Menu

Painéis fotovoltaicos de energia solar

Inversor de potência

Inversor de potência

Um inversor de energia é um dispositivo eletrônico. A função do inversor é alterar uma tensão de entrada de corrente direta para uma tensão de saída de corrente alternada simétrica, com a magnitude e a frequência desejadas pelo usuário.

Os inversores de potência também são chamados de conversores de corrente e inversores de corrente .

Nos primeiros dias da energia solar fotovoltaica, as instalações de eletrificação usavam eletricidade para consumo na mesma voltagem e da mesma forma que recebiam de painéis solares fotovoltaicos e acumuladores, ou seja, 12, 24, 48 volts em corrente continua. Isso fez uma grande diferença para os usuários que tinham uma rede de distribuição elétrica ou geradores a 220 volts AC.

Por que os inversores de potência são necessários?

O mercado de eletrodomésticos se adaptou a maioria dos usuários e pode encontrar qualquer dispositivo para 220 volts AC . Portanto, é mais difícil obter aparelhos confiáveis, de qualidade e com preços razoáveis ​​que operam em baixa tensão e corrente contínua.

Portanto, é necessário equipamento para transformar correntes diretas com valores de baixa tensão em correntes alternadas com valores de tensão de 220 volts. Estes são inversores (também conhecidos como inversores ou conversores).

Os conversores de corrente contínua / corrente alternada (inversores, inversores) permitem converter os 12, 24, 48 volts de corrente contínua produzidos pelos painéis solares e armazenados na bateria, em corrente alternada de 125 ou 220 V (atualmente 230 V), como o normalmente usado em locais onde a rede elétrica convencional é.

Como funciona um inversor de energia?

Um inversor simples consiste em um oscilador que controla um transistor, que é usado para interromper a corrente de entrada e gerar uma onda retangular .

Essa onda retangular alimenta um transformador que suaviza sua forma , parecendo um pouco mais com uma onda senoidal e produzindo a tensão de saída necessária. A forma de onda de saída de tensão de um inversor ideal deve ser sinusoidal . Uma boa técnica para conseguir isso é usar a técnica PWM, tornando o componente principal sinusoidal muito maior que os harmônicos mais altos.

A forma de onda quadrada gerada por esses dispositivos tem o problema de ser rica em harmônicos mais altos, enquanto a onda senoidal da rede elétrica é desprovida dela. Isso implica em menor eficiência do equipamento motorizado, maior ruído, acústico e elétrico, e sérios problemas de compatibilidade eletromagnética.

Tipos de investidores

Eles podem ser amplamente classificados em dois tipos:

  • inversores monofásicos
  • inversores trifásicos.

Como são os conversores modernos?

Os investidores mais modernos começaram a usar formas mais avançadas de transistores ou dispositivos semelhantes, como tiristores, triacs ou IGBTs.

Os inversores mais eficientes usam vários dispositivos eletrônicos para tentar chegar a uma onda que simula razoavelmente uma onda senoidal na entrada do transformador, em vez de confiar nela para suavizar a onda. 

Um circuito eletrônico produz uma tensão de passo por meio da modulação por largura de pulso (PAM) o mais próximo possível de uma onda senoidal. O sinal, chamado onda senoidal modificada, é nivelado por capacitores e indutores 

Capacitores e indutores podem ser usados ​​para suavizar o fluxo de corrente de e para o transformador. Esses elementos são colocados na entrada e na saída do transformador para suprimir harmônicos.

Além disso, é possível produzir a chamada "onda senoidal modificada", que é gerada a partir de três pontos: um positivo, um negativo e um terreno. Um circuito lógico é responsável por ativar os transistores para que eles se alternem corretamente.

Os inversores de onda senoidal modificados podem fazer com que certas cargas operem com menos eficiência. Por exemplo, motores elétricos.

Como são os inversores mais avançados?

Os inversores mais avançados usam modulação de largura de pulso com uma frequência portadora muito mais alta para se aproximar das modulações de onda senoidal ou de vetor espacial, melhorando a distorção harmônica da saída. A onda também pode ser pré-distorcida para melhorar o fator de potência.

O sistema pode ser realimentado para fornecer uma tensão de saída estável conforme a tensão de entrada muda. Para ambos os tipos de modulação, a qualidade do sinal é determinada pelo número de bits utilizados. Ele se estende de um mínimo de 3 bits a um máximo de 12 bits, capaz de descrever muito bem o senoide.

Motores elétricos

Nos motores elétricos assíncronos, e mais ainda nos motores elétricos síncronos, a velocidade de rotação está diretamente relacionada à frequência da tensão de alimentação.

Onde necessário na indústria para variar a velocidade de um motor, são utilizados inversores de corrente alternada e de corrente alternada (CA-CA). Nesses sistemas, a tensão de entrada é primeiro convertida em corrente direta por um retificador e nivelada por capacitores, depois aplicada à seção de inversão. De fato, este é, portanto, um sistema de "inversor-retificador", mesmo que sejam conhecidos apenas como "inversores" (ou seja, apenas "inversores").

O objetivo desta operação dupla é apenas alterar a frequência desejada dentro de um intervalo predeterminado e a presença de um transformador não é necessária, uma vez que não é necessário variar o valor da tensão de saída que permanece igual à tensão de entrada.

A frequência de saída é determinada nos casos mais simples por um sinal analógico fornecido ao inversor, por exemplo, por um potenciômetro ou por um sinal digital enviado por um CLP.

Quais são as vantagens e desvantagens dos conversores de corrente?

As vantagens de ter energia elétrica na forma de corrente alternada são diversas:

  • É o tipo de corrente que é usado em todo o mundo e, portanto, fornece um ponto de normalidade.
  • Facilita a compra de eletrodomésticos para acessar os mais eficientes.
  • Permite manter valores estáveis ​​de tensão e forma de onda, apesar da variabilidade do estado de carga das baterias.
  • O fato de trabalhar com tensões mais altas (220V é 18 vezes 12V) permite trabalhar com baixas correntes elétricas e, portanto, condutores mais finos, proteções elétricas habituais podem ser usadas e as perdas são minimizadas.

Nem todas são vantagens, elas também têm algumas desvantagens:

  • A instalação consiste em mais um elemento, o conversor. Portanto, a confiabilidade do sistema diminui.
  • O conversor possui perdas elétricas para compensar, gerando mais eletricidade para os módulos (5%).
  • Em pequenas instalações, o conversor pode representar uma parte importante do orçamento; por exemplo, para uma instalação de cerca de 100 Wp de potência do módulo, um conversor de 250 W pode representar 20% do custo total.

Quais características devem ser levadas em consideração em um inversor de potência?

Principais características que definem um conversor

  • Tensão de entrada (Vcc): Este valor deve ser igual ao do acumulador (12, 24, 48 V).
  • Tensão de saída (Vac): este valor deve ser normalizado (230 VCA).
  • Estabilidade da tensão de saída / entrada: são suportadas variações de até 10% para conversores de onda quadrada e 5% para conversores de onda senoidal. Esses são os valores que os padrões permitem para a tensão das redes elétricas convencionais, independentemente da energia demandada pelo consumo. Por outro lado, em instalações com acumuladores, a tensão de entrada não pode ser superior a 125% nem inferior a 85% da tensão de entrada nominal do conversor.
  • Tipo de onda : Atualmente, os inversores devem apresentar um formato padrão do tipo CA com uma onda senoidal pura.
  • Capacidade de sobrecarga (potências de pico) e proteção térmica : muito útil em instalações com motores, pois no momento da partida você pode dobrar a potência necessária para a operação nominal, embora apenas por alguns segundos. Deve-se ter em mente que qualquer motor, durante a partida, pode puxar uma corrente de até cinco vezes a corrente nominal e que, como regra geral, é de aproximadamente três vezes.
  • A eficiência energética ou o desempenho do conversor é a razão entre a energia fornecida pelo conversor para o consumo de CA e a energia necessária por esse conversor de entrada (da bateria). Se o conversor projetado para uma determinada potência funcionar em uma fração dessa potência, o desempenho diminuirá. Um conversor senoidal deve exigir uma eficiência de 70%, trabalhando a 20% da potência nominal e 85%, quando trabalhar a uma potência superior a 40% da potência nominal.
  • Início automático e estado de espera : permite que as partes de energia do mesmo conversor sejam desconectadas na ausência de consumo e reconectadas quando detectam uma demanda de energia acima de um limite previamente definido.
  • Proteção contra inversão de polaridade e curto-circuito : opções básicas, dadas as possibilidades de erro ou mau funcionamento dos circuitos de consumo que são altos durante a vida útil do conversor.
  • Baixa distorção harmônica : parâmetro relacionado à qualidade da onda gerada. As harmônicas são normalmente removidas pelos filtros, mesmo que isso leve a perdas. A variação de frequência da tensão de saída será menor que 3% da nominal.
  • Possibilidade de combinação em paralelo : permitirá um possível crescimento da instalação e do consumo de energia.
  • Bom comportamento com variação de temperatura : margem operacional entre -5ºC e 40ºC.
  • Documentação técnica suficiente . É necessário, no mínimo:
    • Tensão de trabalho de entrada e saída.
    • Tensão nominal.
    • Frequência nominal e fator de distorção.
    • Forma de onda de saída.
    • Faixa de temperatura de trabalho permitida.
    • Desempenho dependendo da energia demandada.
    • Sobrecarga que resiste.
    • Resistência a curto-circuito.
    • Fator de Potência.

Inversores fotovoltaicos para entrada de rede

Os inversores fotovoltaicos para entrada na rede elétrica são um tipo específico de inversor projetado especificamente para converter energia elétrica na forma de corrente direta produzida por um módulo fotovoltaico em corrente alternadapara ser alimentada diretamente na rede elétrica . A corrente de saída do painel solar é inicialmente na forma de corrente contínua.

O que é o MPPT?

O MPPT é uma função adicional que esse tipo de inversor possui. O MPPT utiliza sistemas especiais de controle de software e hardware que permitem extrair a energia máxima disponível em todas as condições climáticas dos painéis solares.

Os painéis fotovoltaicos, de fato, possuem uma curva característica de tensão / intensidade, de modo que exista um ponto de trabalho ideal, chamado ponto de potência máxima, onde é possível extrair a potência máxima disponível.

Esse ponto característico varia continuamente de acordo com o nível de radiação solar que atinge a superfície das células fotovoltaicas. Claramente, um inversor capaz de permanecer "enganchado" nesse ponto sempre obterá a potência máxima disponível em qualquer condição.

Existem várias técnicas para implementar a função MPPT, que diferem em termos de desempenho dinâmico (tempo de acomodação) e precisão. Embora a precisão do MPPT seja extremamente importante, o tempo de acomodação é, em alguns casos, ainda maior. Embora todos os fabricantes de inversores possam alcançar alta precisão no MPPT (geralmente entre 99-99,6% do máximo disponível), apenas alguns podem combinar precisão em velocidade.

De fato, em dias com nuvens variáveis ​​ocorrem grandes e repentinas mudanças na energia solar. É muito comum detectar variações de 100 watts / m² a 1000-1200 watts / m² em menos de 2 segundos. Nessas condições, que são muito frequentes, um inversor com tempos de assentamento inferiores a 5 segundos pode produzir até 5% a 10% mais energia do que o lento.

Alguns inversores fotovoltaicos estão equipados com estágios de potência modulares, e alguns até estão equipados com um MPPT para cada estágio de potência. Dessa forma, os fabricantes deixam o sistema de engenharia livre para configurar a operação mestre / escravo independente ou MPPT.

O uso de MPPTs independentes fornece uma vantagem objetiva sob condições irregulares de irradiação do painel. De fato, não é incomum que a superfície dos painéis solares seja exposta ao Sol de uma maneira que difira do outro lado do campo. Isso ocorre porque ele é organizado em dois níveis diferentes do teto, pois os módulos não são distribuídos em cadeias de comprimento igual ou devido ao sombreamento parcial dos mesmos módulos. Nesse caso, o uso de um único MPPT faria com que o inversor funcionasse fora do ponto de potência máxima e, consequentemente, a produção de energia seria danificada.

Interface de rede

Outra característica importante de um inversor fotovoltaico é a interface de rede. Essa função, geralmente integrada à máquina, deve atender aos requisitos estabelecidos pelos regulamentos das várias empresas de fornecimento de eletricidade.

Que usos e aplicações possui um inversor de energia?

Os inversores usam uma ampla variedade de aplicações, desde pequenas fontes de alimentação de computadores até aplicações industriais para controlar alta potência. Os inversores também são usados ​​para converter a corrente direta gerada pelos painéis solares fotovoltaicos, acumuladores ou baterias, etc., em corrente alternada e, portanto, podem ser injetados na rede elétrica ou utilizados em instalações elétricas isoladas.

Além das aplicações no campo da energia solar fotovoltaica, as aplicações do inversor são múltiplas:

  • No uso de painéis solares em energia solar fotovoltaica, como vimos, ele permite transformar a tensão direta em tensão alternada para uso doméstico ou para entrar na rede de distribuição.
  • Em fontes de alimentação ininterruptas , o inversor converte a tensão fornecida pela bateria em corrente alternada.
  • Na transmissão de energia elétrica, o inversor converte a energia em corrente direta transferida em algumas linhas elétricas para suprir a rede de corrente alternada.
  • A realização de uma fonte de alimentação comutada, para transformação em corrente contínua, com vantagens consideráveis ​​em termos de eficiência, tamanho e peso
  • Na indústria aeroespacial, eles são usados ​​para fornecer aos aviônicos de aeronaves uma corrente alternada altamente estável, mesmo que fornecida por baterias (no caso de falta de energia)
  • Variação de velocidade em motores elétricos.
    Autor:

    Data de publicação: 8 de abril de 2016
    Última revisão: 9 de abril de 2020