Inversores SMA, um jeito mais fácil de lidar com a sombra em Sistemas Fotovoltaicos
A SMA anunciou no ano passado (2020) uma nova atualização do firmware de seus inversores que eliminará perdas em situações em que há sombreamento parcial nos módulos fotovoltaicos. Desta forma, os equipamentos vão potencializar a captação da energia solar e reduzir custos.
Por meio da tecnologia batizada de ShadeFix, que já está disponível para os usuários da marca no Brasil, será possível detectar o ponto de máxima potência em maior escala. “Teremos maior produção de energia mesmo quando os sistemas são utilizados em áreas sombreadas, sem investir nada mais por isso”, afirmou Pedro Alves, Country Manager da SMA no Brasil.
O gerente ressalta ainda que essa tecnologia é uma evolução importante no software e no hardware dos inversores SMA e que a empresa, mais uma vez, se firma como uma das maiores provedoras de soluções tecnológicas do mercado de energia solar.
Na prática, se parte de um painel ficar sombreado, o sistema desvia e canaliza a atividade do conversor para módulos em que a luz solar bate mais forte, otimizando o funcionamento do conversor. Sistemas comuns não detectam a diferença de incidência de luz solar no painel e simplesmente reduzem a atividade do conversor. A SMA é uma empresa mundial no mercado inversores solares nos segmentos residencial, comercial e utility.
O que distingue o ShadeFix dos otimizadores de energia convencionais é justamente a otimização do rendimento de energia nos sistemas durante condições de sombreamento padrão. Isso faz do SMA ShadeFix a solução ideal na maioria das situações de sombreamento para fazer o melhor uso da energia disponível dos módulos fotovoltaicos.
O SMA ShadeFix é uma solução baseada em software e já está integrada nos inversores solares da SMA. Como nos otimizadores de energia convencionais, não são necessários esforços adicionais de instalação. A vantagem disso é um risco minimizado de falha de todo o sistema. Os custos de planejamento e montagem do sistema são mantidos baixos.
Além disso, é parte integrante do gerenciamento da operação do inversor, incluído no escopo de serviços adquiridos de quase todos os inversores solares da SMA. Custos de aquisição adicionais, assim como outros otimizadores de energia, não são mais necessários e o período de amortização do sistema não é desnecessariamente estendido.
A SMA conta com mais de 30 anos no desenvolvimento e distribuição de inversores fotovoltaicos de alta qualidade e de tecnologias inovadoras para a gestão inteligente da energia. Com a aplicação dos conhecimentos técnicos, a empresa participa ativamente na formulação do futuro fornecimento de energia, contribuindo com soluções de inversores eficientes, que são o cérebro de cada sistema solar.
O Grupo SMA é a principal empresa de inversores fotovoltaicos em nível mundial, uma componente chave em plantas fotovoltaicas. A empresa oferece uma ampla gama de produtos e soluções que melhoram o rendimento energético das plantas instaladas em telhados de residências, comércios, indústrias e usinas fotovoltaicas de grande porte. Para incrementar com eficácia o autoconsumo de energia fotovoltaica, a tecnologia de sistemas pode ser combinada facilmente com diversas tecnologias de baterias. Soluções de gerenciamento eficiente da energia, uma ampla gama de Serviços e a gestão operativa de usinas fotovoltaicas completam o portfólio da SMA.
Aproveite e entenda como funciona um Sistema Fotovoltaico: Aqui
Comparação MPPT Avançado e MLPE
Função dos otimizadores de potência:
• MPPT local para cada módulo
• Desconexão do modulo para limitar a tensão do sistema em caso de falha
• Monitoramento a nível de módulo
Desvantagens:
• Consumo do MLPE gera uma perda na potência adicional devido aos conectores adicionais e mais
componentes internos de eletrônica de potência
• Qualquer componente elétrico é potencial ponto de falha (incêndio ou dano a string), especialmente se os
conectores de diferentes fornecedores forem utilizados (típico caso, pois fornecedores de módulos e MLPE
são diferentes)
• Aumento no número de componentes também aumenta o risco de falha
3 cenários
- O 1ºcenário representa uma instalação ideal em que todos os painéis recebem a mesma irradiação e não ocorre sombras.
- O 2ºcenário simula uma situação onde um módulo fotovoltaico tem sempre uma irradiação diferente dos outros. Esse módulo foi coberto enquanto os outros 13 módulos de cada string possuem irradiação completa. Um exemplo típico desta aplicação seria quando um modulo possui uma diferente orientação comparado com o restante da string.
- O 3ºcenário simula uma situação onde temos a sombra de um pequeno obstáculo sobre os painéis ao longo do dia. Um poste de 1.2m de altura e 20cm de diâmetro é colocado a uma distância de 30cm dos painéis fotovoltaicos no meio de cada string. Ao longo do dia, o sombreamento do poste afeta até 4 painéis de manhã e a tarde, enquanto ao meio dia apenas 1 painel. Esse exemplo se aplica aos sombreamentos parciais ocasionado por chaminés.
O local do teste
- 42 módulos iguais
- 3 strings
- Sistemas de 14 módulos
Seleção dos inversores e aquisição de dados
A produção de energia é armazenada através da medição da corrente e tensão no lado C.A do inversor a cada 5 segundos. Para armazenamento de dados foi utilizado o WattsOn Universal Power Transducer da Elkor.
Resultados – Cenário 1 – Sem sombreamento
Pontos a observar:
- O Sistema sem otimizador, consiste em apenas módulos, conectores entre módulos e o inversor que é feito de booster para MPPT e circuto “bridge” na saída CA.
- Os sistemas com otimizadores possuem um otimizador por painel + 2 vezes a quantidade de conectores.
- A eletrônica de potência interna dos otimizadores são conectadas em série, o que significa que toda a corrente da string deve passar por eles. Mesmo se o otimizador não estiver ativo, há pelo menos um dispositivo de potência semicondutor com uma certa queda de tensão, causando perdas.
- A perda em cada otimizador é pouco com relação a produção total, mas somando-se todos, causa uma diferença de geração.
- Na teoria (datasheet), o Sistema com 97,6% geraria mais que o Sistema com 96,5%.
- Houve uma falha em um otimizador no Sistema A.
Dia ensolarado
Dia nublado
Conclusão – Cenário 1
- Comparando o resultado sem sombreamento de um dia ensolarado e um dia nublado, pode-se observar que a diferença entre um sistema com otimizadores e sem, é mais relevante em dias com nuvens.
- A razão para isso é o resultado da energia consumida pelos próprios otimizadores. A energia necessária para operar os otimizadores independe das condições climáticas.
- Se a irradiância solar for baixa, o impacto do autoconsumo de MLPE na produção total de energia aumenta e, portanto, o desempenho geral dos otimizadores com baixa irradiação é menos eficaz em comparação com um inversor de string moderno.
- Em geral, pode-se concluir que otimizadores para instalações fotovoltaicas que não possuam elementos de sombreamento proporcionam menos benefícios à produção de energia do que um sistema string moderno baseado em inversor de rastreamento MPP avançado. Além disso, o risco de falha dos componentes
aumenta, gerando custos adicionais de serviço e perdas no yield.
Cenário 2 – Sombreamento em 1 módulo
Resultado Cenário 2 – Sombreamento em 1 módulo
Dia ensolarado
Dia nublado
Conclusão – Cenário 2
- Em situações em que é impossível instalar todos os módulos de uma string na mesma orientação, quando um ou mais módulos tiverem expostos a uma diferente irradiação, os otimizadores podem otimizar a geração de energia em 1 a 3% por módulo, mas apenas se o módulos tiver 100% sombreado, o que
significa que sem MLPEs, todos os diodos by-pass do painel estariam ativos. - Por outro lado, isso significa que se apenas partes de um módulo tiverem irradiação diferente (por exemplo, devido a sombras de árvores), mas uma string de células interna de um painel é exposta à irradiação total, um diodo by-pass não fica ativo, portanto o otimizador não pode melhorar a produção.
- Para sistemas com mais de 4 módulos fotovoltaicos em uma única série com uma orientação diferente, uma configuração alternativa usando strings curtas e dois MPPTs avançados, poderia ser uma alternativa melhor.
Cenário 3 – Sombreamento ao longo do dia
Resultado Cenario 3 – Sombreamento ao longo do dia
Dia ensolarado
Dia nublado junto com ensolarado
Em dias nublados, os sistemas otimizadores apresentam melhor desempenho com as configurações aplicadas. Uma razão para isso pode ser que, após uma nuvem, os sistemas com otimizadores encontrarão o MPP mais rápido, enquanto o sistema sem otimizadores poderá primeiro atingir o máximo local e permanecer lá até o sistema de rastreamento MPP encontrar o máximo global executando uma varredura.
Dia nublado
Conclusão – Cenário 3
- A sombra de um único poste influencia na produção de energia, dependendo das condições climáticas.
- Para dias ensolarados, não há benefício na produção de energia dos otimizadores, pois o sombreamento é apenas em partes de um módulo e o otimizador não tem possibilidades de otimizar a produção de energia a nível submódulo.
- Em dias com muitas nuvens passageiras, com muita alternância entre sol e sombra, os sistemas com otimizadores mostram alguma vantagem, pois parecem ser mais dinâmicos na busca do ponto máximo global. Pode-se esperar que um rastreamento MPP mais dinâmico nos inversores string produza resultados semelhantes.
- Em dias nublados, todos os módulos são expostos à mesma irradiação difusa. Isso leva a uma colheita de energia reduzida nos sistemas com otimizadores devido ao seu autoconsumo. Apesar das pequenas vantagens observadas dos otimizadores durante dias com irradiação que muda rapidamente, a produção geral nesse período de observação é igual para todos os três sistemas.
Energia produzida no ano
- Considerando a produção total de energia em um ano, com todos os cenários diferentes levados em consideração, todos os sistemas estão em um nível semelhante, com o inversor de strings moderno superando ligeiramente os demais.
- A menor produção significativa do sistema A de MLPE deve-se principalmente ao otimizador defeituoso no início do experimento. Isso também mostra o impacto da falha no MLPE.
- Ao comparar apenas a produção diária, é muito difícil perceber essa falha, pois a produção ausente ainda está dentro da variação típica da produção. Somente uma análise detalhada ou a observação por um período mais longo permite a detecção de um evento desse tipo. Portanto, um sistema de monitoramento para os otimizadores deve ser instalado e otimizadores quebrados idealmente serem substituídos imediatamente após a detecção da falha.
Conclusão final
As alegações comuns de marketing de produção adicional de energia com a aplicação de otimizadores não puderam ser confirmadas por esse experimento. De fato, existem apenas muito poucos cenários em que o uso de otimizadores melhora o desempenho do sistema. Os cenários mais significativos são quando os módulos de uma sequência têm orientações diferentes ou se amplas sombras cobrem os módulos completos por uma grande parte do dia. Muitas vezes, esses cenários podem ser evitados com um layout adequado das strings. Mesmo que a sombra de um poste de luz de rua, um mastro de bandeira, um poste de energia, uma chaminé sombreie a string, os otimizadores não levam a um ganho significativo na produção de energia. Especialmente, se o poste estiver mais distante dos painéis fotovoltaicos do que neste experimento, a sombra ficará mais difusa e menor impacto será esperado. Além disso, o risco de falha de um componente em uma das muitas MLPEs não deve ser subestimado. Finalmente, os conectores adicionais para os otimizadores correm o risco de conexões ruins que podem levar à falha do sistema ou, pior ainda, ser a causa raiz de um incêndio. Esse risco é muito mais que dobrado, uma vez que sistemas de diferentes fabricantes (produtor de módulos e otimizadores) são combinados e, geralmente, os conectores não se encaixam exatamente um no outro.
Fonte da Pesquisa: SMA SolarFix
