Olá Energista! Hoje vou desvendar todos os mistérios do inversor solar.
O inversor é um dos principais equipamentos de um sistema fotovoltaico, é ele que permite que a energia elétrica produzida pelos módulos solares seja utilizada em nossa casa.
Bora lá?!
Como funciona o Inversor Solar?
Primeiramente, vou te explicar porque é necessário o uso de um inversor.
Pois bem, o que acontece é que os módulos fotovoltaicos produzem energia elétrica em corrente contínua (CC ou DC), ou seja, é uma corrente que percorre um circuito sem alterar seu sentido de circulação, e não é essa a corrente das redes de distribuição que chegam em nossas casas.
A corrente que chega na tomada da nossa casa, é a corrente alternada (CA ou AC), devido a facilidade de transmissão e as menores perdas. A imagem abaixo representa a diferença entre essas duas correntes.
Então, é justamente o inversor o equipamento responsável por fazer essa conversão de corrente contínua para corrente para alternada. Usualmente os inversores são representados assim:
Quais os tipos de inversores que existem?
Aliás, falando apenas em inversores solares, existem 4 categorias mais utilizadas hoje, o String On-Grid, o Off-Grid, o Híbrido e os Microinversores – que também são On-Grid (tecnologia MLPE).
Inversor String On-grid
Inversor On-grid ou como conhecido “conectado à rede”, é utilizado para ligar sistemas fotovoltaicos, sem baterias, diretamente nas redes da distribuidora.
Para tanto, são comumente utilizados hoje em sistemas de compensação de energia, conforme a REN ANEEL nº 482/2012.
A maioria dos inversores on-grid possuem um sistema de monitoramento que faz o registro de dados integrados no inversor, conectando a uma rede Wi-Fi. Isso permite gerenciar os dados de geração do inversor remotamente, bem como identificar possíveis anomalias no seu funcionamento.
Assim, esse inversor solar também faz a sincronização com a rede pública de eletricidade, ou seja, a energia solar fornecida é exatamente igual àquela que é recebida pela rede elétrica.
Inversor Off-grid
Já o inversor Off-grid não necessita da rede pública de distribuição de energia. Isso significa que a energia gerada pelo sistema solar fotovoltaico é voltada diretamente para alimentar as cargas da instalação.
Portanto, esse tipo de inversor utiliza baterias para armazenar a energia excedente em situações de baixo consumo, para os momentos que a geração solar não é capaz de suprir a carga.
Inversor Híbrido
Antes de mais nada, é importante que você saiba que um inversor solar híbrido é composto, na maioria das vezes, de dois inversores diferentes em um só, ou seja, “on-grid + off-grid”. Eles podem ser ligados à rede, funcionando como um inversor on-grid, ou serem ligados diretamente às cargas (os aparelhos consumidores de energia elétrica), funcionando como um inversor solar off-grid.
O funcionamento do inversor híbrido é alterado automaticamente quando ocorre a queda de energia.
Microinversor
Primeiramente o microinversor tem a mesma função que o inversor On-grid, porém é projetado para operar com até 4 módulos fotovoltaicos, estabilizando a energia elétrica em cada componente e fazendo-os operar independentemente. A vantagem desse tipo de inversor é a otimização individual da produção de energia de cada módulo.
Em um sistema com inversores on-grid, quando ocorre problemas com sombra, poeira ou outro tipo de mismatch, todo o rendimento do módulo é comprometido.
Utilizando os microinversores isso se torna diferente. Nesse caso, somente aquele módulo com problema continua com o desempenho menor, justamente porque não são ligados em série.
Pode ser utilizado em sistemas de grande porte, porém é usualmente utilizado em sistemas menores, devido ao custo que ainda não é viabilizado em grandes sistemas.
Principais funções do inversor solar
Funções de proteção
Os inversores solares, mais precisamente o inversor On-grid, precisam seguir a risca diversas funções de proteção para garantir a segurança, confiabilidade e eficiência de sistemas fotovoltaicos. As principais funções de proteção que um inversor solar deve ter são:
- Anti-ilhamento;
- Contra polaridade reversa;
- Resistência contra chamas;
- Contra temperaturas alta;
- Proteção e monitoramento do isolamento;
- Contra surtos;
- Contra sobrecarga na entrada;
- Contra grandes variações de tensão e frequência da rede;
- Contra sobretensão no lado de corrente contínua;
- Contra corrente reversa;
- Para o restabelecimento da conexão;
- Contra sobrecorrente no lado CA.
Função Anti-ilhamento
Os inversores são projetados para desligar rapidamente da rede elétrica caso haja interrupção de energia, função essa chamada de proteção anti-ilhamento. Esta proteção é necessária para a conexão do inversor à rede, ou seja, ela evita acidentes durante o reestabelecimento da mesma e garante a segurança das pessoas durante a sua manutenção, garantido que o trecho fique completamente desenergizado.
Função sincronismo e controle de corrente
Além da detecção anti-ilhamento o inversor tem o sistema de controle de corrente e o sistema de sincronismo, ou seja, ele adequa a energia injetada na rede, para que a mesma tenha as mesmas características da energia das linhas de distribuição.
E caso essa corrente varie além dos padrões do inversor ele é programado para interromper seu funcionamento em até 0,1s e enviar um alerta para o monitoramento.
Função MPPT do inversor
Também temos a função MPPT que é uma das mais importantes neste equipamento.
Em resumo, o MPPT, do inglês “Maximum Power Point Tracking” (Rastreador/Seguidor do Ponto de Potência Máxima) é uma função do inversor que faz com que ele rastreie constantemente a mudança do ponto de maior potência de um arranjo fotovoltaico.
Ou seja, ele nivela a melhor relação na curva I x V do arranjo, em função das condições ambientais e operacionais, garantindo sempre que a potência de saída máxima dos módulos seja a mesma.
Por exemplo, se você pretende instalar módulos em duas posições diferentes, do seu telhado como N (norte) e L (leste), então o seu inversor precisará ter 2 MPPTs, caso contrário o seu sistema fotovoltaico não funcionará corretamente.
A imagem abaixo mostra exatamente como são as entradas e as MPPTs de um inversor.
Como a radiação solar varia durante o dia, o ponto de máxima potência também varia de acordo com esta característica, por tanto, faz-se necessário um sistema que fique constantemente rastreando e levando o inversor solar a operar neste ponto.
Logo, isso garante que o arranjo dos módulos esteja sempre transferindo a sua máxima potência elétrica instantânea.
De antemão, a figura acima mostra o resultado da atuação de um sistema de MPPT sobre a tensão de entrada do inversor, ou seja a tensão fornecida pelo arranjo fotovoltaico.
Conforme as condições da variação da radiação solar, fato verificado pelas variações da corrente fotovoltaica ao longo do tempo, a tensão dos módulos é ajustada automaticamente pelo sistema de MPPT.
Assim sendo, a corrente resultante na saída do inversor solar é modulada de acordo com a condição da radiação solar e com a atuação do MPPT.
Como dimensionar um inversor?
No dimensionamento do inversor solar, levamos em consideração uma série de fatores. Antes de escolher o inversor solar, pense que você deve:
– Respeitar limites de entrada (tensão e corrente) do inversor;
– Selecionar o inversor com a tensão de saída igual à tensão da rede (ou usar transformador);
– Verificar se número de fases da rede é igual ou superior ao número de fases do inversor, lembrando que geralmente inversores com potência menor que 10 kW são utilizados em redes mono e bifásicas e a cima de 10 kW para redes trifásicas;
– Identificar quantas MPPTS são necessárias;
– Verificar o grau de proteção contra água e poeira IP a partir de 55 para locais abertos.
Exemplo do dimensionamento de um inversor
Para um sistema fotovoltaico de 20 módulos de 350W, ou seja, 7000W ou 7,0 kW é necessário um inversor que tenha capacidade de processar essa energia.
No mercado existe uma grande variedade de potência de inversores. Todos eles têm um datasheet onde estão disponíveis suas informações técnicas.
A partir dessas informações, é possível calcular se o seu modelo é compatível com o dimensionamento do nosso sistema fotovoltaico. Vou dividir em 3 partes um exemplo de datasheet para você entender melhor suas principais informações.
1ª PARTE: A maioria dos inversores apresentam inicialmente na ficha técnica suas curvas de eficiência e o diagrama do circuito que indica as configurações elétricas das entradas e MPPTs do inversor.
2ª PARTE: Seguido de valores de referência, estão os dados limites para entrada e saída de energia de Pmax, Imax, Vmax, Voc, Vmp, nº de MPPT, nº de strings por MPPT.
3ª PARTE: Dados gerais de proteções e especificações.
Além do mais, cada tipo inversor tem as informações dispostas de maneira diferente, mas todos contêm as informações mínimas de segurança e especificações técnicas do seu modelo.
Cálculos da potência de entrada máxima de energia no inversor
Cada marca de inversor tem suas particularidades e normalmente essas informações são representadas no datasheet. Vou continuar com o exemplo de um inversor 6kW e módulos de 350W:
Depois de encontrar esses dados é só multiplicar pela quantidade de módulos que serão conectados em cada entrada do inversor e comparar o resultado com os valores de referência da ficha técnica do inversor:
Sobrecarregar o inversor
Agora, de uma vez por todas vou desmistificar o porque subdimensionar (ou sobrecarregar) o inversor pode ser interessante (até certo ponto).
A principal razão para subdimensionar um inversor é levá-lo à sua capacidade total com mais frequência. Isso maximizará a saída de energia em condições de baixa luminosidade, permitindo a instalação de um inversor menor para um determinado arranjo fotovoltaico.
Sobrecarregar o inversor é uma prática comum dos projetistas de sistemas fotovoltaicos.
Isso quer dizer colocar mais módulos do que a potência nominal do inversor, por exemplo: 7,0kWp de potência total dos módulos e um inversor de 6kWp.
Isso faz sentido, já que os inversores têm maior grau de eficiência quando estão operando com capacidade máxima.
Mas, contudo, porém, entretanto, tome bastante cuidado com carregamentos elevados! O ideal é verificar com o fabricante, pois alguns inversores permitem sobrecarga de 25% outros os fabricantes garantem até 50%.
Mas atenção, os limites de tensão e corrente de entrada do inversor devem ser estritamente respeitados (assim como demais características de cada inversor).
Operar em alta potência por muito tempo pode afetar a vida útil e ocasionar perdas por aquecimento. Mas o maior problema pode estar no clipping.
Pm = 6,6 kWp
Pi = 5 kWp
Geração diária 38 kWh
FC = 31,6%.
O clipping é justamente o “recorte” que o inversor faz na curva de geração, como na imagem acima. Quando as condições estão otimizadas os módulos estão gerando muito bem, mas o inversor limita a potência do sistema de acordo com sua potência nominal máxima de saída.
Os inversores reduzirão sua geração de energia máxima em caso de superaquecimento.
Então fique atento. Faça simulações. Sempre leia com atenção a ficha técnica do inversor que você pretende utilizar no seu projeto, pois cada equipamento possui particularidades e características que devem ser analisadas.
Planeje seu arranjo e trate cada caso como único e seja um profissional de referência.
Concluindo
Ufa, o mundo dos inversores é grande e existe muitas variáveis para discutir mas resumi tudo para você aqui. Neste artigo você:
– Aprendeu como o inversor solar funciona;
– Qual a função do inversor solar: converter energia contínua em energia alternada;
– Descobriu quais os principais tipos de inversores e quando utilizar cada um deles.
– Entendeu também que os inversores além de converter a energia, trazem muita segurança para os sistemas fotovoltaicos;
– Todas as informações do modelo escolhido por você pode ser visualizado em seu datasheet (ficha técnica);
– Aprendeu a calcular o dimensionamento dos inversores;
– E descobriu as consequências de sobrecarregar um inversor.
Energista, este é o guia do inversor solar!
Se você quer saber tudo sobre energia solar acesse aqui e aprenda o passo passo para o dimensionamento fotovoltaico.
Lembre-se: Conte com o Energês para quaisquer dúvidas e fique por dentro do mercado de energia!
Até o próximo post!
Joi e Equipe Energês.
