Que tipos de sistemas de energia solar existem?

Os sistemas de energia solar são classificados de acordo com a forma como se conectam à rede elétrica e como a eletricidade é usada. Existem quatro tipos principais:sistemas ligados à rede, sistemas fora da rede, sistemas híbridos e sistemas DC puros.

Todos os quatro usam essencialmente os mesmos painéis solares. O que difere é se existe uma ligação à rede, se existe uma bateria e se a energia é fornecida em CA ou CC. Qual é o certo para você depende se a rede está disponível onde você está, como é o preço da eletricidade e quanto prejudicaria uma queda de energia.
 

Aqui está primeiro uma comparação lado a lado, seguida por uma análise mais detalhada de cada tipo.
 

1. Sistemas solares ligados à rede: alimentem eletricidade diretamente na rede

Como funciona

Durante o dia, os painéis produzem eletricidade DC. Um inversor conectado à rede converte-o em CA que corresponde à frequência e fase da rede. A energia primeiro fornece suas próprias cargas e qualquer excedente é vendido à rede. À noite ou em dias nublados, quando os painéis não conseguem atender a sua demanda, você compra energia da rede. Nenhuma bateria está envolvida.

Em que consiste

Painéis solares e estrutura de montagem:os painéis transformam a luz solar em eletricidade e a estrutura de montagem define o ângulo de inclinação e a resistência ao vento.

Inversor conectado à rede:o coração do sistema. Ele realiza rastreamento do ponto de potência máxima (MPPT), converte CC em CA e fornece proteção de interconexão à rede.

Proteção do lado DC:Cabos CC, interruptores CC e uma caixa combinadora (sistemas pequenos do tipo string geralmente omitem a caixa combinadora).

Caixa de distribuição CA:contém disjuntores e um dispositivo de proteção contra surtos.

Medidor:um medidor de geração ou medidor bidirecional usado para liquidar a eletricidade exportada para a rede.

Proteção contra raios, aterramento e monitoramento:eles mantêm o sistema seguro e permitem verificar os dados de geração remotamente.

Onde cabe

Funciona melhor onde o consumo de electricidade durante o dia é elevado e a rede é estável: casas e moradias auto-construídas com espaço útil no telhado, e fábricas, armazéns, supermercados e escolas que funcionam durante o dia. Possui o menor investimento e a estrutura mais simples, sendo o tipo com maior capacidade instalada no mundo.

Exemplos e recomendações

Casa rural autoconstruída:com cerca de 60 a 80 metros quadrados de área de telhado, você pode instalar cerca de 8 a 10 kW. Escolha um inversor string monofásico ou trifásico. A geração anual depende da luz solar local, portanto estime-a usando dados de irradiação local.

Edifício da fábrica:um grande telhado e uma elevada carga diurna adequam-se a um sistema de 300 kW a 1 MW, utilizado principalmente para autoconsumo com o excedente exportado para a rede. O retorno é geralmente menor do que para sistemas residenciais.

Uma coisa a ter em mente

Um sistema ligado à rede desliga automaticamente quando a rede cai (proteção anti-ilhamento). Isso significa que uma casa com sistema conectado à rede ainda não terá energia durante uma queda de energia.
 

2. Sistemas solares fora da rede: completamente independentes da rede

Como funciona

A energia dos painéis carrega primeiro a bateria. Quando as cargas consomem energia, a bateria as fornece através do inversor. O sistema é independente e não tem conexão com a rede elétrica.

Em que consiste

Painéis solares e estrutura de montagem

Controlador de carga solar:carrega a bateria e a protege, geralmente do tipo MPPT.

Banco de baterias:São usadas baterias de fosfato de ferro-lítio, chumbo-carbono e gel-chumbo-ácido. A capacidade da bateria determina quanto tempo o sistema pode funcionar sem sol.

Inversor fora da rede:converte a energia CC da bateria em CA. Muitos produtos combinam o controlador e o inversor em uma única unidade.

Equipamentos de distribuição e proteção

Gerador de backup (opcional):uma fonte adicional durante longos períodos de tempo nublado ou chuvoso.

Onde cabe

Locais sem rede ou onde a ligação à rede custa demasiado: ilhas, pastagens, postos fronteiriços, casas nas montanhas, estações de investigação remotas e estações base de telecomunicações.

Exemplos e recomendações

Casa do pastor:com consumo diário de cerca de 5 a 8 kWh, uma configuração de cerca de 3 kW de painéis, cerca de 10 kWh de armazenamento de bateria e uma unidade multifuncional fora da rede de 3 kW pode alimentar uma geladeira, uma TV e iluminação. Escalone o uso de aparelhos de alta potência.

Dica de dimensionamento:dimensione a bateria de acordo com o número de dias nublados consecutivos que você deseja cobrir. Reserve 2 a 3 dias como regra, e mais onde a luz solar não é confiável.

A maior parte do custo de um sistema fora da rede vai para a bateria. A vida útil da bateria tem um grande efeito no custo total, portanto, não julgue apenas pelo preço inicial.
 

3. Sistemas Solares Híbridos: Armazenamento Grid-Tied Plus, com Energia da Rede e Backup

Na indústria, esse tipo é mais frequentemente chamado desistema híbrido ligado à rede/fora da redeou umsistema híbrido solar mais armazenamento. Ele adiciona uma bateria a um sistema conectado à rede, para que possa interagir com a rede e também fornecer energia por conta própria durante uma interrupção.

Como funciona

A geração diurna atende as cargas primeiro. A energia excedente carrega a bateria e, quando a bateria está cheia, o restante é exportado para a rede. À noite, as cargas são retiradas da bateria e, quando a bateria está fraca, da rede. Quando a rede cai, o sistema muda para o modo fora da rede e continua alimentando cargas críticas através de sua porta de backup.

Em que consiste

Painéis solares e estrutura de montagem

Inversor híbrido:combina as funções de um inversor conectado à rede e de um inversor de bateria em uma unidade. É o equipamento chave que diferencia este sistema dos dois anteriores.

Bateria de armazenamento de energia:os sistemas residenciais atualmente dependem principalmente de fosfato de ferro-lítio.

Medidor inteligente ou transformador de corrente:mede o consumo doméstico e a energia que flui de e para a rede, que o sistema utiliza para decidir quando carregar e descarregar.

Sistema de gestão de energia (EMS):define estratégias operacionais, como cobrança e descarga de acordo com os preços da eletricidade no momento do uso.

Painel de carregamento de backup:cargas críticas, como refrigerador, iluminação e equipamentos de rede, são conectadas à porta de backup.

Onde cabe

Áreas com interrupções frequentes ou rede instável

Locais com uma grande diferença entre os preços da eletricidade nos horários de pico e fora de pico, onde você pode cobrar quando a energia é barata e descarregar quando é cara

Utilizadores sensíveis a interrupções de energia: escritórios domésticos, explorações pecuárias, câmaras frigoríficas e pequenas clínicas

Exemplos e recomendações

Família da vila:8 a 10 kW de painéis com 10 a 20 kWh de armazenamento em bateria. Conecte a geladeira, a iluminação, o roteador e algumas tomadas à porta de backup. A inclusão de cargas pesadas, como aparelhos de ar condicionado, depende da potência de saída de reserva do inversor.

Fazenda de gado:instalar um sistema ligado à rede com armazenamento para que os equipamentos de ventilação, aquecimento e água potável continuem funcionando durante uma interrupção.

Um sistema híbrido custa mais do que um sistema ligado à rede. O dinheiro extra compra dois recursos: energia de reserva durante interrupções e arbitragem de preços. Se vale a pena depende da frequência com que as interrupções acontecem localmente e da sua tarifa de eletricidade.
 

4. Sistemas Solares DC Puros: Energia DC Sem Inversão

Como funciona

A eletricidade CC dos painéis não é convertida em CA. Vai direto para cargas DC. Alguns sistemas incluem bateria e controlador, e alguns não possuem bateria alguma: quando o sol brilha, a carga funciona, e quando isso não acontece, a carga para.

Em que consiste

Painéis solares

Controlador CC(necessário apenas em sistemas com bateria)

Bateria(opcional)

Cargas CC:Luzes LED, bombas de água DC, ventiladores DC, câmeras e equipamentos similares

Sem inversor, a estrutura é a mais simples das quatro e há uma etapa de conversão a menos onde há perda de energia.

Onde cabe

Locais onde a carga é CC, a energia é pequena e os equipamentos estão espalhados: luzes solares de rua, luzes de jardim, bombas solares de água, irrigação agrícola, sinais de trânsito e equipamentos de vigilância, e pequenos dispositivos de comunicação.

Exemplos e recomendações

Luz solar de rua:uma configuração comum é um painel de algumas dezenas de watts, uma bateria de lítio e um controlador. A luz acende automaticamente à noite e não é necessário cabeamento.

Bomba de água solar:os painéis acionam diretamente uma bomba CC. Quanto mais forte o sol durante o dia, mais água é bombeada para um tanque de armazenamento para uso posterior. Você pode deixar a bateria de fora e economizar um custo importante.

Seus limites são claros. Ele não pode alimentar diretamente aparelhos domésticos comuns de CA e o nível de potência não pode ser muito grande.

5. Como escolher entre os quatro sistemas

Resolva estas questões em ordem:

Existe uma grade?Caso contrário, escolha DC fora da rede ou puro. Se sim, vá para a próxima pergunta.

Quanto prejudicaria uma interrupção?Se for muito, escolha um sistema híbrido. Se não for muito, escolha vinculado à grade.

Suas cargas são aparelhos AC ou cargas DC?Se você precisar apenas alimentar cargas CC, como luzes de rua ou bombas, CC pura será suficiente.

Qual é o seu orçamento?Para a mesma capacidade solar, a ligação à rede é a mais barata. Os sistemas híbridos e fora da rede aumentam o custo das baterias.

Perguntas frequentes

P: Por que um sistema conectado à rede não funciona durante uma queda de energia?Porque o inversor possui proteção anti-ilhamento. Se o sistema continuasse a fornecer energia a uma rede morta, colocaria em perigo os trabalhadores dos serviços públicos que fazem reparações, pelo que deverá desligar-se automaticamente. Se você quiser energia durante interrupções, escolha um sistema híbrido.

P: Um sistema fora da rede pode ser convertido posteriormente em um sistema híbrido?Sim, mas depende do equipamento existente. Se o sistema original utiliza um inversor fora da rede, geralmente terá que ser substituído por um inversor híbrido. Os painéis e a estrutura de montagem geralmente podem ser reutilizados.

P: Um sistema DC puro é mais eficiente em termos energéticos do que um sistema AC?Perde menos energia porque não há etapa de inversão, mas apenas se a carga já for um dispositivo DC. Comprar aparelhos DC apenas para economizar nas perdas de conversão geralmente custa mais do que economiza.

P: Qual tipo tem o melhor valor para uma casa?Se a rede estiver estável e alguém estiver em casa usando energia durante o dia, a rede ligada é o melhor valor. Se as interrupções forem frequentes ou a diferença entre os preços de pico e fora de pico for grande, considere um sistema híbrido. O retorno depende dos preços locais da eletricidade, das políticas de incentivo e do seu uso real, portanto peça um orçamento a um instalador local qualificado.