Os sistemas solares também são apoiados por inversores para converter a corrente contínua gerada pelos painéis solares em corrente alternada. Os sistemas solares precisam de um inversor solar para funcionar eficientemente em conexão com ou sem a rede. Hoje aprenderemos sobre o inversor grid tie, seu preço e maneiras de conectá-lo à rede elétrica. Mas antes disso, começaremos com o princípio de funcionamento do inversor grid tie.
O que é um inversor Grid Tie e qual é sua função?
É um componente eletrônico usado para aproveitar a energia solar por meio de sistemas de painéis solares. Um inversor conectado à rede (GTI, na sigla em inglês) é conectado aos painéis solares para converter a corrente contínua (CC) gerada por eles em corrente alternada (CA). Um sistema conectado à rede funciona sem baterias, e os inversores conectados à rede podem ser usados para painéis solares, turbinas eólicas e usinas hidrelétricas.
Os inversores conectados à rede elétrica podem converter adequadamente a corrente para a frequência da rede elétrica de 60 Hz a 50 Hz, comumente usada para geradores elétricos locais. Um GTI pega uma voltagem variável não regulada de um conjunto de painéis solares para invertê-la para CA sincronizada com a rede elétrica. Mas quando a rede elétrica está inativa, um GTI deve interromper automaticamente o fornecimento elétrico para as linhas de energia.
Qual é o princípio de funcionamento do inversor Grid Tie?
Antes de aprender sobre o princípio de funcionamento de um inversor conectado à rede, é necessário compreender seu circuito . Capacitores (C), diodos (D), indutores (L), transformadores (T) e MOSFETs (Q) são os componentes do circuito. Todo o processo é dividido em três etapas de conversão. Um inversor conectado à rede precisa sincronizar sua frequência, amplitude e forma de onda com a rede elétrica e fornecer uma corrente senoidal à carga.
Nota: O inversor conectado à rede ficará sobrecarregado se a tensão de saída (Volt) for maior que a tensão da rede elétrica. E se for menor, o inversor pode absorver energia em vez de fornecê-la.
Estágio 1st
Neste ponto, a entrada de corrente contínua (CC) é convertida em corrente alternada (CA) de 60 Hz. A tensão de entrada é inicialmente elevada por um conversor elevador formado por C2 (capacitor), Q1 (MOSFET), L1 (indutor) e D1 (diodo). Um dos barramentos de entrada de corrente contínua deve ser aterrado para um arranjo fotovoltaico com tensão superior a 50 V. Teoricamente, qualquer um dos dois barramentos pode ser conectado à terra, geralmente o negativo.
Em configurações interativas com a rede elétrica, os condutores de saída de corrente alternada devem ser isolados da corrente contínua caso a entrada de corrente contínua apresente uma passagem de condução para o terra.
2nd stage
A corrente alternada obtida é então convertida para o nível necessário por um transformador elevador de baixa frequência. Este é um estágio de conversor CC-CC modulado por largura de pulso (PWM), basicamente uma ponte H, com conversor de isolamento. Este estágio compreende C3 (capacitor), Q2-Q5 (MOSFET), T1 (transformador), L2 (indutor) e D2-D5 (diodo). Um conversor de meia ponte ou conversor direto também pode ser usado para níveis de potência inferiores a 1000 watts.
É fornecido um link CC para a saída do inversor CA, e seu valor deve ser maior que o pico da tensão CA da rede . Por exemplo, para 120 VCA, a tensão CC deve ser >120° Ω² = 168 V, tipicamente entre 180 V e 200 V, e para 240 VCA, seriam necessários 350-400 VCC. Outro passo importante no princípio de funcionamento do inversor conectado à rede.
Transformadores de baixa frequência (LF) também são usados em alguns modelos de inversores comerciais no estágio de saída em vez de um de alta frequência na seção CC-CC. Neste método, a entrada é convertida para CA de 60 Hz e um transformador a altera para os níveis necessários, fornecendo isolamento simultaneamente.
Nota: Os condutores de painéis fotovoltaicos em projetos não isolados não podem ser aterrados.
No entanto, com um transformador elevador T1, o estágio de conversão (1º estágio) pode ser omitido . Mas isso pode levar a uma grande indutância de fuga, causando picos de tensão em retificadores e FETs, além de outros efeitos indesejáveis. Isso ocorre principalmente em sistemas sem transformador.
3rd stage
Inclui uma conversão adicional para a parte restante da corrente alternada (CA) na saída do segundo estágio. Neste estágio, outra ponte completa é usada para converter a corrente contínua (CC) em CA. Os componentes são: IGBT Q6-Q9 (MOSFET), C4 (capacitor) e L3 (indutor). Os MOSFETs neste estágio funcionam como chaves eletrônicas operando em modo PWM (modulação por largura de pulso). Diodos de roda livre antiparalelos são necessários para esta topologia, pois fornecem um caminho alternativo para a corrente quando as chaves estão desligadas. Um potencial positivo, negativo ou zero pode ser aplicado em L3 (indutor) usando diferentes chaves na ponte H. Em seguida, o filtro LC de saída reduz os harmônicos de alta frequência para produzir uma onda senoidal.
- Indutor adicional: Os circuitos devem permitir um fluxo de corrente limitado para as cargas e de volta para a linha. Um GTE funciona como uma fonte controlada por corrente em vez de uma fonte de tensão, já que a grade atua como uma fonte de impedância muito alta. Um L-Grid (indutor de acoplamento adicional) é usado entre um GTE e as linhas principais para absorver tensão CA extra, reduzindo ainda mais os harmônicos de corrente gerados pela modulação por largura de pulso (PWM).
Nota : Com a introdução de polos adicionais no circuito de corrente, há chances de instabilidade do sistema.
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Quais componentes são necessários para instalar um inversor conectado à rede elétrica?
Depois de aprender sobre o princípio de funcionamento do inversor grid-tied, conheça seus componentes. Sendo fáceis de instalar e manter, os inversores grid-tied exigem o mínimo de equipamento e manutenção média. Alguns componentes no local e fiação necessários durante a instalação do GTI são os seguintes.
1. Isoladores
Eles são componentes eletrônicos essenciais usados em inversores solares, pois permitem a comunicação entre circuitos de controle sensíveis de baixa tensão (microcontroladores) e componentes de alta tensão (transistores de potência).
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2. Medidor líquido
É como um sistema de rastreamento que monitora a troca de energia entre a casa e a rede elétrica principal. Ele calcula e credita os proprietários de sistemas de painéis solares pela eletricidade fornecida à rede elétrica a partir de seu sistema de energia solar.
3. Unidade de Proteção
Os inversores conectados à rede possuem proteção anti-ilhamento, além de outras funções de proteção integradas. No entanto, a adição de dispositivos de proteção como controladores de carga, chaves de segurança e cabeamento acrescenta uma camada extra a todo o sistema.
4. Painéis Solares
Esses são os componentes mais essenciais porque os inversores funcionam convertendo a energia CC gerada pelos painéis solares em energia CA, adequada para o funcionamento dos aparelhos.
5. Fiação
É necessária uma fiação adequada com conexão a painéis solares, painel elétrico principal e medidor de rede. O comprimento, largura e qualidade do fio devem ser ótimos para a finalidade em que são usados. Depois disso, vamos ver como conectar o inversor grid tie à rede elétrica.
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Como conectar o inversor Grid Tie à rede elétrica?
Antes de conectar o inversor de rede à rede elétrica, há algumas coisas que você precisa entender.
1. Freqüência
A rede elétrica tem uma frequência precisa mantida em 50 Hz, e ela varia um pouco, mas geralmente fica entre 49.9 e 50.1 Hz.
2. Raiz quadrada média
Trata-se do valor RMS da tensão de um sinal de 50 Hz , sendo que o sinal real pode chegar a 325 V. É essencial saber disso porque, ao conectar um inversor, são geradas temperaturas tão altas para que a corrente flua até os conectores. Além do princípio de funcionamento do inversor conectado à rede, sua conexão à rede elétrica exige conhecimento aprofundado desses fatores.
3. Quedas de tensão
As tomadas elétricas residenciais recebem tensões variáveis. Isso ocorre devido à queda de tensão na resistência dos conectores, fusíveis, transformadores e fios, além de outros componentes do circuito. Ao ligar e desligar grandes cargas próximas, você notará flutuações e mudanças repentinas. A tensão da rede elétrica é muito mais variável; por exemplo, em certos locais, ela deve ser de 230V com uma tolerância de +10%/-6%.
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4. Senoide
O sinal fornecido deve ser uma onda senoidal clara e uniforme , mas em certos pontos do ciclo da onda senoidal, alguns aparelhos não lineares absorvem energia em determinados pontos. Isso introduz distorção, razão pela qual o sinal não é uma onda senoidal perfeita. Computadores, lâmpadas fluorescentes, aspiradores de pó e outros aparelhos são exemplos de cargas não lineares. Para conectar um inversor à rede elétrica, a onda senoidal deve ser preservada.
A resposta para a pergunta "como conectar o inversor de conexão à rede elétrica?" é que você precisa saber que a frequência, a amplitude e a fase da fonte de alimentação ou do inversor devem estar sincronizadas. Além disso, ele deve fornecer uma corrente senoidal à carga. Caso contrário, pode não detectar se a saída está alta ou baixa, o que pode ser problemático. Deve haver um indutor de acoplamento (grade L) entre o sistema e a rede para absorver a tensão de corrente alternada adicional. Uma distância de aproximadamente 500 milímetros deve ser mantida entre o inversor e as paredes (superior, inferior e lateral), bem como entre dois inversores.
Aqui descrevi os passos para a conexão. O inversor de conexão à rede usado nestes passos é o Inversor de Conexão à Rede Luminous , mas a maioria dos inversores possui procedimentos semelhantes.
Passo 1: Comece desligando a alimentação principal. Desligue o disjuntor miniatura (MCB) de corrente alternada na caixa de distribuição de corrente alternada.
Passo 2 : Em seguida, conecte o fio de saída da rede do inversor à caixa de distribuição CA. Lembre-se do princípio de funcionamento do inversor conectado à rede ao fazer a conexão.
Passo 3 : Conecte o fio de saída da caixa de distribuição CA à caixa do disjuntor CA.
Passo 4 : Agora, a conexão entre a caixa de disjuntores do ar condicionado e o medidor bidirecional, bem como com os diferentes aparelhos da casa, será estabelecida automaticamente.
Nota: Recomenda-se a contratação de técnicos e eletricistas para esse tipo de trabalho.
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Qual é o preço do inversor Grid Tie?
O preço de um inversor grid tie depende de sua potência e fases, juntamente com o tipo de inversor grid tie que você escolher. Geralmente, você pode ter que gastar cerca de US$ 911 ou mais para um inversor grid tie. Mas, na maioria das vezes, os inversores são fornecidos como parte de sistemas de energia solar e podem ser responsáveis por cerca de 20% do custo de todo o sistema. No entanto, o conhecimento sobre o preço após aprender o princípio de funcionamento do inversor grid tie é útil.
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Quais são os tipos de inversores conectados à rede?
Depois de entender os inversores de conexão à rede, dê uma olhada nos tipos disponíveis para escolher.
1. Inversores centrais: Semelhantes aos inversores de string em funcionamento, mas com uma faixa de capacidade mais elevada. São resistentes a danos ambientais e adequados para grandes parques solares.
2. Micrômetro : Estes são os dispositivos tecnologicamente mais avançados que funcionam convertendo corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) diretamente na parte traseira dos painéis solares. Não possuem fios, portanto os painéis não ficam sombreados. Os micrômetros oferecem sistemas de monitoramento individual e podem ser expandidos conforme a necessidade. São ideais para soluções com espaço limitado, mas têm um custo elevado.
3. Otimizadores de potência : Também são acoplados à parte traseira dos painéis solares e funcionam como micrômetros. Oferecem uma análise do desempenho do sistema, além do monitoramento individual de cada painel. Os otimizadores de potência são menos dispendiosos que os micrômetros.
4. Inversores de string : São os tipos mais comuns de inversores conectados à rede. Os inversores de string são conectados em série e a função de cada string é converter corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). Esses inversores são confiáveis e acessíveis, sendo mais adequados para uso comercial e residências de pequeno porte.
Então, hoje você aprendeu sobre o princípio de funcionamento do inversor grid tie, o que eu acho que foi bem interessante. Considerando os componentes usados para inversores grid-tied, seu preço pode ser determinado, mas pode diferir de lugar, fabricante e marca, junto com outros fatores. Como conectar o inversor grid tie à rede elétrica? A resposta para isso é simples, basta seguir os passos mencionados acima, mas ainda assim, não recomendamos a autoinstalação.
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