Oversizing: o que é, e a sua importância em um sistema solar fotovoltaico!

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Você já ouviu falar em oversizing? Talvez você já tenha lido sobre esse conceito, mas ainda não entendeu direito o que isso significa num sistema solar fotovoltaico.

Se você possui um sistema fotovoltaico, já recebeu um orçamento ou é apenas um curioso sobre o assunto, pode ter notado que muitas vezes a potência do inversor dimensionado para o sistema é menor do que a soma da potência dos módulos (painéis ou placas solares) fotovoltaicos, ou seja a potência instalada. Esse superdimensionamento dos módulos é o que chamados de oversizing (do inglês, traduzido para superdimensionamento).

Neste post vamos explicar o porquê é importante pensar no dimensionamento do sistema considerando estes fatores e quais implicações sobre isso no sistema.

Como saber qual a potência dos módulos e do inversor?

Para começar, um sistema solar fotovoltaico é composto pelos módulos fotovoltaicos, responsáveis por captar a radiação solar. Também faz parte do sistema o inversor fotovoltaico, equipamento responsável por transformar a corrente de contínua para alternada possibilitando o uso em nossa rede elétrica. Se você conhece pouco sobre o assunto aconselhamos a leitura do nosso e-book Energia Solar Fotovoltaica para Iniciantes’.

A potência do inversor é medida em watts (W) e pode ser verificada na ficha técnica do equipamento. Ela pode estar denominada como potência máxima de saída ou ainda pela nomenclatura Pacr ou Pacmax. Geralmente a própria nomenclatura do inversor também já possui essa informação.

Os módulos fotovoltaicos também possuem sua potência medida em watts e já são comercializados com sua potência máxima na nomenclatura. Então, para descobrir a potência total dos módulos basta multiplicar a potência de um módulo pela quantidade de módulos de todo o sistema. Um sistema por exemplo de 20 módulos de 350 W, possui 7.000 W (20×350).

Mas, como é feito o dimensionamento de um sistema solar fotovoltaico? A potência dos módulos fotovoltaicos precisa ser igual a potência do inversor?

Como é feito o dimensionamento de um sistema solar fotovoltaico?

De forma generalista um sistema é dimensionado com base no consumo do cliente ou então com base numa estimativa de consumo. Ou seja, é dimensionando para atender a uma expectativa de produção média mensal de energia.

Essa produção de energia está diretamente ligada a potência dos módulos dimensionados. Mas, apenas com a potência nominal dos módulos, não é possível determinar qual vai ser a produção de energia do sistema.

Isto porque existem fatores determinantes no dimensionamento que alteram a capacidade de geração de cada sistema. Entre esses fatores destacamos: radiação do local, orientação dos módulos solares (norte, sul, leste, etc), angulação dos módulos e áreas sombreadas sobre os módulos ao longo do dia.

Então, você pode ter um sistema instalado com a mesma potência que seu vizinho, mas não quer dizer que eles produzirão exatamente a mesma quantidade de energia. Apesar da radiação do local ser a mesma, os módulos podem estar posicionados em sentidos e angulações diferentes.

Por isso, é tão importante dimensionar um sistema com empresas especialistas e que possuem pessoas qualificadas para fazer este dimensionamento.

O sistema fotovoltaico é limitado a potência do inversor ou a potência dos módulos fotovoltaicos?

O que limita a potência do sistema é a potência do inversor. Isso porque, como já comentamos, o inversor é o equipamento responsável por transformar a corrente em contínua para alternada e então disponibilizar essa energia na rede.

Ou seja, a energia é gerada pelos módulos, passa pelo inversor e fica então limitada a potência de saída do inversor.

Porém,  caso um sistema seja dimensionado com potência instalada (somatória da potência dos módulos fotovoltaicos) inferior a potência do inversor, o sistema ficará limitado a potência dos módulos fotovoltaicos.

Mas, um sistema fotovoltaico funcionando corretamente nunca produzirá mais energia do que a potência nominal máxima do inversor.

É seguro um inversor ter potência inferior a potência dos módulos?

Para começar, queremos deixar claro que é seguro dimensionar um inversor com potência inferior aos módulos desde que este dimensionamento seja feito por um especialista e respeitando todas as orientações e limitações estipuladas pelo fabricante dos equipamentos. 

A maior preocupação é com relação a corrente e a tensão. Os fabricantes de inversores estipulam limites de entrada de tensão e corrente e estes limites devem ser rigorosamente seguidos.

De forma geral, você pode ter módulos com potência superior a cerca de 1/3 do inversor, em regiões que possuem baixa radiação solar. Mas esse número deve ser verificado, dimensionado e sempre validado por um especialista. Cada caso possui características diferentes e devem ser analisados de forma estratégica para garantir sempre a maior eficiência e principalmente segurança do sistema. E sempre, é claro, levar à risca as limitações impostas pelo fabricante dos equipamentos.

Se meu sistema possui módulos com potência nominal superior ao inversor, não estou desperdiçando dinheiro em módulos?

Não, pois existe um ganho de produção energética ao longo do tempo, quando sobrecarregamos o inversor.

Vamos entender melhor essa questão nos próximos tópicos. Mas, o que você já precisa entender é que a potência nominal máxima dos módulos representa uma situação perfeita submetida a testes em laboratórios.

Se um módulo solar possui por exemplo, 350 W de potência, isso quer dizer que em condições de testes, ou seja, em temperaturas controladas numa angulação perfeita ele consegue produzir 350 W de energia em 1 hora.

A verdade é que as condições perfeitas de teste raramente ocorrem na vida real. Como exemplo, um módulo perde em média cerca de 0,45% da sua eficiência a cada 1°C acima dos 25°C. Isto porque, os módulos usam a radiação solar para gerar energia e não o calor.

Porque é importante considerar o orversizing?

Já comentamos que oversizing é quando temos um sistema dimensionado com um inversor de menor potência máxima do que a soma de potência máxima dos módulos fotovoltaicos do mesmo sistema.

Existem basicamente dois objetivos em analisar e dimensionar corretamente um sistema fotovoltaico pensando no oversizing:

  1. Garantir uma maior eficiência do sistema, elevando a capacidade total do inversor com maior frequência.
  2. Garantir a melhor opção economicamente, validando custos de equipamento versus produção média estimada de energia.

No tópico anterior já comentamos como é difícil os módulos fotovoltaicos atingirem sua capacidade máxima de produção de energia. Já temos então o primeiro ponto relevante que explica porque o inversor, muitas vezes, pode ser dimensionado com uma potência inferior aos módulos.

Outro ponto relevante é que os inversores perdem eficiência quando trabalham em uma faixa de potência cerca de 25% inferior à sua capacidade, como vemos no gráfico abaixo. Então, quando os módulos solares são superdimensionados o inversor em média passa menos tempo trabalhando com menor eficiência.

Figura 1: curva de eficiência Inversor ABB-UNO-DM-3.3-TL-Plus. Fonte: manual do fabricante ABB.

Analisando geração de energia com e sem oversizing

Vamos analisar agora a curva de geração de energia com dois parâmetros diferentes ao longo de um mesmo dia. Na figura 2 a curva roxa mostra uma curva de potência de saída, com o pico próximo ao meio-dia. Quando adicionamos mais módulos, aumentamos a proporção potência dos módulos versus potência do inversor (representado pela curva verde). A área formada pelas curvas representa a energia gerada ao longo do dia.

A linha traceja representa a potência do inversor. Veja que a geração de energia fica limitada a esta linha.

Vemos no exemplo em questão, que mesmo com a limitação do inversor, a área destacada em verde supera a área destacada em cinza (energia perdida devido a limitação de potência do inversor). Então, neste caso, pode valer a pena o superdimensionamento do módulos fotovoltaicos, para aumentar a produção média de energia ao longo do dia.

Figura 2: curva comparativa entre uma relação potência dos módulos versus potência do inversor maior (curva verde) e outra menor (curva rocha). Fonte: Solar Power Word, divulgado por ABB.

Quando esse corte na curva devido a limitação do inversor acontece, chamamos ele de clipping do inversor.

O que é clipping?C

Conforme intensidade do oversizing dimensionado, ou seja, quanto maior a relação potência dos módulos fotovoltaicos e do inversor dimensionado, também maior a chance de ocorrer o que chamamos de clipping.

Clipping nada mais é o efeito que limita a potência do sistema devido a potência máxima do inversor. Ou seja, os módulos fotovoltaicos geram mais energia do que o inversor pode suportar.

Como comentamos anteriormente, desde que a energia perdida devido ao clipping for menor do que a energia ganha com o oversizing, teremos ainda assim uma situação favorável.

É importante destacar também que o clipping pode ocorrer apenas em alguns dias do ano. Possivelmente ocorrerá nos dias de maior radiação, que acontecem durante o verão.

O clipping pode prejudicar o inversor?

Você pode imaginar que essa energia gerada adicional e não utilizada pode levar o inversor a uma sobrecarga e ser prejudicial. Quando o sistema é bem dimensionando e as normativas são seguidas o clipping não é prejudicial ao sistema e nem fará o inversor esquentar, por exemplo.

Na verdade, essa energia “perdida” nunca foi produzida. Isso porque o inversor limita a produção de energia dos módulos, como consequência a energia não precisa ser dissipada.

Na prática como funciona uma curva com clipping?

Na figura abaixo vemos um exemplo de um sistema com potência instalada em módulos fotovoltaicos de 4,29 kW e potência limitada devido ao inversor de aproximadamente 3,3 kW.

Percebemos um achatamento do topo da curva dos dias do verão com maior índice de radiação. Esse achatamento é indicação de clipping. As quebras nas curvas são devido a variação de incidência de radiação, como por exemplo a presença de nuvens ou outras sombras.

Como comentamos, neste caso a perda de energia devido ao clipping é menor que o ganho de energia devido ao “engordamento” da curva.

Figura 3: sistema apresentando achatamento do topo da curva (clipping). Fonte: Ecoa Energias Renováveis.

Conclusão

Depois de tantos detalhes você deve ter percebido que não existe fórmula mágica na hora de dimensionar um sistema solar fotovoltaico. Vários fatores devem ser levados em consideração e o dimensionamento deve ser analisado caso a caso.

Geralmente faz sentido superdimensionar os módulos solares com relação ao inversor, conforme explanamos ao longo deste artigo. Mas isso jamais deve ser tipo como regra.

Você pode ter como objetivo aumentar o sistema fotovoltaico em um futuro próximo, neste caso o projetista pode analisar a possibilidade de, por exemplo, dimensionar um inversor já preparado para uma ampliação. Neste caso, aconteceria uma situação contrária do oversizing.  

Além disso, aspectos econômicos devem ser analisados. A geração de energia adicional obtida com o oversizing compensa o custo adicional com os módulos fotovoltaicos? A resposta é que depende. Cada sistema é único e todos esses fatores devem ser analisados por um profissional capacitado e experiente.

Qualquer simulador ou empresa pode dimensionar um sistema para você, mas será que esse sistema seria a opção mais segura e eficiente?

Por isso, sempre aconselhámos a validação dos profissionais que você irá escolher para projetar e instalar seu sistema. Certifique-se que a empresa possui engenheiros habilitados em seu quadro próprio de funcionários e solicite comprovação técnica de projetos já executados.

Entre em contato com a Ecoa Energias Renováveis se precisar de um orçamento para seu sistema solar fotovoltaicos por AQUI.