Modelagem, simulação e análise de desempenho de uma planta solar com módulos mono e bifaciais em distintos tipos de solo

Resumo

O desenvolvimento sustentável é um dos desafios da sociedade contemporânea. Nesse contexto, a inserção de energias renováveis é uma importante estratégia para a transição energética. A energia solar fotovoltaica é uma tecnologia madura, confiável, economicamente competitiva e sustentável. Os módulos fotovoltaicos convertem energia solar em energia elétrica. Ao longo dos anos, o desenvolvimento tecnológico tem sido fundamental para aumentar a eficiência e o desempenho desses módulos. Em particular, os módulos fotovoltaicos bifaciais estão em destaque por serem capazes de aproveitar melhor a radiação solar. Eles aproveitam o albedo do solo, podendo captar energia tanto na parte frontal quanto na parte traseira dos módulos, ao contrário dos módulos monofaciais comumente encontrados no mercado, que aproveitam apenas a energia solar na face frontal. No Centro de Ciências, Tecnologias e Saúde (CTS) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), foi instalada uma planta solar composta por dois sistemas fotovoltaicos. Um sistema utiliza módulos monofaciais e apresenta potência nominal de 5,52 kWp, enquanto o outro sistema utiliza módulos bifaciais e apresenta potência nominal de 6,36 kWp. Esses sistemas estão instalados em diferentes tipos de solo: areia clara, brita escura e brita branca, cujos albedos são, respectivamente, 0,4, 0,1 e 0,45. O objetivo do estudo é modelar, simular e analisar o desempenho da planta solar com módulos monofaciais e bifaciais nos diferentes tipos de solo. Os resultados foram comparados com base na irradiação solar global do plano inclinado, na produtividade do sistema, na produtividade do arranjo fotovoltaico e na produtividade de referência. Além disso, foram analisados a razão de desempenho do sistema, o desvio padrão e o ganho bifacial. Os dados utilizados foram provenientes de simulações e obtidos por meio da modelagem no software System Advisor Model (SAM), desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL). Os resultados mostraram que a irradiação solar global do plano inclinado foi maior para os módulos bifaciais, devido à captação da radiação frontal e traseira. Em relação à produtividade, foram observados ganhos bifaciais, em média mensal anual, de 10,7% para o solo de brita branca, de 9,6% para o solo de areia clara e 2,7% para o solo de brita escura. A razão de desempenho dos dois sistemas da planta solar variou entre 87% e 91%, valores considerados aceitáveis para módulos fotovoltaicos atuais.