O QUE SÃO MPPT E MLPE NO INVERSOR SOLAR

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Cada vez mais os profissionais do mercado de energia solar fotovoltaica buscam compreender as diferenças entre microinversores e inversores string — dois equipamentos voltados à mesma aplicação, mas que possuem diversas características muito particulares que devem ser conhecidas na hora de se adquirir um deles.

A otimização de energia é um dos principais fatores que precisam ser avaliados quando se escolhe um tipo de inversor. Dois pontos sãofundamentais para se compreender como a energia é otimizada: a tecnologia MPPT e o conceito de MLPE.

Para entender melhor as diferenças, vantagens e desvantagens de cada tipo de inversor, primeiramente é importante explicar o que são MPPTs (sigla de “maximum power point tracker” — ou “rastreador de ponto de máxima potência”, em português), uma tecnologia que é chave para a eficiência dos microinversores e inversores string.

Mais adiante, explicaremos o que é MLPE — um conceito presente em equipamentos que aplicam a tecnologia do MPPT de forma individualizada. 

De forma sucinta, a função dos inversores nos sistemas solares fotovoltaicos é receber a eletricidade gerada pelos painéis em corrente contínua (CC) para, então, transformá-la em corrente alternada (CA) que será injetada na rede elétrica local. Essa corrente alternada (CA) é a energia elétrica convencional que utilizamos em nossas casas.

Para realizar esse processo com o melhor aproveitamento de potência possível, o inversor conta com um recurso chamado de MPPT, um algoritmo que faz com que o aparelho tenha altos rendimentos de operação.

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O MPPT monitora de forma contínua os parâmetros elétricos em sua entrada — fazendo ajustes em tempo real, garantindo que o aproveitamento da energia será o máximo na conversão de corrente contínua para corrente alternada. Assim, o MPPT otimiza a energia (buscando a melhor potência para funcionamento da placa solar).

Uma diferença importante entre os inversores string e microinversores é justamente a forma como aplicam MPPTs: enquanto no primeiro a otimização de energia é feita simultaneamente em vários módulos (o que pode gerar perda de potência, já que o sistema seguirá o padrão da placa com menor rendimento), no caso do microinversor o tratamento é individualizado (e faz com que cada painel se beneficie do MPPT de forma independente).

Abaixo, entenda como essa diferença básica entre inversor string e microinversor afeta o rendimento das placas solares. 

Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur

Entendido o que é o MPPT, é importante também explicar o que é o MLPE — sigla do inglês, “module-level power eletronics” (“eletrônica de potência no nível do módulo”, em tradução literal).

Como o nome já diz, o conceito de MLPE está presente quando temos a “eletrônica de potência” (que gera a otimização de energia) atuando no nível individual de cada módulo.

De forma muito prática e resumida, podemos dizer que o conceito de MLPE aplica toda a teoria do MPPT a uma determinada placa solar (e não a um conjunto delas).

Assim, toda a otimização é feita considerando as características de uma única placa (ou duas, em alguns modelos) e não há perda de rendimento quando há diferença na geração de energia entre dois painéis do mesmo sistema fotovoltaico.

Quando um equipamento aplica o conceito de MLPE, a potência extraída de um painel é, de fato, a potência máxima que ele pode gerar (sem que fique limitada por nenhuma outra interferência como diferença entre os módulos, inclinações ou orientações diferentes, sombreamentos ou até mesmo falhas de instalação, entre outras possíveis condições que reduzam o rendimento).

Conceito MLPE (Module Level Power Electronics)

O microinversor é um exemplo de aparelho que segue o conceito de MLPE (pois conta com MPPTs que trabalham individualmente em cada placa).

Via de regra os inversores string não trabalham com MLPE, mas há exceções: podemos sim usar MLPE quando trabalhamos com inversores string, porém para isso precisamos da instalação de otimizadores de energia nos diferentes painéis do sistema fotovoltaico.

Esses otimizadores de energia na prática são MPPTs, mas atuam sempre em CC. Portanto, nesses casos precisaremos contar também com um inversor string que converta a eletricidade do sistema para CA.

Conclusão: o microinversor oferece o MLPE (a otimização de energia individualizada) em apenas um equipamento — uma vantagem em relação ao inversor string. Há também os inversores string com otimizadores individuais, que conseguem obter resultados similares aos microinversores.

Como vimos, tanto os inversores string quando os microinversores possuem MPPTs — mas, enquanto no inversor string conectamos vários painéis em série em uma mesma entrada (“string”), no caso do microinversor utilizamos um MPPT por placa solar.

Além disso, apenas o microinversor propicia as vantagens do conceito de MLPE em um único equipamento (já que os inversores string necessitam de otimizadores individuais para conseguir o mesmo tratamento individual por módulo).

Inversores string convencionais geralmente possuem uma ou duas entradas de MPPT (embora possam existir aparelhos com mais entradas). Dessa forma, cada MPPT gerencia até 15 ou 20 painéis conectados em série na string, sem otimizar individualmente as placas solares.

Já nos microinversores, cada painel é conectado diretamente no equipamento e possui seu MPPT individual ou para um par de painéis. Normalmente, esses aparelhos possuem duas ou quatro entradas de MPPTs e promovem um tratamento “individualizado” de energia.

Por conta das entradas individualizadas de MPPT, em um sistema de energia solar com microinversores temos prejuízos reduzidos quando há qualquer problema na geração de energia em uma placa solar (seja um defeito, sombreamento momentâneo ou diferença de potência entre os módulos).

Se isso ocorrer, a diferença de cada placa solar não afetará a geração das outras placas do projeto — pois a otimização é feita de forma independente, garantindo a melhor performance do sistema de energia solar.

Já com o inversor string, a otimização é feita para todo o grupo de painéis que estiver conectado a uma determinada entrada ou MPPT. Assim, o sistema terá pior rendimento que com os microinversores caso um dos painéis esteja sombreado ou danificado.

Vale destacar: em situações sem obstáculos ou sombreamentos na incidência de luz no painel, a geração com inversores string será a máxima possível e, de forma geral, equivalente ao rendimento obtido com microinversores.

Ainda assim, com o microinversor haverá um ganho devido à diferença de potência entre os painéis solares, fator que se torna mais relevante ao longo dos anos com a degradação deles.

Entre diversos ganhos, podemos citar três situações em que sistemas solares fotovoltaicos funcionam melhor quando contam com MLPE: em condições de sombreamento, quando há múltiplas faces de telhado (inclinações ou orientações diferentes) e nas situações em que o sistema possui painéis de potências diferentes.

O último fator é importante e deve sempre ser levado em consideração: as placas solares possuem diferenças devido à tolerância (diferenças já de fabricação) de um mesmo modelo. Além disso, em um sistema fotovoltaico as placas solares vão sempre se degradar de forma diferente ao longo do tempo e resultar em potências distintas entre si (uma situação conhecida como “mismatch”).

Dessa forma, é importante que cada um dos painéis solares tenha otimização de energia individual (seguindo o conceito de MLPE), já que assim o rendimento não será afetado pela menor produção de energia dos outros.

Se um painel estiver danificado ou produzindo menos que o esperado em uma instalação com inversor string sem otimizadores ele “puxará para baixo” o desempenho de todo o sistema.

Portanto, o microinversor leva vantagem em situações nas quais há sombreamento em determinada partes do telhado por alguns períodos do dia e em telhados muito “recortados” — nos quais é necessário instalar painéis em diferentes orientações e inclinações, condição na qual cada módulo terá uma potência diferente no mesmo momento.

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Como otimizam a geração de energia por painel, os microinversores vão extrair o máximo de cada módulo (independentemente de sua inclinação, orientação ou eventual sombreamento). Dessa forma, os problemas sempre ficarão restritos aos módulos que tiverem com menor produção momentânea, sem afetar os demais.

Junte-se a isso o fato do microinversor monitorar cada painel individualmente, um fator que facilita a identificação mais rápida de qualquer problema com placas solares (e, consequentemente, faz com que ajustes sejam realizados antes e evitem maior perda de energia). Esse problema pode ter muitas origens, desde uma folha de árvore grudada em um módulo, até um defeito de crimpagem em um conector elétrico.

No caso dos inversores string, o monitoramento é feito sobre todas as placas solares da “string” e não há como identificar facilmente se há algum problema ou qual painel apresenta alguma condição que gera perda de energia (um problema que, nesses casos, também prejudicará o rendimento de todo o sistema, já que os módulos conectados entre si são otimizados pelo mesmo MPPT).

A quantidade de entradas de MPPT de cada inversor interfere diretamente também na flexibilidade e praticidade dos projetos de sistemas solares fotovoltaicos.

De forma geral, todos os painéis ligados a um mesmo MPPT devem ter caraterísticas idênticas e serem instalados da mesma maneira (orientação e inclinação), um cuidado que é fundamental para que o MPPT funcione de forma otimizada.

Quando trabalhamos com inversores string, portanto, precisamos instalar todos os painéis solares na mesma orientação e inclinação. De preferência, também devemos garantir que não haja sombreamento em nenhum módulo da série para não prejudicar o desempenho do MPPT.

Já no microinversor esse problema não ocorre. Como um módulo é conectado em cada MPPT, as diferenças na orientação, inclinação ou sombreamento não interferem no resto do conjunto.

Esquema simplificado de ligação de um Microinversor Solar

Por oferecem MPPTs individualizados, os microinversores também possibilitam que o sistema seja mais flexível (ou seja, a instalação de placas solares pode ser adaptada com mais facilidade a diferentes posições, já que os painéis, mesmo formando um conjunto, estarão separados entre si no que se refere à otimização de energia).

Assim, é possível fazer instalações de placas solares com orientações diferentes e, posteriormente, também é mais simples expandir qualquer sistema.

Em uma futura expansão, há duas grandes vantagens para os microinversores.

A primeira é que os “kits de energia solar” são modulares e basta adicionar um novo kit para aumentar a potência, enquanto com o inversor string é necessário trocar o inversor.

A segunda vantagem ocorre pelo fato de as placas solares evoluírem rápido, ganhando mais tecnologia e potência ano a ano. Isso não é um problema para os microinversores, que otimizam cada placa solar individualmente. Já os inversores string atuam sempre sobre todo um conjunto (e, portanto, haverá perda de rendimento quando instalarmos placas novas).