Como funcionam os painéis solares

Um painel solar transforma luz em eletricidade. Essa frase esconde o que importa a quem inspeciona uma central: a conversão ocorre dentro de um semicondutor e apenas onde a luz chega a uma célula que funciona.

A luz solar chega sob a forma de fotões. Quando uma célula de silício absorve um fotão, este pode libertar um eletrão. A célula é construída com uma camada positiva e outra negativa, pelo que as cargas libertadas têm para onde ir: os eletrões acumulam-se num dos lados, o desequilíbrio transforma-se em tensão e, assim que o circuito é fechado, circula corrente. Este é o efeito fotovoltaico.

Desta descrição resultam duas consequências. Primeiro, a produção depende da quantidade de luz que chega à célula: o sombreamento, a sujidade e a neve reduzem-na diretamente. Segundo, a produção depende de a célula continuar a ser um semicondutor funcional: uma célula fissurada, uma interligação partida ou uma substring em bypass alteram o que o módulo consegue fornecer, mesmo com sol pleno.

Vale a pena manter os níveis bem distintos, porque uma constatação da inspeção tem de ser localizada no nível certo.

• Célula. A menor unidade de conversão. Um módulo contém muitas, ligadas em série.
• Módulo (painel). Células encapsuladas atrás de vidro, com moldura e caixa de junção. Uma disposição comum é de seis células por dez, mas a organização varia consoante o fabricante e não faz parte da definição.
• Fileira (string). Módulos ligados em série. Como estão em série, o elo mais fraco de uma fileira limita a corrente dessa fileira.
• Gerador fotovoltaico. O conjunto completo das fileiras ligadas aos inversores da central.

Esta ligação em série explica um padrão que os inspetores observam constantemente: um único módulo sombreado ou avariado pode reduzir a produção de uma fileira inteira. É também por isso que uma câmara térmica é útil. Uma célula que não está a converter comporta-se de forma diferente das vizinhas, e a diferença é visível sob a forma de temperatura.

Quatro fatores determinam quanto um módulo produz num dado dia.

• Irradiância. A quantidade de luz que chega ao plano do módulo. É a variável dominante e a razão pela qual duas inspeções em dias diferentes não são comparáveis sem o registo das condições.
• Temperatura. A eficiência do módulo diminui à medida que a temperatura da célula aumenta. Uma tarde quente e de céu limpo pode produzir menos do que uma manhã fresca e luminosa no mesmo gerador.
• Sombreamento e sujidade. Uma sombra sobre uma única célula afeta toda a fileira a que pertence. O pó, o pólen, os dejetos de aves e a vegetação têm o mesmo efeito, de forma gradual.
• Estado elétrico. Fissuras, corrosão, conectores soltos, díodos de bypass avariados e falhas de isolamento reduzem o que o módulo consegue fornecer, independentemente do tempo.

Os três primeiros são ambientais. Mudam entre inspeções e podem ser registados. O quarto é o estado da central, e é isso que um programa de inspeção procura acompanhar.

As falhas raramente se apresentam como um módulo morto. Com mais frequência surgem como uma alteração de comportamento.

• Assinatura térmica. Uma célula quente, uma fileira quente ou uma zona aquecida na caixa de junção sugere que a corrente está a ser forçada por um caminho que não deveria seguir, ou que um díodo de bypass está a conduzir.
• Danos visuais. Vidro fissurado, células descoloradas, snail trails, entrada de água e corrosão da moldura são provas diretas, e as imagens RGB são o que as documenta.
• Medição elétrica. Um circuito aberto, um curto-circuito, uma falha de isolamento ou uma curva degradada surgem numa medição e não numa imagem.
• Dados de produção. Onde existe monitorização por fileira, uma fileira que produz de forma consistente menos do que as vizinhas é o sinal mais precoce disponível.

Nenhum destes indícios é conclusivo por si só. Um ponto quente pode ser uma célula defeituosa ou uma folha. Uma fissura pode ser meramente estética ou ter relevância elétrica. O valor de um fluxo de trabalho de inspeção está em colocar lado a lado a imagem térmica, a evidência visual e, quando necessário, a medição elétrica do mesmo módulo.

Uma inspeção com drone cobre uma área que uma equipa a pé demoraria dias a percorrer. Um voo térmico e RGB associa as imagens às posições dos módulos, e a fase de revisão transforma candidatos em constatações.

A camada elétrica responde a outra pergunta. O traçado da curva IV mede o que o módulo realmente fornece, os ensaios de resistência de isolamento e de continuidade descrevem a cablagem, e as medições da corrente de curto-circuito descrevem a fileira. Estes ensaios são mais lentos e mais intrusivos, razão pela qual são dirigidos aos módulos e às fileiras que um sinal térmico ou de produção já assinalou.

As normas importam sobretudo ao nível do processo e não ao nível do componente. A IEC 62446-3 descreve a inspeção termográfica no exterior de sistemas FV em funcionamento: equipamento, condições, procedimento, competência e relatório. Não transforma a leitura de uma câmara num veredicto; esse resulta da fase de revisão e, quando necessário, do ensaio elétrico.

O estado de um módulo é um historial, não uma fotografia. Uma inspeção mostra que uma célula funciona mais quente. Uma segunda inspeção, seis meses depois, mostra se ficou igual, se piorou ou se melhorou depois de o módulo ter sido substituído.

Essa comparação só é honesta quando as condições são comparáveis, razão pela qual o mínimo prático para um registo repetível é: data e hora, irradiância, temperatura do módulo, vento e nebulosidade, parâmetros de voo, e ainda a lista dos módulos que não puderam ser inspecionados. Sem estes dados, duas imagens térmicas podem diferir por completo apenas por causa do tempo.

Ao fim de alguns anos, esse registo muda o que uma central consegue fazer. Em vez de substituir módulos de forma reativa, a equipa de manutenção pode ver que falhas se repetem na mesma zona, um indício de que a causa é ambiental ou de instalação e não um lote defeituoso.

Compreender a física muda o que se faz com uma constatação.

Se a produção cai numa fileira inteira, a causa é provavelmente algo partilhado: sombreamento, sujidade, um conector ou um módulo que arrasta para baixo o circuito em série. Se uma célula funciona quente enquanto a produção da fileira parece normal, o módulo é candidato a inspeção e não a substituição imediata. Se um módulo falha num ensaio de isolamento ou de continuidade, é esse resultado, e não a imagem térmica, que motiva a intervenção.

As decisões práticas seguem sempre a mesma ordem: localizar a constatação, verificá-la com a evidência adequada, decidir se afeta a segurança, a produção ou a garantia, e registar o que foi feito. O papel do software nesta cadeia é manter a localização e a evidência associadas ao ativo, para que a decisão seguinte parta do que já se sabe.