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Instalações isoladas: Quando utilizar um regulador (Acoplamento CC) e quando utilizar um inversor de rede (Acoplamento CA)

Instalações isoladas: Quando utilizar um regulador (Acoplamento CC) e quando utilizar um inversor de rede (Acoplamento CA)

 

As instalações isoladas da rede ocupam um dos âmbitos de utilização mais importantes no setor das energias renováveis. Seja pelo difícil acesso à rede pública no local da instalação ou com o objetivo de autoconsumir de forma autónoma 100% da energia gerada, o cliente pode optar por criar uma instalação totalmente independente da rede elétrica.

Na altura de dimensionar uma instalação isolada, temos de ter em conta aspetos diferentes, mas nesta ocasião vamos centrar-nos em saber distinguir quando convém selecionar entre um regulador MPPT (acoplamento CC) ou um inversor de rede (acoplamento CA) para aproveitar o nosso campo fotovoltaico.

 

Abordagem com acoplamento em CC

Neste caso, os módulos fotovoltaicos estarão ligados a um regulador da carga MPPT, que se encarregará de extrair dos mesmos o seu ponto de máxima potência em relação às condições de irradiação e temperatura que existam nesse momento. Ao efetuar o acoplamento no circuito de CC da nossa instalação, a energia gerada não sofrerá qualquer tipo de transformação na altura de transferir o excedente para a bateria e será diretamente carregada na corrente contínua, aumentando assim a sua eficiência na carga.

Imagem 1. Sistema acoplado CC (Fonte Victron Energy)

 

Por este motivo, este tipo de abordagem é preferível para pequenas instalações ou quando o consumo maioritário ocorrerá no período noturno, visto que armazenamos a energia em CC durante o dia para a transformar em CA durante a noite através do inversor carregado.

Se falarmos das desvantagens mais comuns, poderíamos destacar principalmente a impossibilidade de realizar strings de mais de 5 módulos, no melhor dos casos. De igual modo, a obrigatoriedade de necessitar de caixas de ligação para realizar paralelos, aumentando assim a amperagem do circuito de CC e, portanto, a necessidade de investir em secções de cablagem de maior dimensão.

 

Abordagem com acoplamento em CA

Nesta abordagem, os módulos fotovoltaicos são conectados a um inversor de rede e o inversor/carregador é responsável por gerar a tensão em CA necessária para que o inversor de rede possa ser sincronizado e entrar em funcionamento para produzir energia a partir do campo fotovoltaico.

Imagem 2. Sistema acoplado CA (Fonte Victron Energy)

 

A energia gerada na corrente alternada vai abastecer diretamente os nossos consumos sem sofrer qualquer tipo de transformação. Assim, este tipo de abordagem é muito recomendável quando a procura do nosso sistema isolado ocorre, principalmente, durante o dia. Como vantagem, importa também destacar que um inversor de rede nos permite criar cadeias de strings mais largas ou usar seguidores MPPT diferentes do mesmo, podendo aproveitar assim diferentes orientações ou inclinações do nosso telhado.

Como desvantagens, importa destacar a obrigatoriedade de ter de transformar a corrente de CA em CC para carregar a bateria, o que implica uma pequena perda de eficiência. Por outro lado, o preço de um inversor de rede é algo superior que o de um regulador quando falamos de potências até aos 10 kW.

Como detalhes, importa indicar que a configuração dos equipamentos para fazer funcionar esta abordagem pode ser algo mais complexa, visto que é necessário configurar tanto o carregador como o inversor para que realizem a modulação por frequência assim que a bateria estiver a chegar a 100%.

Este processo denominado de “Frequency Shift” é o causador do inversor carregador aumentar a frequência da rede que gera em alterna ao detetar que a bateria está perto de terminar a carga. Desta forma, ao aumentar a frequência do sistema, o inversor de rede interpreta-o como um excesso de potência e reduz a sua corrente injetada. Estes níveis de modulação costumam situar-se entre os 50,2 e os 53 Hz. Assim, evita-se que a bateria receba uma amperagem de carga elevada quando se encontra na fase de flutuação e prolonga-se a vida útil da mesma.

 

Solução híbrida Acoplamento CC + Acoplamento CA

Outra opção consistiria em efetuar uma abordagem híbrida na qual possamos gerir parte dos nossos módulos fotovoltaicos através de um regulador e a outra parte através de um inversor de rede. Isto permite-nos prescindir do grupo eletrógeno em caso de descarga profunda, visto que garantimos que o regulador se encarrega de carregar a nossa bateria em CC no momento em que as condições de irradiação sejam favoráveis. Esta abordagem é muito utlizada em instalações off-grid de maior dimensão.

Imagem 3. Sistema de acoplamento CC + Acoplamento CA (Fonte Victron Energy)

 

Aspetos a ter em conta neste tipo de aplicações

  • Em soluções com acoplamento CA é recomendável que a potência do inversor de rede seja igual ou inferior à potência do inversor carregador utilizado.
  • Em soluções com acoplamento CA é obrigatória a utilização de um gerador de emergência em caso de descarga profunda da bateria.
  • Em soluções com acoplamento CC o regulador de carga deve receber primeiro tensão de baterias para saber a tensão de trabalho, visto que receber tensão FV em primeiro lugar pode implicar danos no equipamento.
  • Em soluções com acoplamento CC é necessário ter muito em conta a tensão máxima que permite o regulador na entrada FV no momento de realizar os strings para não ultrapassar o referido valor (principalmente a baixas temperaturas) e evitar danos no equipamento.

 

Em conclusão, podemos abordar o nosso sistema isolado de formas diferentes e adaptá-lo da melhor forma possível às características da nossa instalação e ao nosso consumo. Dando prioridade à carga da bateria para sua utilização durante a noite ou, pelo contrário, dando prioridade ao consumo diurno e utilizando o excedente para carregar a bateria. Também é possível, como vimos, uma fusão entre ambas as abordagens. São possíveis diferentes opções, tendo sempre em conta todos esses aspetos importantes para não cometer erros durante a fase de conceção e durante a colocação em funcionamento.

Sistema isolado em vivenda em acoplamento CC Victron com acumuladores de lítio BYD executado pela empresa Efigalia

 

Sistema isolado em porão. Acoplamento CA trifásico Victron-Fronius com acumuladores de lítio BYD executado pela empresa Grupo Ártico

 

Autor: Jose Ortiz

04.05.2020 15:07
por José Ortiz

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