O que é a tecnologia fotovoltaica (FV)?

A tecnologia fotovoltaica converte a luz solar diretamente em energia elétrica através de materiais semicondutores. Quando a luz atinge uma célula FV, os fotões absorvidos podem criar portadores de carga, separados pelo campo elétrico interno da célula, o que produz uma tensão contínua e permite a passagem de corrente num circuito exterior.

Uma única célula produz tensão e corrente limitadas, pelo que as células são interligadas para formar módulos. Os módulos são depois ligados em strings e conjuntos, de modo a obter as características elétricas exigidas pelo projeto do sistema. Os inversores convertem a saída em corrente contínua em corrente alternada, quando a instalação alimenta cargas em corrente alternada ou se liga a uma rede de corrente alternada.

Os sistemas FV incluem mais do que módulos e inversores. A cablagem, os conectores, as estruturas de fixação, as caixas de junção, os dispositivos de proteção, as ligações à terra, os equipamentos de monitorização, os dispositivos de seccionamento, os contadores e os sistemas de controlo podem fazer parte de uma central.

A produção elétrica varia continuamente com as condições solares e a temperatura de funcionamento. Por isso, a avaliação de uma central exige contexto, em vez de tratar um único valor de potência como propriedade permanente da instalação.

As células de um módulo estão interligadas eletricamente, para que as respetivas contribuições de tensão e de corrente possam ser combinadas. Os módulos podem depois ser ligados em série para aumentar a tensão da string e em paralelo para aumentar a capacidade de corrente, de acordo com o inversor e o projeto do sistema.

Na ligação em série, o comportamento elétrico de uma parte do circuito pode influenciar o resto da string. Se um módulo ou um grupo de células estiver muito sombreado ou limitado eletricamente, a corrente no caminho em série pode ser afetada. Os díodos de bypass podem alterar o comportamento de partes de um módulo em certas condições, mas não eliminam todas as consequências de um desajuste ou de um dano.

Ao nível do conjunto, muitas strings podem alimentar equipamento de agrupamento ou entradas separadas do inversor. O comprimento correto das strings, a polaridade, o dimensionamento dos condutores, o estado dos conectores, a proteção e as características nominais dos equipamentos são, por isso, importantes, porque a central é construída com circuitos repetidos que interagem com o equipamento a jusante.

A ideia do «elo mais fraco» só é útil se for aplicada com cuidado. Um único componente anómalo pode influenciar a produção do equipamento ligado, mas o efeito exato depende da topologia do circuito, do comportamento do bypass, da arquitetura do inversor, do sombreamento e das condições de funcionamento.

Compreender a hierarquia da célula ao conjunto ajuda a localizar falhas. Um padrão térmico ao nível da célula, uma diferença de tensão num módulo, um desvio de corrente numa string e um alarme do inversor descrevem níveis diferentes do mesmo sistema elétrico.

A irradiância é um dos principais fatores que afetam a produção FV. Mais energia solar incidente permite, em geral, que o conjunto produza mais corrente, enquanto as nuvens, o sombreamento, o ângulo solar e as condições atmosféricas podem reduzir a irradiância disponível. As medições devem, por isso, ser interpretadas face às condições existentes no momento.

A temperatura do módulo também afeta o comportamento elétrico. Nos módulos de silício cristalino, o aumento da temperatura da célula com irradiância comparável reduz, em geral, a tensão e pode reduzir a potência disponível. O efeito deve ser avaliado com base nas características do módulo instalado, e não num pressuposto universal de temperatura.

O sombreamento pode afetar células individuais, partes de módulos, strings inteiras ou secções maiores do conjunto, consoante a sua origem e geometria. Árvores, estruturas, filas adjacentes, acumulação de sujidade, neve, vegetação ou objetos temporários podem alterar a irradiância que chega à área ativa da célula.

A sujidade tem um efeito semelhante, específico de cada local. Poeira, pólen, dejetos de aves, resíduos agrícolas e outros depósitos podem reduzir a luz que chega às células, mas o impacto prático depende da cobertura, da distribuição, da inclinação do módulo, do clima e dos hábitos locais de limpeza.

O estado elétrico também conta. Circuitos abertos, ligações de alta resistência, conectores danificados, fusíveis fundidos, limitações do inversor, falhas de isolamento e outros problemas podem alterar o comportamento da central independentemente da luz solar disponível.

As centrais FV funcionam ao ar livre durante longos períodos e contêm um grande número de componentes e ligações repetidos. O clima, os ciclos térmicos, a humidade, a contaminação, o movimento mecânico, os animais, a vegetação, os trabalhos de manutenção e a carga elétrica podem alterar o estado do equipamento após o comissionamento.

Os sistemas de monitorização fornecem informação operacional útil, mas não revelam todos os defeitos físicos. Um inversor pode indicar a potência agregada enquanto um problema localizado num conector, num módulo ou numa ligação equipotencial continua difícil de identificar apenas com dados ao nível da central.

A inspeção ajuda a relacionar o comportamento elétrico com o equipamento físico. As verificações visuais podem revelar condições mecânicas ou ambientais, os ensaios elétricos podem confirmar propriedades específicas dos circuitos e a termografia pode mostrar padrões de temperatura associados a anomalias de funcionamento.

Os diferentes métodos de inspeção devem, por isso, ser escolhidos em função da questão colocada. O ensaio de resistência de isolamento examina o isolamento elétrico, o ensaio de polaridade verifica a orientação dos condutores, as medições de corrente e de tensão descrevem o comportamento do circuito e os ensaios funcionais verificam se funções definidas do equipamento respondem corretamente.

A inspeção não significa que toda a diferença observada seja uma falha. Os resultados precisam de contexto, de comparação e, quando necessário, de medições de seguimento antes de se atribuir uma causa.

A termografia regista a radiação infravermelha associada à temperatura superficial. Num sistema FV em funcionamento, pode revelar padrões relativos de temperatura em células, módulos, conectores, condutores e outros componentes, quando as condições de aquisição são adequadas.

Os ensaios elétricos medem diretamente outras propriedades. A corrente, a tensão, a resistência de isolamento, a continuidade e a polaridade respondem, cada uma, a uma questão elétrica mais restrita. Um padrão térmico pode indicar onde investigar, enquanto um ensaio elétrico pode ajudar a determinar se uma característica do circuito está fora da condição esperada.

Os dois tipos de evidência são complementares, e não intercambiáveis. Um conector pode apresentar um padrão térmico anómalo que leva a uma verificação de resistência ou de ligação, enquanto uma falha de isolamento pode ser detetada eletricamente sem produzir uma assinatura térmica útil.

A IEC 62446-3 diz respeito à inspeção termográfica exterior de sistemas FV em funcionamento. Aborda o equipamento, as condições ambientais, o procedimento, a competência do pessoal e o relatório, e não impõe um intervalo único de temperatura dos módulos para todas as centrais.

As constatações térmicas devem ser interpretadas tendo em conta a irradiância, o vento, a nebulosidade, a temperatura do módulo, os reflexos, o ângulo de observação e o estado elétrico de funcionamento. Uma zona quente, por si só, não prova uma causa de origem específica.

As evidências elétricas também têm limites. Um valor normal de tensão ou de corrente não prova que todas as partes da string estejam livres de problemas mecânicos, térmicos ou de isolamento.

Um sistema FV não precisa de bateria para funcionar. Os sistemas ligados à rede podem enviar a potência disponível, através de um inversor, para cargas locais ou para a rede elétrica, de acordo com o projeto do sistema e a ligação aplicável.

O armazenamento em baterias pode ser acrescentado quando o projeto exige deslocação de energia, capacidade de reserva, controlo da injeção na rede ou outra função de armazenamento. O sistema de baterias introduz a sua própria eletrónica de potência, proteção, controlos, limites de funcionamento e necessidades de manutenção. Deve, por isso, ser tratado como um subsistema separado, e não presumido como parte de todas as centrais FV.

As instalações isoladas da rede podem usar armazenamento porque a produção e a procura ocorrem em momentos diferentes e não existe ligação à rede para as equilibrar. A arquitetura necessária depende da carga, do perfil de produção, da conceção do armazenamento, da estratégia de reserva e do objetivo operacional.

Os sistemas FV ligados à rede dependem também das funções do inversor e das proteções. A tensão, a frequência, a sincronização, o comportamento anti-ilhamento, as definições de controlo e a monitorização podem fazer parte dos requisitos de funcionamento da central, consoante a instalação.

A presença de uma bateria não elimina a necessidade de inspecionar o próprio conjunto FV. Os módulos, as strings, a cablagem, os conectores, a fixação, as proteções e o equipamento do lado do inversor continuam a exigir avaliação do estado, de acordo com o plano de manutenção.

Nenhum método de inspeção, isoladamente, descreve o estado completo de uma central FV. A monitorização pode identificar um desvio operacional sem o localizar fisicamente, enquanto a inspeção visual pode encontrar danos que ainda não criaram um sinal elétrico evidente.

Uma única inspeção também não é monitorização contínua. As condições podem mudar após a visita, as falhas intermitentes podem não estar ativas durante os ensaios e os efeitos dependentes do clima podem surgir apenas em condições de funcionamento particulares.

A imagem térmica tem limites específicos. Pode mostrar diferenças de temperatura associadas a células, díodos, ligações, strings ou outras condições de funcionamento, mas uma imagem térmica, por si só, não prova a causa de origem. Pode ser necessária uma verificação elétrica ou física antes de classificar um defeito.

Da mesma forma, uma imagem térmica normal não prova que o isolamento, a polaridade, a ligação à terra, o comportamento da corrente ou todas as ligações estejam corretos. Estas questões exigem as verificações elétricas ou mecânicas adequadas.

A IEC 62446-3 fornece um quadro de referência para a inspeção termográfica exterior de sistemas FV em funcionamento, incluindo o equipamento, as condições ambientais, o procedimento, a competência do pessoal e o relatório. Não é um algoritmo de software e não define um critério de temperatura fixo para todas as instalações.