Em um sistema fotovoltaico, há dois componentes "principais": o módulo fotovoltaico,
que converte a irradiação solar em energia elétrica e o inversor, que converte a corrente
contínua produzida pelos módulos em alternada de tal forma que possa ser conectado
em paralelo com a rede de energia da concessionária, entregando tensões e frequência
iguais a da rede, ou seja, sincronizado com a mesma.
Dependendo do tipo de ligação, projetistas e instaladores têm se valido do uso de
transformadores para realizar a conexão dos inversores com a rede de energia. Mas
quais são esses casos?
Normalmente, inversores trifásicos com potência superior à 15 KW de saída possuem
tensão de 380 V (há algumas exceções). Existe também a conexão de inversores
monofásicos com tensão 220 V em redes monofásicas com tensão de 127 V.
É uma alternativa viável, mas que deve ser executada com muito cuidado, pois
no cotidiano tenho percebido que alguns projetistas e instaladores ignoram (ou
não conhecem mesmo) o funcionamento de determinados equipamentos
elétricos ou mesmo faltam conhecimentos básicos de eletricidade.
O transformador é uma máquina elétrica que basicamente "transporta"
potência de um lado (denominado primário) para outro (denominado
secundário) se valendo de fenômenos eletromagnéticos, determinados pelas
Leis de Faraday e Lenz (não vou entrar em detalhes, quero ir direto ao ponto).
O fato é que para que haja o funcionamento do transformador e ocorra este
"transporte" de energia, é necessário que seja produzido um campo magnético
nas bobinas do mesmo, e esse campo é devido a chamada corrente de
magnetização do transformador.
Com ela, existem também perdas devido à resistência do enrolamento,
conhecidas como perdas no cobre, perdas por histerese no núcleo magnético e
perdas por correntes parasitas no núcleo.
Segundo MAMEDE (2013), estas perdas podem chegar a 8% da corrente de
máxima potência com o transformador operando a vazio.
Por exemplo, para um transformado trifásico de 15 kVA 380/220V, a corrente
no secundário a plena carga seria de I = (15 kVA/(220 V *1,73)) = 39,41A.
Calculando 8% deste valor (pior caso), teremos uma corrente a vazio I0 = 3,15A.
De acordo com MAMEDE (2013), podemos calcular a potência a vazio
consumida pelo transformador como sendo P0 = V1 * I0, onde V1 é a tensão
aplicada no secundário do transformador, no nosso exemplo. Assim, temos P0
= 220V*3,15A*1,73 = 1,2 kVA. Assumindo que o fator de potência seja igual a 1,
teremos uma potência de 1,2 kW sendo consumida pelo secundário.
Calculando a energia consumida em período noturno, estimando-se 10 horas
sem sol, teríamos um valor de E = P * t = 1,2 kW * 10H = 12 kWh. Assumindo
este valor para um mês (30 dias) teremos um total de 360 kWh de perdas em
um sistema fotovoltaico.
Para efeito de exemplo, um sistema fotovoltaico deste porte, na cidade de Belo
Horizonte, gera em média 2713 kWh mensais (teoricamente). Assim, temos
uma perda de mais de 10% da energia apenas no transformador.
Mesmo considerando uma perda conservadora no transformador, da ordem de
2% (de acordo com FITZGERALD (2014)), teríamos uma perda de 90 kWh no
sistema, ou 3,31%. Vale o lembrete que o autor considera esta perda para
transformadores de grande porte (da ordem de MVA de potência).
Numericamente parece "pouco", mas temos que considerar que queremos
gerar energia, e qualquer perda terá um impacto no sistema.
Para sistemas monofásicos o cálculo seria parecido, apenas desconsiderando a
constante 1,73 (raiz de 3) dos cálculos para o sistema trifásico.
Em face destas considerações, é de suma importância prever estas perdas e
evitá-las no sistema.
Uma boa alternativa no caso de sistemas monofásicos 127 V, seria trocar a
entrada de energia da instalação para uma rede 220 V.
Para sistemas de maior porte, o interessante é utilizar mais inversores de
menor potência de tal forma que pudessem ser conectados diretamente à rede
de 220 V.
Para casos de grandes sistemas com potência elevada, onde não há tensões 380
V disponíveis, deve ser previsto um sistema de desconexão do transformador
quando o sistema não gera energia, podendo ser feito um comando simples
com contatores para tal fim.
Por último, mesmo com o sistema operando a plena carga, há de se considerar
que há perdas no transformador e que se não forem levadas em conta,
impactam negativamente no desempenho do sistema.
