Você certamente já deve ter ouvido falar sobre geração de energia solar fotovoltaica. Essa tecnologia tem tido uma relevância maior nos últimos 5 anos em nosso país e vem despertando curiosidade e interesse em vários segmentos, desde residências até mesmo grandes indústrias.

Pois bem, neste artigo será apresentado o inversor, um componente que é de fundamental importância para o funcionamento do sistema fotovoltaico, considerado o “cérebro do sistema”. Apresentaremos quais são os tipos de inversores, onde eles devem ser instalados, algumas características importantes na hora de escolher o seu inversor e alguns detalhes técnicos.

O que é um inversor?

Nos sistemas de geração de energia fotovoltaica, o inversor é um aparelho capaz de converter a energia gerada pelos painéis fotovoltaicos, que são em corrente e tensões contínuas (CC), em tensões e correntes alternadas (CA). Grande parte dos equipamentos que utilizamos em nosso dia a dia, como eletrodomésticos, motores e iluminação, são alimentados por corrente alternada.

Quais são os principais tipos de inversores utilizados em sistemas fotovoltaicos?

Há diversos tipos e modelos de inversores disponíveis hoje no mercado. Cada um tem suas características, se adaptando melhor a diferentes condições e faixas de potência. A seguir serão listados os principais inversores utilizados em sistemas fotovoltaicos bem como suas vantagens, desvantagens e quando são usados.

OFF GRID

Inversor Off Grid

Inversor Off Grid. (Fonte: Hayonik)

Os inversores chamados de off grid são utilizados em sistemas autônomos, desconectados da rede elétrica como em alguns sítios, motorhome e embarcações. Nesse tipo de sistema é necessário a utilização de um banco de baterias para armazenamento da energia gerada. Os painéis fotovoltaicos são conectados em um controlador de carga que faz o gerenciamento da corrente elétrica que alimenta a bateria e o inversor.

No mercado há vários tipos de inversores off grid de diversas potências e com tensões de entrada geralmente em 12V, 24V ou 48V. Estes inversores criam forma de onda e fornecem tensão elétrica em sua saída. O ideal é que a tensão se aproxime o máximo de uma onda senoidal pura, com baixa distorção harmônica, para isso utiliza-se o princípio da modulação de largura de pulso (PWM, Pulse Width Modulation), produzindo uma sequência de pequenas ondas quadradas de alta frequência aproximando a tensão de saída a uma senóide quase perfeita.

GRID TIE OU STRING INVERTER

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Inversor Grid Tie. (Fonte: Fronius)

Os inversores grid tie ou string inverters são utilizados normalmente em sistemas de microgeração e minigeração, de até algumas dezenas de quilowatts, conectados à rede. Dependendo do tamanho do sistema utiliza-se vários inversores ligados em paralelo para conseguir a potência desejada.

Ao contrário dos inversores off grid, o grid tie fornece corrente elétrica alternada em sua saída, nunca tensão. O inversor opera sincronizado com a rede elétrica, onde esta passa a servir como referência de tensão e frequência. Quando há interrupção no fornecimento de energia elétrica na rede em que o inversor está conectado, ele utiliza a função de anti-ilhamento e se desconecta da rede, evitando que esta receba corrente elétrica vinda do sistema fotovoltaico. O recurso de anti-ilhamento é obrigatório, pois evita acidentes e garante segurança de pessoas, técnicos de manutenção, equipamentos e instalações na falta de energia da rede elétrica pública.

INVERSORES CENTRAIS

Inversor central ABB

Inversor central. (Fonte: ABB)

São inversores utilizados em sistemas de grande porte, normalmente com potências acima de 100 kWp, como os sistemas industriais, condomínios e usinas. Sua alimentação é feita por um grande número de módulos fotovoltaicos, concentrando várias strings (fileiras de módulos conectados em série) em um único inversor.

Uma desvantagem considerável na utilização dos inversores centrais é que, caso apresente algum problema e necessite de manutenção, a planta pode ficar parada sem produção acarretando prejuízo até seu conserto. Os inversores centrais apresentam menor custo e uma instalação mais simples quando se comparados com os inversores de menor porte como os Grid Tie.

MICRO INVERSORES

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Micro Inversor. (Fonte: enphase)

Os microinversores são inversores de baixa potência, normalmente abaixo de 1000 W, em que utiliza-se um dispositivo para cada módulo ou par de módulos fotovoltaicos. É comum encontrar no mercado micro inversores de potência próxima de 300W, 600W e até mesmo 900W.  

Apesar de serem ligeiramente mais caros que os inversores grid tie,  os micro inversores apresentam algumas características vantajosas como a otimização da energia gerada. Como os módulos são instalados individualmente por micro inversor, em caso de sombreamento, a geração de energia dos demais módulos não é afetada.  Esses equipamentos são uma boa opção no caso de telhados irregulares. Nesses sistemas o monitoramento da geração de energia é individual, tornando mais rápido a constatação de uma falha, facilitando sua manutenção.

Onde os inversores devem ser instalados?

Não há um local específico para a instalação dos inversores, porém deve-se levar em consideração alguns detalhes que podem ajudar na escolha do melhor local. O inversor é desenvolvido para trabalhar em ambientes agressivos, expostos ao tempo, mas para isso é necessário verificar o seu grau de proteção. A NBR IEC 60529 – Graus de proteção para invólucros de equipamentos elétricos (código IP) pode auxiliar na escolha do IP ideal para cada ambiente. Normalmente em locais abertos recomenda-se no mínimo IP55, resistente a poeira e jatos de água moderados.

Em empresas e residências deve-se evitar a instalação dos inversores muito longe dos módulos fotovoltaicos e do quadro de distribuição, pois quanto maior a distância, maior será o comprimento e a seção dos cabos, aumentando as perdas e o custo do sistema. Como foi citado anteriormente, os micro inversores já são instalados juntamente no local em que os módulos fotovoltaicos são fixados. Já nas usinas e sistemas maiores que utilizam os inversores centrais, é comum a construção de pequenas salas para abriga-los.

Como os inversores otimizam a produção de energia?

Uma função muito importante que a maioria dos inversores possuem é o chamado rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT – Maximum Power Point Tracking). O MPPT assegura que instantaneamente o inversor extraia máxima potência dos módulos fotovoltaicos, variando o valor de sua tensão de operação até o ponto em que o resultado da multiplicação da tensão com a corrente forneça a maior potência naquele determinado momento.

Um problema sério recorrente na geração de energia fotovoltaica é o sombreamento em painéis, no qual, a sombra em um único módulos compromete o funcionamento do método de MPPT e da geração de energia de toda string. Os micro inversores levam uma vantagem considerável nesse assunto, pois  possuem um MPPT para cada módulo ou no máximo para cada par de módulos, fazendo com que, caso haja sombra em apenas um módulo os demais produzam energia normalmente.

Em caso de sistemas voltados para orientação diferentes, por exemplo um conjunto de placas instaladas na água leste de um telhado e outro conjunto na água oeste, deve-se evitar conectar os módulos das diferentes águas em um mesmo MPPT. Para contornar essas situações alguns inversores, principalmente os grid tie, possuem duas entradas de MPPT, otimizando a produção do sistema.

Curva IV

Curva IV com ponto de máxima potência MPPT (Fonte: Secresb)

Quais são os cuidados e proteções que o inversor necessita?

Os equipamentos elétricos precisam de alguns cuidados para manter seu bom funcionamento, e com o inversor não é diferente. Pensando nisso os fabricantes tomaram algumas precauções durante sua produção. O inversor possui um sistema de segurança que evita danos caso os cabos provenientes dos módulos fotovoltaicos forem ligados com a polaridade invertida. Outra característica que o inversor possui é de permitir uma determinada sobrecarga, ou seja, pode-se instalar uma quantidade de módulos com potência total acima da especificada pelo inversor. Quando a potência nominal é atingida, a potência excedente é desconsiderada.

Durante o processo de dimensionamento do sistema fotovoltaico, deve-se ter uma atenção especial para que a tensão do conjunto de placas fotovoltaicas conectada no inversor não seja superior a sua máxima tensão de entrada, o que ocasionaria a queima do inversor.

Para uma melhor proteção do sistema fotovoltaico, utiliza-se a instalação de uma caixa denominada string box, geralmente próxima dos inversores. Nela são instalados fusíveis ou disjuntores, chaves seccionadoras e dispositivos contra surtos (DPS), que tem o objetivo de proteger tanto o lado de corrente contínua (entrada do inversor), quanto ao lado de corrente alternada (saída do inversor para o quadro de distribuição).

String box com dispositivos de proteção para o sistema fotovoltaico. Fonte: PHB

Quanto tempo dura um inversor?

A maioria dos inversores têm uma garantia dos fabricantes de 5 anos, podendo ser estendida por até 10 anos. Após este período é recomendado fazer uma análise de seu funcionamento e caso necessário realizar a troca do equipamento.

Como funciona o monitoramento integrado ao inversor?

O monitoramento do sistema é uma função que está presente em grande parte dos inversores atuais. O inversor é conectado à uma rede Wi-Fi, possibilitando o envio das informações coletadas do sistema para um servidor que fará o processamento dos dados recebidos. Dessa forma o usuário pode acompanhar e monitorar a geração de energia em tempo real remotamente através de um computador ou smartphone. A Sharenergy realiza o acompanhamento da geração de energia dos sistemas fotovoltaicos de seus clientes, atuando prontamente caso seja identificada qualquer anormalidade.

Referência Bibliográfica: 

VILLALVA, Marcelo Gradella. Energia Solar Fotovoltaica: Conceitos e Aplicações Sistemas Isolados e Conectados à Rede – 2. ed. rev e  atual. –  São Paulo: Érica 2015.

 

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