Elaboração de um modelo de identificação de falhas e análise de confiabilidade para sistemas de rastreamento solar em usinas fotovoltaicas

Abstract

As usinas fotovoltaicas têm presenciado um crescente desenvolvimento com aumento dos seus fatores de capacidade devido a avanços tecnológicos. Dentre esses, os rastreadores solares são peças chave, pois, rastreando o movimento solar, aumentam a coleta de energia, levando a um aumento na produção energética entre 30% e 40%. Contudo, o emprego dos rastreadores também acarreta um acréscimo nos custos operacionais e de manutenção, estimado entre 10% e 15%, os quais são compensados pelo aumento no fator de capacidade proporcionado. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia para inferir índices relacionados à confiabilidade dos rastreadores solares. Com eles, é possível compreender a distribuição temporal das falhas e desenvolver estratégias mais eficientes de manutenção, além de obter estimativas mais precisas dos custos associados. A inferência dos índices de confiabilidade consiste em utilizar os dados de ocorrência de falhas dos sistemas de rastreamento para determinar as distribuições estatísticas associadas à confiabilidade do equipamento. Entre os principais índices de confiabilidade inferidos estão a Curva de Manutenção, a Função Taxa de Reparo, a Curva de Confiabilidade e a Função Taxa de Falhas. Entretanto, uma limitação presente no contexto desse estudo é a indisponibilidade de registros de falhas para os sistemas de rastreamento. Para contornar esse desafio, foi desenvolvido um método de detecção de falhas que utiliza a comparação entre a potência medida e a potência simulada a partir da radiação solar. Este método de detecção representa um avanço na literatura, pois é ajustável às características locais e infere os limiares de classificação de forma automática. A metodologia foi aplicada em dois sistemas de rastreamento, um de eixo duplo e outro de eixo único, disponibilizados pelo Desert Solar Centre de Alice Springs, na Austrália. Os resultados obtidos demonstraram a capacidade do método em descrever adequadamente as distribuições dos períodos de operação e reparo do sistema. Por fim, a aplicação dos dados de ocorrência de falhas na inferência dos índices probabilísticos de confiabilidade preenche uma lacuna na literatura relacionada à aplicação da teoria da confiabilidade aos rastreadores solares. A metodologia proposta pode ser empregada por usinas para a construção de calendários de manutenção mais eficientes, impactando positivamente o setor fotovoltaico.