Temperatura painel solar: porque conta a caixa de ar sob os módulos

Todos os verões se repete a mesma cena. O sol aperta, a cobertura parece oferecer condições ideais e o portal de monitorização mostra um dia abaixo de uma jornada de maio mais fresca e mais nublada. A maioria dos proprietários encolhe os ombros e culpa o calor. Têm razão a meias. O calor custa potência, e nenhum produto no mercado altera essa física. Mas uma parte relevante do calor retido numa instalação em cobertura não é meteorologia: é ar parado, num espaço de poucos centímetros para dentro do qual ninguém olha desde a entrada em serviço.

Tudo o que se segue diz respeito a coberturas inclinadas com uma aresta inferior de módulo bem definida, que é aquilo para que o PV Protector® foi concebido. As instalações em cobertura plana com lastro, as centrais em solo e a agrivoltaica comportam-se de outra forma do ponto de vista térmico e ficam fora deste artigo.

Temperatura painel solar: dois fatores que se multiplicam

A expressão temperatura painel solar encerra na verdade dois fenómenos distintos, e os proprietários costumam pensar apenas no primeiro.

O primeiro é a física da célula. O silício perde potência à medida que aquece. A referência da PVEducation sobre o efeito da temperatura nas células solares situa a quebra de potência máxima em cerca de 0,4 a 0,5 % por °C para o silício. Para os seus módulos concretos, o valor que manda está na ficha técnica: o coeficiente de temperatura de Pmax. Os módulos recentes apresentam normalmente um valor mais favorável do que o número genérico ao nível da célula. Basta consultá-lo uma vez, porque é esse coeficiente que transforma graus em quilowatts-hora perdidos.

O segundo fator é a temperatura que o módulo atinge de facto. Não é a temperatura do ar nem um valor fixado apenas pela meteorologia. Um módulo rodeado de ar a 30 °C não é um módulo a 30 °C. Absorve radiação, converte uma fração e liberta o resto sob a forma de calor pelo vidro frontal e pela face traseira. A qualidade dessa libertação pela retaguarda depende unicamente de o ar poder circular ali.

É precisamente sobre esse segundo fator que se pode atuar. E é também o que se degrada ao longo dos anos sem que ninguém dê por isso.

A caixa de ar atrás dos módulos não é um pormenor estético

Os perfis de montagem não se limitam a segurar os módulos: mantêm-nos afastados do revestimento da cobertura. Assim o ar quente sobe por trás do campo enquanto entra ar mais fresco pela aresta inferior. É uma chaminé, e funciona porque está aberta nas duas extremidades.

O peso deste aspeto não é matéria de opinião. O muito utilizado modelo de temperatura de módulo dos Sandia National Laboratories estima a temperatura do módulo a partir da irradiância, da temperatura ambiente e da velocidade do vento através de coeficientes ajustados empiricamente, e publica um par de coeficientes diferente para cada configuração de montagem. Para um módulo vidro-vidro, o modelo usa a = −3,47 e b = −0,0594 em estrutura aberta, mas a = −2,98 e b = −0,0471 em montagem junto à cobertura.

Aplicando esses coeficientes publicados a 1000 W/m² de irradiância e 1 m/s de vento, o modelo coloca o módulo em estrutura aberta cerca de 29 °C acima do ambiente e o módulo junto à cobertura cerca de 48 °C acima. Duas precisões são obrigatórias, sob pena de o número ser usado indevidamente. Primeira: trata-se de um resultado de modelo referente a famílias inteiras de montagem, não de uma medição feita numa cobertura concreta. Segunda: nada diz sobre ninhos de aves. O que esta fonte pública e documentada estabelece é que a circulação de ar por trás do módulo é uma variável de primeira ordem na sua temperatura de funcionamento, com o mesmo sol e no mesmo dia.

Onde entra um ninho neste raciocínio

Um ninho não se instala num ponto qualquer. As aves escolhem a cavidade quente, abrigada e sem vento sob a aresta inferior do campo exatamente porque é quente, abrigada e sem vento — ou seja, escolhem precisamente o volume que a estrutura criou para ventilar.

Quanto ao sentido do efeito não há discussão. Material de ninho, penas e dejetos acumulados ocupam a caixa de ar traseira, e tudo o que ocupa esse espaço reduz o movimento de ar em torno do qual a instalação foi dimensionada. O que ninguém lhe pode dar com honestidade é um número. Não existe medição publicada do género «um ninho aumenta a temperatura do módulo em X °C», porque a resposta depende da quantidade de material compactado, da posição, da dimensão do campo, da inclinação da cobertura e do vento daquela tarde. Quem lhe indicar um valor exato está a estimar.

O que se pode raciocinar é onde o efeito se concentra. A obstrução raramente é uniforme. Um ou dois módulos mesmo por cima de um ninho estabelecido ficam sobre uma cavidade tapada enquanto o resto do campo respira normalmente, o que produz um ponto quente localizado em vez de uma quebra homogénea em toda a instalação. É também por isso que uma string sistematicamente abaixo das vizinhas merece investigação em vez de resignação. O quadro completo dos danos causados pela atividade das aves em sistemas fotovoltaicos vai além da temperatura e inclui cabos e componentes.

Retirar um ninho é primeiro uma questão jurídica

É o ponto que surpreende os proprietários e a razão pela qual «sobe-se lá e limpa-se» é um mau conselho.

A nível europeu, a Diretiva 2009/147/CE, conhecida como Diretiva Aves, institui um regime geral de proteção das espécies de aves selvagens que inclui a proibição de destruir ou danificar deliberadamente ninhos e ovos. Cada Estado-Membro transpõe esse quadro para o direito nacional, e em Portugal a aplicação concreta passa pela autoridade nacional competente em matéria de conservação da natureza.

Na prática, uma pergunta transforma-se em três. O ninho está ocupado? Que espécie o construiu — e é sequer possível determiná-lo a partir de uma escada? E o que responde a autoridade competente naquele território?

A regra utilizável por um proprietário cabe em duas frases. Uma cavidade vazia é uma decisão de manutenção. Um ninho ocupado é uma questão de direito, e a resposta prudente é esperar pelo fim do período de reprodução e confirmar com a entidade competente antes de mexer em seja o que for. Adiar meio dia de trabalho custa pouco. Enganar-se na espécie custa bastante mais.

Limpar uma vez e depois manter livre

A limpeza repõe a ventilação, mas não torna a cavidade menos atrativa. As aves regressam aos locais que funcionaram, e uma instalação limpa em setembro sem mais nenhuma alteração volta a estar disponível em março. É o ciclo em que a maioria dos proprietários fica presa: em cada volta, novo custo de acesso, mais um verão com ventilação degradada e outra pergunta legal sobre o calendário.

O que quebra o ciclo é fechar o perímetro de forma permanente. O PV Protector® resolve-o com três componentes concebidos para isso. Os Perimeter Segments são em HDPE com os estabilizadores UV 944 e 622 e fecham a aresta aberta sob os módulos; existem em duas alturas, 150 mm (Standard) e 200 mm (Extended). Os C-Clips, moldados em PC+ABS estabilizado aos UV, encaixam os segmentos em caixilhos de módulo de 30, 35 e 40 mm, sem ferramentas, sem furar o caixilho e, portanto, sem levantar dúvidas quanto à garantia do módulo. Os Cable Ties em PA66 estabilizado aos UV fixam o conjunto ao longo de toda a aresta. O sistema tem uma garantia de 10 anos de acordo com a especificação do fabricante e destina-se exclusivamente a coberturas inclinadas com aresta inferior de módulo definida.

A intenção de projeto conta tanto como a lista de materiais: o perímetro fecha-se às aves e o caminho de ventilação continua a ser um caminho de ventilação. O objetivo é uma cavidade vazia, não uma junta selada.

O que um proprietário pode verificar sem subir à cobertura

A parte mais útil do diagnóstico faz-se no chão ou à frente de um ecrã.

- Comparar o comparável. Coloque um dia limpo de agosto ao lado de um dia limpo de agosto do ano anterior, e não ao lado de maio. Uma diferença homóloga com irradiância semelhante diz muito mais do que uma diferença sazonal. - Procurar uma string atrasada. Uma quebra de verão uniforme é meteorologia. Uma string persistentemente abaixo das vizinhas aponta para algo local: sombreamento, sujidade ou uma cavidade obstruída. - Fotografar o beirado a partir do chão. Um telemóvel com o zoom no máximo, ou uns binóculos, mostram material de ninho, dejetos e penas na aresta inferior sem que ninguém tenha de subir. - Observar a linha de cobertura ao amanhecer. Entradas e saídas repetidas pelo mesmo ponto do campo são o sinal mais claro de que a cavidade está habitada e não apenas suja. - Encomendar uma termografia se os dados continuarem estranhos. Uma inspeção por infravermelhos localiza zonas quentes que a monitorização apenas sugere, e o seu peso no orçamento anual está tratado na nossa análise de custos de O&M. - Planear a intervenção pela estação, não pela fatura. A janela para limpar e fechar o perímetro é definida pelo calendário reprodutor local; porque convém antecipar-se explicámo-lo no artigo sobre proteção antes do verão.

O calor é física, uma cavidade tapada é uma decisão

Agosto não se arrefece e o coeficiente de temperatura dos seus módulos não se altera. O que se decide é apenas se a caixa de ar que a estrutura pagou continua aberta ou se vai enchendo lentamente de material de ninho ao longo de uma década de verões silenciosos. O primeiro caso é clima. O segundo é manutenção, e é o único que se acumula, porque cada ano com a cavidade ocupada soma pior ventilação e uma questão legal por reabrir.

Levante uma vez o estado da face inferior, limpe no momento certo da estação e feche bem o perímetro: depois disso, a pergunta não volta.

Para dimensionar a proteção contra aves numa instalação em cobertura inclinada, ou para falar de condições de instalador e distribuidor, contacte a equipa PV Protector®.