Um tracking array é um conjunto de painéis solares que giram para seguir o caminho do sol, a fim de maximizar a radiação solar na superfície fotovoltaica (PV) e converter a luz em corrente elétrica. A matriz de rastreamento cria energia solar, uma forma de energia renovável.
Uma matriz de rastreamento é considerada um sistema fotovoltaico porque seu elemento mais essencial é a célula fotovoltaica, ou célula solar. A palavra fotovoltaica significa basicamente a voltagem da luz e é usada para descrever a conversão da energia luminosa em corrente elétrica.
Como funciona uma matriz de rastreamento
Uma matriz solar refere-se a um agrupamento de painéis solares. A matriz de rastreamento é composta por esta coleção de painéis solares e colocada em um eixo para que ele possa seguir o caminho do sol. Cada painel é composto por células fotovoltaicas ligadas entre si que funcionam para utilizar partículas de luz (fotões) para libertar os electrões dos seus átomos, criando um fluxo de electricidade. Os painéis solares criam uma corrente contínua (CC). Contudo, os aparelhos e a electrónica requerem uma corrente alternada (CA). O equilíbrio dos componentes do sistema (BOS), tudo além dos painéis solares, converte a corrente contínua inicial em corrente alternada, tornando-a funcional para uso doméstico e comercial.
Arrays de rastreamento usam tanto a luz solar direta quanto a indireta. Existem duas orientações comuns para as matrizes de rastreamento: eixo simples e eixo duplo.
Rastreamento de eixo único permite que a matriz solar se mova para frente e para trás em uma direção. O eixo pode ser vertical, horizontal, inclinado ou polar alinhado. Normalmente, o rastreador de eixo único segue o sol de leste a oeste.
Um rastreador de eixo duplo se move em um caminho mais direto e circular. Ele pode viajar em duas direções diferentes e muda de posição sazonal e diariamente para que os painéis fiquem diretamente voltados para o sol em todas as épocas do ano. Como resultado de sua flexibilidade e caminho direto, o rastreador de duplo eixo capta a máxima energia possível do sol.
Ao decidir que tipo de rastreador instalar, é importante considerar o clima local, tamanho do sistema, grau de latitude, restrições do terreno, incentivos governamentais e taxas e requisitos elétricos. As matrizes de rastreamento são projetadas para climas mais quentes, com pouca ou nenhuma neve. Racks fixos acomodam melhor climas mais rigorosos.
Rastreadores de um eixo horizontal são comumente usados por projetos em escala de uso e grandes projetos. Aplicações residenciais menores e locais com altos impostos sobre eletricidade renovável (Feed-In-Tariffs) tendem a instalar rastreadores de eixo duplo. Os rastreadores verticais de um eixo são melhor utilizados em altas latitudes.
Tipos de matrizes de rastreamento
Três tipos de matrizes de rastreamento de um ou dois eixos podem ser encontrados: rastreadores passivos, ativos e cronológicos.
Os rastreadores passivos são movidos por um fluido de gás comprimido que direciona a matriz de um lado para o outro.
Os rastreadores ativos são movidos por motores e engrenagens que reagem à resposta de um controlador à direção do sol.
Rastreadorescronológicos contrariam a rotação da Terra girando na direção oposta.
Pros
A maior diferença entre um rastreador e um suporte estacionário, ou rack fixo, que mantém os painéis em uma posição permanente, é que o rastreador pode maximizar a criação de energia solar devido à sua capacidade de seguir o sol ao longo do dia. A produtividade dos suportes estacionários pode ser comprometida se o sol passar para um ângulo menos otimizado, um problema que os conjuntos de rastreamento resolvem se movendo com o sol. Como resultado, as matrizes de rastreamento podem experimentar um aumento de produtividade de 10 a 25%, dependendo da localização geográfica.
Outras vezes, as matrizes de rastreamento requerem aproximadamente a mesma quantidade de espaço que um rack fixo, mas produzem mais eletricidade, tornando-as perfeitas para aumentar o uso do solo.
Planos de taxas de tempo de uso (TDU) são oferecidos pelas concessionárias, organizações que fornecem gás, água, eletricidade ou esgoto, em alguns estados para energia solar. Com este plano, a concessionária irá adquirir a energia que é gerada pela matriz durante o horário de pico do dia a uma taxa superior. Portanto, torna-se benéfico produzir uma quantidade maior de eletricidade durante os horários de pico do dia. A matriz de rastreamento ajuda a otimizar a produção de energia durante os horários de pico.
Cons
Desde que as matrizes de rastreamento são um sistema mais complexo do que os racks fixos, elas normalmente requerem mais preparação do local, tornando o processo de instalação mais longo e mais caro. Em geral, as matrizes de rastreamento são mais caras que suas contrapartes fixas devido a suas partes móveis e tecnologia mais complexa. Uma vez que os painéis solares diminuíram de custo, pode ser difícil racionalizar o custo extra de manutenção e instalação ao adicionar painéis extras a um sistema fixo.
As matrizes de rastreamento são mais facilmente danificadas nas tempestades do que as estantes fixas. Se a matriz de rastreamento quebrar quando os painéis estão em um ângulo severo, então a perda de produção até que ela seja fixa pode ser extrema. A manutenção dos sistemas de rastreamento pode ser mais difícil do que para os racks fixos, especialmente porque os racks de rastreamento envelhecem.
Ratidores fixos normalmente duram até 30 anos e fornecem uma garantia de desempenho de 25 anos. Um array de rastreamento só vem com uma garantia de 5 a 10 anos.
Considerações
Quando se decide instalar ou não um array de rastreamento, é necessário completar uma análise detalhada de custo e retorno do investimento; estes resultados serão específicos para localização e caso.
Avanços recentes na tecnologia e confiabilidade em eletrônica e mecânica reduziram significativamente as preocupações de manutenção a longo prazo para matrizes de rastreamento. No entanto, mesmo com estes avanços, a matriz de rastreamento geralmente exigirá mais manutenção do que um rack fixo. A quantidade de manutenção extra vai depender da qualidade da matriz de rastreamento.
As matrizes de rastreamento de eixo único são mais difíceis de financiar porque são mais complexas e são vistas como um risco maior. Portanto, eles exigem um foco extra na estabilidade da empresa, fluxo de caixa, garantias e promessa de sucesso.
O futuro das matrizes de rastreamento
O uso de matrizes de rastreamento deve crescer, especialmente em projetos de escala de utilização onde as matrizes de rastreamento apresentam grandes benefícios. A indústria solar está observando uma diminuição nos preços dos equipamentos enquanto a eficiência na instalação e operação e manutenção (O&M) está melhorando. Espera-se que este desenvolvimento continue durante os próximos anos. À medida que aumenta a demanda pela matriz de rastreamento, novos fabricantes entram no mercado. O cenário de congestionamento faz com que as empresas se esforcem para ganhar quota de mercado, criando uma força motriz para a inovação na indústria.
O custo nivelado da energia (LCOE) também motiva a inovação na energia solar. O LCOE mede os gastos ao longo da vida útil de um produto e divide-o pela produção de energia. Reduzir o LCOE mas manter a fiabilidade do sistema, a integridade estrutural e a qualidade é o principal desafio que os fabricantes enfrentam no futuro.
Avaliação do risco continuará a ser uma consideração cada vez mais importante. A bancabilidade -- ou fundos que são aceitos pelo banco e que são garantidos para trazer lucro -- a experiência e a confiabilidade comprovada terão maior poder no processo de tomada de decisão. A simplificação do sistema de rastreamento se tornará uma tendência à medida que sua força e capacidade de durar 30 anos em um local em escala de uso ganha importância.
O objetivo da indústria solar para o futuro é tornar os sistemas de rastreamento completamente independentes e eliminar a necessidade de pessoal para operar os sistemas. A indústria espera continuar a baixar o custo total de propriedade (TCO) através da construção de sistemas que possam se manter, mas que sejam robustos, confiáveis e possam ser completamente esquecidos após a instalação inicial.
Para ter sucesso na indústria solar, os fabricantes de matrizes de rastreamento devem criar produtos que aumentem a eficiência e otimizem o sistema, a fim de diminuir o LCOE e inspirar a adoção generalizada da tecnologia solar.