O que é acoplamento CA em sistemas solares

Adicionando energia de reserva a sistemas solares ligados à rede

Os sistemas solares ligados à rede são normalmente a solução mais económica, eficiente e fácil de instalar. No entanto, muitos utilizadores ficam surpreendidos ao descobrir, durante uma falha de energia, que mesmo com painéis solares no telhado, a sua casa continua sem eletricidade.

Não se trata de uma falha do sistema, mas sim de uma consequência das regulamentações da rede e das normas de segurança. Na maioria dos países, de acordo com a UL, a IEEE e outras normas de interconexão e segurança da rede, os inversores ligados à rede devem desligar-se imediatamente durante uma falha de energia para impedir o retorno de energia elétrica na rede, garantindo a segurança do pessoal da concessionária.

Como resultado, o sistema solar é forçado a desligar-se, deixando residências ou cargas comerciais completamente sem energia, muitas vezes dependendo de geradores a diesel barulhentos e caros ou outras soluções de emergência.

Na verdade, não há necessidade de reconstruir ou substituir os inversores solares existentes para adicionar energia de reserva confiável a um sistema ligado à rede existente.

A tecnologia de acoplamento CA é uma solução madura e amplamente adotada, projetada para resolver essa questão.

Ao adicionar um inversor de armazenamento de energia e um sistema de baterias no lado CA, uma arquitetura acoplada CA pode formar uma microrrede autossuficiente durante interrupções no fornecimento de energia, alimentando continuamente cargas críticas e preservando o investimento no sistema solar existente.

O que é acoplamento CA

Numa arquitetura AC Coupled, o inversor solar e o inversor de armazenamento estão ligados ao mesmo barramento AC. A energia DC gerada pelos painéis solares é primeiro convertida em AC pelo inversor solar autónomo, com prioridade para alimentar cargas locais, sendo qualquer excedente exportado para a rede.

Quando o sistema precisa carregar a bateria, a energia CA do barramento é retificada para CC pelo inversor de armazenamento e armazenada na bateria. Durante a descarga, a energia CC da bateria é invertida de volta para CA para alimentar cargas ou alimentar a rede.

Do ponto de vista do fluxo de energia:

Carregamento:
Painéis solares (CC) → Inversor solar (CC→CA) → Inversor de armazenamento (CA→CC) → Bateria (CC)

Descarga:
Bateria (CC) → Inversor de armazenamento (CC→CA) → Cargas / Rede (CA)

O ponto principal é que, num sistema acoplado CA, carregar a bateria com energia solar envolve duas conversões de energia: CC→CA→CC.

Vantagens dos sistemas acoplados em CA

Fácil de adaptar

O acoplamento CA tornou-se a abordagem predominante para adicionar armazenamento de energia aos sistemas solares existentes ligados à rede. Para sistemas solares já instalados e em funcionamento, não há necessidade de substituir o inversor existente. Basta ligar um inversor de armazenamento e uma bateria no lado da distribuição CA para permitir o armazenamento de energia e a alimentação de reserva.

Numerosos estudos internacionais, como a análise do NREL sobre armazenamento distribuído de energia, indicam que o acoplamento CA é a abordagem mais viável e madura para adaptar o armazenamento em sistemas solares existentes ligados à rede.

Expansão flexível

Numa arquitetura AC Coupled, o sistema solar e o sistema de armazenamento operam de forma independente e podem ser expandidos dentro das suas respetivas capacidades. Este design modular alinha-se bem com a estratégia de investimento dos utilizadores comerciais e industriais: instalar primeiro o sistema solar, adicionar o armazenamento posteriormente e expandir gradualmente.

Micro-rede aprimorada e capacidade de backup

Com inversores de armazenamento capazes de formar redes, os sistemas acoplados em CA podem formar uma microrrede independente durante interrupções na rede, fornecendo suporte estável de tensão e frequência para manter o fornecimento ininterrupto para cargas críticas.

Maior flexibilidade dos componentes

Os utilizadores podem escolher diferentes marcas de inversores solares, inversores de armazenamento e baterias, desde que cumpram as normas locais de rede e segurança, evitando a dependência de um único fornecedor.

Tecnologia madura

Os sistemas de energia CA constituem a base das redes elétricas globais. As arquiteturas acopladas CA cumprem mais facilmente as normas dos operadores de rede em matéria de proteção, medição e controlo, facilitando a operação e manutenção a longo prazo.

Limitações dos sistemas acoplados em CA

Menor eficiência

A conversão de corrente contínua em corrente alternada introduz, por natureza, alguma perda de energia., redução da eficiência geral. Isso ocorre quando a energia solar carrega a bateria, quando a bateria descarrega para as cargas ou quando a energia é fornecida à rede.

Custos mais elevados

Os sistemas acoplados em CA normalmente requerem inversores solares e de armazenamento autónomos, juntamente com sistemas de baterias e dispositivos de proteção e controlo do lado CA. Em comparação com as soluções acopladas em CC altamente integradas, o aumento do número de dispositivos de conversão de energia aumenta os custos iniciais de hardware e instalação.

Pegada maior

Como as arquiteturas acopladas em CA utilizam vários dispositivos independentes, a sua área física ocupada é normalmente maior do que a dos sistemas acoplados em CC. Inversores de armazenamento adicionais, armários de baterias e equipamentos associados de distribuição e proteção de CA requerem espaço extra na parede, no chão ou na sala.

Acoplamento CA vs. Acoplamento CC

Na prática, não existe um “melhor” absoluto entre o acoplamento CA e CC; eles representam duas abordagens diferentes de design de sistema.

A tabela abaixo compara as duas arquiteturas em termos de caminhos de energia, equipamentos essenciais, eficiência do sistema, custos, capacidade de expansão e operação durante interrupções na rede elétrica, ajudando os leitores a fazer escolhas informadas com base nos requisitos de seus projetos.

Recurso	Acoplamento CC	Acoplamento CA
Caminho Central	A energia solar CC carrega a bateria diretamente ou através de conversão CC-CC.	A energia solar CA deve ser retificada para CC para carregar a bateria.
Número de conversões	1 conversão (maior eficiência)	2 conversões (menor eficiência)
Equipamento essencial	Inversor híbrido/controlador de carga (integra entrada fotovoltaica, gestão de bateria e funções de inversor)	Inversor solar autónomo + inversor de armazenamento / conversor bidirecional
Eficiência do sistema (carregamento)	Normalmente mais elevado (especialmente quando a energia solar carrega a bateria diretamente)	Normalmente mais baixo (devido à perda adicional de conversão)
Custo (novo sistema)	Possivelmente mais baixo (dispositivo único integrado, poupando em cablagem e instalação)	Normalmente mais elevado (requer dois inversores separados)
Compatibilidade e adaptação	Difícil de adaptar ao sistema fotovoltaico existente (normalmente requer a substituição do inversor original)	Mais fácil de adaptar ao sistema fotovoltaico existente (basta adicionar um inversor de armazenamento e uma bateria em paralelo no lado CA)
Complexidade do controlo	Relativamente simples e centralizado (um dispositivo gere todas as funções)	Relativamente complexo (requer coordenação entre o inversor solar e o inversor de armazenamento)
Flexibilidade de expansão	Normalmente limitado pela capacidade do inversor híbrido e pela interface da bateria	Mais flexível, permite a expansão independente da capacidade fotovoltaica ou de armazenamento no lado CA
Operação durante falha na rede elétrica	O inversor híbrido deve ter características específicas para formar uma microrrede.	O inversor de armazenamento geralmente vem com capacidade de formação de microrredes, mais fácil de implementar.
Risco de segurança	Alta tensão no lado CC, risco de arco ligeiramente maior, requer proteção mais rigorosa	O lado CA é a tensão padrão da rede elétrica, com risco relativamente menor.

Como escolher o esquema de acoplamento adequado

Novos sistemas solares + de armazenamento

Se o custo e a eficiência forem as principais considerações e a capacidade de expansão futura for limitada, o acoplamento CC é geralmente a escolha preferida.

Se for prevista uma expansão significativa da energia solar ou do armazenamento no futuro, ou se for fundamental uma operação contínua durante interrupções na rede, o acoplamento CA pode oferecer mais flexibilidade.

Em projetos reais de energia solar + armazenamento residencial, inversores híbridos altamente integrados tornaram-se uma solução comum.

Os GODE Inversor híbrido THON integra funções de entrada solar, gestão de baterias e inversor num único dispositivo, suportando tanto o funcionamento ligado à rede como a energia de reserva desde o início do sistema.

Para novos sistemas solares, o inversor híbrido THON combina as vantagens de eficiência e compactação do acoplamento CC com a capacidade de formação de rede do lado CA, permitindo uma transição rápida para o modo fora da rede durante interrupções no fornecimento de energia. Emparelhado com uma bateria, ele pode fornecer cargas residenciais críticas continuamente, sem a necessidade de um inversor de armazenamento adicional.

Adicionar armazenamento a sistemas solares existentes

O acoplamento CA é quase sempre a opção mais conveniente e económica para a adaptação do armazenamento, evitando a necessidade de substituir inversores solares existentes em pleno funcionamento.

Adicionando o Conjunto de baterias LF para um sistema existente pode reduzir a dependência da rede elétrica e diminuir significativamente, ou mesmo eliminar, os custos de eletricidade ao longo do tempo, com economias que excedem em muito o investimento inicial no sistema.

As baterias são concebidas para reter 80% da sua capacidade inicial, mesmo após mais de 10 anos de utilização diária. Além disso, uma garantia líder de 5 anos assegura o retorno do investimento e potenciais poupanças.

Requisitos específicos

• Para obter a máxima eficiência de carregamento: escolha o acoplamento CC.
• Para flexibilidade com várias marcas: escolha o acoplamento CA.
• Para espaços de instalação limitados: o acoplamento CC é geralmente mais compacto.
• Para maior comodidade na adaptação: escolha o acoplamento CA.

Conclusão

O acoplamento CC e o acoplamento CA têm, cada um, os seus pontos fortes. O acoplamento CC destaca-se pela eficiência e pelo custo do novo sistema, enquanto o acoplamento CA oferece flexibilidade, compatibilidade e conveniência de retrofit superiores. A escolha final deve basear-se no facto de o projeto ser novo ou uma retrofit, no orçamento, nos requisitos de eficiência, nos planos de expansão futura e nas condições de instalação.