O polivalente: inversor híbrido
Introdução: o “superstar” da tecnologia solar
Os inversores híbridos são atualmente os “superstars” da tecnologia solar e verdadeiros polivalentes. À exceção dos próprios módulos fotovoltaicos, assumem praticamente todas as funções de uma instalação solar completa. Quer se trate de conversão de energia ou de gestão inteligente, tudo é feito num equipamento compacto.
O que faz um inversor híbrido:
Um inversor híbrido reúne várias funções num único aparelho. A tabela seguinte mostra que tarefas assume:
| Função | Descrição |
|---|---|
| Conversão DC→AC | Converte a corrente contínua dos módulos em corrente alternada |
| Adaptação de tensão | Elevação e redução da tensão DC |
| Gestão da bateria | Controlo de carga e descarga |
| Gestão de energia | Distribuição otimizada da energia |
| MPPT | Maximum Power Point Tracking |
| Aquisição de dados | Tensão, corrente, temperatura |
| Comunicação | WLAN, LAN, ligação a app |
| Segurança | Proteção contra sobretensão, fusíveis |
Estrutura de um inversor híbrido
Um inversor híbrido é constituído por vários componentes integrados:
1. Inversor (DC→AC)
É a primeira interface entre os módulos solares e o sistema interno:
- Converte a corrente contínua em corrente alternada
- Pode injetar a energia diretamente na instalação elétrica da habitação
- Ou encaminhá-la internamente para o conversor DC-DC
Este componente dá o nome ao equipamento e cumpre uma das funções principais.
2. Conversor DC-DC
É a interface com a bateria:
- Adapta a tensão dos módulos solares à bateria
- Aumenta ou reduz a tensão conforme necessário
- A eletrónica de carga define a tensão ideal de carregamento
Nota: Alguns inversores híbridos têm bateria integrada. Neste artigo consideramos a variante sem bateria integrada.
3. Maximum Power Point Tracker (MPPT)
É o núcleo do sistema de controlo:
- Garante a potência máxima possível, independentemente do tempo ou da carga
- Muitas vezes já integrado no próprio inversor
- Mede a tensão gerada e ajusta-a de forma ótima
4. Sistema de gestão de energia
Responde a questões críticas:
- Quando deve a bateria carregar ou descarregar?
- Qual deve ser a potência fornecida?
- Quando usar energia solar e quando recorrer à rede?
5. Sensores e medição
Monitoriza continuamente:
- Corrente e tensão
- Temperatura
- Outros parâmetros de funcionamento
Os dados medidos são processados internamente e enviados para o módulo de comunicação.
6. Módulo de comunicação
Os inversores híbridos modernos oferecem:
- Ligação WLAN/LAN
- Controlo por app em tempo real
- Integração em sistemas Smart Home
- Monitorização e assistência remotas
7. Segurança
Inclui dispositivos de proteção contra:
- Sobretensão
- Curto-circuito
- Sobrecarga
- Problemas de temperatura
Vantagens e desvantagens
Vantagens
A integração de todos os componentes num único aparelho traz várias vantagens:
| Vantagem | Explicação |
|---|---|
| Tudo num só equipamento | Menos componentes, instalação mais simples |
| Pouco espaço | Um aparelho em vez de vários módulos separados |
| Coordenação otimizada | Todos os componentes ajustados entre si |
| Utilização simples | Uma única app para tudo |
| Elevado rendimento | Menos perdas de conversão |
| Preparado para o futuro | Frequentemente expansível (baterias adicionais) |
Desvantagens
Apesar das muitas vantagens, há alguns aspetos a ponderar:
| Desvantagem | Explicação |
|---|---|
| Custo inicial mais elevado | Mais caro do que um inversor simples |
| Complexidade | Em caso de avaria, pode parar todo o sistema |
| Menos flexibilidade | Componentes não são facilmente substituíveis em separado |
| Dependência do fabricante | Muitas vezes só compatível com baterias da mesma marca |
Monofásico vs. trifásico
A escolha entre inversores híbridos monofásicos e trifásicos tem consequências importantes.
Inversor híbrido monofásico
A corrente contínua é convertida para uma única fase de corrente alternada.
Vantagens:
Os equipamentos monofásicos são especialmente interessantes em instalações mais pequenas:
| Vantagem | Explicação |
|---|---|
| Estrutura simples | Apenas dois condutores necessários |
| Mais económico | Tecnologia menos complexa |
| Compatibilidade | Muitos equipamentos domésticos usam apenas uma fase |
Desvantagens:
As limitações tornam-se evidentes sobretudo em instalações maiores:
| Desvantagem | Explicação |
|---|---|
| Potência limitada | Normalmente apenas até cerca de 3–6 kWp |
| Carga assimétrica | Pode causar problemas na rede |
| Inadequado para grandes consumidores | Bomba de calor e carregador de veículo elétrico exigem muitas vezes trifásico |
Inversor híbrido trifásico
A corrente contínua é convertida em três fases de corrente alternada simétricas.
Vantagens:
Os inversores trifásicos são concebidos para instalações maiores e oferecem vantagens correspondentes:
| Vantagem | Explicação |
|---|---|
| Maior potência | Adequado para instalações a partir de cerca de 6 kWp |
| Melhor distribuição de carga | Correntes mais elevadas repartidas por três fases |
| Injeção simétrica | Mais favorável para a rede |
| Grandes consumidores | Compatível com bomba de calor e carregador de veículo elétrico |
Desvantagens:
A maior capacidade tem o seu preço:
| Desvantagem | Explicação |
|---|---|
| Custos mais elevados | Construção mais complexa |
| Instalação mais exigente | Medidas de segurança adicionais |
Recomendação
A escolha entre monofásico e trifásico depende sobretudo da dimensão da instalação e dos consumidores ligados:
| Dimensão da instalação | Recomendação |
|---|---|
| Até 3 kWp | Monofásico é suficiente |
| 3–6 kWp | Depende dos consumidores ligados |
| A partir de 6 kWp | Trifásico recomendado |
| Com bomba de calor/carregador VE | Trifásico |
Integração no sistema solar
Nos sistemas com inversor híbrido não há uma distinção rígida entre sistemas acoplados em AC e em DC. Todos os fluxos de energia convergem no inversor híbrido.
Estrutura típica
Módulos solares
↓ DC
Inversor híbrido
├── Bateria (DC)
├── Instalação da habitação (AC)
└── Rede pública (AC)O fluxo de energia
-
Dia de sol, baixo consumo:
- Módulos → inversor híbrido → carregamento da bateria
- Excedente → injeção na rede
-
Fim de tarde, consumo elevado:
- Bateria → inversor híbrido → instalação da habitação
-
Noite, bateria descarregada:
- Rede → inversor híbrido → instalação da habitação
-
Tarifa noturna vantajosa:
- Rede → inversor híbrido → carregamento da bateria
O software faz a diferença
Para além do hardware, o software é essencial para o controlo do sistema:
Tarefas do software
O software é o elemento central de comando e assume várias funções:
| Função | Descrição |
|---|---|
| Regulação | Trabalho conjunto com o MPPT |
| Aquisição de dados | Gestão digital de todos os valores medidos |
| Comunicação | Entre todos os componentes |
| Monitorização | Deteção de falhas |
| Prognose | Previsões de produção |
| Smart Home | Integração com automação residencial |
Funcionalidades típicas das apps modernas
- Monitorização em tempo real da produção e do consumo
- Dados históricos e estatísticas
- Controlo remoto e parametrização
- Notificações push em caso de avaria
- Previsões de produção com base em dados meteorológicos
Conclusão
Ideia principal: Os inversores híbridos são a solução “tudo em um” para instalações solares modernas. Reúnem inversor, conversor DC-DC e gestão de energia num único equipamento, simplificam a instalação e a operação, otimizam automaticamente o autoconsumo e comunicam de forma integrada com app e sistemas Smart Home. Para a maioria das instalações solares residenciais com bateria, o inversor híbrido é hoje a primeira opção.
Como configurar a sua instalação solar de forma ideal é explicado no artigo AC ou DC? Topologias de sistema para instalações solares.
Série de artigos
Este artigo faz parte de uma série de cinco textos sobre sistemas de armazenamento de energia para instalações solares:
| Nº | Artigo | Tema |
|---|---|---|
| 1 | Fundamentos da tecnologia de baterias | Da pilha de Volta à célula moderna |
| 2 | Lítio vs. chumbo | Que tecnologia para que aplicação? |
| 3 | Eletrónica de potência | Inversores e conversores DC-DC |
| 4 | Inversor híbrido | Está aqui |
| 5 | Topologias de sistema | Acoplamento em AC ou em DC? |