Pesquisadores da Universidade de Ibaraki, no Japão, e da Universidade da Prefeitura de Shiga desenvolveram um novo dispositivo de diagnóstico de deterioração para módulos fotovoltaicos que pode inspecionar uma série de células e detectar a deterioração em cada módulo individual sem desconectar a fiação elétrica.
“A detecção de deterioração de módulos fotovoltaicos individuais pode minimizar o número de painéis que requerem substituição e torna economicamente benéfica a operação de longo prazo de usinas comerciais de geração de energia fotovoltaica”, disseram os acadêmicos. “Além disso, também contribui para a redução de resíduos de módulos fotovoltaicos e uso eficaz de recursos.”
A nova solução usa um sistema de iluminação de flash de xenônio para fornecer irradiação de luz de flash em um módulo alvo, que é conectado a um capacitor detector. O valor da tensão de carga medida do capacitor do detector é usado como a tensão do índice de decisão para a presença de deterioração.
“Quando apenas dois ou três módulos fotovoltaicos são conectados em série em uma cadeia de células solares, a tensão do índice de decisão é suficientemente alta e quase a mesma que no caso de um único módulo fotovoltaico separado”, explicou a equipe. “No entanto, infelizmente, foi revelado que a tensão do índice de decisão diminui em geral à medida que o número de módulos fotovoltaicos conectados em série aumenta. Essa redução de tensão dificulta o diagnóstico preciso da deterioração de módulos fotovoltaicos individuais, pois faz com que a diferença entre as tensões do índice de decisão nos casos de módulos fotovoltaicos não deteriorados e deteriorados seja pequena.”
Para resolver esse problema, os acadêmicos adicionaram ao dispositivo uma rede exclusiva de diodos auxiliares. Esta rede é composta por muitos diodos e permite o isolamento de um único dispositivo sem desconectá-lo, garantindo que a corrente medida seja proveniente apenas do módulo relevante. “Essa conexão pode ser facilmente concluída na caixa de junção da cadeia de células solares, preparando a fiação elétrica preliminar do terminal de saída de cada módulo fotovoltaico na cadeia de células solares para a caixa de junção”, destacaram.
Antes de construir uma configuração experimental do sistema, a equipe o simulou numericamente usando o software PSIM. “Ficou claro a partir dos cálculos de simulação com a rede de diodos auxiliares inserida que as tensões de alto índice de decisão são geralmente obtidas e as tensões para diferentes condições de deterioração podem ser claramente distinguidas umas das outras”, explicou ainda. “Em contraste, as tensões do índice de decisão obtidas para o modelo de simulação sem a rede de diodos auxiliares inserida caem em comparação geral.”
Após os resultados positivos da simulação, o cientista criou um protótipo de configuração experimental. Incluía oito módulos fotovoltaicos com uma potência nominal de saída de 30 W conectados em uma string e um resistor cerâmico ajustado para 0,5 Ω conectado a um deles para simular a degradação de 5%. Além disso, a configuração compreendia um capacitor detector, um interruptor síncrono do período de iluminação, um interruptor de reinicialização, um resistor de reinicialização e uma rede de diodos auxiliares.
“Os testes de detecção foram realizados para o caso em que um módulo fotovoltaico degradado a 5% foi misturado aos outros módulos fotovoltaicos não deteriorados”, disseram os cientistas. “Foi revelado que a tensão do índice de decisão obtida diminui apenas quando o módulo fotovoltaico degradado de 5% é inspecionado selecionando-o como alvo de diagnóstico, e o módulo fotovoltaico degradado de 5% pode ser claramente distinguido dos outros módulos fotovoltaicos não deteriorados pela diferença significativa de tensão em comparação com o normal. ”
O novo dispositivo foi apresentado em ““Novel deterioration diagnosis device for individual photovoltaic modules usable without disconnecting electric wiring in solar cell string“, publicado na Renewable Energy.
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