Inversores monofásicos em redes trifásicas. Quando utilizar?

É comum surgir uma dúvida ao escolher os Inversores Solares para um sistema fotovoltaico, uma vez que é necessário considerar as características da rede elétrica da concessionária. Uma questão frequente é se é possível utilizar inversores monofásicos em redes trifásicas.

A resposta é: Sim! E vamos mostrar como fizemos isso na prática.

Utilizando inversores monofásicos em redes trifásicas

Na semana passada (maio de 2023) a Sunus Sistemas Fotovoltaicos concluiu mais uma importante obra, a Usina Fotovoltaica de Canjicas, em Itatiaiuçu-MG, com 105kWp, 190 painéis fotovoltaicos de 555W da DAH Solar, e 9 inversores monofásicos da Solis, montados em estrutura da SSM Solar do Brasil.

Esta nova usina injetará aproximadamente 13.000kWh/mês de energia e gerará uma economia anual de R$125mil, com um payback projetado de 2,6 anos e uma impressionante taxa interna de retorno acima de 40% ao ano.

Essa foi mais uma obra especial para a Sunus, muito bem projetada por nosso time de engenharia e executada em ritmo acelerado por nossa equipe de montagem, sem abrir mão da qualidade em nenhum momento.

Além do prazo recorde entre análise de viabilidade, assinatura dos contratos, emissão do parecer de acesso (antes das novas regras da Lei 14.300 entrarem em vigor.), fornecimento dos equipamentos fotovoltaicos, elaboração do projeto executivo e montagem da usina solar, uma característica técnica muito bacana deste projeto foi a adoção de inversores monofásicos, nos exatos 75kW definidos como limite de potência de uma microgeração distribuída pela Lei No.14.300, acessando a rede da CEMIG através de um transformador trifásico de 75kVA.

Essa configuração de inversores, respeitando todos os limites técnicos e regulamentatórios, só é possível fazendo um perfeito balanceamento entre fases do sistema elétrico.

Em um padrão de entrada para 75kVA, pela norma da Concessionária, só pode ser instalado um disjuntor tripolar de 200A. 75kW de inversores injetam exatos 197A, e qualquer desbalanceamento certamente ultrapassaria o limite de corrente do disjuntor em pelo menos uma das fases.

Dessa forma, para cada fase, precisamos instalar 25kW e, com inversores monofásicos, a configuração ótima (técnica e financeiramente falando) disponível no mercado que permite esta configuração são dois inversores de 10kW e um inversor de 5kW, totalizando 9 inversores.

Momento da decisão

O principal fator que nos motivou na escolha desta solução foi que o grupo de investidores da UFV Canjicas, representados pelo amigo Marcelo Simões Reis, também está implantando duas outras usinas rurais, cada uma destas com 52kWp e 37kW de inversores (3x10kW + 1x7kW), conectadas à rede Cemig através de transformadores monofásicos.

Estas outras usinas só poderiam ser atendidas por equipamentos monofásicos, obrigatoriamente, em função da rede elétrica disponível na área rural.

Dessa forma, para conseguirmos compartilhar os spare parts, com um único inversor que pudesse ser instalado em substituição a qualquer um dos 17 inversores utilizados nas 3 usinas, sugerimos ao cliente a opção por esta solução.

Fator financeiro

Se fosse feita uma análise financeira simples, considerando apenas o capital investido ou mesmo priorizando o payback do investimento em detrimento a outros indicadores de rentabilidade, certamente não tomaríamos a melhor decisão para esta usina.

Uma da formas mais eficiente de se analisar investimentos em geração de energia é a utilização do LCOE (Levelized Cost of Energy, diretamente traduzido como Custo Nivelado da Energia), que de uma forma resumida é a relação entre todos os custos associados à geração de energia de uma usina fotovoltaica, trazidos a valor presente, e a quantidade de energia que este sistema vai gerar ao longo de sua vida útil.

Dessa forma, mesmo gastando um pouco a mais com a utilização de inversores monofásicos (além do custo maior dos inversores, gastou-se mais com cabos, proteção, espaço físico, etc..), com a disponibilidade maior do equipamento, conseguiremos uma geração de energia maior ao longo da vida útil da usina.

Redução de perdas

Se tivéssemos apenas um inversor trifásico de 75kW instalado em Canjicas, manter um equipamento reserva disponível teria um impacto negativo significativo no payback do investimento.

Além disso, a estatística nos mostra que a expectativa de falha de um equipamento deste é superior a 5 anos, podendo ultrapassar até 10 anos.

Manter um ativo deste valor parado, em stand by, não é a melhor forma de se maximizar o retorno financeiro, fora o risco de o mesmo se deteriorar, dependendo principalmente das condições de armazenamento, e não estar operacional no momento em que precisar ser acionado.

Não ter o equipamento reserva disponível no momento da falha, poderia requerer um envio para manutenção em laboratório do fabricante, que dificilmente seria feita em um período inferior a 60 dias… sem produção.

Outra opção seria comprar o spare apenas no momento do desespero, mas isso também implicaria em um custo mais elevado da aquisição e na logística de transporte até a instalação.

Não bastasse o custo de reposição, pensando na produção total das 3 usinas do grupo de investidores, um inversor de 75kW em manutenção implica diretamente na perda de 50% da produção. Ao passo que um inversor de 10kW em manutenção, até que seja substituído, implica em uma perda de apenas 6,66% da produção.

Como este inversor estará preparado para substituir qualquer um dos 17, certamente terá uma taxa de utilização bem superior, e com isso não será um investimento subutilizado.

Assim como todo estepe de um carro, ao final da vida útil prevista para qualquer dos inversores das 3 usinas (algo em torno de 10 anos…), os melhores equipamentos em operação poderão ser “retrofitados”, aumentando a quantidade de spare parts sem, necessariamente, aumentar o investimento com ativos de reposição.

Uma maior quantidade de inversores sobressalentes disponíveis impactam diretamente na melhoria do MTTR (Mean Time to Repair), que basicamente é o tempo médio para restabelecer a operação da usina após uma falha de um dos inversores.

O MTTR é um importante indicador de desempenho quando se trata de gestão de manutenção.

Otimização da eficiência com inversores monofásicos

Além da melhoria na taxa de disponibilidade dos equipamentos, a utilização dos inversores monofásicos também nos trás maior eficiência na produção energética, conforme melhor explicado a seguir. 

Enquanto um inversor de 75kW da Solis possui 9 MPPTs, 9 inversores monofásicos na configuração adotada possuem 24 MPPTs.

Como a fazenda de Canjicas possui algumas árvores ao seu redor, da mesma forma que com a utilização de microinversores possuímos a capacidade de geração máxima individualizada por painel, com strings menores, ligados a um maior número de MPPTs, conseguimos ter uma maior eficiência das strings na presença de sombras no início da manhã e final da tarde e também um monitoramento mais preciso dos conjuntos de painéis. 

Este equipamento insere mais perdas no sistema, principalmente as perdas nos enrolamentos, durante o período de geração, e as perdas magnéticas, durante o período sem insolação (mais de 2/3 do tempo).

Além de ser outro componente que demandaria algum tipo de manutenção ao longo de sua vida útil, cuja falha impactaria na perda total da produção durante seu período de manutenção.

Conclusão

Para concluir, é importante deixar claro que o objetivo deste post não é afirmar que a adoção de inversores monofásicos sempre será uma solução técnica e/ou financeiramente superior a adoção de inversores trifásicos.

Muito pelo contrário… na Sunus temos uma série de usinas operando com inversores trifásicos (220V, 380V, com transformador…), assim como inversores monofásicos, microinversores, inversores híbridos e etc….

Cada caso é um caso! Por isso, o mais importante é investir na análise de viabilidade e nos estudos de engenharia elaborados por empresas e profissionais amplamente capacitados.

O mercado fotovoltaico é muito amplo e a tecnologia é constantemente aprimorada. A cada dia temos novas soluções e novos equipamentos disponíveis, e é previsto que em um mercado crescente esta tendência se amplie, mantendo a exponencialidade da curva.

Ao mesmo tempo, dominar as leis da física e os conceitos de engenharia é um requisito essencial quando o assunto é geração e eficiência energética.

No mundo acelerado em que vivemos, a associação das técnicas consolidadas disponíveis para a geração e o fornecimento de energia com as tecnologias avançadas das “Smart and Renewable Energies“, é a única opção para encontrarmos soluções otimizadas que consigam garantir simultaneamente o retorno financeiro, a independência energética e uma atitude ambientalmente sustentável.

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