Tecnologia MLPE ou inversores multistring tradicionais... que devo escolher?

Introdução

Quanto mais nos vamos adentrando no mundo do fotovoltaico e vamos conhecendo as diferentes opções que este oferece, mais dúvidas nos gera o processo de dimensionamento da nossa instalação fotovoltaica. Deveria instalar aqui, com a presença de sombras durante algumas horas do dia? Quão longa e que capacidade de seguimento deve ter cada cadeia fotovoltaica? É eficiente instalar numa cobertura na qual tenho tantas orientações diferentes? Este tipo de questões faz-nos pensar em que tipo de tecnologia devemos utilizar na minha instalação em cada caso, sendo sobretudo destacadas a tecnologia MLPE ou os tradicionais inversores multistrings. Mas, sabemos exatamente o que são e em que se diferenciam?

Inversores multistrings

Comecemos pelo princípio. A tecnologia que este tipo de inversores utiliza baseia-se no MPPT (Maximum Power Point Tracker) e refere-se a uma técnica de seguimento do ponto de máxima potência que se utiliza tanto em sistemas solares fotovoltaicos como noutros sistemas de geração de energia. O MPPT usa a tensão e a corrente de saída da cadeia de painéis solares, calculando continuamente o ponto em que mais potência se está a obter. Depois, ajusta a voltagem de operação dos painéis fotovoltaicos conforme seja necessário para maximizar a produção de energia.

Quando conectamos uma cadeia de módulos em série, estes vão partilhar a mesma corrente e somar as tensões de cada um. Se se conectarem várias cadeias em paralelo, estas irão somar as correntes. Assim, o MPPT vai procurar o ponto de máxima potência em comum de todo o conjunto de cadeias ou strings conectados. Os inversores multistring contam com, dependendo da potência, entre um e vários MPPT, cada um dos quais atuando de maneira independente do resto.

MLPE

A tecnologia MLPE (Module Level Power Electronics) refere-se à colocação de eletrónica de potência em cada um dos módulos solares, em vez de no inversor centralizado. Isto assegura que o painel forneça a sua máxima energia, mesmo se alguns dos outros painéis estiverem à sombra ou a sofrer algum tipo de limitação na produção. É uma forma de otimização a nível de módulo, o que significa que cada painel solar funciona na sua capacidade ótima e produz a máxima energia possível. Isto é, conseguimos que cada módulo (ou cada dois módulos, nalguns casos), tenham o seu próprio MPPT.

Apesar de este tipo de tecnologias costumar representar um custo mais elevado para a nossa instalação, é possível chegar a obter uma produção muito significativa relativamente aos seus concorrentes. Para além disso, a monitorização individual permite fazer um seguimento módulo a módulo, minimizando assim os custos de manutenção e permitindo uma maior rapidez para detetar e gerir uma falha ou avaria.

Embora a tecnologia mais conhecida neste sentido sejam os otimizadores, esta chegou ao seu máximo esplendor com o aparecimento dos microinversores.

Ambas as alternativas apresentam as suas próprias vantagens e inconvenientes uma face à outra, pelo que é preciso ter em conta em que momento se deve aplicar uma ou outra opção.

Comparativa

Em seguida serão apresentadas várias situações reais nas quais é possível comparar a tecnologia MLPE face aos inversores multistrings que compilam uma série de circunstâncias adversas que podem afetar a nossa instalação.

Filomena

Como devemos recordar, um dos fenómenos adversos mais significativos a afetar as instalações fotovoltaicas da comunidade de Madrid foi o temporal Filomena. Esta grandes nevadas, embora pouco frequentes neste território até à data, é muito provável que se tornem cada vez mais frequentes com o acelerar tão brusco das alterações climáticas. Graças ao nosso laboratório situado na Universidade Politécnica de Madrid pudemos obter os seguintes dados:

Tal como se pode apreciar na ilustração, os dias que o temporal abarcou foram 7, 8 e 9 de janeiro de 2021. Pode observar-se uma queda muito pronunciada de produção em ambas as tecnologias, mas vamos analisar mais em pormenor para poder obter conclusões mais claras:

Como se pode observar, com a chegada do temporal, a produção, tal como seria de esperar, caiu de forma muito pronunciada e, no primeiro dia, a diferença entre ambas as tecnologias foi mínima. Conforme foi avançando o temporal, apesar de a produção continuar a diminuir, a diferença entre ambas as opções incrementou, tendo sido superior a tecnologia MLPE.

Apesar de estarmos a falar de baixas de produção, a tecnologia MLPE foi finalmente capaz de obter até 23,65% mais de produção em todo o período afetado pelo referido fenómeno.

Névoa

No inverno do ano passado voltámos a sofrer um fenómeno climatológico pouco comum para a comunidade de Madrid, conhecido como névoa. Este provocou que os módulos das instalações situados nas zonas afetadas acabassem cobertos por partículas de areia e pó, complicando assim o seu funcionamento. Os resultados foram os seguintes:

Como era de esperar, o aparecimento da névoa provocou uma forte queda na produção da instalação de ambas as tecnologias, vendo-se que a diferença entre elas é mais pronunciada conforme avançam os dias e as chuvas vão limpando pouco a pouco os módulos. O resumo de produção dos dias afetados mostra-se em seguida:

Analisando esse período em concreto, observa-se que a tecnologia MLPE volta a ser capaz de tirar uma vantagem mínima ao seu concorrente, ainda que este não se afaste demasiado dele.

Dia nublado

Depois de ver como agem ambas as instalações perante fenómenos meteorológicos tão destacados e controversos, vamos compará-las de novo, mas desta vez contando um dia de mau tempo e baixa produção. Este tipo de resultados dá-se sobretudo se, no momento de instalar, o fizermos numa localização que costuma apresentar este tipo de climatologia:

Neste caso, tal como mostra a ilustração, a tecnologia MLPE começa a produzir uns minutos antes e termina mais tarde. Este fenómeno deve-se ao que conhecemos como tecnologia Burst mode, empregue sobretudo por microinversores Enphase. Esta consiste em medir a tensão de saída do módulo em cada ciclo AC procurando o ponto de máxima potência da referida tensão e, em vez de a converter diretamente, a corrente alterna pode decidir armazená-la nuns condensadores se se considerar que não é suficiente. Chegado o momento em que se cumpram uns valores mínimos, juntamente com a energia procedente do módulo e a armazenada nos condensadores, o microinversor converte-a em alterna. Desta forma, os microinversores são capazes de aproveitar a energia restante das instalações fotovoltaicas e aumentam o seu rendimento nos momentos de baixa radiação.

Para além disso, a tecnologia MLPE apresenta maior estabilidade face a quedas de produção, sendo ainda assim a tecnologia de string a alcançar uns picos máximos de potência. Vamos ver qual das duas foi capaz de obter maior quantidade de energia no final do dia, a potência ou a perseverança:

Apesar de a diferença ter sido mínima, é a tecnologia MLPE que, apesar de não ter obtido os picos de potência mais altos durante o dia, conseguiu maior produção ao final de um dia com condições desfavoráveis.

Dias ensolarados

Por último, será efetuada a referida comparação num dia completamente ensolarado e sem qualquer tipo de obstáculo que dificulte a produção fotovoltaica.

Tal como mostra a Ilustração, as curvas são praticamente idênticas. Se afinarmos um pouco a pontaria, pode apreciar-se que a tecnologia MLPE começa a funcionar escassos minutos antes que a de string e mantém-se ligeiramente por cima até chegar ao pico onde é esta a última a que toma a dianteira para tirar certa vantagem no final. Com uns gráficos tão similares, qual das duas tecnologias terá sido capaz de obter maior quantidade de energia ao longo do dia?

Apesar de ligeiramente, esta batalha foi ganha pelos inversores de string, tendo obtido uma produção diária total superior à tecnologia MLPE.

Conclusões

Tanto as condições da minha instalação fotovoltaica como a climatologia que acompanha a zona onde se vai levar a cabo são determinantes no momento de escolher a tecnologia de seguidor de máximo ponto de potência do string como a nível de módulo. É por isso que, após ter observado as evidências anteriores, concluímos:

Face a situações climatológicas adversas como possam ser uma grande nevada ou tormenta de pó que dificultam a produção ao máximo, a tecnologia MLPE é claramente superior à de string, permitindo aproveitar melhor a capacidade fotovoltaica que as nossas instalações nos prestam.

Em zonas onde os dias costumam ser maioritariamente nublados ou com períodos de chuvas como pode ocorrer em zonas como o norte de Espanha, pode-se observar que é também a tecnologia a nível de módulo aquela que mostra maior eficiência devido à sua estabilidade na produção e a tecnologia Burst mode, capaz de aproveitar a radiação residual e marcar a diferença nestes dias de baixa radiação.

Por último, apesar de nem sempre ter de ser desta maneira, em dias ensolarados é a tecnologia string a que ultrapassa a MLPE e se destaca um pouco, demonstrando que, apesar de noutros momentos a tecnologia a nível de módulo ter sido superior, nem sempre tem de ser assim.

E você, a partir de agora terá mais em conta o tipo de tecnologia a empregar na sua instalação consoante as condições e localização?