Painéis solares fotovoltaicos. Imagem: Creative Commons

Clarice Cudischevitch

O Centro de Pesquisas Gesep da Universidade Federal de Viçosa (UFV) trabalha no desenvolvimento da próxima geração de inversores fotovoltaicos. A ideia é que, mais do que injetar energia elétrica na rede, o equipamento seja capaz de melhorar sua qualidade. A pesquisa, liderada pelo engenheiro eletricista Heverton Pereira, é conduzida com apoio do Instituto Serrapilheira.

A energia solar fotovoltaica é obtida por meio da conversão direta da luz em eletricidade, utilizando painéis. Ela não se confunde com a energia captada por painéis solares para aquecimento da água, que se popularizou nos últimos anos. Aqui, a ideia é que os usuários produzam sua própria energia elétrica.

Para a conexão do painel fotovoltaico à rede elétrica, é necessário um componente que é o coração do trabalho de Pereira: o inversor fotovoltaico. Isso porque o painel fotovoltaico produz energia em corrente contínua, enquanto a rede elétrica é um sistema de corrente alternada. O inversor é responsável por fazer essa ligação entre os dois sistemas.

Heverton Pereira durante o segundo Encontros Serrapilheira, realizado em em meados de novembro de 2018. Foto: Francisco Costa

Atualmente, o inversor é utilizado para injetar na rede elétrica a energia ativa. “Ou seja, primeiro você produz a energia fotovoltaica, depois injeta na rede elétrica e desconta a quantidade produzida do que consumiu de fato, pagando menos no final do mês”, explica o pesquisador. Se chover o mês inteiro, por exemplo, e nenhuma energia for gerada, o usuário paga a conta completa normalmente.

Essa tecnologia já é bastante difundida no Brasil – até 2017, 20.794 unidades utilizavam conexões de sistemas fotovoltaicos no país. A nova geração de inversores fotovoltaicos proposta pelo grupo de Viçosa, no entanto, vai além. “O objetivo é que, mais do que injetar potência ativa na rede, ele seja capaz de ajudar a resolver problemas do sistema elétrico.”

Um exemplo é uma oscilação de tensão na rede elétrica. “Achamos que é algo passageiro, mas, em uma indústria que produz chapas de aço para carros, uma oscilação no momento em que a chapa está sendo laminada pode fazer com que ela não saia com a especificação correta e tenha que ser descartada”, diz Pereira. Com capacidade de atuar em milissegundos, o inversor fotovoltaico pode operar como um regulador de tensão imediato e resolver o problema.

Outra função para o inversor fotovoltaico trabalhada pelo grupo é na chamada compensação de harmônicos. Quando conectamos, por exemplo, um notebook à rede elétrica, a fonte faz a transformação da rede alternada para a contínua. O problema é que, sempre que ocorre essa conversão, que é feita por esse processo de retificação, são geradas distorções na rede elétrica, conhecidas como harmônicas.

Toda vez que ocorre a compensação, harmônicas são introduzidas na rede. A princípio, são distorções muito pequenas, mas, quando consideramos diversos equipamentos conectados – computadores, televisões etc – o valor pode se tornar significativo e até mesmo ultrapassar os limites permitidos.

Como o inversor fotovoltaico faz o caminho inverso – converte a corrente contínua do painel solar em corrente alternada da rede -, ele permite injetar na rede a mesma frequência distorcida pelas harmônicas. Se o notebook injeta 180 hertz, por exemplo, o inversor injeta 180 hertz em oposição, de modo que uma onda harmônica anule a outra.

O inversor fotovoltaico capaz de atacar esses dois problemas é conhecido como multifuncional, já desenvolvido e testado em laboratório. O grupo de pesquisa de Pereira publicou, recentemente, dois artigos no periódico Microelectronics Reliability Journal, que medem o impacto dessas funções na durabilidade do equipamento. Eles mostraram que um inversor fotovoltaico compensando correntes harmônicas pode reduzir em até 30% sua vida útil.

Além disso, pela primeira vez na literatura, analisaram o impacto da capacitância térmica do painel fotovoltaico na vida útil do inversor. “Mostramos que, considerando a capacitância térmica do painel, a vida útil do inversor pode ser reduzir em até 20%. Essa análise é mais realista, pois leva em consideração os efeitos das variações ambientais”, conta Pereira.