Como funciona uma usina solar fotovoltaica: do arranjo à conexão com a rede

Em poucas palavras

Uma usina solar fotovoltaica faz o mesmo que um sistema de telhado, em escala muito maior: módulos transformam luz em eletricidade, inversores adaptam essa eletricidade à rede e a conexão a entrega ao sistema elétrico. Segundo o Departamento de Energia dos EUA (DOE), os módulos são onde a eletricidade é gerada, mas são só uma das muitas partes do sistema. A usina é o caso típico da geração centralizada.

O arranjo de módulos

Os módulos formam um arranjo, que o DOE diz que deve ser fixado em uma estrutura estável e durável. Os módulos geram corrente contínua; o arranjo é o conjunto de strings, fileiras de módulos ligados em série, que alimentam os inversores. O portal não publica quantos módulos ou que potência tem uma usina “típica”: o número varia por projeto e não há fonte oficial que o fixe.

Rastreadores

Em sistemas no solo, mecanismos podem mover os módulos para acompanhar o sol. O DOE descreve dois tipos: o de um eixo, em geral projetado para seguir o sol de leste a oeste, e o de dois eixos, que mantém os módulos apontados diretamente para o sol ao longo do dia. O Manual de Engenharia do CRESESB define o rastreador como um suporte mecânico ativo que aponta o gerador para o sol com o objetivo de maximizar a produção. O DOE aponta como contrapartida o custo inicial e a manutenção mais altos, com relação custo-benefício que melhorou para sistemas no solo. Veja rastreador solar.

Inversores

O inversor converte a corrente contínua dos módulos em corrente alternada. O DOE descreve três arranjos: o inversor central, em que todos os painéis se ligam a um único inversor, associado a projetos de grande porte e a projetos comunitários de médio porte; o inversor de string, que atende um conjunto de painéis; e o microinversor, um por painel. O Manual do CRESESB define inversores centrais como trifásicos de grande porte, de centenas de kWp até MWp, usados em usinas fotovoltaicas. Ver inversor central.

Segundo o DOE, inversores também podem prestar serviços à rede, como responder a sinais do operador para ajustar a potência e fornecer ou absorver potência reativa. Quando a rede é desenergizada, o inversor se desconecta, a proteção chamada anti-ilhamento.

Transformador e conexão

O CRESESB observa que usinas podem atingir potências da ordem de megawatts-pico, são em geral conectadas à rede em média tensão e incluem um transformador para elevar a tensão ao nível de distribuição. Como o manual é de 2014, as regras de acesso e de conexão atuais devem ser conferidas com a ANEEL e a distribuidora. O DOE estima a vida útil de um arranjo em 25 anos, com o inversor trocado ao menos uma vez nesse período.

O que muda em relação a um telhado

A escala e a escolha de equipamentos. O resto da cadeia é igual: gerar em corrente contínua, converter, conectar. Para os componentes de uma instalação residencial, veja como funciona a energia solar e inversor solar; para o enquadramento das usinas e das fazendas de assinatura, o hub de usinas solares.