Como dimensionar uma string fotovoltaica dentro do range de tensão do MPPT

A Faixa Ideal de Operação do Inversor

Para extrair a máxima eficiência, as fabricantes estabelecem uma janela operacional ideal. Compreender esse limite é o primeiro passo para evitar perdas financeiras na geração. Acompanhe no datasheet a seguir como identificar a faixa de tensão de MPP e os limites absolutos do equipamento.

Como podemos ver na imagem acima, esse modelo de inversor vai funcionar numa faixa de tensão entre 200V e 1000V, porém o cenário ideal é que sejam instaladas strings com tensão de MPP entre 380V e 850V. Devemos lembrar que essas tensões sofrem variação de acordo com o coeficiente de temperatura, o qual é fornecido no datasheet do módulo, tendo assim uma tensão máxima e mínima de MPP.

Vamos utilizar como exemplo o módulo de 510 Wp da imagem acima considerando sua potência de MPP e o coeficiente de temperatura para tensão.

Para temperatura máxima na superfície do módulo de 70ºC (Temperatura da célula) e temperatura mínima de 0ºC, vamos ter tensão MPP máxima de 45,90V e tensão MPP mínima de 38,34V, ou seja, um range de tensão de MPP entre 38,34V e 45,90V.

A tensão de MPP vai variar de acordo com a temperatura dos módulos ao longo do dia, assim quando vamos dimensionar uma string, devemos verificar se o range de tensão de MPP da string está englobado no range de tensão de MPP do inversor.

Análise de Cenários: Subdimensionamento de Strings

Para comprovar o impacto da temperatura na geração real, vamos analisar três arranjos distintos utilizando o software PVsyst. O objetivo é visualizar o que acontece com a produção quando a string fica fora ou dentro da faixa ideal de operação do equipamento.

A simulação engloba três projetos utilizando as especificações apresentadas anteriormente, distribuindo sempre uma string em cada MPPT:

• Projeto 1: Duas strings de 5 módulos (totalizando 10 módulos).
• Projeto 2: Duas strings de 9 módulos (totalizando 18 módulos).
• Projeto 3: Duas strings de 10 módulos (totalizando 20 módulos).

Na imagem acima, para strings de 5 módulos, podemos visualizar que o projeto não atende ao range de tensão de MPP do inversor nos momentos de alta temperatura.

Na imagem para strings de 9 módulos, notamos que também não atende ao range de tensão de MPP nos picos de temperatura, ficando ligeiramente abaixo da mínima estabelecida.

Já para strings com 10 módulos, a faixa de tensão de MPP fica completamente segura e dentro dos parâmetros operacionais do inversor.

Resultados de Geração: Projetos 1, 2 e 3

Resultado do PVsyst para o Projeto 1.

Resultado do PVsyst para o Projeto 2.

Resultado do PVsyst para o Projeto 3.

A fim de termos uma melhor compreensão dos resultados, a tabela comparativa acima cruza os aspectos fundamentais de cada cenário. Na coluna "Proporção" analisamos o quanto a menos os projetos 1 e 2 geram em relação ao projeto 3.

Podemos perceber que, com a string dimensionada muito abaixo no Projeto 1, o sistema gera quase 6% a menos quando comparado com o Projeto 3. Isso reflete uma piora drástica na produção específica do inversor, resultando em prejuízo direto na compensação de energia para o cliente final.

No Projeto 2 temos pouquíssima perda quando comparado ao Projeto 3. Portanto, concluímos que reduzir apenas 1 módulo por string, deixando a tensão ligeiramente abaixo do limite mínimo de MPP, pode ser tecnicamente viável e não afeta a rentabilidade do cliente.

Análise de Cenários: Sobredimensionamento de Strings

Agora vamos avaliar o caso inverso. O que acontece na geração quando projetamos strings mais extensas (15 e 19 módulos), verificando se essas configurações extrapolam a faixa máxima de MPPT do inversor?

Para esta simulação no PVsyst, montamos mais dois projetos com separação rigorosa de uma string por MPPT:

• Projeto 4: Duas strings de 15 módulos (totalizando 30 módulos).
• Projeto 5: Duas strings de 19 módulos (totalizando 38 módulos).

Na imagem acima, para a configuração de 15 módulos, podemos visualizar que a faixa de tensão de MPP fica perfeitamente acomodada dentro do limite do inversor.

Já para as strings de 19 módulos, o cenário muda. Nos momentos de baixa temperatura (início da manhã, por exemplo), a tensão extrapola o teto do range de MPP do equipamento.

Resultados de Geração: Projetos 4 e 5

Resultado do PVsyst para o Projeto 4.

Resultado do PVsyst para o Projeto 5.

Para facilitar a interpretação do sobredimensionamento, a tabela comparativa acima evidencia os aspectos cruciais de desempenho.

Notamos que operar com a string dimensionada acima da tensão ideal de MPP (porém respeitando o limite físico de tensão de circuito aberto) gera apenas 0,19% a menos. Essa é uma queda irrisória na produção específica do inversor, indicando que as perdas financeiras para o cliente final são praticamente inexistentes.

Conclusões sobre Dimensionamento e Tensão

Diante dos cenários analisados neste estudo técnico, comprovamos que não é vantajoso dimensionar uma string de módulos muito abaixo da tensão de MPPT do inversor. Um subdimensionamento extremo pode gerar quedas superiores a 6% na produção de energia. Contudo, instalar strings ligeiramente abaixo do range ideal (faltando apenas 1 módulo) pode ser feito com segurança e perdas negligenciáveis.

Em contrapartida, as simulações atestam que projetar strings que superem levemente o teto de tensão de MPP provoca mudanças minúsculas na eficiência da usina. Sendo assim, o sobredimensionamento controlado continua sendo uma tática vantajosa de engenharia.

A regra de ouro, no entanto, é inegociável: a tensão mínima de start do inversor e a tensão máxima de circuito aberto (Voc) devem ser respeitadas em todos os cenários, considerando invariavelmente os cálculos de correção térmica para evitar a perda da garantia do fabricante.