Qual é a melhor técnica para detectar falhas em sistemas fotovoltaicos?

Com a crescente adoção da tecnologia solar fotovoltaica, a importância da operação e manutenção (O&M) de usinas de energia solar aumenta significativamente. A detecção eficiente de falhas é essencial para otimizar o desempenho e prolongar a vida útil dos geradores solares. Entre as diversas técnicas disponíveis, destacam-se a inspeção visual, a medição de curva I-V, a termografia infravermelha (IRT), a eletroluminescência (EL), a fotoluminescência (PL) e a fluorescência ultravioleta (UVF). Neste artigo, essas técnicas são exploradas e é discutida a eficácia de cada uma para a detecção de falhas em sistemas fotovoltaicos.

Inspeção Visual

A inspeção visual é a técnica mais básica e rápida para detectar defeitos em módulos solares fotovoltaicos. Ela permite identificar problemas como descoloração, delaminação, bolhas, trincas nas células, conexões ruins e células queimadas. A inspeção pode ser realizada tanto na frente quanto na parte traseira do módulo, detectando defeitos no quadro, na caixa de junção, nos fios e nos conectores. A principal vantagem dessa técnica é a simplicidade e o baixo custo. No entanto, ela depende da habilidade do inspetor e pode não identificar problemas internos ou defeitos menores.

Medição da Curva I-V

A medição da curva corrente x tensão (curva I-V) do sistema fotovoltaico é uma técnica clássica para análise de desempenho de módulos. Esta técnica avalia parâmetros críticos como corrente de curto-circuito, tensão de circuito aberto, fator de preenchimento da curva e ponto de máxima potência. A curva I-V pode revelar reduções no desempenho do módulo, indicando a presença de falhas e degradação antecipada em módulos, além de detectar o efeito da sujeira em usinas. Embora seja uma técnica eficaz, é cara e trabalhosa, sendo impraticável para inspeções em larga escala de usinas solares de grande porte. Além disso, a medição da curva I-V requer condições de teste específicas que nem sempre estão presentes no ambiente real.

Termografia Infravermelha (IRT)

A termografia infravermelha (IRT) é uma técnica não destrutiva que mede a radiação infravermelha emitida pela superfície dos módulos fotovoltaicos. A IRT pode identificar diferenças de temperatura nos módulos, revelando falhas que convertem energia fotovoltaica perdida em calor. Esta técnica é particularmente útil para detectar trincas, substrings em curto-circuito, células sombreadas, entre outros defeitos. A IRT é vantajosa por ser rápida e capaz de cobrir grandes áreas sem interromper a operação da usina solar. No entanto, ela pode ser influenciada por condições ambientais e requer interpretação especializada das imagens termográficas.

Eletroluminescência (EL) e Fotoluminescência (PL)

As técnicas de eletroluminescência (EL) e fotoluminescência (PL) são métodos de imagem para a detecção de defeitos em células e módulos fotovoltaicos. A EL utiliza um fornecimento externo de energia para estimular a emissão de radiação eletroluminescente pelos módulos, revelando defeitos como trincas, áreas inativas, corrosões e degradação induzida por potencial (PID). A PL, por sua vez, usa uma fonte de luz para provocar a emissão de radiação eletroluminescente pelas células solares. A radiação eletroluminescente pode então ser capturada por câmeras fotográficas especializadas.

Ambas as técnicas são altamente sensíveis e podem identificar defeitos não detectáveis por uma inspeção visual. No entanto, exigem equipamentos especializados e condições específicas de iluminação para serem eficazes. A inspeção é bastante demorada e trabalhosa, sendo recomendada para situações específicas, como avaliação para acionamento de seguro ou garantia, disputas contratuais e avaliações de due diligence.

Fluorescência Ultravioleta (UVF)

A técnica de Fluorescência Ultravioleta (UVF) é um método de caracterização rápida e não destrutiva para identificar efeitos de envelhecimento nos encapsulantes e detectar quebra de células. A técnica se baseia na fluorescência do material encapsulante do módulo fotovoltaico quando o mesmo é exposto ao tempo. Quando o módulo é então exposto a uma luz UV, é possível observar a olho nu a degradação do encapsulante, através da detecção das diferenças de fluorescência nas células. Infelizmente, essa técnica só se aplica a alguns tipos de módulos, já que o efeito depende dos materiais que compõem o BOM (Bill of Materials) do módulo.

E então, qual a melhor solução?

Para determinar a melhor técnica de detecção de falhas em sistemas FV, é essencial considerar o contexto e os recursos disponíveis. A tabela a seguir resume as vantagens e limitações de cada técnica discutida:

A melhor técnica de detecção de falhas dependerá do objetivo específico da inspeção, do tamanho da usina solar e dos recursos disponíveis. Para inspeções rápidas e de baixo custo, a inspeção visual pode ser a melhor escolha, especialmente para uma triagem inicial. Em situações em que é necessário um diagnóstico mais detalhado, a medição da curva I-V ou a termografia infravermelha podem ser mais adequadas. Para a detecção de defeitos mais complexos e internos, as técnicas de EL, PL e UVF são as mais eficazes, embora exijam investimento em equipamentos e conhecimento técnico especializado.

Não há uma única técnica que seja a melhor para todas as situações. A escolha ideal deve considerar uma abordagem integrada, combinando diferentes métodos para obter uma análise completa e precisa do estado dos sistemas fotovoltaicos. Dessa forma, é possível garantir o desempenho e a durabilidade das instalações solares, contribuindo para a sustentabilidade e a viabilidade econômica da energia solar.

Autores:

Aline Kirsten Vidal de Oliveira & Ricardo Rüther

Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica da Universidade Federal de Santa Catarina Fotovoltaica/UFSC www.fotovoltaica.ufsc.br