AULA 1 - MODULO 4

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CURSO: ELETRICISTA DE SISTEMA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS
Profª Thaís Cordeiro 
2024
MÓDULO 4
EQUIPAMENTOS COMPLEMENTARES:
BATERIAS, CONTROLADOR DE CARGA E INVERSOR
BATERIAS
• Em SFI (sistemas fotovoltaicos isolados da rede) o uso de dispositivos de
armazenamento de energia é necessário para podermos atender a demanda em
períodos nos quais não tem geração de energia (noite) ou quando a geração de
energia é muito baixa (dias chuvosos ou nublados, baixa irradiância)
• A energia convertida pelos módulos durante o dia é armazenada para ser usada
em outros momentos para atender a demanda
• Em SFCR (sistemas fotovoltaicos conectados à rede) as baterias podem ser
utilizadas como um recurso em caso de falta de energia rede elétrica (Europa e
EUA)
• No Brasil, a micro e mini geração é regulamentado pela RN 482/2012 que não
prevendo este tipo de operação conectada à rede com baterias, as distribuidoras
de energia não aceitam esse tipo de sistema, exigindo, inclusive um tipo de
proteção para desligamento da geração em casos de falta de energia.
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BATERIAS
• Quando um SFCR continua operando apesar de ter ocorrido interrupção de
energia (falha/desligamento da rede) acontece o fenômeno de ilhamento
• Ilhamento: quando o SFV continua operando mas não consegue injetar a
energia da rede, assim a geração fica isolada da alimentação principal,
formando “ilhas” que ficariam energizadas trazendo riscos materiais e riscos de
vida
• Em países como a Europa e EUA baterias podem ser utilizadas para armazenar
essa energia gerada em casos de ilhamento
• No Brasil, como a ANEEL não permite o uso de baterias em SFCR,
equipamentos de proteção devem ser instalados na rede para forçar o
desligamento do sistema fotovoltaico em casos de ilhamento para evitar a
energização da rede e acidentes naquele local.
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TIPOS DE BATERIAS
• Bateria é um conjunto de células eletroquímicas conectados capazes de
produzir e armazenar energia por meio dos processos de oxidação e redução
• De forma geral, funcionam como uma pilha convencional, dentro do dispositivo
ocorre uma reação de oxidação (perda de elétrons) em um eletrodo denominado
ânodo e a redução (ganho de elétrons) em outro eletrodo denominado cátodo.
Esa reação acaba quando não existe mais o eletrodo de oxidação (o dispositivo
para de gerar corrente elétrica)
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TIPOS DE BATERIAS
• As baterias podem ser classificadas, dependendo do tipo de célula que as
compõe, em recarregáveis e não recarregáveis
• Esses dois tipos básicos de baterias também podem ser chamadas de primárias
e secundárias
• As células primárias compõem as baterias que podem ser utilizadas apenas
uma vez (não recarregáveis)
• Nesse tipo quando as células se descarregam completamente, sua vida útil se
encerra e elas devem ser descartadas
• Geralmente são utilizadas como fontes de energia de baixa potência, em
aplicações como relógios de pulso, calculadoras e muitos outros aparelhos
portáteis
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TIPOS DE BATERIAS
• Células secundárias compõem as baterias recarregáveis (aquelas que podem ser
carregadas através de uma fonte de tensão ou corrente) e reutilizadas várias
vezes, até quando seus eletrodos permitirem
• São comumente chamadas de “acumuladores” ou “baterias de armazenamento” e
são úteis na maioria das aplicações por longos períodos, como por exemplo, em
sistemas fotovoltaicos.
• Muitos tipos de baterias são utilizados para aplicações em SFV. As mais utilizadas
atualmente são as baterias de chumbo-ácido em função do seu melhor custo x
benefício
• As de níquel-cádmio também tem aumentado a sua participação em SFV, no
entanto, sua principal desvantagem com relação à de chumbo-ácido é o custo
mais elevado. Também pode se utilizar baterias de íons de Litio
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BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
Nas baterias de chumbo-ácido inicialmente, os dois eletrodos (ânodo e cátodo),
são ambos compostos de sulfato de chumbo (PbSO4). Durante a carga, uma fonte
externa de energia elétrica (módulos) aplica uma corrente à bateria. O terminal
positivo do módulo é conectado ao cátodo e o terminal negativo ao ânodo. A
aplicação da corrente elétrica no ânodo (conectado ao terminal negativo do
módulo), o sulfato de chumbo (PbSO4) é oxidado para dióxido de chumbo (PbO2):
No cátodo (conectado ao terminal positivo do módulo, o sulfato de chumbo
(PbSO4) é reduzido a chumbo metálico (Pb):
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BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
• Durante a carga, uma fonte externa de
energia restaura a energia da bateria
• No anodo ocorre a redução do PbSO4 à
PbO2. O terminal negativo da fonte está
conectado ao ânodo e empurra elétrons
para ele
• No cátodo ocorre a oxidação do PbSO4 á
Pb. O terminal positivo da fonte ira puxar
elétrons do cátodo
• O movimento de elétrons, forçado pela
aplicação da fonte externa, restaura a
bateria à sua condição carregada
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BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
Durante a descarga (uso da energia), a bateria fornece energia elétrica a uma carga
externa (por exemplo, um motor ou uma luz). As reações químicas nos eletrodos se
invertem. No ânodo (agora PbO2), o dióxido de chumbo reage com o ácido sulfúrico
e se reduz a sulfato de chumbo (PbSO4), liberando elétrons.
No cátodo (agora Pb), o chumbo metálico reage com o ácido sulfúrico e se oxida a
sulfato de chumbo (PbSO4), absorvendo elétrons.
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BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
• Durante a descarga a bateria fornece
energia à carga externa (isso causa
reações químicas nos eletrodos, gerando
um fluxo de elétrons no circuito externo)
• No ânodo, ocorre a oxidação do PbO2 à
PbSO4. O ânodo libera elétrons, que
entram no circuito externo (Elétrons são
"empurrados" do ânodo para o circuito).
• No cátodo, ocorre a redução do Pb
metálico à PbSO4. O cátodo recebe
elétrons do circuito externo (Elétrons são
"puxados" do circuito para o cátodo)
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BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
• Em uma bateria de chumbo-ácido o eletrólito participa de forma ativa no processo
eletroquímico, variando a proporção de ácido na solução com o estado da carga
do acumulador
• Quando a bateria está descarregada, a quantidade de ácido na solução diminui
• Se a bateria está carregada, a quantidade de ácido na solução aumenta
• Este mecanismo tem uma aplicação prática: monitorando-se a concentração de
ácido pode-se determinar o estado da carga da bateria
• Esta monitoração é feita por um densímetro.
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BATERIAS NÍQUEL-CÁDMIO
• As baterias de níquel-cádmio possuem uma estrutura similar às de chumbo-
ácido, mas o material utilizado no cátodo é o hidróxido de Níquel III (NiO(OH)) e
no anodo o Cádmio (Cd). O eletrólito é uma solução diluída de hidróxido de
potássio (KOH)
• Enquanto as baterias de chumbo-ácido são as mais empregadas em sistemas
fotovoltaicos convencionais, as de níquel-cádmio são utilizadas apenas em
situações específicas
• Situações que exigem temperaturas de operação extremas, acima de 40 °C e
abaixo de -10 °C, devido a reduzida sensibilidade térmica dessas baterias
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BATERIAS NÍQUEL-CÁDMIO
• Vantagens:
• Baterias de níquel-cádmio são vantajosas em relação às de chumbo-ácido por
apresentarem maior vida útil (entre dez e quinze anos), maior capacidade de
descarga total e maior imunidade a sobrecargas
• Desvantagens:
• Em contrapartida, costumam apresentar maior custo e menor rendimento (da
ordem de 70%)
• Outras desvantagens das baterias de níquel-cádmio incluem a existência de
efeito de memória (viciar a bateria), a autodescarga acentuada e o uso de
cádmio, material extremamente tóxico e que exige reciclagem apropriada.
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BATERIAS ÍONS DE LÍTIO
• Baterias de íons de lítio tornaram-se populares por apresentar elevado
rendimento (superior a 95%), volume reduzido e elevada vida útil (até 15 anos)
• Vantagens:
• São caracterizadas pela menor degradação em reduzido estado de carga
quando comparadas às demais tecnologias, e por apresentar energia
específica e densidade de energia significativamente superiores às oferecidas
por baterias de chumbo-ácido.
• Desvantagem:
• O fato de serem mais caras do que as demais tecnologiase sensíveis à
temperatura, podendo deixar de operar quando submetidas a temperaturas
superiores a 45 °C ou inferiores a 5 °C. Não obstante, os materiais que as
compõem são de difícil reciclagem.
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BATERIAS
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Características mais importantes referentes às baterias utilizadas em
aplicações fotovoltaicas
BATERIAS AUTOMOTIVAS E ESTACIONÁRIAS
• Baterias automotivas são desenvolvidas para fornecer níveis elevados de
corrente em um período curto de tempo, situação característica da partida em
automóveis
• Não são desenvolvidas para ciclos profundos de descarga, podendo
descarregar no máximo 20% de sua carga nominal sem prejudicar sua vida útil
• Baterias estacionárias são ideais para aplicações fotovoltaicas, permitem
geralmente uma profundidade de descarga maior do que as automotivas
(profundidade de descarga refere-se à quantidade de energia retirada de uma
bateria em relação à sua capacidade total de armazenamento)
• Baterias estacionarias aguentam ficar descarregadas sem prejudicar sua vida
útil, já as baterias de carros nos devemos evitar esse processo (prejudica a vida
útil). Baterias do tipo estacionárias são mais caras que as baterias automotivas,
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BATERIAS SELADAS E NÃO SELADAS 
• Nos também podemos encontrar baterias do tipo seladas e as não seladas
• Baterias seladas são ditas livres de manutenção, pois o fabricante garante que o
eletrólito em seu interior dura por toda sua vida útil sem a necessidade de ser
reposto
• Baterias não seladas requerem manutenção periódica onde o usuário deverá
verificas o nível do eletrólito e, caso esteja baixo, realizar a reposição
• Existem também as baterias de chumbo ácido com eletrólito em gel, comumente
chamadas de baterias de gel. São baterias um pouco mais caras que as de
chumbo ácido convencionais mas apresentam algumas vantagens como maior
tempo de vida útil
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VIDA ÚTIL
• Vida útil de baterias pode ser expressa como: número de ciclos ou período de
tempo (dependendo do tipo de serviço para o qual a bateria foi especificada)
• Número de ciclos: a vida útil é igual ao número de ciclos, com uma determinada
profundidade de descarga, a que uma célula ou bateria pode ser submetida
antes de começar a apresentar falhas
• Esse número (vida cíclica) depende da profundidade de descarga do ciclo, da
corrente de descarga e da temperatura de operação da bateria
• A profundidade de descarga indica, em termos percentuais, quanto da
capacidade nominal da bateria foi retirado a partir do estado carga completa
• Em SFI normalmente os ciclos carga e descarga são diários, desta forma o
número de ciclos de vida corresponde ao número de dias de serviço.
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VIDA ÚTIL
• Nas baterias de Chumbo-ácido (mais utilizadas em sistemas fotovoltaicos) o fim
da vida útil acontece no momento em que mesmo estando totalmente carregada
a bateria consegue fornecer apenas 80% da sua capacidade nominal
• Esta perda permanente de 20% está relacionada com a degradação dos
eletrodos que existem dentro da bateria
• A cada ciclo de carga e descarga pequenas quantidades de material ativo são
desprendidos dos eletrodos e são depositados no fundo da bateria
• Uma vez que este material se separa do eletrodo, ele não pode ser utilizado
novamente nas reações de oxidação e redução e a capacidade de carga da
bateria vai diminuindo
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VIDA ÚTIL
• A vida útil de uma bateria de chumbo ácido é influenciada por dois fatores:
• Quantidade ciclos de carga e descarga
• Temperatura de trabalho
• Conforme o uso da bateria, o material dos eletrodos vai sendo degradado e este
não pode ser reposto (isso diminui a capacidade de armazenamento de energia
ao longo do tempo)
• Descargas profundas (descarregamento completo) diminui a quantidade de
ciclos de carga e descarga e, consequentemente, diminui a vida útil da bateria
• O aumento da temperatura de trabalho das baterias influencia negativamente
sua vida útil (altas temperaturas aceleram as reações químicas) pois favorecem
o processo de degradação dos eletrodos. Temperaturas de trabalho acima de
40°C acarretam numa forte diminuição de sua vida útil.
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TAXA DE CARGA E DESCARGA
• A taxa de carga é o valor da corrente aplicado a uma célula ou bateria durante o
processo de carga. Esta taxa é normalmente normalizada em relação a
capacidade nominal da bateria. Por exemplo, uma taxa de carga de 10 horas
para uma bateria de 500 Ah de capacidade nominal é expressa da seguinte
forma:
• A taxa de descarga é definida como o valor da corrente durante o processo de
descarga de uma bateria. Esta taxa pode ser expressa em ampéres mas é mais
comumente encontrada normalizada pela capacidade nominal da bateria.
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ESTADO DA CARGA E PROFUNDIDADE DE
DESCARGA
• O estado da carga representa a capacidade disponível em uma bateria expressa
como porcentagem da capacidade nominal.
• Ex: Se 25 Ah foram retirados de uma bateria de capacidade nominal de 100 Ah, o
novo estado da carga é de 75%.
• A profundidade de descarga é o valor complementar do estado da carga. Indica
em termos porcentuais, quanto da capacidade nominal da bateria foi retirado a
partir do estado de plena carga.
• Ex: A remoção de 25 Ah de uma bateria de capacidade nominal de 100 Ah resulta
em uma profundidade de descarga de 25%.
• A profundidade de descarga e a temperatura são os parâmetros mais comumente
usados pelos fabricantes de células para estimar a capacidade de vida cíclica da
bateria
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EFEITO DA TEMPERATURA E PROFUNDIDADE DE
DESCARGA
As normas consideram o fim da vida útil de uma bateria Chumbo-ácido como o momento em
que a capacidade remanescente da bateria é de 80% de sua capacidade nominal.
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TAXAS DE CARREGAMENTO
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Carregar rapidamente (C/10) leva a um aumento rápido na tensão, enquanto carregar lentamente (C/500)
resulta em um aumento gradual da tensão ao longo de um período mais longo. Embora a tensão suba
rapidamente com taxas de carregamento altas, carregar a bateria rapidamente diminui sua vida útil. Taxas
de carregamento lentas são geralmente mais benéficas para a vida útil da bateria, mesmo demorando mais.
TAXAS DE CARREGAMENTO
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Descarregar rapidamente (C/10) leva a uma queda rápida na tensão, enquanto descarregar lentamente
(C/50) resulta em uma queda gradual da tensão ao longo do tempo. Embora a tensão caia mais
rapidamente com taxas de descarga mais altas, descarregar a bateria rapidamente pode resultar em uma
menor quantidade de energia total extraída. Taxas de descarga mais lentas permitem uma extração de
energia mais eficiente ao longo do tempo.
CARACTERISTICAS ELÉTRICAS DAS BATERIAS
• Tensão nominal: Tensão média de uma bateria (Geralmente 12V, mas também
podemos encontrar baterias com tensão nominal de 24V)
• Capacidade: Expressa em ampéres-hora (Ah), indica a quantidade de corrente
que pode ser retirada da bateria em uma hora. Ex: Uma bateria de 120Ah pode
fornecer 120 ampéres em uma hora, 60A em 2h, 30A em 4h ou 1A em 120h
(basta multiplicar o valor da corrente pelo tempo)
• Tensão de flutuação: Nível de tensão que deve ser mantido na bateria para
manter o estado de carga no máximo sem sobrecarregá-la (Baterias de chumbo
ácido a tensão de flutuação gira em torno dos 13,2Ve 13,8V)
• Tensão de carga: Tensão que deve ser aplicada para carregar a bateria. Valores
indicados pelos fabricantes estão entre 14,4Ve 15,5V.
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BANCO DE BATERIAS
• Podemos associar baterias para atingir níveis de tensão ou capacidade nas
quais não encontramos em uma única bateria comercial
• Um conjunto de baterias associadas eletricamente denomina-se banco de
baterias
• Baterias podem ser associadas em:
✓Série
✓Paralelo
✓Mista
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ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE
• Ex: Baterias de 12V de tensão nominal e capacidade de 150Ah.
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ASSOCIAÇÃO EM PARALELO
• Ex: Baterias de 12V de tensão nominal e capacidade de 150Ah.
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ASSOCIAÇÃO MISTA
• Ex: Baterias de 12V de tensão nominal e capacidade de 150Ah.
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BANCO DE BATERIAS
• Geralmente nos SFI a bateria/banco de baterias é conectadaem paralelo ao
módulo (maior capacidade de armazenamento)
• O módulo FV pode fornecer energia para a bateria mesmo após atingir seu nível
máximo - isso acarreta sobrecarga - gera aquecimentos – diminui a vida útil
• Se o consumo alto a nível de deixar a bateria com cargas muito baixa por um
determinado período de tempo, caso não haja recarga, provoca uma diminuição
na sua vida útil (esse fato pode acontecer à noite quando os módulos não geram
energia e o consumo de energia pode ser grande)
• Para o excesso de carga e também a falta de carga deve-se realizar o controle
da carga e da descarga da bateria de forma constantemente
• O equipamento que realiza função é o chamado de controlador de carga.
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CONTROLADOR DE CARGA
• Controladores de carga são incluídos na maioria dos SFI com o objetivo de
proteger a bateria/banco de baterias contra cargas ou descargas excessivas
• Assim, esses equipamentos aumentam a vida útil das baterias
• Pode ser chamado de “gerenciador de carga”, “regulador de carga” ou
“regulador de tensão” conforme seu nível de sofisticação
• São componentes críticos em SFI pois, caso venham a falhar, a bateria poderá
sofrer danos irreversíveis.
• Devem ser projetados considerando-se as especificidades dos diversos tipos de
bateria, uma vez que um controlador projetado para um determinado tipo de
bateria não consegue operar eficientemente com uma bateria de outro tipo
• Ex: Uma bateria de chumbo ácido selada temos que usar um controlador de
carga especifico para esse tipo de bateria
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CONTROLADOR DE CARGA
• O controlador de carga é um equipamento essencial e indispensável nos
sistemas isolados com armazenamento de energia por bateria
• Para determinar o estado de carga das baterias esse controlador realiza a
medição da tensão do banco de baterias/bateria para tomar algumas decisões
• Quando o nível de carga da bateria atinge seu máximo, o controlador “desliga” o
carregamento para evitar sobrecarga (situações quando módulos fotovoltaicos
continuam mandando energia para a bateria)
• Quando o nível de carga da bateria cai demais, chegando a níveis considerados
prejudiciais a vida útil dela, o controlador de carga desliga o fornecimento de
energia para os consumidores e só volta a fornecer energia quando a carga da
bateria estiver a níveis não comprometam sua vida útil da bateria.
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CONTROLADOR DE CARGA
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CONTROLADOR DE CARGA
• Os controladores devem desconectar o gerador fotovoltaico quando a bateria
atingir carga plena e interromper o fornecimento de energia quando o estado de
carga da bateria atingir um nível mínimo de segurança
• Alguns controladores também monitoram o desempenho do SFI acompanhando
a tensão e corrente do sistema e acionam alarmes quando ocorre algum
problema
• Para melhorar o desempenho do controlador de carga, este pode ainda
incorporar um sensor de temperatura para avaliar a temperatura e evitar danos
as baterias
• Para valores elevados de corrente de operação, em sistemas fotovoltaicos muito
grande, o custo do controlador aumenta significativamente e a sua
disponibilidade no mercado reduz-se
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
• Os controladores podem se diferir basicamente em relação a grandeza utilizado
para controle carga e descarga, a forma de desconexão do módulo fotovoltaico
e a estratégia de controle adotada
• As grandezas de controle mais utilizadas são: estado de carga, tensão e
densidade do eletrólito da bateria
• A forma utilizada para desconectar o painel fotovoltaico da bateria quando esta
já está carregada pode ser classificada como paralelo (shunt) ou série
• Ambos podem ser efetivamente usados, sendo que cada um pode incorporar um
número de variáveis que alteram o desempenho básico e sua aplicabilidade.
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
• Os controladores mais comuns são do tipo:
✓ Liga-desliga (on-off)
✓ PWM (Pulse width modulation) significa modulação por largura de pulso
✓ MPPT (Maximum power point tracking) significa “ponto rastreador de potência
máxima
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CONTROLADORES DE CARGA LIGA-DESLIGA
• Os controladores de carga comerciais mais simples são do tipo denominado liga-
desliga (on-off). Este tipo aplica diretamente a tensão e a corrente do módulo
sobre a bateria, sem qualquer tipo de regulação.
• O módulo funciona como uma fonte de corrente limitada pela Isc (condições
STC) com o valor de tensão estabelecido pela bateria.
• A estratégia de controle é baseada na tensão instantânea nos terminais da
bateria, que é comparada a esses limites
• Para as baterias de Chumbo ácido, no limite superior (2,5 V por célula) a bateria
é desconectada do arranjo por considerar-se que, ao atingir este ponto, ela está
completamente carregada
• No limite inferior (1,9 V por célula) a carga é desconectada da bateria, pois neste
ponto considera-se que a bateria esteja descarregada na máxima profundidade.
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CONTROLADORES DE CARGA PWM
• Controlador PWM (Pulse width modulation) significa modulação por largura de
pulso. É uma técnica de controle que regula a quantidade de energia enviada
para a bateria durante o carregamento
• Neste, a energia dos módulos é pulsada (ligada e desligada rapidamente) para
controlar a tensão e a corrente fornecida à bateria
• O controlador PWM ajusta a largura dos pulsos de energia (o tempo em que o
pulso está "ligado" versus "desligado")
• Quando a bateria está quase cheia, a largura do pulso é reduzida, fornecendo
menos energia.
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CONTROLADORES DE CARGA PWM
• O carregamento no modelo PWM acontece por etapas:
✓Bulk (Carga a Granel): Durante esta fase, a bateria recebe a corrente máxima
que os painéis solares podem fornecer até atingir uma tensão específica
✓Absorption (Absorção): A tensão é mantida constante enquanto a corrente
diminui gradualmente, permitindo que a bateria absorva a carga restante de
forma segura
✓Float (Flutuação): A tensão é reduzida a um nível de manutenção para manter
a bateria totalmente carregada sem causar sobrecarga.
• Nesses equipamentos o controle na carga acontece da seguinte forma: O
controlador PWM monitora a tensão da bateria e ajusta a largura dos pulsos
para manter a tensão dentro de um intervalo seguro. Isso previne sobrecarga e
prolonga a vida útil da bateria.
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CONTROLADORES DE CARGA MPPT
• Os controladores MPPT vem da sigla para maximum power point tracking que
significa “ponto rastreador de potência máxima
• MPPT é uma tecnologia avançada usada em controladores de carga que otimiza
a transferência de energia dos painéis solares para as baterias
• Ele rastreia continuamente o ponto de máxima potência (MPP) dos painéis
solares para garantir que eles estejam operando com a eficiência máxima
possível.
• O controlador MPPT ajusta constantemente a resistência elétrica do sistema para
encontrar o ponto onde os painéis solares estão gerando a máxima potência.
• Ele ajusta a tensão e a corrente de entrada para corresponder à tensão e à
corrente ideais da bateria, permitindo que mais energia seja transferida para a
bateria mesmo em condições variáveis de iluminação.
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CONTROLADORES DE CARGA MPPT
• O controle da carga acontece da seguinte forma: O controlador MPPT usa
algoritmos para monitorar a tensão e a corrente dos painéis solares e ajustar a
resistência do sistema em tempo real
• Isso permite que o controlador extraia a máxima potência disponível dos painéis
solares e a converta para a tensão e a corrente ideais para carregar a bateria
• Similar aos controladores PWM, os controladores MPPT também carregam as
baterias em etapas (Bulk, Absorption, Float), mas com maior eficiência devido ao
rastreamento do ponto de máxima potência.
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
Formas de controle:
• HVD (High Voltage Disconnect): Desconexão por alta tensão, protege contra
sobretensões e sobrecarga da bateria. Exemplo de Operação HVD: Se a tensão
de entrada de um módulo exceder, porexemplo, 15V em um sistema de baterias
12V, o controlador de carga desconecta o módulo para evitar danos ao sistema.
• LVD (Low Voltage Disconnect): Desconexão por baixa tensão, protege contra
subtensões e descarga profunda de baterias. Exemplo de Operação LVD: Se a
tensão da bateria cair abaixo de 10,5V em um sistema de 12V, o controlador de
carga desconecta a carga para proteger a bateria contra descarga profunda.
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
Esse controlador possui a função opcional para desconexão por baixa tensão (LVD). Consome menos
energia do que o série e, por isso, é mais utilizado. Emprega um relé eletromecânico, que desliga ou
reduz o fluxo de corrente para a bateria quando ela está completamente carregada. Assim, parte da
corrente fornecida pelo gerador é desviada. Esse controlador provoca aquecimento (capacidade de
trabalho mais limitada), são adequados para SFV menores.
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
Também apresenta a função de desconexão por baixa tensão (LVD). Utiliza um relé eletromecânico ou um
semicondutor de chaveamento para desconectar o gerador quando a bateria está carregada. Podem
utilizar ou não um diodo de bloqueio. Esses são necessários em redes de alta tensão pois devido a
quantidade de energia o equipamento impedem que correntes inversas fluam pelo sistema e danifiquem-
no. Rede de baixa tensão não sofrem perdas elevadas devidas às correntes reversas (noite), as perdas
ocorridas pelo uso de um diodo podem ser maior do essas. Não emitem calor, podendo ser instalados em
ambientes fechados, atendendo a diferentes aplicações, principalmente, os equipamentos maiores
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CARACTERISTICAS ELETRICAS DO CONTROLADOR
• Os controladores de carga geralmente são especificados pela tensão de trabalho
e máxima corrente que eles suportam
• Tensão dos controladores: É especificada de acordo com a tensão da
bateria/banco de baterias que vai ser ligado a ele (Podemos encontrar com
facilidade no mercado nacional controladores com tensão de 12VDC a 48VDC)
• Existem controladores que funcionam com tensão automática (12 ou 24V)
• Corrente dos controladores: Encontramos controladores que suportam níveis de
corrente de 5A, 10A, 15A, 20A, 40A e até 60A (dificilmente se encontra
controladores acima de 60A devido aos custos da fiação elétrica na instalação)
• O controlador é o elemento central do sistema, que recebe a energia dos
módulos, realiza o controle de carga/descarga da bateria e libera energia para as
cargas
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TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
Além de controlar carga e descarga das baterias os controladores de carga podem
apresentar algumas outras funções. São elas:
• Proteção Contra Sobrecarga: Impedem que as baterias sejam carregadas além de
sua capacidade máxima, o que pode causar danos e reduzir a vida útil.
• Proteção Contra Descarga Excessiva: Evitam que as baterias sejam
descarregadas completamente, o que pode danificá-las permanentemente.
• Regulação da Tensão: Mantêm a tensão de carregamento dentro de um intervalo
seguro para garantir o carregamento eficiente e seguro das baterias.
• Gerenciamento de Energia: Otimizam o uso da energia gerada pelos painéis
solares, direcionando-a de forma eficiente para as baterias e para os dispositivos
conectados.
• Monitoramento e Diagnóstico: Alguns controladores fornecem informações sobre o
estado das baterias e do sistema, ajudando na manutenção preventiva e na
detecção de problemas.
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INVERSOR
• A maioria dos equipamentos eletroeletrônicos que utilizamos funcionam com
tensão de 127V ou 220V de corrente alternada (CA) (características da rede
elétrica local)
• Os SFV convertem a radiação em energia, no entanto entregam essa energia na
forma de corrente contínua (CC)
• Para fazer funcionar equipamentos eletroeletrônicos que funcionam com tensões
da rede (127V/220V) em CA, é necessário um equipamento que converta a
energia fornecida pelos módulos e baterias (CC) para valores adequados às
novas cargas (CA)
• Os equipamentos que convertem energia de corrente contínua em corrente
alternada são chamados conversores CC/CA ou simplesmente inversores
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INVERSOR 
• Os inversores são construídos com auxílio de dispositivos semicondutores de
potência
• Que constituem chaves eletrônicas controláveis que podem conduzir ou
bloquear a passagem de tensão e corrente
• O estado é controlado por meio de um sinal de controle, e permitem assim a
conversão de tensão CC para CA e vice-versa
• Durante essa conversão, os inversores utilizam componentes de comutação,
como transistores ou tiristores, para realizar três funções principais:
✓ Bloqueio
✓ Comutação
✓ Condução.
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INVERSOR 
• Comutação: processo de alternar entre os estados de condução e bloqueio. Deve
ser realizado de forma rápida e eficiente para minimizar perdas de energia e
garantir a qualidade da energia convertida. Os dispositivos de comutação permitem
ou interrompem o fluxo de corrente.
• Bloqueio: capacidade dos dispositivos de comutação de interromper o fluxo de
corrente. Quando o dispositivo está em estado de bloqueio, ele impede que a
corrente flua através do circuito, atuando como um interruptor aberto. Esta função é
essencial para controlar a temporização e a direção da corrente em circuitos de
potência.
• Condução: é o estado que os dispositivos de comutação permitem o fluxo de
corrente, funcionando como um interruptor fechado. Durante a condução, a
corrente flui livremente, permitindo que a energia seja transferida de uma parte
para outra.
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INVERSOR 
• De maneira simplificada os módulos fornecem a eletricidade na forma de corrente
contínua (CC).
• A corrente contínua flui em uma única direção, diferente da corrente alternada
(CA), que muda de direção periodicamente.
• O inversor tem a função de converter essa corrente contínua (CC) em corrente
alternada (CA). Esse processo de conversão acontece em etapas:
• Entrada de Corrente Contínua (CC)
• Oscilador
• Transformador
• Filtro de Saída
• Saída de Corrente Alternada (CA)
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INVERSOR 
• Entrada de Corrente Contínua (CC): A corrente contínua gerada pelos módulos é
enviada para o inversor
• Oscilador: Dentro do inversor, um oscilador cria uma onda de corrente alternada
a partir da corrente contínua. Este oscilador funciona através de transistores e
capacitores, que rapidamente ligam/desligam a corrente contínua, criando uma
forma de onda quadrada que alterna a direção da corrente.
• Transformador: A onda quadrada do oscilador não é adequada para a maioria
dos aparelhos/rede elétrica. Assim, a onda é enviada para um transformador que
ajusta a amplitude da onda (voltagem), convertendo-a para a voltagem
apropriada de uso residencial ou industrial (como 110V ou 220V).
54
INVERSOR 
• Filtro de Saída: A forma de onda quadrada precisa ser suavizada para se parecer
mais com uma onda senoidal pura, que é a forma ideal de corrente alternada
(CA) utilizada pelos aparelhos. O inversor utiliza filtros, geralmente compostos
por indutores e capacitores, para converter a onda quadrada em uma onda
senoidal.
• Saída de Corrente Alternada (CA): A corrente alternada (CA) suavizada e
ajustada é então enviada para os dispositivos elétricos ou para a rede elétrica.
Esta CA é agora compatível com os padrões exigidos pelos aparelhos elétricos e
pela rede.
55
INVERSOR 
56
INVERSOR PWM
Comumente os inversores utilizam dois métodos para criar suas ondas (quadradas,
senoidais modificadas ou puras): técnica PWM ou MPPT
• Modulação por largura de pulso (PWM): Modula a largura dos pulsos de CC para
criar uma forma de onda que simula a CC e utilizam um filtro de saída para
suavizar em uma onda senoidal mais suave. Utilizada em uma ampla variedade
de inversores, tanto para criar ondas senoidais modificadas quanto puras.
• Vantagens: Custo (mais barato), tecnologia mais simples (menos componentes
complexos)
• Desvantagens: Qualidade da Onda (os modelos comuns produzem uma onda
senoidal modificada, que pode nãoser adequada para dispositivos sensíveis ou
motores)
• Aplicações: Equipamentos e aparelhos que não são sensíveis a formas de onda
mais simples e modificadas, como iluminação, carregadores de bateria, etc.
57
INVERSOR MPPT
• Inversores MPPT são mais sofisticados e incorporam a tecnologia de
Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT) para otimizar a conversão
de energia.
• O inversor ajusta continuamente a carga para garantir que os módulos estejam
operando no ponto de máxima potência, extraindo a maior quantidade possível de
energia
• Converte a entrada de CC dos módulos em tensão/corrente ideais para alimentar
os dispositivos ou carregar as baterias de forma eficiente
• Produz uma onda senoidal pura, ideal para todos os tipos de dispositivos elétricos,
incluindo os mais sensíveis.
58
INVERSOR MPPT
• Vantagens:
• Muito eficiente na conversão de energia, maximizando a saída dos módulos
• Funciona bem em condições variáveis de iluminação e com uma ampla gama
de tensões de entrada
• Desvantagens:
• Mais caro devido à tecnologia avançada e componentes adicionais.
• Tecnologia mais complexa que pode exigir mais manutenção
• Aplicações:
• Sistemas de energia solar de médio a grande porte, onde a maximização da
eficiência é crucial.
• Equipamentos eletrônicos sensíveis, como computadores, televisores, sistemas
de áudio, e eletrodomésticos de alta qualidade.
59
INVERSORES
60
Característica Inversores PWM Inversores MPPT
Eficiência de Conversão Moderada Alta
Qualidade da Onda Onda senoidal modificada Onda senoidal pura
Custo Baixo Alto
Complexidade Simples Complexa
Aplicação Ideal
Iluminação pública e 
sistemas de bombeamento 
de água
Residencias, usinas de 
grande porte
Maximização de Energia 
Solar
Não Sim
Adaptabilidade a 
Variações
Menos adaptável Altamente adaptável
Comparação entre Inversores PWM e MPPT
INVERSOR
Para classificar os inversores, usa-se critérios baseados na:
•Forma da onda de saída
✓ Onda quadrada, senoidal pura e Onda senoidal modificada
•Topologia do sistema
✓ Monofásico e Trifásico
•Configuração do sistema
✓ Central, String e Microinversor
•Fonte de energia
✓ Fotovoltaico, bateria e hibrido
•Aplicação específica
✓ On-grid (conectado à rede) e Off-grid (isolado)
61
INVERSOR
Classificação pelo tipo de onda de saída:
Inversores de Onda quadrada
• Disponibiliza em sua saída tensão com forma de onda quadrada de dois níveis (-V
e +V), caracterizada por apresentar elevada distorção quando comparada à forma
de onda senoidal pura
• Vantagens: Apresenta baixo custo em virtude da simplicidade
• Desvantagens: Qualidade de onda baixa, aplicações limitadas
• Aplicações: Restringe-se a cargas insensíveis a distorções de tensão, como
aquelas predominante resistivas (fornos elétricos, aquecedores e ferros de
passar) e aquelas que utilizam motores com escova a carvão (liquidificadores,
furadeiras e serras elétricas).
62
INVERSOR
Classificação pelo tipo de onda de saída:
Inversores de Onda Senoidal Modificada
• Criam uma forma de onda aproximada da senoidal. Utilizam a técnica de
modulação por largura de pulso (PWM) para controlar a largura dos pulsos de
energia (desligando e ligando a tensão).
• Aplicações: Equipamentos de baixa sensibilidade, como iluminação, ventiladores,
e carregadores de baterias
• Vantagens: São mais barato e mais simples de fabricar
• Desvantagens: Não são adequados para dispositivos eletrônicos sensíveis ou
motores que requerem uma onda senoidal pura.
63
INVERSOR
Inversores de Onda Senoidal Pura
• Produzem uma onda senoidal pura que é idêntica à energia fornecida pela rede
elétrica. São mais complexos e caros, mas oferecem uma qualidade de energia
superior, ideal para todos os tipos de dispositivos
• Aplicações: Computadores, televisores, sistemas de áudio, eletrodomésticos, e
qualquer equipamento sensível
• Vantagens: Compatível com todos os tipos de dispositivos eletrônicos, incluindo
os mais sensíveis.
• Desvantagens: Mais caro e complexo de fabricar.
64
INVERSOR
Classificação pela topologia do sistema:
Inversor Monofásico
• Converte corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) monofásica (A rede
monofásica comporta as voltagens de 110V e 220V)
• Aplicações: pequenas instalações solares residenciais e comerciais
Inversor Trifásico
• Converte corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) trifásica (a trifásica
comporta 220V, 380V, 440V entre outra.)
• Aplicações: Instalações industriais e comerciais de grande porte.
65
INVERSOR
Classificação pela configuração do sistema:
Inversor Centralizado
• Consiste em um único inversor utilizado
para converter a saída de um grande
número de módulos.
• Aplicações: Grandes usinas de energia
solar.
• Vantagens: Eficiência elevada e
manutenção simplificada.
• Desvantagens: Se o inversor falhar, toda a
produção de energia é interrompida.
66
INVERSOR
Inversor String
• Vários inversores conectados a
diferentes "strings" (fileiras) de
módulos
• Aplicações: Instalações solares de
médio porte
• Vantagens: Maior flexibilidade e melhor
desempenho em condições de
sombreamento parcial
• Desvantagens: Pode ser mais caro e
complexo de instalar
67
INVERSOR
Microinversor
• Inversor individual conectado a cada
painel solar
• Aplicações: Pequenas instalações solares
residenciais.
• Vantagens: Ótimo desempenho em
condições de sombreamento parcial, fácil
monitoramento e expansão do sistema
• Desvantagens: Custo inicial mais elevado
por painel.
68
INVERSOR
Classificação pela fonte de energia:
Inversor Fotovoltaico (PV)
• Projetado especificamente para converter a saída de módulos fotovoltaicos.
• Aplicações: Sistemas de energia solar.
Inversor de Bateria
• Converte a energia armazenada em baterias em corrente alternada.
• Aplicações: Sistemas de backup de energia, sistemas off-grid.
Inversor Híbrido
• Converter energia de várias fontes, como painéis solares e baterias, e pode
funcionar tanto em modo on-grid quanto off-grid
• Aplicações: Sistemas de energia solar que exigem flexibilidade máxima.
69
INVERSOR
Classificação pela aplicação:
Inversor Off-Grid (isolados)
• Aquele que opera de forma independente da rede elétrica, utilizando baterias para
armazenamento de energia.
• Aplicações: Casas isoladas, cabanas, e outras instalações remotas
• Vantagens: Funciona em locais sem acesso à rede elétrica
• Desvantagens: Necessita de um sistema de armazenamento (baterias) e
gerenciamento de energia mais complexo.
70
INVERSOR
Inversor On-Grid (conectado à rede)
• Aqueles conectados à rede elétrica, projetados para sincronizar sua saída de CA
com a rede. É responsável por sincronizar o sistema com a rede pública de
eletricidade, fazendo com que a energia solar produzida seja fornecida
exatamente como a que recebemos da rede elétrica
• Aplicações: Sistemas solares residenciais e comerciais conectados à rede
• Vantagens: Permite a venda de energia excedente para a rede elétrica
• Desvantagens: Não funciona durante uma queda de energia, a menos que tenha
capacidade de backup
71
INVERSOR PARA SFI
Sistemas fotovoltaicos isolados são divididos em:
• Microssistema Isolado de Geração e Distribuição de Energia Elétrica (MIGDI):
Sistemas do tipo MIGDI têm potência instalada total de geração de até 100 kW e
atendem mais de uma unidade consumidora por meio de uma microrrede de
distribuição (baterias)
• Sistema Individual de Geração de Energia Elétrica com Fonte Intermitente
(SIGFI): os sistemas do tipo SIGFI atendem apenas uma única unidade
consumidora. Ambos os sistemas devem garantir, no mínimo, disponibilidade
mensal de energia de 45 a 180 kWh por unidade consumidora, a depender do
porte do sistema (baterias)
• Sistemas isolados sem armazenamento: não usam baterias, a energia gerada é
consumida no mesmo ponto e instante. Só funciona durante o momento de
irradiação solar. Usado para sistemas de bombeamento/irrigação para plantio
72
INVERSOR PARA SFI
•Inversores para sistemas fotovoltaicos isolados, comumente chamados de
inversores isolados, são equipamentos eletrônicos que geralmente recebem em
sua entrada 12V ou 24V de corrente continua (CC) e convertem para 127Vou
220V em corrente alternada (CA) com frequência fixa de 50Hz ou 60Hz. A
simbologia utilizada para representar um inversor é a seguinte:
73
INVERSOR PARA SFI
O inversor é conectado entre o controlador de carga e os equipamentos
eletroeletrônicos que funcionam com corrente alternada. A polaridade definida
(positiva e negativa) está presente até a entrada do inversor. Na sua saída a tensão
é alternada, o que gera também uma corrente também alternada.
74
CARACTERISTICAS ELETRICIAS PARA INVERSORES
ISOLADOS
Características elétricas que podemos encontrar nos inversores isolador comerciais:
• Tensão de entrada: Os inversores isolados de pequeno ou médio porte
geralmente podem receber em sua entrada 12V CC ou 24V CC. Inversores de
porte maior podem apresentar uma tensão de entrada maior, da ordem de 100V
CC ou mais, isso é feito para diminuir a corrente na entrada do inversor
• Tensão de saída: No comércio brasileiro podemos encontrar inversores com saída
de 127V CA ou 220V CA devido rede de tensão que temos em nosso país
• Frequência da onda: Podemos encontrar inversores com frequência de onda de
50Hz ou 60Hz. No Brasil a frequência da rede é de 60Hz e muitos equipamentos
eletroeletrônicos nacionais só funcionam nessa frequência
75
CARACTERISTICAS ELETRICIAS PARA INVERSORES
ISOLADOS
• Potência nominal de saída: potência que o inversor consegue gerar em regime de
uso permanente.
• Potência de pico: potência acima da nominal que o inversor consegue manter por
determinado tempo, utilizado para picos de consumo.
• Eficiência: relação entre potência de entrada e potência de saída do inversor, a
eficiência dos inversores varia entre 50% a 90%, sendo apropriado o uso de
inversores com rendimento acima de 90% para evitar o máximo de perdas.
• Auto-consumo: A maioria dos inversores possuem um sistema de standby para
reduzir perdas de consumo quando o inversor trabalha sem cargas, este consumo
normalmente é de até 2% da potência nominal de saída.
• Forma de onda: podendo ser inversores de onda senoidal modificada ou
inversores de onda senoidal pura.
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INVERSORES PARA SFCR
Sistemas conectados à rede (injetam a energia gerada diretamente na rede
elétrica) são divididos em 3 classes:
• Microgeração - Sistema fotovoltaico com potência de até 75kW
• Minigeração - Sistema fotovoltaico com potência entre 76kW e 5MW.
• Geração centralizada – Sistemas fotovoltaicos de grande porte acima de 5MW
77
INVERSORES PARA SFCR
• Diferentemente dos inversores para SFI, os inversores para SFCR necessitam da
rede para funcionar
• Esses equipamentos realizam a leitura de parâmetros da rede constantemente
para trabalhar em sincronismo com a mesma
• Caso os parâmetros da rede não estejam dentro dos valores definidos pelo
fabricante, o inversor é desligado automaticamente e deixa de mandar energia
para a rede
• Dentre as exigências cobradas pelas concessionárias para autorizar o uso de
inversores on-grid é que o inversor tenha a função anti-ilhamento
• Essa função garante que o inversor pare de fornecer energia no momento em que
a rede seja desligada. Ex: Quando a rede é desenergizada para manutenção
• Caso o inversor continue fornecendo energia, o técnico que está realizando a
manutenção na rede corre riscos de acidentes
78
INVERSORES PARA SFCR
Uma possível classificação de tipos de inversores para SFCRs é a seguinte:
• Microinversor
• Inversor string
• Inversor Multistring
• Inversor Central
79
MICROINVERSOR
• Microinversor, adequado para sistemas pequenos como os residências. que
trabalha com tensões até 60V CC. Visa atender a no máximo 4 módulos por
equipamento
80
INVERSOR STRING
81
• Inversores String: Um dos modelos mais utilizados no mundo. Conecta uma ou
mais fileiras de módulos. Adequados a instalações de microgeração (até
10kWp)
INVERSOR MULTISTRING
82
• Inversores Multistring: Possuem várias entradas para conexão de strings
(fileiras) de módulos e são adequados a instalações urbanas (telhados,
fachadas) nas quais cada string pode estar submetida a diferentes condições de
irradiância e/ou sombreamento. Tem potência na faixa de dezenas de kWp.
INVERSOR CENTRAL
83
• Inversores Centrais: Versão maior do inversor string, são mais adequados para
construções de grande porte (Usinas) numa faixa que vai de centenas de kWp
até MWp
CARACTERISTICAS ELETRICIAS PARA INVERSORES
CONECTADOS À REDE
84
• VDC max: Indica o valor máximo da tensão de entrada do inversor.
• VDC MPP: Faixa de tensão de entrada na qual o inversor opera extraindo a máxima potência do arranjo
• IDC max: Máximo valor de corrente DC na entrada do inversor.
• VAC: Tensão nominal da rede elétrica no qual o inversor será interligado.
• PAC: Potência máxima que o inversor pode fornecer a rede elétrica.
• FAC: Valor nominal de frequência da tensão da rede no qual o inversor pode operar.
• IAC max: Máximo valor de corrente que o inversor pode injetar na rede elétrica
Características elétricas de um modelo de inversor
85
Obrigada pela atenção!
thais.c@ufabc.edu.br
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	Slide 2: BATERIAS
	Slide 3: BATERIAS
	Slide 4: TIPOS DE BATERIAS
	Slide 5: TIPOS DE BATERIAS
	Slide 6: TIPOS DE BATERIAS
	Slide 7: BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO
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	Slide 12: BATERIAS NÍQUEL-CÁDMIO
	Slide 13: BATERIAS NÍQUEL-CÁDMIO
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	Slide 18: VIDA ÚTIL
	Slide 19: VIDA ÚTIL
	Slide 20: VIDA ÚTIL
	Slide 21: TAXA DE CARGA E DESCARGA
	Slide 22: ESTADO DA CARGA E PROFUNDIDADE DE DESCARGA
	Slide 23: EFEITO DA TEMPERATURA E PROFUNDIDADE DE DESCARGA
	Slide 24: TAXAS DE CARREGAMENTO
	Slide 25: TAXAS DE CARREGAMENTO
	Slide 26: CARACTERISTICAS ELÉTRICAS DAS BATERIAS
	Slide 27: BANCO DE BATERIAS
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	Slide 29: ASSOCIAÇÃO EM PARALELO
	Slide 30: ASSOCIAÇÃO MISTA
	Slide 31: BANCO DE BATERIAS
	Slide 32: CONTROLADOR DE CARGA
	Slide 33: CONTROLADOR DE CARGA
	Slide 34: CONTROLADOR DE CARGA
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	Slide 36: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 37: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
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	Slide 39: CONTROLADORES DE CARGA PWM
	Slide 40: CONTROLADORES DE CARGA PWM
	Slide 41: CONTROLADORES DE CARGA MPPT
	Slide 42: CONTROLADORES DE CARGA MPPT
	Slide 43: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 44: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 45: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 46: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 47: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
	Slide 48: CARACTERISTICAS ELETRICAS DO CONTROLADOR
	Slide 49: TIPOS DE CONTROLADORES DE CARGA
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	Slide 51: INVERSOR 
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	Slide 54: INVERSOR 
	Slide 55: INVERSOR 
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	Slide 59: INVERSOR MPPT
	Slide 60: INVERSORES
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	Slide 69: INVERSOR
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	Slide 71: INVERSOR
	Slide 72: INVERSOR PARA SFI
	Slide 73: INVERSOR PARA SFI
	Slide 74: INVERSOR PARA SFI
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	Slide 76: CARACTERISTICAS ELETRICIAS PARA INVERSORES ISOLADOS
	Slide 77: INVERSORES PARA SFCR
	Slide 78: INVERSORES PARA SFCR
	Slide 79: INVERSORES PARA SFCR
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	Slide 84: CARACTERISTICAS ELETRICIAS PARA INVERSORES CONECTADOS À REDE
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