Estudo de caso com inversores Solis de 250 kW no Brasil

A definição do inversor fotovoltaico consiste em uma etapa essencial de qualquer projeto, seja ele de geração distribuída ou geração centralizada.

A escolha do equipamento com as características adequadas para uma determinada aplicação permite maximizar a geração de energia e o retorno do investimento, assim como reduzir o custo nivelado da energia (LCOE) do projeto.

Nesse processo devem ser considerados parâmetros técnicos como potência máxima de saída, níveis de tensão, sobrecarga do equipamento, número de entradas e MPPTs, local de aplicação (proximidade do mar, facilidade de acesso, orientação das strings etc) entre outros.

Aspectos mais subjetivos também devem ser comparados e analisados: como o fabricante do inversor é visto pelo mercado? Quais serviços de pós-vendas são fornecidos? Como acionar a garantia? Tempo de reposição de peças?

Assim, é importante conhecer o histórico de operação e projetos passados com esses equipamentos.

O objetivo deste artigo é descrever uma aplicação real, no Brasil, utilizando como componentes os inversores Solis-(215-255)k-EHV-5G. A operação e o desempenho da usina são analisados através da plataforma de monitoramento SolisCloud.

Descrição das usinas

O projeto escolhido para análise é localizado no estado de Minas Gerais, a cerca de 70 km de Belo Horizonte. A energia produzida é injetada totalmente na rede da concessionária e vendida para um consórcio de empresas.

Este projeto é dividido entre duas usinas totalizando 2,5 MW. A usina mais antiga (Usina 1) é composta de oito inversores Solis-125k-EHV-5G, totalizando 1 MW e operando há pouco mais de dois anos. A segunda usina (Usina 2) foi instalada no ano de 2022 e opera com seis inversores Solis-250k-EHV-5G.

As principais características dos modelos de inversores utilizados são exibidas nas Figuras 1 e 2 abaixo.

O modelo Solis-125k-EHV-5G possui um único MPPT com 20 entradas em paralelo. Já o Solis-250k-EHV-5G é um dos inversores de string de maior potência disponíveis atualmente, contando com 14 MPPTs e 28 entradas – Figura 3.

Com uma alta razão de sobrecarga e projeto inteligente de dissipação de calor, o inversor se adapta a ambientes extremos sem comprometer a sua geração.

Esse inversor combina perfeitamente com os módulos de alta potência para ajudar o proprietário do sistema a obter um LCOE mais baixo. O ajuste ideal entre inversor e módulos de alta potência pode resultar em até 7% de redução no LCOE.

Nota-se que os dois modelos de inversores adotados trabalham com strings fotovoltaicas de até 1500 V. Isso permite que sejam construídas strings mais longas e redução na quantidade de strings em paralelo.

Como resultado, é possível reduzir as perdas elétricas, além de diminuir o custo com cabeamento, conectores e equipamentos de proteção quando comparado com um sistema de menor tensão máxima.

Em relação à topologia das duas usinas foi escolhido um projeto do tipo centralizado – Figura 4. Assim, foi construído um abrigo para a instalação dos inversores, junto com painéis de BT, MT e transformadores.

Para a conexão da Usina 1 e Usina 2 na rede de MT da concessionária, 13,8 kV,  foram utilizados transformadores de 1,25 MW e 2 MW, respectivamente. O ponto de entrega de energia está localizado a 50 metros da subestação da Cemig com cabos aéreos para Usina 1 e subterrâneos para Usina 2.

Para a Usina 1 foram instalados 3.136 módulos de 390 W, resultando em inversores com 22% de sobrecarga. Cada inversor da Usina 1 é conectado com 14 strings, tendo cada string 28 módulos.

Para a Usina 2 foram utilizados 3.696 módulos de 550 W. Na Usina 2, cada inversor trabalha com 22 strings e 28 módulos por string e, portanto, com sobrecarga de 35%.

Como todos os inversores da Solis possuem as proteções integradas, em acordo com as normas internacionais e nacionais, foi optado por um projeto sem stringbox. 

As strings são conectadas diretamente aos inversores. Além disso, não é utilizado tracker para a movimentação das strings fotovoltaicas.

A tabela abaixo mostra um resumo das principais informações para a Usina 1 e Usina 2.

Desempenho

Para analisar a operação e o desempenho das usinas são utilizadas as informações fornecidas pelo sistema de monitoramento da Solis.

O SolisCloud é o mais novo sistema de gerenciamento dos inversores Solis. Através de uma interface moderna, a plataforma fornece informações sobre desempenho, lucratividade e O&M da usina.

A coleta de dados técnicos e de desempenho das usinas são realizados através de cabos de fibra óptica e também utilizando o datalogger da Solis. Todas as informações são compiladas e transmitidas pelo inversores com uma taxa de amostragem de 5 minutos.

A produção de energia média e combinada da Usina 1 e Usina 2 é de cerca de 440 MWh/mês. Considerando apenas os inversores de 250 kW são produzidos em média 270 MWh/mês. Esses valores variam conforme as estações do ano e as oscilações diárias de temperatura e irradiação.

Para uma análise mais detalhada de geração de energia foi escolhido um inversor Solis-250k-EHV-5G da Usina 2. A Figura 5 exibe a geração diária do inversor de 250 kW para o mês de julho de 2022.

É possível verificar que o inversor funcionou ao longo de todo o mês, tendo uma geração média diária de 1,37 MWh. O pico de geração ocorreu no dia 12/07. Nesse dia, o inversor trabalhou por 7 horas e produziu cerca de 1,75 MWh.

As usinas apresentaram bastante nebulosidade nos dias 3 e 6 do mesmo mês, onde o inversor teve uma produção mais baixa e perto dos 550 kWh por dia, valor quase 3 vezes menor que o máximo do mês.

Considerando apenas esse inversor, a produção total do mês de Julho ultrapassou os 42 MWh. Esses valores estão dentro do esperado para a época do ano e as condições locais de temperatura e irradiância.

A Figura 6 abaixo mostra o comportamento do inversor para o dia de maior geração no mês. A curva produzida durante a geração diária do equipamento é a esperada de um inversor fotovoltaico em um dia ensolarado e com pouca nebulosidade.

A curva de geração mostra que o inversor começou a processar energia logo ao amanhecer, por volta das 6h20. A geração cresce ao longo da manhã e atinge o seu máximo por volta das 11h55. Nesse horário a saída do inversor registrou cerca de 240 kW, ou seja, 96% da potência máxima do equipamento.

Poucas oscilações na produção de energia foram observadas nesse dia. As principais oscilações ocorreram por volta das 11h20 e 12h35, sendo provavelmente provocadas por passagem rápida de nuvens. A geração do inversor foi encerrada às 17h55, quando a irradiação local chegou no valor mínimo para manter o equipamento funcionando.

Outro ponto de análise utilizando a plataforma SolisCloud são os parâmetros técnicos do inversor. Na Figura 7 foram plotadas as tensões em todas as 22 strings utilizadas no inversor para o mesmo dia.

Conforme mencionado anteriormente, o inversor iniciou sua operação às 6h20. A Figura 7 deixa claro que nesse mesmo horário já existiam strings com níveis de tensão acima dos 1000 V. Valor mais do que suficiente para inicializar o equipamento, o qual possui tensão de partida de 500 V. 

Da mesma forma, pode-se visualizar que por volta das 18h as tensões de todas as strings caíram abaixo de 500 V, fazendo com que o equipamento desligasse. Assim, como foi visualizado as informações de tensão, parâmetros técnicos como corrente, potência e temperatura podem ser selecionados na plataforma. 

A Figura 8 a seguir mostra a evolução de temperatura do equipamento ao longo do dia. Essa temperatura é medida no IGBT, componente interno ao qual o inversor é responsável pela conversão entre corrente contínua e alternada. 

Atingindo uma temperatura máxima de 75,2 ºC, o inversor mostra um excelente projeto de dissipação de calor. Mesmo com 240 kW de saída, o inversor opera com margem suficiente de temperatura e sem prejudicar seu desempenho e vida útil.

Em conclusão, os dados coletados pelo monitoramento e as visitas em campo para manutenção mostram um desempenho satisfatório da Usina 1 e Usina 2.

Os inversores de 125 kW e 250 kW instalados estão operando e produzindo energia de acordo com o esperado, tendo a Usina 1 mais de 2 anos de operação e a Usina 2 cerca de 6 meses.

Foi visto que mesmo operando próximo da sua potência máxima de saída, o inversor de 250 kW mantém sua temperatura de operação relativamente baixa e sem prejudicar o seu desempenho.