Sistemas de geração fotovoltaica, inversores inteligentes e impactos para a qualidade de energia elétrica

Uma questão técnica que se aparenta relevante em sistemas de geração fotovoltaica (vide Figura 1) é a sua operação clássica com fator de potência fixo unitário, para maximizar injeção de energia ativa e, portanto, maximizar a receita econômica destes sistemas. Todavia, isso pode gerar elevações de tensão na rede de distribuição, com impactos na Qualidade da Energia Elétrica (QEE), transferindo à concessionária e usuários finais o que deveria ser estabelecido como responsabilidade do prosumer (não impactar no sistema onde se conecta ==> compatibilidade elétrica). O uso de inversores inteligentes com o dimensionamento adequado do sistema fotovoltaico permite a regulação da tensão local. Isto deveria ser requisito normativo e legal (por órgãos como Inmetro e Aneel). Tal qual foi citado em sessão plenária com representantes da Aneel e Abradee durante a XII Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE 2017), a expansão de energias renováveis não deve ocorrer como um “fenômeno Robin Wood às avessas”.

Figura 1 – Sistema de geração fotovoltaica de 27 kWp instalado no campus da Unifei – Itajubá.

No Brasil, a maioria dos sistemas fotovoltaicos é comumente conectada à rede através de um inversor com fator de potência unitário, maximizando a injeção de potência ativa, o que pode impactar as tensões ao redor do ponto de acoplamento comum (PAC) por causa do fluxo de potência reverso local. Não raro, em inversores trifásicos, a lógica de operação monofásica em função do nível de irradiação pode ainda impactar no desequilíbrio da rede local. O uso de inversores inteligentes [1]-[2], que trabalham com diferentes fatores de potência poderia eventualmente contribuir para a mitigação deste problema. Para isto são necessários estudos e pesquisas com uma análise detalhada para investigar o impacto do fator de potência na saída do sistema fotovoltaico sobre a tensão da rede de distribuição em um sistema de distribuição real que contenha várias unidades fotovoltaicas. Devem ser analisadas as várias condições operativas do inversor e como elas influenciam a tensão em vários pontos da rede, tanto no período diurno, onde se possa utilizar a capacidade remanescente do inversor após a geração de energia, quanto no período noturno, onde o inversor está ocioso e toda sua capacidade pode ser utilizada. Com resultados de medições e simulações, pode-se, por exemplo, analisar a porcentagem de inversores inteligentes em sistemas PVs que permitem ampliar a introdução de energias renováveis no sistema de distribuição.

Espera-se, assim, idealmente, uma maior flexibilidade do sistema, controlando-se o módulo e a fase da corrente do inversor. Se a tensão no ponto de acoplamento comum cair, o inversor pode sintetizar uma corrente adiantada da tensão; se a tensão da rede subir, o inversor produz uma corrente atrasada em relação à tensão, absorvendo reativos da rede. Logo, na tentativa de solucionar o problema de sobretensão ocasionado pelos sistemas fotovoltaicos, deve-se investigar o uso de inversores inteligentes para sua mitigação, tornando o sistema de distribuição mais confiável e trazendo impactos mínimos para as concessionárias e os clientes atendidos. Soluções de Qualidade da Energia Elétrica no contexto de redes elétricas inteligentes e integração de renováveis devem observar a interdependência e correlação entre os fenômenos, e por premissa regulatória e normativa devem ter compatibilidade elétrica, assegurando a otimização e o equilíbrio técnico-econômico-financeiro ao desenvolvimento do setor.

*Benedito Donizeti Bonatto é professor na Universidade Federal de Itajubá (Unifei);

Luiz Carlos Ribeiro Junior é mestrando na Universidade Federal de Itajubá (Unifei);

Paulo Fernando Ribeiro é professor na Universidade Federal de Itajubá (Unifei).

Referências bibliográficas

[1] M. J. Reno, R. J. Broderick and S. Grijalva, “Smart Inverter Capabilities for Mitigating Over-Voltage on Distribution Systems with High Penetrations of PV”, Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2013 IEEE 39th, Tampa, FL, USA Jun 2013.

[2] A. Huque, “Smart Inverter Grid support functions and Potential Impact on Reliability”, NREL Photovoltaic Reliability Workshop, Golden CO, 2015.

[3] McGranaghan.M, et al. “Renewable Systems Interconnection Study: Advanced Grid Planning and Operations”, Electric Power Research Institute, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico, 2008.