Perdas por sujeira e sombreamento: como o monitoramento mostra
Sujeira derruba a geração devagar e em todas as strings; sombra e falha derrubam em degrau, em algumas. Como a comparação entre strings e a curva esperada por irradiância separam uma coisa da outra, e a conta simples que diz quando vale lavar a usina.
Uma usina solar perde geração por dois caminhos que parecem iguais no total do mês e são diferentes na causa: a sujeira, que se acumula devagar sobre todos os módulos, e o sombreamento ou a falha, que atingem alguns módulos de repente. O tratamento é diferente, e a única forma de saber qual é qual sem subir no telhado é olhar o dado do jeito certo.
Este artigo mostra os três gráficos que fazem essa separação e termina com a conta que diz se a lavagem se paga.
Ponto de partida: o que a usina deveria gerar
Tudo começa com a irradiância medida no plano dos módulos. Com ela, a potência esperada de cada string em cada instante é aproximadamente:
P_esperada = P_nominal × (G / 1.000) × [1 + coef × (T_módulo − 25)]
Onde P_nominal é a potência da string em condições padrão, G é a irradiância em W/m², T_módulo é a temperatura do módulo em °C e coef é o coeficiente de temperatura da folha de dados, um número negativo em torno de −0,003 a −0,004 por °C. Descontam-se ainda as perdas fixas de cabo e inversor, que se calibram uma vez com a usina limpa.
A diferença entre o esperado e o medido é a perda. O que interessa é como essa perda se comporta ao longo dos dias e entre as strings.
Gráfico 1: comparação entre strings
Todas as strings de uma mesma orientação recebem o mesmo sol. Se a corrente de uma está 8% abaixo da média das irmãs, o problema é dela: módulo trincado, diodo de bypass aberto, conector oxidado, sombra de um poste, fezes de pássaro concentradas.
Se todas estão abaixo do esperado na mesma proporção, o problema é comum: sujeira uniforme, piranômetro sujo (sim, ele também suja), ou o esperado está errado.
A plataforma calcula, para cada string, a razão entre a corrente dela e a mediana do grupo, dia a dia. Uma linha que se afasta das outras é um alerta.
Gráfico 2: perda ao longo do tempo
A sujeira tem assinatura própria: a perda cresce um pouco por dia, na estação seca, e cai de repente na primeira chuva forte. No gráfico do performance ratio ao longo de semanas, é uma rampa descendente seguida de um degrau para cima quando chove ou quando se lava.
A sombra tem outra: aparece na mesma hora todo dia, em strings específicas, e o horário muda devagar ao longo do ano com a posição do sol. Uma árvore que cresceu ou uma estrutura nova aparecem assim.
A falha é um degrau para baixo que não volta: uma string que caiu 100% é fusível ou conector; uma que caiu um terço numa string de três módulos em paralelo por entrada é um módulo fora.
Gráfico 3: curva potência por irradiância
Plotando a potência da string contra a irradiância do mesmo instante, a usina limpa desenha uma reta. Sujeira uniforme inclina a reta para baixo (menos potência para o mesmo sol, em toda a faixa). Sombra parcial dobra a reta: normal em irradiância baixa, achatada no meio do dia, quando a sombra alcança os módulos. Limite de potência do inversor achata a curva só no topo.
Três gráficos, três respostas, sem ninguém sair do escritório.
A conta da lavagem
Lavar custa, e a decisão deve ser feita com a própria geração da usina. Os dados necessários:
- E_esperada: energia que a usina geraria limpa no período, pela fórmula acima, em kWh/dia
- p: perda por sujeira medida pelo monitoramento, em fração (0,05 para 5%)
- tarifa: valor de cada kWh para você, em R$/kWh (o que deixa de ser compensado ou o que a usina vende)
- C_lavagem: custo de uma lavagem completa, em R$
A perda diária em dinheiro é:
Perda_dia = E_esperada × p × tarifa
E a lavagem se paga em:
Dias = C_lavagem / Perda_dia
Exemplo com valores hipotéticos, para mostrar a forma da conta: usina de 1.000 kWp gerando 4.800 kWh/dia limpa, sujeira de 5%, tarifa de R$ 0,60/kWh. Perda_dia = 4.800 × 0,05 × 0,60 = R$ 144 por dia. Se a lavagem custa R$ 6.000, ela se paga em 42 dias. Se a estação seca ainda tem 90 dias pela frente e a sujeira só vai crescer, lava. Se a chuva chega em duas semanas, espera.
Substitua pelos seus números. O monitoramento fornece E_esperada e p; a tarifa e o custo da lavagem são seus.
O que o monitoramento precisa ter para isso funcionar
- Irradiância no plano dos módulos, com o sensor limpo (inclua a limpeza dele na rotina, ou o esperado cai junto com a usina).
- Corrente por string ou, no mínimo, por entrada do inversor.
- Temperatura de módulo, para o esperado não confundir calor com sujeira.
- Histórico longo o bastante para ver a rampa e o degrau. Três meses já mostram; um ano mostra a sazonalidade.
- Alertas por desvio entre strings e por queda do performance ratio abaixo da meta.
O que fazer agora
- Calibre o esperado com a usina limpa: uma semana de dado depois de uma lavagem ou de uma chuva forte.
- Ative a comparação entre strings e defina o desvio que vira alerta (5% é um começo razoável, ajustado pelo que a usina mostra).
- Registre cada lavagem na plataforma. O degrau no gráfico é a prova de quanto ela rendeu, e é o dado que calibra a próxima decisão.
Se quiser discutir um projeto, fale com um engenheiro nosso.
Fontes: IEC 61724-1, Photovoltaic system performance, Part 1: Monitoring (performance ratio e correção por temperatura); folhas de dados de módulos fotovoltaicos (coeficiente de temperatura de potência); SunSpec Inverter Models (SunSpec Alliance), para os registradores de corrente por entrada.
Conte o que a sua usina precisa reportar. A gente integra o resto.
Leitura do inversor, irradiância, alarmes e relatório, do gateway à plataforma. Um engenheiro nosso responde com o caminho e uma estimativa.