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Controladores de carga, o meio-campo da voltagem nas baterias

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Esquema de geração de energia fotovoltaica – Divulgação

Com a função de evitar sobrecargas e descargas excessivas, controladores preservam e prolongam vida útil das baterias

“O meio-campo é o lugar dos craques, que vão levando o time todo pro ataque”. O hit “É uma partida de futebol”, de meados para o final dos anos 90 da banda mineira Skank, explica a importância da transição da defesa para o ataque. Traçando um paralelo para o universo dos sistemas de energia solar fotovoltaica, os controladores de carga, também conhecidos como carregadores ou reguladores, são os meio campistas, ou seja, os craques do seu próprio jogo. Ficam posicionados entre os módulos fotovoltaicos e as baterias.

O equipamento é utilizado para controlar a voltagem de entrada nas baterias, evitando sobrecargas ou descargas excessivas e possivelmente agressivas não para elas, mas para todo o sistema. Dessa forma, são responsáveis por preservar a estabilidade química das baterias e prolongar sua vida útil. Por controlarem o fluxo de energia que entra e sai, elas receberam esse nome: controladores. Exercem também a função de aperfeiçoar o carregamento delas.

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Rodrigo Sauaia, da Absolar

São, portanto, essenciais nos sistemas isolados (off-grid), que utilizam baterias indispensavelmente. “É um tipo de sistema aplicado há décadas no Brasil. Eram e ainda são normalmente instalados para atender comunidades não conectadas com a rede, como ribeirinhos, quilombolas e índios. São áreas onde a energia não chega por meio da rede elétrica”, conta Rodrigo Sauaia, presidente executivo da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR).

Os controladores possuem uma série de dispositivos que informam ao sistema permanentemente sobre o estado de carga do sistema e alertam o utilizador para que este possa adaptar a instalação às suas necessidades particulares. Eles garantem que toda a energia produzida pelos módulos fotovoltaicos seja armazenada com maior eficácia pelas baterias.

 

Dimensionamento dos controladores

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Uso de energia solar fotovoltaica na tentativa de cultivar ostras – Flickr

 

Os controladores de carga são definidos pela tensão de trabalho do sistema e pela maior corrente. Eles precisam superar a corrente dos módulos fotovoltaicos ou as do consumo. As duas correntes precisam ser calculadas e o equipamento vai depender da corrente mais elevada.

O valor total da corrente é representado pelo consumo dividido pela tensão de trabalho do equipamento. O usuário precisa verificar a corrente máxima exigida pelos equipamentos que serão ligados ao sistema solar, ou seja, testar todos os equipamentos ligados ao mesmo tempo para ver o quanto será exigido do sistema.

Para os módulos fotovoltaicos, a referência é a corrente discriminada na tabela das características do produto. A corrente do sistema será a soma das correntes máximas geradas pelo módulo(s). O usuário não pode deixar de levar em consideração a associação dos módulos conectados. Tome como exemplo uma residência com consumo diário de 860 Wh, sendo a produção de 900 W. E imagine que a tensão do sistema seja de 24 V.

 

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Fórmula de dimensionamento

 

No caso de uma corrente total superando a capacidade de um controlador, a instalação pode ser dividida em mais de uma linha de energia. No exemplo dado, os 37,5 A superam as capacidades técnicas de controladores de 20 A e de 30 A também. Portanto, podem ser aplicados dois controladores com capacidade cada um de 20 A, que resultarão em 40 A, superiores à corrente total de 37,5 A. De qualquer forma, deve ser ressaltada a importância de sempre haver a presença de profissionais no dimensionamento e na instalação dos equipamentos.

 

Tipos de controladores de carga no mercado

Há dois tipos de controladores existentes no mercado. O primeiro são os modelos PWM (Pulse Width Modulation). São mais utilizados no mercado brasileiro, possivelmente explicado pelo menor custo. Já os modelos MPPT (Maximum Power Point Tracking), apesar de geralmente duas vezes mais caros, possuem maior eficiência.

 

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Esquema de funcionamento do controlador de carga solar MPPT

 

O algoritmo PWM é relativamente mais simples. No entanto, mantém a corrente estável, mas pode apresentar um desperdício de energia. Por outro lado, o algoritmo MPPT altera a relação de tensão e a corrente, praticamente mantendo a potência estável. Ou seja, quando a tensão de saída é diminuída, a corrente é aumentada proporcionalmente. Por isso, o MPPT pode ter um ganho de até 30% de energia com relação ao PWM.

Antes de tudo, é importante lembrar que a eficiência dos controladores não é de 100%. E para o usuário saber qual controlador vale mais a pena, deve ser comparada a diferença de custo dos reguladores com a redução do número de módulos fotovoltaicos, uma vez que a maior eficiência do sistema vai permitir que menos módulos sejam utilizados.

 

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Esquema de funcionamento do sistema off-grid completo

 

Um sistema de energia fotovoltaica é sustentável por si próprio, mas além disso, segue o programa de reciclagem europeu PV Cycle. “O módulo fotovoltaico tem um índice de reciclagem de 96%. Praticamente tudo pode virar insumo produtivo”, lembra Sauaia.

Há empresas trabalhando com o ciclo fechado. Ou seja, comercializam o material e no final de sua vida útil, já deixam incluídos os custos de comissionamento, mostrando a destinação adequada destes produtos. “Os consumidores precisam ficar atentos a essa política, verificando se as empresas do setor apresentam esse tipo de responsabilidade”, finaliza Sauaia.

 

ABB

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Bruno Monteiro, da ABB

Dentro do conceito de sustentabilidade, não existem grandes diferenças conceituais entre os sistemas on-grid e off-grid. É o que comenta Bruno Monteiro, diretor de marketing de produto da divisão de Eletrification Products da ABB Brasil. “Atualmente, dentro da resolução normativa 482 (revisada pela RN 687) a geração distribuída é regulada através do conceito de net metering (créditos e débitos) e devido a isso, os sistemas off-grid somente fazem sentido em áreas isoladas, que sofrem pela falta de estrutura de fornecimento de energia elétrica”, diz Monteiro.

“Se avaliarmos a geração solar por si só (não somente off-grid), temos grande redução de emissão de CO2 no meio ambiente através da geração de energia renovável e limpa quando comparada com o uso de energias ‘não renováveis/limpas’”, complementa.

 

SOLSTÍCIO ENERGIA

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SIGFI da Solstício Energia
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Bruno Lima, da Solstício Energia

Os sistemas fotovoltaicos off-grid são amplamente utilizados no projeto “Luz para todos”, onde os SIGFIs (Sistema Individual de Geração com Fontes Intermitentes) são utilizados como solução pelas distribuidoras de energia para levar energia elétrica para suas áreas mais isoladas. “A Solstício Energia já realizou o projeto e a instalação de 19 SIGFIs para este projeto, trazendo grande conhecimento e experiência para a empresa e energia elétrica para comunidades isoladas de nosso estado”, relata Bruno Lima, diretor comercial da Solstício Energia.

E o controlador é um equipamento chave para esse tipo de sistema. A empresa lembra que em relação ao dimensionamento, para o cálculo de corrente e tensão máximas produzidas pelo sistema, deve-se primeiro definir o arranjo a ser implementado e o painel escolhido. A corrente e tensão máxima gerada pelo arranjo deverá respeitar a sua ligação elétrica.

 

 

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