No contexto da transição energética atual, os sistemas de armazenamento de energia fotovoltaica estão se tornando um componente vital para o desenvolvimento de energia sustentável devido às suas vantagens exclusivas. O acoplamento entre energia solar e armazenamento serve como elo fundamental para alcançar a utilização eficiente de energia.

Hoje, a Sailsolar ajudará você a explorar um conceito crucial entre duas arquiteturas de acoplamento em sistemas de energia solar: acoplamento CC e acoplamento CA em sistemas de armazenamento de energia solar.A chave para entender essas duas arquiteturas reside em identificar onde a energia proveniente dos painéis fotovoltaicos e do armazenamento em baterias convergem.

Acoplamento CC: O circuito do painel fotovoltaico e da bateria de armazenamento convergem no lado CC (corrente contínua).

Acoplamento CA: O circuito do sistema fotovoltaico e da bateria de armazenamento convergirá no lado da corrente alternada.

1. Arquitetura de acoplamento CC

Na arquitetura acoplada em CC, a energia CC proveniente do conjunto fotovoltaico é estabilizada pelo conversor CC-CC dentro de um inversor híbrido (inversor solar-armazenamento) e alimentada diretamente na bateria.

Quando há necessidade de energia, ela pode ser obtida tanto do conjunto fotovoltaico quanto da bateria. Em ambos os casos, a energia CC é convertida em CA pelo módulo CC-CA dentro de um inversor híbrido antes de ser fornecida às cargas.

Ponto-chave: A energia permanece inteiramente em forma CC (corrente contínua) ao carregar a bateria a partir do conjunto fotovoltaico, evitando qualquer conversão CC-CA-CC com perdas.

2. Arquitetura de acoplamento CA

Na arquitetura acoplada em CA, os sistemas fotovoltaicos e de armazenamento de energia operam de forma relativamente independente. A energia CC gerada pelo conjunto fotovoltaico é primeiramente convertida em CA por meio de um inversor fotovoltaico, que então fornece energia diretamente à rede elétrica ou às cargas locais.

Se a energia CA convertida pelo inversor solar precisar ser armazenada, ela deve ser processada por um PCS (Sistema de Conversão de Energia), que a converte novamente em CC para carregar a bateria. Durante a descarga, o PCS converte a energia CC da bateria em CA para uso pelas cargas.

Ponto-chave: Carregar a bateria a partir do conjunto fotovoltaico requer um processo de conversão CC → CA → CC, e alimentar as cargas adiciona mais uma conversão CC → CA.

3. Comparação entre as duas arquiteturas

(1) Caminho do fluxo de energia e etapas de conversão

Acoplamento CC: A energia CC gerada pelos módulos fotovoltaicos pode carregar a bateria diretamente (CC-CC), sem passar pela conversão CC-CA-CC, resultando em menores perdas de energia.

Acoplamento CA: O armazenamento de energia fotovoltaica requer uma conversão em duas etapas (CC-CA-CC). Quando finalmente utilizada, a energia passa por um total de três etapas de conversão, resultando em perdas de energia relativamente maiores.

(2) Equipamentos e custos do sistema

Acoplamento CC: Utiliza um inversor híbrido integrado (ou inversor solar-armazenamento), que combina MPPT fotovoltaico, conversão bidirecional e gerenciamento de baterias. Isso reduz o número de componentes necessários e a fiação de interconexão, diminuindo o investimento inicial. Menos componentes também significam custos reduzidos de instalação e manutenção.

Acoplamento CA: Requer inversores solares separados e um inversor de bateria (PCS), juntamente com um quadro de distribuição CA correspondente. O maior número de componentes aumenta os custos de cabeamento e exige mais espaço para instalação.

(3) Relação CC-CA (Relação de Carga do Inversor)

Considerando uma capacidade de transformador de fábrica de 2,5 MVA, a potência de saída total do inversor é normalmente limitada a 80% dessa capacidade (aproximadamente 2 MW) para uma operação segura.

Acoplamento CC: Suporta um conjunto fotovoltaico de 4 MWp. Se o conjunto fotovoltaico gerar 4 MW de potência, 2 MW podem fluir diretamente para a bateria para carregamento através do barramento CC (processo CC-CC).

Os 2 MW restantes são convertidos pelo PCS dentro do inversor híbrido e exportados como 2 MW de energia CA. A energia verde armazenada pode ser distribuída durante os horários de pico da noite, maximizando a utilização da geração solar para atender à maior demanda corporativa por energia renovável.

Acoplamento CA: A geração fotovoltaica é limitada principalmente pela capacidade do inversor fotovoltaico. Com uma relação CC/CA de 1,3, um conjunto fotovoltaico de 2,6 MWp pode ser instalado. Se ele gerar 2,3 MW CC, o inversor fotovoltaico de 2 MW CA limitará a saída, fazendo com que o sistema reduza a geração fotovoltaica e resultando em desperdício de energia solar.

(4) Compatibilidade e escalabilidade do sistema

Acoplamento CC: Apresenta alta integração entre os sistemas fotovoltaicos e de armazenamento. No entanto, possui baixa compatibilidade para adaptação a sistemas fotovoltaicos existentes, muitas vezes exigindo a substituição do inversor original. A expansão do sistema também é limitada pela potência máxima de entrada/saída do inversor híbrido e pelas especificações das portas da bateria.

Acoplamento CA: Oferece fácil adaptação a sistemas fotovoltaicos existentes, pois o armazenamento pode ser adicionado conectando em paralelo um inversor de bateria e as baterias no lado CA. Permite a seleção flexível de equipamentos de diferentes marcas e proporciona maior escalabilidade.

4. Como selecionar uma solução de acoplamento CA/CC

(1) Acoplamento CC: Cenários como a construção de novos sistemas de armazenamento solar, a busca por maior eficiência de conversão e relação CC-CA, e onde o espaço de instalação é um tanto limitado.

(2) Acoplamento CA: Cenários como a adição de armazenamento de energia a sistemas fotovoltaicos existentes, exigindo compatibilidade com equipamentos de várias marcas e integração híbrida de múltiplas fontes de energia.

Cada método apresenta vantagens e desvantagens, não havendo uma única opção ideal para todos os cenários. A escolha prática deve basear-se numa avaliação abrangente das condições e requisitos específicos do projeto. À medida que ambas as tecnologias continuam a evoluir, prometem oferecer uma gama cada vez maior de soluções, permitindo aos utilizadores fazer a escolha ideal para o seu futuro energético único.