Energia fotovoltaica: tudo que você precisa saber sobre energia solar e eficiência energética

Energia para fazer nascer e crescer. Para fazer acontecer. Energia como insumo primordial. Certamente, seja na indústria, no comércio, nas casas, nas ruas ou nos espaços públicos, sem energia nada se movimenta. E, como uma fonte alternativa e bastante eficiente para geração deste recurso, temos a energia solar. Tendo o sol como provedor, a energia solar é uma forma renovável e limpa. Além disso, é capaz de ser transformada em energia fotovoltaica – elétrica – ou térmica e aplicada em diversos segmentos e para diversas finalidades. 

Nesse ínterim, quando falamos em energia solar, falamos em uma geração mais sustentável economicamente, socialmente e ambientalmente. Todavia, para que haja melhor aproveitamento da energia solar, com os seus benefícios mensurados e percebidos na prática, é preciso contar com equipamentos de testes e medições. Todos devem ser não somente certificados mas, também, com qualidade comprovada e direcionados para sistemas fotovoltaicos. Além disso, as instalações devem seguir padrões estabelecidos pelas normas técnicas e realizar verificações regulares. 

Para aprofundar mais neste assunto e nas questões envolvidas na geração de energia solar fotovoltaica, preparamos este artigo. Acompanhe a leitura e tire suas dúvidas com a gente!

O que é energia solar e como ela funciona?

Primeiramente, vamos entender que a energia solar. Como o próprio nome sugere, faz referência à energia da qual a fonte é o sol. Para captar a luz do astro rei e transformá-la em energia térmica ou elétrica, temos diversas tecnologias ao nosso dispor. Alguns deles são os painéis fotovoltaicos, as usinas heliotérmicas e os aquecedores solares.

A energia solar é uma fonte de energia renovável, capaz de se renovar – de forma cíclica – dentro da escala de tempo humana. Para se ter uma ideia do potencial energético do sol, em um segundo, o total de energia irradiado por ele é muito superior que a quantidade de energia consumida pela humanidade desde seus primórdios até os dias de hoje. Embora essa potência ainda seja pouco aproveitada, há indícios de um crescimento nos próximos anos.

Veja, a seguir, o cenário da energia solar no Brasil e no mundo. 

Energia fotovoltaica (solar) no mundo e no Brasil

De acordo com um estudo apresentado na Alemanha, a energia solar segue crescendo no mundo. Dessa forma, está acompanhando uma transformação energética mais sustentável, e acaba de ultrapassar a marca de 1 terawatt (TW) de potência instalada. Para termos uma ideia, a capacidade instalada da Usina de Itaipu é de 14 gigawatts (GW).

Segundo o “Global Market Outlook for Solar Power 2022-2026”, importante relatório sobre o mercado do setor solar fotovoltaico mundial, o Brasil – líder em energia solar na América Latina – deve se tornar um dos principais mercados globais nos próximos anos. A produção poderá atingir 54 gigawatts (GW) de capacidade solar total até 2026.

Apresentado durante a Intersolar Europe, maior feira e conferência do setor solar na Europa, o relatório anual mostrou importantes dados. Apesar dos impactos causados pela pandemia da Covid-19, a capacidade instalada solar dobrou no mundo nos últimos três anos. Com isso, em abril deste ano, o setor ultrapassou a marca de 1 TW de sistemas solares em operação no mundo.

Ainda de acordo com o relatório, a fonte solar fotovoltaica tem projeção de continuar em crescimento acelerado, ultrapassando a marca de 2 TW em menos de quatro anos (representando, assim, o dobro da capacidade de geração de eletricidade da França e da Alemanha somadas).

No recorte Brasil, a fonte solar é a quinta maior da matriz elétrica, com 15,3 GW de capacidade instalada em operação. Nesse sentido, desde a resolução n°482 de 2012 da ANEEL, o mercado brasileiro de energia solar se encontra em constante avanço. 

ONU e incentivo para energias renováveis 

Em maio, a Organização das Nações Unidas (ONU) lançou um plano de cinco pontos para impulsionar o uso de energias renováveis. Em síntese, o objetivo é voltar a atenção global para as mudanças climáticas. Afinal, vivemos em um momento no qual as concentrações de gases estufa, o aquecimento dos oceanos, a elevação do nível dos mares e a acidificação dos oceanos atingiram níveis recordes no último ano.

De acordo com a Organização Meteorológica Mundial, um dos alertas mais recentes veio após a emissão de seu Relatório do Estado do Clima 2021. O relatório mostra que os últimos sete anos foram os sete mais quentes já registrados. Em consequência, a crise climática gera impactos extremos. Estes, por sua vez, têm levado a mortes e a perdas com doenças, imigração e prejuízos econômicos de centenas de bilhões de dólares. Os dados são da ONU. 

Por isso, entre os pontos defendidos pelo está a necessidade de reformas governamentais para promover as energias renováveis, como acelerar projetos de energia solar e eólica.

Benefícios da energia solar:

• Trata-se de uma fonte renovável – ou seja – inesgotável. Tecnologias mais recentes permitem, inclusive, o armazenamento de calor durante certo tempo, possibilitando assim que, mesmo sem sol, haja produção de eletricidade.
• Ocupa pouco espaço, sem necessidade de intervenções em regiões naturais.
• As usinas solares não emitem poluentes na atmosfera.
• Tem baixa necessidade de manutenção. Isso acontece pois os painéis ou placas utilizados na produção de energia são resistentes. Ademais, eles têm custos baixos (em alguns casos são apenas de uma lavagem dos módulos).
• Acessível em lugares remotos, as usinas solares ou placas fotovoltaicas conseguem chegar e beneficiar comunidades e instalações mais afastadas dos grandes centros urbanos.

O que são sistemas fotovoltaicos?

Bem, agora que entendemos o que é energia solar e como ela está dentro de uma pauta mundial,  que visa melhores condições de vida no planeta, vamos compreender o que é um sistema fotovoltaico e quais as vantagens de uma instalação assim no indústria, no comércio e nos espaços públicos.

Os sistemas fotovoltaicos – chamados também de sistemas de energia solar – são instalações que geram energia elétrica por meio da radiação emitida pelo sol. Eles são formados por  painéis, módulos e equipamentos elétricos. 

A eletricidade que vem do sol chama-se fotovoltaica. Ou seja, energia fotovoltaica. Este termo é formado a partir de duas palavras: foto – que em grego significa “luz” -, e voltaica, que vem da palavra “volt”, unidade usada para medir o potencial elétrico.

Desse modo, a energia fotovoltaica é a conversão direta da radiação solar em energia elétrica. Esse movimento de conversão é realizado pelas chamadas células fotovoltaicas, compostas por material semicondutor, normalmente o silício. 

Ao incidir sobre as células, a luz solar causa movimentação dos elétrons do material semicondutor, gerando, então, uma corrente elétrica.

De acordo com mapeamento da da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), no Brasil, já são mais de 409 mil sistemas fotovoltaicos instalados. 

Para ter acesso aos dados do Atlas Brasileiro de Energia Solar, ferramenta sobre informações de potencial solar desenvolvida pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), basta acessar aqui. No dispositivo interativo e organizado por estados e municípios, o usuário tem acesso a tabelas com níveis de irradiação mensais para todas as 5.570 cidades brasileiras. 

Quais os benefícios dos sistemas fotovoltaicos?

Ao saber dos sistemas fotovoltaicos e do funcionamento deles, vamos aos benefícios deste tipo de instalação para geração e consumo de energia elétrica na indústria. Importante ressaltar que, na prática, a distribuição da energia fotovoltaica é similar ao da energia elétrica padrão, no entanto, temos redução no impacto ambiental, menor manutenção e alta capacidade de produção. Além disso:

• são 5 anos de investimento para uma economia de mais de 20 anos;
• 30 dias até reduzir, substancialmente, a conta de energia;
• 25 anos produzindo e utilizando a própria energia renovável;
• 5 anos para obter o retorno sobre o investimento (podendo variar de acordo com o sistema e o local). 

Aqui, vale destacar que, para obter todas as vantagens de um sistema fotovoltaico, é fundamental contar com aparelhos certificados, além de realizar o dimensionamento adequado da instalação para que o sistema seja comissionado e se inicie a manutenção contínua e preventiva.

A escolha de um fabricante responsável, certificado e que cumpra as normas que regem os sistemas fotovoltaicos e a instalação é decisiva para obter eficiência, segurança, durabilidade e retorno financeiro esperado. Continue a leitura para entender melhor sobre comissionamento e as medições em sistemas fotovoltaicos.

Em suma, as vantagens do uso da energia solar são:

1. Fonte renovável e inesgotável de energia.
2. Não poluente.
3. Exige pouca manutenção em suas centrais de produção.
4. Painéis solares cada vez mais eficientes e com custos cada vez mais baixos.
5. Fonte de energia viável para lugares afastados e de difícil acesso, visto que não necessita de grandes investimentos na manutenção de equipamentos.
6. Excelente fonte de energia para países tropicais, como o Brasil, cuja radiação solar costuma ser intensa durante boa parte do ano.
7. Requer áreas menos extensas para ser produzida.

O que é comissionamento de energia solar fotovoltaica?

Antes de falarmos sobre o comissionamento de energia solar, é preciso dizer que a energia fotovoltaica não é exclusividade de usinas ou fazendas solares. A instalação de sistemas fotovoltaicos pode ser presença em muitos segmentos comerciais, industriais e residenciais, posicionados tanto em telhados, quanto em chão. O que vai mudar de um lugar para outro – ou de um tipo de segmento para outro – é potência. 

Desse modo, para garantir toda a potência do sistema fotovoltaico – independente de seu tamanho ou potência -, há instrumentos importantes capazes de identificar as falhas de segurança elétrica com rapidez e praticidade, pois elas podem impedir a performance ideal do sistema.

Esse processo é o chamado comissionamento de energia em sistemas fotovoltaicos, que confere a potência, avalia a performance dos painéis, além de outros tópicos do projeto, pois, somente a instalação de energia fotovoltaica não garante toda a eficiência energética e economia que o sistema pode gerar. Assim, o comissionamento de energia é importante, antes e depois da instalação.

Para a qualidade e o funcionamento saudável de uma instalação fotovoltaica, é necessário verificar os tópicos relacionados à segurança e às normas de projetos e ensaios. O comissionamento das instalações fotovoltaicas, então, é fundamental para verificar que o sistema atende aos requisitos de projeto e pode operar como planejado e em segurança.

Os testes e os relatórios de comissionamento do sistema devem ser repetidos periodicamente, em uma rotina de operação e manutenção, com o objetivo de garantir o rendimento, a eficiência, a durabilidade e validar a segurança de todo o sistema fotovoltaico.

Normas e medições em sistemas fotovoltaicos 

Como dissemos no início, para eficiência dos sistemas de energia solar é fundamental que as normas e padrões, que os regulam, sejam seguidos. O comissionamento, inclusive, faz parte da norma NBR 16274, publicada em 2014 e atualmente em revisão, que estabelece requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho que devem acompanhar um sistema fotovoltaico. 

Desse modo, a norma também define quais ensaios e períodos devem ser aplicados, além de especificar como deve ser apresentada a documentação e como devem ser realizadas as inspeções em sistemas fotovoltaicos.

Entre os testes, temos o de tensão em aberto que tem como objetivo verificar se os módulos estão conectados corretamente, sejam eles em série ou paralelo. Esquecer uma interconexão é um erro relativamente comum em processos de instalação. Também é um teste que verifica se o número total de módulos está correto.

Outro teste importante é o de verificação da isolação do sistema. Para cada tipo e tamanho de sistema fotovoltaico, é necessário um teste de isolação.

Além dos testes elétricos, os testes com imagens, que usam câmera infravermelha, são úteis para localizar módulos com defeito ou conexões mal feitas. A análise com imagens termográficas é capaz de identificar pontos quentes e a realização de intervenção, caso seja necessário, antes que ocorra qualquer tipo de ocorrência no sistema fotovoltaico. 

O que é curva IxV? 

Falando ainda em medições dos sistemas fotovoltaicos para garantir o melhor desempenho nas instalações, temos a chamada curva IxV – ou curva corrente x tensão – que serve para avaliação de módulos fotovoltaicos. 

Característica de módulos fotovoltaicos, essa curva traz informações importantes a respeito das estruturas construtivas dos painéis solares. E, como ferramenta para acessá-la, temos os traçadores de curva IxV, indicados para a manutenção e a resolução dos problemas em instalações fotovoltaicas.

Desse modo, por meio da curva IxV é possível verificar o desempenho dos painéis e verificar a potência gerada, pois cada painel possui uma curva iv característica, fornecida pelo fabricante do módulo. 

Então, para cada condição de irradiação e temperatura é gerada uma curva específica, que deve ser comparada com a curva nas condições STC (Standard Test Conditions) também fornecida pelo fabricante.

No entanto, sabemos que podem existir situações de sombras, de defeito de fabricação dos painéis, de defeitos de instalação e, até mesmo, de incompatibilidade dos painéis, que geram desvios na curva. 

Assim, entre os desvios que a curva IxV pode sofrer estão desde a variação de corrente, de declives acentuados e de degraus até a variação de tensão. Por meio dessas variações sinalizadas pela curva, é possível detectar problemas nos sistemas fotovoltaicos, como:

• Células sujas ou obstruídas;
• Módulos degradados;
• Incompatibilidade das Isc dos módulos;
• Defeitos nas instalações e conexões dos módulos;
• Painéis parcialmente sombreados;
• Painéis danificados;
• Curto circuito em diodos de by-pass;
• Temperatura de módulo diferente da medida;
• Diferenças entre a medição de irradiação e a realização do teste.

Amperi: soluções em comissionamento de energia fotovoltaica e performance de sistemas  

A Amperi, atenta às novas necessidades econômicas e ambientais, possui a linha solar certificada da HT Instruments. As tecnologias em equipamentos para comissionamento e medição de energia fotovoltaica estão disponíveis para atender ao mercado consumidor que está consciente sobre suas responsabilidades e sobre os riscos elétricos e danos que podem ser causados quando aparelhos e a mão de obra não são especializados e padronizados. 

Esta preocupação e consciência vai desde instalações em residências até usinas solares. 

Veja a abaixo os instrumentos e tenha mais segurança e eficiência nos sistemas fotovoltaicos:

• Linha Solar da HT Instruments

A linha solar da  HT Instruments foi desenvolvida para atender a demanda por novas e melhores formas de gerar energia com eficiência, segurança e economia. Desse modo, a Amperi comercializa soluções, ferramentas e equipamentos em sistemas fotovoltaicos e em instalações elétricas industriais de forma personalizada. 

Assim, dentro da Linha Solar da HT, a Amperi tem o Multiteste Digital PVCHECKs, um testador de isolação, continuidade, corrente de curto-circuito, tensão em aberto e eficiência DC para sistemas fotovoltaicos, compatível com NBR 16274 para teste tipo 1. 

Trata-se de um instrumento multi-função para a verificação da segurança elétrica e performance de uma instalação. O Multiteste Digital PVCHECKs é o equipamento capaz de realizar testes para um comissionamento elétrico seguro e confiável, em sistemas até 1000VDC, fundamental para se obter o retorno investido. 

Entre as funções do instrumento, podemos destacar ainda: 

• teste automático em sequência de medição de isolamento até 1000VDC e tensão em vazio e corrente de curto-circuito Voc/Isc;
• execução rápida e segura das verificações de segurança elétrica previstas para uma instalação FV (seção em DC) e o controle funcional dos módulos/strings que fazem parte da própria instalação, conforme a previsão do Guia CEI 82-25 e da ABNT NBR 16274;
• medição de isolamento de um módulo, de uma string ou de um inteiro campo fotovoltaico, de acordo com a ABNT NBR 16274, sem a necessidade de utilizar um interruptor externo para pôr em curto-circuito os terminais positivo e negativo;
• verificação da funcionalidade das conexões e das strings de um campo fotovoltaico de acordo com a previsão da IEC/EN62446 medindo a tensão em vazio e a corrente de curto-circuito às condições operacionais (OPC) e referidas a STC (através da medição de irradiação também com a utilização dos acessórios opcionais SOLAR02, HT304N e a sonda de temperatura PT300N), fornecendo um resultado imediato inerente à medição que acabou de ser efetuada quer em termos absolutos quer por comparação com as strings anteriormente testadas;
• execução de análise do desempenho do campo fotovoltaico (DC) nas condições de exercício (conectado então ao inversor) com a utilização dos acessórios opcionais SOLAR02, HT304N e PT300N, fornecendo uma indicação da potência gerada e do rendimento do próprio campo de acordo com a indicação da IEC/EN62446.

Em suma, os instrumentos de medição elétrica e analisadores de qualidade de energia para sistemas fotovoltaicos da HT Instruments. Os intrumentos são totalmente aderente às normas brasileiras de segurança em processos de comissionamento de energia.

Confira suas utilidades!

• Manutenções elétricas rápidas e precisas com instrumentos fáceis de utilizar.
• Análise de energia eficiente na detecção de problemas elétricos para produção de energia de qualidade.
• Facilidade para extrair relatórios e detectar falhas elétricas.
• Segurança e portabilidade com diversas funções em 1 único equipamento, leve e completo.

Amperi presente na Intersolar

Por fim, este artigo sobre energia solar e sistemas fotovoltaicos, gostaríamos de contar sobre a presença da Amperi na Intersolar South America – a maior feira da América do Sul para o setor solar, com foco nos mercados de fotovoltaicos, produção FV e tecnologias termossolares. 

No evento, o visitante encontrará a completa cadeia produtiva dos setores fotovoltaico e termossolar – desde células e módulos FV a equilíbrio de sistemas, componentes, rastreamento, até aplicações e distribuidoras. Marcas globais e locais estarão com suas tecnologias de última geração e apresentarão as possibilidades de lucrar, economizar e acompanhar os avanços do mercado solar.

A feira será realizada, em São Paulo, entre os dias 23 e 25 de agosto de 2022. No encontro, será possível ainda discutir as questões do novo mundo da energia, apresentando um cruzamento de soluções e tecnologias. A Amperi estará presente com um estande para receber os clientes e amigos. 

Bem, agora que você conhece mais das soluções em energia solar e aparelhos para medição e comissionamento de sistemas fotovoltaicos da Amperi, baixe nosso catálogo e entre em contato conosco para revolucionar a forma de se gerar energia. 

Fontes: UOL/Brasil Escola, Exame, Exame, ABSOLAR, Universidade Tecnológica Federal do Paraná