AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DA SUJIDADE DEPOSITADA SOBRE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS INSTALADOS EM ZONAS CLIMÁTICAS DO PARANÁ, BRASIL
DOI:
https://doi.org/10.59627/cbens.2022.1054Palavras-chave:
Sujidade, Módulo Fotovoltaico, Composição físico-químicaResumo
O desempenho dos sistemas fotovoltaicos é afetado pelas condições ambientais reais, como a irradiância solar, a temperatura e a sujidade, nesta ordem de relevância. A sujidade descreve a deposição de poeira e outros contaminantes na superfície do módulo fotovoltaico, que atenuam a irradiância solar ao absorver ou refletir a luz solar, causando perdas de rendimento e podendo contribuir para a degradação do módulo fotovoltaico. Este estudo tem como objetivo avaliar a composição físico-química da sujidade depositada naturalmente em módulos FV instalados nas cidades de Medianeira, Pato Branco, Campo Mourão e Curitiba, do estado do Paraná. Análises morfológicas e elementares da sujidade coletada foram realizadas usando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). A morfologia das amostras indica que as partículas de sujidade têm diferentes formas e tamanhos (1 a 58 μm), o que influencia diretamente na adesão da superfície do módulo fotovoltaico. Foram observados mecanismos de sujidade que ampliam a adesão à superfície como a cimentação e a aglomeração de partículas devido a interação com água. Na análise elementar, o oxigênio é o elemento dominante da composição das amostras, seguido pelo ferro, silício, alumínio, cálcio, estanho, magnésio, titânio, bário, potássio, enxofre, flúor, cobre, sódio, cloro, fósforo e manganês. Portanto, o entendimento das características físico-química da sujidade é importante para compreender a fonte da aderência e buscar os métodos apropriados de limpeza, assim como o desenvolvimento de revestimentos autolimpantes, podendo auxiliar na identificação da sua procedência e indicar o movimento das partículas em um campo elétrico, que pode estar associado a degradação do módulo.
Downloads
Referências
Aparecido, L. E. D. O., Rolim, G. D. S., Richetti, J., Souza, P. S. D., Johann, J. A., 2016. Köppen, Thornthwaite and Camargo climate classifications for climatic zoning in the State of Paraná, Brazil. Ciência e Agrotecnologia, 40, pp. 405-417.
Araujo, D. N., Freitas Filho, M. F., CARVALHO, P. C., Sasaki, J. M. 2018. Análise química preliminar da sujidade depositada em duas plantas fotovoltaicas instaladas na zona urbana de Fortaleza. VII CBENS–VII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Gramado.
Boyle, L., Flinchpaugh, H., Hannigan, M., 2013. Impact of natural soiling on the transmission of PV cover plates. 2013 IEEE 39th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), pp. 3276 – 3278.
Braga, D. S., Costa, S. C. S., Diniz, A. S. A. C., Santana, V. A. C., Kazmerski, L. L., 2020. Estudo da Relação entre Parâmetros Ambientais e Taxa de Sujidade em Módulos Fotovoltaicos. VIII CBENS–VIII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Fortaleza.
Braga, D. S., Diniz, A. S. A. C., Costa, S. C. S., Kazmerski, L. L., Bhaduri, S., Maia, C. B., Camatta, V., Viana, M. M., Barbosa, E. M. C., Brito, P. P., Campos, C. D., Hanriot, S. M., 2018. Uniform and Non-Uniform Soiling of PV Modules: A Comprehensive Study of Performance and Temperature Effects. Proceedings 45th IEEE Photovoltaic Specialists Conference and the WCPEC-7, Hawaii.
CETESB, Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, 2017. Ficha de Informação Toxicológica – Bário. Disponível em: <https://cetesb.sp.gov.br/laboratorios/wp-content/uploads/sites/24/2013/11/Bario.pdf>. Acessado em: 02 dez. 2021.
CETESB, Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, 2020. Ficha de Informação Toxicológica – Dióxido de enxofre. Disponível em: <https://cetesb.sp.gov.br/laboratorios/wp-content/uploads/sites/24/2020/07/Dio%CC%81xido-de-enxofre.pdf >. Acessado em: 02 dez. 2021.
Conceição, R., Silva, H. G., Mirão, J., Gostein, M., Fialho, L., Narvarte, L., Collares-Pereira, M., 2018. Saharan dust transport to Europe and its impact on photovoltaic performance: A case study of soiling in Portugal. Solar Energy, 160, pp. 94–102.
Costa, S. C. S., Diniz, A. S. A. C., Santana, V. A. C., Muller, M., Micheli, L., Kazmerski, L. L., 2018. Avaliação da sujidade em módulos fotovoltaicos em Minas Gerais, Brasil. VII CBENS–VII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Gramado.
Favez, O., Cachier, H., Sciare, J., Alfaro, S. C., El-Araby, T. M., Harhash, M. A., Abdelwahab, M. M., 2008. Seasonality of major aerosol species and their transformations in Cairo megacity. Atmospheric Environment, 42(7), 1503-1516.
Ferrada, P., Olivares, D., del Campo, V., Marzo, A., Araya, F., Cabrera, E., Fuentealba, E., 2019. Physicochemical characterization of soiling from photovoltaic facilities in arid locations in the Atacama Desert. Solar Energy, 187, pp. 47–56.
Freire, R. S.; Lima, P. H. M.; Miguel, E. C., 2015. Manual de operação MEV Quanta 450 FEG. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 34p.
Freitas Filho, M. F., Araujo, D. N., de Carvalho, P. C. M., Sasaki, J. M., 2020. Análise da composição físico-química da sujidade de plantas fotovoltaicas: estudo de caso para Fortaleza. Revista Tecnologia, 41(2).
Geiger, R., 1954. Klassifikation der klimate nach W. Köppen. Bartels, J.; Bruggencate, P. Landolt- Börnstein –Zahlenwerte und Funktionen aus physik, chemie, astronomie, Geophysik und Technik. Alte Serie. 3: pp. 603-607.
Guimarães Júnior, M. P. A., Santos, A. C. D., Araújo, A. D. S., Oliveira, L. B. T. D., Rodrigues, M. O. D., e Martins, A. D., 2013. Relação Ca: Mg do corretivo da acidez do solo e as características agronômicas de plantas forrageiras. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, 14, 460-471.
Hachicha, A. A., Al-Sawafta, I., Said, Z., 2019. Impact of Dust on the Performance of Solar Photovoltaic (PV) Systems under United Arab Emirates Weather Conditions. Renewable Energy, 141, pp. 287-297.
Hammoud, M., Shokr, B., Assi, A., Hallal, J., Khoury, P., 2019. Effect of dust cleaning on the enhancement of the power generation of a coastal PV-power plant at Zahrani Lebanon. Solar Energy, vol. 184, pp. 195-201.
Ilse, K. K., Figgis, B. W., Naumann, V., Hagendorf, C., Bagdahn, J., 2018. Fundamentals of soiling processes on photovoltaic modules. Renewable and Sustainable Energy Reviews, [s. l.], v. 98, n. january pp. 239-254.
Javed, W., Wubulikasimu, Y., Figgis, B., Guo, B., 2017. Characterization of dust accumulated on photovoltaic panels in Doha, Qatar. Solar Energy, 142, pp. 123–135.
John, J.J., Warade, S., Tamizhmani, G., Kottantharayil, A., 2016. Study of soiling loss on photovoltaic modules with artificially deposited dust of different gravimetric densities and compositions collected from different locations in India. IEEE Journal Photovolt. 6 (1), 236–243.
Kabata-Pendias, A., 2011. Trace elements in soils and plants. CRC Press. Boca Raton.
Kazmerski, L.L., Diniz, A.S.A., Maia, C.B., Viana, M.M., Costa, S.C., Brito, P.P., Campos, C.D., Neto, L.V.M., de Morais Hanriot, S., de Oliveira Cruz, L.R., 2016. Fundamental studies of the adhesion of dust to PV module chemical and physical relationships at the microscale. IEEE J. Photovolt. 6 (3), 719–729.
Klein, C., e Agne, S. A. A., 2012. Fósforo: de nutriente à poluente. Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, 8(8), 1713-1721.
Klugmann-Radziemska, E., 2015. Degradation of electrical performance of a crystalline photovoltaic module due to dust deposition in northern Poland. Renew. Energy 78, 418–426.
Köppen, W., 1900. Versuch einer klassifikation der klimate, vorzugsweise nach ihren beziehungen zur pflanzenwelt. Geographische Zeitschrif. 6: pp. 657-679.
Mazumder, M. K., Horenstein, M. N., Heiling, C., Stark, J. W., Sayyah, A., Yellowhair, J., & Raychowdhury, A., 2015. Environmental degradation of the optical surface of PV modules and solar mirrors by soiling and high RH and mitigation methods for minimizing energy yield losses. IEEE 42nd Photovoltaic Specialist Conference (PVSC).
Mehmood, U., Al-Sulaiman, F. A., Yilbas, B. S., 2017. Characterization of dust collected from PV modules in the area of Dhahran, Kingdom of Saudi Arabia, and its impact on protective transparent covers for photovoltaic applications. Solar Energy, 141, pp. 203–209.
Michele, L., Deceglie, M. G., Muller, M., 2019. Predicting photovoltaic soiling losses using environmental parameters: An update. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 27, n. 3, pp. 210 219.
Morawska, L., Zhang, J. J., 2002. Combustion sources of particles. 1. Health relevance and source signatures. Chemosphere, 49(9), 1045-1058.
REN21. Renewables 2021 Global Status Report, 2021. Paris, FR. ISBN 978-3-948393-03-8.
Romanholo, P. V. V., de Alvarenga, B. P., Marra, E. G., Pimentel, S. P., 2018. Sujidade depositada sobre módulos fotovoltaicos instalados em Goiânia: morfologia e composição química. VII CBENS–VII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Gramado.
Saidan, M., Albaali, A. G., Alasis, E., Kaldellis, J. K., 2016. Experimental study on the effect of dust deposition on solar photovoltaic panels in desert environment. Renewable Energy, [s. l.], v. 92, pp. 499-505.
Santiago, A., Prado, R. J., Modesto, P., Alonso, R. V., 2015. Caracterização do material particulado suspenso no ar de Cuiabá-MT no período de queimadas. Matéria (Rio de Janeiro), 20, 273-283. IX
Sarver, T., Al-Qaraghuli, A., Kazmerski, L. L., 2013. A comprehensive review of the impact of dust on the use of solar energy: History, investigations, results, literature, and mitigation approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 22, pp. 698–733.
Schauer, J. J., Lough, G. C., Shafer, M. M., Christensen, W. F., Arndt, M. F., DeMinter, J. T., Park, J. S., 2006. Characterization of metals emitted from motor vehicles. Research report (Health Effects Institute), n.133, 1-76.
Tiepolo, G. M.; Pereira, E. B.; Urbanetz, J.; Pereira, S. V.; Gonçalves, A. R.; Lima, F. J. L.; Costa, R. S.; Alves, A. R., 2017. Atlas de energia solar do Estado do Paraná. Curitiba, Ed. UTFPR.
Trentin, P. D. S., 2003. Proposta de um método de amostragem de baixo custo para a determinação de fluoreto inorgânico atmosférico. Dissertação (Mestrado) - Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, 131 p.
Trewartha, G. T., 1954. An Introduction to Climate. New York: McGraw-Hill. 402p.
UTFPR, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2020. Centro Multiusuário de Caracterização de Materiais (CMCM) – Equipamentos - Microscópio Eletrônico de Varredura (Zeiss, modelo EVO MA 15). Disponível em: < https://portal.utfpr.edu.br/pesquisa-e-pos-graduacao/laboratorios-multiusuarios/laboratorios/centro-multiusuario-de-caracterizacao-de-materiais-cmcm/equipamentos>. Acessado em: 01 out. 2021.
Vieira, r. f., Silva, A. D., 1998. Aplicação de defensivos via água de irrigação por aspersão. Feijão-aspectos gerais e cultura no Estado de Minas. Viçosa: UFV, 267-323.
Yilbas, B. S., Ali, H., Khaled, M. M., Al-Aqeeli, N., Abu-Dheir, N., Varanasi, K. K., 2015. Influence of dust and mud on the optical, chemical, and mechanical properties of a PV protective glass. Scientific Reports, 5(1), pp. 1–12.
Zhang, T., Cao, J., Tie, X., Shen, Z., Liu, S. X., Ding, H., ... Li, W. T., 2011. Water-soluble ions in atmospheric aerosols measured in Xi’an, China: Seasonal variations and sources. Atmospheric Research, v. 102, n. 1, p. 110–119.