Inversor híbrido x inversor off-grid

Inversor fotovoltaico híbrido x inversor fotovoltaico off-grid

O inversor híbrido é aquele que pode operar nos dois modos: off-grid e grid-tie

No meu artigo anterior – O que é um inversor solar híbrido? – eu mostrei as características de três tipos de inversores: off-grid, grid-tie e híbrido. A principal conclusão do artigo é que o inversor híbrido é aquele que pode operar nos dois modos: off-grid e grid-tie.

Além disso, naquele artigo eu expliquei que o modo on-grid (também conhecido como grid-tie) é especificamente o modo de operação no qual o inversor se comporta como uma fonte de corrente bidirecional, podendo injetar ou retirar energia da rede elétrica.

Se o inversor não tem a capacidade de operar neste modo, ele não é híbrido. Neste artigo, vamos falar com mais detalhes do inversor-carregador off-grid, que foi levemente mencionado no artigo anterior.

E vamos tentar novamente esclarecer a confusão que existe no mercado em torno do nome “híbrido”. A confusão é apenas uma questão de terminologia ou nomenclatura. Os inversores mostrados nas Figuras 1 e 2 são nitidamente diferentes.

É preferível reservar a denominação “híbrido” para o inversor da Figura 1, enquanto o inversor da Figura 2 merece ser chamado apenas de inversor-carregador off-grid. Os inversores exemplificados nas figuras são da fabricante PHB. A empresa denomina “off-grid” o seu inversor-carregador e “híbrido” o seu inversor on/off-grid. Não há margem para dúvida sobre o que é cada coisa.

Figura 1 – Inversor híbrido on/off-grid

Figura 2 – Inversor-carregador off-grid

Inversor híbrido on/off-grid

O inversor híbrido da Figura 1 possui duas portas de entrada CC e duas portas CA – sendo uma off-grid e outra grid-tie – conforme ilustrado na Figura 3. Durante a maior parte do tempo este inversor vai operar como um grid-tie convencional, conectando-se à rede por meio da porta CA bidirecional.

Aliás, há uma diferença em relação ao inversor grid-tie convencional. Este inversor, além de injetar na rede elétrica a energia dos painéis solares, possui a capacidade de trocar energia das baterias com a rede elétrica (carregando ou descarregando-as). Esse modo de operação com troca de energia das baterias com a rede elétrica ainda não é regulamentado no Brasil (mas será em breve).

Por outro lado, quando não existe rede elétrica o inversor passa para o modo off-grid, fornecendo tensão em sua porta CA unidirecional. Neste caso o inversor opera totalmente desconectado de qualquer rede elétrica e sua porta CA unidirecional comporta-se como uma fonte de tensão.

As cargas que estiverem ligadas a esta porta poderão ser alimentadas durante a falha da rede, enquanto houver energia nas baterias. Normalmente, quando projetamos um sistema híbrido, conectamos à porta off-grid as cargas que são prioritárias ou essenciais (por exemplo: iluminação, equipamentos sensíveis, computadores).

Figura 3 – Portas CC e CA do inversor híbrido on/off-grid

As ilustrações da Figura 4 mostram os diferentes modos de operação do inversor híbrido. Essas ilustrações foram retiradas do “Manual do usuário do inversor híbrido fotovoltaico – Linha ES”, da PHB.

Figura 4 – Modos de operação do inversor híbrido. Fonte: PHB

Modo 1: A energia produzida pelo sistema FV é usada para otimizar o autoconsumo. O excesso de energia é usado para recarregar as baterias e qualquer energia restante é exportada para a rede.

Modo 2: Quando não há energia FV e a energia da bateria for suficiente, o sistema pode atender o fornecimento de carga junto com a energia da rede.

Modo 3: Quando a rede falha, o sistema muda automaticamente para o modo de reserva. A carga de reserva pode ser suportada pela energia FV e a bateria.

Modo 4: A bateria pode ser carregada pela rede.

Inversor-carregador off-grid

O inversor da Figura 2 opera apenas no modo off-grid (fonte de tensão). Ele não é capaz de injetar energia na rede elétrica. Ele pode carregar as baterias com energia dos painéis solares ou da rede elétrica. Se não houver energia solar disponível, pode alimentar as cargas com energia da rede elétrica (se ela estiver presente) ou a partir das baterias (se a rede falhar) – isto é exatamente o que um nobreak faz.

A Figura 5 mostra que o inversor-carregador off-grid possui três portas de entrada, sendo duas CC e uma CA. A porta CA de entrada serve apenas para permitir o carregamento das baterias ou a alimentação pela rede elétrica (se ela existir) das cargas ligadas à porta CA de saída.

A porta CA de saída, por sua vez, pode ter uma conexão direta com a rede elétrica (isso depende de cada equipamento) ou pode operar 100% do tempo como fonte de tensão por meio de um conversor CC-CA, alimentando somente as cargas a ela conectadas – com energia que pode ser proveniente da própria rede elétrica, das baterias ou dos painéis solares.

Qualquer que seja a configuração interna do equipamento, a porta CA de saída será sempre uma porta do tipo fonte de tensão. Na ausência da rede elétrica, a porta CA de saída alimenta as cargas exclusivamente com energia das baterias ou dos painéis solares, como um autêntico inversor off-grid com controlador de carga interno.

Figura 5 – Portas CC e CA do inversor-carregador off-grid

A Figura 5 mostra também o funcionamento interno do inversor-carregador off-grid. Neste caso estamos exemplificando o inversor conhecido como online ou de dupla conversão (terminologia usada no universo dos nobreaks).

Neste equipamento a porta off-grid sempre vai alimentar as cargas através de um conversor CC-CA, mesmo que a rede elétrica esteja presente. Em outras palavras, as cargas nunca vão ser ligadas diretamente à rede. Toda a energia entregue às cargas será processada pelo inversor CC-CA.

Se a porta CA de entrada do inversor-carregador estiver ligada à rede elétrica, ela tem a função de alimentar as baterias ou as cargas por meio de um retificador CA-CC. Essa porta nunca injeta energia na rede elétrica – não sendo, portanto, uma porta grid-tie como a do inversor híbrido da Figura 1.

Figura 6 – Esquema de conexão do inversor-carregador off-grid da PHB. Fonte: Manual do usuário – linha VM – inversor solar off-grid/PHB

A Figura 6 ilustra o modo de conexão do inversor-carregador off-grid, extraída do manual do inversor-carregador da linha VM, da PHB. O manual não deixa dúvidas sobre o modo de funcionamento da porta CA de entrada, que recebe a conexão da rede elétrica: trata-se de uma porta de entrada unidirecional, que não é capaz de injetar energia na rede elétrica (ou seja, não opera no modo grid-tie).

Híbrido ou off-grid: a origem da confusão

A Figura 7 ilustra um esquema de conexões de um inversor-carregador off-grid de um fabricante genérico.

No site do fabricante as informações são bastante confusas e incompletas. O produto é denominado “3kw Pure Sine Wave Solar Controller Mppt Inverter For Home” (sic), mas em algumas partes do site ele é referenciado como “hybrid”. Pessoas sem conhecimento de inversores podem adquirir o equipamento pensando tratar-se de um inversor realmente híbrido, que pode operar nos modos on-grid e off-grid.

Em último caso, o termo híbrido poderia (segundo uma pequena vertente de opinião existente no mercado) aqui ser usado pelo fato de o equipamento possuir entradas para diversas fontes e armazenadores de energia: painéis solares, baterias e rede elétrica ou gerador. Entretanto, não é esta a definição de “híbrido” que nós gostamos de usar.

As informações mostradas pelo fabricante não são claras. Nenhum manual ou folha de dados está disponível no site. A confirmação sobre o tipo de inversor pode ser feita pela conexão da entrada CA (linha verde na Figura 7), cuja seta indica apenas um fluxo de energia unidirecional. Trata-se, tão simplesmente, de uma porta para o carregamento das baterias ou alimentação das cargas pela rede elétrica ou por um gerador externo.

Em resumo: este inversor não opera no modo grid-tie e se assemelha ao da Figura 2, que chamamos de inversor-carregador off-grid.

Figura 7 – Diagrama de conexões de um inversor-carregador off-grid genérico. Fonte: http://www.sunchees.com

Conclusões

Neste artigo foram mostrados dois tipos de inversores: inversor híbrido on/off-grid e inversor-carregador off-grid. Podemos concluir que o inversor híbrido é aquele que opera nos modos on e off-grid, enquanto o inversor-carregador opera apenas no modo fonte de tensão (na saída CA).

O inversor-carregador off-grid possui uma entrada CA unidirecional que não funciona no modo grid-tie e serve apenas para alimentar as baterias ou as cargas se a rede elétrica estiver presente.

Se estiver fora da rede, o inversor-carregador é um apenas um inversor off-grid com controlador de carga (para os painéis solares) integrado. Se estiver ligado à rede e estiver desconectado dos painéis solares, o inversor-carregador funciona exatamente como um nobreak.

Em qualquer que seja a situação, independentemente de diferentes opiniões sobre a nomenclatura a ser adotada, o inversor-carregador nunca será um híbrido on/off-grid. O mercado carece de definição e nomenclatura claras sobre o que é um inversor híbrido, diferenciando-o do inversor-carregador off-grid, para que usuários e projetistas estejam certos sobre as funções, as finalidades e os modos de uso de cada tipo de equipamento.