Comparação experimental de desempenho entre subcampos fixos e de eixo único em usina fotovoltaica de grande escala ao ar livre

Por que este estudo solar importa

À medida que mais países recorrem ao sol para abastecer casas e cidades, uma questão básica torna-se crucial: como devemos dispor os painéis solares no mundo real para extrair a maior quantidade possível de eletricidade? Este estudo investiga essa questão em uma grande usina solar no deserto da Argélia, comparando painéis fixos com painéis que seguem o sol lentamente. Os resultados ajudam a orientar o projeto de melhores fazendas solares em regiões quentes e ensolaradas, onde cada ponto percentual extra de energia faz diferença.

Uma usina no deserto como laboratório real

A pesquisa foi realizada em uma usina solar de 1,1 megawatt perto de Ghardaïa, na borda do Saara. Ali, a radiação solar é intensa, mas as condições são duras: temperaturas de verão podem se aproximar de 50 °C, ventos carregam areia fina e a umidade varia de tardes muito secas a manhãs úmidas. Dentro dessa usina, a equipe focou em quatro subcampos de cerca de 100 quilowatts cada, todos inclinados a 30 graus e voltados para o sul. Dois subcampos usaram painéis de silício monocristalino e dois usaram silício policristalino. Para cada material, um subcampo foi montado em estruturas fixas e o outro em rastreadores de eixo único que giram leste–oeste para seguir o sol.

Observando o sol e os painéis ao longo das estações

Em vez de confiar apenas em simulações, os pesquisadores mediram o que realmente aconteceu no campo. Ao longo de quatro dias em 2016 — um no inverno, primavera, verão e outono — registraram a produção de energia de cada subcampo a cada quatro minutos, do nascer ao pôr do sol. Ao mesmo tempo, uma estação meteorológica no telhado da sala de controle monitorou brilho solar, temperatura do ar, temperatura dos painéis, velocidade do vento e umidade. A equipe também testou um modelo matemático conhecido de radiação incidente em superfícies inclinadas, verificando se ele poderia prever com precisão a energia solar disponível usando dados geográficos e atmosféricos locais. As previsões do modelo corresponderam de perto às medições, especialmente no verão e no outono, confirmando que ele pode estimar de forma confiável a luz solar disponível na região quando sensores dedicados não estão disponíveis.

Painéis fixos versus painéis que seguem o sol

As curvas de potência revelaram como as diferentes configurações se comportam ao longo de um dia típico. Em um dia claro de primavera, o campo fixo de monocristalino atingiu brevemente a maior potência de pico — cerca de 96 quilowatts — ligeiramente acima de seu homólogo rastreado, porque as condições ao meio-dia favoreceram sua orientação exata. Mas ao considerar o dia inteiro em vez do único momento de pico, a história mudou. Nas quatro estações, os sistemas de rastreamento produziram maior potência média e mais energia diária total do que os sistemas fixos. No verão, o subcampo monocristalino de eixo único entregou cerca de 19% a mais de potência média que seu equivalente fixo, e o subcampo policristalino rastreado ganhou cerca de 21% sobre seu par fixo. A energia diária seguiu o mesmo padrão: no dia de teste de julho, os campos rastreados alcançaram cerca de 788 e 715 quilowatt-hora, superando claramente os campos fixos, que permaneceram abaixo de 640 e 560 quilowatt-hora.

Como o tempo molda o desempenho solar

Como cada leitura estava vinculada a dados meteorológicos, o estudo pôde separar como a natureza ajuda ou atrapalha a usina. Luz solar mais intensa aumentou naturalmente a potência, e os campos rastreados capturaram mais dessa luz ao manter suas faces melhor alinhadas com o sol ao longo do dia, especialmente pela manhã e no final da tarde. As temperaturas, que costumam preocupar projetistas solares, ficaram próximas o suficiente da faixa preferida dos painéis para que as perdas de eficiência fossem modestas; no dia mais quente do verão, altas temperaturas e forte radiação ainda coincidiram com os maiores ganhos de potência dos sistemas rastreados. O vento revelou-se um aliado discreto: brisas resfriaram os painéis e às vezes sopraram a poeira, ajudando a produção, enquanto alta umidade e nuvens no inverno e outono reduziram o desempenho ao ofuscar a luz e permitir a condensação de umidade nas superfícies dos painéis.

Quantificando a vantagem do rastreamento

Para tornar a comparação clara, os pesquisadores calcularam uma “percentagem de aumento” que mostra quanto a potência média dos campos rastreados excedeu a dos campos fixos do mesmo tipo de painel. Mesmo nos dias de teste menos favoráveis do inverno e do outono, o rastreamento de eixo único aumentou a produção monocristalina em cerca de 3–9% e a policristalina em aproximadamente 12%. Nos testes mais ensolarados de primavera e verão, os ganhos chegaram a cerca de 10–19% para painéis monocristalinos e 20–21% para os policristalinos. De modo geral, o campo policristalino rastreado mostrou ganhos percentuais ligeiramente maiores, enquanto o campo monocristalino rastreado entregou a maior energia diária absoluta.

O que isso significa para futuras fazendas solares

Para quem pensa no futuro da energia limpa, a conclusão é direta: em desertos quentes e ensolarados como o sul da Argélia, montar painéis solares em simples sistemas de rastreamento leste–oeste pode aumentar de forma perceptível a eletricidade produzida a partir da mesma capacidade instalada. O estudo mostra que esses rastreadores não apenas suavizam a potência ao longo do dia, mas também respondem bem aos padrões meteorológicos locais, aproveitando melhor o forte sol do verão e as brisas refrescantes. Os autores concluem que o rastreamento de eixo único — especialmente com painéis policristalinos robustos — oferece uma opção sólida para grandes usinas solares em climas saharianos, e que modelos confiáveis de irradiação podem ajudar a projetar tais sistemas mesmo onde medições detalhadas são escassas.

Citação: Abderraouf, B., Lakhdar, L.M., Abdelkader, B. et al. Experimental performance comparison of fixed and single-axis subfields in a large-scale outdoor photovoltaic power plant. Sci Rep 16, 12293 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41570-8

Palavras-chave: rastreio solar, usina fotovoltaica, energia solar no deserto, painéis monocristalinos e policristalinos, modelagem de irradiância solar