Fonte: roedl.com
Além do potencial para atingir redução do custo nivelado de energia (LCOE), os módulos fotovoltaicos bifaciais oferecem novas oportunidades de instalação e marketing. Isso, por sua vez, vem com vantagens relacionadas, como rendimentos adicionais e maiores densidades de potência. Além disso, devido ao seu perfil especial de geração de energia, os módulos bifaciais montados verticalmente oferecem vantagens de preço de eletricidade em momentos em que a eletricidade tem que ser comercializada sem o suporte de EEG e podem ajudar a desbloquear novos usos para áreas de outra forma inacessíveis.
Informações Fundamentais
Em princípio, os módulos fotovoltaicos bifaciais (PV) são simplesmente módulos PV cujo contato traseiro completo foi substituído por um contato de impressão digital. Isso significa que também a parte traseira do painel pode ser exposta à radiação solar e ser usada para produzir energia. A quantidade de radiação solar que será recebida pela parte traseira do painel depende, acima de tudo, da refletividade da superfície circundante e da maneira de montagem dos módulos. O chamado valor de albedo é a medida de quão bem uma superfície reflete a radiação solar. Por exemplo, o valor de albedo é de aproximadamente 10% para sol alto acima de águas profundas, 10% - 30% para prados e até 75% - 95% para neve recém-caída.1O valor do albedo de uma superfície circundante é um fator significativo para o ganho de rendimento (ver ilustração2).
Outro fator é o chamado "fator de bifacialidade", que é uma medida de quanta energia a parte traseira do painel produzirá em comparação com a parte frontal do painel. Atualmente, em módulos bifaciais, os fatores de bifacialidade normalmente variam entre 70% e 95%. Por exemplo, um fator de bifacialidade de 95% significa que, nas mesmas condições, a parte traseira produzirá apenas 95% da energia produzida pela parte frontal. Mas, no final, é o ganho de rendimento que importa e, aqui, se uma instalação for localizada favoravelmente em condições ideais de instalação (alto valor de albedo, por exemplo, neve ou uma superfície de telhado brilhante, orientação perfeita, sem sombreamento), os valores possíveis do ganho de rendimento podem variar entre 30% e 50% a.a.3Na Alemanha, no entanto, é de se esperar que o ganho de rendimento varie entre 5% e 15% ao ano, dependendo do projeto do sistema e da superfície abaixo do módulo.
Considerações básicas sobre a influência do albedo no ganho de produtividade
Projetos de sistemas inovadores
O que há de especial nos módulos bifaciais é que, além dos ganhos de rendimento gerados pela parte traseira, esse tipo de módulo também oferece outras opções de instalação. Certamente, a mudança mais radical em comparação aos painéis convencionais é a instalação vertical. A mais comum é a orientação leste/oeste dos painéis. Isso acarreta duas diferenças principais em comparação ao layout convencional.
Em primeiro lugar, o layout vertical envolve um perfil de produção alterado. Em vez de um único pico ao meio-dia, dois picos são produzidos agora: um pela manhã e um à tarde, embora a produção após o meio-dia permaneça comparativamente alta. Além do fato de que as poucas usinas comparáveis geram ganhos de rendimento entre 5% e 10%, a vantagem real é que mais eletricidade agora é gerada em meio a preços de mercado spot geralmente crescentes. Na Alemanha e em todo o mundo, pode-se ver que mais e mais usinas de energia estão sendo planejadas ou construídas sem o suporte da EEG.4 No caso dessas usinas de energia, o preço futuro da eletricidade cotado na bolsa de eletricidade será importante para as considerações relacionadas à lucratividade. A capacidade de evitar o chamado "efeito de canibalização" (ou seja, a queda no preço de pico do meio-dia até mesmo para o nível de preços negativos) das usinas de energia fotovoltaica pode se tornar um fator decisivo. A análise do mercado de eletricidade espanhol ilustra claramente a natureza controversa do problema dos preços de eletricidade não subsidiados.5
Instalação convencional vs. vertical: Perfil de geração de energia e preços de mercado spot em 26/05/2017; Fonte:/Next2Sun
Outra diferença significativa é a mudança no uso da terra. Em comparação com painéis montados convencionalmente, módulos bifaciais montados verticalmente exigem espaçamento significativamente maior entre linhas para evitar auto-habitação excessiva. Por um lado, isso leva a menores taxas de utilização da terra e, por outro lado, é precisamente o maior espaçamento entre linhas que ajuda a terra a permanecer utilizável para fins agrícolas, pelo menos com certas restrições. No final, manter a produtividade agrícola significa a possibilidade de reduzir os custos de arrendamento de terras em comparação com usinas de energia convencionais e, portanto, a possibilidade de combater o crescente problema do consumo de terras com base em um modelo de cooperação inovador. Como os desenvolvedores de projetos normalmente buscam atingir a capacidade máxima instalada para otimizar as margens ao vender uma usina de energia, esse conceito será mais interessante para os fornecedores de energia. Assim, as dúvidas populares sobre o consumo de terras podem ser dissipadas. Aqui, interessante é o conceito de colaboração com cooperativas agrícolas que possuem vastas áreas de terra, por exemplo, na Alemanha Oriental.
Outra vantagem da montagem vertical é a minimização das perdas causadas pela deposição de neve no solo.
superfície dos módulos. Além disso, de acordo com estudos iniciais, as perdas causadas pela poluição são significativamente menores (isso é relevante em áreas desérticas).6
A adequação dos módulos bifaciais para uso em certos tipos de usinas de energia não depende apenas do fato de que ambos os lados do painel são usados, mas também da transparência do módulo vidro-vidro. Assim, eles são mais adequados para instalação em garagens, em barreiras acústicas, como elementos de edifícios, em PV flutuante7, e também no Agro PV acima mencionado.
Estrutura de Custos e Receitas
Para fins de comparação, a análise da estrutura de custos e receitas leva em consideração o projeto convencional de usinas fotovoltaicas com inclinação ideal e voltadas para o sul.
O leitor atento já terá concluído neste ponto que a instalação de módulos bifaciais requer menos módulos devido ao maior rendimento específico. Isso reduz os custos de instalação, BoS e arrendamento de terras.
Em contrapartida, no entanto, os preços dos módulos são mais altos, atualmente em torno de 10%, o que pode, no entanto, também convergir no longo prazo. A razão para isso é que o processo de produção é muito semelhante ao dos módulos convencionais3. Atualmente, as capacidades globais de produção são mais orientadas para módulos monofaciais. Portanto, o efeito de redução de preço decorrente de economias de escala ainda não teve um impacto tão forte nos módulos bifaciais.
Deve ser, no entanto, examinado caso a caso qual tipo de módulo e qual método de instalação selecionar para projetos individuais. Se a eletricidade for vendida fora do esquema EEG, é razoável – além de determinar LCOEs – preparar uma previsão de preço de eletricidade de longo prazo para determinar o valor da eletricidade produzida.
No caso de módulos bifaciais montados verticalmente, os custos de investimento específicos são aproximadamente 10% - 20% mais altos e os custos de arrendamento de terras são aproximadamente duas vezes maiores devido à maior necessidade de terra. No caso de custos de arrendamento de terras, reduções de custos são possíveis, dependendo se o pedaço de terra é adequado para fins agrícolas e se seu uso contínuo é possível. Em contraste, os módulos bifaciais oferecem aproximadamente 5% a 10% de rendimentos maiores e maiores receitas com a venda de eletricidade em momentos de preços de eletricidade mais altos. Além disso, espera-se que o uso de módulos de vidro-vidro leve a um serviço mais longo
vida.9
Uma previsão positiva para a participação de mercado bifacial
Supõe-se que os módulos bifaciais aumentarão em importância em todo o mundo. As previsões variam de 20% em
202610 para 40% em 2025.11Além da diferença de preço, as dificuldades também surgem do fato de que a questão do STC bifacial ainda não foi resolvida. Outros problemas são a limpeza da parte traseira dos painéis e o surgimento de pontos quentes causados pela estrutura de montagem. O positivo é que os prazos de entrega dos módulos bifaciais se normalizaram e as simulações de rendimento fornecem valores confiáveis.
Conclusão: Usinas fotovoltaicas bifaciais com novo projeto de sistema e casos de negócios
Os módulos fotovoltaicos bifaciais geram mais energia na mesma superfície do módulo por meio de uma parte traseira solar ativa do painel devido à refletividade da superfície circundante. Com os custos de instalação e BoS no mesmo nível, isso leva a um rendimento maior que normalmente excede o custo mais alto dos módulos bifaciais. Além disso, os módulos bifaciais são predestinados para uso em barreiras de ruído, usinas de energia fotovoltaica flutuantes e montados verticalmente
Sistemas fotovoltaicos. Como com usinas de energia montadas verticalmente, a terra pode continuar a ser usada para fins agrícolas, isso elimina a questão controversa do consumo de terra12e, assim, aumenta a chance de obter as licenças relevantes. Ao mesmo tempo, o perfil de produção desse tipo de usinas de energia promete retornos mais altos na troca de eletricidade, o que é particularmente atraente no caso de usinas de energia operadas fora do esquema de suporte EEG. Portanto, é basicamente aconselhável, em qualquer caso, considerar módulos fotovoltaicos bifaciais e sua montagem vertical em projetos futuros.
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1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engenharia (Londres), 237(7), p. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et al., 2014; Investigações sobre a dependência do albedo do rendimento fotovoltaico bifacial
3 Guo, S., Walsh, TM e Peters, M. (2013) 'Módulos fotovoltaicos bifaciais montados verticalmente: uma análise global', Energy, 61, pp. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. e Kurz, H. (2015a) 'Análise do desempenho anual de bifaciais
módulos e métodos de otimização', IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), pp. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Módulos Bifaciais – Simulação e Experimento. Universidade de Stuttgart
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. e Heckmann, M. (2016) 'A necessidade de estruturas de montagem sem moldura para montagem vertical de módulos fotovoltaicos bifaciais', em 32º EU PVSEC
7 „Floating PV– Schwimmende Photovoltaikanlagen als neuer Trend" (EnEws: Ausgabe Fevereiro 2019)
8 Baseado no webinar da PV Magazin em 25.10.2018; Os slides estão disponíveis em: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Próximo2Sun
10 Roteiro Tecnológico Internacional para Energia Fotovoltaica (ITRPV), março de 2019 [Datas para "verdadeiro bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
