Quando o Japão lançou o seu regime nacional de tarifas de alimentação (FIT) em 2012, a região de Tohoku, atingida pelo terramoto e pelo tsunami de março de 2011, tornou-se um dos mais importantes campos de ensaio para a energia fotovoltaica (PV) em grande escala. Entre os projetos que surgiram no âmbito dos esforços de recuperação destaca-se a Central Fotovoltaica de Ishinomaki Numazu, uma central montada no solo com cerca de 14 MW (CC), construída num antigo campo de golfe na cidade de Ishinomaki, na prefeitura de Miyagi. Entrada em funcionamento a 1 de setembro de 2017, a central foi concebida para gerar cerca de 16,08 milhões de kWh de eletricidade limpa por ano — o suficiente para cobrir o consumo anual de cerca de 4 400 famílias japonesas comuns.

Para os promotores de projetos, empreiteiros EPC e investidores que avaliam painéis solares fotovoltaicos para centrais de grande escala, Ishinomaki é mais do que uma simples folha de números. Mostram como um local com limitações após uma catástrofe, um clima adverso e um contrato de compra de energia de 20 anos se combinam para definir exatamente o que um painel solar deve proporcionar. Este estudo de caso analisa o projeto, as suas opções de engenharia e as lições que os compradores devem ter em conta na fase de aquisição.

Tabela 1. Visão geral do projeto – Central Fotovoltaica de Ishinomaki Numazu

1. Transformar um campo de golfe abandonado numa central elétrica

Uma das decisões mais marcantes em Ishinomaki é a própria localização: um campo de golfe desativado com cerca de 22 hectares nos arredores da cidade. A reutilização de terrenos industriais abandonados como este é atraente no Japão, onde os terrenos planos e aptos para construção são escassos e as terras agrícolas férteis são protegidas. Ao reabilitar um terreno já nivelado e com drenagem já instalada, o promotor imobiliário evitou entrar em concorrência com a agricultura e encurtou o processo de obtenção de licenças.

Os campos de golfe, no entanto, não são terrenos planos. As suas encostas onduladas, os tee boxes e os roughs criam um terreno irregular, com profundidades de solo variáveis e drenagem irregular. A equipa de engenharia optou por trabalhar com o terreno em vez de contra ele: durante a preparação do local, aproveitaram a topografia existente para expandir a área disponível para painéis solares fotovoltaicos, nivelando o terreno apenas onde era estritamente necessário. Foi também construída uma lagoa de regulação específica, em conformidade com um decreto emitido pela Prefeitura de Miyagi, para que as águas pluviais provenientes da vasta área coberta por painéis fossem controladas antes de chegarem aos cursos de água locais.

Em vez de impor um único layout de estruturas de suporte em todo o local, a equipa dividiu os painéis em quatro grandes tipos e adaptou cada tipo às condições do solo da respetiva zona. Os grandes painéis da central foram construídos com quatro módulos montados na orientação vertical (retrato), o que permitiu instalar mais painéis por estrutura de suporte e ajudou a equipa de projeto a atingir a eficiência de conversão ideal para a área disponível. O resultado é um projeto que parece ter sido concebido à medida do terreno, e não simplesmente imposto sobre ele.

2. Conceção de painéis e sistemas fotovoltaicos para o clima de Miyagi

A prefeitura de Miyagi situa-se na costa do Pacífico de Tohoku, uma região conhecida pela forte queda de neve no inverno, ventos ocasionais com força de tufão, elevada humidade e, claro, elevados requisitos sísmicos. Qualquer painel fotovoltaico instalado aqui tem de resistir a cargas de neve na superfície do módulo, a grandes variações térmicas entre o calor do verão e a geada do inverno, à névoa salina costeira e à vibração dos sismos. A dimensão de 14 MW CC / 10 MW CA — um ligeiro sobredimensionamento de CC para CA — é também típica de projetos japoneses maduros ao abrigo do FIT: permite extrair mais quilowatts-hora do inversor e da ligação à rede durante os meses de baixa irradiação, que é precisamente quando os dias mais curtos e com muita neve de Tohoku se tornam importantes.

A montagem na vertical é um pormenor que merece especial atenção. Em climas com neve, as fileiras orientadas verticalmente libertam a neve mais rapidamente do que os painéis horizontais largos e reduzem o risco de longas paragens durante o inverno. Além disso, facilitam a gestão da sujidade na face frontal. Cada tipo de painel solar escolhido para Ishinomaki reflete um equilíbrio entre rendimento energético, carga estrutural e facilidade de manutenção a longo prazo — os mesmos compromissos que os compradores em qualquer região com clima de quatro estações devem ter em conta nas especificações dos seus painéis e estruturas de suporte.

Vale também a pena destacar a repartição de 14 MW em corrente contínua (CC) frente a 10 MW em corrente alternada (CA). Uma relação de sobredimensionamento CC/CA de cerca de 1,4 é comum em regiões onde a irradiação no inverno é baixa e os picos de verão são breves: permite que os inversores funcionem mais perto da carga total durante mais horas do ano, uniformizando o rendimento anual em vez de se concentrarem num único pico de verão. Para os compradores de módulos, isto significa que os painéis solares fotovoltaicos que especificarem passarão grande parte da sua vida útil a funcionar em carga parcial, onde o baixo coeficiente de temperatura e o desempenho em condições de pouca luz são tão importantes quanto a potência nominal.

3. Por que razão a qualidade dos painéis determina o retorno do investimento ao longo de 20 anos

Ao abrigo do programa FIT do Japão, a eletricidade produzida em Ishinomaki é vendida à Tohoku Electric Power ao abrigo de um contrato de longo prazo com tarifas garantidas. Essa estrutura altera completamente a função dos painéis solares fotovoltaicos: a central não é avaliada no dia em que é colocada em funcionamento, mas sim pela sua capacidade de continuar a produzir perto da sua potência nominal durante duas décadas e mais além.

Para um projeto financeiramente viável, apoiado por um investidor institucional como a GE Energy Financial Services, isto significa que os próprios módulos têm de ser financeiramente viáveis. Na prática, isso traduz-se numa lista restrita de especificações inegociáveis: certificação IEC 61215 e IEC 61730 em termos de conceção e segurança; forte resistência à PID (degradação induzida por potencial) sob condições de calor e humidade; baixo LID inicial; uma garantia de desempenho linear de 25 anos, com uma degradação anual normalmente mantida em, ou abaixo de, cerca de 0,5 a 0,7 por cento; e uma produção consistente e rastreável em todos os lotes enviados para o local de instalação. As localizações costeiras e com neve valorizam ainda mais os ensaios de névoa salina e carga de neve.

Há também a questão da densidade energética. Uma vez que toda a central tem de caber numa área fixa de 220 000 m², cada ponto percentual adicional de eficiência dos módulos traduz-se diretamente em quilowatts-hora adicionais ao longo da vida útil da central – e em receitas contratuais adicionais. Escolher o painel fotovoltaico mais barato por watt parece atraente à primeira vista, mas um módulo que se degrada mais rapidamente, falha devido ao PID ou necessita de substituições frequentes corrói silenciosamente o próprio fluxo de caixa que os investidores do FIT garantiram.

4. Resultados e impacto na comunidade

Desde que entrou em funcionamento comercial a 1 de setembro de 2017, a central de Ishinomaki Numazu tem vindo a fornecer cerca de 16,08 milhões de kWh de energia solar por ano à rede regional – o equivalente ao consumo anual de cerca de 4 400 famílias comuns. O nome do proprietário do projeto, Ishinomaki Kizuna GK, remete para o contexto: “kizuna” significa «laços» em japonês, e a central faz parte de um esforço mais vasto de reconstrução numa cidade que perdeu mais de 6 000 residentes no tsunami de 2011.

Para além dos megawatts-hora, o projeto demonstra um modelo replicável: capital privado para infraestruturas, experiência internacional em EPC, um terreno industrial abandonado reabilitado e uma equipa dedicada à operação e manutenção, responsável por garantir a disponibilidade da central durante todo o ano. É o tipo de referência que se tornou padrão para a energia solar à escala da rede na Ásia Oriental.

5. Dicas para compradores que procuram painéis solares fotovoltaicos

Que lições deve um promotor ou uma empresa de engenharia, aquisição e construção (EPC) retirar da experiência de Ishinomaki ao adquirir painéis solares fotovoltaicos para a próxima central?

Em primeiro lugar, opte com base no clima, e não no preço de tabela. A neve, o sal, o calor e as cargas sísmicas devem determinar a certificação dos módulos, o design da estrutura, a escolha do vidro e a orientação da montagem, antes de influenciarem a discussão sobre o orçamento. Em segundo lugar, exija documentação que garanta a viabilidade financeira: certificação IEC completa, garantias lineares de desempenho de 25 anos, rastreabilidade dos lotes e um fabricante capaz de acompanhar todo o ciclo de vida do projeto. Em terceiro lugar, padronize a utilização de um único modelo de módulo em todo o local, para que as peças sobressalentes, a formação e a operação e manutenção sejam simples durante décadas. Em quarto lugar, considere a disposição do local como parte da decisão sobre o produto: o painel certo numa geometria de disposição errada tem um desempenho inferior ao esperado.

É precisamente por isso que um fabricante integrado — que concebe e produz células solares, módulos fotovoltaicos, baterias de lítio e sistemas solares completos sob o mesmo teto — tende a conquistar encomendas à escala industrial. As células, o laminado dos módulos, a engenharia do sistema e a garantia pós-venda já não são quatro fornecedores distintos que é necessário coordenar.

Por fim, não se limite ao próprio módulo e informe-se sobre o sistema na sua totalidade. Uma central moderna da classe dos 14 MW é cada vez mais combinada com armazenamento em baterias, monitorização ao nível das cadeias e operação e manutenção remotas. Os painéis solares fotovoltaicos que comunicam bem com os inversores e o sistema de armazenamento — através de janelas de tensão compatíveis, coeficientes de temperatura estáveis e curvas de degradação previsíveis — extraem mais valor de cada megawatt-hora do que a potência nominal por si só sugere. O projeto de Ishinomaki foi construído antes de a hibridização com baterias se tornar padrão no Japão, mas a sua lógica de engenharia continua a ser o modelo a seguir: especifique o painel tendo em conta o contrato climático e financeiro de 20 anos, e não a cotação que receber esta semana.

Sobre a JA TECH

Fundada em 2007, a JA TECH é especializada na conceção, produção e comercialização de células solares, módulos fotovoltaicos, baterias de lítio e sistemas solares integrados. Desde centrais terrestres de grande escala, como a de Ishinomaki, até instalações comerciais em telhados e instalações com armazenamento de energia, a nossa equipa de engenharia fornece painéis solares fotovoltaicos fiáveis, concebidos para climas adversos e com um ciclo de vida útil de 25 anos. Se estiver a planear um projeto solar em solo, em telhado ou híbrido e pretender especificações e preços de módulos adaptados ao seu clima local e às normas da rede elétrica, contacte a nossa equipa de vendas para obter uma proposta personalizada.

Fontes

Os dados relativos ao projeto apresentados neste artigo baseiam-se no comunicado de imprensa PR_N.º 88 da juwi Shizen Energy Inc., intitulado “A central fotovoltaica de Ishinomaki Numazu, com 14 MW, na prefeitura de Miyagi, foi concluída pela juwi Shizen Energy” (31 de janeiro de 2018), nas referências de projetos publicadas pela Trina Solar e nos registos de centrais da Global Energy Monitor. As marcas de módulos efetivamente instaladas no local são as documentadas pelas entidades responsáveis pela conceção, aquisição e construção (EPC); este estudo de caso é apresentado como referência para engenharia e aquisição.