Um m´odulo fotovoltaico consiste em c´elulas fotovoltaicas eletricamente conectadas entre si para produzir corrente e tens˜ao suficientes para a aplica¸c˜ao pr´atica de energia, promovendo tamb´em a prote¸c˜ao das c´elulas. O n´umero de c´elulas conectadas num m´odulo, depende da tens˜ao de utiliza¸c˜ao e da corrente el´etrica exigidas pela aplica¸c˜ao a que se destinam, bem como do seu arranjo que pode ser em s´erie e/ou em paralelo (Michaelides, 2012). Geralmente, um m´odulo ´e identificado pela sua potˆencia el´etrica de pico (Wp), sendo que para a definir s˜ao feitos ensaios nas condi¸c˜oes padr˜ao considerando o fluxo de radia¸c˜ao solar de 1 000 W/m2 e temperatura das c´elulas de 25 oC. Os m´odulos, normalmente, contˆem 60, 72 ou 96 c´elulas conectadas em s´erie com o objetivo de minimizar as perdas e aumentar a tens˜ao el´etrica (Galdino & Pinho, 2014).
3.2.1 Fatores que influenciam as caracter´ısticas el´etricas dos m´odulos
Os m´odulos fotovoltaicos s˜ao tipicamente classificados utilizando um ´unico ponto de ope- ra¸c˜ao `as condi¸c˜oes STC (Standard Test Conditions). Contudo, a eficiˆencia dos m´odulos e, portanto, do sistema fotovoltaico, vai depender das temperaturas de opera¸c˜ao dos m´odu- los, da velocidade do vento, entre outros fatores (Mcvoy et al., 2012). Assim a eficiˆencia efetiva ser´a diferente da eficiˆencia ideal nas condi¸c˜oes de teste. Seguidamente enumeram-se alguns fatores que influenciam as caracter´ısticas el´etricas dos m´odulos.
3.2. M´odulos fotovoltaicos
• Efeito da radia¸c˜ao solar
Com o aumento da radia¸c˜ao solar representada na figura 3.5 pela letra G, a corrente el´etrica gerada pelo m´odulo aumenta linearmente e a tens˜ao de circuito aberto aumenta de forma logar´ıtmica (Galdino & Pinho, 2014). Pode-se tamb´em concluir que, como a corrente e a tens˜ao aumentam, a potˆencia el´etrica gerada pelo m´odulo fotovoltaico tamb´em ser´a maior.
Figura 3.5: Efeito causado pela radia¸c˜ao solar (Galdino & Pinho, 2014).
• Efeito da temperatura das c´elulas
O desempenho de um m´odulo fotovoltaico ´e altamente afetado pela temperatura opera- tiva das c´elulas, que o constituem que depende de v´arios fatores tais como a temperatura ambiente, a radia¸c˜ao e a velocidade do vento. A temperatura de opera¸c˜ao de um m´odulo fotovoltaico ´e determinada por um balan¸co de energia onde a energia solar que ´e absorvida, ´e convertida parcialmente em energia el´etrica e parcialmente em energia t´ermica, que deve ser dissipada por uma combina¸c˜ao de mecanismos de transferˆencia de calor.
A figura 3.6 deixa evidente que h´a um decr´escimo de tens˜ao importante com o aumento da temperatura da c´elula. A corrente sofre uma eleva¸c˜ao muito pequena que n˜ao compensa a perda de potˆencia causada pela diminui¸c˜ao de tens˜ao. Tal facto faz com que, geralmente, as centrais fotovoltaicas possuam um rendimento de convers˜ao energ´etica mais elevado nos meses de inverno, ao contr´ario de outras tecnologias de aproveitamento solar, tais como os coletores solares t´ermicos (Sen, 2008). O aumento da temperatura ambiente ou da radia¸c˜ao incidente produz um aumento da temperatura do m´odulo e, consequentemente, tende a reduzir a sua eficiˆencia (Mcvoy et al., 2012).
Para representar o efeito da temperatura nas caracter´ısticas dos m´odulos, os fabricantes fornecem coeficientes de temperatura relativamente `a intensidade de corrente e `a tens˜ao el´etrica, sendo estes fun¸c˜ao da tecnologia da c´elula j´a que os m´odulos de sil´ıcio amorfo, apesar de tamb´em sofrerem redu¸c˜ao de desempenho, apresentam uma menor influˆencia da temperatura na potˆencia debitada (Galdino & Pinho, 2014).
Figura 3.6: Efeito causado pela temperatura das c´elulas (Galdino & Pinho, 2014).
• Temperatura nominal de opera¸c˜ao
As condi¸c˜oes padr˜ao dos ensaios STC n˜ao representam, na grande maioria das aplica¸c˜oes, as condi¸c˜oes operacionais reais. Define-se por isso uma temperatura nominal de opera¸c˜ao das c´elulas nos m´odulos, na qual as caracter´ısticas el´etricas podem-se aproximar mais das caracter´ısticas efetivas verificadas. Cada m´odulo tem uma temperatura nominal para as suas c´elulas que ´e obtida quando o m´odulo ´e exposto a circuito aberto com uma radia¸c˜ao de 800 W/m2 com a temperatura ambiente de 20 oC com uma velocidade do vento de 1 m/s. Esta temperatura ´e muitas vezes designada por NOCT (Nominal Operating Cell Temperature), estando intimamente ligada `as propriedades t´ermicas e ´oticas dos materiais empregues na constru¸c˜ao do m´odulo. Quanto menor o valor de NOCT melhor ser´a o desempenho do m´odulo uma vez que ter´a menos perdas relacionadas com a temperatura.
3.2.2 Tipologias de sistemas fotovoltaicos
Os sistemas fotovoltaicos constitu´ıdos por m´odulos fotovoltaicos podem ser divididos em trˆes categorias principais: sistemas conectados `a rede (on-grid ), sistemas isolados da rede (off-grid ) ou sistemas h´ıbridos (Galdino & Pinho, 2014).
Os sistemas conectados `a rede s˜ao projetados para operarem conectados com a rede el´etrica nacional. Um dos componentes deste tipo de sistemas ´e o inversor que converte a potˆencia em CC produzida pelos m´odulos em CA com caracter´ısticas de tens˜ao e potˆencia exigidas pela rede (Galdino & Pinho, 2014). Uma interface bi-direcional entre a rede de distribui¸c˜ao de eletricidade e o sistema fotovoltaico ´e realizada para permitir que a central possa alimentar as pr´oprias cargas ou fornecer eletricidade `a rede quando a energia gerada ´e maior que o consumo el´etrico. Durante a noite ou em per´ıodos em que a energia gerada ´e menor do que as necessidades energ´eticas ´e importada da rede el´etrica (Olindo et al., 2014). Com vista a reduzir a energia requerida `a rede do consumo residencial, os sistemas fotovoltaicos integrados nos edif´ıcios tˆem tido um crescente desenvolvimento nos ´ultimos anos, sendo que s˜ao dispens´aveis novos espa¸cos para a sua instala¸c˜ao j´a que os m´odulos fazem parte da pr´opria constru¸c˜ao arquitet´onica, reduzindo as perdas de transmiss˜ao e distribui¸c˜ao da energia gerada (Galdino & Pinho, 2014).