Ondas de calor na Europa estão se tornando a norma. A forte incidência de luz solar não é o problema. O fator crítico é a temperatura. Os módulos solares são avaliados em condições padrão de teste: irradiância de 1.000 watts por metro quadrado e temperatura da célula de 25 graus Celsius. Em campo, as temperaturas das células em dias quentes são significativamente mais altas. Os módulos podem atingir temperaturas consideravelmente superiores à temperatura do ar ambiente.
Nas células solares cristalinas, a potência normalmente diminui à medida que a temperatura aumenta. Se a temperatura da célula não for de 25 graus Celsius, mas de 65 graus Celsius, isso corresponde a uma perda de potência de aproximadamente 16% em comparação com as condições padrão, considerando um coeficiente de temperatura de menos 0,4% por grau.
Para os operadores, essa distinção é crucial. Aqueles que analisam apenas os números brutos de geração estão deixando de considerar o quadro mais amplo. A questão mais importante é: o sistema fotovoltaico produziu conforme deveria sob as condições reais de irradiância e temperatura?
Temperaturas extremas raramente são a única causa de um problema. Muitas vezes, elas revelam fragilidades já existentes. Entre elas estão módulos sujos, sombreamento parcial, vegetação e áreas de células danificadas. Sob alta irradiância, os fluxos de corrente e os estresses térmicos aumentam. Pequenos desequilíbrios podem, portanto, tornar-se mais evidentes.
Um exemplo típico são os hotspots. Eles ocorrem quando determinadas áreas das células são submetidas a cargas maiores do que o restante do módulo. Sob forte irradiância, um efeito elétrico localizado pode se transformar em um problema térmico.
O armazenamento em baterias torna a questão sistêmica mais complexa
Com o armazenamento em baterias, a questão do calor se torna ainda mais relevante, pois ele altera a lógica operacional de todo o sistema. Um sistema de armazenamento pode absorver o excesso de energia solar, suavizar os picos de injeção, reduzir o curtailment, deslocar a eletricidade para horários de maior valor, prestar serviços à rede e estabilizar os perfis de carga. É precisamente por isso que o armazenamento está se tornando cada vez mais importante em mercados com elevada participação da energia fotovoltaica.
Mas os dispositivos de armazenamento de energia têm sua própria física: as baterias de íons de lítio envelhecem por meio do envelhecimento de calendário e do envelhecimento por ciclos. Temperatura, estado de carga, profundidade de descarga, taxa C, períodos de inatividade e estratégia operacional influenciam a velocidade com que a capacidade e o desempenho diminuem. Estudos mostram claramente que temperaturas elevadas, estados de carga elevados e ciclos profundos podem acelerar o envelhecimento.
O calor também afeta os sistemas de armazenamento em vários níveis. Os sistemas de refrigeração precisam trabalhar mais, o autoconsumo aumenta e as reservas térmicas diminuem. Os sistemas de baterias podem reduzir seu desempenho quando as temperaturas das células, racks ou contêineres atingem limites críticos. Ao mesmo tempo, períodos prolongados de alta temperatura e alto estado de carga podem acelerar o envelhecimento de calendário.
Isso é particularmente relevante em aplicações acopladas a sistemas fotovoltaicos, nas quais os sistemas de armazenamento são rapidamente carregados ao meio-dia e, em seguida, permanecem por horas com alto estado de carga e alta temperatura ambiente.
A segurança também é uma questão fundamental. Os sistemas modernos de baterias contam com sistemas de gerenciamento de baterias, sensores de temperatura, conceitos de proteção contra incêndio e lógica de desligamento. Ainda assim, a fuga térmica continua sendo um risco significativo. Estudos indicam que um defeito interno na célula, depois que ela deixa o processo de fabricação, não pode ser completamente descartado pela tecnologia operacional.
Por isso, é fundamental impedir a propagação, medir os gases liberados e projetar e operar os sistemas de maneira que uma única falha não se transforme em um evento sistêmico.
Fotovoltaica e armazenamento devem ser considerados em conjunto
Nos sistemas híbridos, dois efeitos convergem: o sistema fotovoltaico produz uma quantidade substancial de energia sob alta irradiância, mas perde parte de seu potencial de geração devido às elevadas temperaturas das células. O sistema de armazenamento deve absorver o excedente de energia, deslocar os picos de carga e estabilizar a rede elétrica, mas também fica sujeito a um estresse maior devido às altas temperaturas.
Isso cria objetivos conflitantes na operação. Um sistema de armazenamento pode ser totalmente carregado ao meio-dia, mesmo quando a temperatura ambiente está elevada. Ele pode permanecer com alto nível de carga por horas. Pode ser fortemente descarregado à noite, enquanto o resfriamento, a carga da rede e os sinais de preços estão todos em jogo. Cada uma dessas decisões pode ser economicamente justificável. Ou pode se tornar cara no longo prazo.
Portanto, o que importa não é um único modo de operação, mas a avaliação contínua dos casos de uso. Os ganhos potenciais provenientes de comercialização de energia, otimização do autoconsumo ou serviços à rede devem ser constantemente ponderados em relação às perdas de eficiência, ao estresse térmico e ao envelhecimento adicional. Os sistemas modernos de gerenciamento de energia realizam essa tarefa e reavaliam continuamente as condições técnicas, os sinais do mercado e da rede, derivando dessa análise a estratégia operacional adequada. Veja a que os operadores devem estar atentos:
1. A lógica térmica começa no projeto da usina
O sombreamento geralmente é prejudicial aos painéis solares porque reduz a geração, agrava os efeitos de incompatibilidade e pode favorecer a formação de hotspots. No entanto, o sombreamento direcionado pode ser benéfico para os sistemas de armazenamento em baterias, pois reduz o estresse térmico e alivia a carga sobre o sistema de refrigeração.
Isso parece trivial, mas, na prática, rapidamente se transforma em um verdadeiro conflito de objetivos. O que proporciona a máxima geração para a área fotovoltaica não é automaticamente a melhor solução para contêineres de armazenamento, inversores, subestações ou quadros elétricos.
Por isso, o projeto de um sistema também deve considerar como ele se comporta em dias quentes. Onde ocorre o acúmulo de calor? Quais componentes ficam permanentemente expostos à luz solar direta? Quão bem os sistemas de armazenamento, inversores e a infraestrutura elétrica são ventilados ou protegidos do sol? Qual é a facilidade de acesso aos componentes críticos para manutenção, inspeção e acesso do corpo de bombeiros?
2. Teste a capacidade de controle sob condições de estresse
Para sistemas fotovoltaicos com armazenamento, não basta simplesmente verificar se os componentes individuais estão funcionando. O fator crucial é saber se o sistema como um todo permanece controlável quando várias demandas estão presentes simultaneamente: alta irradiância, altas temperaturas, requisitos da rede, estratégia de armazenamento, limites dos inversores e cronogramas de operação econômica.
Os operadores devem, portanto, não apenas avaliar o conceito de controle no papel, mas também validá-lo em operação. Os setpoints são adotados de forma confiável? O sistema reage corretamente às especificações no ponto de conexão à rede? O controle de potência ativa e reativa funciona mesmo sob alta carga? As taxas de rampa são mantidas? A operação do armazenamento é ajustada quando a temperatura, o estado de carga ou os limites de derating tornam essa operação inadequada? E está claramente documentado quando e por que o sistema foi regulado ou sofreu curtailment?
3. A qualidade dos dados é a base de toda avaliação
O próximo passo é estabelecer uma base de dados confiável. Irradiância, temperatura ambiente, temperatura dos módulos, vento, dados dos inversores, dados das strings, temperaturas das baterias, estado de carga e condições operacionais devem ser plausíveis.
Sensores defeituosos levam a diagnósticos incorretos. Diagnósticos incorretos levam a deslocamentos desnecessários para manutenção ou a problemas que não são identificados.
4. O desempenho deve ser avaliado com correção de temperatura
Os operadores também devem utilizar uma lógica de comparação. Strings individuais, inversores, seções de trackers, subsistemas ou contêineres de armazenamento devem ser comparados com unidades semelhantes durante o mesmo período.
Se todas as áreas reagem de maneira semelhante ao calor, isso sugere um efeito geral da temperatura. Se áreas individuais apresentam diferenças significativas, isso indica um problema localizado.
5. Priorize de forma consistente os riscos locais
Hotspots, sombreamento e sujeira devem ser priorizados de forma consistente. Especialmente sob alta irradiância solar, os efeitos locais podem ter um impacto maior. O controle da vegetação, as estratégias de limpeza, a termografia e a inspeção visual não devem, portanto, ser considerados isoladamente, mas como parte de uma estratégia abrangente de gerenciamento de riscos.
A infraestrutura elétrica também merece mais atenção: conectores, cabos, caixas de junção, caixas de distribuição, quadros elétricos e transformadores estão todos sujeitos a estresse durante períodos de calor.
6. Os dispositivos de armazenamento precisam de transparência térmica
Para os sistemas de armazenamento em baterias, uma boa operação começa com a transparência térmica. As temperaturas das células, módulos, racks e contêineres não devem apenas ser medidas, mas também avaliadas dentro de seu contexto. Não é relevante apenas a temperatura máxima absoluta, mas também a distribuição da temperatura. Grandes variações de temperatura dentro de um sistema podem indicar problemas de refrigeração, questões relacionadas ao fluxo de ar, falhas nos sensores ou distribuição desigual da carga.
7. Controle conscientemente o nível de carga e o envelhecimento
As faixas de estado de carga (SOC) devem ser cuidadosamente selecionadas. Um sistema de armazenamento não precisa ser mantido constantemente próximo de 100% de SOC apenas porque há muita energia fotovoltaica disponível. Especialmente em temperaturas ambientes elevadas, pode ser vantajoso desenvolver estratégias operacionais para que estados de carga elevados não sejam mantidos por mais tempo do que o necessário.
O sistema de refrigeração também deve ser tratado como um componente crítico. Sistemas de HVAC ou de refrigeração líquida não são componentes secundários. Eles garantem desempenho, vida útil e segurança. Filtros, dutos de ar, refrigerantes, compressores, bombas, sensores e redundâncias devem ser incluídos nos planos de manutenção.
8. Leve a sério os indicadores iniciais e os alarmes
Indicadores iniciais importantes também incluem: aumento das diferenças de temperatura entre racks, desvios perceptíveis na tensão das células, aumento da resistência interna, redução da eficiência de ida e volta, maior frequência de derating, desvios inesperados de SOC, erros de comunicação ou tempos de operação incomuns do sistema HVAC.
Um único sinal não constitui uma emergência. Juntos, eles podem formar um padrão.
9. Acompanhe sistematicamente as ondas de calor
Após uma onda de calor, o sistema não deve retornar automaticamente à operação normal. Os dias quentes fornecem dados valiosos: quais inversores sofreram derating primeiro? Quais strings apresentaram desvios? Quais dados dos sensores eram implausíveis? Quais áreas de armazenamento apresentaram atividade térmica incomum? Quais alarmes foram úteis e quais foram apenas ruído? Essas análises levam a uma operação aprimorada.
O que nós, como setor, podemos aprender com isso
As ondas de calor são, portanto, mais do que apenas um evento extremo sazonal. Elas são um teste prático para verificar se os sistemas fotovoltaicos, de armazenamento e híbridos podem ser compreendidos e gerenciados ao longo de todo o seu ciclo de vida. A avaliação sistemática dessas fases fornece insights não apenas sobre os componentes individuais, mas também sobre a qualidade do modelo operacional como um todo.
Sobre os autores
Andreas Kern é consultor técnico sênior. Suas responsabilidades incluem a prestação de serviços de consultoria técnica no departamento de Consultoria Técnica. Esses serviços incluem, por exemplo, avaliações de geração, inspeções técnicas, due diligence técnica e avaliações de geração de sistemas BESS.
Philippe Staudinger é diretor técnico da mc Energy e é responsável pela construção e desenvolvimento da organização técnica. Ele também atua na estruturação das operações no segmento de energia C&I e se concentra no desenvolvimento e na implementação de sistemas descentralizados de armazenamento de energia em baterias (BESS) para clientes comerciais e industriais.
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