D ESENVOLUPAMENT DE LA PROPOSTA

A figura 4.7 mostra a utilização de módulos em série nas condições normais de temperatura e irradiação apresentado na literatura, enquanto a figura 4.8 apresenta o resultado da análise computacional.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva Figura 4.8: Combinação em série de módulos, pela simulação. Fonte: Autor.

Com o arranjo em série, a mesma corrente passa por todos os módulos, e a tensão total é a soma da tensão de cada módulo; já a corrente se mantém a mesma apresentada pelo fabricante, 9,07 Ampères.

A conexão em série de um sistema fotovoltaico pode acarretar um problema, caso um dos componentes esteja parcial ou completamente defeituoso, sombreado ou mal conectado. Como a corrente é a mesma para todo o sistema, o componente em que há as condição mencionadas funciona como um circuito aberto, no caso da condição completa; ou limitando a corrente entregue aos outros componentes, no caso da condição parcial. Por não haver corrente passando pelo componente, ou a limitação desta, todo arranjo em série apresenta rendimento nulo ou baixo.

Para evitar este tipo de problema são inseridos diodos de by-pass em antiparalelo em cada módulo, entregando corrente aos componentes restantes mesmo que um apresente problema.

Por comparação, pode se ver que o princípio apresentado na literatura é mantido novamente, apenas aumentado para a utilização de módulos, não de células, onde são mantidas as características de funcionamento.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva C) O SOMBREAMENTO PARCIAL DE UM SISTEMA SERIAL

Na figura 4.9 é apresentado o sistema com a combinação de três células em série que será simulado, onde uma apresenta sombreamento de 80% (20% de irradiação). A figura 4.10 mostra o comportamento do sistema pela curva de corrente por tensão encontrado na doutrina, enquanto que a figura 4.11 mostra o resultado obtido com a análise computacional. Para facilitar a comparação, são inseridas as curvas de um módulo, dois módulos em série e três módulos em série com 100% de irradiação, com suas potências em linhas tracejadas.

Figura 4.9: Sistema série sem diodos de by-pass. Fonte: Autor.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva Figura 4.11: Combinação em série de módulos com sombreamento, pela simulação. Fonte: Autor.

Em comparação com o dado oferecido pela literatura, há de se ver a semelhança de comportamento entre a linha vermelha, da simulação computacional, e a linha roxa, da doutrina. Vê-se que a propriedade observada na célula se mantém mesmo com a utilização de módulos.

Sem a utilização do diodo de by-pass, a corrente no sistema fica limitada à corrente da menor geração. A corrente de curto-circuito é a mesma que a vista na figura 4.2 quando há 20% de irradiação em um módulo, mas, com a tensão somada, a potência gerada máxima é de três vezes aquele valor. A corrente produzida nos dois módulos que recebem 100% de irradiação flui para seu próprio diodo interno e o diodo da terceira célula é polarizado de forma inversa pela tensão das outras, e surge dissipação de energia no módulo.

Essa dissipação é chamada de Hot Spot (do inglês, pontos quentes), um efeito intolerável que quebra as junções p-n e danifica as células, provocando o derretimento das soldas e rachaduras nos vidros. O mesmo efeito pode ser observado no caso de sistemas que utilizam células (ou módulos) de diferentes modelos, ou sistemas com células danificadas.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva D) SOMBREAMENTO PARCIAL DE UM SISTEMA COM BY-PASS

A figura 4.12 mostra a utilização do diodo de by-pass no mesmo circuito que será simulado com os mesmos parâmetros, a figura 4.13, a resposta para esta configuração vista na doutrina e, finalmente na figura 4.14, a resposta da análise computacional.

Figura 4.12: Sistema série com diodos de by-pass. Fonte: Autor.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva Figura 4.14: Combinação série de módulos com sombreamento e by-pass, pela simulação. Fonte: Autor.

A semelhança entre a simulação e a literatura agora pode ser vista analisando as curvas roxa, da doutrina, e vermelha, da análise. O princípio de funcionamento pode ser bem observado, comprovando com sucesso o modelo computacional para a utilização de combinação de sistemas fotovoltaicos.

Nota-se, agora, uma potência bem maior que a apresentada sem o diodo de by-pass. Como as duas células geradoras não têm mais limitações de corrente devido ao sombreamento de outra célula, são aproveitadas 100% de sua geração, ficando a célula sombreada com uma potência de 20%.

Com o diodo de by-pass, os problemas de células diferentes e hot-spots são evitados. A dificuldade na utilização em todas as células está no seu custo elevado. A utilização em módulos sempre é feita, enquanto para as células individuais é providenciado um diodo para cada 10 ou 15 células [68].

Finalmente, nota-se que a utilização de diodos de by-pass não causam perdas quando não há corrente fluindo por eles, ou seja, em operação normal. Além de proteger o módulo, há a permissão de passagem de corrente através do sistema quando há sombreamento, mesmo com tensões e potências baixas.

Dissertação de Mestrado Leonardo Rosenthal Caetano Silva 4.2.3 CASOS COM FATORES INTERNOS

A utilização dos módulos depende, também, de fatores internos, chamados de resistências parasitas em série e em paralelo. A resistência em série é oriunda da resistividade das bolachas de silício, o contato metálico da superfície frontal e traseira, além da resistência provinda das ligações entre as células. A resistência paralela provém de correntes de fuga na junção p-n, devido a não idealidade de sua fabricação, além de impurezas perto das junções, o que causa curtos parciais nesses locais, principalmente próximos às bordas das células [68].