A acumulação de sujidade tem um grande impacto no desempenho dos painéis fotovoltaicos. Pó, sujidade, pólen, poluentes industriais ou sal marinho obstruem os módulos fotovoltaicos e reduzem a transmissão da radiação solar, levando a perdas de energia e a custos operacionais mais elevados.
O impacto da sujidade depende das condições locais e varia consoante a região, o clima, a estação do ano e a hora do dia. Compreender esta distribuição geográfica e temporal é fundamental para estimativas precisas de rendimento e para um planeamento eficaz da limpeza.
Os mapas globais de sujidade, agora disponíveis no Solargis Prospect, fornecem informações inestimáveis sobre os padrões de sujidade em todo o mundo e ajudam os operadores fotovoltaicos a tomar as medidas necessárias para minimizar o seu impacto.
Na Solargis, desenvolvemos um modelo global de sujidade com base na abordagem conceptual apresentada por Coello e Boyle (2019). O seu trabalho demonstrou como as condições ambientais podem ser traduzidas em impactos mensuráveis no desempenho.
O modelo da Solargis segue uma estrutura semelhante, adaptando os conhecimentos físicos de ponta sobre a deposição de partículas ao caso específico dos módulos fotovoltaicos e aplicando-os à escala global, utilizando conjuntos de dados de entrada consistentes.
Além disso, supera as limitações de conceção do modelo original (que, por natureza, atinge um limite máximo de aproximadamente 34 % de perda) ao redefinir a resposta de modo a representar adequadamente as regiões sujeitas a uma acumulação grave de massa de partículas.
A perda por sujidade é quantificada através do rácio de sujidade, que compara a produção de energia esperada de um módulo fotovoltaico limpo com a produção em condições de sujidade. Aprofundamos a metodologia e as fórmulas neste artigo.
Os resultados são expressos como uma percentagem da perda efetiva de irradiação solar causada pelas partículas acumuladas. O modelo também tem em conta a estrutura de montagem e a geometria dos módulos fotovoltaicos, uma vez que os sistemas de inclinação fixa e os sistemas de seguimento apresentam diferentes níveis de deposição.
A limpeza natural também é incluída. Os episódios de chuva removem uma parte das partículas acumuladas, e a sua eficácia depende das características da precipitação. Episódios de chuva fraca ou de curta duração podem ter um efeito limitado, enquanto chuvas mais fortes ou prolongadas podem limpar a superfície de forma mais completa e repor os níveis de sujidade.
O modelo de sujidade da Solargis avalia cada episódio de precipitação com base na sua intensidade e duração, o que permite uma estimativa mais realista da frequência com que os módulos são limpos naturalmente.
Os dados de entrada desempenham um papel central no modelo.
Os dois parâmetros-chave para estimar a deposição de partículas são as concentrações de PM2,5 e PM10. Estes conjuntos de dados são criados através de um processo de harmonização que combina várias fontes independentes para garantir uma cobertura global consistente.
As variáveis meteorológicas, tais como a temperatura do ar, a pressão atmosférica, a velocidade do vento e a precipitação, são derivadas dos conjuntos de dados de reanálise ERA5 e ERA5-Land (ECMWF e Copernicus).
A métrica resultante, ou seja, a perda por sujidade, fornece uma medida direta do impacto no desempenho. Permite uma comparação consistente entre regiões e estações do ano e ajuda a identificar locais onde a sujidade tem o efeito operacional mais significativo.
Figura 1: Série temporal dos valores médios diários da perda por sujidade observada e estimada pelo modelo. São também apresentados os valores diários acumulados de precipitação e os eventos de limpeza manual. Fonte: https://kb.solargis.com/docs/soiling-losses
Na Solargis, executamos o modelo a nível global com um intervalo temporal diário para o período de 1994 a 2024. O mapa resultante mostra o efeito médio a longo prazo da perda de irradiação devido à sujidade.
Representa a redução projetada do GTI, a irradiação global inclinada que atinge módulos fotovoltaicos de montagem fixa com inclinação ótima. Os valores são expressos em percentagens e resumem o impacto típico a longo prazo da sujidade em cada local.
O mapa global mostra uma distribuição altamente desigual da intensidade da sujidade.
Níveis baixos de sujidade verificam-se em regiões com carga atmosférica limitada de partículas ou com precipitação frequente que proporciona uma limpeza natural regular. Nestas áreas, representadas pelas cores claras no mapa, a perda média anual de recurso solar raramente excede os 5%. A maior parte da Europa, da Federação Russa, da América do Norte, da América Latina tropical e da África tropical enquadra-se nesta categoria.
Outras regiões apresentam elevadas concentrações de partículas, tais como a Ásia Central, o norte da Índia e o leste da China. No entanto, estas áreas também recebem chuvas sazonais intensas que compensam parcialmente a deposição, limpando a superfície dos módulos. Mesmo com este efeito, as perdas médias anuais por sujidade podem exceder os 10% e atingir os 30% em determinados locais.
Figura 2: Mapa resumido global dos dados do modelo de perdas por sujidade da Solargis.
Os níveis mais elevados de sujidade ocorrem em zonas áridas com poeira persistente e precipitação mínima. A região do Saara, a Península Arábica e o Deserto de Gobi apresentam o impacto mais acentuado. Nestas áreas, representadas pelas cores mais escuras no mapa, um módulo fotovoltaico que não seja limpo pode perder mais de 50% da irradiação utilizável ao longo de um ano. A precipitação é pouco frequente e, muitas vezes, fraca, o que resulta numa limpeza natural limitada ao longo do ano.
Figura 3: Padrões mensais de perda por sujidade a longo prazo para três localizações em vários continentes (ver mapa acima). Todas as três localizações apresentam médias anuais quase idênticas (6,9–7,2%, indicadas por uma linha pontilhada preta). No entanto, as suas distribuições sazonais diferem significativamente, destacando em que altura a limpeza proporciona o maior benefício.
É importante notar que o mapa não tem em conta fontes de sujidade muito locais. Atividades humanas, como a mineração, a indústria pesada, práticas agrícolas inadequadas ou simplesmente a proximidade de estradas de terra batida, podem causar uma deposição significativa de partículas à escala local.
Consequentemente, locais que parecem apresentar um baixo nível de sujidade no mapa podem, na prática, sofrer sujidade intensa devido a estes efeitos locais.
Minimizar a perda de energia causada pela sujidade começa com um planeamento cuidadoso do projeto e da conceção do sistema.
A seleção do local deve ter em conta o potencial local de perdas por sujidade e os padrões de precipitação. Em regiões de alto risco, a utilização de revestimentos anti-sujidade ou a seleção de módulos com acabamentos de superfície lisos também podem reduzir a aderência do pó e melhorar a autolimpeza.
As estratégias operacionais são igualmente importantes. A monitorização regular da produção de energia e dos índices de sujidade ajuda a identificar quando a limpeza se justifica do ponto de vista económico. A frequência e as estratégias de limpeza podem ser otimizadas com base em dados históricos modelados de perdas por sujidade e eventos de precipitação. Para instalações de grande escala, os sistemas de limpeza automatizados ou os robôs de limpeza podem reduzir os custos de mão-de-obra e o consumo de água.
Os modelos de acumulação de sujidade podem ajudar a orientar as decisões sobre a frequência de limpeza e a manutenção geral. Ao monitorizar o índice de acumulação de sujidade e estimar a acumulação diária ou semanal, os operadores podem determinar quando a perda de energia justifica a limpeza. Isto permite uma abordagem baseada em dados que otimiza os custos, o consumo de água e a mão-de-obra, mantendo simultaneamente um elevado desempenho fotovoltaico.
Pode aceder a dados de sujidade natural para módulos fotovoltaicos na plataforma Solargis a vários níveis:
1. Mapa global no Solargis Prospect
Fornece médias anuais e mensais projetadas a longo prazo da perda por sujidade natural. Esta camada do mapa ajuda-o a compreender a variabilidade espacial, comparando localizações e regiões, e a analisar padrões mensais típicos. Também apoia o planeamento numa fase inicial, oferecendo uma visão de pré-viabilidade das necessidades e estratégias de limpeza.
2. Simulações fotovoltaicas de pré-viabilidade no Solargis Prospect
Fornecem os níveis mensais de perda por sujidade e permitem o seu ajuste.
3. Simulações fotovoltaicas avançadas no Solargis Evaluate
Proporcionam a visualização de dados de séries temporais de perdas por sujidade, simulação fotovoltaica com base em médias mensais a longo prazo e permitem a configuração manual de eventos de limpeza
Pode também obter um capítulo de relatório detalhado sobre a perda potencial por sujidade no âmbito dos serviços de consultoria da Solargis.
Se tiver alguma dúvida ou precisar de mais informações, contacte-nos e teremos todo o gosto em ajudá-lo.
