetam a região do
Ceará. Embora tenha sido observado de forma nítida apenas essas degradações, é possível que
tem outros tipos de degradações já descritas neste texto, mas que só podem ser observadas
com outros métodos mais complexos e detalhados. Durante esses vintes anos que os módulos
se encontram instalados, fatores como a salinidade e penetração de agua e umidade nos
módulos, contribuíram para a deterioração dos mesmos.
As fotos mostradas nas figuras a seguir apontam as degradações encontradas nos módulos em
estudo, demonstrando o quanto se encontra desgastados os módulos FV durante esses vinte
anos expostas a condições climáticas e ambientais do local em que se encontram instalados.
4.4.1 – Descoloração
Figura 4.4.1 – Módulos afetados pela descoloração.
40
Fonte: Autor.
4.4.2 – Delaminação
Figura 4.4.2 – Módulos afetados pela delaminação
Fonte: Autor.
41
4.4.3 – Quebras/ Fissuras
Figura 4.4.3 – Módulos afetados por quebras e fissuras no vidro, material encapsulante ou na
célula.
Fonte: Autor.
42
4.4.4 – Corrosão
Figura 4.4.4 – Módulos afetados pela Corrosão.
Fonte: Autor.
43
CONCLUSÃO
A presente pesquisa teve como objetivo o levantamento de degradações que afetam
vinte e sete módulos FV instalados no departamento de Engenharia Elétrica na Universidade
Federal do Ceará, deteriorando o desempenho e levando a perda de potência, através do
método de detecção de falhas/degradação denominado inspeção visual.
O levantamento demonstrou que a delaminação é a degradação predominante nos
módulos estudados com um percentual de 88,9 %, muito devido a condições climáticas e
ambientais favoráveis como a humidade e altas temperaturas que afetam o Ceará. A
descoloração também apresentou um percentual de 77,8 %, com um total de vinte e quatro
dos módulos em situação degradante. A corrosão que muito vezes é uma degradação derivado
de delaminação e descoloração, mostrou um índice percentual de 66,67 %, embora muitos
desses módulos fotovoltaicos apresentem princípios ou pequenos indícios de corrosão. As
degradações como quebra e fissuras no vidro, material encapsulante e nas células tem um
percentual de 37 %, muito devido à localização dos módulos, em que tem pouco acesso a elas
por pessoas ou animais.
Possíveis soluções para amenizar a situação de degradação em que se encontra os
módulos FV instalados no Departamento de Engenharia Elétrica - UFC, seria manutenção
mais frequentes vistos que os módulos se encontram expostas a intempéries, impurezas e
acumulação de sujeiras, demonstrando baixa manutenção, além de incorporar barreiras e
isolamento mais eficientes contra condições climáticas e ambientais do local, como a
salinidade e penetração de umidade e água, visto que essas são os mais comuns fatores que
culminam na corrosão, delaminação e descoloração de módulos FV.
Como sugestão de futuros trabalhos, qualifica-se dois temas, comparação da curva
característica do módulo degradado com o módulo com suas características elétricas nominais
(dados do fabricante) através de ensaios elétricos e a realização de um estudo da influência da
degradação dos módulos fotovoltaicos no retorno do investimento (Pay-back) ao longo do
tempo.
44
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