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Sistema Solar On-Grid x Off-Grid?

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Você provavelmente já se deparou com os termos On-Grid e Off-Grid. Entretanto, você realmente sabe a diferença entre um sistema fotovoltaico conectado à rede e um sistema isolado?

A resposta simples e direta é: o gerador solar fotovoltaico on-grid é ligado à rede elétrica, e o gerador fotovoltaico off-grid não é ligado à rede elétrica.

Quando você se pergunta “qual é diferença entre um sistema fotovoltaico on-grid e off-grid?”, provavelmente já pesquisou um pouco mais sobre energia solar fotovoltaica, e já sabe que o funcionamento básico dos geradores fotovoltaicos é baseado na conversão direta da energia luminosa do sol em energia elétrica.

As células fotovoltaicas são os principais componentes dos módulos fotovoltaicos (popularmente chamados de placas solares) e não armazenam energia.

Sendo assim, é necessário que exista um componente externo que faça esse trabalho de armazenamento, ou então, a energia deverá ser consumida imediatamente após ser gerada (Exemplo: bombas d´água movida por energia solar).

Sistema Fotovoltaico Isolado (Off-Grid)

Um sistema solar fotovoltaico off-grid (cujo nome correto é sistema/gerador fotovoltaico isolado) deve fornecer a energia diretamente aos equipamentos consumidores de energia elétrica, sendo que a energia deve chegar sempre de forma constante – o que é um problema quando se trabalha com energia solar, pois existem variações causadas pela passagem de nuvens, por exemplo.

É aí que entra o famoso banco de baterias, que tem a função de estabilizar a energia entregue aos aparelhos consumidores.

À noite, como não há geração de eletricidade pelas placas solares, , toda a energia para os equipamentos consumidores vem das baterias.

Na verdade, em um sistema de energia solar fotovoltaica que possui baterias, os equipamentos consumidores de energia elétrica (chamados de cargas) recebem energia das baterias.

A função do conjunto de placas solares (chamado de arranjo fotovoltaico) é recarregar o banco de baterias.
Os painéis solares iniciam o trabalho de conversão da energia solar em energia elétrica logo nos primeiros raios de sol, e só param de converter a radiação solar quando o sol se põe.

Durante esse período, toda a energia gerada vai para o banco de baterias, e se não houver um controle, as baterias podem ser sobrecarregas, provocando danos e – em casos extremos – podendo até gerar explosões.

É por isso que entre o conjunto de painéis solares e o banco de baterias existe um dispositivo controlador de carga, que é o responsável por gerenciar o carregamento (e em alguns modelos, a descarga também) do banco de baterias.

Sistema Fotovoltaico Isolado (Off-Grid): da geração de energia até o funcionamento dos aparelhos

As placas solares geram energia elétrica em corrente contínua. As baterias armazenam essa energia através de um processo químico, e quando a liberam, também é em corrente contínua.

Para que seja possível a utilização de aparelhos eletroeletrônicos comuns (geladeiras, TV’s, computadores, etc.) a corrente contínua deve ser convertida em corrente alternada – o que é feito através de um inversor de corrente.

O inversor fototoltaico recebe a corrente contínua fornecida pelas baterias e a transforma em corrente alternada. A partir daí os aparelhos eletroeletrônicos são ligados ao inversor, que os alimenta eletricamente.

Repare, então, que temos quatro componentes principais em um sistema solar fotovoltaico que possui baterias:

1 – o arranjo fotovoltaico: o conjunto das placas solares fotovoltaicas;
2 – o banco de baterias: formado por uma ou mais baterias;
3 – o controlador de carga: responsável por gerenciar a energia das baterias;
4 – o inversor de corrente: responsável por alimentar os aparelhos consumidores de energia elétrica que funcionam em “110 ou 220 volts”

A Simplificação do Gerador de Energia Solar Fotovoltaica On-Grid
O que nos impediria, então, de ligar diretamente as placas solares ao inversor de corrente?

Simples: a variação da energia gerada pelas placas solares, ou seja, o sombreamento provocado pelas nuvens, por exemplo.

Se o tempo fecha, a conversão de energia solar em energia elétrica diminui muito, pois se as nuvens tapam o sol, a quantidade de energia solar que entra nas células fotovoltaicas diminui muito, e consequentemente a energia elétrica gerada diminui também.

É o que ocorre em um sistema de bombeamento solar: quando a radiação solar diminui, a bomba recebe menos energia e, portanto, bombeia muito menos água – o que não é um problema se houver um reservatório que acumule a água já bombeada.

E é esse o princípio utilizado nos inversores de corrente mais utilizados em sistemas solares fotovoltaicos on-grid: eles injetam a energia gerada diretamente na instalação elétrica da residência (comércio, ou indústria), sem passar por um banco de baterias.

Os inversores interativos à rede (comumente chamados de inversores grid-tie) trabalham em conjunto (em paralelo) com a rede pública de distribuição de energia elétrica, e por isso devem se comportar exatamente como uma usina de energia elétrica comum.
Devem operar dentro de uma estreita faixa de parâmetros que incluem:
• Tensão (voltagem)
• Frequência
• Capacidades de detecção de falta de energia.

Os inversores interativos (grid-tie) somente funcionam quando são ligados à rede elétrica, e não conseguem alimentar diretamente aos equipamentos consumidores
Ou seja, são exatamente o oposto dos inversores de corrente utilizados nos sistemas fotovoltaico off-grid.

Isso significa que em localidades que não possuem acesso à rede, não é possível adotar a mesma configuração utilizada em um sistema solar fotovoltaico on-grid, obrigatoriamente levando-se a adoção de sistema solar fotovoltaico off-grid, com banco de baterias.

Quando ocorre uma queda de energia, o sistema fotovoltaico conectado à rede interrompe imediatamente a injeção de energia elétrica na rede, de forma a evitar um possível acidente, pensando especialmente nos técnicos que eventualmente façam a manutenção de uma linha elétrica defeituosa.

Isso é feito automaticamente pelo inversor interativo (inversor grid-tie), que se desconecta da rede, e só volta a funcionar quando a rede está funcionando plenamente.

É aí que temos um problema: um gerador solar fotovoltaico on-grid não funciona quando há quedas de energia.

On-Grid Versus Off-Grid: Diferenças e Dúvidas gerais

Sistema Fotovoltaico Híbrido

Como fazer, então, em localidades em que há rede, mas também há muitas quedas de energia? Não é possível “juntar” as características técnicas de um sistema fotovoltaico conectado à rede (on-grid) com um sistema fotovoltaico isolado (off-grid)?

Sim, é possível, graças ao sistema solar fotovoltaico conectado à rede híbrido. Esse tipo de sistema/gerador solar fotovoltaico tem ao menos duas possíveis configurações:

1. Banco de baterias com função principal – de alimentação.
2. Banco de baterias com função secundária – de backup.

Sistema Híbrido com Baterias com Função Principal

Em um sistema solar fotovoltaico on-grid híbrido, com bateria com função principal, o banco de baterias é o centro do sistema.

Os painéis solares fotovoltaicos carregam o banco de baterias, através do controlador de cargas, e o inversor interativo (grid-tie) é ligado ao banco de baterias.

Geralmente o inversor interativo (grid-tie) tem duas saídas: uma é ligada à rede, e funciona da forma padrão esperada de um inversor grid-tie (que se desconecta da rede em caso de falta de energia).

A outra saída é ligada a um quadro elétrico secundário, e alimenta diretamente aos aparelhos consumidores, e os mantem alimentados eletricamente mesmo em caso de falta de energia, funcionando da forma padrão de um inversor autônomo (inversor off-grid).

O inversor híbrido drena energia sempre das baterias. É possível configurá-lo para injetar a energia das baterias também durante à noite.

Por fim, o fato de existir um controlador de cargas separado do inversor permite montar o banco de baterias utilizando modelos comuns que podem ser obtidos no mercado.

Sistema Híbrido com Baterias com Função Secundária

Em um sistema solar fotovoltaico on-grid híbrido, com bateria com função secundária, o inversor interativo (grid-tie) é o centro do sistema.

Os painéis fotovoltaicos são ligados ao inversor, que converte a corrente contínua (gerada pelas placas solares) em corrente alternada, e a injeta na rede elétrica da residência.

O banco de baterias é ligado diretamente ao inversor, e geralmente, o sistema de controle de carga/descarga faz parte do banco de baterias – que só funciona em conjunto com o inversor do mesmo fabricante.

Essa é a topologia utilizada pelas famosas baterias “PowerWall” do fabricante “Tesla/Solar City”.

A função do banco de baterias é alimentar o inversor interativo (grid-tie), que passou a ter a funcionalidade de operar mesmo quando há queda da rede elétrica, através de uma configuração especial específica, com o auxílio de um dispositivo (seccionador de rede) ligado ao relógio de luz , e que mantém a rede “cortada” enquanto o inversor operar fora da rede (off-grid).
Quando a energia da rede é restabelecida, esse componente avisa ao inversor, que então volta novamente para o modo conectado à rede (on-grid), e passa a operar em paralelo à rede elétrica, e voltando a carregar o banco de baterias.

Qual é o melhor tipo de Sistema Solar Fotovoltaico para mim?

Se você precisa levar energia elétrica a um local longe de um centro urbano, e portanto longe da rede elétrica, como uma casa de fazenda ou de praia ou um acampamento, por exemplo, a escolha óbvia é um sistema solar fotovoltaico off-grid (lembrando que o termo correto é sistema fotovoltaico isolado da rede).

Se você quer gerar a sua própria energia na cidade, mas com custo muito inferior ao de desligar a sua casa da distribuidora local, e tendo retorno de investimento (o que é bem difícil de se obter em um sistema solar fotovoltaico off-grid, se comparado com a rede elétrica), o ideal é que você instale um sistema fotovoltaico conectado à rede (On-grid).

Os custos para se ter um gerador solar fotovoltaico on-grid em uma residência na cidade podem ser menos da metade dos custos de um sistema fotovoltaico off-grid, pois grande parte do custo está no banco de baterias, que tem vida-útil muito menor que os módulos fotovoltaicos (placas solares).

Como explicando anteriormente, é possível ter o melhor dos dois mundos, investindo em um sistema fotovoltaico híbrido, que pode oferecer, ao mesmo tempo, a segurança de um sistema solar fotovoltaico off-grid (alimentar eletricamente os aparelhos, durante um apagão), e a economia de um sistema solar fotovoltaico on-grid (que injeta energia elétrica diretamente no quadro geral da casa, e alimenta os aparelhos através da rede, além de gerar créditos energéticos que são abatidos na conta de luz).

É claro que os custos de um sistema solar fotovoltaico híbrido são bem superiores que os custos de um sistema solar fotovoltaico on-grid (podem custar mais que o dobro), variando de acordo à capacidade desejada do banco de baterias, que quanto maior é a capacidade, maior é o custo.

Fonte:
Blue Sol

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