Quais fatores afetam a potência máxima de saída dos módulos fotovoltaicos?

Os módulos fotovoltaicos são a parte central dos sistemas de geração de energia fotovoltaica. Sua função é converter a energia solar em energia elétrica e enviá-la para baterias para armazenamento ou para alimentar cargas. Para os módulos fotovoltaicos, a potência de saída é muito importante. Então, quais fatores afetam a potência máxima de saída dos módulos fotovoltaicos?

1. Características de temperatura dos módulos fotovoltaicos
Os módulos fotovoltaicos geralmente apresentam três coeficientes de temperatura: tensão de circuito aberto, corrente de curto-circuito e potência de pico. Quando a temperatura aumenta, a potência de saída dos módulos fotovoltaicos diminui. O coeficiente de temperatura de pico dos módulos fotovoltaicos de silício cristalino mais comuns no mercado é de aproximadamente -0,38 a 0,44%/°C. Ou seja, para cada aumento de um grau na temperatura, a geração de energia dos módulos fotovoltaicos diminui em cerca de 0,38%. O coeficiente de temperatura das células solares de película fina é muito melhor. Por exemplo, o coeficiente de temperatura do seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) é de apenas -0,1 a 0,3%, e o do telureto de cádmio (CdTe) é de cerca de -0,25%, ambos melhores do que os das células de silício cristalino.

2. Envelhecimento e atenuação
Na aplicação a longo prazo de módulos fotovoltaicos, ocorrerá uma lenta atenuação da potência. O valor máximo de atenuação no primeiro ano é de cerca de 3%, e a taxa de atenuação anual nos próximos 24 anos é de cerca de 0,7%. Com base nesse cálculo, a potência real dos módulos fotovoltaicos após 25 anos ainda poderá atingir cerca de 80% da potência inicial.
Existem dois tipos principais de atenuação do envelhecimento:
1) A atenuação causada pelo envelhecimento da própria bateria é afetada principalmente pelo tipo de bateria e pelo processo de fabricação da bateria.
2) A atenuação causada pelo envelhecimento dos materiais de embalagem é afetada principalmente pelo processo de produção dos componentes, pelos materiais de embalagem e pelo ambiente em que são utilizados. A radiação ultravioleta é uma causa importante da degradação do desempenho dos materiais principais. A exposição prolongada aos raios ultravioleta faz com que o EVA e a folha traseira (estrutura TPE) envelheçam e amarelem, resultando em uma diminuição da transmitância dos componentes e, consequentemente, em uma diminuição da potência. Além disso, rachaduras, pontos quentes, desgaste por vento e areia, etc., são fatores comuns que aceleram a degradação da potência dos componentes.
Isso exige que os fabricantes de componentes controlem rigorosamente a seleção de EVA e backplanes para reduzir a atenuação de potência dos componentes causada pelo envelhecimento dos materiais auxiliares.

3. Atenuação inicial dos componentes induzida pela luz
A degradação inicial induzida pela luz em módulos fotovoltaicos significa que a potência de saída desses módulos cai significativamente nos primeiros dias de uso, estabilizando-se posteriormente. Diferentes tipos de baterias apresentam diferentes graus de atenuação induzida pela luz.
Em wafers de silício cristalino do tipo P (dopado com boro) (monocristalino/policristalino), a iluminação ou a injeção de corrente causa a formação de complexos de boro-oxigênio nos wafers de silício, o que reduz a vida útil dos portadores minoritários, fazendo com que alguns portadores fotogerados se recombinem, reduzindo a eficiência da célula e causando atenuação induzida pela luz.
Por outro lado, a eficiência de conversão fotoelétrica das células solares de silício amorfo cairá significativamente durante o primeiro semestre de uso, estabilizando-se eventualmente em cerca de 70% a 85% da eficiência de conversão inicial.
Para células solares HIT e CIGS, praticamente não há atenuação induzida pela luz.

4. Proteção contra poeira e chuva
Uma usina de energia é um sistema composto por vários painéis de baterias conectados em série e em paralelo. O que aprendemos na física do ensino fundamental é que, em um circuito em série, se um ponto for interrompido, todo o circuito será interrompido. Se um dos circuitos em paralelo for desconectado, os outros circuitos permanecem conectados. O princípio dos componentes de bateria é o mesmo. Em uma série de painéis fotovoltaicos, um painel fica bloqueado e o caminho da corrente é restringido. Não importa quanta eletricidade os outros painéis da série gerem, eles não conseguirão fornecer toda a energia necessária.
Usando a teoria do barril como explicação, a quantidade de água que um barril pode conter é determinada pela tábua mais curta. As outras tábuas são inúteis, independentemente do seu comprimento. O painel bloqueado é a tábua mais curta do barril, que determina a geração de energia de toda a série de painéis.

5. Incompatibilidade na ligação em série dos componentes
A incompatibilidade na ligação em série de módulos fotovoltaicos pode ser explicada de forma vívida pelo efeito barril. A capacidade de água de um barril de madeira é limitada pela tábua de madeira mais curta; a corrente de saída do módulo fotovoltaico é limitada pela menor corrente entre os módulos conectados em série. Na realidade, haverá uma certa discrepância de potência entre os componentes, portanto, a incompatibilidade entre eles causará uma certa perda de energia.
Os cinco pontos acima são os principais fatores que afetam a potência máxima de saída dos módulos de células fotovoltaicas e causam perdas de energia a longo prazo. Portanto, a operação e a manutenção posteriores das usinas fotovoltaicas são muito importantes, pois podem reduzir efetivamente a perda de benefícios causada por falhas.