• João Lucas

Qual arquitetura fotovoltaica conectada à rede elétrica é a melhor?



Nesse texto apresento uma das polêmicas que envolvem o universo da energia solar fotovoltaica. Dúvidas referentes a arquitetura fotovoltaica são as que mais recebo. São várias... Ultimamente, a principal discussão são os ataques dos fabricantes de inversores aos dispositivos MLPE (Module-Level Power Electronics / Eletrônica de Potência a nível de módulo). Afinal, existe a melhor arquitetura para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica? Qual seria?

Bem, uma das coisas que mais estudo são as arquiteturas fotovoltaicas. Sou defensor da diversidade de arquiteturas no universo fotovoltaico. E digo mais, empresas/fabricantes podem não continuar no mercado se não mudar e aderir a novas tecnologias. As coisas evoluem, principalmente no mercado da energia solar fotovoltaica. Tudo é muito rápido! À medida que você desenvolve um dispositivo, já tem que pensar em seus problemas e nos problemas que permeiam o universo fotovoltaico. Um exemplo disso, são as constantes pesquisas recentes com sistemas híbridos, principalmente considerando que os clientes irão utilizar os veículos elétricos no futuro.


(...) empresas/fabricantes podem não continuar no mercado se não mudar e aderir a novas tecnologias.

Voltando as arquiteturas fotovoltaicas, costumo dividir elas em três. Considero arquitetura fotovoltaica a parte básica da conversão/processamento de energia. Variações de ligação série/paralelo, uma ou várias entradas de inversores, entre outras coisas, são formas de conexão e de criar arranjos fotovoltaicos. As três são: arquitetura convencional com inversor fotovoltaico (Figura 1-a), com microinversores (Figura 1-b), e com otimizadores - POPS - Power Optimizer for Photovoltaic Systems (Figura 1-c). As duas últimas são do chamado grupo MLPE.


A arquitetura com inversor fotovoltaico pode ter um inversor com um ou mais entradas de MPPT (rastreamento do ponto de máxima potência), bem como pode ser a nível de string ou central. Quanto mais dividido o sistema em entradas de MPPT de um inversor ou vários inversores, tende a mitigar o mismatch (é interessante a leitura do artigo sobre esse fenômeno que temos aqui). Isso deu início as arquiteturas com otimizadores e microinversores que surgiram praticamente juntas. Ambas como podem ser vistas nas Figuras 1-b e 1-c, realiza a conversão a nível de módulo, o que proporciona em teoria mais desempenho, já que mitiga o mismatch. Em teoria digo, pois as arquiteturas com microinversores ou otimizadores tem que ter dispositivos eficientes, e saber os seus limites.

A João, mas qual seria a diferença entre microinversores e otimizadores, já que ambos trabalham a nível modular? Bem, a diferença é a questão da conversão de corrente contínua para alternada. Para um sistema injetar energia na rede elétrica deve transformar a corrente contínua para alternada nos padrões da rede elétrica. No microinversor isso é feito a nível de módulo, paralelado as saídas, e injetado na rede elétrica. Já no otimizador é feito o uso de um inversor convencional para isso. A vantagem é que com otimizador reduz as perdas na conversão de corrente contínua para alternada na teoria. Em simulações o desempenho de microinversores e otimizadores são bem próximos.




Figura 1. (a) Arquitetura convencional, (b) arquitetura com microinversor, e (c) arquitetura com otimizador [1].


Além disso, cada arquitetura pode trazer outras vantagens de acordo com fabricante. As arquiteturas MLPE se destacam por inserirem elementos de segurança, o que fez fabricantes de inversores buscarem tornar seus dispositivos também mais seguros. Isso mostra a importância da falada “diversidade”. Exemplo disso, é o rapid shutdown, que é um elemento para desligamento rápido do sistema em caso de problemas. Mesmo em vários países não sendo solicitado por norma, os otimizadores ajudaram a “empurrar” o uso do rapid shutdown. Além disso, o monitoramento a nível de módulo também ficou mais fácil com MLPE ajudando a identificar problemas e podendo inclusive no futuro deixar em desuso o traçador de curva em comissionamentos!


Agora que você conhece essas três arquiteturas que “brigam” no mercado de energia solar fotovoltaica. Podemos discutir qual é a melhor. Bem, já digo que isso é semelhante a um Corinthians e Palmeiras, ou Bahia e Vitória para algumas fabricantes, empresas e integradores fotovoltaicos. Imagina então como é complicado? Para mim, isso é diferente, pois como falei sou adepto a “diversidade fotovoltaica”!


Nesse texto, aonde eu quero chegar é que não devemos defender com unhas e dentes uma arquitetura fotovoltaica específica, a menos que você seja o vendedor ou fabricante (rs...). O bom projetista fotovoltaico irá saber a hora certa de utilizar cada tecnologia, e isso vai ser um fator para o sucesso de suas instalações fotovoltaicas. O insight para você aqui é avaliar o local da instalação; verificar as necessidades do seu cliente (é preciso mais segurança? Monitoramento a nível de módulo?); levantar com fornecedores os custos, garantia e potencialidade de cada arquitetura; realizar simulações com as arquiteturas e levar em conta custo e geração durante a vida útil (pode usar a avaliação por LCOE, isso pode ser até um próximo artigo nosso também...); e comparar as garantias. Depois disso tudo é hora de você preparar o relatório e convencer o seu cliente (essa parte é a arte do vendedor).


O bom projetista fotovoltaico irá saber a hora certa de utilizar cada tecnologia, e isso vai ser um fator para o sucesso de suas instalações fotovoltaicas.

Logo, a melhor arquitetura é a que mais se adapta as necessidades do seu cliente final. Até mesmo dentro de arquiteturas, pode-se tirar bom proveito da diversidade. Exemplo é a SolarEdge e Tigo, ambas fabricantes de otimizadores. A SolarEdge em minha opinião é excelente para quem quer colocar otimizadores em um sistema do zero. Entretanto, se eu preciso ajeitar um sistema com problemas devido sombreamento, talvez o melhor custo seja o da Tigo, aproveitando assim o que já tem pronto no sistema. Pois, a SolarEdge só funciona com inversor próprio (isso é excelente pelo lado do desempenho e garantia) e a Tigo funciona com uma variedade maior de inversores (isso é excelente pelo lado de adaptações).


Logo, a melhor arquitetura é a que mais se adapta as necessidades do seu cliente final.

Assim, fecho esse texto dizendo para você aproveitar essa diversidade e tirar o melhor proveito possível do mercado fotovoltaico. A verdade é que precisamos ficar atentos ao mercado e buscar conhecer as novas soluções.


Referências


[1] Modular architecture with power optimizers for photovoltaic systems, IEEE International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST), 2019. Link: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8849056/


Dicas de Leitura:


Entendendo o mismatch: “O terror da conversão fotovoltaica”: https://www.jlssilva.com/post/entendendo-o-mismatch-o-terror-da-conversão-fotovoltaica

Entenda os otimizadores para sistemas fotovoltaicos: https://canalsolar.com.br/index.php/artigos/item/94-entenda-os-otimizadores-para-sistemas-fotovoltaicos

MLPE e otimizadores de potência para módulos fotovoltaicos: https://www.canalsolar.com.br/index.php/artigos/artigos-tecnicos/item/341-mlpe-otimizadores-de-potencia



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