O sistema elétrico nacional adquiriu características únicas, se comparadas com outros países, ao longo do tempo. O Brasil possui uma matriz energética baseada em energias renováveis, com baixa emissão de gases do efeito estufa, e o setor elétrico passa por constantes mudanças.
Estamos vivendo um período de grandes transformações. Mesmo possuindo uma matriz elétrica sustentável, sabemos que grande parte da energia gerada e transmitida é tecnicamente perdida antes de chegar ao usuário final. É necessário ampliar a infraestrutura, a segurança e a oferta no fornecimento, além de evitar riscos na operação.
A partir dessas premissas, criou-se o conceito de redes inteligentes, ou Smart Grids, que são consideradas as redes inteligentes e modernas que permitirão às concessionárias e aos consumidores, uma mudança na forma tradicional de geração e consumo de energia.
1 – A Geração Distribuída e as redes inteligentes
A Geração Distribuída está ligada com as redes inteligentes. Segundo a ANEEL, esse tipo de geração é caracterizado como geração de pequeno porte localizada próxima aos centros de carga.
A Geração Distribuída é entendida como geração própria, quando conectada com a rede elétrica, podendo ser classificada em dois tipos: 1- Microgeração: com potência de até 75 kW; 2- Minigeração: com potência que varia da ordem de 75 kW até 5 MW, conforme resolução 482/2012 da Aneel.
Recentemente, a ANEEL publicou uma ilustração da expansão da matriz elétrica brasileira com dados atualizados no mês de agosto de 2021. Segundo o relatório, neste mês foi registrada a maior expansão da geração de energia com matriz solar do ano. As usinas chegaram a 2,1% do total de nossa matriz elétrica, com expressivos 3,7 GW. O crescimento da Geração Distribuída com ênfase em energia solar fotovoltaica na matriz elétrica é notável.
2 – Autoconsumo com as redes inteligentes
Outro fator que está ligado com as redes inteligentes é o Autoconsumo. Um sistema de geração distribuída com ênfase em energia solar fotovoltaica, quando instalado em uma unidade consumidora (UC), sabe-se que irá ocorrer períodos em que teremos o autoconsumo com relação ao consumo em tempo real do cliente.
Entende-se que, não necessariamente, toda geração do sistema de energia solar fotovoltaica será injetada na rede através do medidor bidirecional da unidade consumidora (UC). Existem momentos em que a geração do sistema de energia solar fotovoltaica será abatida no ato do autoconsumo que aquela determinada unidade estiver registrando. A energia gerada, consequentemente, não será injetada através do medidor bidirecional.
Já o sistema de energia solar fotovoltaico conectado com o sistema de distribuição de potência que obtiver uma geração maior do que o seu próprio consumo, terá essa potência injetada no medidor bidirecional. Essa diferença será compensada como crédito, e depois será abatida na fatura de energia, caso a unidade consumidora (UC) obtiver um maior consumo no mês seguinte.
A figura 2, ilustra uma fatura de energia que obteve créditos de geração injetada através do medidor bidirecional.
Nesse estudo de caso, a figura 2 ilustra que, em um determinado período, a energia gerada pelo sistema fotovoltaico passou pelo medidor bidirecional e o mesmo contabilizou uma energia injetada.
Se você quiser saber mais sobre geração distribuída, a leitura da Resolução Normativa nº 482/2012 e 687/2015 é fundamental. A concessionária de energia realiza a troca do medidor de energia unidirecional para um bidirecional no caso de o consumidor querer instalar um sistema de energia solar fotovoltaica em sua unidade. Na fatura de energia, irá constar claramente a energia injetada, e nela serão apresentados os valores para crédito.
3 – Smart Meter e os Microinversores APsystems
Além dos medidores bidirecionais que possuem o objetivo de contabilizar a energia injetada e consumida, dentro do setor de energia solar fotovoltaica existem os microinversores da fabricante APsystems. De certa forma, podemos entender que estes equipamentos podem ser compreendidos como SmartGrids, com a possibilidade de realizar monitoramentos em tempo real de cada módulo fotovoltaico.
A figura 3, ilustra o monitoramento real de um equipamento com tecnologia MLPE (Eletrônica de potência a nível de módulo) que corresponde aos microinversores da APsystems.
Essa tecnologia é capaz de monitorar a nível de módulo e entregar uma segurança maior para aquela determinada unidade consumidora, operando com cada tensão de operação (Vmp) individualmente para cada módulo fotovoltaico.
Entende-se que a introdução de microinversores fotovoltaicos é uma grande revolução no meio do setor de SmartGrids. Eles são capazes de monitorar em tempo real a geração do sistema fotovoltaico e converter a corrente elétrica continua (DC) para corrente elétrica alternada (AC), sincronizando com o sistema elétrico de distribuição em uma frequência de 60 Hz.
4 – Grid Zero com modelos da APsystems
A APsystems possui além dos microinversores, os modelos de unidade de comunicação de energia (ECU-C), que são utilizados para uso comercial e são considerados como unidades de comunicação de energia. Esses modelos têm como funções a medição de energia, as medições do consumo e da exportação de energia e, além disso, possuem todas as funções da ECU-R, que é um outro modelo de ECU utilizado para uso residencial. A ECU-R não possui a medição de energia. A figura 4, ilustra o modelo de unidade de comunicação (ECU-C).
A ECU-C mede o consumo do cliente e, com essa informação de consumo, esse equipamento envia a informação para os microinversores e todo um gerenciamento de energia é realizado. Se a geração for maior do que está sendo consumida pela unidade consumidora, a ECU consegue limitar essa energia. Uma outra opção interessante é configurar um valor fixo de potência para ser injetado de energia no microinversor.
Esses modelos se comunicam pela interface Zigbee e são instalados no ponto de conexão do sistema elétrico de distribuição relacionado ao medidor bidirecional da concessionária.
Quando o medidor inteligente do modelo ECU-C detecta o excedente de energia gerado pelo sistema fotovoltaico, que irá passar pelo medidor bidirecional do sistema elétrico de distribuição da concessionária, ele emitirá um sinal para o microinversor da APsystems fazendo com que exista um controle de energia e isso seja controlado gradativamente, até que o excedente de energia seja zero.
São esses modelos que atuam como sistema Grid Zero, que é considerado uma inovação neste setor. O Grid Zero é considerado um sistema onde não existe injeção de energia na rede da concessionária. Todo excedente produzido é direcionado para um quadro de distribuição do local de instalação e consumido ali mesmo.
5 – Modelos de Smart Meter
O Smart Meter ou medidor inteligente, é aplicado entre o inversor fotovoltaico e o medidor bidirecional da unidade consumidora (UC). A sua função do Smart Meter é avisar o inversor fotovoltaico quando aquela determina UC não estiver consumindo, fazendo que o inversor minimize a sua geração. A figura 5, ilustra um modelo de SmartMeter da fabricante SolarEdge.
Os smart meters ou gridzero é muito utilizado em unidades consumidoras que pertencem a ACL e em conjunto com a CCEE, necessita de uma solicitação de APE (Auto Produtor de Energia). Portanto, um sistema de energia solar fotovoltaica, quando aplicado em um cliente ACL, não poderá ser injetado na rede, nesse caso, aplica-se o Smart Meter que fará a função do GridZero.
Outro modelo de SmartGrid bastante utilizado em sistemas de geração distribuída com ênfase em energia solar fotovoltaica, é o Controlador de Energia Inteligente SEC 1000, da fabricante PHB. Esse equipamento também vai auxiliar muitas indústrias a controlarem melhor a sua carga pois o usuário poderá, também, monitorar sua carga. Outro detalhe interessante é que ele poderá deslocar o funcionamento ou ligamento de algumas máquinas para fugir de um horário de ponta ou para evitar que se ultrapasse da demanda contratada. A figura 6, ilustra o modelo de controlador inteligente SEC 1000.
Então com o GridZero também é possível aplicar em sistemas com inversores de string ? A resposta é: sim. A figura 7, ilustra um modelo de Smart Meter que opera controlando a geração do sistema fotovoltaico em função do consumo do cliente, tornando-se um autoconsumo.
Com a tecnologia SmartMeter – GridZero, o usuário terá vários benefícios para o sistema de distribuição de potência da concessionária, fazendo com que minimize eventos indesejados relacionados com fator de potência, controlar a máxima energia injetada na rede elétrica e monitoramento inteligente do consumo em tempo real.
6 – Entendendo o sentido do fluxo de energia
Medidores de energia bidirecionais são aqueles capazes de medir a energia elétrica em ambos os sentidos de fluxo (direto e reverso). Isso quer dizer, por exemplo, que quando você está consumindo energia elétrica na sua residência, o sentido de medição é direto LINHA-CARGA e a leitura, para este nosso exemplo, estará sendo apresentada o código 03 do mostrador do medidor de energia elétrica.
Logo, se você instalou módulos fotovoltaicos (placas solares) para geração de energia elétrica em sua casa, neste caso, em certos períodos do dia, você poderá estar gerando mais energia do que consumindo. Neste caso, você estará injetando esse excedente de energia para a rede da concessionária, sendo que o sentido de fluxo agora é reverso CARGA-LINHA.
Essa representação LINHA e CARGA é padrão brasileiro e deve constar na tampa do bloco de terminais dos medidores de energia elétrica (item 5.3.7 da portaria INMETRO 587 de 2012). A indicação LINHA representa a concessionária (cabos da concessionária que chegam no medidor de energia) e a CARGA representa o consumidor (cabos que saem do medidor de energia e chegam no quadro de energia do consumidor). Assim, o sentido de medição LINHA-CARGA indica que a energia está do sentido da concessionária de energia para a residência. Quando está no sentido CARGA-LINHA, indica que o sentido está da residência para a concessionária. A figura 7, apresenta de forma simples o sentido de fluxo da energia.
A energia excedente que o sistema solar fotovoltaico está gerando vai passar pelo medidor bidirecional, que está sendo mostrado no código 103 do display do medidor eletrônico de energia elétrica da concessionária. A figura 8, ilustra o medidor bidirecional com os códigos de consumo e geração.
Um cuidado a ser observado, quando o modelo de medidor for do tipo mais usual nestas instalações, conhecido como bidirecional com registrador catraca, o medidor apresentará no código 103 apenas a diferença da energia gerada e consumida, isto é, a injetada na rede. Muitos confundem, imaginando que o código 103 apresenta a energia gerada pelo sistema fotovoltaico.
Para um melhor entendimento, podemos descrever como:
7 – Medidores Inteligentes de energia elétrica (Smart Meters)
O que faz um medidor de energia elétrica ser considerado inteligente são basicamente suas funções de comunicação. Quanto mais as redes inteligentes (SmartGrids) estiverem avançando, mais importante é essa interação à distância com os medidores de energia elétrica. Por exemplo, leituras dos registradores e memória de massa, parametrização e corte da UC (Unidade Consumidora) são tarefas realizas remotamente.
Na própria definição de medidores “multifunção”, fica claro que se trata daquele modelo com funcionalidades adicionais à medição, registros, eventos, memória de massa, dispositivo de comunicação, entre outras. Para essa comunicação, os modelos possuem dois grupos de comunicação, conforme apresentado a seguir:
Cada concessionária de energia elétrica irá implementar sua rede inteligente através da comunicação que achar conveniente, não há um padrão. Por isso, há várias soluções no mercado.
8 – Ensaios em medidores de energia bidirecionais
Os medidores de energia bidirecionais são testados para ambos os fluxos de energia, conforme ensaios solicitados pela portaria INMETRO n° 587 de 2012. É levado em conta o anexo E, que traz as representações gráficas da metodologia de ensaio utilizando o fluxo reverso de energia (CARGA-LINHA). A figura 10, ilustra a aplicação dos ensaios em medidores bidirecionais.
O sentido reverso ocorre adiantando a corrente elétrica em relação à tensão elétrica em 180°. É assim que os ensaios são realizados quando há necessidade de avaliar em ambos os sentidos de fluxo, direto (LINHA-CARGA) e reverso (CARGA-LINHA).
Conclusão
É de fundamental importância levar informações do setor elétrico para a sociedade com o entendimento das informações de micro e minigeração, sistemas de geração distribuída e medidores inteligentes. O sistema elétrico pode ser beneficiado com os estímulos à geração distribuída.
A redução de carregamento nas redes de transmissão, redução de perdas, baixo impacto ambiental e uma diversidade de opções da matriz energética, são potenciais benefícios para esta modalidade.
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Fundador da Célula Energia Cursos e Treinamentos, Engenheiro de Controle e Automação e Pós-Graduado em Engenharia Eletrotécnica e Sistemas de Potência pelo UNISAL. Possui mais de 10 anos de experiência com projetos elétricos em distribuição conforme a ABNT NBR´s: 5410:2004, 5419:2015, 16690:2019 e 16274:2014 . Também participa da reunião da ABNT/CB-003/CE 003 082 001 “Sistemas de conversão fotovoltaicas de energia solar”. Professor e palestrante na área de energia solar fotovoltaica e projeto elétrico de distribuição e dimensionamento de componentes elétricos.
Engenheiro de Medição Smart Grid na CPFL Energia. Graduado pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. 18 anos de experiência em laboratório de ensaios. Participante a mais de 10 anos do grupo de trabalho do INMETRO, onde estudam os procedimentos de ensaios e revisões das Portarias de medidores de energia elétrica e sistemas de medição.
Fundada em 2006, A SolarEdge desenvolveu a solução do inversor CC otimizada que mudou a forma como a energia é captada e gerenciada nos sistemas fotovoltaicos (FV). A solução do inversor inteligente SolarEdge maximiza a geração enquanto reduz o custo da energia produzida pelo sistema fotovoltaico e possibilita o retorno do investimento em um menor prazo de tempo.
Desenvolvendo habilidades de engenharia de ponta e com um incansável foco em inovação, a SolarEdge desenvolve soluções smart energy que energizam nossas vidas e impulsionam o progresso.
Fundada em 1984, a @phbsolar foi a primeira fabricante de inversores solares a ser certificada pelo INMETRO no Brasil. A PHB é uma indústria 100% nacional com pioneirismo e competência tecnológica, que desenvolve soluções para a Geração Distribuída como um todo.
A Ecori é líder e pioneira no Brasil em MPLE. É o maior distribuidor APsystems do mundo e foi a primeira distribuidora a embarcar a tecnologia SolarEdge para o país. A Ecori pesquisa e distribui as melhores e mais modernas tecnologias fotovoltaicas existentes no mercado mundial. Compartilha, treina e participa dos principais grupos, eventos e fóruns fomentando o desenvolvimento do setor. A Ecori busca desempenho superior e segurança nos equipamentos e componentes que comercializa, oferece suporte técnico e mercadológico para revendas e integradores. Mas, acima de tudo a Ecori tem um compromisso: levar a energia solar ao alcance de todos, impactando positivamente pessoas e meio ambiente.
