Sistema comutador em transformadores operando a vazio em sistemas fotovoltaicos

Abstract

Resumo: As instalações de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de distribuição estão cada vez mais frequentes, em termos de micro e mini geração. A etapa inversora é empregada em conexões entre o sistema elétrico de distribuição e o sistema fotovoltaico, podendo ser sistemas monofásicos ou trifásicos, dependendo da potência instalada do sistema. No Brasil, existem duas tensões oficias de distribuição de energia: em 127 V e 220 V eficazes de fase (tensões monofásicas), e esta diferença impacta na construção dos equipamentos elétricos e eletrônicos fabricados no país para determinadas regiões. Tratando-se dos inversores para sistemas fotovoltaicos, eles são, em sua maioria, projetados para operar em tensões de 220 V/380 V de tensão de fase e de linha, respectivamente. Para outras regiões, nas quais as tensões das concessionárias de energia são 127 V/220 V, de tensão de fase e de linha, respectivamente, nestes casos, são empregados transformadores abaixadores para adequar a tensão fornecida pelo inversor para a rede elétrica. O emprego destes transformadores, para este tipo de conversão, gera perdas que são inerentes de seu funcionamento, e mais especificamente, quando operam em vazio (principalmente nos períodos noturnos, em que a conversão de energia solar é nula), resultando em menores eficiências no sistema fotovoltaico completo. Estima-se que as perdas no período noturno podem chegar a 10% em relação à energia produzida mensalmente no sistema fotovoltaico da instalação. Este trabalho propõe um equipamento de comutação automático, por meio de sensores de corrente e de tensão, detectam a operação em vazio dos transformadores, desconectando-os do circuito, sendo possível verificar uma redução das perdas totais com esta aplicação.

Abstract: Photovoltaic systems connected to the distribution grid are increasingly frequent, in terms of micro and mini generation. The inverter stage is used in connections between the electrical distribution system and the photovoltaic system, which can be single-phase or three-phase systems, depending on the installed power of the system. In Brazil, there are two official power distribution voltages: 127 V and 220V effective phase (single-phase voltages), and this difference impacts the construction of electrical and electronic equipment manufactured in the country for certain regions. In the case of inverters for photovoltaic systems, they are mostly designed to operate at voltages of 220 V and 380 V of phase and line voltage, respectively. For other regions, in which the voltages of the energy concessionaires are 127 V and 220 V, of phase and line voltage, respectively, in these cases step-down transformers are used to adapt the voltage supplied by the inverter to the electrical grid. The use of these transformers, for this type of conversion, generates losses that are inherent to their operation, and more specifically, when they operate in no-load (mainly at night, when the conversion of solar energy is null), resulting in lower efficiencies in the complete photovoltaic system. It is estimated that losses at night can reach 10% in relation to the energy produced monthly in the photovoltaic system of the installation. This work proposes an automatic switching equipment, by means of current and voltage sensors, detect the no-load operation of the transformers, disconnecting them from the circuit, being possible to verify a reduction of the total losses with this application.