Testes em estrada com veículos comerciais movidos a energia solar
(VIPV) revelam que o sombreamento é um fator crítico. Árvores, edifícios e até
a própria estrutura do veículo reduzem drasticamente a captação de luz, podendo
gerar perdas de eficiência energética superiores a 75% quando células
individuais são cobertas.
O cenário do impacto do sombreamento em veículos inclui:
Estudo de campo recente: Pesquisas com 200 caminhões no Japão
destacaram que o sombreamento afeta substancialmente a geração fotovoltaica e a
eficiência geral dos sistemas.
Uso da energia: Nesses veículos, a energia solar costuma ser
direcionada para alimentar sistemas auxiliares e recarregar a bateria, e mesmo
assim, pode reduzir o consumo de combustível em até 7% ao compensar demandas do
alternador.
Efeito "Hotspot": O sombreamento parcial não derruba
apenas a produção; o bloqueio de luz em uma célula gera superaquecimento e
danos estruturais conhecidos como pontos quentes (ou hotspots), reduzindo a
vida útil do painel.
Se você tem interesse nessa área, me avise o que gostaria de
aprofundar:
A tecnologia dos painéis (como o uso de CIGS)
Como os diodos de bypass ajudam a minimizar os danos por sombra
O impacto em veículos de passeio vs. caminhões pesado
Estudo de campo com 200 caminhões comerciais no Japão aponta que
sistemas fotovoltaicos integrados a veículos podem reduzir o consumo de combustível
em até 7%, ao compensar parte da demanda do alternador em condições reais de
operação.
Pesquisadores da Universidade de Miyazaki investigaram o
desempenho real e o potencial de economia de combustível dos sistemas
fotovoltaicos integrados em veículos (VIPV), especificamente em veículos
pesados, por meio de um extenso estudo de campo no Japão, descobrindo que o
sombreamento é um fator crucial que afeta a geração de energia fotovoltaica e a
eficiência geral do sistema.
O projeto envolveu 200 caminhões comerciais com motores a diesel
equipados com módulos fotovoltaicos de 300–500 W baseados em cobre, índio,
gálio e seleneto (CIGS), com dados coletados sobre geração fotovoltaica,
desempenho de alternadores, fluxo de energia da bateria e operação do veículo.
Os painéis solares são usados exclusivamente para alimentar sistemas auxiliares
e recarregar a bateria principal, não para dirigir diretamente o veículo.
“Avaliamos quão eficazmente a energia fotovoltaica era utilizada
monitorando simultaneamente as saídas tanto do sistema fotovoltaico quanto do
alternador”, disse o autor correspondente Kenji Araki à pv magazine. “Isso nos
permitiu determinar em que grau a geração solar reduziu a carga do alternador”.
Os cientistas explicaram que a probabilidade de sombreamento no
VIPV é influenciada pela geometria do objeto e pelos ângulos de raso, podendo
ser estatisticamente aproximada usando a média de matriz de abertura, que é uma
técnica computacional usada para avaliar sombreamento dinâmico, não uniforme, e
irradiância solar em sistemas fotovoltaicos curvos ou complexos, integrando
contribuições direcionais de luz através de elementos discretizados da
superfície dentro de uma estrutura de coordenadas local. Segundo os
pesquisadores, ele possibilita um cálculo consistente e prático da irradiância
solar nas superfícies dos veículos.
A equipe monitorou o fluxo de potência entre o sistema
fotovoltaico e o alternador em configurações VIPV instaladas em caminhões, com
foco no uso de energia dentro de sistemas elétricos isolados do veículo, e não
na eficiência dos módulos fotovoltaicos em si. Piranômetros não foram
utilizados devido a restrições de instalação, e a potência gerada pelos módulos
foi considerada representativa da irradiância solar local.
Foram desenvolvidas caixas de controle customizadas com
controladores de carga e registradores de dados, utilizando sensores de
corrente para monitorar a geração fotovoltaica, a produção de energia do
veículo e o comportamento de carga e descarga da bateria. O sistema também
recebeu reforços em cabeamento e fusíveis, além de ter passado por testes de
vibração e resistência climática para garantir confiabilidade em condições
reais de operação.
O sistema fotovoltaico foi tratado como um conjunto completo, incluindo
funções integradas de controlador de carga, como rastreamento do ponto de
máxima potência (MPPT), conversão DC-DC e prevenção de corrente reversa, e não
apenas como um painel solar. O alternador também inclui retificação e regulação
de tensão por meio de conversão DC-DC, operando de forma independente, sem
sincronização com o sistema FV, com prioridade para a fonte de maior tensão.
Ao longo de 17.901 dias monitorados, os acadêmicos registraram
distância total de condução, horas de operação, consumo de energia, geração
fotovoltaica e supressão do alternador, enquanto observaram os limites de
sincronização de dados no sistema de medição. Os sistemas fotovoltaicos
apresentaram contribuição mensurável para compensação do consumo energético
durante a operação, além de uma redução significativa da carga do alternador em
condições reais de condução.
De forma geral, os resultados mostraram ganhos mensuráveis em
eficiência energética e economia de combustível, mas também indicaram que o
desempenho de sistemas VIPV deve ser avaliado com modelos detalhados e
dependentes das condições operacionais, e não apenas por médias simplificadas.
“Além disso, a avaliação do conjunto de dados medido mostrou que a
irradiância solar recebida por superfícies montadas em veículos corresponde a
cerca de 70% daquela em um plano horizontal”, disse Araki. “Essa redução é
atribuída a fatores como sombreamento urbano ao redor, condições das estradas e
mudanças na orientação dos veículos, e serve como um parâmetro importante para
estimar a produção anual de energia dos sistemas VIPV”.
Além disso, medições simultâneas de PV e alternador revelaram que
cerca de 85% da saída PV compensa diretamente a carga do alternador, melhorando
a utilização de energia em condições reais de condução. Já reduções no consumo
de combustível de aproximadamente 5,5–7% foram confirmadas por múltiplos
métodos de validação, embora os benefícios variem conforme o tipo de veículo e
o comportamento de direção.
Seus achados estão disponíveis no estudo “PV on heavy duty
vehicles (HDVs): monitoring 200 trucks with PVs“, publicado na Energy
Conversion and Management: X.
“Os resultados deste estudo estabelecerão uma linha de base essencial
para a padronização internacional do VIPV (IEC PT600) e facilitarão o desenvolvimento
de metodologias subsequentes de classificação energética. Além disso, fornecer
uma ferramenta prática que permita aos operadores logísticos avaliar facilmente
os impactos da geração de energia e da redução da eficiência de combustível
usando seus próprios dados operacionais promoverá a adoção generalizada do
VIPV”, concluíram os pesquisadores.
No ano passado, outro grupo de pesquisa da Universidade Miyazaki
revelou um método não destrutivo para investigar vibrações das células solares
independentemente dos componentes do módulo. O estudo incluiu possíveis
recursos de projeto para módulos fotovoltaicos integrados a veículos
resistentes à ressonância que aumentariam a frequência natural de ressonância
para mais de 2.000 Hz. (pv-magazine-brasil)
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