A Origem do Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Antes de focarmos especificamente no sistema fotovoltaico conectado à rede, vamos entender melhor a origem dos sistemas solares fotovoltaicos.
Os sistemas fotovoltaicos “nasceram” com o objetivo de levar energia elétrica a locais de difícil acesso (se comparado com as tecnologias convencionais), em especial a rede elétrica.
Por isso, os primeiros sistemas fotovoltaicos eram do tipo isolado da rede elétrica, ou seja, a energia gerada pelas placas solares alimentava diretamente um banco de baterias, as quais, por sua vez, alimentam os aparelhos consumidores de energia elétrica.
No início dos anos 90, foi observado o uso de inversores (aparelhos que convertem a corrente contínua para corrente alternada) ligando diretamente as placas solares (painéis solares) à rede pública de energia elétrica.
Nasceu, então, o conceito de sistema fotovoltaico conectado à rede (elétrica), que também deu origem ao conceito de sistema fotovoltaico isolado da rede.
Os primeiros sistemas fotovoltaicos conectados à rede foram instalados na Alemanha, no começo dos anos 90. Já naquela época havia diversos requisitos de segurança para a operação das pequenas usinas movidas a energia solar, e que compartilhariam a rede de distribuição de eletricidade sob os cuidados das concessionárias locais.
Dentre os muitos requisitos, pedia-se que os inversores fossem capazes de realizar o chamado “sincronismo”, ou seja, gerar eletronicamente a corrente alternada de forma similar a um gerador eletromagnético comum.
Outro requisito é que eles tivessem a capacidade de se desligar e religar automaticamente, caso fosse necessário fazer manutenções nas linhas elétricas (como nos cabos de força das redes, por exemplo).
Com o tempo os requisitos de segurança foram estendidos, e surgiram também requisitos de qualidade de energia. E assim chegamos aos inversores interativos conectados à rede da modernidade, que são equipamentos de certa forma inteligentes, capazes de gerenciar automaticamente o sistema fotovoltaico, do qual são o componente principal.
Com a possibilidade de se injetar diretamente a energia elétrica gerada pelos módulos fotovoltaicos (painel solar) na rede elétrica, pôde-se abrir mão do armazenamento de energia – que é feito através das baterias em um sistema fotovoltaico off-grid (isolado da rede).
As principais desvantagens desse armazenamento de energia por meio de baterias se dá tanto pela sua durabilidade, quase sempre inferior a 7 anos, quanto pelo custo inicial de instalação, pois quanto maior é a potência do sistema fotovoltaico, mais baterias são necessárias.
O que é e Como Funciona um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede?
Um sistema fotovoltaico conectado à rede é o nome técnico brasileiro do que é conhecido internacionalmente como on-grid photovoltaic system, e que carinhosamente chamamos de sistema fotovotlaico on-grid, ou simplesmente sistema on-grid.
Um sistema solar conectado à rede é composto, basicamente, pelos módulos fotovoltaicos (comumente chamados de placas solares) e pelo(s) inversor(es) interativo(s), que é conhecido internacionalmente como grid-tied interactive inverter.
No Brasil é comum ouvir falar o termo “inversor grid-tied” ou então “grid-tie” – o que particularmente acho ser um nome horroroso.
Além dos componentes principais (painel solar e inversor) existem os componentes de integração do sistema (chamados internacionalmente de Balance of System – BOS), que são as estruturas de fixação dos módulos fotovoltaicos e os componentes elétricos de proteção.
A maioria das empresas que atuam no mercado de energia solar no brasil (que está cada vez maior) trabalham no regime de entrega completa da solução (chamado de regime chave-na-mão), em que tudo é providenciado e entregue funcionando para o cliente final. A Blue Sol Energia Solar, inclusive, trabalha nesse regime.
Todas as análises preliminares, desde a avaliação do perfil de consumo de energia elétrica (que pode ser feito através da conta de luz) até o registro do sistema fotovoltaico conectado à rede junto à distribuidora, são feitos de forma transparente ao proprietário do imóvel que receberá o sistema on-grid.
A partir do momento em que o sistema on-grid entra em funcionamento, o imóvel tem benefício imediato.
Como Funciona a Geração de Energia em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede?
O inversor interativo – ou inversor grid-tied – recebe a energia gerada pelas placas solares, em corrente contínua (CC), e a transforma em energia elétrica de corrente alternada (CA), com forma de onda igual à energia elétrica fornecida pela distribuidora local.
O inversor fotovoltaico interativo também age como um misturador de energia, que mistura a energia solar à energia elétrica convencional, permitindo a utilização de qualquer equipamento consumidor de energia elétrica que esteja ligado à rede (secador de cabelo, ar condicionado e geladeira, por exemplo).
Um sistema on-grid trabalha em paralelo com a rede pública de distribuição de energia elétrica, ou seja, opera da mesma forma que uma usina elétrica convencional.
A diferença está na sua pequena potência, se comparada com uma grande usina hidrelétrica, e também no local de instalação, que geralmente fica no telhado ou cobertura do imóvel, quando é localizado em zona urbana.
Após a instalação e funcionamento, toda a energia gerada pelos painéis fotovoltaicos (placas solares) é transformada pelo inversor grid-tied e injetada no quadro geral da unidade consumidora (sua casa, por exemplo). Sendo assim, essa energia alimentará a rede como um todo.
Os aparelhos ligados à rede elétrica se alimentarão dessa energia e, caso a potência gerada no momento seja superior à potência dos aparelhos que estejam ligados ao mesmo tempo, uma parte da energia (ou o excedente da energia) será exportada para a rede, passando pelo medidor de energia da distribuidora (o relógio de luz), que computará essa energia como energia elétrica injetada.
O medidor deve ter essa capacidade de mensurar a energia elétrica fluindo nos dois sentidos (entrada e saída) e por isso deve ser do tipo bidirecional.
A distribuidora instala, gratuitamente, esse medidor, por definição da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), logo após a inspeção e aprovação (também gratuitas) do sistema fotovoltaico conectado à rede (on-grid).
A partir daí a conta de luz chega para você com dois valores: energia consumida e energia injetada.
O valor da energia injetada é utilizado como crédito energético, e serve para abater do valor da energia consumida. O máximo que pode ser abatido é 100% do valor da energia consumida.
Ou seja, você pode gerar créditos para zerar o consumo de energia vinda da distribuidora.
Infelizmente, no entanto, o valor monetário da conta de luz não chega a zero, porque a distribuidora cobra uma taxa mínima: o chamado Custo de Disponibilidade.
Caso seja gerada quantidade de crédito energético maior que o valor da energia consumida, esses créditos podem ser utilizados em outras unidades consumidoras que estejam registradas para a mesma pessoa (física ou jurídica) que possui o sistema on-grid.
Outra alternativa é o fato do crédito energético poder ser armazenado para ser utilizado no futuro, quando a geração solar for menor, e a quantidade de crédito gerado for inferior à quantidade de energia consumida.
Essa é uma opção bem interessante, considerando que nos períodos em que a insolação é menor (ex: períodos chuvosos, nublados, inverno) a geração solar é bem baixa.
Por outro lado, nos períodos de maior insolação (ex: dias muito ensolarados, no verão) a geração costuma ser bem alta. Assim uma coisa equilibra a outra.
A Principal Desvantagem dos Sistemas Fotovoltaicos Conectado à Rede
A principal vantagem de um sistema fotovoltaico conectado à rede, em relação a um sistema fotovoltaico isolado (off-grid) é a não utilização de baterias. Essa porém, também é sua principal desvantagem.
Como não há armazenamento de energia, e devido à forma como os inversores devem se comportar no caso de falta de energia na rede, em caso de apagão, por exemplo, a unidade consumidora (o imóvel) que possui um gerador solar fotovoltaico on-grid ficará sem energia.
Ou seja, mesmo se você possuir um sistema fotovoltaico instalado em sua casa/comércio, em caso de falta de energia da rede elétrica, você ficará sem energia.
Para evitar acidentes com os técnicos das distribuidoras no caso de manutenções nas linhas, quando ocorre queda de tensão (energia) os inversores devem se desligar automaticamente, e só devem voltar a operar quando a rede estiver plenamente restabelecida.
Nem tudo está perdido: Sistemas Fotovoltaicos Híbridos
Mas nem tudo está perdido, pois existem tecnologias (e produtos) para a instalação de um sistema fotovoltaico híbrido, que une o melhor dos dois mundos: gera créditos energéticos para abatimento do consumo de energia (promovendo a redução dos valores da conta de luz) e também oferece segurança contra apagões, porque integram um banco de baterias e conseguem alimentar diretamente os aparelhos consumidores de energia elétrica.
Os inversores híbridos são, ao mesmo tempo, on-grid (inversores grid-tied) e off-grid (inversores autônomos). O funcionamento é alterado automaticamente quando ocorre a queda de energia.
Como nem tudo são flores, temos duas dificuldades, ambas relacionadas ao custo deste tipo de sistema fotovoltaico.
Primeira Dificuldade
É preciso “separar” os equipamentos elétricos que precisam ser sempre alimentados, mesmo em caso de apagão.
Esses equipamentos são chamados de cargas críticas, como iluminação, telecomunicação (computador, celular, etc.), segurança (câmeras, cerca-elétrica, portão-eletrônico, etc.), e eletrodomésticos essenciais como a geladeira, por exemplo.
É claro que é possível manter alimentada eletricamente a casa toda, mas o custo do sistema on-grid híbrido vai às alturas.
“Separar” significa alterar a instalação elétrica do imóvel, geralmente construindo um quadro elétrico auxiliar, onde serão ligados os circuitos (tomadas, interruptores, etc.) que alimentarão as cargas críticas.
Segunda Dificuldade
A segunda dificuldade dos Sistemas Híbridos é em relação as baterias, que ainda não caíram tanto de preço, e também em relação as placas solares e os inversores grid-tie (inversores interativos).
Já é possível encontrar no mercado (e está quase chegando ao Brasil) baterias de lítio-ferro, como as famosas baterias PowerWall da Tesla.
Outra dificuldade é em relação ao fato de que os inversores híbridos são mais caros do que os inversores grid-tied comuns, porque acumulam mais funções, como a carga das baterias e os controles necessários para operarem diretamente sem a referência da rede.