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.
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.
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.
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.
