Ícone AC ou DC? Topologias de sistema para instalações solares

AC ou DC? Topologias de sistema para instalações solares

Introdução: Como é ligada a bateria?

Nos artigos anteriores foram abordados vários aspetos dos sistemas de armazenamento de energia. Falta, porém, uma questão prática essencial: como é que esta tecnologia é integrada de forma ideal na instalação da sua casa?

Na integração de baterias em sistemas fotovoltaicos existem dois conceitos básicos:

  • Sistemas acoplados em AC (corrente alternada)
  • Sistemas acoplados em DC (corrente contínua)

Este capítulo explica ambas as topologias com as respetivas vantagens e desvantagens, tendo em conta a realidade das instalações solares em Portugal.

Instalações solares acopladas em AC

Nos sistemas acoplados em corrente alternada (sistema AC), o inversor é instalado diretamente a jusante dos módulos solares e alimenta a instalação elétrica da casa com corrente alternada.

Configuração

Módulos solares (DC)
    ↓
Inversor (DC→AC)
    ↓
Rede interna da habitação (AC) ←→ Bateria + carregador
    ↓
Rede pública

Princípio de funcionamento

  1. O inversor converte de imediato a corrente contínua dos módulos em corrente alternada
  2. A bateria, com a respetiva eletrónica de carga, é ligada a jusante do inversor
  3. A bateria é alimentada com corrente alternada
  4. Para carregar, a AC tem de ser novamente convertida em DC
  5. Ao descarregar, a DC volta a ser convertida em AC

A troca de energia entre módulos solares e bateria faz‑se através de corrente alternada.

Vantagens da acoplagem em AC

A acoplagem em AC oferece vantagens decisivas, sobretudo em instalações já existentes:

Vantagem Explicação
Fácil instalação em sistemas existentes A bateria pode ser adicionada posteriormente a uma instalação FV já em serviço
Independência de fabricante É possível combinar componentes de diferentes marcas
Maior liberdade de implantação A bateria pode ficar afastada do inversor, o que é útil em reabilitações
Tecnologia madura Componentes amplamente utilizados no mercado português
Boa escalabilidade Possibilidade de ampliar a capacidade de armazenamento com relativa facilidade

Desvantagens da acoplagem em AC

A flexibilidade tem um custo – sobretudo em termos de eficiência:

Desvantagem Explicação
Múltiplas conversões DC→AC→DC→AC = perdas adicionais
Rendimento global inferior Tipicamente 85–90% de eficiência “round‑trip” (carga–descarga)
Mais componentes Necessidade de um inversor/carregador de bateria separado
Custos de equipamento mais elevados Mais hardware e proteções
Instalação mais complexa Maior quantidade de cablagem e coordenação entre equipamentos

Rendimento típico

Na acoplagem em AC surgem perdas em cada etapa de conversão:

  • Módulos solares → inversor: ~97%
  • Inversor → carregador da bateria: ~97%
  • Processo de carga/descarga da bateria: ~95%
  • Bateria → inversor: ~97%

Rendimento “round‑trip” global: ~85–90%

Instalações solares acopladas em DC

Nos sistemas acoplados em corrente contínua (sistema DC), inversor e bateria são ligados em paralelo diretamente a jusante dos módulos solares.

Configuração

Módulos solares (DC)
    ↓
Conversor DC-DC
    ├── Bateria (DC)
    └── Inversor (DC→AC)
            ↓
        Rede interna da habitação (AC)
            ↓
        Rede pública

Princípio de funcionamento

  1. Tanto a bateria como o inversor são alimentados diretamente em corrente contínua
  2. A bateria pode utilizar a DC dos módulos diretamente para carregar
  3. A corrente contínua só é convertida em corrente alternada no final, para alimentar a instalação da casa
  4. Menos etapas de conversão = maior eficiência

A troca de energia entre instalação solar e bateria faz‑se em corrente contínua.

Vantagens da acoplagem em DC

A ligação direta em corrente contínua traz vantagens claras em termos de eficiência:

Vantagem Explicação
Maior rendimento Menos conversões de energia e menores perdas
Menos componentes Um inversor central com gestão integrada da bateria
Custos globais mais baixos a longo prazo Menos perdas e arquitetura mais simples
Melhor eficiência “round‑trip” Tipicamente 92–95%
Carregamento mais rápido Caminho DC direto entre módulos e bateria

Desvantagens da acoplagem em DC

A maior eficiência implica algumas limitações:

Desvantagem Explicação
Maior dependência de um único fabricante Muitos sistemas exigem que inversor e bateria sejam da mesma marca ou certificados em conjunto
Menos adequada para retrofit O sistema deve ser pensado como um todo desde o início
Planeamento mais exigente A cablagem DC e a proteção contra sobretensões têm de ser cuidadosamente dimensionadas, de acordo com o REBT e normas harmonizadas EN
Comprimentos de cabo limitados Recomenda‑se manter os troços DC tão curtos quanto possível para reduzir perdas e riscos
Menos flexibilidade de expansão Aumentar a potência FV ou a capacidade de bateria pode exigir substituição do inversor ou de outros componentes

Rendimento típico

Na acoplagem em DC existem menos etapas de conversão:

  • Módulos solares → conversor DC‑DC: ~98%
  • Processo de carga/descarga da bateria: ~95%
  • DC → inversor → AC: ~97%

Rendimento “round‑trip” global: ~92–95%

Comparação direta

Para facilitar a escolha entre acoplagem em AC e em DC, segue uma comparação direta dos dois conceitos:

Critério Acoplagem em AC Acoplagem em DC
Rendimento 85–90% 92–95%
Instalação em sistemas existentes Simples Difícil
Flexibilidade Elevada Limitada
Custos iniciais Mais elevados Mais baixos (para sistemas novos bem dimensionados)
Custos a longo prazo Maiores (perdas superiores) Menores (melhor eficiência)
Complexidade do sistema Mais componentes Menos componentes
Escolha de fabricante Livre Frequentemente condicionada

Inversor híbrido: o melhor de dois mundos

Os inversores híbridos modernos atenuam a separação rígida entre AC e DC.

Conceito

Nos sistemas com inversor híbrido, todos os componentes convergem num único equipamento central:

  • MPPT integrado para os módulos solares
  • Conversor DC‑DC para a bateria
  • Inversor para a rede interna da habitação
  • Sistema inteligente de gestão de energia

Vantagens do conceito híbrido

A integração de todas as funções num único aparelho combina as melhores características das duas abordagens:

Vantagem Explicação
Rendimento otimizado O sistema escolhe automaticamente o caminho mais eficiente (DC ou AC)
Solução compacta Um único equipamento em vez de vários módulos separados
Instalação simplificada Menos cabos, menos quadros e coordenação mais simples
Componentes ajustados entre si Inversor, carregador e gestão de bateria concebidos para funcionar em conjunto

Gestão de energia: o “cérebro” da instalação

Independentemente da topologia, o sistema de gestão de energia (EMS – Energy Management System) é determinante. É, em termos simples, o cérebro da instalação.

As quatro funções principais

1. Gestão de cargas

O EMS monitoriza:

  • A potência instantânea consumida pelos diferentes equipamentos
  • A produção disponível da instalação solar
  • A capacidade e potência disponíveis da bateria

Com base nestes dados, decide quando e como alimentar cada carga.

Exemplo: Equipamentos de elevado consumo, como máquinas de lavar loiça ou carregadores de veículos elétricos, devem funcionar preferencialmente durante o dia, quando existe excedente de produção fotovoltaica.

2. Injeção na rede

Quando a bateria está cheia e o consumo interno é totalmente coberto:

  • O excedente é injetado na rede pública
  • Em Portugal, no regime de autoconsumo com injeção (UPAC), essa energia pode ser remunerada de acordo com o contrato com o comercializador
  • Contribui‑se para uma rede elétrica mais sustentável, com maior quota de energia renovável

3. Gestão da bateria

O EMS decide quando a bateria deve:

  • Ser carregada (quando existe excedente solar)
  • Ser descarregada (quando o consumo é superior à produção)
  • Ser preservada (por exemplo, quando a eletricidade da rede é temporariamente mais barata do que o benefício de descarregar a bateria)

Objetivo principal: Manter sempre uma margem de segurança de energia armazenada, maximizando ao mesmo tempo a vida útil da bateria.

4. Integração com Smart Home

Um bom EMS:

  • Integra‑se com sistemas de domótica e contadores inteligentes
  • Reconhece o perfil de consumo dos vários equipamentos
  • Consegue ligar e desligar cargas de forma otimizada (por exemplo, termoacumuladores, bombas de calor, carregadores de VE)
  • Ajusta continuamente a estratégia de operação em função de preços de energia, previsões solares e hábitos de consumo

Vantagens de um EMS

Um sistema de gestão de energia bem configurado traz benefícios mensuráveis para a exploração da instalação:

Vantagem Explicação
Maior taxa de autoconsumo Utilização de uma maior fração da produção solar na própria habitação
Redução da fatura elétrica Menor energia comprada à rede
Vida útil superior da bateria Ciclos de carga/descarga otimizados e limitação de profundidades de descarga extremas
Mais conforto Automatização de equipamentos e menos intervenção manual
Transparência Visualização clara de produção, consumo, armazenamento e injeção na rede

Que topologia para que situação?

Acoplagem em AC recomendada quando:

  • Existem instalações fotovoltaicas já em serviço sem armazenamento e pretende‑se adicionar uma bateria
  • É desejada máxima flexibilidade na escolha ou substituição de componentes
  • Já existem equipamentos de diferentes fabricantes e não se pretende uniformizar a marca
  • A bateria tem de ser instalada longe do inversor (por exemplo, em edifícios anexos ou caves afastadas)

Acoplagem em DC recomendada quando:

  • Se trata de instalações novas em que o armazenamento é previsto desde o início
  • A máxima eficiência energética é uma prioridade
  • Se prefere uma solução “chave na mão” de um único fabricante, com todos os componentes certificados em conjunto
  • É possível garantir percursos DC curtos entre módulos, inversor e bateria

Inversor híbrido recomendado quando:

  • Se planeiam novas instalações de pequena ou grande dimensão
  • Se pretende uma instalação simples e limpa, com menos equipamentos na parede
  • Se procura o melhor compromisso entre eficiência, custo e flexibilidade
  • Se valoriza uma solução preparada para o futuro, facilmente integrável com baterias, carregadores de VE e sistemas de gestão inteligente

Conclusão

Síntese: A escolha da topologia de sistema influencia de forma significativa a eficiência (diferenças de 5–10% no rendimento “round‑trip”), a flexibilidade para alterações futuras, os custos globais e o esforço de instalação. Para a maioria das novas instalações fotovoltaicas em Portugal, um inversor híbrido com possibilidade de ligação de baterias é hoje a solução mais equilibrada, combinando eficiência elevada com uma instalação relativamente simples. Em projetos de reabilitação de sistemas existentes, a acoplagem em AC continua muitas vezes a ser o caminho mais prático para integrar armazenamento sem substituir o inversor atual.

Todas as partes desta série

  1. Das ancas de rã às baterias: como funciona um sistema de armazenamento de energia? – Fundamentos
  2. Lítio vs. chumbo: que bateria para a instalação solar? – Comparação tecnológica
  3. Eletrónica de potência: inversores e conversores DC‑DC – Conversão de energia
  4. O “canivete suíço”: inversor híbrido – Tudo num só equipamento
  5. AC ou DC? Topologias de sistema para instalações solares – Está aqui

Para saber mais

Compreender as instalações solares: Do fotão ao volt: como funciona uma célula solar?, Configuração de uma instalação FV, AC/DC em inversores, Baterias de armazenamento explicadas, Glossário de indicadores

Bombas de calor: Como funciona uma bomba de calor?, Tipos de bombas de calor em comparação

Baterias de armazenamento: Tecnologias de baterias em comparação, Powerstations explicadas, Análise de mercado 2025

Fontes