Influência da temperatura no rendimento de módulos fotovoltaicos: análise experimental

Abstract

A crescente necessidade de otimizar a eficiência dos sistemas fotovoltaicos tem incentivado o desenvolvimento de tecnologias que permitam uma melhor monitorização do seu desempenho energético. O aumento da temperatura de operação dos painéis fotovoltaicos representa um dos principais desafios para a sua eficiência, sendo responsável por uma redução significativa na potência fornecida. Neste contexto, a presente dissertação centra-se no desenvolvimento de um sistema de monitorização open source, concebido para recolher e analisar, em tempo real, variáveis críticas como temperatura, corrente elétrica, tensão elétrica e radiação solar, permitindo uma avaliação detalhada do comportamento térmico e energético de um sistema fotovoltaico autónomo. O principal objetivo consistiu na implementação de um sistema de monitorização de baixo custo e fácil integração, capaz de quantificar a influência da temperatura dos módulos fotovoltaicos na potência fornecida pelos mesmos. A metodologia adotada envolveu uma caracterização detalhada de todo o tipo de sistemas fotovoltaicos, o desenvolvimento do sistema de monitorização utilizando sensores acessíveis e um microcontrolador para aquisição e processamento de dados. Foram realizadas medições em condições ambientais reais, permitindo a análise do impacto térmico sobre o desempenho do painel e a determinação de coeficientes de temperatura específicos para diferentes intervalos de radiação solar. Além da monitorização do sistema fotovoltaico, foram idealizados dois sistemas de arrefecimento, um passivo e outro ativo, como possíveis soluções para mitigar os efeitos do sobreaquecimento. Apesar de não terem sido implementados, foi discutida a possibilidade de expandir o sistema de monitorização desenvolvido, integrando sensores adicionais para a avaliação da eficácia destas soluções térmicas. Os resultados experimentais confirmam a influência direta da temperatura na eficiência do painel fotovoltaico, evidenciando perdas de potência superiores a 20% em períodos de radiação média-alta. O sistema de monitorização demonstrou ser uma ferramenta eficaz para a análise do comportamento térmico do painel, proporcionando uma base sólida para futuras investigações no setor da energia solar. Conclui-se que este estudo contribui para o avanço do conhecimento na monitorização e avaliação térmica de sistemas fotovoltaicos, servindo como referência para o desenvolvimento de soluções mais eficientes e sustentáveis.

The growing need to optimize the efficiency of photovoltaic systems has driven the development of technologies that enable improved monitoring of their energy performance. The increase in operating temperature of photovoltaic modules is one of the main challenges to their efficiency, significantly reducing the power output. In this context, this dissertation focuses on the development of an open-source monitoring system, designed to collect and analyze, in real time, critical variables such as temperature, electrical current, electrical voltage, and solar radiation, allowing for a detailed assessment of the thermal and energy behavior of an autonomous photovoltaic system. The main objective was the implementation of a low-cost and easily integrable system capable of quantifying the influence of module temperature on the power output. The adopted methodology included a detailed characterization of different photovoltaic systems, the development of the monitoring system using accessible sensors, and a microcontroller for data acquisition and processing. Measurements were carried out under real environmental conditions, enabling the analysis of thermal impact on panel performance and the determination of specific temperature coefficients for different solar radiation intervals. In addition to photovoltaic system monitoring, two cooling systems, one passive and one active, were conceptualized as potential solutions to mitigate overheating effects. Although these systems were not implemented, the possibility of expanding the developed monitoring system to integrate additional sensors for evaluating the effectiveness of these thermal solutions was discussed. The experimental results confirm the direct influence of temperature on photovoltaic panel efficiency, revealing power losses exceeding 20% during medium to high radiation periods. The monitoring system proved to be an effective tool for analyzing the thermal behavior of the panel, providing a solid foundation for future research in the solar energy sector. It is concluded that this study contributes to the advancement of knowledge in the monitoring and thermal evaluation of photovoltaic systems, serving as a reference for the development of more efficient and sustainable solutions.