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Design flexibility: projeto eficiente de sistemas FVs com otimizadores de potência

Otimizadores de potência garante o uso eficiente de todo o espaço disponível em um telhado

Autor: 15 de outubro de 2020agosto 13th, 2021Artigos técnicos
Design flexibility: projeto eficiente de sistemas FVs com otimizadores de potência

Otimizadores de potência são dispositivos do tipo MLPE (module level power electronics) que permitem realizar individualmente o rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) dos módulos fotovoltaicos.

Duas vantagens dos otimizadores nos sistemas fotovoltaicos são muito conhecidas: redução das perdas por mismatch (incompatibilidade) de potência dos módulos e aumento da imunidade do sistema a sombras.

O mismatch de potência ocorre pelo fato de os módulos da string não serem idênticos. Mesmo empregando módulos de mesmos fabricante, modelo e potência, há sempre ligeiras diferenças entre eles.

Essas diferenças podem ocasionar perdas de alguns pontos percentuais nas instalações fotovoltaicas.

Figura 1: Otimizadores de potência individualizam o rastreamento da máxima potência dos módulos fotovoltaicos, permitindo a redução de perdas causadas por mismatch de potência e sombras – além de outras vantagens que tornam os projetos mais flexíveis

Figura 1: Otimizadores de potência individualizam o rastreamento da máxima potência dos módulos fotovoltaicos, permitindo a redução de perdas causadas por mismatch de potência e sombras – além de outras vantagens que tornam os projetos mais flexíveis

A individualização dos módulos proporcionada pelos otimizadores permite mitigar o efeito do mismatch, possibilitando maior geração de energia.

Flexibilidade de projeto

Além das vantagens conhecidas, o uso de otimizadores permite configurações como as mostradas na Figura 2, em que os diversos módulos são instalados com inclinações e orientações distintas. Esse tipo de conexão em série de módulos seria impossível com inversores de strings convencionais.

A arquitetura de sistemas fotovoltaicos com otimizadores de potência proporciona o uso eficiente de todo o espaço disponível em um telhado. Uma grande variedade de comprimentos de strings é possível, sem a necessidade de constituir strings de mesmo tamanho ou com módulos em condições operacionais idênticas.

Módulos sombreados não causam prejuízo à performance do conjunto e módulos com diferentes potências nominais, formatos e formas de instalação podem ser misturados em uma mesma string, como mostra a Figura 2.

Figura 2: Otimizadores de potência tornam flexíveis os projetos fotovoltaicos, permitindo que módulos instalados em orientações e inclinações diferentes sejam misturados na mesma string

Figura 2: Otimizadores de potência tornam flexíveis os projetos fotovoltaicos, permitindo que módulos instalados em orientações e inclinações diferentes sejam misturados na mesma string

A Figura 3 mostra um exemplo prático de projeto viabilizado pela tecnologia de otimizadores de potência. Trata-se de um telhado complexo, com águas em diferentes orientações e inclinações, com espaço limitado e com a presença de chaminés. O projeto foi instalado na Itália e conta com 1 inversor trifásico de 5 kW e 23 otimizadores de potência.

Figura 3: Exemplo de projeto fotovoltaico viabilizado pela tecnologia flexível de otimizadores de potência

Figura 3: Exemplo de projeto fotovoltaico viabilizado pela tecnologia flexível de otimizadores de potência

Os otimizadores de potência eliminam diversos dos desafios encontrados no projeto de sistemas fotovoltaicos com inversores tradicionais, dentro os quais podemos citar:

  • cuidados com a tensão de circuito aberto das strings;
  • agrupamento de módulos em strings de mesmo tamanho;
  • limitação do número de módulos das strings;
  • preocupações de layout em telhados com sombras e com muitas águas diferentes;
  • exigência de stringboxes e necessidade de muitos circuitos paralelos.

As principais dificuldades de layout encontradas nos projetos tradicionais (sem otimizadores de potência) são relacionadas à limitação do tamanho das strings e à impossibilidade de misturar módulos de diferentes características e diferentes condições operacionais na mesma string.

Normalmente, projetos com inversores convencionais requerem o uso de múltiplos inversores ou inversores com múltiplas entradas de MPPT em telhados complexos ou sujeitos a sombreamento. Mesmo assim, essas soluções não proporcionam resultados efetivos.

Outras vantagens

Redução do eBOS

Com otimizadores de potência os custos de eBOS (electric balance of system) são reduzidos. O tamanho e o layout do arranjo fotovoltaico deixa de ser limitado por restrições elétricas como a tensão de circuito aberto, permitindo a constituição de strings mais longas, com um maior número de módulos.

BOS é a sigla de balance of system, uma designação usada no mercado em referência aos componentes de um sistema fotovoltaico, excetuando os próprios módulos fotovoltaicos. O eBOS é o BOS elétrico, que inclui cabeamento elétrico, conectores, dispositivos de proteção e os próprios inversores.

A arquitetura de sistemas fotovoltaicos com otimizadores de potência praticamente elimina os custos de eBOS do lado de corrente contínua. Os sistemas com otimizadores têm a vantagem de limitar as tensões nos sistemas fotovoltaicos a níveis próximos das tensões de máxima potência dos módulos (e não das tensões de circuito aberto).

Isso torna possível elevar ainda mais o número de módulos que podem ser ligados (indiretamente) em série, aumentando os tamanhos das strings em até 30%.

Ou seja, os otimizadores de potência permitem potencializar uma vantagem dos inversores de strings, que é o uso de muitos módulos no mesmo circuito. De forma global, isso ajuda a reduzir a necessidade de circuitos paralelos, reduzindo custos com cabos, conectores e dispositivos de proteção.

Segurança elétrica com SafeDC

SafeDC é o nome comercial de uma tecnologia patenteada pela SolarEdge que reduz o risco de choque elétrico nos sistemas fotovoltaicos. Durante a instalação ou quando o inversor está desligado (incluindo situações de manutenção), os otimizadores de potência passam automaticamente para o modo de segurança, no qual a tensão de saída dos módulos fotovoltaicos é reduzida ao nível seguro de 1 V.

Por exemplo, se houver 19 otimizadores conectados em série, a tensão máxima nos terminais da string será de 19 V. O desligamento automático dos módulos (e a limitação da tensão de saída para 1 V) ocorre automaticamente em uma dessas situações:

  • durante a instalação, quando a string está desconectada do inversor ou quando o inversor está desligado;
  • durante o desligamento de emergência, quando o inversor é desligado ou quando a conexão com a rede CA é perdida; quando os sensores térmicos dos otimizadores  detectam temperaturas acima de 85˚C.

Detecção de arco elétrico

Os inversores da SolarEdge possuem um sistema próprio de redução dos efeitos de falhas que originam arcos elétricos e podem originar focos e incêndio. O arco elétrico é uma das principais causas de incêndios nos sistemas fotovoltaicos. A sua detecção e a sua interrupção são um importante recurso que agrega segurança aos sistemas fotovoltaicos.

Canal Solar

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Equipe de Engenharia do Canal Solar

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