Identificação de séries de módulos fotovoltaicos com alta taxa de perda de performance

Abstract

As usinas solares fotovoltaicas normalmente sofrem de uma degradação significativa no desempenho ao longo do tempo devido a múltiplos fatores. Existem duas classes principais de degradação, seja ela gradual ou uma anomalia repentina no sistema PV. A degradação gradual, apesar de ser esperada, é raramente medida e detectada, porém pode ter impactos significativos quando acentuada. Isto motivou a realização do trabalho para desenvolver e implementar um protocolo estatístico que possa determinar módulos fotovoltaicos que estejam sofrendo de acentuada degradação. Como a determinação da degradação de cada módulo somente através de métodos quantitativos exige dados que raramente estão disponíveis em casos práticos, como a voltagem e corrente de cada módulo, este trabalho trata de determinar a taxa de perda de performance (PLR) de séries de módulos fotovoltaicos de forma confiável e fácil de ser replicada na prática o que, entre outros fatores, inclui a degradação gradual do sistema. Este trabalho define conceitos básicos de energia solar fotovoltaica, caracteriza o tipo dos dados a serem estudados, resume brevemente abordagens estatísticas já utilizadas e introduz um protocolo para calcular a taxa de perda de performance (PLR) de séries de módulos fotovoltaicos e assim identificar aqueles cuja taxa é maior. O protocolo definido é testado em uma usina solar fotovoltaica localizada no Reino Unido, cujo intervalo de dados disponíveis é de mais de quatro anos. Este trabalho conclui que o protocolo definido pode contribuir para a identificação rápida de séries fotovoltaicas alta taxa de perda de performance, gerando uma grande economia de custos se comparado a outros métodos tradicionais como a termografia, mas que o procedimento ainda possui espaço para aprimoramentos a fim de eliminar anomalias nos dados.

Solar PV plants typically suffer from significant degradation in performance over time due to multiple factors. There are two main classes of degradation, either gradual or a sudden anomaly in the PV system. Gradual degradation, while expected, is rarely measured and detected, however it can have significant impacts when severe. This motivated the work to develop and implement a statistical protocol that can determine PV modules that are suffering from severe degradation. Since determining the degradation of each module only through quantitative methods requires data that is rarely available in practical cases, such as the voltage and current of each module, this thesis determinates the performance loss rate (PLR) of strings of photovoltaic modules in a way that is reliable and easy to replicate in practical cases which, among other factors, includes the gradual degradation of the system. This paper defines basic concepts of solar photovoltaics, characterizes the type of data to be studied, briefly summarizes statistical approaches already used, and introduces a protocol to calculate the performance loss ratio (PLR) of series of photovoltaic modules and thus identify those whose rate is higher. The defined protocol is tested on a solar PV plant located in the UK, whose data range is available for more than four years. This work concludes that the defined protocol can contribute to the fast identification of PV arrays with high loss rate performance, generating large cost savings when compared to other traditional methods such as thermography, but that the procedure still has room for improvement to eliminate anomalies in the data.