Características dos módulos fotovoltaicos

Os fabricantes de módulos fotovoltaicos disponibilizam em seus datasheets informações a respeito dos módulos como as características elétricas, mecânicas e de temperatura. Como exemplo, a Figura 24 mostra a folha de dados da família de módulos CS6P da fabricante Canadian Solar.

Figura 24 – Datasheet módulos CS6P Canadian Solar.

Fonte: Canadian Solar (2016).

A escolha de um módulo geralmente é feita pela sua potência máxima ou de pico (𝑃𝑚𝑎𝑥), expressa em Wp (Watt-pico), no entanto deve-se considerar ainda uma série de características relevantes em projetos de sistemas fotovoltaicos. As características principais são verificadas em seu datasheet na tabela relativa aos dados elétricos em STC. A sigla STC (Standard Test Conditions) refere-se à condição padrão utilizada nos testes de módulos. A condição padrão de teste (STC) é definida como sendo uma irradiância de 1000W/m², massa de ar AM 1,5 e temperatura da célula em 25ºC (VIANA, 2010).

A partir destes testes em STC, obtém-se os principais parâmetros de um módulo fotovoltaico que são (COOPER, 2013; DI SOUZA, 2016):

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a) Tensão de circuito aberto (𝑽_𝑶𝑪): é a tensão máxima que o módulo fornece na

condição padrão de teste, quando não há carga conectada em seus terminais. Segundo Villalva (2012), este é um parâmetro importante para se dimensionar um sistema fotovoltaico tendo em vista que o sistema deve respeitar as tensões máximas de inversores e demais componentes que serão conectados;

b) Corrente de curto-circuito (𝑰_𝑺𝑪): é a corrente máxima que o módulo fornece

quando seus terminais estão em curto-circuito na condição padrão de teste. É normalmente 5% acima da corrente de máxima potência;

c) Tensão de máxima potência (𝑽𝑴𝑷): é a tensão que o módulo fornece quando

opera no seu ponto de máxima potência na condição padrão de teste;

d) Corrente de máxima potência (𝑰𝑴𝑷): é a corrente nos terminais do módulo quando este opera no ponto de máxima potência na condição padrão de teste.

e) Potência de pico ou máxima potência (𝑷_𝑴𝑷): é a potência máxima que o

módulo pode fornecer na condição padrão de teste resultando da multiplicação entre (𝑉𝑀𝑃) e (𝐼𝑀𝑃);

f) Eficiência de conversão do módulo (𝜼): é a relação entre a potência de pico do

módulo e a irradiância incidente sobre a área do módulo na condição padrão de teste, como definido na equação 3.1 (VILLALVA, 2012):

𝜂_{𝑀Ó𝐷𝑈𝐿𝑂} = 𝑃𝑀𝑃

𝐴_𝑝× 1000 (3.1)

Onde:

 𝑃𝑀𝑃= potência de pico ou máxima potência em (W);  𝐴_𝑃 = área do módulo em (m²);

 1000 = Irradiância na STC em W/m².

O gráfico da Figura 25, mostra o comportamento elétrico do módulo, que decorre da relação entre a tensão e a corrente de saída, resultando ainda na curva potência versus tensão, na condição padrão de teste.

49 Figura 25 – Curvas características I-V e P-V de um

módulo fotovoltaico.

Fonte: Adaptado CRESESB (2014).

Observa-se pelo gráfico da Figura 25 que o módulo não se comporta como uma fonte elétrica convencional, pois não apresenta uma tensão constante de saída sendo dependente tanto desta quanto da corrente. O módulo só opera com valores de corrente e tensão pertencentes às curvas. Nota-se ainda que se uma carga demandar muita corrente, a tensão na saída do módulo tenderá a diminuir, no entanto se a carga demandar pouca corrente, a tensão de saída irá aumentar tendendo à tensão de circuito aberto (𝑉𝑂𝐶) (COOPER, 2013).

O ponto (𝑃_𝑀𝑃) corresponde ao ponto de operação ideal do módulo na qual o mesmo fornece sua potência máxima, por isso é chamado de ponto de máxima potência. Deve-se sempre buscar operar nesta condição pois somente nele a produção de energia é maximizada (VIANA, 2010; ZILLES, 2012).

O datasheet também fornece uma tabela com os principais parâmetros do módulo na condição de NOCT. A sigla NOCT (Normal Operation Cell Temperature) refere-se à temperatura normal de operação da célula.

Esta tabela fornece os valores de correntes, tensões e potências na condição real de operação dos módulos, a qual é adotada pelos fabricantes e órgãos internacionais de normatização e certificação como sendo: temperatura das células de 48,4ºC (temperatura média da célula quando a temperatura ambiente é de 20ºC); massa de ar AM1,5; e irradiância 800W/m² (VIANA, 2010; VILLALVA 2012).

Também de suma importância, principalmente para projetos de sistemas fotovoltaicos, tem-se os coeficientes de temperatura. A folha de dados dos módulos apresenta os coeficientes de temperatura de potência, tensão e corrente. Estes coeficientes indicam

50 respectivamente, a redução em porcentagem da potência, tensão e corrente por grau de aumento de temperatura e são expressos em (%/ºC) (porcentagem por grau Celsius).

Com base no que foi exposto anteriormente, nota-se que as características elétricas dos módulos sofrem influência tanto da temperatura quando da irradiância incidente sobre o mesmo, como será mostrado na seção seguinte.

3.1.2 Influência da irradiância e da temperatura nas curvas I-V e P-V

A Figura 26 mostra a influência da irradiância, sob temperatura constante de 25ºC, nas características elétricas do módulo MSX-77 da fabricante SOLAREX.

Figura 26 – Influência da irradiância na operação do módulo MSX-77: (a) curva I-V; (b) curva P-V.

51 Como a corrente gerada no processo de conversão fotovoltaica depende da quantidade de fótons presentes na radiação, observa-se no gráfico da Figura 26 que a corrente de curto-circuito tende a crescer a medida que a intensidade da irradiância aumenta e que a tensão de circuito aberto também sofre uma variação, mas de maneira menos significativa pois satura após um certo nível. Nos módulos, de maneira geral, a corrente (𝐼_𝑆𝐶) cresce em proporção direta com a irradiância enquanto a tensão (𝑉_𝑂𝐶) cresce logaritmicamente (ZILLES, 2012).

Já a Figura 27 mostra a influência da temperatura, sob irradiância constante de 1000 W/m², nas características elétricas do mesmo módulo.

Figura 27 – Influência da temperatura na operação do módulo MSX-77: (a) curva I-V; (b) curva P-V.

Fonte: Adaptado Zilles (2012) apud Catálogo Solarex.

Observa-se no gráfico da Figura 27 que o aumento da temperatura provoca uma diminuição da tensão de circuito aberto (𝑉𝑂𝐶) e um pequeno aumento na corrente de curto- circuito (𝐼_𝑆𝐶), que notadamente não é muito significativo. Como consequência, tem-se uma

52 diminuição do ponto de máxima potência e constata-se ainda uma evidente perda de potência (ZILLES, 2012).