INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A POTÊNCIA DE SAÍDA DE UM PAINEL DE SILÍCIO POLICRISTALINO NA REGIÃO OESTE PARANAENSE

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1 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 Eng a 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 o C 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 o C maior, portanto, que a ambiente (CEPEL/CRESESB, 1999).

2 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 40 o C (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 latitude Sul, 54º 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.

3 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.

4 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 65 o C. 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.

5 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 o C para 40 o C 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 (25 o C) Potência (40 o C) Perda (%) 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 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, PALZ, P. C., Energia solar e fontes alternativas. Hemus: São Paulo/SP