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Tipos de inversores solares (prós e contras) - como escolhê-los?

Os inversores solares são o cérebro operacional dos sistemas fotovoltaicos (PV), tornando-os um dos componentes mais importantes de um sistema solar. Como os painéis solares geram energia em CC, o que não é útil para a maioria dos eletrodomésticos, geralmente você precisará de um inversor solar.

Neste artigo, você conhecerá os inversores solares, os diferentes tipos disponíveis e as vantagens e desvantagens de cada um deles. Finalmente, daremos algumas dicas importantes para ajudá-lo a escolher o melhor inversor solar para você.  

Inversores solares sob matrizes de painéis solares

Noções básicas: O que é um inversor solar? Como funciona?

Entenda o que é um inversor solar e sua importância

Quando seus painéis solares são expostos à luz solar, os fótons que atingem a superfície dos módulos liberam elétrons por um fenômeno chamado efeito fotovoltaico. Embora os painéis solares gerem eletricidade, isso não significa que você possa usá-la diretamente em seus aparelhos, pois painéis solares geram energia DC e não AC.

A maioria dos eletrônicos e aparelhos (com algumas exceções) operam diretamente com energia CA. Isso significa que você precisa converter a energia CC em CA, que é onde entra o inversor solar.

Então, o que é um inversor solar? Resumindo, o inversor solar é o componente eletrônico responsável por conversão de energia DC em AC, usando painéis solares ou baterias solares como fonte de energia.

Como funciona um inversor solar?

O inversor solar para residências conecta-se diretamente aos painéis solares no lado DC, enquanto no lado AC é conectado à residência e à rede (para residências conectadas à rede). Residências com sistema de backup de bateria também têm as baterias conectadas ao lado CC do inversor.

O inversor opera aumentando ou diminuindo a tensão CC, dependendo da tensão operacional do painel solar e da tensão de entrada do inversor. Durante o processo de escalonamento, este dispositivo geralmente leva a tensão para 145V DC considerando as perdas de tensão devido à operação do circuito, mas isso pode variar dependendo dos fabricantes e modelos de inversores solares.

Gráfico: onda senoidal pura vs. onda senoidal modificada
Onda senoidal modificada vs. onda senoidal pura | Fonte: iTechWorld

Uma vez que o inversor solar atinge a tensão certa, ele usa um circuito MOSFET complexo para criar uma onda senoidal que simula a onda senoidal de 120V CA vinda da rede (o padrão em países como Estados Unidos, Canadá, etc.). Inversores de alta qualidade para painéis solares criam uma onda senoidal pura (PSW), enquanto modelos mais antigos ou mais baratos podem criar uma onda senoidal modificada (MSW).

Quais são os diferentes tipos de inversores solares? (Prós e contras)

Existem diferentes tipos de opções de inversores de energia solar adequados aos sistemas fotovoltaicos. Dependendo de vários fatores, como o tipo de sistema solar, o orçamento e o desempenho que você deseja obter, você pode escolher um ou outro. Nesta seção, explicamos os diferentes tipos de inversores solares, juntamente com seus prós e contras.

Inversores de string padrão

A maioria dos sistemas fotovoltaicos usa inversores de string padrão. Para este inversor, os painéis precisam ser conectados em strings, conectando a extremidade positiva do primeiro painel ao negativo do segundo e assim por diante. Os sistemas fotovoltaicos geralmente possuem várias strings em paralelo, aumentando a taxa de potência do sistema.

A matriz solar é então diretamente conectado ao inversor para conversão DC-AC. Esta opção é mais comumente usada como um inversor conectado à rede solar, para residências sem sistemas de backup de bateria. O preço do inversor solar para esses modelos é geralmente o mais baixo, e é por isso que eles são as aplicações fotovoltaicas de tecnologia mais usadas.

Os inversores string padrão incluem uma ou várias entradas de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT) para o sistema fotovoltaico. Essa tecnologia identifica a tensão (Vmpp) e a corrente (Impp) ideais na curva IV dos painéis solares, para otimizar a saída de energia do sistema fotovoltaico.

A principal desvantagem dos inversores string padrão é que eles estão sujeitos ao efeito de sombreamento. Com o efeito de sombreamento, um painel solar em uma string parcialmente sombreada, terá desempenho inferior e arrastará para baixo o desempenho de todo o sistema. A razão para isso é que uma string só pode funcionar tão bem quanto o painel solar de menor desempenho na string. Um exemplo pode ser visto na figura abaixo. É por isso que os sistemas que usam inversores solares string padrão terão desempenho inferior sob condições de sombreamento.

Desempenho de uma cadeia PV sendo sombreada para 50%
Desempenho de uma string PV sendo sombreada em até 50% | Fonte: Ênfase

Prós:

  • Tecnologia robusta e amadurecida
  • Opção mais barata e convencional
  • Instalação mais simples

Desvantagens:

  • Menor desempenho contra sombreamento parcial
  • Baixo desempenho em condições de múltiplas orientações
  • Maiores perdas por incompatibilidade
  • Requisitos mínimos de tamanho do sistema
  • Menor confiabilidade do sistema em caso de falha em um único painel
  • Sistemas de tensão CC mais alta (não tão seguros)
  • A expansão futura do sistema pode exigir a substituição do inversor
  • Sem compatibilidade de bateria
  • Exposto ao efeito de perdas de PID

Inversores de String Otimizados

Os inversores string otimizados estão entre as melhores opções para sistemas solares com sombreamento parcial. Este tipo de inversor é semelhante ao inversor string padrão, exceto que neste caso um otimizador de energia está incluído para cada painel.

O otimizador de energia é um dispositivo eletrônico de potência de nível de módulo (MLPE) conectado a cada painel solar. Este dispositivo realiza o rastreamento MPP individualmente para cada painel e monitora seu desempenho. Isso permite isolar módulos de baixa produção sob sombreamento parcial evitando maior impacto no restante da matriz. O dispositivo MLPE também pode desligar o painel em caso de incêndio. O otimizador de energia MLPE é um excelente dispositivo para otimizar e tornar seu sistema fotovoltaico mais seguro.

Prós:

  • Reduz altamente o efeito de sombreamento
  • Monitora o sistema no nível do módulo
  • Melhor desempenho em condições de múltiplas orientações
  • Maior confiabilidade em caso de falha de um único painel
  • Perdas por incompatibilidade mais baixas
  • Geralmente inclui requisitos NEC 2017 de desligamento rápido

Desvantagens:

  • Mais caro do que os inversores string padrão
  • A tensão DC ainda pode ser alta.
  • Exposto ao efeito de perdas de PID
  • A expansão do sistema fotovoltaico pode exigir a troca do inversor

Microinversores

O microinversor solar é considerado um sistema inversor distribuído instalado em cada painel solar, o que significa outro tipo de dispositivo MLPE.

O microinversor solar é um inversor solar muito pequeno conectado diretamente à saída de cada painel, convertendo energia CC em CA diretamente na saída do painel. Este inversor permite monitorar cada painel e otimizar o desempenho dos sistemas solares, reduzindo o efeito do sombreamento.

Como a saída de tensão para painéis solares com um microinversor solar é geralmente de 240 V CA, os painéis solares com esse tipo de inversor são conectados em paralelo. Ao utilizar este tipo de inversor, os proprietários podem aumentar ou reduzir o tamanho de seu sistema, sem alterar outros componentes.

Prós:

  • O microinversor solar oferece um desempenho superior contra o sombreamento
  • Monitora o sistema no nível do módulo.
  • A expansão do sistema pode ser feita facilmente adicionando outro microinversor
  • As perdas por incompatibilidade são reduzidas ao mínimo
  • Sem efeito PID
  • A tensão DC é mantida baixa (mais segura)
  • Sistema de desligamento rápido integrado
  • Alta confiabilidade do sistema em caso de falha de painel único

Desvantagens:

  • Custo mais alto
  • A compatibilidade com sistemas de bateria é exclusiva de alguns modelos

Sistemas Inversores Híbridos

Um inversor comumente usado para casas alimentadas por bateria e casas fora da rede é o sistema inversor híbrido. Este inversor combina o inversor conectado à rede solar com um inversor de bateria, controlando todo o sistema solar em um único componente.

Um inversor solar híbrido tem a capacidade de alimentar a carga diretamente, convertendo a energia dos painéis solares ou das baterias. Além disso, quando os painéis gerarem excesso de energia, o inversor carregará as baterias, mantendo-as carregadas para uso posterior.

Prós:

  • Especialmente projetado para instalar sistemas de backup de bateria
  • Vários componentes combinados em um único
  • Tecnologia mais avançada
  • Gerenciamento de energia de casa inteligente geralmente incluído

Desvantagens:

  • Baixo desempenho contra o efeito de sombreamento
  • Baixo desempenho para sistemas fotovoltaicos de múltiplas orientações.
  • Os inversores híbridos são as opções mais caras depois dos microinversores
  • Expansão do sistema fotovoltaico ou do banco de baterias, pode exigir um redimensionamento do inversor
  • Requisitos mínimos de tamanho do sistema
  • Baixa confiabilidade do sistema em caso de falha de um único painel solar
É importante mencionar que muitos dos contras podem ser resolvidos acoplando otimizadores DC com o inversor solar híbrido, provavelmente tornando-o a melhor opção no mercado atualmente.

Como os diferentes tipos de inversores solares se comparam?

Cada um dos inversores para painéis solares possui características únicas que os diferenciam das outras opções, embora alguns possam compartilhar alguns aspectos. Na tabela a seguir, comparamos todos eles e destacamos os melhores recursos para cada categoria.

Inversores de string padrãoInversores de String OtimizadosMicroinversoresSistemas Inversores Híbridos
estéticaDesign de caixa simplesDesign de caixa simplesNão visívelDesign de caixa simples
CustoOpção mais barataCusto médioOpção mais caraCusto médio
Facilidade de manutenção do sistemaDifícil de detectar falha de um único painelA manutenção fica mais fácil, pois você pode detectar a falha em um único painelA manutenção fica mais fácil, pois você pode detectar a falha em um único painelDifícil de detectar falha de um único painel
Mitigação de SombraNão atenua o efeito de sombraAtenua o efeito de sombraAtenua o efeito de sombraNão atenua o efeito de sombra
Monitoring SystemVocê pode monitorar o sistema como um todoVocê pode monitorar cada painelVocê pode monitorar cada painelVocê pode monitorar o sistema como um todo
Controle de bateriaNão incluídoNão incluídogeralmente não incluídoIncluído
A melhor opção para sistemas solares ligados à rede dentro do orçamentoMelhor relação custo-desempenho para sistemas solares ligados à redeOpção de melhor desempenho para sistemas solares ligados à redeMelhor para casas fora da rede e casas conectadas à rede com backup de bateria

Que tipo de inversor solar devo escolher? (Coisas a considerar)

Ao procurar obter o melhor inversor solar para sua casa, é importante considerar alguns aspectos para escolher o tipo de inversor certo. Aqui estão alguns detalhes a serem considerados.

Potência nominal e eficiência máxima

Se você deseja obter um inversor centralizado como o híbrido, otimizado ou padrão, considere a potência nominal do seu sistema solar. Em qualquer caso, a potência nominal do sistema fotovoltaico deve estar abaixo da potência máxima de entrada do inversor. Se você deseja obter microinversores, verifique se o microinversor pode lidar com o potência nominal do painel solar.

Além disso, observar a eficiência nominal do inversor também é importante para comparar opções semelhantes. Os inversores devem ter eficiências acima de 95% para serem considerados bons.

Frequência

Para se conectar à rede e operar seus aparelhos corretamente, você precisa ter a frequência correta do inversor. Para sistemas nos EUA, você precisará de um inversor operando a uma frequência de 60 Hz, enquanto na Europa você precisaria de 50 Hz.

Manutenção e Monitoramento

Como tudo, os sistemas fotovoltaicos requerem manutenção. O uso de inversores solares padrão ou híbridos tornará a manutenção mais difícil, pois você não pode identificar um problema em um único painel solar.

Com inversores de string otimizados ou microinversores, você pode monitorar o desempenho de cada painel, o que significa que você pode identificar facilmente qualquer painel solar com desempenho ruim ou com defeito.

Ligado à rede ou baseado em bateria

Para sistemas vinculados à rede, você precisará escolher entre inversores padrão, inversores otimizados ou microinversores.

Por outro lado, se você estiver instalando um sistema fotovoltaico baseado em bateria, precisará optar por um sistema inversor híbrido, pois esse inversor permite manter as baterias carregadas e monitorar todo o sistema com um único componente.

Você precisará de mitigação de sombra?

Se o seu sistema solar não ficar sombreado e as strings tiverem apenas painéis de uma única orientação, você se sairá bem instalando um inversor de string padrão. No entanto, se o seu sistema solar funcionar mal em determinadas horas devido ao sombreamento ou tiver várias orientações, pode ser melhor obter um inversor ou microinversores otimizados.

Conclusão

O inversor solar é um dos componentes mais importantes do seu sistema solar. Escolher o melhor inversor solar é a chave para obter o melhor desempenho para o seu sistema fotovoltaico.

Recomendamos que você escolha seu inversor de acordo com seu orçamento, tipo de sistema solar e quais recursos deseja obter do sistema. Os inversores solares padrão são a opção mais barata, enquanto os microinversores solares otimizados farão com que seu sistema tenha o melhor desempenho. Para sistemas solares baseados em bateria, recomendamos ir com um inversor solar híbrido, que controla ambos suas baterias e painéis solares.

Ao adquirir um novo inversor solar para sua casa, considere os aspectos que falamos sobre você na última seção deste artigo. Isso ajudará você a escolher o inversor certo para você e a obter o melhor valor pelo seu dinheiro.

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