INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A POTÊNCIA DE SAÍDA
DE UM PAINEL DE SILÍCIO POLICRISTALINO NA REGIÃO OESTE
PARANAENSE
ROGER NABEYAMA MICHELS
JOSÉ AIRTON AZEVEDO DOS SANTOS
ESTOR GNOATTO
EDWARD KAWANAGH
MARCOS FISCHBORN
MARIA CRISTINA RODRIGUES HALMEMAN
Tecgº Eletromecânico, M Sc. em Eng. Agrícola. Prof. da UTFPR, Medianeira/PR;
Engº Eletricista, Dr. em Eng. Elétrica. Prof. da UTFPR, Medianeira/PR
Engº Agrícola, M Sc. em Eng. Agrícola. Prof. da UTFPR, Medianeira/PR
Físico, M Sc. em Físico-Química. Prof. da UTFPR, Medianeira/PR
Engº Eletricista, Dr. em Eng. Elétrica. Prof. da UTFPR, Medianeira/PR
Enga de Produção, Doutoranda em Energia na Agricultura. UNESP, Botucatu/SP
RESUMO: A instalação de painéis fotovoltaicos tem se tornado uma fonte alternativa de
fornecimento de energia elétrica. Entretanto, a potência de saída dos painéis fotovoltaicos é muito
influenciada por alterações na intensidade solar e na temperatura ambiente. Assim, deve-se
analisar o comportamento dos painéis mediante tais alterações. O presente trabalho teve como
objetivo analisar a influência da temperatura sobre potência de saída de um painel fotovoltaico, de
silício policristalino, na cidade de Medianeira, Região Oeste Paranaense, por um período de um
ano.
Palavras-chave: Painéis fotovoltaicos, Temperatura, Irradiação, Tensão de Saída
ABSTRACT: Photovoltaic panels have been confirmed as an alternative source of electric energy.
However, the output power of a photovoltaic panel is strongly dependent on solar intensity
modifications and ambient temperature too. Then, it is necessary to know like the panels work
under these alterations. This work intend to analyze the influence of the temperature on the output
power of a polycrystalline silicon photovoltaic panel in Medianeira City located in West Region of
Paraná State by one year observation period.
Key Words: Photovoltaic panel, Temperature, Irradiation, Output Power.
Introdução
Mediante o avanço de fontes alternativas de energia elétrica, a aplicação da
energia solar por meio de módulos fotovoltaicos tem se tornado uma opção para
os consumidores. Para melhor dimensionar tais dispositivos, é de grande
importância a determinação das suas características sob condições reais de
funcionamento.
As características elétricas dos módulos são geralmente estimadas de acordo
com sua potência máxima de saída, sob condições de teste padrão (STC Standard Test Conditions), irradiação solar 1000 W.m-2, temperatura da célula de
25 oC e distribuição espectral AM=1,5. Essa temperatura raramente é atingida em
condições reais de operação; em dias de sol claro é tipicamente de 20 a 40 oC
maior, portanto, que a ambiente (CEPEL/CRESESB, 1999).
O efeito do aumento da temperatura no desempenho de um painel fotovoltaico
geralmente é negligenciado. Módulos fotovoltaicos perdem até 7% de sua
potência de saída, quando operando em temperaturas próximas a 40oC
(GXASHEKA et al., 2005). Embora a corrente aumente com o aumento da
temperatura, o efeito global é uma perda de potência devido a uma maior queda
de tensão.
A temperatura e a irradiação solar são os dois principais fatores que influenciam a
produção de energia pelos módulos fotovoltaicos. A corrente gerada pelo módulo
varia linearmente com a irradiância, enquanto que a tensão varia
logaritmicamente. Com o aumento da irradiação, aumenta a temperatura da célula
e, conseqüentemente, ela tende a reduzir a eficiência do módulo. Isso ocorre
porque a tensão diminui significativamente com o aumento da temperatura,
enquanto que a corrente sofre uma elevação muito pequena, quase desprezível,
usualmente, desconsiderada nas aplicações práticas (PALZ, 1995).
Este trabalho teve como objetivo analisar a influência da temperatura sobre a
potência de saída de um painel fotovoltaico, de silício policristalino, da marca
Solarex em condições de campo, na cidade de Medianeira, Região Oeste
Paranaense.
Material e método
O sistema fotovoltaico isolado (stand alone), com dois painéis (Figura 1), foi
montado no município de Medianeira, mais especificamente, nas dependências
da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). O município está
localizado na região Oeste Paranaense com 25º 17’ 43” latitude Sul, 54º 05’ 38”
longitude Oeste e apresenta uma altitude de 500,7 metros.
O conjunto fotovoltaico e os equipamentos para a coleta de dados, neste trabalho,
foi formado por:
• Dois painéis solares, fabricante Solarex, modelo MSX 56, tensão padrão de 12
V, corrente padrão de 3,35 A e potência de 56 W;
• Um micrologger da marca CAMPBEL SCIENTIFIC-INC, modelo CD23X;
• Um termopar do tipo K (cromo/alumínio) aferido para a aquisição de dados;
• Um piranômetro Kipp & Zonen CM3;
• Um divisor de tensão;
• Uma resistência Shunt.
Foram instalados 10 módulos fotovoltaicos, sendo que para o presente estudo,
apenas dois módulos foram utilizados, ligados em série devido à configuração do
sistema.
Figura 1 – Sistema Fotovoltaico Isolado.
A carga utilizada, para este experimento, foi uma bomba, fabricante SolarJack,
modelo SDS–D–228, que estava bombeando água a uma altura de 20 metros.
O sistema de aquisição de dados é constituído por um "micrologger" da
CAMPBELL SCIENTIFIC-INC modelo CR23X (Figura 2), programado para
realizar uma leitura por segundo de cada canal e armazenar a média aritmética de
cada minuto dos dados das componentes de irradiação global na mesma
inclinação do painel; da temperatura de operação do painel e da tensão e corrente
do sistema fotovoltaico.
Os dados de temperatura de operação do painel fotovoltaico foram obtidos por um
termopar do tipo K, instalado na parte posterior do mesmo (medida de
temperatura do painel).
Figura 2 – Micrologger da Campbel Scientific – INT.
Resultados
A potência de um painel fotovoltaico varia com a irradiação e com a temperatura
do módulo. A potência de saída do painel foi investigada, neste trabalho, para
níveis de irradiação específicos (500 W.m-2, 600 W.m-2, 700 W.m-2 e 900 W.m-2),
para isolar os efeitos da temperatura nos módulos. Na Figura 5 tem-se as Curvas
V x T (Tensão x Temperatura) para o painel fotovoltaico, da marca Solarex, com
uma variação de temperatura de 20 a 65oC. Estas curvas foram elaboradas
através de uma análise dos dados considerando a Irradiação como parâmetro
constante.
Figura 3 - Curvas V x T.
A Figura 4 apresenta as curvas P x T (Potência x Tensão) para o painel
fotovoltaico para os mesmos valores de irradiação.
Figura 4 – Curvas P x T.
Por meio dos gráficos apresentados nas Figuras 3 e 4, pode-se notar um
decréscimo na tensão e na potência de saída do painel em função do aumento de
temperatura nos módulos fotovoltaicos para as irradiações de 500 W.m-2, 600
W.m-2, 700 W.m-2 e 900 W.m-2.
A Tabela 1 apresenta as perdas de potência do painel fotovoltaico SOLAREX, de
silício policristalino, em função do aumento de temperatura da células, de 25 oC
para 40oC para as irradiações de 500W.m-2, 600W.m-2, 700W.m-2 e 900W.m-2.
Tabela 1 – Perda de potência no painel em função da temperatura.
Irradiação (W.m-2) Potência (25oC) Potência (40oC) Perda (%)
500
39.94
37.89
5.14
600
50.06
47.23
5.66
700
53.56
50.67
5.40
900
58.03
54.55
5.99
Observa-se uma pequena variação entre os valores, em porcentagem, obtidos de
potência perdida para as irradiações de 500W.m-2, 600W.m-2, 700W.m-2 e
900W.m-2.
Conclusão
Neste trabalho apresentam-se os resultados obtidos de campo de painéis
fotovoltaico, de silício policristalino, da marca SOLAREX, modelo MSX–56
instalados no oeste paranaense, mais precisamente na Universidade Tecnológica
Federal do Paraná, Campus de Medianeira. Neste trabalho observou-se que o
desempenho do painel fotovoltaico foi influenciado pela variação da irradiação
solar e pela temperatura das células. Os gráficos das figuras 3 e 4 foram
elaborados mediante a classificação dos dados obtidos pelo sistema de aquisição
mantendo-se a Irradiação como parâmetro constante. Os dados coletados
mostram, que o aumento da temperatura reduz a tensão e a potência de saída do
painel fotovoltaico. Foram observadas perdas de potência de aproximadamente
6% com temperaturas 15ºC acima da temperatura STC.
Referências
CEPEL/CRESESB. Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos.
CEPEL/CRESESB, Rio de Janeiro. 1999
GXASHEKA, A. R.; VAN DYK, E. E.; MEYER, E. L. Evaluation of performance
parameters of PV modules deployed outdoors. Renewable Energy.
Amsterdam, Netherlands, n. 30, p. 614, 2005.
PALZ, P. C., Energia solar e fontes alternativas. Hemus: São Paulo/SP. 1995.