Você sabia que "superdimensionar" o inversor interativo é bom? Descubra qual o "super

Porquê “superdimensionar” o inversor é bom?

Fique tranquilo, neste post explicaremos o que isso interfere no sistema de energia solar.

Superdimensionar o inversor, é uma vantagem, se dimensionado corretamente de acordo com as características técnicas do equipamento. Com essa pratica economizamos no preço e aumentamos a eficiência do sistema. Os projetistas do sistema fotovoltaico são encarregados de tomar essa decisão importante, de selecionar a melhor relação de módulos-inversor para o projeto fotovoltaico.


Mais o que significa superdimensionar o inversor? É simplesmente colocar mais painéis do que a potência nominal do inversor, como por exemplo, colocar 5 kWp de módulos em um inversor de 4 kW.

A potência do inversor pode ser verificada no Datasheet do fabricante, onde consta potência de saída do equipamento.

A potência pico dos módulos fotovoltaicos, ou seja, o gerador fotovoltaico, é obtida através da multiplicação do número de módulos pela potência unitária de cada módulo. Exemplo: 20 módulos de 265 watts, 20 x 265 = 5300 Wp ou 5,3 kWp.


Módulos fotovoltaicos

Os módulos fotovoltaicos não cumprem com sua potência nominal de saída, quando instalados em campo. A potência do módulo, descrita no datasheet, é obtida em testes de laboratório em condições favoráveis, o que não ocorre em campo quando instalados. A potência de saída do módulo fotovoltaico é afetada pelo clima, posição do sol durante o dia em diferentes estações do ano, local de instalação, angulação e orientação azimutal. Além disso, a potência de saída do módulo é prejudicada com o envelhecimento, sujeira e sombra.

O gráfico de geração de um sistema solar é uma parábola. Durante os períodos em que o sol está nascendo ou escondendo, os fótons de luz não são satisfatórios para que o módulo gere uma potência alta, próxima a potência nominal especificada no datasheet, sendo que nestes momentos a curva do gráfico é baixa. O horário de pico de insolação é considerado das 10:00 as 15:00, onde temos a incidência do sol em maior quantidade sobre os módulos, que é onde a curva de geração vai subindo conforme o sol vai se aproximando do meio dia, onde os fótons de luz incidem diretamente sobre os módulos.

Como um exemplo, se um módulo tem uma classificação STC (teórica) de 250W, um projetista pode determinar que a maior potência de saída DC provável do módulo em uma situação particular (levando em conta a localização, orientação, azimute, sombreamento, sujeira, etc.) é de 95% desta classificação, ou 237W.

Inversores interativos

Os inversores fotovoltaicos são fabricados de modo que consigam trabalhar com uma potência maior de módulos do que a potência nominal determina, isso, desde que dimensionados de forma correta. Em muitos casos, superdimensionar o inversor, pode elevar a produção em condições de luz mais baixa, permitindo assim a instalação de um Inversor de potência menor [AC], para um dado arranjo de módulos com potência maior [DC]. No entanto, o superdimensionamento do arranjo pode ter um impacto negativo na energia total produzida e na vida útil do inversor. A razão principal para superdimensionar um inversor, é leva-lo à sua capacidade máxima com mais freqüência. Isto irá maximizar a potência em condições de pouca luz.


Quando os módulos fotovoltaicos estão fornecendo cerca de 25% menos do que a capacidade do inversor, a sua eficiência cai. Como monstra o gráfico 1.

Gráfico 2 – Eficiência do inversor

Gráfico 1 – Eficiência do inversor

Como podemos ver, quando estamos com os módulos fornecendo 30% da potência do inversor, a eficiência se mantem estável. Caso isso caia o inversor terá o funcionamento prejudicado.


Superdimensionar o inversor não é tipicamente um requisito, no entanto, projetistas de sistemas fotovoltaicos experientes podem optar por superdimensionar a fim de maximizar a produção de energia. Eis os motivos:

  • Potência do módulo fotovoltaico real vs. potência nominal do módulo (módulos não atingem sempre sua potência pico);

  • Considerações financeiras (inversor de menor potência é mais barato);

  • Menor payback (menor investimento com alto rendimento);


Por outro lado, superdimensionar demais pode afetar negativamente a produção de energia do inversor.

Os inversores são projetados para gerar uma potência máxima de saída [CA] que não pode ser excedida, e eles limitam a energia quando a potência dos módulos [DC] produzida real é maior do que o inversor pode produzir. Isso resulta em perda de energia, o que chamamos de corte de energia (power clipping).

Na prática, o clipping resulta em um achatamento na parte superior da onda senoidal de produção, sendo mostrada na figura 1. Os projetistas de sistemas fotovoltaicos podem evitar essa perda de energia dimensionando o inversor de tal forma que sua capacidade de saída, exceda a maior potência de saída esperada do módulo solar, isso levando em consideração a eficiência de conversão do inversor. Esse dimensionamento pode ser comprovado com uma análise do sistema fotovoltaico, em um software de simulação como o PVsyst, PV*Sol ou SAM. Para que a análise seja adequada, o software de simulação deve ser capaz de verificar o comportamento de limitação de potência do inversor. A equipe de projeto deve dimensionar o sistema mantendo a matriz de módulos, variando o inversor [kW] e verificando os resultados de geração. O resultado final é um conjunto de dados que mostra os efeitos das relações matriz de módulos-para-inversor, em relação às produções anuais. Os valores de produção da análise devem ser introduzidos na análise financeira do projeto para determinar o melhor custo benefício. Os detalhes da análise financeira variam, mas a maioria tem o mesmo objetivo geral de otimizar o custo financeiro.

Figura 1 - Perfil de produção diária, com limitação de potência

Figura 1 - Perfil de produção diária, com limitação de potência

A perda de energia por sobrecarga é demonstrada como a área cinza tracejada do gráfico, porém como pode ser observado, há um ganho na largura de geração; ou seja, o inversor tem uma potência de saída total (100% de sua capacidade) durante mais tempo. Quando comparado com a curva em linha amarela (representa 20% de superdimensionamento), a linha verde (50% de superdimensionamento) abrange uma área maior no gráfico.

Superdimensionamento

A porcentagem de superdimensionamento é definida pela razão entre a potência total de módulos em condições de laboratório STC e a potência de saída [AC] do inversor.

𝐷𝐶 / 𝐴𝐶 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑧𝑖𝑛𝑔 (%) = P ratio


Exemplo: Temos 5kWp de gerador fotovoltaico em módulos, e um inversor com saída de 4kW. Utilizando a fórmula acima, temos o valor de 1,25; ou seja, 25% de superdimensionamento.


Observação: Aqueles que forem dimensionar um sistema fotovoltaico, devem se atentar à capacidade de sobrecarga de cada inversor.


No gráfico 2, mostramos um caso real, onde a curva de geração apresentada, estamos em um dia de insolação alta, onde temos um arranjo em módulos com potência pico de 1,59 kWp, e inversor interativo de 1,5 kW, tendo então um superdimensionamento em 0,06% do inversor.

Gráfico 2 - Produção Diária, sem limitação de potência

Gráfico 2 - Produção Diária, sem limitação de potência

Como podemos observar no gráfico 1, a linha em vermelho é o ponto onde a potência de geração foi máxima, que no caso foi de 1,19 kWp as 10:50 da manhã, e a linha em azul é a potência de saída do inversor, que é de 1,5 kW. Se fizermos a conta para descobrir o superdimensionamento, chegamos à seguinte conclusão:

𝐷𝐶 / 𝐴𝐶 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑧𝑖𝑛𝑔 (%) = P ratio

1,19 / 1,5 (%) = 0,8 %


O que esses 0,8% siguinifica?

Quer dizer que em condições reais, os módulos chegam a uma potência pico de 1,19 kWp, onde o inversor suporta 1,5 kW. O que podemos então adicionar 20% de potência em módulos para que esse inversor trabalhe com sua potencia total, sem prejudicar a geração de energia. Para esse caso onde temos 1,59 kWp em módulos, poderíamos chegar em 20% a mais, que daria uma potência de 1,9 kWp em módulos com um inversor de 1,5 kW.




No gráfico 3, mostramos a curva de geração de um sistema fotovoltaico com 34% de superdimensionamento, 8,06 kWp em módulos com um inversor de 6,0 kW de potência de saída [AC].




Gráfico 3 - Produção Diária, sem limitação de potência 34% superdimencionamento

Gráfico 3 - Produção Diária, sem limitação de potência 34% superdimencionamento

Como podemos ver, o pico de geração dos módulos chega a tocar a linha azul, que é o limite da potência de saída do inversor, onde, com um superdimensionamento de 34%, não tivemos nenhuma perda de energia. Isso nos mostra que o cliente teve um ganho no custo benefício, tendo um preço do sistema reduzido, pelo fato de não ter implementado um inversor de potência maior, gerando a mesma quantidade de energia.


Conclusão

Podemos concluir que um sistema com um superdimensionamento saudável (aquele que não danifica os equipamentos) tem mais potência sendo injetada na residência, durante mais tempo e com mais eficiência.

Um bom exemplo seria o de comparar o sistema fotovoltaico à um carro que anda em um local com limite de velocidade. Se o carro for menos veloz que a velocidade da pista, estaremos perdendo o que a pista nos oferece; no entanto, se o carro for mais veloz que a pista, podemos aproveitar o máximo dela por mais tempo possível; e isso, sempre mantendo um alto rendimento.

Para reforçar: É importante observar que dificilmente conseguiremos que os módulos gerem 100% de sua potência, como mencionado antes, há várias perdas. Quando se superdimensiona o arranjo fotovoltaico, podemos utilizar toda a potência do inversor, aproveitando sua máxima eficiência.

Referencias:

https://www.solectria.com//site/assets/files/1472/solectria_oversizing_your_array_july2013.pdf

http://www.acsolarwarehouse.com/news/worried-about-clipping-dont-be/

http://www.solaredge.com/sites/default/files/inverter_dc_oversizing_guide.pdf

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