Introdução: O desafio da conversão de corrente

Os módulos solares estão montados, a bateria está pronta a funcionar e o sol brilha. A base para um sistema solar está criada. Falta, porém, um componente essencial: o inversor e as suas múltiplas funções.

O desafio nos sistemas solares:

• As células solares geram corrente contínua (DC)
• Os equipamentos domésticos necessitam de corrente alternada (AC)
• As baterias voltam a armazenar corrente contínua (DC)

Para resolver isto recorre‑se à eletrónica de potência. Neste artigo fica a saber como funcionam os diferentes componentes.

Visão geral: componentes de eletrónica de potência

Tanto na tecnologia solar como em praticamente todos os equipamentos modernos, nada funciona sem eletrónica de potência. Em sistemas solares e baterias utilizam‑se vários componentes, cada um com tarefas específicas na conversão de energia elétrica:

Componente	Função
Inversor	DC → AC (corrente contínua para alternada)
Retificador	AC → DC (corrente alternada para contínua)
Elevador de tensão (boost)	Baixa tensão DC → Alta tensão DC
Redutor de tensão (buck)	Alta tensão DC → Baixa tensão DC
BMS	Sistema de gestão de baterias (Battery Management System)

Unidirecional e bidirecional

Estes componentes podem ser unidirecionais (num só sentido) ou bidirecionais (em ambos os sentidos):

• Unidirecional: Apenas, por exemplo, de corrente contínua para alternada
• Bidirecional: Ambos os sentidos possíveis (fundamental para sistemas de armazenamento em bateria!)

O inversor: o coração do sistema solar

Os inversores convertem a corrente contínua gerada pelos módulos solares em corrente alternada. Isto é feito através de interruptores eletrónicos de potência, os chamados semicondutores de potência ou chaves de potência.

Princípio de funcionamento: o “picotar” da corrente

1. A corrente contínua é ligada e desligada muito rapidamente
2. Através de tempos de condução diferentes cria‑se um padrão
3. A partir dos valores médios destes “pedaços de corrente contínua” gera‑se uma forma de onda alternada
4. A frequência resultante é, em Portugal e na Europa, de 50 Hz

O resultado é uma corrente alternada compatível com a rede, adequada para todas as aplicações domésticas.

Funções importantes do inversor

Para além da simples conversão de corrente, os inversores modernos assumem outras funções essenciais para o funcionamento seguro e eficiente do sistema solar:

Função	Descrição
Sincronização com a rede	Ajusta frequência, fase e tensão à rede pública
Proteção anti‑ilha	Desliga em caso de falha de rede (proteção para pessoal de manutenção)
Limitação de potência	Limitação por software (por ex. para cumprir requisitos da rede)
Monitorização	Supervisão, registo de dados e diagnóstico de avarias

Nota para Portugal:
A ligação de inversores à rede pública deve cumprir o Regulamento de Acesso às Redes e às Interligações (RARI) e as regras técnicas da E‑REDES ou do operador de rede local, incluindo requisitos de proteção anti‑ilha, qualidade de energia e injeção máxima de potência.

Rendimento

Os inversores modernos atingem 96–98% de rendimento. As perdas resultam de:

• Perdas de comutação nos semicondutores
• Consumo próprio da eletrónica de comando
• Desenvolvimento de calor e perdas nos componentes passivos

O retificador: o inverso do inversor

Um retificador é, em termos de função, o inverso de um inversor: converte corrente alternada em corrente contínua.

Princípio de funcionamento

Na retificação, a forma de onda da corrente alternada é parcialmente “cortada”:

• Aproveitam‑se apenas os “picos” positivos da corrente alternada
• O valor médio destes picos resulta numa corrente contínua aproximadamente constante
• Comutação em alta frequência e filtragem adicional suavizam o resultado

Aplicação em sistemas solares

Os retificadores são necessários quando:

• Uma bateria ligada ao lado AC é carregada a partir da rede
• Se pretende armazenar temporariamente excedentes de energia da rede em baterias

Conversores DC-DC: ajustar a tensão

Os conversores DC-DC (conversores de corrente contínua) alteram o nível de tensão da corrente contínua, sem a transformar em corrente alternada.

Elevador de tensão (Boost Converter)

Converte baixa tensão em alta tensão.

Constituição típica:

• Fonte de baixa tensão
• Bobina (indutor)
• Diodo
• Chave de potência
• Condensador

Princípio de funcionamento:

1. Chave fechada: A corrente flui através da bobina, formando‑se um campo magnético
2. Chave abre: O campo magnético colapsa e gera uma tensão adicional
3. Condensador carrega: A tensão aumentada é armazenada no condensador

Este processo repete‑se a frequência muito elevada, resultando numa tensão de saída estável.

Redutor de tensão (Buck Converter)

Converte alta tensão em baixa tensão.

Princípio de funcionamento:

1. Chave fechada: A corrente flui para a bobina e para o condensador de saída
2. Chave abre: O campo magnético na bobina colapsa, a polaridade muda e a energia é libertada para a carga
3. Carga alternada: Através da comutação rápida e da “inércia” da bobina obtém‑se uma tensão média mais baixa e estabilizada

Conversor DC-DC bidirecional (Buck‑Boost)

Combina ambas as funções – pode elevar e reduzir a tensão. É particularmente importante para:

• Carregamento e descarga de baterias em diferentes estados de carga
• Adaptação a tensões variáveis dos módulos solares

Compreender os blocos de construção

Para melhor compreensão, seguem‑se os principais componentes utilizados nestes conversores.

Bobina (indutor)

Um condutor elétrico enrolado que:

• Ao passar corrente cria um campo magnético
• Quando a corrente é interrompida, mantém o fluxo de corrente por um curto período

Analogia: Como uma roda de água pesada que continua a girar algum tempo depois de se fechar a torneira.

Diodo

Permite a passagem de corrente apenas num sentido. Funciona como uma válvula de retenção num sistema hidráulico.

Condensador

Armazena energia sob a forma de campo elétrico. É constituído por duas placas metálicas separadas por um isolante. Serve como armazenamento intermédio para estabilizar a tensão.

Chave de potência

Interruptores eletrónicos baseados em semicondutores (por ex. MOSFET, IGBT):

• Elevadíssima velocidade de comutação
• Dimensões reduzidas
• Comandados por sinais de baixa potência provenientes da eletrónica de controlo

MPPT: potência máxima do sistema solar

O Maximum Power Point Tracker (MPPT) está frequentemente integrado no inversor. A sua função é garantir que, independentemente do tempo ou da carga, o sistema solar opere sempre no ponto de potência máxima.

Porque é necessário?

A potência elétrica é: P = U × I (tensão × corrente)

Cada módulo solar tem uma curva característica própria, que varia com:

• Sombreamento
• Temperatura das células
• Variações da radiação solar

Existe um ponto ótimo nesta curva – o ponto de potência máxima (Maximum Power Point) – em que o produto de tensão e corrente é máximo. O MPPT procura continuamente esse ponto.

O algoritmo “Perturb and Observe”

1. A tensão de operação é ligeiramente aumentada ou reduzida (perturbação)
2. Mede‑se a alteração da potência resultante (observação)
3. A potência aumentou? → Continua‑se a variar na mesma direção
4. A potência diminuiu? → Inverte‑se a direção da variação

Desta forma, o MPPT acompanha continuamente o ponto de potência máxima, mesmo com condições de radiação variáveis.

Sistema de gestão de baterias (BMS)

Os sistemas de armazenamento em bateria modernos integram um sistema inteligente de controlo e monitorização, o BMS, para garantir um funcionamento seguro.

Tarefas principais do BMS

O BMS desempenha um conjunto de funções indispensáveis para a segurança e longevidade da bateria:

Tarefa	Descrição
Monitorização	Tensão, corrente e temperatura de cada célula
Equilíbrio de células (cell balancing)	Garante que todas as células têm níveis de carga semelhantes
Avaliação de estado	Cálculo de SoC, SoH, SoP
Proteção	Contra sobrecarga, sobredescarga, sobreaquecimento e curto‑circuito
Comunicação	Envio de dados para inversor, sistema de gestão de energia, etc.

Principais parâmetros de bateria

O BMS monitoriza vários parâmetros que indicam o estado atual da bateria. Estas abreviaturas normalizadas surgem frequentemente em documentação técnica:

Abreviatura	Significado	Pergunta associada
SoC	State of Charge	Quão carregada está a bateria?
SoH	State of Health	Em que estado de saúde está a bateria?
SoP	State of Power	Quanta potência pode fornecer neste momento?
SoS	State of Safety	Quão próxima está dos limites de segurança?
SoF	State of Function	Em que medida a bateria ainda cumpre as suas funções?

O BMS acompanha estes valores em permanência e decide sobre medidas de proteção ou limitação de funcionamento.

Enquadramento normativo e regulamentar em Portugal

Embora os princípios de eletrónica de potência sejam universais, o dimensionamento e a integração de inversores, conversores e baterias em edifícios em Portugal devem respeitar normas e regulamentos nacionais e europeus.

Normas técnicas relevantes

• Cálculo de cargas térmicas e desempenho energético de edifícios
  Em vez de normas DIN alemãs, em Portugal aplicam‑se:

  • EN 12831 (cálculo de carga térmica de aquecimento) e normas associadas, utilizadas no âmbito do Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE)
  • EN ISO 6946, transposta como NP EN ISO 6946, para cálculo de coeficientes de transmissão térmica (valores U) de elementos da envolvente

• Bombas de calor e sistemas de climatização
  O desempenho de bombas de calor e equipamentos HVAC é avaliado segundo:

  • EN 14511, EN 14825 e normas relacionadas, adotadas como normas portuguesas (NP EN …), em vez das diretrizes VDI alemãs

• Sistemas fotovoltaicos e inversores
  Para projeto e segurança de instalações fotovoltaicas e da eletrónica de potência associada aplicam‑se, entre outras:

  • NP EN 62446 (requisitos de ensaio e documentação de sistemas FV ligados à rede)
  • NP EN 62109 (segurança de conversores de potência para uso fotovoltaico)
  • Regras técnicas dos operadores de rede (por ex. E‑REDES) para ligação de micro e miniprodução.

Regulamentação energética dos edifícios

Em Portugal, o desempenho energético dos edifícios e a integração de sistemas solares e de armazenamento são enquadrados por:

• Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE), gerido pela ADENE
• Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS)
• Transposição da Diretiva Europeia de Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD), que estabelece requisitos para edifícios novos de quase zero energia (nZEB) e incentiva a integração de renováveis (solar térmico, fotovoltaico, bombas de calor, etc.)

Na prática:
Ao planear um sistema solar com inversor e baterias num edifício novo ou sujeito a grande reabilitação, o projetista deve articular o dimensionamento elétrico (inversor, conversores, cablagem) com os requisitos do SCE e do REH/RECS, de forma a otimizar a classe energética do edifício.

Certificação energética e rotulagem

• Certificado Energético de Edifícios

  • Obrigatório para edifícios novos, grandes renovações e na venda ou arrendamento de imóveis
  • Emite uma classe energética de A+ a F, considerando isolamento, sistemas de climatização, produção de AQS e contributo de energias renováveis (incluindo fotovoltaico e baterias, quando relevantes)

• Rótulos de eficiência energética de equipamentos

  • Inversores, bombas de calor, aparelhos de ar condicionado e outros equipamentos seguem a rotulagem energética da UE, com classes de A a G
  • Para sistemas combinados (por ex. bomba de calor + fotovoltaico + armazenamento), o desempenho global pode ser considerado na certificação energética do edifício

Incentivos e apoios em Portugal para sistemas solares e eficiência

Ao contrário da Alemanha, onde existem programas como BAFA ou KfW, em Portugal os apoios são geridos sobretudo a nível nacional através de fundos europeus e programas específicos.

Programas de apoio relevantes (situação recente)

Atenção: Os programas são periódicos e sujeitos a avisos de abertura. É essencial verificar sempre a informação atualizada em sites oficiais (ADENE, DGEG, Fundo Ambiental, IAPMEI, etc.).

• Fundo Ambiental – Programas de Eficiência Energética em Edifícios Residenciais

  • Ex.: “Edifícios Mais Sustentáveis” (várias fases)
  • Tipicamente apoia:
  • Instalação de painéis solares fotovoltaicos e sistemas de armazenamento em bateria
  • Substituição de janelas, reforço de isolamento térmico
  • Instalação de bombas de calor e outros sistemas de climatização eficientes
  • Apoios frequentemente na ordem de até 70–85% do investimento elegível, com tetos máximos por medida (valores exatos variam por fase do programa)

• Programas financiados pelo PRR (Plano de Recuperação e Resiliência)

  • Linhas para eficiência energética em edifícios de serviços e indústria, incluindo:
  • Sistemas fotovoltaicos para autoconsumo
  • Otimização de sistemas HVAC e gestão de energia
  • Integração de sistemas de monitorização (onde se enquadra a eletrónica de potência e controlo)

• Apoios a Autoconsumo Renovável (UPAC)

  • A instalação de Unidades de Produção para Autoconsumo (UPAC) com inversores ligados à rede é regulada pela DGEG
  • Em determinados períodos existem linhas de apoio específicas (por ex. para condomínios, PME ou agricultura), que podem incluir comparticipação na instalação de inversores, baterias e sistemas de gestão de energia

• Benefícios fiscais pontuais

  • Em alguns anos, despesas com energias renováveis em habitação própria permanente podem ser parcialmente dedutíveis em sede de IRS, dentro de limites definidos
  • É necessário confirmar anualmente no Orçamento do Estado e na legislação fiscal em vigor

Em resumo para o leitor em Portugal:
Ao planear um sistema fotovoltaico com inversor, conversores DC-DC e baterias, vale a pena:

• Verificar programas ativos no Fundo Ambiental e no PRR
• Confirmar com a DGEG e o instalador se a UPAC pode beneficiar de apoios específicos
• Articular o projeto com um perito qualificado do SCE para maximizar a classe energética do edifício.

Conclusão

O que acontece quando todas estas funções são reunidas num único equipamento? Saiba mais no artigo O tudo‑em‑um: inversor híbrido.

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Série completa de artigos “Armazenamento de energia para sistemas solares”

1. Das pernas de rã às baterias: como funciona um sistema de armazenamento de energia? – Fundamentos
2. Lítio vs. chumbo: que bateria escolher para o sistema solar? – Comparação tecnológica
3. Eletrónica de potência: inversores e conversores DC-DC – Está aqui
4. O tudo‑em‑um: inversor híbrido – Tudo num só equipamento
5. AC ou DC? Topologias de sistema para instalações solares – Conceitos de configuração de sistemas

Fontes

• Peter Hofmann: Hybridfahrzeuge (Springer Vienna, 2010)
• SMA: conhecimentos básicos sobre inversores solares
• HTW Berlin: Eficiência de inversores híbridos
• Elektronik-Kompendium: fundamentos