PID: Causas, Impactos, Mitigação e vs. Outros Efeitos

PID é um fenômeno em painéis solares que pode afetar negativamente a produção de energia e muito mais. 

Além de seus impactos, este artigo irá aprofundar suas causas e mitigação. Através de uma comparação com outros efeitos em painéis solares, você adquirirá um conhecimento profundo do PID e de como fazer com que um painel e sistema funcionem da melhor forma e, consequentemente, aproveitar ao máximo seu investimento.

O que é PID em painéis solares?

Normalmente, a eletricidade gerada pelas células solares flui através de uma rede de contatos metálicos, incluindo dedos, barramentos e fitas ao longo de um caminho predeterminado. A eletricidade é então coletada e transmitida através dos fios conectados do painel, alimentando um inversor ou alimentando cargas.

No entanto, às vezes, as correntes elétricas nem sempre fluem em um padrão previsível.

Degradação Potencial Induzida (PID) é um fenômeno que ocorre quando parte da eletricidade no painel se move através do revestimento, do material encapsulante ou da estrutura, em vez de fluir ao longo do caminho definido. Como o próprio nome sugere, o PID pode causar degradação na eficiência e na produção.

As causas do PID

O PID em painéis solares resulta de vários fatores. Eles estão principalmente relacionados ao estresse elétrico colocado no painel e às condições circundantes das correntes.

Altas tensões do sistema

Quando os sistemas de energia solar operar em altas tensões que vão de até 1,000 V ou 1,500 V, pode ocorrer uma grande diferença de potencial elétrico entre as diferentes partes do painel solar. Este tipo de diferença existe especialmente entre os painéis e a estrutura, ou entre os painéis e as partes aterradas do sistema de potência.

A tensão do campo eléctrico devido a este diferencial pode então conduzir iões, especialmente iões de sódio (Na+) da superfície do vidro em direcção à camada semicondutora ou outras regiões sensíveis, causando degradação.

Condições ambientais

Fatores ambientais como altas temperaturas e níveis de umidade podem acelerar o movimento de íons dentro dos painéis e, como resultado, amplificar o processo de degradação.

Propriedades materiais

Encapsulantes como Etileno Vinil Acetato (EVA), se forem de qualidade inferior, podem ser propensos a entrada de umidade e contaminantes ao longo do tempo. Isso também facilita a movimentação de íons e, conseqüentemente, agrava a PID.

Além disso, as tampas frontais, que geralmente são em forma de vidro, podem conter uma quantidade maior de íons de sódio quando fabricado com materiais abaixo do padrão, aumentando a probabilidade de ocorrência de PID. Revestimentos antirreflexos de qualidade inferior também podem piorar o processo.

Configuração do sistema

Os painéis solares na extremidade negativa da corda normalmente apresentam potenciais negativos mais elevados em relação à estrutura aterrada, tornando-os mais propensos a PID.

O uso de inversores sem transformador (ambos os inversores string e micro possuem modelos sem transformador) também pode aumentar os riscos para o PID em comparação com o uso de inversores com transformadores, já que os inversores sem transformador não fornecem isolamento galvânico.

Projeto e instalação inadequados do sistema

O projeto e a instalação inadequados dos painéis podem levar a sombreamento, que pode desenvolver altos potenciais localizados e gerar efeitos PID.

Já a forma como a moldura do painel é projetada e aterrada pode influenciar no desenvolvimento do PID. Métodos de aterramento inadequados influenciarão as possíveis diferenças através dos painéis, com certas configurações aumentando o risco de PID.

Em quais instalações o PID pode ocorrer mais facilmente?

Com base em suas causas, é mais provável que o PID ocorra nestas instalações:

Fazendas de energia solar em grande escala

Esses sistemas de energia solar geralmente operam em tensões mais altas para melhorar a eficiência e reduzir as perdas de transmissão. Porém, tensões mais altas aumentam as diferenças de potencial elétrico, tornando o sistema suscetível a fugas de corrente e PID.

Projetos Utilizando Inversores Sem Transformadores

Os inversores sem transformador são comumente usados ​​em projetos de pequena escala ou sensíveis ao custo devido à sua maior eficiência e menor custo. No entanto, os inversores sem transformador geralmente não possuem isolamento galvânico, o que aumenta o risco de PID.

Projetos em Ambientes Úmidos ou de Alta Temperatura

Projetos localizados em regiões tropicais/subtropicais ou áreas costeiras têm maior probabilidade de sofrer PID, pois a alta umidade e temperatura aceleram o movimento de íons dentro dos painéis.

Instalações mais antigas

Após muitos anos de operação, materiais como encapsulantes e selantes podem deteriorar-se. Entretanto, os painéis utilizados nestes projetos têm menos probabilidade de incorporar tecnologias e materiais modernos resistentes a PID. Conseqüentemente, instalações mais antigas podem ser mais suscetíveis ao PID.

Quais são os impactos do PID?

O PID pode afetar significativamente o desempenho e a longevidade dos sistemas de energia solar. 

Redução na produção de energia

As células afetadas sofrerão uma queda na sua eficiência e gerarão menos eletricidade. Em última análise, isto degrada a produção global de energia do sistema solar, variando de alguns pontos percentuais a mais de 30%; alguma pesquisa até gravado uma perda de 80%.

Degradação de Componentes

A ocorrência de IDP, envolvendo processos físicos e químicos, pode comprometer a integridade da estrutura das células. Isto pode causar microfissuras, delaminação e outras formas de desgaste. Em alguns casos, o PID pode induzir ainda mais a falha dos diodos de bypass, o que piora a situação e impacta a produção geral.

Confiabilidade do sistema

Os efeitos contínuos do PID podem levar à degradação a longo prazo, reduzindo a vida útil dos painéis solares e do sistema geral.

Em circunstâncias em que o PID é particularmente grave, podem ser necessárias paragens completas do sistema para avaliação e reparação, levando a paragens operacionais e enormes perdas de produção.

Impactos Financeiros

A produção degradada corresponde diretamente à redução da receita para os proprietários ou operadores de fazendas de energia solar. Por outro lado, abordar o PID pode exigir esforços adicionais de manutenção, substituição de componentes ou adaptação com tecnologias resistentes ao PID, todos os quais incorrer em custos.

No geral, a diminuição do desempenho prolonga ainda mais os períodos de retorno dos projetos e reduz o seu retorno sobre o investimento (ROI) ou valor de revenda.

Impactos ambientais

A menor eficiência e possíveis substituições antecipadas de painéis significam que são necessários mais recursos para fabricar painéis adicionais. Isto se traduz na redução da produção de energia verde, maiores emissões de produção e maior pegada de carbono no ciclo de vida.

Como mitigar o PID?

A degradação pode ocorrer rapidamente, às vezes dentro de dias ou semanas após a instalação. Certas estratégias precisaram ser implementadas para evitá-lo e pelo menos minimizá-lo.

Opte por componentes de alta qualidade

A estratégia fundamental é usar painéis solares que atendam a padrões elevados, como IEC 62804 e com materiais resistentes a PID de alta qualidade para o seu projeto. Esses painéis integram encapsulantes de alta qualidade e revestimentos antirreflexos e podem suportar condições ambientais adversas e reduzir a probabilidade de PID.

Otimize o design do sistema

A redução da tensão geral do sistema pode ajudar a mitigar o estresse elétrico que contribui para o PID. Enquanto isso, o emprego de técnicas de aterramento adequadas pode minimizar as diferenças de potencial que causam o PID.

Se o orçamento permitir, adote inversores baseados em transformadores para o seu projeto, pois eles fornecem isolamento galvânico e ajudam a reduzir o risco de PID.

Instalação adequada

Evite instalar sistemas de energia solar em ambientes altamente úmidos ou salinos. 

Caso isso não seja possível, certifique-se de que a instalação seja feita corretamente, com aterramento adequado e sem sombreamento. Utilize estratégias e projetos de ventilação eficazes para garantir um bom fluxo de ar para a operação dos painéis.

Manutenção e Monitoramento

A limpeza regular dos painéis solares para remover poeira, sujeira e outros contaminantes pode reduzir a ocorrência de pontos críticos e incompatibilidades, o que pode contribuir para o desenvolvimento de PID.

O emprego de sistemas avançados de monitoramento auxilia na detecção de PID. Isso pode ser feito com o monitoramento em nível de painel funcionalidade de microinversores. traçado de curva IV, imagem por eletroluminescência e a termografia também são formas profissionais de detectar PID.

Adote tecnologias inovadoras

Combine o uso de equipamentos anti-PID, como equalizadores de carga, que podem ser dispositivos separados ou módulos integrados de inversores avançados.

Quando o inversor não está ativo, o equipamento anti-PID aplica uma polarização CC controlada ao conjunto de painéis solares. Essa polarização é oposta à tensão de polarização que causa o PID. À medida que a corrente de despolarização flui, a carga de polarização é invertida e o efeito PID é mitigado.

Como o PID se compara a outros efeitos em painéis solares?

Até agora, você já deve ter encontrado vários efeitos em painéis solares, deixando-o pensando sobre suas causas, impactos, relações e muito mais. Para lhe dar uma melhor compreensão, o gráfico a seguir oferece uma comparação concisa de suas semelhanças e diferenças.

PID, pontos de acesso e incompatibilidade reduzem a eficiência do painel solar e a produção do sistema. 

Na verdade, os três podem influenciar um ao outro. O PID deteriora o desempenho da célula, levando potencialmente a incompatibilidades e criando pontos de acesso devido à produção desigual de energia. Da mesma forma, pontos críticos e condições incompatíveis podem sobrecarregar ainda mais as células, exacerbando a PID e a ineficiência geral do sistema.

Veredicto final

O PID é um problema crítico nos sistemas de energia solar, causando perdas significativas de eficiência e produção, impactos financeiros e redução da longevidade dos painéis solares. 

Compreender as causas, os impactos e as estratégias eficazes de mitigação é essencial.

A implementação de materiais resistentes ao PID, o design ideal do sistema e a manutenção regular podem mitigar o PID. 

A abordagem eficaz do PID garante uma produção de energia solar sustentável e eficiente, salvaguardando os investimentos financeiros e ambientais.