Energia fotovoltaica é uma das fontes alternativas mais promissoras para obtenção energética. A aceitação e preferência pela produção dessa fonte de energia renovável tem crescido exponencialmente e conquistado seu espaço no mercado mundial.
A geração de energia limpa tem um excelente atrativo econômico, fomentado pela redução dos preços e incentivos direcionados aos países que migram para fontes renováveis de energia. Esse modelo de produção energética tem sido consolidado por meio do comprometimento de organizações com as metas estabelecidas pelas Nações Unidas, incluindo as Contribuições Nacionalmente Determinadas (NDCs – sigla em inglês para Nationally determined Contributions ) e os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS).
O sistema fotovoltaico não exige um ambiente com alta radiação para funcionar. Basicamente ele converte luz em eletricidade, especificamente em corrente contínua (CC) pelos painéis fotovoltaicos e essa energia é convertida em corrente alternada (CA) pelo inversor solar.
Os equipamentos responsáveis pela realização desse processo são os inversores.
Tipologia e Características dos Inversores e Micro Inversores
Os inversores fotovoltaicos são divididos em três grupos:
- on-grid – conectados à rede;
- off-grid – isolados à rede;
- híbridos – une características dos dois anteriores.
Neste artigo, vamos falar especificamente dos inversores on-grid, mais conhecidos como inversores conectados à rede.
No sistema fotovoltaico temos quatro topologias de inversores CC/CA que podemos conectar à rede: inversor central, inversor de string, inversor com otimizador de potência e os micros inversores.
Inversor central: são utilizados em grandes usinas de minigeração e usinas centralizadas devido ao seu custo ser menor e ter uma alta eficiência. Geralmente são inversores de grandes potências onde os módulos fotovoltaicos são divididos em string e ligados em paralelos em um único condicionador de potência. Esse tipo de ligação ocorre muitas incompatibilidades e degradações dos módulos fotovoltaicos trazendo um menor rendimento energético para o sistema.
Inversor de String: são utilizados em pequenas usinas residenciais na microgeração e em grandes usinas de minigeração. Esse inversor divide os módulos em string, assim como o inverso central, porém o inversor de string tem o MPPT (do inglês Maximum Power Point Tracking), ou rastreamento do ponto de máxima potência, individual para cada string do sistema solar fotovoltaico e isso traz uma melhora de incompatibilidades dos módulos uma vez que a string não trabalha mais em paralelo com as demais string. A potência nominal deste inversor são as mais variadas possíveis, podendo atender a partir de 6 módulos fotovoltaicos em um único MPPT, já os maiores têm várias entradas MPPT para atender usinas maiores. Uma solução para grandes usinas, é a utilização de vários inversores de string ligados em paralelos na tensão de corrente alternada (CA).
Inversor com otimizadores: o inversor com otimizadores segue praticamente a mesma linha do inversor por string, porém foi adicionado ao sistema um equipamento que é instalado junto ao módulo fotovoltaico que faz o rastreamento do ponto de máxima potência distribuído (DMPPT). A partir da implementação do otimizador, quem agora forma a string são os otimizadores ligados em série, assim cada módulo conectado ao otimizador trabalha individual em seu ponto máximo de produção, com isso, podemos colocar mais de 2 strings em paralelo sem afetar as incompatibilidades e degradação dos módulos fotovoltaicos, obedecendo as características de entrada de cada inversor.
Micro inversor: são usados em usinas menores devido ao custo mais elevado do inversor, mas nada impede de ser utilizado em usinas grandes de minigeração. O micro inversor trabalha com 1 módulo ou 2 módulos ligados em série, a depender da marca e modelo. No mercado encontramos modelos de micro inversor onde em um único equipamento tem 4 micros inversores dentro dele trabalhando individualmente e ligados em paralelo, com isso temos 4 entradas nesse micro inversor podendo conectar até 8 módulos. A grande vantagem desse sistema é a baixa potência de trabalho dos inversores e módulos, com isso reduz bastante as incompatibilidades e degradação dos módulos fotovoltaicos.
Podemos classificar essas 4 topologias em 2 categorias, o inversor tradicional e o inversor MPLE. O MLPE (do inglês Module Level Power Electronics) é um sistema eletrônico de potência em nível de módulo, podendo classificar os inversores com otimizadores e micro inversores. Já o inversor tradicional, classificamos o inversor central e o inversor por string.
A principal diferença entre esses equipamentos é que o inversor tradicional é ligado a um conjunto de módulos fotovoltaicos, chamado de string, ao passo que os inversores MLPE se conectam diretamente ao módulo fotovoltaico, ou seja, enquanto o sistema MLPE funciona alimentando o módulo de forma individualizada, o inversor trabalha com módulos ligados em série.
Diferença do Comportamento do Sombreamento Entre Sistema Tradicional e MLPE
A proposta do micro inversor é atender menos módulos otimizando cada um deles e já entregando, ali mesmo junto aos módulos, tensão de corrente alternada em baixa potência e assim mitigando problemas de incompatibilidades e degradação dos módulos.
Já o inversor com otimizador tem uma mistura do micro inversor e inversor por string, o grande diferencial é que os módulos trabalham em baixa potência por se comunicarem apenas com o otimizador deixando a alta potência a cargo dos otimizadores, e isso traz vantagens em relação do inversor string por não ter problemas de incompatibilidades e degradação dos módulos.
Os inversores de string apresentam bom desempenho nos locais sem sombreamento e com presença de telhados uniformes e por possuir mais de um MPPT, porém tem perdas significativas devido a problemas com incompatibilidade de módulos, inclinações, diferentes orientações e acelerando a degradação dos módulos devido à alta potência de cada string.
Uma particularidade interessante do sistema MLPE é a possibilidade de ser instalado na parte traseira do módulo solar, reduzindo as obras de infraestrutura e cabeamento – assim como, maximizar a produção de energia de forma individual, melhorando a eficiência do sistema, principalmente ao longo dos anos.
Sintetizando os Pontos Positivos do Sistema MLPE de Energia
- Segurança e facilidade na instalação;
- ocupa menos espaço e utiliza menos fios;
- permite detecção de falhas em cada módulo individualmente;
- permite o monitoramento individual de cada painel;
- a produção em cada módulo é maximizada;
- maior facilidade para expandir o sistema;
- utilizam sistema de corrente alternada e contínua com proteção e segurança a todos envolvidos;
- garantia do fabricante entre 10 e 25 anos;
- vida útil de 25 a 30 anos.
As tecnologias para gerar energia renovável evoluíram muito nos últimos anos e o grande crescimento do setor de energia solar se deve principalmente pelo desenvolvimento vertiginoso dos sistemas solares fotovoltaicos, um dos principais modelos de geração de energia pela luz do sol. É notadamente, uma alternativa barata para produzir e para consumir energia, interessante tanto para o consumidor final quanto para investidores. Aliás, a energia solar fotovoltaica é uma das mais baratas, mesmo quando comparada a outras fontes renováveis.
