A penetração dos sistemas de energia solar conectados à rede tem aumentado, de projetos de escala pública aos carros alimentados com energia solar. Sistemas avançados de energia inteligente são atualmente a chave para a próxima geração de redes de distribuição de energia renovável.
Com o rápido crescimento em variedade, produção e tamanho de projetos de energia solar, a geração de energia em frequência e/ou voltagem regulada para cargas de diferentes tamanhos, vemos um volume crescente na qualidade da energia que está sendo gerada. Novas demandas por: custo e redução de tamanho, desempenho, receita e melhoria da qualidade, flexibilidade e gerenciamento do consumo e leis mais rigorosas estão acelerando o ritmo dos avanços em tecnologias de interface de rede, como os inversores solares.
Como as harmônicas afetam a qualidade da energia
Harmônicas são múltiplos inteiros do sinal fundamental (voltagem ou corrente a 50 ou 60 Hz) e possuem efeitos de curto e longo prazo nas redes, equipamentos conectados à rede e equipamentos eletrônicos de energia, como mau funcionamento, falhas e perdas. Elas reduzem a confiabilidade, o ciclo de vida e a eficiência das redes elétricas. As principais desvantagens dos sistemas eletrônicos de energia são baixas (abaixo de 2kHz) e/ou altas emissões da frequência de harmônicas.
Como sabemos, em um sistema de energia elétrica, a carga elétrica não linear resultará em voltagem e correntes harmônicas. As harmônicas nas redes de energia são causa frequente de problemas na qualidade da energia. Elas aumentam a corrente e a temperatura em dispositivos conectados e condutores, além de produzirem quedas da voltagem harmônica na resistência a curto circuito da rede, de modo a influenciar o formato da onda de tensão. Quanto maior o valor absoluto da corrente harmônica, maior é a sua influência na distorção da voltagem da rede. A redução na corrente e na voltagem harmônica é considerada desejável.
De acordo com o padrão IEC61727, a distorção da corrente harmônica total deve ser inferior a 5% da saída indicada no inversor. E na indústria solar a maioria dos fornecedores de inversores alega nas suas fichas de dados que a harmônica total é inferior a 3%.
Reduzindo os riscos das harmônicas usando a tecnologia de inversor string
O risco de ressonância harmônica é muitas vezes negligenciado na hora de desenvolver plantas de energia solar de grande e pequena escala. Muitas vezes, essas preocupações só são reconhecidas quando a construção dos projetos está perto da conclusão. Por isso, a operação comercial muitas vezes atrasa até que os problemas das harmônicas sejam resolvidos, deixando os desenvolvedores do projeto sob um significativo risco financeiro. Além disso, o reconhecimento tardio dos problemas pode resultar em soluções de qualidade inferior e alto custo.
Então, como você pode suprimir as harmônicas para obter redes de qualidade superior seguindo os padrões? Os inversores string absorvem e aplicam tecnologias avançadas para garantir um melhor desempenho no controle das harmônicas. Aqui temos uma visão de como eles conseguem isso.
(1) Algoritmos inteligentes: Do algoritmo inversor, a voltagem de saída é a onda senoidal. Quando há uma distorção na saída da onda PWM, a onda de saída harmônica do inversor e o controle serão influenciados. O aumento da frequência de comutação e do número dos níveis de saída PWM pode reduzir a taxa de distorção da onda PWM. O inversor string com alta frequência de comutação e topologia de três níveis será melhor que o inversor central com baixa frequência de comutação e topologia de dois níveis.
(2) Maior frequência de comutação: Quanto maior a frequência de comutação, maior o controle da largura de banda e melhor o controle de uma ampla gama de ondas harmônicas de corrente. Para garantir a estabilidade, o controle da largura de banda do inversor é normalmente de cerca de 1/10 da sua frequência de comutação. A frequência de comutação do inversor string (16 kHz) é muito maior do que o inversor central (3 kHz para inversor de topologia de dois níveis e 9 kHz para inversor de topologia de três níveis). Quanto melhor o controle da largura, melhor o controle da onda harmônica de ordem inferior.
(3) Tecnologia de filtragem inovadora: A parte de alta frequência da corrente fora da largura de banda deve ser filtrada pelo filtro do inversor. Normalmente, o inversor string usa o filtro LCL com forte capacidade derating da onda harmônica de alta frequência pouco influenciado pela resistência da rede. Os inversores centrais usam o filtro LC para cortar custos, o que influenciará o desempenho.
(4) Modo de filtro ativo: Em uma matriz fotovoltaica, múltiplos inversores string são posicionados a diferentes distâncias até o transformador step-up, de modo que a resistência da linha será diferente. A resistência da linha pode alterar de forma equivalente a indutância LC no filtro LCL e os diferentes parâmetros do filtro mudarão a fase da onda harmônica. Quando múltiplos inversores são conectados em paralelo, a onda harmônica pode ser cancelada devido a diferente fase, de modo a reduzir a onda harmônica total. Com exceção do cancelamento da onda harmônica passiva, a Huawei desenvolve o modo de filtro ativo, que pode reduzir ativamente a onda harmônica para uma adaptação mais inteligente da rede.
O mundo está mudando e se transformando em uma velocidade extremamente rápida. Junto com ele, podemos ver como as tecnologias voltadas para energia solar estão seguindo o mesmo caminho, sendo uma alternativa sustentável e inovadora para um futuro hiperconectado.
