3. Projeto do sistema
Projetar o sistema é apenas uma questão de tomar algumas decisões sequenciais. Cada decisão limita o projeto e, em conjunto, determinam a topologia e os componentes necessários. Este capítulo toma essas decisões por ordem: como a instalação se liga à rede elétrica, se é monofásica ou multifásica, que inversor/carregador é adequado para as cargas, a dimensão o banco de baterias, de que forma a energia solar será integrada, se o excedente solar é realimentado à rede elétrica e os requisitos da ligação à rede elétrica local para o anti-ilhamento.
3.1. Disposição da rede elétrica
A primeira decisão do projeto aborda a ligação da instalação à rede elétrica. Tudo se resume ao local de ligação das cargas e dos inversores PV, o que, por sua vez, determina a necessidade de um medidor da rede elétrica.
O princípio subjacente à decisão é simples: o inversor/carregador apenas consegue medir e regular a potência que flui através dele.
Quando tudo está ligado à sua saída, toda a energia intercambiada com a rede elétrica passa pelo inversor/carregador, pelo que consegue medi-la sozinho. Não será necessário nenhum medidor da rede elétrica.
Caso também estejam ligadas cargas ou inversores PV no lado de entrada (rede elétrica), essa energia ignora o inversor / carregador. Deste modo, será necessário um medidor da rede elétrica; sem um, o autoconsumo e a regulação do ponto de referência da rede elétrica funcionam com informações incompletas e dão resultados incorretos.
Esta situação origina duas disposições.
Todas as cargas na saída (sem medidor da rede elétrica) Todas as cargas e inversores PV são ligados à saída AC-Out do inversor/carregador (Multiplus ou Quattro). Quando a rede elétrica for cortada, todas as cargas podem ser alimentadas pela bateria. O inversor ligado à rede elétrica alimenta a microrrede criada pelo inversor/carregador. |
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Configuração paralela com a rede elétrica (medidor necessário) As cargas ou os inversores PV também são ligados no lado da entrada AC-In. Quando a rede elétrica for cortada, apenas as cargas em AC-Out podem ser alimentadas pela bateria. O inversor ligado à rede elétrica em AC-In não funcionará enquanto a rede não for reposta. |
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Caso seja necessário um medidor da rede elétrica, deve utilizar um Medidor de Energia Victron e configurá-lo conforme descrito em Configuração.
3.2. Monofásico ou multifásico
O sistema pode ser projetado com diferentes configurações de fase, dependendo do modelo de inversor/carregador:
Modelos de 230 V: monofásico ou trifásico.
Modelos de 120 V: monofásico, de fase dividida ou trifásico.
Para obter informação sobre cada configuração, deve consultar a secção regulação Multifase no capítulo Configuração.
3.3. Seleção do inversor/carregador
A dimensão necessária depende do tipo de instalação e dos equipamentos que serão alimentados pelo inversor/carregador.
Intervalo da tensão de entrada CC
Escolha um modelo que corresponda à tensão da bateria.
Tensão e frequência da entrada CA
Selecione um modelo que corresponda à tensão e à frequência da rede elétrica.
Número de entradas CA
Quando um gerador integrar a instalação, deve considerar um inversor/carregador com duas entradas CA independentes, como o Quattro.
Corrente de entrada CA máxima
Os inversores/carregadores têm um limite da corrente de entrada CA ajustável. Este valor define a corrente que a unidade extrai da entrada CA; portanto, selecione um modelo cujo limite se ajuste à ligação da rede elétrica.
Potência de saída contínua
Esta é a potência que o inversor consegue fornecer de forma contínua. A potência de saída contínua varia com a temperatura. A solicitação de potência total das cargas não deve exceder este valor.
Corrente de carga máxima da bateria
A corrente de carga máxima da bateria corresponde à corrente de carga mais elevada que a unidade irá enviar para a bateria. Caso a entrada AC-In esteja disponível a partir da rede elétrica, de um gerador ou de um excedente solar de um inversor com ligação à rede elétrica, a bateria irá ser carregada até esta corrente.
3.4. Capacidade do banco de baterias
A dimensão do banco de baterias é um compromisso entre o custo, a vida útil da bateria e a autonomia. Também afeta o rendimento que pode ser obtido com os preços variáveis da eletricidade.
Um banco de baterias menor:
é mais rentável, mas a energia utilizada é elevada em relação à capacidade nominal.
é carregado e descarregado com taxas C mais elevadas, o que pode reduzir a vida útil da bateria, principalmente se for de chumbo.
Um banco de baterias maior:
em combinação com um módulo PV relativamente grande, pode armazenar a energia excedente nos dias ensolarados, mantendo-a disponível durante vários dias seguidos de intempérie.
proporciona mais autonomia durante uma falha de energia.
permite armazenar mais energia quando os preços da eletricidade estiverem baixos e utilizá-la quando os preços forem altos (consulte a seção Configuração).
Dimensionamento para cortar os picos
Se o sistema for utilizado para cortar os picos, a bateria e o inversor/carregador devem, em conjunto, conseguir satisfazer a procura acima do limite da rede elétrica durante todo o pico. O inversor/carregador determina a dimensão e a duração do pico que bateria consegue cobrir; deste modo, um pico mais longo ou maior precisa de um banco de baterias maior. Tenha em atenção que, nos modos Otimizado, apenas a capacidade acima do SoC mínimo está disponível para o corte de picos. A explicação está disponível em Corte de picos.
Para determinar o tamanho mínimo da bateria em caso de ligação à saída CA (energia PV acoplada a CA) de um inversor PV com ligação à rede elétrica, deve consultar o documento Victron Acoplamento CA e a regra do Fator 1.0.
3.5. Ligação à energia fotovoltaica (PV)
A segunda decisão do projeto aborda a integração da energia solar. Há duas formas de ligar a energia PV ao sistema: acoplamento CC e acoplamento CA, podendo um sistema utilizar uma ou ambas. A escolha afeta a eficiência, o comportamento do sistema durante uma falha na rede elétrica e, na PV acoplada a CA, algumas regras de dimensionamento.
Energia PV acoplada a CC
Num sistema acoplado a CC, um carregador solar SmartSolar ou BlueSolar MPPT liga o módulo PV ao lado CC e carrega a bateria diretamente. Este é o trajeto mais eficiente para a bateria, porque a energia chega à bateria com uma única conversão. Um carregador solar MPPT tem uma eficiência de até 99 %.
Dica
O acoplamento em corrente contínua é a melhor opção quando a maior parte da energia é consumida fora do horário diurno, por exemplo, numa casa onde cozinhar, lavar roupa e acender as luzes são atividades realizadas à noite, uma vez que a energia solar é armazenada nas baterias com perdas mínimas para ser utilizada posteriormente.
Energia PV acoplada a CA
Num sistema acoplado a CA, um inversor PV com ligação à rede elétrica é ligado no lado CA. A energia é utilizada primeiro para alimentar as cargas, depois para carregar a bateria e todo o excedente pode ser exportado. Chegar à bateria requer duas conversões, CC para CA no inversor PV e, em seguida, CA para CC no inversor/carregador, com perdas de até 30 %.
Dica
Portanto, o acoplamento CA é a melhor escolha se a maior parte da energia for consumida durante o dia como, por exemplo, num escritório com ar condicionado, no qual a energia PV alimenta as cargas diretamente após uma única conversão eficiente. Também é adequado para módulos de grande dimensão e para a retromontagem numa instalação ligada à rede elétrica existente.
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Energia PV acoplada a CA que alimenta o lado AC-Out do Multiplus-II com um inversor ligado à rede elétrica | Energia PV acoplada a CC que carrega diretamente a bateria com um SmartSolar MPPT |
Utilizar ambos
Um sistema pode combinar a energia PV acoplada a CC e CA como, por exemplo, num MPPT acoplado a CC a carregar num sistema retromontado num módulo acoplado a CA existente.
Dica
Num sistema de reserva que deve superar falhas prolongadas da rede elétrica, deve incluir sempre a energia PV acoplada a CC (um carregador solar MPPT), mesmo se a maior parte da energia PV estiver acoplada a CA. Um sistema acoplado apenas a CA pode chegar a um impasse: o inversor PV ligado à rede elétrica precisa da microrrede formada pelo inversor/carregador para funcionar, mas se a bateria estiver vazia, o inversor/carregador não consegue formar esta microrrede; portanto, nenhum consegue arrancar e o sistema não recupera apenas com energia solar. No entanto, um carregador solar MPPT acoplado a CC carrega a bateria diretamente com a energia PV, sem CA envolvida, e quebra o impasse.
Ligar a energia PV acoplada a CA: na entrada ou na saída
A energia PV acoplada a CA pode ser ligada num de dois locais, cuja seleção muda o comportamento numa falha da rede elétrica:
Em AC-Out. O inversor PV continua a funcionar durante uma falha da rede elétrica, porque o inversor/carregador forma uma microrrede local com a qual se sincroniza, pelo modo que a energia solar continua disponível num apagão. A energia PV ligada aqui está sujeita à regra do fator 1.0, que será explicada em maior detalhe abaixo.
Em AC-In (lado da rede elétrica). O inversor PV comporta-se como uma instalação comum ligada à rede elétrica. Como esta energia PV fica no lado de entrada, o sistema precisa de um medidor da rede elétrica para a detetar (consulte a secçãoDisposição da rede elétrica). Este inversor PV não irá funcionar durante um apagão, porque não existe uma rede elétrica com a qual se possa sincronizar.
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Inversor ligado à rede elétrica na saída AC-Out do Multiplus-II | Inversor ligado à rede elétrica na entrada AC-In do Multiplus-II |
A regra do fator 1.0
No caso de sistemas fotovoltaicos acoplados em CA ligados à saída de CA, a potência nominal do inversor fotovoltaico não deve exceder a potência nominal em VA do inversor/carregador. Trata-se da regra do fator 1,0, um limite de 1:1:
Um MultiPlus de 3000 VA permite uma potência de até 3000 W do inversor fotovoltaico.
Um Quattro de 8000 VA permite uma potência de até 8000 W.
Dois Quattros de 8 000 VA ligados em paralelo permitem uma potência de até 16 000 W.
Nota
Considere o valor mais baixo dos dois: a potência nominal de saída CA do inversor fotovoltaico ou a potência Wp do painel instalado. Um painel sobredimensionado não aumenta o limite, porque o inversor fotovoltaico limita a potência que chega à saída CA. Um painel subdimensionado torna-se o limite, porque é o painel que limita a potência que o inversor fotovoltaico pode fornecer.
A razão reside no que acontece no momento de uma perda repentina de carga. Durante uma falha na rede, o inversor/carregador forma a microrrede na qual o inversor fotovoltaico funciona. Se uma carga elevada for desligada enquanto o inversor fotovoltaico estiver a funcionar na potência máxima, essa energia excedente não tem para onde ir, por um breve instante, a não ser para a bateria, até que o inversor/carregador reduza a potência do inversor fotovoltaico, aumentando a frequência de CA. O inversor/carregador deve ser capaz de absorver esse excedente. Manter a potência do inversor fotovoltaico igual ou inferior à potência nominal do inversor/carregador garante que isso seja possível. Exceder esse limite acarreta o risco de um pico de tensão na bateria, um pico correspondente na saída de CA que pode danificar o inversor fotovoltaico, o inversor/carregador e as cargas ligadas, bem como provocar desligamentos de proteção.
Este limite é rigoroso. Aplica-se a toda a energia PV acoplada a CA na saída, tanto em sistemas ligados à rede elétrica, como fora da rede, sem exceções, mesmo em países nos quais a rede elétrica raramente falha, e quando for utilizado um inversor PV Fronius em AC-Out com injeção zero.
Dica
A energia PV acoplada a CC através de um carregador solar Victron MPPT não está sujeita à regra do fator 1.0.
Dois pontos relacionados: A energia PV acoplada a CA também tem um requisito mínimo de capacidade da bateria (consulte a secção Capacidade do banco de baterias). O Assistente do ESS aplica automaticamente a variação da frequência que ativa esta regra (consulte a secção Configuração). A informação completa está disponível no documento Victron Acoplamento CA e regra do fator 1.0.
3.6. Injeção na rede elétrica
A terceira decisão do projeto é se o sistema realimenta o excedente solar na rede elétrica. Se pode, e se deve, fazer isto depende da regulamentação local, que difere significativamente de país para país.
As regras de injeção variam de acordo com o país
Por todo o mundo, a injeção é tratada de diferentes formas:
A injeção é remunerada: a energia pode ser vendida à rede elétrica ou utilizada para reduzir a conta, fazendo com que o medidor funcione em inversão.
A injeção é permitida, mas não remunerada: a operadora da rede não paga pela energia injetada, embora continue a ser um contributo ecologicamente correto.
A injeção não é permitida, nem por breves segundos: alguns medidores pré-pagos como, por exemplo, na África do Sul, desligam-se da rede elétrica ao detetarem a injeção.
A injeção inflaciona a conta: quando o medidor conta numa direção apenas, cada kWh realimentado é lido incorretamente como consumo e cobrado.
Consulte a regulamentação local antes de ativar a injeção.
Com injeção
Energia PV acoplada a CC (um carregador solar MPPT): a injeção pode ser ativada ou desativada por uma configuração no dispositivo GX. Quando estiver desativada, a energia PV ainda é utilizada para alimentar as cargas CA.
Sistema fotovoltaico acoplado em CA (um inversor ligado à rede): a injeção é definida com a definição Energia PV acoplada a CA - injetar excesso no dispositivo GX (ver Injeção na rede elétrica). Não faz diferença se o inversor ligado à rede está ligado no lado da entrada ou no lado da saída.
Sem injeção
Energia PV acoplada a CC (um carregador solar MPPT): a mesma definição do dispositivo GX desativa a injeção e a energia PV continua a alimentar as cargas.
Energia PV acoplada a CA (um inversor ligado à rede elétrica): A injeção zero ou limitada é possível com os inversores da Fronius ou ABB compatíveis ligados à rede elétrica.
Nota
Com outras marcas de inversor ligado à rede elétrica, o sistema não consegue impedir a injeção.
3.7. Anti-ilhamento
O anti-ilhamento garante que o sistema se desliga da rede elétrica e interrompe a exportação de energia após a perda da alimentação, evitando a colocação em tensão não intencional de secções isoladas da rede. O ESS exige sempre um sistema de anti-ilhamento.
Cuidado
Isto também se aplica a sistemas sem injeção.
O anti-ilhamento integrado nos produtos Victron pode ser utilizado em vários países. Consulte os certificados no sítio Web da Victron Energy para obter mais informação.
Caso não haja nenhum produto certificado disponível para o país de instalação, instale um dispositivo de anti-ilhamento externo.
Mais informação aqui: VEConfigure: códigos da rede elétrica e deteção da perda de rede elétrica.
3.8. Click & Design da Victron
A Click & Design é uma ferramenta «online» para criar e simular um sistema de 48 V. Estima o funcionamento de um sistema em condições reais, utilizando dados solares reais do ano passado. Um guia passo a passo abrange várias etapas.
O primeiro passo é localizar o sistema e selecionar um Multi RS ou um Multiplus-II com MPPT como base. Em seguida, vêm a entrada CA, as cargas prioritárias e não prioritárias, o módulo PV e as especificações da bateria. Depois a ferramenta simula, hora a hora, o desempenho do sistema durante um ano inteiro, mostrando como estes parâmetros afetam o resultado geral. Os projetos são guardados automaticamente e podem ser reabertos posteriormente para ajustar os parâmetros ou duplicados para explorar e comparar diferentes cenários.
Não é uma ferramenta de dimensionamento que recomenda componentes. Oferece a liberdade de projetar um sistema e ver como funciona. Por exemplo, quando um projeto não consegue alimentar as cargas, a ferramenta apresenta a quantidade de energia que a rede elétrica deve fornecer. Os parâmetros de entrada podem, em seguida, ser ajustados para alcançar os objetivos de desempenho ou orçamento.
Com a ferramenta Click & Design, é possível:
construir sistemas utilizando o Multi RS ou Multiplus-II com arquitetura MPPT dividida,
simular configurações monofásicas ou trifásicas,
gerir cargas prioritárias e cargas opcionais não prioritárias (em sistemas com um medidor da rede elétrica),
definir detalhadamente o módulo PV, incluindo a orientação e a inclinação até 90 º, com a gama completa de carregadores Victron MPPT, como MPPT RS (até seis carregadores MPPT),
adicionar até seis inversores PV acoplados a CA, ligados à entrada CA ou saída CA,
introduzir parâmetros personalizados do painel solar em vez de selecionar um painel do banco de dados,
permitir e simular a exportação de PV em excesso para a rede elétrica,
exportar um relatório PDF detalhado, e
guardar, editar e duplicar projetos.
Nota
Para a energia PV acoplada a CA, o Click & Design utiliza um modelo genérico de inversor PV nos cálculos de energia. Ao contrário dos carregadores solares MPPT, a tensão PV máxima e a corrente de entrada não são verificadas, pelo que a disposição do módulo deve adequar-se ao inversor PV utilizado. As advertências são apresentadas quando a regra do fator 1.0 ou a capacidade mínima da bateria não são respeitadas.