Análise de desempenho de sistemas solares utilizando módulos fotovoltaicos de telureto de cádmio (CdTe) com e sem camada antirreflexo em comparação com módulos fotovoltaicos de silício (Si)

Abstract

Foram analisados sistemas fotovoltaicos (FV) compostos por módulos FV de filme fino de telureto de cádmio (CdTe) (com e sem revestimento antirreflexo ? Anti Reflective Coating ARC), e sistemas FV com módulos de silício multicristalino (multi-Si), instalados no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica/UFSC, em Florianópolis, sul do Brasil (27°S, 48°O). Foi realizada uma avaliação de desempenho durante dois anos de operação, entre 2018 e 2019, investigando o desempenho do sistema FV com módulos de CdTe e CdTe com ARC em relação ao tradicional multi-Si. Os resultados revelaram que ao longo do período analisado, o sistema com módulos FV de CdTe com ARC apresentou o melhor desempenho, com uma produtividade anual 5% superior ao sistema FV com módulos de multi-Si. A fim de avaliar os mecanismos associados às diferenças de desempenho entre os três sistemas FV em estudo, foram analisados os principais parâmetros ambientais que afetam o desempenho: temperatura, espectro solar, ângulo de incidência, baixas irradiâncias e influência da sujidade. A distribuição espectral da radiação solar seguida pela temperatura apresentou os maiores impactos no desempenho, resultando em benefícios energéticos de 1,8% e 1,2%, respectivamente, para os sistemas com módulos FV de CdTe. Uma segunda análise, investigando as tendências de degradação dos três sistemas FV foi realizada durante janeiro de 2018 e fevereiro de 2023. Nesta análise, o sistema FV com módulos de CdTe ARC destacou-se com a maior taxa de degradação, atingindo cerca de 1,57% ao ano, enquanto os sistemas com módulos de CdTe e multi-Si apresentaram taxas de 0,95%/ano e 0,81%/ano, respectivamente. Ensaios de curva IV realizados em módulos individuais indicam que a degradação observada no sistema com módulos FV de CdTe com ARC está associada à degradação da película antirreflexo e não à degradação do módulo fotovoltaico em si. A análise de degradação de longo prazo destacou que, apesar dos benefícios iniciais do CdTe ARC em comparação com o multi-Si, essas vantagens foram progressivamente reduzidas ao longo do tempo, principalmente devido à degradação da película antirreflexo. Estes resultados ressaltam a importância das análises de desempenho a longo prazo, especialmente em um cenário de constante evolução das tecnologias FV. Essas análises são essenciais para orientar decisões relacionadas à repotenciação e atualização de usinas FV.

Abstract: Three ground-mounted fixed-tilt photovoltaic (PV) systems installed at the Solar Energy Research Laboratory Fotovoltaica/UFSC in Florianopolis, southern Brazil (27°S, 48°W), were analyzed in this research. The PV systems are composed of cadmium telluride (CdTe) thin-film PV modules (both with and without Anti-Reflective Coating - ARC) and with multicrystalline silicon (mc-Si) modules. A performance evaluation was carried out during two years of operation, from 2018 to 2019, in order to investigate the performance advantages of CdTe and CdTe ARC PV modules over the traditional multi-Si PV modules. Results revealed that throughout the period analyzed, the CdTe with ARC PV system presented the best performance, with an overall annual energy yield 5% higher than the reference mc-Si PV system. In order to evaluate the performance behavior of the three PV systems under study, the main environmental parameters that affect the efficiency of PV systems were analyzed: temperature, spectrum, angle of incidence, weak-light responsivity, and soiling impact. Irradiation levels for all PV systems were identical, as they are all operating at the same site. Spectral content of sunlight, followed by temperature, presented the highest impacts on performance, resulting in estimated overall performance gains of 1.8% and 1.2%, respectively, for the CdTe systems. A second analysis investigating the degradation trends of the three PV systems was carried out between January 2018 and February 2023. In this analysis, the CdTe with ARC PV system had the highest degradation rate, reaching around 1.57% per year, while the CdTe and multi-Si PV systems presented rates of 0.95%/year and 0.81%/year, respectively. IV curve tests carried out on individual modules indicate that the pronounced degradation observed in the CdTe with ARC PV system is associated with degradation of the anti-reflective film and not degradation of the photovoltaic module itself. The long-term degradation analysis highlighted that, despite the initial benefits of the CdTe with ARC compared to multi-Si, these advantages were progressively reduced over time, mainly due to the degradation of the anti-reflective film. These results highlight the importance of long-term performance evaluations, especially in a scenario where PV technologies are constantly improving. These analyses are essential to guide decisions related to the repowering and upgrading of PV plants.