O controlador de carga limita a potência?

A escolha do controlador de carga é vital para os sistemas off-grid. Os controladores regulam o regime de carga e descarga da bateria, impedindo que tensões elevadas sejam aplicadas às mesmas e também, impedindo que a bateria seja descarregada além do recomendado.

Ao selecionar um controlador devemos ter em mente que é preciso respeitar os limites de tensão e de corrente do equipamento para preservar sua integridade. Em alguns controladores também há limites para a potência dos painéis que podem ser conectados. Uma falha comum é dar atenção apenas à tensão e à corrente que o controlador suporta, não levando em conta a potência que o controlador consegue entregar.

Como exemplo, considere um sistema formado por 3 placas de 280 W em paralelo (tensão de máxima potência de 31,6 V e corrente de máxima potência de 8,86 A). Pela característica da instalação, a tensão que chegará ao controlador será de 31,6 V (valor máximo) e a corrente será de 26,6 A (máximo valor). A princípio, um controlador de 30 A será suficiente (CONTROLADOR DE CARGA SUN ENERGY BASIC MPPT30 por exemplo).

Os controladores MPPT funcionam seguindo o melhor ponto de operação possível. Quando a tensão de 31,6 V chega ao controlador, ela será reduzida para um valor compatível com as baterias (24 ou 12 V). A corrente por sua vez será elevada na mesma proporção para manter a melhor potência possível. No caso do controlador do exemplo, a tensão será reduzida para 24 ou 12 V e a corrente será elevada (no máximo até 30 A). Caso o sistema de baterias esteja em 12 V, o controlador do exemplo será capaz de fornecer no máximo 360 W em 12 V (12×30), assim dos 840 W (sabemos que na prática, a geração será menor do que esse valor), apenas 43% será aproveitado.

Caso o sistema esteja em 24 V, a potência máxima que poderá ser transferida será de 720 W (24×30). Assim, sistemas em 24 V se mostram mais vantajosos, conseguindo transferir mais potência do que os sistemas em 12 V.

Uma possível solução para o problema do sistema seria utilizar um controlador de 60 A, que permite a passagem de até 720 W (em 12 V).

O controlador de carga, quando dimensionado muito próximo da corrente do sistema, pode limitar a potência que é entregue às baterias, diminuindo a eficiência do conjunto (especialmente em sistemas cujas baterias estejam em 12 V). Assim, é importante selecionar corretamente o controlador para evitar perdas de potência excessivas.

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Proteção de módulos fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos, assim como qualquer sistema elétrico, necessitam ser protegidos para evitar danos aos equipamentos. Em plantas fotovoltaicas, o sombreamento total ou parcial dos módulos (ou de um deles) leva a situações de perigo para a instalação elétrica devido ao surgimento de corrente indesejadas.

Como sabemos, os módulos fotovoltaicos devem estar livres de qualquer tipo de sombreamento, o projetista deve conhecer a região em torno do ponto de instalação do sistemas para assegurar que nenhuma sombra irá afetar o desempenho do sistema, especialmente em regiões com casas e árvores ao redor. Duas situações diferentes podem acontecer devido ao sombreamento:

  • Módulos conectados em série: Em módulos em série, o sombreamento irá limitar a geração de corrente, e assim, todo os módulos terão suas correntes diminuídas e, consequentemente, a potência gerada irá diminuir. Outro efeito que pode ocorrer é o módulo sombreado passar a absorver potência ao invés de fornecer, nesse caso, a temperatura do módulo poderá elevar-se além do normal, danificar o equipamento.

Uma maneira de evitar esses efeitos é a utilização de diodos de by-pass, conectados em paralelo com grupos de células dos módulos. Quando uma parte do módulo estiver sombreada, o diodo correspondente será polarizado diretamente, permitindo a passagem da corrente, o diodo então desviará a corrente do grupo de células sombreadas, evitando seu aquecimento. Os diodos de by-pass já vêm instalados de fábrica, de modo que não é preciso se preocupar com o seu projeto, mas devemos ter em mente que essa solução não consegue suprir a perda de potência causada pelo sombreamento.

  • Módulos conectados em paralelo: Nessa conexão, quando há sombreamento, a corrente do módulo irá diminuir, assim como no caso anterior, porém isso não afetará os demais módulos. O que irá afetar os demais módulos será a tensão, que no módulo sombreado será menor e fará com que a tensão de todos os outros módulos seja reduzida, o que novamente irá limitar a potência gerada. No caso de módulos em paralelo, pode ocorrer de o módulo com tensão menor absorver corrente dos demais, funcionando como carga, levando o mesmo à superaquecimento. Para evitar que que o módulo sombreado seja alimentado pelos demais, podem ser instalados diodos de bloqueio no final de cada ramo do arranjo paralelo. Esse diodo evita essa corrente reversa mas permite a corrente normal dos módulos, porém, não vem de fábrica e é preciso projetá-lo corretamente.

Como vimos, há alguns sistemas de proteção que podem ser aplicados para prevenir que os módulos fotovoltaicos sejam danificados. Resumidamente, diodo de by-pass funciona desviando a corrente para evitar o aquecimento das células e já vem de fabrica instalado no módulo. Já o diodo de bloqueio tem o objetivo de evitar que módulos em paralelo alimentem um outro que esteja sombreado, esse diodo, ao contrário do anterior, não vem de fábrica e precisa ser projetado. Os dois diodos protegem o sistema contra aquecimentos potencialmente perigosos, mas não evitam a perda de potência devido ao sombreamento de modo que, evitar sombras nos módulos é a melhor alternativa para preservar o seu sistema.

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