Artigo exclusivo para a revista O Instalador, publicado na edição n. 296 - abril 2021 da nossa revista. A segunda parte será publicada na edição de maio

A Cátedra Energias Renováveis da Universidade de Évora (CER-UÉ) participa, desde há três anos, no projeto GRECO (GA n.78729), do programa Horizonte 2020 da União Europeia, em conjunto com 10 instituições de investigação de outros países (https://www.greco-project.eu/). O principal objetivo deste projeto é demonstrar que os conceitos de ciência aberta podem ser aplicados no campo da investigação em energia fotovoltaica, permitindo o desenvolvimento de produtos e soluções tecnológicas inovadoras que, para além de proporem melhorias técnicas, são socialmente responsáveis.

A investigação sobre o envelhecimento de instalações fotovoltaicas é um exemplo de resultados da participação cidadã em projetos de investigação. Neste estudo, os investigadores da CER-UÉ solicitaram a colaboração dos cidadãos para acederem a instalações com mais de 10 anos de funcionamento, para perceber como envelheceram e aumentar o conhecimento sobre este tipo de tecnologia.

Pretendeu-se descobrir a taxa real de degradação, após muitos anos de funcionamento, e quais os defeitos mais comuns que surgem nos módulos, que ameaçam a produtividade da instalação, aceleram o envelhecimento e/ou reduzem a sua vida útil. E, entre eles, detetar quais são suscetíveis de reparação em campo, permitindo melhorar o desempenho da instalação e prolongar o tempo de vida. As informações que estas instalações antigas podem fornecer são muito valiosas, pois hoje, devido ao crescimento exponencial, apenas 3% da potência mundial instalada tem mais de 10 anos.

Em relação à taxa de degradação, a equipa do GRECO selecionou 25 instalações entre mais de 100 participantes, atendendo a dois critérios fundamentais para este estudo: idade suficiente e, sobretudo, existência de dados para monitorizar o funcionamento ou alguma caracterização da potência em vários momentos ao longo da vida (pelo menos nos primeiros e últimos anos). No total, foi realizada a análise a um parque com mais de 110 MW fotovoltaicos distribuídos pela Europa, incluindo-se instalações com mais de 30 anos.

O resultado desta análise revela que as taxas de degradação destas instalações variam entre -0,1%/ano e -0,75%/ano (módulos de 10 fabricantes diferentes). Em geral, todos os módulos sem defeitos relevantes cumprem a garantia do fabricante de que os produtos não se degradariam em mais do que 20% da potência inicial nos primeiros 25 anos de operação (taxa de -0,8%/ano). A degradação média obtida para todo o conjunto é de -0,3%/ano, valor que melhora para -0,25%/ano se forem consideradas apenas as instalações em que não se detetou qualquer defeito nos módulos (principalmente pontos quentes nas células, pontos quentes em soldaduras, células rachadas e delaminações). Nas situações mais comuns, sem ocorrência de problemas graves, a degradação dos módulos é inferior ao que é declarado pelos fabricantes nos seus catálogos.

Na Figura 1, pode observar-se o resultado de uma das instalações analisadas: localizada em Madrid, tem uma potência inicial de 5,8 kWp, está livre de defeitos e apresenta uma degradação anual de apenas -0,2%.

Isto presume que as previsões de produção de energia feitas antes da construção das instalações eram em geral pessimistas. Por isso, o consórcio GRECO apresentou 3 cenários possíveis de envelhecimento (Figura 2) dos módulos fotovoltaicos, com base nos resultados obtidos:

• Um primeiro cenário “conservador” baseado na garantia do fabricante: -0,8%/ano. É um cenário pessimista, que assume que os módulos vão degradar-se anualmente de acordo com o teto estabelecido pelo fabricante, devendo aplicar-se a garantia, se ultrapassado.
• Um segundo cenário “ajustado”, ou de risco, considera que os módulos se comportarão da melhor forma e sem se degradar mais do que o mínimo possível: -0,25%/ano. É um cenário otimista, que parte do pressuposto de que os módulos não desenvolverão problemas que possam aumentar este valor.
• Um terceiro cenário “razoável” contempla uma degradação anual intermédia entre os outros dois, com uma taxa de -0,45%/ano. Considera que os módulos vão ter um desempenho muito melhor do que o declarado pelo fabricante, mas acomoda uma pequena margem para possíveis degradações suplementares, que podem ser adicionadas ao mínimo observado no estudo.

Estes resultados refletem-se de forma positiva na análise financeira de uma instalação fotovoltaica. O projeto GRECO estudou o impacto económico resultante da aplicação de taxas de degradação mais próximas da realidade a partir da análise do parque fotovoltaico da região da Andaluzia, com mais de 8.000 instalações cadastradas e com uma potência instalada de cerca de 1,5 GW. Valor semelhante à potência fotovoltaica instalada atualmente em Portugal.

Os estudos de produtividade em sistemas estáticos e com seguimento solar em cidades próximas a Sevilha, Córdova e Almeria, revelam que o VAL de uma instalação média, de 150 kW, com módulos de silício cristalino, pode chegar a ser até 8% superior, se se verificar um cenário de envelhecimento “razoável” em vez do típico cenário “conservador”. Este valor pode ser elevado para 12% se se utilizar um cenário “ajustado”, que considere que os módulos sofrerão a menor degradação possível. Números que demonstram que as previsões de produtividade eram pessimistas, tendo assumido uma degradação anual quase 3 vezes superior ao que realmente registaram.

Na atualidade, os índices de degradação garantidos pelos fabricantes nos seus catálogos são de -0,55%/ano durante os primeiros 25 anos. De acordo com os resultados obtidos, estes valores estão mais próximos da realidade dos módulos construídos entre 15 e 20 anos atrás e não parece exagero pensar que as degradações reais dos módulos atuais continuem a ser inferiores às declaradas, pelo que os cenários propostos parecem bastante razoáveis.

O motivo para os fabricantes declararem taxas de degradação muito piores do que as observadas na realidade deverá estar relacionado com a definição dos ensaios de qualificação de módulos em laboratório, que procuram estimar a extensão dessas perdas (em ciclos de calor-frio-humidade). É provável que os testes de degradação utilizados sejam equivalentes a períodos de exposição a condições climáticas exteriores para além dos 25 anos propostos, que permitem que os fabricantes incluam essas garantias, sabendo que, em geral, os seus produtos se degradarão menos.

Nota: a II parte deste artigo será publicada na próxima edição.

Agradecimentos

A equipa do GRECO agradece a todas as pessoas que participaram desinteressadamente neste projeto, disponibilizando de forma anónima os dados de funcionamento das suas instalações fotovoltaicas e módulos com defeitos.

Este trabalho foi financiado pelo programa de investigação e inovação Horizonte 2020 da União Europeia, através do projeto Fostering a Next Generation of European Photovoltaic Society (GRECO), sob o contrato nº 787289. Este trabalho foi também apoiado pelo projeto MADRID-PV2 (P2018/EMT-4308), financiado pela Comunidade de Madrid, com apoio do FEDER.