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Inversores off-grid interativos com a rede para aplicações fotovoltaicas

Este artigo traz uma visão geral dos inversores off-grid interativos com a rede

Autor: 18 de novembro de 2020janeiro 12th, 2021Artigos técnicos
Inversores off-grid interativos com a rede para aplicações fotovoltaicas

Inversores off-grid destinam-se à operação ilhada, sem conexão com a rede elétrica, sendo adequados para uso em sistemas fotovoltaicos instalados em locais não atendidos pela rede de distribuição elétrica ou como sistema de backup em locais que possuem rede elétrica.

O inversor off-grid interativo com a rede possui sistema de monitoramento e controlador de carga internos, dispensando o uso de um controlador de carga externo, como ocorre nos sistemas off-grid clássicos.

Com isso, o projetista e o instalador precisam se preocupar apenas com o dimensionamento dos módulos fotovoltaicos e do banco de baterias, despreocupando-se com o dimensionamento e a escolha do controlador de carga.

Todos os inversores off-grid interativos possuem uma entrada CA (corrente alternada) para a conexão com a rede elétrica ou a conexão de um gerador a diesel. Ou seja, os inversores são off-grid mas possuem uma entrada para alimentação CA.

Caso exista, a alimentação CA pode ser utilizada como um apoio para carregar o banco de baterias ou alimentar as cargas, realizando-se um bypass.

Ou seja, o inversor é desviado por uma chave interna e a entrada CA pode alimentar diretamente as cargas quando a tensão da rede ou um gerador estiver presente.

A entrada da rede elétrica está separada da saída para as cargas em conectores diferentes, sendo que a conexão da entrada CA com a saída é realizada internamente, conforme o modo de operação do inversor.

A interação com a rede através da entrada CA permite que o inversor off-grid seja usado como um sistema de backup em locais que já são atendidos pela rede elétrica.

O inversor off-grid interativo com a rede difere do inversor solar híbrido (que também possui conexão para baterias), pois ele não injeta excedente de energia na rede elétrica.

Ou seja, o inversor off-grid interativo não tem a capacidade de injetar de volta na rede elétrica a energia que foi armazenada nas baterias.

Figura 1 Exemplo de inversor off grid interativo com a rede. Fonte Growatt New Energy.

Figura 1: Exemplo de inversor off-grid interativo com a rede. Fonte: Growatt New Energy

Alguns modelos de inversores off-grid interativos possibilitam realizar o paralelismo, isto é, conectar mais de um inversor em conjunto no sistema.

Com isso, podemos instalar sistemas monofásicos, bifásicos e trifásicos. Isso é possível quando o inversor possui o recurso de paralelismo instalado, que é um acessório opcional em alguns equipamentos.

Com a placa de paralelismo instalada, os inversores se comunicam entre si e garantem o funcionamento em conjunto e em harmonia. Nos modelos da fabricante Growatt, por exemplo, é possível conectar até seis inversores em paralelo.

Figura 2: Três inversores off-grid ligados em paralelo, formando uma configuração monofásica. Fonte: Growatt New Energy

Figura 2: Três inversores off-grid ligados em paralelo, formando uma configuração monofásica. Fonte: Growatt New Energy

Os inversores possuem capacidade de trabalhar com baterias de chumbo-ácido e baterias de lítio. No caso dos equipamentos da fabricante Growatt, que usamos para exemplificar este artigo, o protocolo de comunicação BMS (battery management system) para baterias de lítio é compatível com baterias das marcas Dyness e Pylontech.

Exemplos de inversores off-grid interativos

Abaixo são apresentados alguns dos principais modelos de inversores off-grid da Growatt encontrados no Brasil. A nomenclatura dos inversores diz respeito a suas características técnicas:

  • TL: Alta Frequência/Sem transformador;
  • T: 60Hz/Transformador;
  • LV: A saída de baixa tensão é 120v;
  • HV: A saída de alta tensão é 230V;
  • DV: A saída com dois tipos de tensão é 120V ou 240V;
  • M: Controlador MPPT;
  • 48: Tensão de bateria é 48V;
  • P: Modelo paralelo;
  • ES: funcionalidade sem bateria.

Por exemplo:

  • SPF 5000TL HVM-P(5000W, alta frequência, saída de 230V, MPPT, modelo que permite ligação em paralelo);
  • SPF 3000TL LVM-48P(3000W, alta frequência, saída de 120V, MPPT, tensão de bateria é 48V,modelo paralelo.

Growatt SPF 3000TL LVM-48P

Principais características: inversor de onda senoidal pura, tensão da bateria de até 48 Vcc, potência de 3 kW, capacidade de realizar paralelismo, saída CA de 120 V, controlador de carga interno com MPPT, opera com baterias de lítio, compatível com gerador externo e possui monitoramento remoto.

Figura 4: Inversor off-grid interativo SPF 3000TL LVM-48P. Fonte: Growatt

Figura 4: Inversor off-grid interativo SPF 3000TL LVM-48P. Fonte: Growatt

Com o modelo SPF 3000TL LVM 48P é possível utilizar dois inversores em paralelo e formar um sistema bifásico (split-phase).

Figura 5: Sistema bifásico (split-phase) formado com dois inversores SPF 3000TL LVM 48P operando em paralelismo. Fonte: Growatt New Energy

Figura 5: Sistema bifásico (split-phase) formado com dois inversores SPF 3000TL LVM 48P operando em paralelismo. Fonte: Growatt New Energy

Growatt SPF 3000-5000TL HVM-48P

Principais características: inversor de onda senoidal pura, tensão da bateria de até 48 V, potência de 3 kW a 5 kW, capacidade de realizar paralelismo com o modelo de 5 kW, saída CA de 230 V, controlador de carga com MPPT interno, capacidade de operar com baterias de lítio, compatível com gerador externo e possui monitoramento remoto.

Este modelo é ideal para aplicações residenciais por causa do seu formato compacto e de suas funcionalidades completas.

O aspecto do modelo 3000-5000TL HVM-48P é muito parecido com o do modelo SPF 3000TL LVM-48P, mostrado na Figura 4.

Growatt SPF 5000ES

Principais características: inversor de onda senoidal pura, tensão da bateria de até 48 V, potência de 5 kW, capacidade de realizar paralelismo, saída CA de 230 V, controlador de carga com MPPT interno, capacidade de operar com baterias de lítio, compatível com gerador externo, possui monitoramento remoto, pode trabalhar com ou sem bateria, possibilita ajustar o tempo de carregamento e possui função de equalização de carga das baterias.

Figura 6: Inversor off-grid SPF 5000ES. Fonte: Growatt New Energy

Figura 6: Inversor off-grid SPF 5000ES. Fonte: Growatt New Energy

O modelo SPF 5000ES é um dos últimos lançamentos de inversor off-grid da Growatt. Com ele é possível constituir sistemas de até 30 kW, monofásicos ou trifásicos.

Figura 7 Sistemas monofásico acima e trifásico abaixo de até 30 kW com inversores SPF 5000ES operando em paralelismo.

Figura 7: Sistemas monofásico (acima) e trifásico (abaixo) de até 30 kW com inversores SPF 5000ES operando em paralelismo

Growatt SPF 4000-12000T HVM 48

Principais características: inversor de onda senoidal pura, tensão da bateria de até 48 V, potência de 4 kW a 12 kW, saída CA de 230 V, controlador de carga com MPPT interno, capacidade de operar com baterias de lítio, compatível com gerador externo, possui monitoramento remoto, possui transformador que possibilita a partida de motores.

Figura 8: Inversor off-grid interativo SPF 4000-12000T HVM 48, com recurso especial para a partida de motores. Fonte: Growatt New Energy

Figura 8: Inversor off-grid interativo SPF 4000-12000T HVM 48, com recurso especial para a partida de motores. Fonte: Growatt New Energy

Esta família de inversores possui em sua construção um transformador, que permite a partida de cargas indutivas (como motores), conforme a tabela abaixo:

tabela

Figura 9: Exemplo de aplicação de um inversor off-grid interativo. Fonte: Growatt New Energy

Figura 9: Exemplo de aplicação de um inversor off-grid interativo. Fonte: Growatt New Energy

Assim como nos inversores grid-tie, o monitoramento do sistema off-grid é um recurso importante, pois permite acompanhar o status do sistema, detectar falhas e gerar relatórios.

Os fabricantes normalmente oferecem plataformas de monitoramento dedicadas para seus equipamentos. Nos inversores da fabricante Growatt, por exemplo, é possível realizar o monitoramento remoto via computador (Shine Server) ou através de um aplicativo (Shine Phone).

Para isso, é preciso conectar no inversor o datalogger Shine WIFI-F e configurá-lo para enviar e receber dados pelo roteador do cliente.

Figura 10: Configuração do sistema de monitoramento, com um módulo de comunicação wi-fi instalado no inversor. Fonte: Growatt New Energy

Figura 10: Configuração do sistema de monitoramento, com um módulo de comunicação wi-fi instalado no inversor. Fonte: Growatt New Energy

Com o monitoramento é possível verificar a geração solar, o uso da bateria, a curva de consumo e a quantidade de energia que precisou ser utilizada da rede elétrica, se disponível.

Figura 11: Gráficos gerados pelo sistema de monitoramento do inversor, mostrando a potência instantânea da fonte solar, da bateria, do consumo e da rede elétrica. Fonte: Growatt New Energy

Figura 11: Gráficos gerados pelo sistema de monitoramento do inversor, mostrando a potência instantânea da fonte solar, da bateria, do consumo e da rede elétrica. Fonte: Growatt New Energy

Conclusão

O inversor off-grid interativo difere do inversor off-grid tradicional, pois possui uma entrada AC que permite o carregamento das baterias e a alimentação direta das cargas, funcionando como sistema de backup.

O inversor também pode ser usado em sistemas totalmente off-grid, que utilizam apenas módulos fotovoltaicos e baterias. Também pode, alternativamente, ter sua entrada AC alimentada por um gerador a diesel externo (recurso útil quando a carga das baterias é insuficiente).

Uma grande vantagem dos inversores off-grid interativos mostrados neste artigo é a presença de controlador de carga com MPPT interno, o que dispensa o uso de controladores externos (como ocorre nos sistemas off-grid tradicionais).

Fabricantes como a Growatt disponibilizam modelos de inversores off-grid com características técnicas diferentes, garantindo uma grande flexibilidade de projetos e soluções para os clientes.

Em resumo, estas são algumas características que podem ser observadas na escolha de um inversor off-grid:

  • Presença de entrada CA (inversor interativo com a rede);
  • Possibilidade de paralelismo para a formação de sistemas de maior potência;
  • Possibilidade de operação em arranjos monofásicos e trifásicos;
  • Disponibilidade de sistema de monitoramento;
  • Capacidade de potência de pico para partida de motores e cargas indutivas.


Guilherme Peterlini

Guilherme Peterlini

Service Engineer na Growatt New Energy. Engenheiro eletricista formado pela FEI, trabalha com energia solar fotovoltaica desde 2017. Possui experiência com treinamentos técnicos com parceiros, suporte técnico avançado, manutenção e testes de nossos inversores.

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