Quanto a sombra realmente custa para voce? Os numeros reais

A sombra nao funciona do jeito que voce esperaria

A maioria das pessoas supoe que, se uma sombra cobre um decimo de um painel solar, voce perde um decimo da potencia. Isso esta errado, e a diferenca entre a intuicao e a realidade e o mal-entendido mais caro da energia solar em telhados.

Pesquisadores do Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) dizem isso sem rodeios. Em casos extremos, ate 5 por cento de sombreamento da superficie do modulo pode levar a uma perda total da producao desse modulo. Uma sombra do tamanho da borda de uma chamine, ou um unico galho desfolhado, pode levar um painel da potencia maxima a quase nada.

Para entender por que, voce precisa olhar como um painel e ligado por dentro.

Por que uma celula sombreada arrasta toda a string para baixo

Um modulo solar padrao e construido com 60 ou mais celulas individuais ligadas em serie, como uma fila unica de pessoas passando baldes. A corrente que flui pelo modulo e limitada pela celula mais fraca da cadeia. Como o PVEducation explica, porque as celulas estao em serie, a corrente precisa ser a mesma em cada celula, entao sombrear uma celula puxa a corrente de toda a string para o nivel dessa celula sombreada.

Sombreie completamente uma celula e voce nao perde a potencia de uma celula. Voce estrangula a corrente de todas elas. As celulas saudaveis continuam iluminadas, mas nao conseguem empurrar a corrente alem do gargalo.

E fica pior. A celula sombreada agora tem toda a tensao das outras celulas empurrada ao contrario sobre ela. Em vez de gerar potencia, ela dissipa potencia como calor. Isso e um ponto quente, e o Fraunhofer CSP observa que o sombreamento desfavoravel pode superaquecer uma area de um modulo, envelhecendo os polimeros de encapsulamento e encurtando a vida do painel. Entao uma pequena sombra e um problema de desempenho e tambem de confiabilidade.

Quanto uma unica arvore realmente custa por ano

A fisica do modulo explica os picos. A geracao anual depende de quao frequentemente, e por quanto tempo, essa fisica e acionada ao longo do ano.

Analises do setor sobre sistemas residenciais geralmente situam as perdas por sombreamento, em um conjunto de instalacoes, entre 5 e 25 por cento da producao anual, com telhados individuais variando muito mais. Uma unica arvore madura ou um predio vizinho do lado errado e comumente citado como custando 20 a 40 por cento da geracao anual, e uma obstrucao mal posicionada diretamente ao sul pode ser pior.

A direcao importa mais do que o tamanho da arvore. No hemisferio norte o sol passa todo o dia produtivo no ceu do sul. Um objeto ao sul dos seus paineis bloqueia as horas mais fortes do meio-dia. Um objeto ao norte e em grande parte irrelevante. Obstrucoes a leste e oeste cortam as bordas da manha e da noite, o que custa menos, mas nao e nada.

A conclusao honesta: se uma grande arvore perene fica ao sul e voce nao pode remove-la, a energia solar nesse telhado pode simplesmente ser um mau investimento, e nenhuma quantidade de eletronica inteligente resolve isso por completo.

Sombra dura e sombra suave nao sao a mesma coisa

Nem toda sombra se comporta igual, e a distincao muda quanto cada uma custa.

A sombra suave e difusa. Pense em um painel sob a copa fina e em movimento de uma arvore distante, ou no escurecimento geral no inicio da manha. A luz ainda chega as celulas, apenas menos, e a perda e mais proxima da proporcional.

A sombra dura e uma sombra nitida e opaca com uma borda definida: uma chamine, um cano de respiro, uma antena parabolica, uma linha eletrica, um muro de platibanda. E o tipo que dispara o colapso da celula mais fraca e o ponto quente. Como descreve a Clean Energy Reviews, a sombra dura tende a ser pequena e fixa e muitas vezes cai no meio do dia, quando a irradiancia esta no pico, que e exatamente quando mais prejudica.

Um habito util ao planejar um layout: procure primeiro as fontes de sombra dura. Um cano de respiro de 10 centimetros no lugar errado pode custar mais do que uma arvore embacada a cinquenta metros de distancia.

O que diodos de bypass, otimizadores e microinversores realmente fazem

A primeira defesa do setor e o diodo de bypass, e quase todo painel moderno os tem embutidos. A maioria dos paineis divide suas celulas em tres grupos, cada um com um diodo de bypass. Quando um grupo e sombreado o suficiente para que sua tensao se inverta alem de cerca de 0,7 volts, o diodo liga e deixa a corrente desviar daquele grupo. O terco sombreado e sacrificado, mas os outros dois tercos continuam funcionando, e o perigoso ponto quente e aliviado.

Diodos de bypass limitam o dano. Eles nao o recuperam. Na melhor das hipoteses, um diodo zera a contribuicao da secao sombreada em vez de arrastar todo o painel, e a string, para baixo. E por isso que o projeto SegmentPV do Fraunhofer esta redesenhando o layout do modulo e o posicionamento dos diodos para reduzir ainda mais as perdas e o risco de ponto quente.

A alavanca maior e a eletronica de potencia em nivel de modulo (MLPE): otimizadores CC (por exemplo SolarEdge) e microinversores (por exemplo Enphase). Um inversor de string comum gerencia todos os paineis como uma unica cadeia, entao o pior painel dita o ritmo de todos. A MLPE gerencia cada painel individualmente. Um painel sombreado ainda perde sua propria producao, mas nao estrangula mais os vizinhos saudaveis. Em sistemas parcialmente sombreados, isso comumente recupera uma parcela significativa, frequentemente citada em torno de 20 a 30 por cento, da energia que um inversor de string teria perdido.

A ordem de prioridade e clara. Primeiro, evite a sombra escolhendo o local e o layout. Segundo, se alguma sombra for inevitavel, use otimizadores ou microinversores para que ela fique contida em um painel. Nenhuma eletronica transforma um telhado sombreado em um sem sombra.

O inverno e quando a sombra morde mais forte

Uma sombra que passa por cima dos seus paineis em julho pode engoli-los em dezembro, porque o sol fica muito mais baixo no ceu.

Em Berlim (latitude de cerca de 52,5 graus norte) o sol do meio-dia atinge cerca de 61 graus acima do horizonte no solsticio de junho, mas apenas cerca de 14 graus no solsticio de dezembro. A 14 graus, cada arvore, cerca e telhado vizinho projeta uma sombra varias vezes mais longa do que no verao. Objetos que nunca tocaram seu conjunto em junho agora ficam diretamente sobre ele na exata epoca do ano em que voce mais precisa da geracao.

Por isso tambem uma unica medicao por satelite ou um olhar rapido no verao e enganoso. O que voce precisa e o perfil completo das obstrucoes ao redor de voce, e quao alto cada uma se eleva no ceu.

O numero que realmente preve suas perdas

O conceito que liga tudo isso e o horizonte de sombra. E o contorno, medido em graus de altitude em cada direcao da bussola, de tudo o que bloqueia sua visao do ceu aberto: a cumeeira da casa ao lado, o topo do carvalho a sudoeste, a linha distante de arvores.

Ferramentas de mapa e satelite como o Google Project Sunroof, os cadastros regionais Solarkataster e o SunCalc sao uteis, mas compartilham um ponto cego estrutural. Elas modelam o telhado e o terreno amplo, e rotineiramente deixam de ver as obstrucoes reais sobre ou perto do seu local, especialmente arvores, guarda-corpos de varanda e paredes adjacentes. E exatamente dai que vem as perdas desproporcionais.

A unica solucao confiavel e medir o horizonte de sombra a partir do local exato onde os paineis ficarao. E isso que o SunMeasure faz: voce fica em pe no telhado, na varanda ou no canto do quintal, varre o ceu com o celular, e ele registra a altitude de cada obstrucao, depois a combina com dados de irradiacao da localizacao de fontes como o PVGIS da UE para estimar quanto sol o local realmente recebe ao longo do ano. Quer voce use um aplicativo ou um diagrama manual de trajeto solar, meca a partir do local. O custo de errar o palpite nao e de alguns por cento. Como a fisica acima mostra, pode ser a maior parte de um painel.