O diodo de bypass é um componente essencial em placas solares. Ele atua diretamente no desempenho do sistema fotovoltaico, evitando danos causados por sombras e otimizando a eficiência do painel solar.
Neste artigo, vamos abordar o funcionamento do diodo de bypass em nível de célula em placas solares e sua aplicação. Mas, antes, é necessário compreender o que é um diodo e qual sua função básica para entender melhor seu papel nesse contexto.
O que é um diodo?
Um diodo é um componente eletrônico com dois terminais. O símbolo esquemático do diodo indica sua polaridade. Ao observar o símbolo de perto, você verá um triângulo que forma uma pequena seta, indicando o sentido em que a corrente elétrica pode fluir. Nos diodos, a corrente flui do ânodo para o cátodo, como mostrado na imagem a seguir.
Funcionamento do diodo de bypass em placas solares
Nos painéis solares, as células fotovoltaicas são conectadas em série para formar os módulos solares. Quando a luz solar incide sobre essas células, ocorre a conversão da luz em eletricidade. Entretanto, o problema surge quando uma parte das células é coberta por sombras. As sombras podem ser causadas por vários fatores, como árvores, edifícios, antenas ou objetos temporários, como folhas.
Quando uma célula fica sombreada, ela restringe o fluxo da corrente elétrica, prejudicando o funcionamento do painel como um todo. Nesse cenário, o diodo de bypass entra em ação. Ele cria um caminho alternativo para a corrente elétrica, desviando-a das células sombreadas. Assim, as células que permanecem expostas à luz continuam a gerar energia de maneira eficiente.
O impacto do sombreamento parcial
O pior cenário para as placas solares é o sombreamento parcial. Nesse caso, as sombras cobrem apenas uma parte dos módulos solares. Esse tipo de sombra, geralmente causado por objetos próximos, afeta apenas parte da superfície dos módulos fotovoltaicos.
Diferente do sombreamento total, onde todo o módulo é uniformemente afetado, o sombreamento parcial altera o comportamento elétrico do sistema. Isso leva o sistema a operar em um ponto de baixa potência, reduzindo significativamente a geração de energia.
Os módulos fotovoltaicos são compostos por células conectadas em série. Esses módulos, por sua vez, também são conectados em série para formar strings, que podem conter centenas de células. Independentemente da situação de sombreamento, a corrente que flui por todas as células é a mesma.
Quando apenas uma parte das células de uma string é sombreada, a corrente de curto-circuito dessas células cai. Qualquer corrente que passe por uma célula a um nível superior ao seu curto-circuito provoca sobreaquecimento. Esse fenômeno, chamado de hotspot, pode causar danos permanentes à célula.
A importância do diodo de bypass em condições de sombreamento parcial
O sombreamento parcial é um dos maiores desafios enfrentados por sistemas fotovoltaicos. Em uma situação de sombreamento total, o módulo é afetado de maneira uniforme. Embora sua produção seja reduzida, não há grandes danos. No entanto, no sombreamento parcial, as células sombreadas atuam como resistores, forçando as células iluminadas a compensar a perda.
Sem o diodo de bypass, essa área sombreada se torna um ponto de resistência. As outras células trabalham mais, levando à formação de hotspots. Esses pontos podem atingir temperaturas muito elevadas, chegando a 160°C, e causar danos permanentes às células solares.
Por outro lado, o diodo de bypass permite que a corrente elétrica contorne as células sombreadas, prevenindo o superaquecimento e garantindo que as células restantes operem de forma eficiente.
Tecnologia Hot-Spot Free: Inovações no uso de diodos de bypass
A tecnologia Hot-Spot Free aplicada em módulos solares de última geração é uma inovação que se beneficia diretamente dos diodos de bypass. Essa tecnologia reduz drasticamente a temperatura nas áreas sombreadas dos módulos, evitando hotspots e seus efeitos nocivos.
Estudos realizados pelo instituto alemão Fraunhofer CSP, em conformidade com a norma IEC61215, mostraram que essa tecnologia reduz os riscos de segurança associados às altas temperaturas, eliminando o superaquecimento. Enquanto módulos solares tradicionais podem atingir até 160°C em áreas sombreadas, os módulos com a tecnologia Hot-Spot Free mantêm a temperatura abaixo de 85°C.
Além de aumentar a segurança do sistema, essa tecnologia também melhora a eficiência energética. Em comparação com módulos solares convencionais, a Hot-Spot Free pode gerar até 30% mais potência em um painel de 60 células e até 80% mais potência em um painel de 72 células. Esses números representam um ganho significativo, especialmente em áreas com alto risco de sombreamento parcial.
Além disso, essa tecnologia previne quedas bruscas na saída do módulo causadas por pontos quentes ou sombreamento do módulo e, com otimizador inteligente, reduz a incompatibilidade de corrente e tensão para aumentar significativamente o retorno geral para instalações de telhado e solo.
Vantagens do uso de diodos de bypass e de bloqueio em sistemas solares
O uso combinado de diodos de bypass e diodos de bloqueio em sistemas fotovoltaicos traz benefícios consideráveis:
- Proteção contra hotspots: O diodo de bypass evita o superaquecimento das células sombreadas, prevenindo danos ao painel.
- Eficiência em condições adversas: Mesmo com sombreamento parcial, o sistema continua gerando energia de forma eficiente, desviando a corrente.
- Vida útil prolongada: Ao reduzir o risco de superaquecimento, os diodos ajudam a aumentar a vida útil das placas solares.
- Prevenção de perdas: Os diodos de bloqueio evitam que a corrente retorne ao painel, impedindo o desperdício de energia.
- Maior segurança: Com a tecnologia Hot-Spot Free, o sistema oferece mais segurança contra incêndios e falhas elétricas.
Um especialista explica
Para explorar o assunto mais a fundo, o Canal Solar convidou Ary Miranda, Chief Engineer da AE Solar Brasil, para um webinar. Ele detalha o funcionamento dos diodos de bypass em nível celular e os impactos do sombreamento parcial na geração dos painéis fotovoltaicos.
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