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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Curso avançado de projetos de usinas de geração distribuida

Ricardo Alonso – ricardo.alonso77@gmail.com Mobile : +55 19 99558-6041 Skype : ricardo.alonso77

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Curso avançado de projetos de usinas de geração distribuída Ricardo Alonso Atual diretor de suporte técnico e engenharia a nível Latam pela Sungrow Power S.A, porém atuou e dirigiu importantes empresas do setor energia e renováveis com Schneider Electric, Delta Biocombustíveis, Brasil Solair S.A, Brasil Ecodiesel S.A. Responsável pela implantação de mais de 800 projetos solares de micro e minigeração, mais de 12 unidades industriais, além de vários projetos de subestações de energia de EAT/AT/MT/BT. Sungrow - + 1,5GW projetos.

Pós Graduado em Marketing e Comercio Internacional Graduado em Engenharia Elétrica – Eletrotécnica e Eletrônica Técnico em Eletricidade – Eletrotécnica e Eletrônica

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Projeto Ao pensar em um parque fotovoltaico todos os elementos são importantes. Não podemos deixar de analisar cada dispositivo com a máxima atenção, para que nosso projeto possa ser o melhor possível e surpreenda nosso cliente, positivamente. Na arte o engraçado, o inusitado, o excêntrico, o anormal, o bizarro,......o mirabolante, até pode ser explicado por algumas pessoas, mas em engenharia, um projeto tem que entender o que nosso cliente necessita, o que as normas técnicas impõem. Os equipamentos adotados tem que resultar na maior eficiência, em resumo, do inicio ao fim o projeto tem que ter qualidade necessária e atender os padrões estabelecidos. Ricardo Alonso.

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Agenda

1

Dimensionamento do Inversor 02

Tipos de inversores

03

SKIDS – centralizados, descentralizados, eletrocentro

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Projeto 2,693MWp 1.1

Terreno ( topografia plana, levemente inclinado, algumas árvores nativas)

1.2

Conexão a 3km e em 13,8kV

1.3

Estrutura fixa

1.4

Painéis JA 410Wp mono perc – 6570 módulos

1.5

Inversores ???

1.6

Temperatura media 34C – 18 a 42C – 5AM as 7PM

• • • • • • • •

Quais as primícias que devemos considerar? O que temos que levar em consideração para dimensionar nossos arranjos? Que sistemas empregaremos – 1000V, 1500V? Qual o melhor tipo de inversor a ser empregado? Como dimensionamos os inversores? Eletrocentro, distribuído ou concentrado? Que software vamos empregar para certificar nossos cálculos? Quais estudos a concessionária necessita para aprovar? Qual o transformador a ser empregado? Que tipo? Que potencia? Alguma recomendação?

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Projeto 6,65MWp 1.1

Terreno ( topografia plana, levemente inclinado, algumas árvores nativas)

1.2

Conexão a 7km e em 34,5kV

1.3

Estrutura? (tracker ou fixo – o que der o melhor resultado econômico?!)

1.4

Painéis JA 410Wp mono perc – 16.240módulos

1.5

Inversores ???

1.6

Temperatura media 30C – 18 a 42C – 5AM as 7PM

• • • • • • • •

Quais as primícias que devemos considerar? O que temos que levar em consideração para dimensionar nossos arranjos? Que sistemas empregaremos – 1000V, 1500V? Qual o melhor tipo de inversor a ser empregado? Como dimensionamos os inversores? Eletrocentro, distribuído ou concentrado? Que software vamos empregar para certificar nossos cálculos? Quais estudos a concessionária necessita para aprovar? Qual o transformador a ser empregado? Que tipo? Que potencia? Alguma recomendação?

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Agenda

1

Dimensionamento do Inversor 1.1

tipos de terreno / tipo de solo

1.2

tipos de estrutura

1.3

conexão com grid

1.4

tipo de painéis solares

1.5

aterramento e descargas atmosféricas

1.6

sobrecarregamento / temperatura operação

1.7

distribuição corrente contínua e/ou alternada

1.8

escolha do inversor

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.1

com ondulações / rugosidade elevada

1.1.2

árvores e ou sombreamento

1.1.3

próximo a grandes centros

1.1.4

plano inclinado

1.1.5

próximo a região de lagos e ou costeira

1.1.6

regiões flats ou relevo moderado

1.1.7

telhados

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.1

com ondulações / rugosidade elevada

Critérios Projeto

• Pequenos platos, varias orientações

• Eficiência com alto rendimento

• Risco elevado, custo elevado

• Controle individual por rastreamento

• Distribuição eletrica complexa • Instalação complexa / escavação

Critérios do Inversor

• Facilidade em caso da manutenção • Parametrização/ajustes remoto

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.2 árvores e sombreamento

• Eficiência com alto rendimento

Critérios Projeto

• efeito sombra, temperature módulo

• Controle individual por rastreamento

• Licenciamento ambiental complexo

• Facilidade em caso da manutenção

• Limitação da área • Instalação complexa / escavação

Critérios do Inversor

• Redução efeito temperature • Ajustes remoto

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.3

Próximo grandes centros

• Eficiência com alto rendimento

• efeito sombra, temperature modulo FV

• Controle individual por rastreamento?

• silica em suspensão, sujeiras, pássaros • Limitação da área / Acesso pessoas

Critérios Projeto

• Instalação complexa / escavação

• Facilidade em caso da manutenção

Critérios do Inversor

• Parametrização remota • Desligamento remote rápido

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.4

Plano inclinado

Critérios Projeto

• Inclinado e acidentado

• Eficiência com alto rendimento

• Terraplanagem necessária

• Redução LCOE ( ponto de ótimo custo/energia)

• Escavação em nivel

• Distribuição dos combiner box ativos

• Escoamento de aguas • Redução Capex dado aos custos com civil

Critérios do Inversor

• Parametrização/ajuste remote • Contrato manutenção / extensão garantia

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.5

Próximo lagos e ou regiões costeiras

• Indice de Corrosão elevado

• Eficiência com alto rendimento

• Maresia ou nevoa

• Redução LCOE

• Deslocamento dificultado

Critérios Projeto

• Instalação totalmente flat • Redução Capex dado aos custos instalação

Critérios do Inversor

• Distribuição dos combiner box ativos • Parametrização remota

• Alto indice corrosividade / redução temperatura

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.6

terrenos flats ou relevo moderado

• Eficiência com alto rendimento

• Orientação única

• Redução LCOE

• Facil instalação

Critérios Projeto

• Acesso aos inversores ou combiners box

• Grandes platos • Força dos ventos

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Parametrização/ajuste remoto

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo 1.1.7

Telhados ou cobertura

• Possibilidade de sombreamento

• Eficiência com alto rendimento

• Orientação fixa

• Controle de rastreamento independente

• Deslocamento dificultado

Critérios Projeto

• Manutenção em altura • Força dos ventos

• Acesso aos inversores ou combiners box

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Ajuste remote / desligamento rápido

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo

• Arenoso – areia, muito leve e normalmente permeável; • Argiloso – muita água, normalmente encharcado; • Calcário – calcário, muito pobre em matéria orgânica • Franco – areia, argila e material organica (agricultura)

• A resistividade do solo é uma medida de quanto o solo resiste ao fluxo de eletricidade. É um fator crítico na concepção de sistemas que dependem da passagem de corrente através da superfície terrestre. A compreensão da resistividade do solo e a sua variação com a profundidade no solo é necessária para projetar o sistema de aterramento como por exemplo em uma subestação elétrica, encaminhamento de condutores carregados diretamente ao solo ou para condutores de raios/spda.

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1.1 Tipo do terreno / tipo de solo O teste de resistividade do solo é requerido para fins de análise para a projeção de uma malha de aterramento. Somente depois de atestado que o solo está apto para subsidiar uma edificação, que é possível constituir a malha de aterramento sobre o solo com os devidos dados para medição dos eletrodos. Para melhores resultados do teste de resistividade do solo, recomenda-se executar a verificação a partir da área central do terreno, desenvolvendo o teste de resistividade do solo de maneira simétrica e organizada ao longo do terreno e sempre em conformidade com as normas técnicas estabelecidas pelos órgãos competentes. Geralmente, o solo não é homogêneo, e sua resistividade varia com a profundidade. O solo com baixa resistividade é bom para projetar o sistema de aterramento. A resistência depende da composição do solo, umidade, temperatura, etc...

ABNT NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descardas atmosféricas;

ABNT NBR 15751 – Sistemas de aterramento de subestações;

• ABNT NBR 5410 – Instalações elétricas em BT (1kV em CA e 1,5kV em CC); •

ABNT NBR 14039 – Instalações elétricas em MT – 1kV a 36,2kV;

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1.2 Tipo de estrutura 1.2.1

Fixa

1.2.2

Seguidores 1 eixo

1.2.3

Telhado / Estacionamento

1.2.4

Floating

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1.2 Tipo do estrutura

• Posso aumentar o sobrecarregamento CC/CA para quanto? • Posso prender o inversor ou combiner na estrutura?

1.2.1

• Preciso interligar os aterramentos?

fixa

• Manutenção x maior quantidade de paineis?

• Eficiência com alto rendimento

• Orientação unica

• Redução LCOE

• Facil instalação

Critérios Projeto

• Grandes platos, forças dos ventos • Sobrecarregamento CC/CA elevado

• Acesso aos inversores ou combiners box

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Posicionamento inversores e ou combiners

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1.2 Tipo do estrutura 1.2.2

Seguidores 1 eixo

• Eficiência com alto rendimento

• Ganhos médios de 25% em geração

• Elevada sobrecarregamento CC/CA

• Facil instalação

Critérios Projeto

• Grandes platos, estudo de reflaxão - pitch • Sobrecarregamento CC/CA elevado

• Reduzido LCOE

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Posicionamento inversores e ou combiners

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1.2 Tipo do estrutura 1.2.3

Telhado e estacionamentos

• Eficiência com alto rendimento

• Projeto em cobertura / teto

• Elevada sobrecarregamento CC/CA

• Efeito vela / carga de vento

Critérios Projeto

• Manutenção dos equipamentos • Sobrecarregamento CC/CA elevado / TUSD

• Reduzido LCOE

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Posicionamento inversores e ou combiners

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1.2 Tipo do estrutura 1.2.4

floating

• Eficiência com alto rendimento / confiabilidade

• Indices de corrosão

• Elevada sobrecarregamento CC/CA

• Manutenção dos equipamentos

Critérios Projeto

• Alto custo de instalação • Sobrecarregamento CC/CA

• Reduzido LCOE

Critérios do Inversor

• Perdas CC x Perdas CA • Grau C4 ou C5

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1.3 Conexão com o Grid – 1 a 5MW Exigências da Concessionária Elemento de desconexão

sim

Elementeo de Interrupção

sim

Transformador de acoplamento

sim

Proteção de sub e sobretensão

sim

Proteção de sub e sobrefrequencia

sim

Proteção de desequilibrio de potência sim Proteção de desbalanço de tensão

sim

Proteção de sobrecorrente direcional sim Proteção de sobrecorrente restrição V sim Relé de sincronismo

sim

Anti-ilhamento

sim

Estudo de curto circuito

sim

Estudos adicionais justificados

sim

Ensaios

sim

Normas e Regulamentações

Estudos Necessários Curto circuito Proteção Harmonico Inter harmonicos Fluxo de Potência Ilhamento Seletividade e coordenação Estudos de transitorios e subtransitorios( * )

sim sim sim sim sim sim sim sim

ANEEL 482 ANEEL 414 PRODIST 3 ABNT NBR 16.149 ABNT NBR 62.116 ABNT NBR 5410 ABNT NBR 14.039 ABNT NBR 16.690 ABNT NBR 60.439-1 ABNT NBR 5419 IEC 60.364-7-12 IEC 61.000-4-7 IEC 62.548 IEC 61.000.4.7 IEC 81.000.4.30

*podem ser solicitados desde que comprovados tecnicamente .

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1.4 Tipo de painéis solares 1.4.1

policristalino / monocristalino

1.4.2

poli e mono perc

1.4.3

half cell – poli, mono, perc

1.4.4

bifacial

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.1

policristalino / monocristalino

Ao comparamos módulos fotovoltaicos de tecnologia Monocristalinos e Policristalinos de mesma potência (Wp), a diferença entre os níveis de eficiência são quase imperceptíveis. Ao analisamos as fichas técnicas e todo o histórico de geração, notamos que a maior diferença está quando são colocados para testes em melhores condições de trabalho – STC - Standart Test Condition "condições padrão de teste") Sob condições de teste padrão (STC) considera-se irradiância de 1000 W/m², massa absoluta do ar de 1.5 e temperatura da célula à 25°C. Observem que os parâmetros elétricos, em ambos os módulos, sob condições de teste padrão, variam muito pouco entre si. Além disso, as eficiências dos módulos de mesma potência são iguais. Contudo, basta sair das condições de teste padrão para que esses parâmetros se alterem de modo significativo. Podemos constatar esse fato observando o mesmo datasheet, através dos dados obtidos em condições de temperatura nominal de operação do módulo (NMOT).

• Atenção com as irradiações spots – temos picos no Brasil acima de 1300W/m²

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.1

policristalino / monocristalino Ex.: Painel 350Wp@25C Vmp = 38,1Vcc Imp = 9,21A Voc = 46,2V Isc = 9,79A Inversor Pnom.125kW@50C sobrecarregamento 50% (ou mais!!!) Isc = 240A Vmax PV = 1500V Vmpp = 860-1450V - Pto de ótimo – 1150Vcc Imax entrada = 148A Número módulos em série = 1500/46,2 = 32módulos (corrigir mínima temperatura local – 0 a 15C) Número entradas em paralelo = Isc inv / (Isc mod x k) = 240/(9,79*1,25) = 19,61 Portanto = 19 entradas x 30módulos = 199,5kWp Clipping = 148A*1150Vcc = 170,2kWp

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.2

poli / mono perc

A tecnologia PERC, desenvolvida pela da Meyer Burger, é uma tecnologia de revestimento para células de Silício Cristalino que aumenta consideravelmente a eficiência delas. No caso de células de Silício Mono-Cristalino a eficiências chega a passar de 20%. O recorde da SolarWorld, umas das grandes fabricantes mundiais de painel solar, é de 22,13% para células MB PERC. Para se fabricar células fotovoltaicas PERC (Passivated Emitter Rear Cell) é necessário fazer um upgrade na linha de produção adicionando-se algumas etapas a mais no processo.

• Maior rendimento pela melhor absorção de irradição difusa – manhas e trades e dias nublados

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.2

poli / mono perc Ex.: Painel 370Wp@25C Vmp = 40Vcc Imp = 9,26A Voc = 47,4V Isc = 9,83A Inversor Pnom.125kW@50C sobrecarregamento 50% (ou mais!!!) Isc = 240A Vmax PV = 1500V Vmpp = 860-1450V - Pto de ótimo – 1150Vcc Imax entrada = 148A Número de módulos em série = 1500/47,2 = 31módulos (corrigir mínima temperatura local – 0 a 15C) Número de entradas em paralelo = Isc inv / (Isc mod x k) = 240/(9,83*1,25) = 19,53 Portanto = 19 entradas x 30módulos x 370Wp = 210,9kWp Clipping = 148A*1150Vcc = 170,2kWp

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.3

Bifacial A tecnologia bifacial tem a parte posterior do módulo também ativa e assim os painéis solares são capazes de captar e transformar a energia pela parte frontal e posterior do módulo. A maior geração esta diretamente ligada ao tipo do solo, a perfeita montagem e ainda possuem a mais baixa taxa de degradação dentre os módulos solares e assim sendo, avaliando a taxa de retorno a longo prazo os ganhos são significativos. Os painéis solares fotovoltaicos bifaciais existentes no mercado podem produzir até 36% (estudo universidade federal do Arizona) a mais de eletricidade do que um módulo monofacial equivalente, em certos ambientes, taxa de albedo e temperatura.

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.3

bifacial

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.3

bifacial

Ex.: Painel 385Wp@25C – ganho 25% Vmp = 40,43Vcc Imp = 11,90A Voc = 49,21V Isc = 12,61A Inversor Pnom.125kW@50C Isc = 240A Vmax PV = 1500V Vmpp = 860-1450V Imax entrada = 148A

Inversor Pnom.250kW@30C Isc por MPPT = 50A n. MPPT = 12 Vmax PV = 1500V Vmpp = 860-1450V Imax entrada = 26A

Cuidados especiais: ➢ Voc do inversor (alguns modelos 1100/1550Vcc) ➢ Imax do inversor (alguns modelos por MPPT) ➢ Isc do inversor (por MPPT) ➢ Irradiancia global local (regiões acima de 1300W/m²) ➢ Temperatura local (ambiente acima de 42C, porém temos que levar em consideração o entorno e assim desclassificar a geração energia)

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1.4 Tipo de paineis solares 1.4.3

bifacial

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Influência na escolha do inversor A tensão Voc e Vmp tem pouca influência devido à bifacialidade. A corrente Isc e Imp crescem (aprox.) de forma linear com a luz traseira absorvida (portanto, Albedo). A bifacialidade tem influência na temperatura de operação do módulo (ao se comparar Vidro-Vidro e Vidro-backsheet idênticos). Isto se deve a maior corrente e maior absorção de luz.

Dimensionamento do Inversor Dimensionar o sistema já com o ganho bifacial em mente. Devido ao novo Sobrecarregamento, a simples substituição de um módulo monofacial por um bifacial pode aumentar demasiadamente o Clipping Loss. Devido ao ganho é possível reduzir o número de módulos mantendo o mesmo Sobrecarregamento e o mesmo Clipping loss. Ou seja, o instalador tem duas opções para manter o mesmo Clipping Loss– diminuir o número de módulos ou aumentar a potência AC do sistema.

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1.4 Tipo de painéis solares 1.4.4

Tecnologia half cell – mono ou poli perc

A tecnologia “half cell” já é uma tendência mundial de mercado, pois ao cortar a célula ao meio, amenizamos o maior inimigo dos painéis solares que é a degradação pelo efeito de temperatura, uma vez que com a menor corrente da célula, temos também menor efeito da temperatura. O diferencial deste painel é que além de possuir a tecnologia de silício monocristalino ele também conta com duas tecnologias inovadoras no mercado de energia solar, a tecnologia HALF-CELL que oferece um menor coeficiente de temperatura, menos perda de potência na conexão das células e maior tolerância ao sombreamento, a tecnologia PERC oferece um aumento de desempenho no período da manhã, final da tarde e em dias nublados, aumentando a produção de energia do painel e a produção global do sistema. Na célula solar tradicional, parte da luz solar sai ou e absorvida pela parte posterior da célula, por isto é desperdiçada. Na célula PERC, parte dessa radiação que foi perdida na célula padrão é recuperada graças a uma camada isolante especial localizada entre o silício e a camada posterior de alumínio.

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1.4 Tipo de painéis solares 1.4.4

Tecnologia half cell – mono ou poli perc

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1.4 Tipo de painéis solares 1.4.4

Tecnologia half cell – mono ou poli perc

Ex.: Painel 410Wp@25C Vmp = 41,88Vcc Imp = 9,79A Voc = 50,12V@25ºC 52,18V@10ºC Isc = 10,45A

Inversor 1000Vcc = 19,17 = 19 módulos Inversor 1100Vcc = 21,08 = 21 módulos Inversor 1500Vcc = 28,74 = 28 módulos Inversor 1550Vcc = 29,70 = 29 módulos

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1.5 Aterramento e descargas atmosféricas – ABNT NBR 5419 / 5410 / 14039 Para-raios a função básica de um para-raios é conduzir a descarga elétrica até a terra, criando um caminho preferencial para a passagem da descarga “atraindo” o raio, e assim protegendo a UFV. Os para-raios consegue fechar a corrente e direcioná-la por um caminho seguro. Protetores de surto Os DPS (Dispositivos de proteção contra surtos) ou descarregadores de sobre tensão, têm o papel de desviar a grande quantidade de energia das correntes captadas pelos para-raios, reduzindo o pico de tensão nos terminais dos equipamentos. Eles devem ser instalados próximos do inversor ou preferencialmente nos inversores e nos combiner box e nos painéis BT e nos painéis MT/Subestação. Rede de terra ou Malhas de aterramento As redes de terra são fundamentais nos sistemas de proteção contra descargas visando a dissipação de energia na terra de forma rápida. Em um projeto FV, a malha de aterramento é o primeiro elemento construído e todos os equipamentos interligados à ela, tornando o sistema equipotencializado. Todos os sistemas metálicos não energizados devem ser conectados ao sistema de aterramento, uma vez que a vida útil projetada dos sistemas FV são de 25anos, além da proteção a vida humana.

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1.6 Sobre carregamento / Temperatura de operação Sobrecarregamento Talvez esse seja o principal “tabu” a ser entendido pelos investidores e alguns projetistas.

Quando um fabricante de inversor declara que o inversor é capaz de suportar 10, 20, 30 ou até 60% de sobre carregamento CC, com relação a potencia CA, ele esta afirmando que a energia que chega aos terminais do inversor no lado de corrente continua, pode ter a relação 1,1 a 1,6 vezes a potencia de saída CA pela entrada CC. Ex.: Relação CC/CA de até 1,3vezes para um inversor de 100kVA – Entrada CC máxima de 130kW – “TERMINAIS”.

Embora não tenhamos uma normatização ABNT NBR, os bons fabricantes de inversores fotovoltaicos internacionais, projetam seus equipamentos de forma a suportar uma quantidade de sobre carregamento muito maior que os valores declarados, no entanto precisamos sempre verificar o valor de “clipping energy ou saturação de potencia” que os inversores possuem. Na pratica, de nada adianta ter uma quantidade enorme de sobre carregamento mesmo que o inversor suporte, quando o mesmo limita a potencia de saída CA não produzindo seja potencia aparente (S = VA) maior ou potencia ativa (P=W). Um inversor opera sempre desde que respeitemos os limites de máxima corrente e máxima tensão. • Quantas horas posso operar em sobrecarregamento de 25, 30, 45, 50% CC/CA? • Perco a garantia em operar com 40% e com tracker?

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1.6 Sobre carregamento / Temperatura de operação Sobrecarregamento Vmp = 39,8Vcc Imp = 11,93A Voc = 47,2V Isc = 12,68A Pmodulo = 380Wp Série – 30módulos N. Entradas – 16 CC/CA ratio – 1,46 (+46%) Vmp máx. – 30x40 = 1200Vcc Imp máx. – 12,68x16 = 203A

1200 < 1450 [Vcc] 203 < 240 [A] Operação máxima – vida útil projetada do equipamento. • Quantas horas posso operar em sobrecarregamento de 25, 30, 45, 50% CC/CA? • Perco a garantia em operar com 40% e com tracker?

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Temperatura de operação A maioria dos fabricantes de inversores são claros e transparentes com relação a esse critério, porém recomendo sempre cruzar as informações da apresentação de marketing com o manual técnico e datasheet do equipamento, uma vez que alguns fabricantes declaram a temperatura de operação como sendo a temperatura máxima de operação do equipamento e não a temperatura ambiente. Um equivoco normal é somente atentarmos a temperatura de operação dos inversores que em quase 100% dos fabricantes será de -25C a 60C, porem temos que verificar se temos desclassificação ou não. Por exemplo: Inversor de 185kW de um fabricante – esse valor é a temperatura de 30C ambiente. Esse mesmo inversor é informado como sendo - 175kW a 40C, Imax. de 126,3A x 800V - 168kW a 45C, Imax. de 121,3A x 800V - 150kW a 50C, Imax. de 108,3A x 800V Esses dados, o sobrecarregamento CC/CA e a curva de rendimento, devem estar sempre corretamente carregadas no Software de simulação, caso venha empregar, por exemplo – PVsyst, arquivo OND.

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 1 – Inversor 185kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 2 – Inversor 175kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 2 – Inversor 175kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 3 – Inversor 125kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 4 – Inversor 150kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 5 Inversor 125kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 6 Inversor 250kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 7 Inversor 110kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 8 Inversor 100kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 9 Inversor 160kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 10 – Inversor 1250kW

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1.6 Sobrecarregamento / Temperatura de operação Alguns Exemplos: Fabricante 11 – Inversor 2500 / 3600kW

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LCOE / SOBRECARREGAMENTO , inversor 1 MPPT Definições: LCOE: vem do inglês Levelized Cost of Electricity, ou “Custo Nivelado da Energia” que na pratica é a somatória de todos os custos ao longo da vida útil dos sistema, incluindo investimento e custo de operação e tudo dividido pela energia elétrica produzida ao longo da vida útil do sistema. O menor LCOE é o que um bom projetista deve sempre buscar em seus projetos. Sobrecarregamento máximo: esta diretamente ligado ao inversor elétrico e ao tipo de módulo FV a ser empregado (potencia e tecnologia). Alguns fabricantes indicam em seus manuais, porém sempre podemos calcular empregando a seguinte formula matemática derivada das normas UL. Nota: Sempre observar os valores de máxima tensão e máxima corrente CC, devidamente corrigida a mínima temperatura. Atentar que os dados que os fabricantes fornecem são para os valores nos terminais dos inversores. Na duvida, solicite as curvas de energia, PxQ e os testes dos equipamentos ao fabricante.

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LCOE / SOBRECARREGAMENTO , inversor 1 MPPT Calculo String – Inversor 1500V e Tmin=15C Painel 410Wp / JA Voc = 50,12 @ 25C ou 51,49V @ 15C Vmp = 41,88 V Isc = 10,45 T Voc = -0,272%/C

N. Painéis (string) = 1500/51,49 = 29,13 módulos N. Inputs (inversor 1 MPPT) = Isc/(Isc modulo + 25%) = 240/(10,45*1,25) = 18,37

Portanto quantidade máxima de módulos = 29 em serie por 18 entradas. Note que essa relação não altera os índices máximos de Tensão e Corrente do inversor Potencia por String = 29*410 = 11.890W Potencia máxima DC = 11.890*18 = 214.020Wp (Relação CC/CA = 1,71)

Dados para um inversor Sungrow tipo SG 125-HV

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LCOE / SOBRECARREGAMENTO , inversor 12 MPPT Calculo String – Inversor 1500V e Tmin=15C Painel 410Wp / JA Voc = 50,12 @ 25C ou 51,49V @ 15C Vmp = 41,88 V Isc = 10,45 T Voc = -0,272%/C

N. Painéis (string) = 1500/51,49 = 29,13 módulos N. Inputs máximo = 12 x 2 = 24 entradas

Portanto quantidade máxima de módulos = 29 em serie por 24 entradas, porém esse inversor permite 3 entradas string por MPPT. Note que essa relação não altera os índices máximos de Tensão e Corrente do inversor Potencia por String = 29*410 = 11.890W Potencia máxima DC = 11.890*24 = 285.360Wp (Relação CC/CA = 1,15) Potencia máxima DC = 11.890*36 = 428.040Wp (Relação CC/CA = 1,71)

Dados para um inversor Sungrow tipo SG 250-HX

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Elevada relação CC/CA , Baixo LCOE, inversor 125.000Wac LCOE baixo com auxilio do sobrecarregamento LCOE =

CAPEX+ OPEX– Residual Energia Gerada

LCOE

Minimo LCOE

Maior qtde. CC, IGBT margem voltagem

Painel

Paineis /String

CB/In String/CB

verso r

Total CC Wp

CC/CA

410

29

16

14

166.460

1.33

410

29

16

15

178.350

1.42

410

29

16

16

190.240

1.52

410

29

20

17

202.130

1.61

410

29

20

18

214.020

1,71

CC/CA relação

• Padrão de 16 entradas CB, máximo de 18 entradas CC,

• O ponto ótimo da relação CC/CA,

na estrutura de custos

buscando o ponto de relação ótima; • IGBT tem que suportar a elevada faixa CC/CA;

13 56

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Sistema FV integrado de 2MW em eletrocentro (Concentrador dados)

Local SCADA

Combiner box ou String box

FV = 410Wp String 29m 11.890Wp

Combiner Box 15 entradas CC 178.350Wp

Detecção V, I por string

1,2%

Monitoramento

2000kVA FP=0,95

Perdas CC Strings FV

Scada Nuvem

Máximo

Concessionária

Eletrocentro = 2MW

Eletrocentro 15 entradas CC 2.675.250Wp CC/CA = 1,34 Detecção V, I por entrada

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada • Bloco típico 2,5MWca com sobrecarregamento 40% Distribuição em CA

CC

RS485

CA

Monitoring Box

Internet

Monitoramento Remoto

Local SCADA

600V

PPC

Operador Sistema

13 a 34.5kV 20 x 125kVA

FV Strings FV = 410Wp String 29m 11.890Wp

Inversor 125kW 20 unidades Combiner Box 15 entradas CC 178.350Wp

Perdas CA 0,80% Painel BT

Trafo MT/BT

Rede

Entrada Trafo – perdas CA 20 x 124kVA = 2480kVA (1kVA se perde no percurso CA cabos)

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada • Bloco típico 2,5MWca com sobrecarregamento 40% Distribuição em CA

CC

RS485

CA

Monitoring Box

Internet

Monitoramento Remoto

Local SCADA FV Strings PPC Perdas CC 0,75%

Operador Sistema

13 a 34.5kV Perdas CA 0,80%

FV Strings

Inversor 125kW 20 unidades

FV = 410Wp String 29m 11.890Wp

Combiner Box 15 entradas CC 177.000Wp

Painel BT

Trafo MT/BT

Rede

Entrada Trafo – perdas CA 20 x 124kVA = 2480kVA (1kVA se perde no percurso CA cabos)

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada • Bloco típico 2,5MWca com sobrecarregamento 40% Distribuição em CC com Skid ou Eletrocentro

CC

RS485

CA

Monitoring Box

Internet

Monitoramento Remoto

600-690V

Local SCADA

PPC

Operador Sistema

13 a 34.5kV

FV Strings

Combiner CC 20 unidades

FV = 410Wp String 29mod. 11.890Wp

Combiner Box 15 entradas CC 178.350Wp

Inversor 125kW 20 unidades

Painel BT

Trafo MT/BT

Rede

Skid (Inversores+PBT+Trafo) 20 x 125kVA = 2500kVA (perda CA skid 0,07%)

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada • Bloco típico 5MWca

DC

Local SCADA

AC

Sistema Nuvem

comunicação

Monitorament o Remoto

1000 a 2500kVA

10-35kV

FV Strings

Combiner CC 40 unidades

FV = 410Wp String 29mod. 11.890Wp

Combiner Box 15 entradas CC 178.350Wp

1000 a 2500kVA

Trafo 5MW MT/BT

Concessionaria

Skid (Inversores+PBT+Trafo) 5 x 1000kVA = 5000kVA ou 2 x 2500kVA (perda CA skid 0,07%)

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada • Bloco típico 2,5MWca com sobrecarregamento 40% Distribuição em CA

CA

CC

FV Strings

Internet

Perdas 3,75kW

Perdas Gerador CC Temperatura - 7,60% Sombreamento - 1% LID – 1,1% Mismatch -1% Irradiancia – 0,5% Sujeira – 2,5% Perdas cabos CC – 0,75%

RS485

String – 11,89kWp 15Str – 178,35kWp

Perdas Ger. 23,3kW 125kW

137,25kWp

Perdas Degradação (15a) 17,8kW

Total – 14,45% Perdas CC 0,75%

13 a 34.5kV Perdas CA 0,80%

FV = 410Wp String 29m 11.890Wp

Combiner Box 15 entradas CC 178.350Wp

Painel BT

Trafo MT/BT

Rede

Entrada Trafo – perdas CA 20 x 124kVA = 2480kVA (1kVA se perde no percurso CA cabos)

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada Distribuição em CA Perdas 3,75kW String – 11,89kWp 16Str – 178,35kWp

Perdas 23,3kW

Perdas 15anos 17,8kW

Perdas 1kW

137,25kWp

Perdas 15anos 17,8kW

Painel BT

125kW

Rede

Trafo MT/BT

124kW por inversor

Distribuição em CC

String – 11,89kWp 16Str – 178,35kWp

13 a 34.5kV

Perdas 3,75kW

Perdas 23,3kW

Perdas 0,7kW

136,5kWp

Perdas 0.1kW

125kW

13 a 34.5kV

Painel BT

Trafo MT/BT

Rede

125kW por inversor

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada Exemplo de instalação GD – 4,5MWac • Ressalto além das resoluções da ANEEL, NT, estudos de proteção e demais cálculos, as recomendações da NBR 5410 para o quesito de cabos energizados e enterrados com ou sem eletrodutos

• NBR 5410 NBR 11301

Por questão de não cópia, não estaremos transcrevendo a Norma Técnica citada, porém recomendo a leitura e a perfeita compreensão da mesma, evitando assim no que chamamos de riscos velados de engenharia. Para o uso de condutores isolados os mesmos são possíveis desde que atendidas as condições estabelecidas nessa mesma norma técnica; Para cabos diretamente enterrados sem proteção mecânica adicional os mesmos são possíveis, desde que esses cabos sejam providos de armação. Em caso de necessidade, consultar também a ABNT NBR 11301.

Em resumo: Para utiliza de condutores energizados em CA, os mesmos não devem ter cruzamento entre eles ou trifólios. “D” é o diâmetro externo do cabo, no caso de cabo multipolar. No caso de cabos unipolares ou condutores isolados, distinguem-se duas situações: – três cabos unipolares (ou condutores isolados) dispostos em trifólio: De deve ser tomado igual a 2,2 vezes o diâmetro do cabo unipolar ou condutor isolado; – três cabos unipolares (ou condutores isolados) agrupados num mesmo plano: De deve ser tomado igual a 3 vezes o diâmetro do cabo unipolar ou condutor isolado.

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.7 Distribuição em corrente continua / corrente alternada Instalação em CA D=18mm

D=18mm

0,7m

3D=54mm

2,2D=40mm

Instalação em CC D=18mm

0,7m

Atenção a classe de tensão dos cabos – nominal e de isolamento;

Atenção a queda de tensão máxima admissível – fontes de geração!

Profundidade da canaleta conforme ABNT NBR 5410

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Instalação GD Classica de 1 a 5MWac – 1,2 a 7MWp – Fixo ou Móvel

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Distribuição dos inversores string ao longo da planta FV / ponto de conexão

Inversores descentralizados Cabos enterrados Distribuição CA Instalação ao tempo

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Distribuição dos inversores string ao longo da planta FV / ponto de conexão

• Varias fontes de geração CC/CA ao longo da Planta; 1- diferentes comprimentos de cabos? 2- diferentes resistividade dos cabos? 3- diferentes impedâncias?

9 19

8 6

• Conexão entre o gerador e painel BT/Transformador– 3 fios energizados;

20

7 1 0

1 1

5

21

23

1 2

4

15

Normalmente usaremos cabos de classe 1,8/3kV – atenção aos terminais dispositivos de proteção e isolamento– nível de isolamento especial;

• As distâncias podem variar de X, onde é a distancia entre o inversor 8 e fonte de

16

conexão e 10X, onde é a distancia entre a conexão do inversor 1 ao transformador;

17

1

da NBR 5410 e ainda mais no tocante a cabos enterrados e cruzamento de cabos – distancias e necessidades para cruzamentos;

• Tensão de alimentação em CA – normalmente 800Vca ou 900Vca tensão nominal. 25

14

2

22 24

1 3 3

• Recomendações

18

• Painel de baixa tensão deve a NBR IEC 60.439-1 – Quadros Elétricos;

Ponto de conexão / Transformação

• Normalmente

padronizamos os cabos em 2 bitolas senão 1. A fim de evitar correntes parasitas / harmonicas, calcular o casamento de impedância;

Fonte de Geração CC/CA - Inversor

• Dispositivo de proteção CA normalmente esta remoto o que dificulta a manutenção

Cabos 1,8/3kV em corrente alternada

quando necessário isolamento;

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

Distribuição dos inversores string ao longo da planta FV / ponto de conexão

• Uso de trackers e sobrecarregamento CC/CA acima de 35% faz com que o ponto de trabalho dos inversores seja praticamente a plena carga; 9

6

Verficar se os tracker possibilitam a instalação dos inversores abaixo dos módulos – dimensão e peso;

1 9

8

2 0

7 1 0

1 1

5

1

25

1 4

2

1 5

1 6

2 2 2 4

1 3 3

acima de 35oC de temperatura ambiente ;

2 3

1 2

4

•Inversores ao tempo ou cobertos - A maioria dos inversores tem desclassificação

2 1

1 7

•Verificar o ponto de tomada de ar dos inversores – por baixo, por cima – laterais?; • Inversores nas ruas de passagem -

os mesmos ficam expostos a sol e irradiação solar. Na maioria dos casos são fabricados em ferro / alumínio e assim ambos materiais absorvem temperatura e aumentam a desclassificação de energia – Não é raro encontrarmos inversores com até 70oC na carcaça – verificar desclassificação;

• Considerar os efeitos de refração dos módulos solares ou não? Se sim– aumento

1 8

temperatura do inversor – verificar desclassificação;

Ponto de conexão / Transformação

• Manutenções

noturna – Preparação iluminação, apoios, etc. Lembrar que um inversor pode pesar de 70kg e alguns casos até 130kg;

Fonte de Geração CC/CA - Inversor Cabos 1,8/3kV em corrente alternada

• Descargas atmosféricas / DPS / Fusíveis – troca dificultada – Proteção!;

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Virtual Central aumento de rendimento Virtual Central

Alto CC/CA e alto indices de compensação

• menor perda potência • baixa potência compensadas

• distribuição CC • menor quantidade de Cabos

50MW

PV@ STC

~50MW

PV out Inverter out Power@ PCC

• livre de correntes parasitas e harmônicas • O&M concentrado

Traditional Distributed • elevadas perdas CA • possivel formação de correntes parasitas …

• dificuldade nas instalaçoes com distribuição AC

PV@ STC

50MW

CA não pode ser compensado

<50MW

PV out Inverter out Power@ PCC

• O&M dificuldado • verificar geração de energia 70

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70


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Comparativo técnico & financeiro Temperatura 45C Temperatura 37,5C

Temperatura 30C Planta 5000kW, inversor

Potencia CC Solução Distr. Wp Perdas CC

Solução Virtual Perdas CC

Inversor 1

Inversor 2

Inversor 3

168

225

125

5.000

176,5

237,5

125

ano 1

7.008.000

6.075.936

6.026.880

1,2152

1,2054

185

250

125

ano 2

6.972.960

6.045.556

5.996.746

1,2091

1,1993

185kW

250kW

125kW

ano 3

6.938.095

6.015.329

5.966.762

1,2031

1,1934

ano 4

6.903.405

5.985.252

5.936.928

1,1971

1,1874

Planta CC - 7.008kWp

Solução Distr. Solução Virtual CC/CA relação CC/CA relação

ano 5

6.868.888

5.955.326

5.907.243

1,1911

1,1814

Solução Descentralizada

sim

sim

não

ano 6

6.834.543

5.925.549

5.877.707

1,1851

1,1755

Solução Virtual Central

não

não

sim

ano 7

6.800.371

5.895.921

5.848.319

1,1792

1,1697

Quantidade disjuntores

27

20

40

ano 8

6.766.369

5.866.442

5.819.077

1,1733

1,1638

Quantidade circuitos CC

640

640

640

Quantidade circuitos CA

27

20

Quantidade cabos 1,8kV

81

Potência 37,5C total kW Potencia CA até trafo

ano 9

6.732.537

5.837.109

5.789.982

1,1674

1,1580

ano 10

6.698.874

5.807.924

5.761.032

1,1616

1,1522

40

ano 11

6.665.380

5.778.884

5.732.227

1,1558

1,1464

60

80

ano 12

6.632.053

5.749.990

5.703.565

1,1500

1,1407

4.766

4.750

5.000

ano 13

6.598.893

5.721.240

5.675.048

1,1442

1,1350

4732,1415

4721,5

4997

ano 14

6.565.898

5.692.634

5.646.672

1,1385

1,1293

ano 15

6.533.069

5.664.171

5.618.439

1,1328

1,1237

Valor Energia médio - R$ 450,00

4.424.552.303 4.422.602.500 4.572.195.000

ano 16

6.500.403

5.635.850

5.590.347

1,1272

1,1181

Diferença ano geração x CC

-147.642.698

ano 17

6.467.901

5.607.670

5.562.395

1,1215

1,1125

ano 18

6.435.562

5.579.632

5.534.583

1,1159

1,1069

ano 19

6.403.384

5.551.734

5.506.910

1,1103

1,1014

-149.592.500

0

Painel FV [Wp]

365

Tracker 1 eixo

sim

ano 20

6.371.367

5.523.975

5.479.376

1,1048

1,0959

Sobrecarregamento CC

40%

ano 21

6.339.510

5.496.355

5.451.979

1,0993

1,0904

Valor energia médio [R$]

425

ano 22

6.307.813

5.468.874

5.424.719

1,0938

1,0849

ano 23

6.276.274

5.441.529

5.397.595

1,0883

1,0795

ano 24

6.244.892

5.414.322

5.370.607

1,0829

1,0741

ano 25

6.213.668

5.387.250

5.343.754

1,0774

1,0688

Quantidade horas ano

2200

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Inversores solares para usinas solares – Ricardo Alonso

1.8 – Escolha do inversor • 5MWac solução recomendada de 1 a 7,5MWac

Sistema String – Geração Distribuida

Power Plant Controller

PPC

Concentrador

Local & remoto SCADA

Modulo FV Tracker SG250HX

• Todos paineis até bifacial • Tomada auxiliary para tracker

Rede

Transformador

• 12 MPPT

• Comunicação

• Local SCADA

• Entrada CC 13A, 250kW

• Cable fibra óptica

• Remoto SCADA

• Compativel CC 2-em-1

Integrated MV station

• PPC-Power plant controller

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1.8 Escolha do inversor Sistema String – Geração Centralizada Arranjo flexivel de 1 to 5MW Bloco típico 2,5MW • • • • • •

Monitoramento Remoto

20 un SG125HV 20 un Combiner Box 2.5MVA MT/BT Transformador Caixa monitoramento Monitoramento Local/Remoto Power plant controller (PPC)

RS485

Concentrador dados

Monitoramento Local Powe r Plant Contr oller

PPC

Operador Sistema

15-36kV

String FV

Combiner BOX

Inversor

Subestação Transformação

Rede CC CA

Dado s

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Agenda

2

Tipo de Inversores 2.1

Central

2.2

String multiplo MPPT

2.3

String 1 MPPT

2.4

Híbridos

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2.1 Inversor Central ✓ 1500Vcc, Subestação turnkey com MV e transformador ✓ Montagem em Skids / Container até blocos 12,5MVA ✓ Compatível com todos os grids, America, Europa, Asia….

Alto rendimento

O&M simplificado

Redução custo de instalação

Suporte Rede

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GAMA DE PRODUTOS O inversor central por um conceito de projeto, possui varias entradas em corrente continua, porem somente 1 MPPT – possui diversos fabricantes e tecnologias com tecnologia de 2 a 3 níveis de chaveamento. Inversor Central de 1000 ou 1500Vdc : • até 5000kW de potência • 99% máxima eficiência • solução plug in play • Elevado nível de integração

Faixa de potecia encontrada no Mercado – FP = 1: 125kW, 150kW, 500kW, 630kW, 1000kW, 1250kW, 1500kW, 1678kW, 1800kW, 2000kW, 2250kW, 2500kW, 2800kW, 3000kW, 3125kW, 3437kW, 4000kW, 5000kW ou várias outras potência com múltiplas máquinas.

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Ampla faixa de operação com elevadas temperatura Sem desclassificação até 50℃ ◼ Ventiladores de velocidade controlada em execução na zona de baixa temperatura, longa vida útil, baixo consumo de energia ◼ Calor exaurido diretamente através de dutos de ar Minimizar o aumento da temperatura interna devido a resfriamento eficiente

Hot Air

Fan Air Cool

Alguns inversores produzem mais energia em baixas temperarturas – normalmente dimensionados para operar a 50C ambiente

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Curva P x Q Uma das características de um inversor central e poder gerar maior potencia aparente, dependendo do nível de tensão CA da rede, ou seja, maior produção de P e Q.

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Combiner Box-PVS (com monitoramento) ▪ Precisão de monitoramento 0.5% ▪ Diagnóstico inteligente de falha ▪ Status DPS, temperatura, monitoramento de seccionador geral ▪ seguro, fusíveis conforme IEC60269 ▪ Até 24 entradas string (16,20,24) ▪ Opção com strings duplos ▪ Max 400mm2 de cabos de saída (padrão aluminio ou cobre)

Diagnóstico de falhas 79

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2.2 Inversor Multiplos MPPT

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2.2 Inversor Multiplos MPPT O que significa MPPT ou SPMP? MPPT do inglês ”maximum power point tracker”, porém no bom português SPMP “seguidor do ponto de máxima potência”. É uma nova tecnologia presente nos inversores para aumentar a eficiência energética do sistema fotovoltaico – painéis FV, impedância de interligação, inversores FV e rede. Como temos constantes variações de radiação solar, os painéis FV apresentam características elétricas não lineares de tensão versus corrente, assim os inversores tendem a se aproximar da área de máxima potencia, em cada momento do dia e isso depende sempre: 1. Radiação solar que chega célula FV; e 2. Temperatura da célula solar

Em cada instante da variação da radiação solar, existe apenas um ponto de máxima potência, vez que a radiação solar varia durante o dia e dessa forma temos que fazer através do inversor a transferência da máxima potencia elétrica produzida nos painéis FV, ao sistema.

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2.2 Inversor Multiplos MPPT

Fig. 1

A Figura (Fig.1) acima mostra o resultado da atuação de um sistema de MPPT sobre a tensão de entrada do inversor, que é a tensão fornecida pelo arranjo fotovoltaico. Conforme as condições da variação da radiação solar, fato verificado pelas variações da corrente fotovoltaica ao longo do tempo, a tensão dos módulos é ajustada automaticamente pelo sistema de MPPT. A corrente resultante na saída do inversor é modulada de acordo com a condição da radiação solar e com a atuação do MPPT.

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2.2 Inversor Multiplos MPPT Por que múltiplos MPPT? Simples. Para aumentar o rendimento da máquina na busca da máxima eficiência e rendimento. Algumas instalações possuem descasamento de tensão e diferentes obstáculos a perfeita captação de energia pelos painéis solares e assim os otimizadores e os múltiplos MPPT tendem atenuar. Entender-se por obstáculos – diferentes impedância, elementos que produzam sombreamento, diferentes inclinações, terrenos com elevada rugosidade, elevada formação de nuvens, quantidade de pássaros e aves, poluição urbana e industrial.....

Algoritmo MPPT (alguns fabricantes) - de acordo com o algoritmo de P&O (perturbação e observação) convencional, a eficiência dinâmica do MPPT é baixa e, portanto, o algoritmo de perturbação da comparação da histerese (algoritmo de comparação de três pontos) foi desenvolvido, o que pode reduzir os equívocos causados no processo dinâmico, melhorar a eficiência dinâmica, e acelerar a velocidade do seguidor de máxima potencia.

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2.2 Inversor Multiplos MPPT No algoritmo P&O convencional, a tensão de saída dos módulos fotovoltaicos são perturbadas, de modo a alterar a corrente de saída e podemos assim observar as mudanças de energia, determinando assim a direção perturbada (continuar a aumentar ou diminuir a tensão). O algoritmo tem falhas inerentes que a oscilação ocorrida em torno do MPP (perturbação contínua), e o seguimento mais lento quando as mudanças MPP devido à mudança rápida na radiação solar.

O algoritmo MPPT de três pontos usado por alguns fabricantes, é uma grande melhoria do algoritmo P&O convencional. Três pontos diferentes na curva P-V são usados para comparação, e os efeitos de direção e oscilações agora são comparados em múltiplos pontos e, desta forma, torna-se mais eficiente é mais preciso. Além disso, sem rastreamento cego, o erro pode ser evitado, quando a condição ambiental, nuvens, poluição, muda muito.

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2.2 Inversor Multiplos MPPT No algoritmo P&O convencional, a tensão de saída dos módulos fotovoltaicos são perturbadas, de modo a alterar a corrente de saída e podemos assim observar as mudanças de energia, determinando assim a direção perturbada (continuar a aumentar ou diminuir a tensão). O algoritmo tem falhas inerentes que a oscilação ocorrida em torno do MPP (perturbação contínua), e o seguimento mais lento quando as mudanças MPP devido à mudança rápida na radiação solar.

O algoritmo MPPT de três pontos usado por alguns fabricantes, é uma grande melhoria do algoritmo P&O convencional. Três pontos diferentes na curva P-V são usados para comparação, e os efeitos de direção e oscilações agora são comparados em múltiplos pontos e, desta forma, torna-se mais eficiente é mais preciso. Além disso, sem rastreamento cego, o erro pode ser evitado, quando a condição ambiental, nuvens, poluição, muda muito. Fig. 2

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2.2 Inversor Multiplos MPPT a) Quando o ponto b está na extrema esquerda do ponto de potência máxima U_max, o ponto c também está à esquerda do U_max, como mostrado na Fig. 3 (a). b) Quando o ponto b está na vizinhança de U_max, o ponto c obtido aumentando a etapa ∆ U está à direita de U_max, como mostrado na Fig. 3 (b). c) Quando o ponto b está à direita de U_max, o ponto a obtido diminuindo a etapa ∆ U também está à direita de U_max, como mostrado na Fig. 3 (c).

Fig. 3 (a).

Fig. 3 (b).

Fig. 3 (c).

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Bloco típico solução inversor Multiplos MPPTs • Bloco de 1 a 5MW

Concentrador Dados

Monitoramento Remoto

Local SCADA

400V

PPC

Grid Operator

20~30kV

Strings FV

Inversor Multiplos MPPT

Painel BT

Rede

Trafo BT/MT

CC

CA

RS485

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Internet

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Instalação do Inversor

0~90°

Comun.

Tomada com conexão direta • • •

0~90°, alguns inversores podem ser instalados tanto na horizontal como na vertical – flexibilidade na montagem

Redução do sombreamento aos módulos FV causados pela instalação vertical

Sem a necessidade de remover a tampa do dispositivo para conectar a comunicação e os cabos da C.A.

Projeto da curvatura, instalação rápida do bloco de terminais da C.A.

fácil instalação de comunicação bloco de terminais

Comparado com a instalação vertical, perda de geração de energia reduzida em mais de 0,2%

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Potência S, PxQ

P=110% Pn

P (kW)

100% Pn 88%Pn

Rede Publica @PF=0.90 @PF=0.80

Concentrador de dados Control P,Q Grid interno

φ

Medidor(PCC)

Q (VAR) Inductive

60% Sn Capacitive

Grande capacidade reativa

Resposta rápida reativa

Quatro modos de controle

Investimento reduzido

Cargas

Medidor Energia Inversores Linha CA

Linha comunicação

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0,5% de detecção V, I nas strings e curva IV online

Sombreamento, curto-circuito do diodo, atenuação do PID, incompatibilidade dos módulos, etc.

Busca online Curva I-V por string online

Início de um botão Início cronometrado Diagnóstico por String Posicionamento preciso de Desconectado

Oclusão

Mal funcionamento

String em falha

String normal

componentes anormais Sugestões de operação Relatório de diagnóstico gráfico

de saída automática

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Desclassificação por temperatura – alguns modelos a partir de 30C.

Pout [kVA]

Curva desclassificação por temperatura 110 100

50 40

-30

0

35

45 50 60 Ambient temperature[°C]

• Ampla faixa de temperatura para maior geração de energia

Ventilação forçada temperatura de funcionamento mais baixa, vida de serviço mais longa, nenhuma desclassificação por temperatura

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2.3 Inversor 1 MPPT A exemplo do que ocorre nos inversores de tecnologia central, alguns fabricantes buscaram otimizar o que na opinião de alguns investidores, EPC e instaladores eram os pontos fracos dos inversores solares do tipo Central - elevada potencia, elevado rendimento, alta performance e com o mesmo conceito de distribuição em corrente continua – CC. • • • • •

Adequação ao tipo de terreno – um inversor central não é o ideal para terrenos com elevada rugosidade, acidentado, inclinações variados e necessita formar grandes platôs. Adequação a proximidade com áreas salinas ou costeiras - Nessas regiões necessitamos de um grau de resistência corrosividade tipo C5, o que encarece num inversor central de elevada potencia. Adequação do efeito de temperatura dos inversores strings convenciais a um central – sem desclassificação até 50C ambiente. Elementos de desconexão CC e CA com supervisão de corrente por entrada. Elevada confiabilidade e rendimento de 99%.

Esses foram os pontos básicos para criar um inversor string como sendo um inversor central.

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Efeito térmico Ar quente

Ar quente

Inversor String, Resfriamento forçado Vantagens entre resfriamento forçado e convencional: Menor temperatura, resulta em elevada vida útil do equipamento • Temperatura interna reduzida ~10℃ • Temperatura dos componentes reduzida

15~30℃

IGBT Vida útil diagrama > 100.000h 80C

Ar frio Ar frio

Ar frio

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Resfriamento inteligente e forçado, aumento vida útil Com maior temperatura vemos a redução da potencia de saída, porém há outro fator que devemos observar que é a redução da vida util. A cada 10C de elevação de temperatura, reduzimos em 50% a vida util projetada (VUP).

• Ventilação forçada – 80C VUP= 180 a 200.000h

• Ventilação natural – 90C VUP= 70.000 a 110.000h

Considerando T. amb = 45C Porém se levarmos em consideração o IGBT, temos a diferença de 90 para 110C

Verificar a curva do fabricante e solicitar os testes

A vida útil dos capacitores também é fortemente dependente da temperatura

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Alto rendimento e alto sobrecarregamento > 50%

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2.3 Inversor 1 MPPT

Curva PxQ

MPPT – 3 pontos

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2.3 Inversor 1 MPPT Combiner Box Normalmente o inversor de 1MPPT, precisa ser associado a um combiner box para que tenha o máximo rendimento assegurado, vez que o maior beneficio é reduzir as perdas CA não compensadas. Os combiner box podem ser com monitoramento remoto ou sem monitoramento. O monitoramento permite identificar a curva V, I por cada string e ajuda no O&M das plantas fotovoltaicas, porém não é um item obrigatório. CB – 8 entradas

CB – 12 entradas

CB – 16 entradas

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2.4 Inversor Hibridos Inversor hibrido, bateria de Lithium, EMS e solução integrada Inversor Hibrido

3, 5, 10, 30, 50, 75, 100, 250, 500, 1000, 2000 e 2500kW

Bateria de Lithium

68Ah, 94 e 100Ah

EMS

EMS100 series

Solução Integrada

10ft, 20ft, 40ft

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2.4 Inversor Hibridos

Solução acoplamento CA

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C&I / FV + Acoplamento CA Sistema FV

Modulo FV

Inversor FV

Sistema Bateria

400V

10kV

400V Rede Transformador

Bateria

Conversor

• Horário de Ponta • Falta de energia - emergência • Micro Grid

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2.4 Inversor Hibridos Solução acoplamento CC

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C&I / FV + Acoplamento CC Sistema FV

Painel FV

Combiner box

Sistema armazenamento

Inversor PV

Baterias

• • •

Transformador

Conversor CC/CC

Aumento do rendimento e performance ratio da Planta Eliminação do clipping de energia CC decorrente do sobrecarregamento CC Aplicável à modernização do site FOTOVOLTAICO existente

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Agenda

3

SKIDS 3.1

Central

3.2

String descentralizado

3.3

String virtual central

3.4

Eletrocentro

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3.1 – Skid – Inversores Centrais 2,5 - 6,8MW – Solução MT/BT - Skid Trafo – BT com isolação 2,5kV; blindagem eletrostática; operação em potencia nominal 24h; rendimento 98,8%; Trafo óleo mineral ou vegetal; impedância menor 7%;

Ideal para relevos de flats a moderados Alto sobrecarregamento CC/CA Elevadas temperaturas sem desclassificação Baixo LCOE Elevada confiabilidade – MTBF maior 90mil h

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3.1 – Skid – Inversores Centrais Solução tipo “plug in play” Comissionamento rápido Rendimento de 99% Trafo Padmounted ou corrugado tipo subestação Possivel de FINAME VíDEO

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3.2 – Skid – Inversores descentralizados – solução 1 a 5MWp VíDEO

Trafo Padmounted

Baixa Tensão

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3.2 – Skid – Inversores descentralizados – solução 1 a 5MWp

VíDEO

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3.3 – Skid – Inversores virtual central Combiner Box

Solução MT/BT – Skid de 1 a 5MW

Trafo Estrutura

Painel MT Painel BT Inversor

Base Skid Bacia Oléo

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Trafo – BT com isolação 2,5kV blindagem eletrostática operação em potencia nominal 24h rendimento 98,8% impedância menor 7% Trafo a óleo mineral ou vegetal ou a seco encapsulado em epoxy sem ventilação forçada 100% plug in play 100% testado em fabrica com automação

Solução MT/BT – Skid de 1 a 5MW Rendimento da Solução 99% Transporte em carreta até a obra Descarga facil bacia contenção na base Inversor string MTBF > 92mil horas

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Trafo Padmounted

Transformador

Painel AC

Seccionadora CC obrigatoria

Trafo a seco com RMU

Skid 1MVA Padmountes

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SUBESTAÇÃO TRANSFORMADORA / INVERSORA Soluções que compõem os sistemas de proteção, controle, distribuição de energia, as subestações SKID oferecem configurações adaptadas de acordo com a necessidade do projeto. Todo seu conjunto é aplicado em uma base SKID, que consiste em uma plataforma metálica de perfis laminados a frio em aço carbono, formando um produto compacto e de fácil locomoção, possibilitando transporte em conjunto montado e testado em fabrica, o que agiliza o processo de entrega, montagem, comissionamento e posto em marcha.

VíDEO

SUBESTAÇÃO TRANSFORMADORA / INVERSORA Solução de 750 a 6,5MVA com transformador corrugado, painel em MT desde 15 a 36kV

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Solução SICES 3000KWp Solução turnkey

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3.4 – Skid – Inversores em eletrocentro Solução MT/BT – Skid de 1 a 5MW Trafo – BT com isolação 2,5kV blindagem eletrostática operação em potencia nominal 24h rendimento 98,8% impedância menor 7%.

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Resumo Se analisarmos somente do ponto de vista LCOE, ainda hoje e ainda mais no Brasil onde necessitamos de financiamento e fontes incentivadas como o FINAME, partiremos para a solução CENTRALIZADA e ainda mais, somente com um BLOCO de 5MW e um sobrecarregamento de 40 a 45% e tracker. Os preços dos equipamentos variam sempre em escala e quantidade, assim quanto maior a potencia menor o custo por Wp. A performance, a qualidade e rendimento de máquinas tipo centralizada, aliadas a forma de montagem em corrente continua, oferecem ganhos quando a definição é somente preço.

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Resumo Da escolha dos painéis solares: Um painel tecnologia perc possui ganhos de eficiência, um half cell perc resulta em reduzir o efeito temperatura, perdas e sombreamento, mas um painel bifacial resulta ainda em ganhos de potencia e elevada corrente. Temos sempre que evitar as correntes de perdas por limitação ou de inglês “clipping loses”. Esses efeitos são praticamente impossíveis de serem evitados, porém podemos minimizar se pensado em agrupamentos e ou emprego de solução hibridas como GD + armazenamento de energia.

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Resumo Se pensarmos agora do ponto de vista Capex, performance, manutenção, disponibilidade, confiabilidade e entrega de energia elétrica, muito provavelmente pensaremos em seguimentar e particionar o projeto, reduzindo assim erros em caso de falhas dos diversos equipamentos, sejam elas: • • • • • •

falha em um (motor, engrenagem, comunicação) tracker falha em um dispositivo de proteção falha em um inversor falha em um painel BT / MT falha nos cabos CC, CA falha em transformador

Analisando dessa forma, fatalmente iremos pensar em ter circuitos múltiplos até o ponto em que atingirmos novamente o LCOE ideal e dessa forma chegaremos para projetos de GD menores que 15MW para solução String.

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Resumo Analisando o mundo das soluções strings o primeiro passo é definir a filosofia do tipo da instalação e pensarmos no tipo do instalador que teremos e dessa forma adotar se vamos ter uma solução com inversor String do tipo centralizado ou descentralizado.

Analisar sempre a partir do tipo do painel adotado, do tipo de terreno que temos, do tipo de estrutura a ser empregada, do potencial de sobrecarregamento a ser empregado, da quantidade de energia que o projeto necessita e assim encontrar o tamanho do bloco ideal, que por muitas vezes e por uma questão tributária e burocrática será 1MW, por pura questão interpretativa.

Se posso sugerir um conselho todos, somos técnicos, porém somos racionais e nosso cliente necessita de resultado econômico, então, não coloquem o pensamento próprio do técnico a frente da necessidade do Cliente. Por varias vezes, vejo projetos cheios de conceitos e teses próprias que não suportam 10min de discussão e assim adotamos a máxima: “ Por uma questão de filosofia, utilizamos esse conceito, por ser melhor” !!!! FILOSOFIA!

Engenharia sempre continuará a ser uma ciência, mesmo por filósofos extremamente criativos!

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Obrigado! “Projeto é um esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou resultado único e exclusivo” - PMBOK definição de projeto - “Não permita que seu esforço em criar algo seja um produto que não ofereça toda segurança, retorno esperado e sempre surpreenda seus clientes e seus colaboradores com algo que todos possam admirar, assim você terá seu reconhecimento como um grande projetista. Atente-se as normas internacionais e as nacionais e nunca gere riscos de engenharia velados. Procure entender as expectativas de seus clientes e seja assertivo na entrega do que se propõe a fazer. Não procure vantagens pessoais em seus projetos e sim vantagens aos seus clientes. Isso sim, é um projeto de sucesso! “ Ricardo Alonso Diretor Técnico Sungrow Power Ltda LATAM ricardo.alonso@sa.sungrowpower.com Mobile: +55 19 995 586 041 +55 21 981 046 072 br.sungrowpower.com

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