Artigo: Monitoramento Remoto na Geração Solar Fotovoltaica – Garantia de Eficiência e máximo retorno no projeto

Uma instalação de usina solar fotovoltaica tem por objetivo gerar energia elétrica a partir de células
fotovoltaicas. O correto dimensionamento do projeto deve garantir o suprimento de 100% da energia demandada pela instalação onde a usina será implantada, de tal que forma que a conta de energia do prosumidor (consumidor-gerador) seja reduzida a valor próximo de zero, permitindo o máximo retorno do investimento. Para atingir este objetivo, limitações como espaço físico e condições climáticas precisam ser observadas para garantir a máxima eficiência da aplicação. Para o melhor entendimento desta situação, segue uma rápida explicação do funcionamento de uma usina solar fotovoltaica.

Como funciona uma usina solar fotovoltaica?

Em um sistema solar fotovoltaico, a energia é gerada a partir a ação da radiação solar sobre as células fotovoltaicas. As células solares fotovoltaicas mais comumente aplicadas são as feitas de silício. De forma geral, quanto maior a radiação solar, maior a energia produzida, pois os elétrons do silício, material semicondutor, são postos em movimento, gerando eletricidade.

O sistema de energia solar fotovoltaica é composto de três partes principais:

• Placas ou painéis solares
• Inversor de frequência
• Medidor bidirecional

Seu funcionamento consiste da incidência da radiação solar sobre as placas, gerando tensão e corrente elétrica. A corrente gerada é contínua (CC), diferente da corrente elétrica utilizada comercialmente (corrente alternada CA). Esta corrente é entregue ao inversor de frequência, que é o elemento capaz de transformar a corrente contínua em alternada, e também elevar a tensão de geração (tipicamente 24Vcc) para a tensão de uso comercial (127/240 Vca). A saída do inversor é conectada ao painel de distribuição elétrica da instalação (casa, loja ou indústria) para que a energia produzida seja distribuída e utilizada pelas cargas.

A conexão com a rede da concessionária de energia não sofre alterações significativas, no entanto, o medidor de energia precisa ser substituído por um modelo bidirecional, ou seja, capaz de medir a energia em ambos os sentidos para contabilizar tanto a energia recebida da concessionária, quanto à energia entregue para a rede.

Podemos concluir que o perfeito funcionamento de uma usina solar fotovoltaica depende da correta instalação, da qualidade dos equipamentos e, em última instância das condições climáticas. Cabe mencionar que as células solares fotovoltaicas tem vida útil. Ou seja, uma vez instaladas, começam a consumir sua capacidade de geração.

Outro fator importante está nas perdas do sistema. O transporte da energia nos cabos, a transformação de corrente contínua em alternada e as próprias placas solares geram perdas que afetam diretamente a capacidade do sistema em gerar energia elétrica. Um elemento importante, que afeta diretamente a geração de energia, é a temperatura, sendo o excesso de calor o elemento de principal influência. Situação que, em regiões de muito sol e calor intenso, permitem a instalação de sistemas híbridos, onde a circulação de água permite o resfriamento das placas a fins de aproveitar ao máximo a luminosidade e amenizar o efeito das altas temperaturas, bem como gerar água aquecida de forma energeticamente eficiente.

Maximizando a eficiência da usina

Somente com o monitoramento de todas estas variáveis é possível maximizar a eficiência da usina e
atuar preventivamente na manutenção da instalação, evitando períodos sem geração. O monitoramento de um sistema de geração solar fotovoltaica pode ser realizado com a instalação de sensores capazes de medir a radiação solar e a temperatura, conectados a registradores eletrônicos
capazes de armazenar a intervalos de tempos previamente configurados o estado das grandezas monitoradas. Estes registradores estarão conectados uns aos outros através de uma rede de dados com protocolo industrial Modbus-RTU, sendo um deles configurado como mestre solicitando as informações para os demais. Nesta mesma rede estarão conectados, como escravos, os inversores de frequência, permitindo ao sistema de monitoramento, acompanhar tanto as variáveis climáticas (temperatura e radiação solar), como também a própria geração de energia.

Adicionalmente, podemos instalar transdutores de corrente e tensão contínua, em cada circuito de placas. Com isto, o sistema pode calcular a energia gerada em tensão e corrente contínuas nas placas e comparar a tensão e corrente alternadas, da saída dos inversores, permitindo mapear a perda gerada nos mesmos.

Para usinas dotadas de sistema de circulação de água para resfriamento das placas e cogeração térmica, o acionamento das bombas poderá ser realizado por inversor de frequência dedicado a acionamento de motores. Este equipamento, também poderá se conectar a rede Modbus-RTU permitindo que o sistema de monitoramento registre seu funcionamento. A arquitetura do sistema de monitoramento esta representada na figura abaixo:

O sistema ainda conta com um roteador de dados 3G, permitindo o acesso remoto a todas as variáveis do sistema. Esta configuração permite tanto o envio das informações para a nuvem, com
liberdade de acesso por navegadores de internet, como envio para um servidor dedicado, via túnel VPN, em aplicação específica como um scada ou banco de dados.

Conclusão

A energia solar fotovoltaica é uma realidade no mundo atual, sua aplicação está em rápida expansão. As instalações estão ficando cada vez mais complexas com maior demanda por eficiência.  O monitoramento da operação é elemento fundamental nestas instalações sem a qual operamos sistemas às cegas, sem previsibilidade de geração, desconhecimento da natureza de falhas e permitindo ineficiência das aplicações.