Estudo de Caso: A Importância do Comissionamento e da Operação e Manutenção (O&M) na Performance das Usinas Fotovoltaicas.

Em 2020, enquanto coordenador de comissionamento de sistemas fotovoltaicos, participei de uma força-tarefa para recondicionar o desempenho de uma usina centralizada de aproximadamente 34,6 MWp, situada no interior de Pernambuco. Nessa ocasião, a usina havia sido reprovada duas vezes em testes anteriores, pois não atingiu a Performance Ratio (PR) prevista.

Mas afinal, o que é o Performance Ratio (PR)?

O Performance Ratio (PR) é uma medida fundamental para avaliar a eficiência de uma usina fotovoltaica. Ele representa a razão entre a entrega real de energia e a geração teórica da usina. O PR é independente da orientação e localização da usina e da irradiação solar incidente. Essa métrica permite comparar usinas em diferentes partes do mundo.

Para esta analise foi verificado o Energy Performance Index (EPI)

O Energy Performance Index (EPI), ou Índice de Desempenho de Energia, é um indicador utilizado em sistemas solares fotovoltaicos para avaliar o quão bem o sistema está funcionando em relação à energia esperada.

Contextualização do Cenário: Avaliação de Performance da Usina Fotovoltaica

Para entendermos o contexto, a usina já estava em operação há dois anos. Ela havia passado pelas fases de comissionamento e operação em teste, e atualmente estava em operação comercial, sob os cuidados da equipe de Operação e Manutenção (O&M).

No último teste de performance, os resultados obtidos foram os seguintes:

• Desempenho: A usina não atingiu o Energy Performance Index (EPI) mínimo de previsto de 95,02%, conforme podemos observar na tabela resumo abaixo disposta.

• Desafio: Era necessário reverter essa situação para otimizar a geração de energia solar com uma equipe reduzida e um prazo máximo de 30 dias.

Diante dessa situação, qual estratégia você adotaria?

“Os indivíduos variam, mas as porcentagens permanecem constantes.”

George E. P. Box, estatístico e matemático que enfatiza a importância de conhecer o processo e a análise estatística. Essa frase nos lembra que, mesmo com variações individuais, a análise estatística pode revelar padrões consistentes e informações valiosas.

Ao chegar na usina, questionei o coordenador local sobre a estratégia para identificar anomalias impactando a performance do sistema. Ele respondeu que mobilizou toda a equipe para realizar inspeções visuais e testes elétricos em campo. Conforme identificavam anomalias, tomavam medidas para mitigá-las.

Análise da Dimensão do Sistema Fotovoltaico

Para compreendermos a magnitude deste sistema, compilamos os seguintes dados da usina fotovoltaica:

• Inversores Centralizados: São 15 unidades com potência CC instalada de aproximadamente 2,3 MWp cada.
• Trackers: Existem 794 equipamentos instalados em uma área de 94.743 m².
• Combiner Boxes: São 258 combiners que agrupam as saídas dos arranjos fotovoltaicos.
• Módulos Fotovoltaicos: O sistema conta com um total de 94.242 módulos.

Dada a complexidade e escala desse sistema, a estratégia abordada de inspeções visuais e testes elétricos em campo se mostrou insuficiente para identificar todas as anomalias funcionais e implementar as ações corretivas dentro do prazo estabelecido.

Diante disso, foi desenvolvida uma nova estratégia que se utilizava da análise estatística dos dados disponíveis no sistema SCADA e termografia aérea dos módulos fotovoltaicos, alinhadas ao conhecimento do sistema, para a identificação das anomalias e determinação das ações pertinentes para mitigá-las. Abaixo, compartilho uma breve e suscinta descrição do processo desenvolvido.

Analise dos dados disponíveis

a) Análise dos Dados de alarmes, falhas, eventos e Geração registrados no SCADA:

• Avaliamos os registros de produção de energia para identificar tendências ou desvios, bem como os alarmes falhas e eventos. Isso nos permitiu direcionar nossa atenção para áreas específicas.

1. Desvio Percentual de Produtividade (YIELD) nos Inversores: foram identificados inversores com um desvio percentual de produtividade de até -16,9%.
2. Perdas de Dados por Falha de Comunicação: foi identificado que o sistema apresentava recorrentes perdas de dados devido a falhas de comunicação, onde estas anomalias foram identificadas em 07 combiner box e 03 inversores.
3. TRIPs (Desligamentos) nos Inversores: observou-se que os inversores sofrem reincidentes TRIP's (desligamentos) devido a variações abruptas no nível de tensão. Essas situações foram corrigidas e otimizadas por meio da instalação de uma nova versão de firmware nos inversores, que inclui melhorias na função LVRT (Low Voltage Ride Through).
4. Oportunidade de Melhoria no Carregamento de Potência: identificou-se uma oportunidade de melhorar o carregamento de potência dos inversores e resolver falhas de entrada tardia na geração.

Essas conclusões fornecem insights valiosos para aprimorar o desempenho do sistema e garantir sua eficiência contínua.

b) Termografia Aérea dos Módulos Fotovoltaicos:

• Utilizamos termografia para identificar pontos quentes ou falhas nos módulos. Isso nos ajudou a focar em áreas que requerem atenção imediata.

Inspeções e testes no sistema

a) Inspeção Visual e termográfica em solo nos Módulos Fotovoltaicos:

• Realizamos verificações visuais e termográficas nos 747 módulos indicados com anomalia na termografia aérea, para confirmar casos de sujeira, danos físicos, diodos de by-pass ativos ou conexões soltas. Essa inspeção rápida ajuda a detectar problemas evidentes.

b) Análise da Curva de Potência (IV) das Strings:

• Realizamos ensaios de levantamento das curvas de potência (IV) das strings para avaliar o desempenho. Isso nos ajudou a otimizar, substituir módulos com baixa performance no sistema e corrigir eventuais discrepâncias.

c) Análise da sombreamento ocasionado pela vegetação:

• Realizamos levantamento, com base nos dados fornecidos pela termografia aérea, dos pontos onde a vegetação estava causando sombreamento dos módulos fotovoltaicos.

d) Analise de casos de falha de isolação

Foram identificados 378 módulos fotovoltaicos de 370Wp fora de operação devido a falhas de isolação.

e) Analise e identificação de string inativa

Foram identificadas 9 strings fora de operação, Cada uma das strings inativas retirava de operação 21 módulos fotovoltaicos, desse modo, podemos inferir que 189 estavam fora de operação.

d) Demais testes e analises significativas

• Foram desenvolvidas, com base nos dados fornecidos pelo SCADA, testes, inspeções e análises nos pontos identificados com baixa produtividade.

Após a campanha de identificação das anomalias, fora então programadas as atividades interventivas corretivas.

Após finalizadas as intervenções, foi novamente programado o testes de Energy Performance Index (EPI) para aferir os resultados, que foram os seguintes.

Na grande maioria dos dias sob teste podemos observar um EPI acima de 100%, isso se deve ao fato que a usina teve uma potência CC adicional instalada após os estudos iniciais de estimativa de geração de energia de cerca de 2,5 MWp.

Os resultados obtidos no teste de performance após as intervenções foram satisfatórios para a aprovação da usina, apresentando um ganho de geração de energia e performance considerável após o período de 30 dias de intervenções, conforme podemos conferir no gráfico abaixo.

Em conclusão, o comissionamento adequado e a operação e manutenção (O&M) eficiente desempenham um papel crucial na obtenção de uma performance otimizada em uma usina solar fotovoltaica. O comissionamento garante que o sistema esteja funcionando conforme projetado, enquanto a O&M contínua monitora, ajusta e mantém o desempenho ao longo do tempo. Essas práticas não apenas maximizam a produção de energia, mas também prolongam a vida útil da usina, garantindo um retorno sustentável do investimento. A atenção dedicada a esses processos é fundamental para o sucesso a longo prazo das usinas solares. 🌞🔧