Um esforço colaborativo envolvendo 73 pesquisadores de 22 países resultou no estabelecimento de um conjunto de melhores práticas para a avaliação do desempenho e da confiabilidade de células fotovoltaicas projetadas para operar em ambientes internos. O objetivo é trazer maior clareza e consistência a um campo que, até então, era caracterizado por padrões fragmentados e divergentes, impulsionando o desenvolvimento e a comercialização de dispositivos que captam energia da iluminação interna.

Um Marco para a Energia Solar Interna

O estudo, considerado um marco pela comunidade científica, representa o primeiro consenso amplo sobre como avaliar o desempenho e a estabilidade de fotovoltaicos internos, essenciais para alimentar eletrônicos de baixa potência. A iniciativa reuniu especialistas de instituições acadêmicas, institutos de metrologia e da indústria, estabelecendo uma estrutura abrangente para medições padronizadas.

Nosso estudo apresenta o primeiro consenso em todo o campo sobre como avaliar o desempenho e a estabilidade de fotovoltaicos internos projetados para coletar energia da iluminação interna. Reunindo especialistas da academia, institutos de metrologia e indústria de 22 países, os pesquisadores delineiam uma estrutura abrangente para medições padronizadas.

Thomas Brown, autor correspondente do estudo, em declaração à pv magazine.

Entre as recomendações chave, destacam-se a seleção de fontes de luz de referência internas apropriadas, espectros e níveis de intensidade. Essas escolhas foram baseadas em análises dos mercados de iluminação e regulamentações, garantindo que as condições de teste reflitam com precisão as encontradas pelos dispositivos em ambientes internos reais. Além disso, o estudo estabelece protocolos de melhores práticas para avaliar a estabilidade a longo prazo, uma área que recebeu pouca atenção em práticas de teste anteriores.

Desafios e Soluções para a Padronização

Apesar de a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) ter introduzido sua primeira especificação técnica para medir a eficiência fotovoltaica interna em 2023 — a IEC TS 62607-7-2:2023 — variações na iluminação interna ainda complicam avaliações de desempenho consistentes. Para superar esse desafio, o grupo propôs um único espectro de referência e nível de iluminância como o padrão de melhor prática, ao mesmo tempo em que recomendou condições de teste alternativas que consideram a diversidade de ambientes de iluminação encontrados em edifícios.

A estrutura também abrange procedimentos de medição, calibração e mascaramento, e introduz testes de estabilidade essenciais que eram anteriormente inexistentes. A equipe de pesquisa enfatizou a necessidade de avançar em direção a condições de iluminação padronizadas para tornar as medições de desempenho de PV interno mais consistentes e comparáveis.

Recomendações Técnicas Detalhadas

Com a eliminação gradual da iluminação fluorescente em todo o mundo, os pesquisadores identificaram os LEDs brancos como a tecnologia de referência mais apropriada para testes de PV interno. Enquanto a referência de melhor prática atual da IEC é o espectro LED B-4 de 5.000 K, eles propuseram o espectro LED B-3 de 4.000 K como um padrão futuro. Esta recomendação reflete as tendências atuais do mercado, com a iluminação de 4.000 K sendo particularmente prevalente em ambientes comerciais e outros não residenciais.

Outras recomendações técnicas incluem:

  • Câmaras de Teste: Uso de câmaras de teste à prova de luz com reflexos controlados.
  • Iluminação: Iluminação LED pseudo-colimada.
  • Equipamento de Medição: Equipamento capaz de detectar as correntes muito baixas produzidas por células fotovoltaicas internas.
  • Ajuste da Intensidade da Luz: Pode ser feito eletricamente, opticamente ou alterando a distância entre a lâmpada e o dispositivo, com o controle de energia elétrica geralmente preferido, apesar de potenciais variações espectrais.
  • Fontes LED: Recomenda-se o uso de fontes LED que correspondam de perto ao espectro de referência, permitindo tempo suficiente para as fontes estabilizarem e garantindo iluminação uniforme em toda a área de medição.
  • Calibração: Para calibração precisa de iluminância e irradiância, sugeriu-se o uso de células de referência, espectrorradiômetros ou luxímetros, sendo as células de referência consideradas a abordagem de melhor prática.
  • Rastreabilidade: Instrumentos com calibração rastreável a institutos nacionais de metrologia e medição da irradiância espectral absoluta sempre que possível.
  • Mascaramento: O mascaramento cuidadoso das células fotovoltaicas foi definido como “essencial”, especialmente para pequenos dispositivos, para minimizar erros causados por luz difusa e efeitos de borda.

Testes de Estabilidade e Degradação

Para testes de estabilidade, a principal recomendação da equipe é um teste de imersão em luz a 1.000 lux (lx), onde a degradação pode ser observada mais prontamente. Níveis de iluminância mais altos podem ser usados para estudos de envelhecimento acelerado. Protocolos adicionais incluem testes de armazenamento no escuro e ciclos claro-escuro para avaliar degradação, recuperação e desempenho sob padrões de operação internos realistas.

Como a degradação do PV interno pode ser lenta, os pesquisadores também recomendaram um mínimo de 1.000 horas de envelhecimento quando um dispositivo não atinge 80% de sua eficiência inicial, com níveis de iluminação mais altos usados para acelerar a degradação. Por fim, eles descreveram os testes de campo em condições reais como “essenciais” para desenvolver protocolos acelerados capazes de prever de forma confiável a vida útil e o comportamento de degradação de diferentes tecnologias de PV interno.

As diretrizes propostas estão detalhadas no artigo “Melhores práticas para medir o desempenho e a estabilidade de dispositivos fotovoltaicos internos”, publicado na prestigiada revista Nature Energy.

Os autores acreditam que a publicação marca um marco para uma comunidade que cresceu rapidamente junto com a disseminação de eletrônicos de baixa potência e tecnologias de PV interno. Ao estabelecer práticas comuns agora, a declaração de consenso estabelece as bases para testes padronizados, abrindo caminho para métodos mais complexos em uma gama mais ampla de condições de iluminação.

Conclusão do grupo de pesquisa.

A equipe internacional incluiu cientistas de instituições renomadas como a Universidade Tor Vergata da Itália, a Universitat Rovira i Virgili da Espanha, a Toin University of Yokohama do Japão, a Forschungszentrum Jülich GmbH da Alemanha e a Edith Cowan University da Austrália, entre outras.

O que isso significa para a região

A padronização dos testes de células fotovoltaicas internas é um avanço significativo para o setor de energia solar, com implicações diretas para o Norte Pioneiro do Paraná. À medida que a tecnologia avança, a capacidade de gerar energia de forma eficiente em ambientes fechados pode abrir novas oportunidades para a eletrificação de dispositivos de baixa potência, como sensores, dispositivos IoT (Internet das Coisas) e equipamentos de automação residencial e industrial. Para a região, isso significa o potencial de integrar soluções de energia mais autônomas e sustentáveis em diversos setores, desde a agricultura de precisão até a indústria local. A clareza nos padrões de desempenho e estabilidade permitirá que empresas e consumidores façam escolhas mais informadas, impulsionando a adoção de tecnologias inovadoras que podem reduzir a dependência da rede elétrica convencional em certas aplicações, contribuindo para a eficiência energética geral.

Leitura da LZ7 Energia

A padronização internacional para testes de fotovoltaicos internos, como a estabelecida por este grupo de pesquisa, é crucial para o avanço da energia solar. Para a LZ7 Energia e para o mercado brasileiro, isso significa que novas tecnologias de captação de energia em ambientes internos poderão ser avaliadas com maior rigor e comparabilidade. Em um cenário onde a eficiência energética e a autonomia de dispositivos são cada vez mais valorizadas, a clareza nos padrões de desempenho e estabilidade desses componentes pode acelerar sua adoção em aplicações como casas inteligentes, edifícios comerciais e até mesmo em equipamentos agrícolas no Norte Pioneiro. Isso contribui para a diversificação das fontes de energia e para a otimização do consumo, beneficiando diretamente os consumidores e empresas da região que buscam soluções inovadoras e confiáveis para suas necessidades energéticas.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.