Uma das soluções sustentáveis mais usadas no momento é a energia solar. Para captar energia do sol e transformá-la em energia elétrica, deve-se investir em um sistema fotovoltaico que tenha um conjunto de placas fotovoltaicas, um inversor solar e, talvez, uma ou mais baterias.
Vamos falar mais sobre o que é inversor solar, os tipos (inversor string e microinversor), as vantagens e desvantagens de cada um. Conhecendo melhor, fica mais fácil escolher o melhor para a instalação de energia solar em sua casa ou empresa!
O que é um inversor solar?
Inversor solar é o nome dado ao aparelho que converte a corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) na tensão preferível. Nos sistemas on grid (aqueles conectados à concessionária de energia pública), o inversor sincroniza o sistema com a rede.
O inversor é um produto que confere proteção ao sistema de geração de energia, efetuando o monitoramento e melhorando a eletricidade produzida. Em geral, ele apresenta o formato de caixa de metal, com elementos internos e botões externos. Na saída do aparelho, é providenciada uma corrente alternada, que precisa ser alimentada com uma tensão contínua.
O que é o inversor string?
O inversor string é um equipamento que suporta potências altas em apenas uma unidade e, por isso, tem dimensões maiores que o microinversor. A denominação vem de “strings”, nome dado ao conjunto (ou séries) de placas solares que estão conectadas entre si, formando um arranjo fotovoltaico.
Consiste no mais antigo tipo de inversor, sendo muito usado em imóveis residenciais, mas ele não é apropriado para qualquer tipo de construção ou projeto de energia solar. Podemos citar como suas características mais relevantes:
- trabalha com placas em série (strings);
- suporta grande número de placas;
- trabalha com alta tensão;
- precisa de instalação em ambiente abrigado;
- sistema MPPT ajusta o ponto de curva I (intensidade da corrente elétrica) x V (voltagem da corrente elétrica) para o Ponto de Máxima Potência de toda a série de placas.
MPPT é a sigla para Maximum Power Point Tracking, termo cuja tradução é Rastreador do Ponto de Máxima Potência.
O que é o microinversor?
Microinversor é inversor de menores dimensões. Pode ser instalado por trás da placa fotovoltaica, ou seja, não precisa de obras de infraestrutura, como abrigos separados para os aparelhos. Ele incorpora o conceito MLPE (Module-Level Power Electronics, cuja tradução é Eletrônica de Potência no Nível do Módulo).
O MLPE melhora a produção de energia por placa fotovoltaica, individualmente. Diferentemente do inversor string, o microinversor otimiza a energia de cada módulo solar, e não de um arranjo fotovoltaico. Um inversor string permite otimizar até 20 placas, enquanto o microinversor otimiza cada módulo de forma individual.
Entre as características mais importantes dos microinversores, destacamos:
- trabalha em fase e sua instalação acontece próximo às placas;
- alguns suportam até quatro placas (isso significa que nem sempre é necessário instalar um aparelho para cada placa);
- converte CC em CA em strings curtas;
- apresenta baixa tensão (CC) em cada string curta e autônoma (não há ligação em série);
- cada um tem sistema MPPT que ajusta o ponto da curva I x V referente a cada placa.
Qual é a diferença entre as duas opções?
Conforme a leitura do texto, já se fizeram perceptíveis algumas diferenças ente o inversor string e o microinversor, entre a solução tradicional e a solução moderna. Primeiramente, podemos falar das dimensões:
- o tradicional é maior;
- o micro (como o nome deixa claro) é compacto.
O string suporta potências mais altas que o microinversor. Enquanto o primeiro é associado a um arranjo fotovoltaico que pode contar com 20 placas, o outro otimiza cada placa individualmente, mas pode ser conectado a até quatro módulos.
Devido a essa peculiaridade de aprimorar o desempenho individual, o microinversor precisa ficar instalado perto de cada placa. Isso não é obrigatório com o inversor string, pois ele otimiza todo o arranjo fotovoltaico.
Em alguns projetos, é necessário instalar mais de um inversor do modelo convencional. Nesse caso, um deles, geralmente, permanece próximo ao conjunto de módulos. Vamos considerar outra diferença:
- inversor tradicional: uma MPPT para todo o conjunto;
- microinversor: uma MPPT para cada inversor.
Em relação à instalação, podemos assinalar as seguintes diferenças:
- o inversor tradicional precisa de instalação abrigada (em geral, dentro da casa ou de alguma construção);
- a conexão em corrente contínua em série, juntamente dos seus aspectos vulneráveis em relação ao clima, faz com que o aparelho trabalhe em alta tensão CC, mesmo no interior das residências e empresas;
- o string requer mais dispositivos de segurança, justamente, por causa desses riscos.
Já o microinversor, em relação à sua instalação, se destaca por:
- sua resistência ao rigor e às mudanças climáticas;
- conversão de corrente contínua em corrente alternada em ambiente exterior mesmo, não precisa ficar abrigado;
- conversão das placas em paralelo (e não em série), fazendo com que a energia chegue em baixa tensão nas construções;
- dispensa de muitas ferramentas de segurança, em comparação com o modelo string.
Para finalizar a diferenciação entre os dois tipos de inversores, vamos considerar os componentes mais importantes que integram cada projeto.
Projeto de sistema fotovoltaico com inversor string
Nesse caso, os principais componentes que fazem parte do projeto são:
- estrutura de fixação;
- placas fotovoltaicas;
- string box (caixa para proteção contra os riscos gerados pela corrente contínua);
- inversor string;
- quadro de proteção de corrente alternada;
- placa de geração própria (que comporta o risco de choque elétrico).
Projeto de sistema fotovoltaico com microinversores
Esse projeto, entre outros, contempla os componentes a seguir:
- estrutura de fixação com as placas em paralelo;
- microinversores;
- quadro de proteção de corrente alternada;
- placa de geração própria.
Qual é a melhor escolha para o inversor solar?
É importante escolher quais os equipamentos mais adequados na hora de fazer seu investimento em energia solar. A tecnologia se desenvolve cada vez mais nesse campo.
Um exemplo de modelo moderno de placas solares é a tecnologia half cell, em que as células são cortadas ao meio para diminuir perdas de energia. Por isso, convém fazer um dimensionamento preciso e um projeto detalhado.
A escolha do inversor mais adequado também é relevante. Depois de considerar as características do inversor string e do microinversor, o que você conclui?
Atualmente, há defensores das duas tipologias. Mas, para ter os melhores resultados, é fundamental analisar cada caso e elaborar um projeto, optando pelo tipo de inversor mais viável para as suas necessidades.
Uma dica que vai ajudar na escolha é conferir as vantagens e as desvantagens de cada tipo de inversor. Algumas pessoas mais radicais defendem o microinversor como, indiscutivelmente, a melhor opção em qualquer situação. Para evitar esse posicionamento, preferimos apontar as características de cada um, suas vantagens e desvantagens, e deixar a seu critério a decisão final.
Claro que sempre é importante avaliar o custo-benefício proporcionado pelo produto. Esse é um critério que nem sempre é analisado como deveria.
Trata-se de comparar as vantagens e as limitações do produto, tanto em curto quanto em longo prazo, com o preço que ele oferece. Certamente, você conhece o adágio popular que diz “o barato pode sair caro” — ele resume, de forma objetiva, o que significa priorizar o custo-benefício.
Afinal de contas, comprar um produto por um preço mais baixo, mas que não atenda às suas necessidades, vai sair mais caro. Talvez você precise fazer reparos, ajustes ou mesmo um novo projeto. Nem sempre é fácil analisar o custo-benefício, mas também não precisa ser tão complicado, desde que você conheça as particularidades de cada tipo de produto que pretende comprar.
Quais são as vantagens e desvantagens do inversor string?
Nada melhor que conhecer vantagens e desvantagens de cada tipo de inversor para a tomada de decisões. Então vamos lá, começando pelo tradicional.
Vantagens do inversor string
Uma das vantagens é que o inversor string faz uso do MPPT, tecnologia que permite ao aparelho fornecer o máximo de energia possível. Isso é relevante porque cada placa fotovoltaica gera quantidades diferentes de energia por causa de certos fatores, como sombreamento, folhas que caem sobre os módulos, defeitos de fabricação, nuvens que obstruem a visibilidade do sol e limitam a irradiação, sujeira e outros problemas.
Outro ponto positivo é sua capacidade de suportar potências mais altas (tem potência de corrente alternada até 250 kW), além do preço, que é mais baixo que o dos microinversores. Ainda podemos destacar as seguintes vantagens:
- rápido processo de reposição, já que se trata de somente um aparelho instalado;
- diferentes opções de layout;
- diminuição do impacto resultante de falhas em strings;
- menor custo de cabos CC.
Desvantagens do inversor string
Analisadas as vantagens, consideremos os pontoa negativos.
Princípio da ligação em série
Levando em conta que os inversores string seguem o princípio das ligações em série, os sistemas fotovoltaicos que os utilizam conduzem alta tensão em CC e contam com corrente elétrica constante.
A alta tensão na corrente contínua é bastante perigosa porque envolve o risco de formar arco elétrico, de causar incêndios e, consequentemente, requer o uso de mecanismos de segurança (disjuntores de corrente contínua, fusíveis, chaves selecionadoras e assim por diante).
Como o sistema fotovoltaico dura muito tempo (25 anos ou mais), alguns problemas podem ocorrer mesmo com a proteção desses dispositivos devido ao desgaste, a erros humanos e a falhas elétricas.
Princípio da corrente elétrica constante
O princípio da corrente elétrica constante pode levar o sistema a produzir uma quantidade menor de energia elétrica que aquela esperada. Como não há reconhecimento de cada placa solar de forma individual, aquela que apresentar algum problema restringirá o potencial de todas as outras.
Isso significa que essa restrição representa desperdício de zonas de trabalho e menor rendimento, caso haja sombreamento parcial.
Durabilidade e manutenção
Em relação à durabilidade, os string apresentam garantia que vai de cinco a sete anos. Depois desse período, entre oito e 10 anos, é necessário providenciar a manutenção.
Porém, durante a manutenção, todo o sistema fica sem funcionar, e o procedimento nem sempre é barato. Em geral, esse tipo de inversor tem vida útil que varia entre 12 a 15 anos, ou seja, será preciso substituí-lo, ao menos uma vez, durante a vida útil do sistema de energia solar.
Outras desvantagens
Outros pontos fracos do inversor string:
- precisa de maior espaço para ser instalado, pois tem maiores dimensões;
- é necessário que as placas fotovoltaicas se encontrem dispostas na mesma orientação e na mesma inclinação, a fim de que ofereçam um comportamento parecido;
- no caso de expansão do sistema, é preciso substituir o aparelho por outro com potência maior;
- monitoramento do sistema mais trabalhoso, já que não é simples identificar qual módulo está com defeito (muitas vezes, as perdas se distribuem em todo o arranjo fotovoltaico e passam despercebidas);
- expansão do sistema pode ser mais complicada porque é recomendado utilizar a mesma marca e a mesma tensão da placa no string (incompatibilidades tendem a atrapalhar a eficiência do sistema).
Conforme explicamos, é importante que as placas em série tenham a mesma orientação sobre o telhado. Se isso não ocorrer, não quer dizer que o uso do inversor string seja inviável, mas será necessário atender a uma das seguintes condições:
- cada fileira de placas deve ter seu próprio string;
- o mesmo inversor deve dispor de mais de uma entrada MPPT.
Quais são as vantagens e desvantagens do microinversor?
Depois de analisar vantagens e desvantagens dos inversores string, vamos verificar os pontos fortes e fracos dos microinversores.
Vantagens
Como fizemos mais acima, comecemos pelo melhor: os benefícios.
Independência de produção
Ao contrário do que acontece com o inversor string, nos microinversores, não há “problemas em massa” com as placas. Por exemplo, se um sistema com inversor convencional tem um módulo prejudicado em 30% de sua eficiência, devido a alguma sujeira, todos os outros módulos do arranjo serão prejudicados da mesma forma.
No caso dos microinversores, isso não acontece porque existe um aparelho para cada placa do sistema. E mesmo que um microinversor seja conectado a quatro placas, as entradas são separadas, o que garante autonomia na produção de cada uma.
Então, se uma placa for comprometida em 30% de sua eficiência por causa de sujeira, somente ela apresentará essa deficiência. As demais continuarão com 100% de eficiência.
Rastreamento de falhas
A maioria dos inversores (99% deles) apresenta monitoramento que acompanha a produção de energia, avaliando se tudo está correndo conforme o esperado. Essa funcionalidade possibilita, também, avaliar o retorno financeiro do sistema.
Como falamos, no inversor comum, o monitoramento mais preciso é mais difícil. No caso dos microinversores, já que as placas ligadas a eles oferecem produção independente, podemos identificar com precisão qual delas está com problemas (o que ajuda também a identificar a causa do problema, se é sombreamento, sujeira, defeito técnico ou outra coisa).
Modularidade e incompatibilidade
Os microinversores permitem que o sistema se expanda com mais facilidade, contribuindo para a escalabilidade desse sistema. Diferentemente do conversor convencional, que só funciona a partir de uma quantidade mínima e máxima de módulos, eles podem ser adicionados gradualmente, ou seja, o usuário poderá adquirir mais placa, mais inversor e mais estrutura.
Mais uma vez, ressaltamos a relevância em analisar o custo-benefício, que envolve aspectos desse tipo. Vale lembrar, também, que para acrescentar módulos e inversores, é importante fazer um novo projeto, que seja aprovado e assinado pela concessionária.
Naturalmente, isso envolve custos. Não é recomendado, do ponto de vista econômico, ficar aumentando o sistema de duas em duas placas, pois existem gastos relativos à homologação e à instalação perante a concessionária de energia elétrica.
Orientação da placa solar
Com inversores convencionais, é importante manter as placas em série com a mesma orientação. Com microinversores, isso não é relevante, já que cada placa produz de forma independente.
Distribuição de MPPTs
O conceito de MLPE garante uma distribuição otimizada de MPPTs, o que traz benefícios individuais a cada placa fotovoltaica. Dessa forma, o sistema consegue produzir mais energia que aquela produzida por sistemas conectados a inversores string.
Isso é um fato, principalmente, em áreas sombreadas, em projetos com módulos dispostos com diferentes orientações ou com rendimentos baixos dos módulos. Os microinversores aumentam as vantagens dos MPPTs sobre o sistema em geral. Eles impedem que as diferenças operacionais entre as placas façam com que a performance de todo o arranjo fotovoltaico venha a cair.
Sombreamento
O sombreamento não chega a ser um grande obstáculo para o sistema com microinversores. Como a produção é independente, uma placa que receba sombra não prejudicará o desempenho das demais.
Isso vale para sombreamento e qualquer outro problema, incluindo desgaste em algum módulo. Isso significa que a eficiência de uma placa mais desgastada não atrapalha o funcionamento de nenhuma outra, o que representa um sistema mais eficiente e econômico.
Segurança do sistema e instalação
O inversor string trabalha com tensões mais elevadas (podem chegar até 1.500 V), o que envolve riscos durante a instalação e aumenta as possibilidades de acidentes com choques elétricos e incêndios. O microinversor, por sua vez, trabalha com baixas tensões de corrente contínua (60 V).
Outro ponto a considerar é que os microinversores transformam a corrente contínua em corrente alternada ainda sobre o telhado. Desse modo, todo o circuito elétrico opera em corrente alternada de 220 V ou 127 V, o que reduz o risco de arco fotovoltaico e melhora a segurança como um todo.
Outra vantagem a levar em conta é que, caso aconteçam incêndios ou outros acidentes, a energia já é cortada em cada microinversor. Isso diminui os riscos de novos incêndios e outros problemas, contribuindo para o trabalho dos bombeiros e outros que forem debelar o fogo.
Vida útil e garantia
A garantia do microinversor é maior que a do inversor convencional, alcançando até 10 ou 15 anos. Quanto à vida útil, ela chega a 25 a 30 anos, ou seja, o mesmo período dos módulos solares.
Desvantagens
Apesar de todas as vantagens, os microinversores também apresentam desvantagens. Vamos analisar as principais.
Dificuldade de acesso
O aparelho deve ser instalado no telhado, perto ou embaixo dos próprios módulos solares. Dessa forma, o acesso a ele é mais difícil se ocorrer algum problema.
É preciso um técnico qualificado para realizar os ajustes necessários. Esse profissional precisa de certificação NR 35, norma que regulamenta o trabalho em altura.
Eficiência
O microinversor obtém ganhos de energia devido à autonomia individual de cada placa fotovoltaica. Por outro lado, devido à sua menor eficiência, ele perde um percentual de geração.
Preço
O preço de um microinversor é alto e dificilmente alcançará a viabilidade econômica de um inversor convencional. Considere comprar uma mercadoria no atacado e outra no varejo. Se você compra muito no atacado, sai ganhando, pois há descontos e o preço por unidade cai. Mas nem sempre você precisará comprar muitas unidades de um mesmo produto.
Para quem deseja adquirir poucas unidades, o varejo é a melhor opção. Essa ideia pode ser aplicada aos microinversores. Para cada placa fotovoltaica (às vezes, para duas ou quatro), é preciso um microinversor.
Digamos que sejam necessárias 20 placas, você precisará de 20, 10 ou cinco microinversores. Essa quantidade, tratando-se desse tipo de produto, geralmente, não é suficiente para um desconto mais vantajoso — pelo menos, quando comparamos com o preço de um string, que pode atender ao mesmo número de placas.
O que deve ser considerado ao escolher um inversor solar?
Voltamos a ressaltar a importância do custo-benefício. E esse critério não é estático, podendo variar de caso a caso. Uma empresa, por exemplo, tem necessidades diferentes de uma residência. O que pode ser mais vantajoso para a primeira, nem sempre será para a segunda.
O payback (retorno do investimento) é um bom indicador para considerar, quando falamos de inversor solar. Isso significa calcular quanto tempo será necessário para que o dinheiro aplicado no produto volte para você.
Caso você tenha uma economia muito maior em menos tempo investindo em microinversores, ele é uma boa opção. Na prática, nem sempre é fácil avaliar o payback, mas vale a pena considerá-lo. Podemos observar algumas situações em que o uso do microinversor pode ser vantajoso:
- quando o telhado conta com mais águas (cortes) que a quantidade de MPPT de um inversor string (quando esse tipo de inversor não consegue dividir a produção de todas as orientações dispostas no telhado);
- quando há muito sombreamento que tende a comprometer a geração de energia;
- quando o sistema de energia solar for inferior a 2,64 kWp (conta de energia entre R$50,00 e R$250,00).
Do ponto de vista econômico, nunca será mais viável construir uma usina de solo ou uma grande usina no telhado com microinversores — o melhor é utilizar inversor tradicional.
Enfim, conhecendo melhor as diferenças entre o inversor string e o microinversor, você consegue fazer uma escolha mais ajustada às suas necessidades.
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