O 3D Backtracking® aumenta a superfície de captação das usinas fotovoltaicas

O que é o 3D Backtracking®?

O 3D Backtracking® é o algoritmo mais avançado desenvolvido pela Suntrack para impulsionar a produção de energia solar evitando sombras até nas topografias mais irregulares.

O problema: o sombreamento dos painéis fotovoltaicos

Embora os rastreadores de eixo único sejam a melhor opção para maximizar a geração dos grandes projetos solares, surgem desafios importantes, e o sombreamento dos painéis é um deles.

O método mais comum para combater o sombreamento entre fileiras é o uso de algoritmos de backtracking. Esse tipo de algoritmo calcula o ângulo ótimo de cada rastreador para evitar o sombreamento, considerando variáveis como a posição do sol, a data, o passo entre fileiras, a altura do rastreador e seu formato. Durante muitos anos, o backtracking convencional foi suficiente para atender às exigências do mercado. As topografias eram, em sua maioria, planas e regulares, sem colinas acentuadas nem depressões. Assim, os modelos de backtracking convencional e o “ajuste fino” manual eram a forma mais eficaz de evitar o sombreamento.

À medida que os terrenos planos começaram a escassear, algumas mudanças passaram a ser necessárias para manter o sombreamento no mínimo. Aplicar inclinações constantes a grupos de rastreadores foi a abordagem habitual do setor, junto com o ajuste manual de parâmetros para obter aquela produção extra. Ainda assim, é preciso dar outro passo adiante para maximizar a produção até nos terrenos mais desafiadores. Suntrack by P4Q, como o maior fornecedor independente de sistemas de controle de rastreadores, desenvolveu um algoritmo de backtracking revolucionário que impulsiona a produção até nas topografias mais irregulares: o 3D Backtracking®.

O 3D Backtracking® aumenta a superfície de captação em até 5,93%

Enquanto outras abordagens nos novos algoritmos de rastreamento solar usam modelos de machine learning para caracterizar a topografia, ou dependem de atualizações contínuas da posição-alvo enviadas por um controlador centralizado, na Suntrack acreditamos que a solução mais eficiente para evitar o sombreamento é resolver um problema geométrico. É por isso que o nosso 3D Backtracking® se baseia em análise poligonal avançada. A partir da análise topográfica do local, realiza-se uma otimização que exige capacidade de cálculo considerável e que resulta na geração de tabelas de transformação de ângulos. Em consequência, a TCU pode calcular localmente o alvo ótimo por meio de operações simples.

Graças a essa abordagem, podemos garantir que os ganhos teóricos de produção serão muito semelhantes aos ganhos reais, já que não haverá nenhum fator de alteração como, por exemplo, as perdas de comunicação. Desde o desenvolvimento do algoritmo 3D Backtracking®, o objetivo da Suntrack tem sido verificar os ganhos de superfície de captação em projetos reais. O gráfico abaixo mostra um ganho de superfície de captação de 3,4% em um projeto na Espanha com inclinações inferiores a 3%.

Os pontos vermelhos representam a relação entre a área sombreada e a elevação do sol usando um algoritmo de backtracking tradicional. Quanto mais pontos vermelhos ao longo do eixo x, mais painéis estão sombreados. Já observando os pontos verdes, que correspondem ao algoritmo 3D Backtracking®, todos eles se concentram em 0,00% de área sombreada. Isso significa que, mesmo com elevações solares baixas, o algoritmo é capaz de reduzir o sombreamento dos painéis a praticamente zero.

 

Vantagem de desempenho do 3D Backtracking®. Variação do terreno (leste-oeste)

 

ONDULAÇÃO BAIXA (INCLINAÇÃO DE 3%)	ONDULAÇÃO MODERADA (INCLINAÇÃO DE 4,5%)	ONDULAÇÃO ALTA (INCLINAÇÃO DE 6%)
2,76%	3,70%	5,93%

 

Na Suntrack by P4Q, trabalhamos desde o início com os principais players do mercado global de rastreadores e conhecemos as diferentes soluções de rastreador que cada cliente possui. De rastreadores de fileira única a rastreadores de fileira dupla e multissegmento, o algoritmo 3D Backtracking foi projetado para funcionar com qualquer configuração de rastreador. Além disso, o sistema foi concebido para trabalhar com os dados de saída normalmente usados no desenvolvimento de projetos solares. Estes são os dados de entrada necessários para aplicar o algoritmo: § coordenadas X, Y e Z das extremidades de cada segmento § largura da mesa § deslocamento do eixo § eixo de rotação.

Uma vez fornecidos os dados de entrada, realiza-se o processo de otimização, que consiste basicamente em alcançar a máxima área de captação efetiva. Esse processo não se baseia em traçado de raios, mas em análise poligonal a partir da direção de incidência da radiação solar, dando origem a áreas de captação e de obstrução.

O método é altamente eficiente e não exige grande capacidade de cálculo para sua execução.

Para levar em conta o efeito do sombreamento elétrico, aplica-se um fator de degradação às áreas de obstrução e o resultado é subtraído das áreas de captação, resultando em uma área de captação efetiva para toda a usina fotovoltaica.

O algoritmo incorpora ainda uma margem de segurança, que permite acomodar incertezas nas medições, bandas mortas de movimento, torção dos rastreadores etc. O objetivo principal da otimização é maximizar a área de captação efetiva e, secundariamente, minimizar a dispersão de ângulos entre os rastreadores. Isso é feito para alcançar uma produção mais equilibrada entre os rastreadores e evitar situações anômalas com apontamentos muito díspares.

 

3D Backtracking® integrado em cada TCU

Um dos aspectos fundamentais do 3D Backtracking®, além de impulsionar o ganho de produção em terrenos irregulares, é que ele roda localmente, integrado em cada TCU. Outras abordagens para evitar o sombreamento se baseiam em sistemas externos que transmitem a posição ótima de cada rastreador a cada poucos minutos. Essa abordagem enfrenta diversos riscos de implementação:

• Perdas de comunicação
• Hardware / software adicional
• Segurança e integridade dos dados. O novo algoritmo da Suntrack exige apenas o processamento dos dados antes da entrega do projeto. Concluído o processamento, cada TCU funcionará de forma independente, sem precisar receber comandos de uma entidade externa.

As TCUs funcionarão com apenas algumas dezenas de registros, de modo que os requisitos de memória são mantidos no mínimo. Esses registros são usados pela TCU para calcular continuamente o ângulo ótimo graças a uma função de transferência projetada para ser executada de forma rápida e eficiente.

 

Compatível com o portfólio da Suntrack

O novo algoritmo 3D Backtracking® é compatível com a versão TCU 2020 desenvolvida pela Suntrack. Qualquer que seja a versão da TCU 2020, seja self-powered, ACpowered ou string-powered, o novo algoritmo impulsionará a produção do seu projeto solar. Tem alguma dúvida sobre o 3D Backtracking®? Fale com a gente!