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Tecnologia

Por que utilizar microinversores no seu sistema fotovoltaico?

A geração distribuída de energia tem avançado de forma significativa nos últimos anos. Segundo a ABSOLAR, em maio de 2020 foram contabilizados 3GW de potência instalada, uma grande evolução em relação aos números apresentados em anos anteriores.


Figura 01 – Infográfico ABSOLAR (ABSOLAR, 2020)


Este crescimento vem confirmado nas regulamentações da ANEEL, em especial as RENs 482 e 687, que viabilizaram os sistemas de compensação de créditos de energia e possibilitaram alguns modelos de negócio para a geração distribuída. Outro fator que possibilitou tal escalada foi a queda expressiva nos valores dos equipamentos que compõe os geradores, como módulos, inversores e demais dispositivos de proteção.


O que são Microinversores?


Neste rol de equipamentos surge o microinversor. Ele não é, ainda, o equipamento campeão em vendas, porém agrega uma série de vantagens que o posicionam como uma solução viável para sistemas de geração distribuída.

Os microinversores são inversores em que cada entrada de corrente contínua corresponde a uma MPPT. Para os não familiarizados com o termo, MPPT é uma tecnologia empregada em inversores fotovoltaicos que permite a conversão otimizada da energia em corrente contínua dos módulos, operando em eficiências superiores a 99%. Na linha da Soprano há microinversores para dois e quatro módulos, sendo a potência de saída 700W e 1200W.


Figura 02 – Microinversores MI-1200 e MI-700


Em sistemas com inversor central dispomos, em geral, de poucas MPPTs, o que nos limita em termos de flexibilidade do sistema. Em um inversor com apenas duas MPPTs, por exemplo, é obrigatório conectar os módulos de forma que estejam em, no máximo, duas orientações solares ou inclinações distintas, o que inviabiliza ou restringe alguns sistemas. Com os microinversores isso não ocorre, já que cada módulo corresponderá a uma entrada MPPT, ou seja, cada módulo pode estar sujeito a um conjunto de características distintas sem que isso afete o rendimento ou a segurança do sistema.


Figura 03 – Série com dois pontos de máxima potência (Canal Solar, 2020)


Isso é ainda mais notável quando há uma série de módulos e alguns destes têm um nível de sujidade maior do que outros ou alguns deles apresentam um defeito de fabricação: toda a geração da série é comprometida e os módulos de pior desempenho tendem a reduzir a produção dos módulos de maior desempenho. Com microinversores isso não ocorre; cada módulo gera a máxima quantidade de energia possível. Na Figura 03 é mostrado um caso em que há um módulo com rendimento inferior, afetando a série.


Além desta vantagem, os microinversores facilitam o acompanhamento do desempenho do sistema e detecção de problemas durante sua vida útil - cerca de 20 a 25 anos. Caso um módulo do sistema apresente um rendimento abaixo do esperado é possível detectá-lo com facilidade, muitas vezes pelo próprio cliente, e realizar o reparo ou a limpeza. Em um inversor convencional isso não é possível, já que diversos módulos são conectados juntos, em série, e conformam um único elemento sob o ponto de vista elétrico.


Um aspecto importante que deve ser levado em consideração da precificação final do sistema é a dispensa de necessidade de elementos de seccionamento e proteção, já que não há paralelismo de séries e a distância dos circuitos, em geral, é inferior a cinco metros (critério da NBR 16690). A mão de obra de instalação também costumaser mais barata, já que não é necessária a passagem de condutores de corrente contínua e montagem de caixas de junção, o que implica em economia de tempo na prestação do serviço.


Como é feito o monitoramento do sistema com microinversores?


O monitoramento dos módulos é realizado por meio de um sistema de coleta de dados via Wi-Fi, que pode coletar dados de até cem módulos a uma distância de duzentos metros em área aberta. A configuração é rápida, simples e pode ser realizada durante o comissionamento do sistema. Na Figura 04 é possível verificar como se dá o monitoramento, módulo a módulo, ao longo das horas de geração. Neste exemplo os módulos apresentam uma geração muito próxima entre si.


Figura 04 – Monitoramento de três módulos

Conexão


Os microinversores podem ser conectados em série, reduzindo a quantidade de circuitos de corrente alternada. Para o MI-1200 é possível conectar até três equipamentos em série, enquanto para o MI-700 é possível conectar até cinco equipamentos. Cada circuito deve ser protegido por um disjuntor apropriado, que depende da quantidade de equipamentos conectados em série. É necessário, também, prover um DPS (dispositivo de proteção de surtos) para realizar a proteção contra sobretensões transitórias provenientes de manobras ou reflexos de descargas atmosféricas.


Instalando corretamente os microinversores: acessórios


Os microinversores possuem acessórios para garantir a correta instalação e funcionamento. Alguns desses acessórios acompanham o kit fotovoltaico e outros devem ser adquiridos separadamente, conforme as necessidades de projeto.


Tampa do conector CA: A tampa do conector CA é utilizada nos conectores dos microinversores que não são utilizadas, geralmente o último microinversor da instalação que terá um conector do tipo fêmea que não será utilizado. Essa tampa serve para garantir o grau de proteção adequado dos microinversores que é IP 67.


Cabo extensão CC 1 metro: A extensão do cabo CC é utilizada nos casos onde os módulos são instalados a uma distância dos microinversores maior que o alcance dos cabos dos módulos.


Conectores CA: Os conectores CA são utilizados nas conexões de saída dos microinversores. São necessários para fazer a conexão em sequência dos microinversores nas situações onde são instalados a uma distância maior que o alcance dos cabos de saída dos microinversores.


Cabo para saída CA: É o cabo utilizado para fazer a conexão dos microinversores ao quadro de conexão CA.


Kit de fixação: O kit de fixação é composto pelo parafuso M840 e grampos para fixação dos microinversores nos perfis.


Figura 5 – A - Tampa do conector CA. B - Cabo extensão CC 1 metro. C – Conector CA. D - Cabo para saída CA. E – Kit de fixação.



Potência máxima de saída


A potência máxima de saída do microinversor MI 700 é 700 W e a potência máxima de saída do microinversor de MI 1200 é 1200 W. Isso significa que mesmo em situações de oversizing, onde o microinversor recebe potência em corrente contínua maior que sua potência nominal, o microinversor cortará a curva de geração, limitando nas suas respectivas potências máximas. Esse efeito é chamado de clipping e é exemplificado na Figura 6. A figura mostra duas curvas, a curva cinza representa a potência em corrente contínua entregue ao inversor pelos módulos fotovoltaicos com oversizing de 130%, e a curva em amarelo representa a máxima potência do microinversor. A área entre a curva cinza e abaixo da curva em amarelo representa a energia efetivamente entregue pelo microinversor na rede de energia. A área entre a curva cinza e acima da curva em amarelo representa a energia que deixou de ser gerada, ou seja, o microinversor “cortou” a curva de geração limitado na sua máxima potência de saída.


Figura 6 – Gráfico da curva de geração em um sistema com oversizing de 130%.


Quais as desvantagens dos microinversores?


Sempre é muito importante avaliar as vantagens e desvantagens de qualquer produto. Em relação aos microinversores, as desvantagens podem ser resumidas no preço, mais alto em relação aos inversores centrais. No entanto, em alguns casos o desempenho dos microinversores é muito superior, gerando mais energia e, consequentemente, um retorno financeiro melhor, compensando o investimento inicial. Essa situação geralmente ocorre em sistemas de microgeração e em locais onde há interferência de sombreamento e telhados com diferentes orientações.

Mas não é sempre que os microinversores são mais vantajosos que os inversores centrais. Em sistemas de elevada potência instalados em locais onde não há sombreamento e com espaço para instalar os módulos na mesma orientação, típico de instalações em solo, os inversores centrais levam vantagem devido ao menor valor de investimento e desempenho muito semelhante aos microinversores. Isso significa que não há uma regra geral, cada projeto deve ser avaliado individualmente para identificar a melhor solução. Veja um exemplo prático de comparação entre microinversores e inversores centrais.


Exemplo de aplicação 


Nesse exemplo de aplicação utilizamos uma Unidade Consumidora (UC) residencial, apresentada na Figura 7. Essa UC tem média de consumo de energia mensal de 600 kWh, é atendida pela distribuidora de energia com uma rede bifásica, o dispositivo  geral de proteção é de 70 A e está localizada na cidade de Caxias do Sul, RS. Pela figura podemos ver que há restrição de área e há um obstáculo no telhado com geração de sombra. 


 

Figura 7 – Imagem da UC residencial do exemplo de aplicação. 

 

Com as premissas apresentadas, é possível dimensionar um sistema fotovoltaico para atender a necessidade dessa UC. Fazendo o dimensionamento, chega-se na potência de 6,66 kWp. Agora vamos analisar um pouco melhor as dimensões do telhado disponível para fazer a instalação. 


 

Figura 8 – Vista superior da UC do exemplo de aplicação. 

 

Devido à restrição de área disponível, optamos por utilizar os módulos monocristalinos de 370 W. Foi considerado telhado cerâmico com inclinação de 10°. Com essas informações, qual o melhor sistema fotovoltaico para esse caso? Vamos analisar algumas alternativas para identificar qual a melhor solução. 


Alternativa 1 – Um inversor central de 5 kW. 


Essa seria a alternativa mais convencional para esse sistema, um inversor central de 5 kW com 18 módulos de 370 W. Esse inversor tem dois MPPT’s com uma entrada por MPPT. Dessa forma, seriam feitas duas séries fotovoltaicas (ou strings) de 9 módulos cada, respeitando todos os parâmetros de corrente e tensão do inversor. Porém, vemos que há três orientações diferentes (norte, leste e oeste) e apenas dois MPPT’s disponíveis, e como sabemos, os módulos conectados no mesmo MPPT devem ser semelhantes e com a mesma orientação e inclinação. Portanto, essa alternativa não seria adequada. 

 

 

Figura 8 – Alternativa 1 com um inversor central de 5 kW. 

 

Alternativa 2 – Dois inversores centrais de 3 kW. 


Os inversores utilizados nessa alternativa são de 3 kW com dois MPPT’s cada e uma entrada por MPPT. Assim, seria possível atender a necessidade de diferentes orientações dos 18 módulos de 370 W utilizados, sendo três orientações para quatro MPPT’s disponíveis. Mas levando em consideração que essa é uma instalação residencial e nessa alternativa seria necessário instalar dois inversores mais os quadros de proteção em corrente contínua e corrente alternada, será que essa é a melhor solução? E se considerarmos todas as vantagens dos microinversores apresentadas até aqui, como ficaria essa instalação? Vamos conferir na Alternativa 3. 

 

 

Figura 9 – Alternativa 2 com dois inversores centrais de 3 kW. 


Alternativa 3 – Microinversores. 


Finalmente, utilizando microinversores poderíamos fazer essa instalação com quatro microinversores MI 1200, um MI 700 e 18 módulos de 370 W. Além de atender todas as necessidades técnicas, teríamos todas as vantagens dos microinversores apresentadas nesse artigo. Em relação aos valores, o sistema com microinversores custaria 6% a mais em comparação ao sistema com dois inversores de 3 kW, apenas comparando o valor dos equipamentos fotovoltaicos. Mas vale ressaltar que a instalação com microinversores além de ser mais rápida, necessita menos materiais elétricos extras como cabos e condutos. Dessa forma, devemos avaliar o valor global do investimento e considerar todas as vantagens dos microinversores.  

 

 

Figura 10 – Alternativa 3 com microinversores. 

 

Podemos destacar algumas vantagens da utilização dos microinversores conforme a Figura 11: a figura mostra que caso algum módulo de uma série fotovoltaica (ou string) conectada a um inversor central tenha alguma interferência por sombreamento ou bloqueio que prejudique seu desempenho em 50%, todos os demais módulos serão impactados, refletindo no desempenho global do sistema. Com a utilização de microinversores isso não ocorreria, pois como os módulos são conectados individualmente, caso algum módulo sofra algum sombreamento ou bloqueio, apenas aquele módulo seria prejudicado. Da mesma forma para o monitoramento, caso algum módulo tenha algum tipo de queda no desempenho ou alguma falha, com os microinversores é possível identificar exatamente qual o módulo com problema. 

 

 

Figura 11 – Comparação entre microinversor e inversor central. 

 

Os microinversores apresentam muitas vantagens que devem ser consideradas na hora da escolha de qual tecnologia ser usada. Não há uma receita padrão, cada caso deve ser avaliado individualmente e ser tratado como um projeto de engenharia único, avaliando o custo x benefício.  


*Escrito por: Felipe Côrrea e Vinícius Bortoluzzi

Publicado por Soprano, dia 04/08/2020

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