Gestão inteligente da energia solar fotovoltaica

As vantagens da energia solar fotovoltaica são conhecidas. Do ponto de vista do meio ambiente, a energia fotovoltaica oferece uma alternativa viável ao uso de recursos fósseis – como o carvão, o petróleo e o gás natural. Do ponto de vista do consumidor, a fonte solar proporciona economia e, em alguns casos, independência energética.

Entretanto, muitas vezes o potencial dos sistemas fotovoltaicos não é explorado totalmente e, em vez disso, a maior parte da energia solar produzida é injetada na rede elétrica, sofrendo a incidência de impostos e taxas de uso da rede elétrica. Com uma gestão inteligente da energia é possível maximizar os benefícios dos sistemas fotovoltaicos.

A gestão inteligente da energia pode ser feita por meio de várias estratégias: usar a energia no mesmo momento em que ela é gerada, usar a energia nos momentos em que a tarifa é mais barata, deslocar a disponibilidade da energia solar para coincidir com o horário de consumo através de um sistema de armazenamento ou evitar a injeção da energia fotovoltaica excedente na rede elétrica.

Algumas dessas estratégias estão intimamente relacionadas. Por exemplo, para se evitar a injeção diurna da energia excedente é necessário armazená-la em baterias. A energia armazenada nas baterias pode ser usada no período noturno.

Conforme o caso, pode-se limitar intencionalmente a geração do inversor fotovoltaico para evitar injeção na rede – esta última estratégia é menos desejável, já que proporciona o desperdício de uma quantidade de energia que poderia ser usada em outro local ou armazenada. Qualquer que seja a estratégia de gestão energética adotada em uma instalação, um componente necessário é o medidor inteligente de energia, como o exemplificado na Figura 1.

A função do medidor inteligente é registrar o fluxo de potência bidirecional e comunicar-se com outros equipamentos como inversores ou centrais de controle, entre outras coisas. O medidor mostrado na Figura 1 é um Fronius Smart Meter bidirecional, que possui uma porta de comunicação Modbus para a troca de informações com inversores e tem a capacidade de registrar a curva de carga do consumidor.

A Figura 2 mostra o diagrama simplificado de um sistema de microgeração com baterias e medidor inteligente. A energia produzida pelos painéis fotovoltaicos (1) é processada pelo inversor (2), que pode injetar a energia na forma de corrente alternada no ponto de acoplamento com a rede elétrica (3) ou armazenar em um banco de baterias (5).

O medidor inteligente (4) é instalado na fronteira entre o sistema de microgeração e a rede elétrica, fazendo o registro do fluxo bidirecional de energia (ou seja, a energia que é injetada na rede elétrica e a energia que é consumida da rede). A energia produzida pelo sistema fotovoltaico é registrada pelo inversor. A combinação dos valores da energia gerada pelo sistema fotovoltaico e da energia injetada na rede elétrica permite determinar a quantidade de energia excedente.

Existem basicamente duas maneiras de se construir um sistema com as funcionalidades do sistema ilustrado na Figura 2. Na primeira opção, podem-se empregar dois tipos de inversores: grid-tie puro (que só injeta energia na rede) e inversor para baterias (que carrega e descarrega as baterias em conexão com a rede). Na segunda opção, preferível em sistemas de menor porte, pode-se empregar um inversor híbrido multiportas como o mostrado na Figura 3, que pode simultaneamente conectar-se com a rede elétrica e com um banco de baterias.

Uso inteligente da energia

Do ponto de vista de gestão energética, a característica mais importante do sistema ilustrado na Figura 2, bem como do inversor híbrido ilustrado na Figura 3, é a capacidade de operar simultaneamente com painéis solares, baterias e a rede elétrica, permitindo o controle de diferentes fluxos de energia, como ilustra a Figura 4. Além disso, o consumo inteligente de energia é incrementado com a possibilidade de realizar a alimentação seletiva de cargas através de regras de prioridade que podem ser configuradas no inversor, conforme a disponibilidade de energia solar ou de energia nas baterias.

Na Figura 4 observamos os seguintes fluxos de energia possíveis:

• Laranja: unidirecional – dos painéis solares para o inversor;
• Cinza: bidirecional – energia injetada na rede ou consumida da rede;
• Verde: bidirecional – energia armazenada ou consumida das baterias;
• Azul: unidirecional – energia consumida pelas cargas locais.

Através de combinações dos fluxos laranja, cinza e verde é possível realizar as estratégias de gestão de energia mencionadas anteriormente. O inversor GEN 24 da Figura 3 pode ser configurado com as seguintes estratégias de uso inteligente da energia:

• Otimização do consumo interno: O inversor é sempre controlado pelo critério de potência nula no ponto de medição. No modo de operação automático (configuração de fábrica) o ponto de acoplamento com a rede elétrica, onde o medidor inteligente é instalado, é regulado automaticamente em 0 W (consumo próprio máximo da energia solar);
• Definição de prioridades: Se componentes baterias estiverem presentes no sistema, as prioridades de uso da energia armazenada podem ser definidas. Os equipamentos com maior prioridade serão acionados primeiro e os outros são acionados em seguida, caso ainda exista um excesso de energia;
• Gerenciamento de carga: Podem ser definidas diferentes regras para a alimentação seletiva de cargas, que podem ser ligadas ou desligadas por meio de portas digitais de E/S (entrada e saída) do inversor.