Análise e influência da distribuição de temperatura de inversor no desempenho energético de sistemas fotovoltaicos de geração distribuída com distintos fatores de dimensionamento

Abstract

A energia solar é uma alternativa para diversificar a matriz elétrica do Brasil, devido ao potencial solar do país, pela confiabilidade e maturidade que a tecnologia fotovoltaica apresenta atualmente, além de ser uma fonte de energia economicamente competitiva. Com a Resolução Normativa (REN) nº 482 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) a geração distribuída passou a ser regulamentada no país, assim, ocorreu um aumento significativo no número de instalações de sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Com esse aumento, é preciso conhecer os componentes desses sistemas e suas funcionalidades a fim de garantir o crescimento da tecnologia e a qualidade da energia elétrica. Em um sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR) tem-se o inversor, que é responsável por fornecer energia elétrica em corrente alternada (c.a.) através de uma fonte de energia elétrica em corrente contínua (c.c.) O fator de dimensionamento do inversor (FDI) é definido pela razão entre a potência do inversor e a potência do gerador fotovoltaico. Como o inversor é um equipamento eletrônico, é inevitável que durante a sua operação o mesmo aqueça, entretanto o aquecimento excessivo deve ser evitado, pois pode comprometer a vida útil do equipamento. Desta forma, este trabalho visa analisar a influência da temperatura operacional de inversor no desempenho energético de SFCRs com diferentes FDI. Analisou-se quatro SFCRs, sendo dois deles com inversores com potência igual a 3 kW e outros dois com potência de inversor de 5 kW. Comparou-se os dados de temperaturas reais medidas nos inversores com os dados obtidos por meio de simulação e modelagem matemática. A temperatura real dos inversores foi medida por meio de um sensor instalado no dissipador do inversor, enquanto, que a temperatura simulada foi determinada utilizando os dados obtidos a partir de modelagem e simulação dos sistemas fotovoltaicos por meio do software SAM e o modelo matemático que descreve o perfil da temperatura operacional de inversores. Com objetivo de comparar os SFCRs, considerou-se também os índices de mérito de produtividade e fator de capacidade. Analisando os sistemas com mesma potência de inversor, conclui-se que os sistemas com maiores FDI apresentaram as menores temperaturas de inversor, tanto para as temperaturas reais quanto para as temperaturas simuladas e modeladas de inversor.

Solar energy is an alternative to diversify Brazil's electricity matrix, due to the country's solar potential, the reliability and maturity that photovoltaic technology currently presents, besides being an economically competitive energy source. With ANEEL’s REN nº 482, distributed generation began to be regulated in the country, thus, there was a significant increase in the number of photovoltaic system installations connected to the network. With this increase, it is necessary to know the components of these systems and their functionalities in order to ensure the growth of technology and the quality of electrical energy. In an grid connected photovoltaic system (GCPS) there is the inverter, which is responsible for supplying electrical power in a.c. through an electrical power source in d.c. The design factor of the inverter is defined by the ratio between the inverter power and the photovoltaic generator power. As the inverter is an electronic equipment, it is inevitable that during its operation the same heat, however the excessive heating should be avoided, because it can compromise the life of the equipment. Thus, this work aims to analyze the influence of the inverter operating temperature on the energy performance of GCPS with different inverter sizing fator (ISF). Four GCPS were analyzed, two with inverters with power equal to 3 kW and the other two with inverter power of 5 kW. The actual temperature data measured in the inverters were compared with the data obtained through simulation and mathematical modeling. The actual temperature of the inverters was measured by means of a sensor installed in the inverter sink, while the simulated temperature was determined using the data obtained from modeling and simulation of photovoltaic systems through the SAM software and the mathematical model that describes the operational temperature profile of inverters. In order to compare the GCPS, the productivity merit indices and capacity factor were also considered. Analyzing the systems with the same inverter power, it was concluded that the systems with higher ISF presented the lowest inverter temperatures, both for the real temperatures and for the simulated and modeled temperatures of inverter.