O que seria fotovoltaica – Glauco Diniz Duarte

O overload, ou razão de potência DC/AC, é um importante parâmetro de dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos. Ele representa a razão entre a potência total dos módulos (DC) e dos inversores (AC). Exemplificando, um sistema de 10 módulos de 330 Wp (3,3 kW DC) e 1 inversor de 2,5 kW (2,5 kW AC) apresenta o overload de 1,32.

É comum ouvir-se que o overload deve sempre ser um valor próximo a 1,25, mas será que de fato esta é sempre a melhor opção?

Na verdade, a utilização de overloads um pouco mais ousados é uma prática amplamente aplicada no mundo e pode proporcionar grande potencialização do retorno financeiro de um projeto sem infringir limites técnicos dos equipamentos.

Neste blogpost iremos discutir detalhadamente a definição deste parâmetro e seus efeitos em um projeto de sistema fotovoltaico.

O que é importante para definir o overload?

Para definir-se o overload ideal deve-se considerar fatores técnicos e também fatores econômicos.

No quesito técnico, é imprescindível garantir que o overload não ocasionará parâmetros elétricos que ultrapassem os limites operacionais dos inversores selecionados para o projeto. Já no quesito econômico, atendido o quesito técnico, a definição do overload deve considerar tanto as perdas de geração, quanto a economia de CAPEX (custos relacionados a implementação de sistema) proporcionados pela definição dos inversores do projeto.

Ao longo texto vamos compreender melhor os dois fatores de análise do overload.

Primeiro Fator: Parâmetros Técnicos

Cada inversor possui valores máximos operacionais de tensão e corrente DC de entrada, bem como valores mínimos e máximos de tensão para operação à máxima potência. A superação dos limites máximos operacionais pode causar danos irreversíveis ao inversor, demandando a substituição do mesmo. Já a superação dos limites mínimos e máximos de operação à máxima potência, esta implica não em danos mas em perdas de geração conhecidas como perdas de clipping.

As perdas de clipping ocorrem tanto nos momentos em que a tensão de entrada está acima do limite (overvoltage), quanto nos momentos em que a tensão está abaixo do limite (undervoltage).

Para exemplificar esse conceito, vamos tomar como base o inversor Sungrow SG36KTL-M (36 kW) e os módulos policristalinos Canadian Solar CS6U 335 Wp. A tensão máxima de entrada do inversor é de 1.100 V, e a corrente máxima de entrada é de 88 A por string em paralelo, havendo 8 entradas.

Desta maneira, teoricamente, sem ultrapassar os limites operacionais do inversor, seria possível conectar em uma unidade 8 strings em paralelo (88/9,54 = 9,22, mas o inversor só possui 8 entradas), cada um composto por 24 módulos em série (1.100/45,8 = 24,01), implicando em um sistema de 36,00 kW AC e 63,36 kW DC, e consequentemente o overload de 1,78.

Antes de entrarmos na prática, é importante entender que as condições reais de operação dos sistemas fotovoltaicos mudam a cada instante, uma vez que são influenciadas principalmente pelo nível de irradiação e pela temperatura aos quais os módulos estão submetidos.

Sendo assim, para tomar uma decisão técnica segura quanto à configuração do sistema, é importante avaliar se, nos momentos de condições climáticas mais críticas, os limites operacionais do inversor não serão infringidos.

Para exemplificar, vamos supor dimensionar o sistema em Belo Horizonte.O momento mais crítico para avaliação seria o meio-dia (sol a pino) de uma data bem ensolarada.

Considerando uma configuração de 8 strings de 20 módulos, simulada no software HelioScope, a máxima temperatura alcançada pelas células fotovoltaicas seria de 94 °C, enquanto a respectiva irradiação seria de 1.059 W/m².

A curva I-V do módulo mostra que a variação da Isc em relação ao nível de irradiação é consideravelmente linear, de forma que a cada incremento de 200 W/m² no nível de irradiação, a corrente gerada pelo módulo aumenta em cerca de 1,9 A.

Desta forma, a elevação da irradiação de 1.000 para 1.059 W/m² aumentaria a corrente Isc – para algo em torno de 10,10 A. O coeficiente de temperatura da Isc do módulo é de 0,053 %/C°, de maneira que a elevação da temperatura da célula de 25 para 94 °C causaria um incremento da Isc de 0,36 A. Desta forma, no instante mais crítico dentro de uma simulação de 1 ano com base horária, a corrente máxima que poderia vir a ser gerada por string seria de 10,47 A. Este resultado nos permite concluir que, mesmo no instante mais crítico de operação, se por acaso todos os 8 strings chegassem a gerar a máxima corrente possível (8×10,47 ~ 83,79), o limite do inversor (88 A) ainda não seria ultrapassado.

Já quanto à tensão máxima de entrada, não há o que se preocupar neste caso pois, além de já estarmos com certa “folga”, a variação da tensão máxima Voc em relação ao nível de irradiação praticamente se estabiliza a partir de 1.000 W/m². Além disso, o incremento de temperatura contribui para a redução da tensão, aumentando ainda mais a folga.

Conclusão técnica

Com base nos argumento técnicos apresentados, conclui-se que a configuração de 8 strings de 20 módulos, que implica no overload de 1,48 (36 kW AC e 53,6 kW DC), proporciona condições operacionais que respeitam os limites do inversor mesmo no momentos mais crítico da simulação.

Segundo Fator: Parâmetros econômicos

Superado o quesito técnico, o parâmetro final para a definição do overload é o econômico, que neste caso é muito mais simples que o técnico.

Do ponto de vista da geração de energia, o uso de overloads mais altos, exceto em casos extremos, acaba por causar não uma diferença de resultado acumulado, mas apenas uma diferença na forma da curva de geração.

Em outras palavras, ao meio dia (período de irradiação máxima) o overload causa certa perda de geração por clipping de overvoltage, mas, por outro lado, no início da manhã e no fim da tarde (períodos de irradiação mínima), o overload respectivamente antecipa e prolonga a geração de energia (reduzindo os clippings de undervoltage).

Esse fenômeno acontece uma vez que o sistema possibilita alcançar mais facilmente o nível mínimo de tensão de operação do inversor. Na imagem abaixo, a perda de clipping de overvoltage fica bem explícita.

Conclusão econômica

Não havendo considerável diferença na geração de energia, o aspecto que resta para a tomada de decisão quanto ao overload é o custo do inversor. Obviamente o custo do inversor é proporcional à sua capacidade. Desta forma, ao optar-se por utilizar um inversor de menor capacidade e consequentemente um overload maior no sistema, proporciona-se considerável economia de CAPEX. Ou seja, estamos otimizando os resultados financeiros do projeto sem prejudicá-lo no aspecto técnico.

Conclusão geral

Conforme demonstrado, configurações de sistemas fotovoltaicos com overloads um pouco mais ousados que os valores tradicionais de mercado podem proporcionar grandes melhorias no retorno financeiro de um projeto sem prejudicá-lo no quesito técnico.