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Sobrecarregamento do inversor: como avaliar se vale a pena
Um tema recorrente nos grupos da energia solar é o sobrecarregamento de inversores, com as três principais dúvidas
Qual é o percentual máximo permitido, pelos parâmetros técnicos?
Vale a pena, em termos energéticos e financeiros?
A vida útil do inversor será reduzido?
Vamos esclarecer essas dúvidas a seguir.
O que é sobrecarregamento
Sobrecarregamento (também chamado de oversizing ou sobredimensionamento) ocorre quando a potência do arranjo fotovoltaica é superior à do inversor. A medida é definida como Fator de Dimensionamento (FDI), e sobredimensionamento corresponde a um FDI acima de 100%.
Cuidado: muitas pessoas usam a fórmula na forma inversa, portanto tome cuidado quando você discute o assunto com terceiros.
O que ocorre com sobrecarregamento - o efeito clipping?
A potência gerada pelos módulos depende da irradiância recebida num determinado instante, reduzida pelas perdas relacionadas ao aquecimento dos módulos. Enquanto a potência gerada pelo conjunto fotovoltaico está inferior à potência máxima do inversor, então este consegue repassar toda a energia e injetá-la na rede elétrica.
Quando o inversor chega ao seu limite máximo, ele ativa a proteção interna e limita sua potência de saída para evitar danos por superaquecimento. Tecnicamente, o MPPT do inversor sai do ponto de máxima potência (PMP), aumentando a tensão até encontrar um ponto de trabalho dentro do limite.
O efeito de corte da potência é chamado de clipping. No gráfico ao lado, desenhamos a curva da geração num dia de sol pleno. A curva azul continuaria no traçado vermelho, mas é cortada justamente na potência máxima do inversor, em 5.000W.
Como consequência, há perda de energia, representada na imagem pela área marrom.
Nem sempre há perdas
É importante entender que o clipping ocorre em horas ou momentos com alta irradiância. Em momentos com nuvens, ou em dias com menos irradiação, como nos meses de inverno, pode ocorrer nenhum ou pouco clipping.
O gráfico ao lado mostra um dia desses, parcialmente nublado, com um pico de geração encostando na potência máxima do inversor.
Este fato evidencia que não é simples prever as perdas causadas pelo sobrecarregamento.
Simulamos três sistemas com fator de dimensionamento diferentes, cada um com dados climáticos de São Paulo e Salvador para analisar a diferença na geração energética e no resultado financeiro.
Usamos, em todos os casos, o mesmo inversor PHB-75MT, com potência de 75kW, e modificamos o número de módulos para simular um FDI de 121%, 138% e 164%, respectivamente. Todos os projetos estão compatíveis com os parâmetros elétricos do inversor.
Usamos um valor turn-key do projeto compatível com estudos sobre o mercado brasileiro. O valor por potência é descrescente, já que o valor do inversor continua igual nos três projetos.
Simulamos os casos no software PV*SOL, e usamos dados meteorológicos em intervalos de minutos. Este detalhe é muito importante, já que a simulação em valores de horas esconde muitos eventos de clipping por passagem de nuvens.
Perdas em diferentes locais e fatores de dimensionamento
O gráfico ao lado compara as perdas por clipping nos seis casos simulados. Algumas evidências saltam aos olhos, todas coincidentes com nossas expectativas:
Com o aumento do sobrecarregamento crescem também as perdas por clipping;
Com um FDI de 121% há pouca diferença entre as duas cidades analisadas;
As perdas no clima de Salvador são mais acentuadas do que no clima de São Paulo, na medida que a sobrecarga cresce;
Vale a pena? Os resultados financeiros
A resposta à pergunta "vale a pena?" é financeira. O parâmetro que melhor embasa a decisão é a Taxa Interna de Retorno (TIR). Ela representa os juros anuais que o projeto fotovoltaico paga ao proprietário e permite comparar o investimento neste projeto com aplicações no mercado financeiro (CDB, juros fixos etc.).
O estudo financeiros dos seis casos traz um resultado que difere do energético:
Dos três casos estudados em São Paulo, aquele com FDI de 138% traz o melhor retorno, porque a economia em equipamento é maior do que as perdas energéticas;
Já em Salvador, a comparação entre os três casos favorece aquele com o menor FDI: no clima ensolarado, as perdas energéticas superam a economia no projeto.
O estudo precisa ser feito individualmente para cada caso
Podemos extrapolar os resultados destes estudos para outros projetos? Infelizmente, não.
A simulação, quando feita por um software profissional, leva em consideração uma série de detalhes que podem impactar fortemente os resultados:
Local da instalação com seus dados climáticos ao longo do ano: o clipping ocorre em momentos com alta irradiância, e a mesma média anual pode apresentar uma distribuição da irradiação completamente diferente;
Orientação e inclinação dos módulos;
Sombreamento: este efeito exige também uma simulação em intervalos de minutos, quando não for restrito apenas às horas marginais do dia;
Equipamento: cada módulo tem um comportamento diferente em relação à temperatura e baixa irradiação. E cada inversor apresenta uma curva da eficiência conforme potência aplicada e tensão na entrada;
Custos e tarifas: o valor do sistema instalado varia regionalmente, e a tarifa também, que representa o benefício.
Razões para fazer sobrecarregamento
Há várias razões que tornam o sobrecarregamento interessante:
Preço: reduzir a potência do inversor torna o sistema total mais barato na hora da compra;
Potência: os casos estudados acima são exemplos típicos para projetos na categoria microgeração, que goza de procedimentos mais simples do que a minigeração. Além disso, é uma opção interessante para encaixar o cliente na tarifação "optante B".
Em projetos de minigeração, o sobrecarregamento pode ser interessante para gerar mais energia sem precisar aumentar a demanda contratada ou executar obras na conexão à rede da concessionária.
Expansão: Muitos sistemas existentes permitem acrescentar módulos adicionais sem troca do inversor, tornando a expansão muito barata.
Assista aos webinares sobre mistura de diferentes módulos no mesmo sistema.
A vida útil do inversor será reduzida?
Esta pergunta não tem uma resposta tão clara.O fabricante do inversor oferece uma garantia que é vinculada ao respeito dos limites técnicos publicados no manual. O prazo mais comum são 5 anos. Na prática, no entanto, calculamos frequentemente com uma suposição mais otimista, partindo de uma vida útil de 10 a 12 anos.
Quando projetamos que o inversor vai trabalhar frequentemente na potência máxima, então devemos usar uma premissa mais conservadora no cálculo econômico e prever a troca do inversor logo após o vencimento da garantia. Podemos, também, contratar uma garantia estendida para 10 anos ou mais, repassando assim o risco de falhar precoce ao fornecedor.