Introdução
No desenvolvimento de um sistema fotovoltaico (FV) é necessário que o projetista defina parâmetros técnicos, econômicos e realize escolhas entre as muitas tecnologias disponíveis no mercado. As escolhas durante a fase de projeto vão determinar a produtividade e rentabilidade futura do sistema.
Nesse sentido, são considerados parâmetros de orientação e inclinação dos módulos, potência dos equipamentos, escolha da stringbox, modelo do inversor, etc. Porém, um aspecto de operação essencial é muitas vezes desconsiderado ou menosprezado. Esse fator é a temperatura de operação do inversor FV e está diretamente associado com o desempenho e disponibilidade do sistema.
Os inversores são equipamentos eletrônicos e que estão sujeitos às mais diversas intempéries do tempo: variações de temperatura, umidade, corrosão, radiação UV, etc. Além disso, como qualquer outro equipamento que conduz corrente elétrica, este dissipa energia em forma de calor e som. Portanto, os investidores tendem a aquecer, principalmente, durante o verão e nos picos de geração de energia.
Extremos de temperatura podem resultar em redução da vida útil ou mesmo perda completa do equipamento (e perda de garantia). Isto, muitas vezes acompanhado de baixa produtividade e problemas de indisponibilidade. Assim, podemos ser pressionados e indagados pelo cliente: “O meu sistema não está gerando o prometido!” ou ainda, “Minha fatura continua vindo alta!”.
Nesse artigo abordaremos especificações técnicas, derating de potência, alarmes de inversores e boas práticas de instalação relacionadas com o gerenciamento térmico dos inversores fotovoltaicos.
Refrigeração dos Inversores FV
O fator temperatura deve ser considerado ao realizar a instalação do sistema fotovoltaico e o local de instalação é importante nesse quesito pois o inversor é um equipamento que dissipa energia térmica no ambiente e, consequentemente, existe um aquecimento natural ao seu redor. Se o ambiente já possuir uma temperatura muito elevada, então o inversor não vai realizar a troca de calor de forma eficiente.
Assim, a escolha de um local aberto e arejado é o ideal. É importante, entretanto, verificar o grau de proteção que o fabricante fornece. Dependendo do grau IP do inversor, a instalação poderá ser realizada em ambientes internos ou externos, sob incidência de água e irradiação solar. Em geral, o grau de proteção é de no mínimo IP65, ou seja, proteção completa contra a entrada de corpos sólidos e jatos fracos de água.
A figura 1 abaixo exibe a evolução na temperatura de operação de um inversor FV durante o período de um dia. É possível verificar que a temperatura de operação (curva vermelha) tem uma correlação com a geração de energia (curva azul). Quanto maior a potência gerada maior é a temperatura de operação do equipamento. No pico de geração, esse inversor atinge a temperatura máxima de 85ºC. É importante mencionar que a temperatura exibida no gráfico abaixo corresponde ao valor medido próximo ao dissipador do inversor. A temperatura ambiente terá um valor diferente. 
Figura 1 - Dados de monitoramento exibindo temperatura interna (vermelho) e potência (azul) em tempo real.
Os inversores possuem um intervalo bem definido de temperatura de operação, ou seja, existe um limite mínimo e máximo de temperatura a qual o equipamento pode ser submetido. Uma temperatura muito baixa pode causar o congelamento da sua estrutura, dos componentes eletrônicos e deformações mecânicas internas e externas. Da mesma forma, a temperatura ambiente elevada resulta em derretimento das soldas e trilhas elétricas, danos aos capacitores eletrolíticos e de filme, redução na vida útil de componentes, indisponibilidade do sistema etc. Assim, a operação dos inversores deve ser executada dentro da sua faixa nominal de temperatura ambiente.
Em geral, a faixa de temperatura ambiente indicada na folha de dados é entre -25ºC a 60ºC, podendo variar conforme o fabricante. Devido ao clima brasileiro ser majoritariamente temperado, as instalações FV do país precisam se preocupar apenas com o limite superior de temperatura.
Para dissipar o calor proveniente, principalmente, das chaves semicondutoras (e.g,. IGBT) os inversores utilizam de um ou mais mecanismos. Entre esses mecanismos encontramos a refrigeração natural ou forçada.
Quando falamos de refrigeração natural, geralmente o inversor terá um dissipador metálico na sua parte posterior, para que a refrigeração seja feita por convecção térmica - figura 2.
Figura 2 - Inversor monofásico com refrigeração natural.
Fonte: PlusEnergy
Já quando falamos de refrigeração forçada, essa é resultado de ventoinhas internas que, ao atingir uma certa temperatura, são acionadas e aumentam a eficiência de troca de calor do inversor com o ambiente externo - figura 3.
Figura 3 - Inversor projetado com refrigeração natural (parte superior esquerda e direita) e forçada (três ventoinhas no meio).
Fonte: Ginlong (Solis)
Em inversores de pequeno porte, geralmente monofásicos, é comum encontrar apenas convecção natural. Já os inversores de maior porte podem apresentar uma combinação de refrigeração natural e forçada.
Redução de Potência e Alarme de Sobretemperatura
Outra forma de controle de temperatura interna é o gerenciamento térmico realizado pelo software dos inversores modernos. O objetivo dessa função é monitorar a temperatura interna e proteger os componentes elétricos contra efeitos térmicos e mecânicos de temperaturas elevadas.
Assim, a potência de saída do equipamento é controlada de acordo com a temperatura externa. Caso a temperatura ultrapasse um determinado valor de referência a potência de saída do inversor é reduzida. Para exemplificar esse mecanismo, a curva de operação de um inversor de 27kW é apresentada na figura 4.
Figura 4 - Curva de potência de saída em função da temperatura ambiente
Fonte: Fronius
Na curva da figura 4, pode perceber-se que até 40ºC (temperatura ambiente) o inversor opera em sua potência nominal, ou seja, 27 kW. Porém, a partir desse ponto há uma redução na potência de saída com o aumento da temperatura externa. Ao atingir 45ºC a potência já cai para 25 kW, ou seja, redução aproximada de 7,5% em sua potência de saída. Portanto, é válido analisar as informações que os fabricantes fornecem para se ter um projeto bem dimensionado, para novamente, não gerar inconvenientes ao cliente.
Nesse mesmo datasheet, o fabricante traz a informação de faixa de temperatura ambiente de operação do inversor, que é de -25 a 60ºC.
Agora você pode se perguntar, tá, mas e se a temperatura chegar nos 60ºC, o que acontece com o meu sistema?! O inversor vai se desligar por proteção, acusando o alarme de temperatura muito elevada. Mas antes disso, ele vai provavelmente acusar indícios de que o sistema já vem aquecendo muito e que algo deve ser feito.
Alguns fabricantes de inversores programam em seus softwares alarmes de atenção, indicando que o sistema começou a limitar a potência por alta temperatura.
Boas Práticas de instalação
Algumas orientações podem ser seguidas para manter o inversor dentro da sua temperatura de operação e evitar redução ou interrupção no fornecimento de energia:
Instale o inversor em um ambiente arejado. Verifique o grau de proteção contra entrada de corpos sólidos e líquidos (IPxx) e escolha um ambiente adequado;
Instale-o a uma altura apropriada, respeitado a distância indicada pelo fabricante entre a parte superior do equipamento e o teto da instalação;
Não deixe objetos, quadros elétricos, motores ou outros inversores muito próximos a ponto de obstruir a ventilação, seja natural ou forçada;
Verifique se o equipamento está sob incidência direta da luz solar.
Se necessário, instale um sistema de refrigeração externo;
Siga as recomendações de instalação no manual do fabricante;
Não instale em locais fechados e sem ventilação;
Se existir ventoinha no equipamento, retirar poeira e ninhos de animais e testá-la. O fabricante pode orientar com os procedimentos e produtos necessários para limpeza desse componente;
Evite o contato com o equipamento, principalmente, em períodos de sol aberto;
Entre em contato com o fabricante em caso de dúvidas em relação a temperatura ideal de funcionamento.
Conclusão
Os Inversores são equipamentos eletrônicos sensíveis e com faixa de temperatura de operação bem definida. Para minimizar o tempo de indisponibilidade e maximizar a geração de energia do sistema é necessário que esses equipamentos estejam operando sobre as condições as quais foram previamente projetadas.
Um sistema ventilado, em um local abrigado é de extrema importância para o bom funcionamento do inversor fotovoltaico. O superaquecimento do equipamento pode causar perdas na geração e dores de cabeça para seu cliente. Algumas sugestões para reduzir a temperatura é o uso de ventilação externa, manter distância em relação a outros componentes da instalação e realizar a limpeza e teste da ventoinha interna.
Por isso é importante saber dimensionar o sistema e escolher o correto equipamento e local para instalação, analisando seus datasheets e entendendo os conceitos mostrados nesse artigo.