INTRODUÇÃO

Aplicações com geradores do tipo solar fotovoltaicos (FV) conectados à rede elétrica (sistemas on-grid) permitem que a geração descentralizada seja utilizada para autoconsumo ou para abatimento na conta de energia. 

Em aplicações envolvendo sistemas FV é desejado que a energia excedente do sistema, ou seja, a energia gerada e não utilizada pelas cargas localmente seja exportada para a rede de distribuição com o crédito correspondente ao cliente. Porém, devido a questões técnicas  e regulatórias o mercado FV tende a adotar cada vez mais tecnologias para maximizar o autoconsumo. 

No contexto de energia solar o autoconsumo se refere ao percentual de energia que é gerado localmente, sendo utilizado na demanda das cargas internas ou para armazenamento e uso futuro. Quanto maior o autoconsumo da instalação menor o uso da rede de distribuição e menor o impacto de revisões ou ajustes tarifários para o cliente. Assim, ter um alto percentual de autoconsumo significa independência energética.

O termo “Grid Zero” se refere a sistemas que mesmo conectados à rede de distribuição não exportam o excedente de energia. Toda energia gerada pelo FV é consumida internamente na instalação. Então, a tecnologia de inversores com o chamado “Grid Zero” veio para o mercado como uma forma de controlar em tempo real a geração dos inversores com base na demanda das cargas. 

A tecnologia Grid Zero traz para o mercado FV benefícios como controle dinâmico de inversores, agilidade no comissionamento e a possibilidade de conexão ou expansão de usinas em áreas com restrições técnicas ou regulatórias.  

FUNCIONAMENTO DO SISTEMA GRID ZERO 

O Grid Zero é um sistema que permite o monitoramento e controle em tempo real do consumo interno e geração dos inversores. A partir dessa tecnologia é possível limitar ou zerar a exportação de energia para a rede de distribuição. 

É importante entender que apesar de não exportar energia um sistema Grid Zero continua sendo do tipo “on-grid”, ou seja, para operação dos inversores ainda é necessária a conexão com a rede da concessionária. Em caso de falhas na rede os inversores junto com o sistema de controle serão desconectados. Portanto, esse tipo de sistema funciona de forma diferente de um sistema Off-grid ou híbrido. 

Para operar no modo Grid Zero é necessário, além dos inversores FV, um equipamento que integre as funções de analisador de energia, monitoramento e controle em tempo real - Figura 1.

Figura 1 - Conexão entre sistema fotovoltaicos e controlador para Grid Zero

A função de analisador de energia tem como objetivo medir as potências no Ponto de Acoplamento Comum (PCC) com a concessionária. Em geral, esse equipamento será conectado junto da entrada de energia do acessante na concessionária, ou seja, no padrão de entrada. Nesse ponto são medidos as magnitudes e defasagem de tensão e corrente com o objetivo de calcular o valor real de potência e a sua direção: a potência pode está sendo exportada para a rede ou importada para o cliente. 

A função de monitoramento permite a leitura em tempo real da geração dos inversores e também determinar o consumo das cargas internas do cliente. O consumo é determinado a partir da diferença entre a potência medida na entrada de energia e a geração dos inversores. Por exemplo, se for medida uma geração total de 50kW e em determinado momento o consumo da rede seja de 10kW então o sistema entende que o consumo local é de 60kW. Esse processo é realizado de forma automática e dinâmica, de acordo com o tempo de amostragem do equipamento. 

Por último, a função de controle permite que a geração dos inversores acompanhe de forma otimizada a demanda das cargas. O equipamento de controle irá aumentar ou diminuir a geração FV de acordo com o consumo instantâneo do cliente e de forma a não haver fluxo reverso de potência para a rede. O algoritmo deve garantir um controle de potência rápido e estável, funcionando mesmo para alterações rápidas de carga. 

Pode-se dividir o funcionamento de um sistema Grid Zero em três categorias de acordo com o balanço energético entre geração e consumo: 

Cenário 1 - Geração FV < Consumo: Nesse caso o controlador envia um comando aos inversores para que sua geração seja maximizada e que seja aproveitada a máxima potência disponível dos módulos. A diferença entre o consumo e a geração disponível é suprida pela rede da concessionária. 

Cenário 2 - Geração FV = Consumo: O autoconsumo é otimizado e os inversores recebem comandos para manter a geração no nível atual. A rede externa não é utilizada. 

Cenário 3 - Geração FV > Consumo: Os inversores recebem comandos para que sua geração seja reduzida ao nível da carga e a exportação para a rede seja nula. 

Nota-se que o sistema Grid Zero permite a supervisão e controle dos inversores FV de forma dinâmica. O próprio controlador modifica a geração máxima dos inversores com a variação das cargas. Essa é uma grande vantagem quando comparado a um sistema com geração fixa, onde esse controle seria realizado de maneira manual.

APLICAÇÕES

O Grid Zero pode ser aplicada em sistemas de pequeno a grande porte, com um ou mais inversores on-grid instalados.    

Uma aplicação recorrente dessa tecnologia é encontrada em casos que o gerador FV deve ser conectado à uma rede de distribuição que possui restrições técnicas para conexão de novos usuários de geração distribuída (GD). Nem sempre é possível conectar e injetar a potência desejada no ponto de acesso do cliente. As concessionárias podem e já restringem em alguns casos a potência máxima para os geradores FV conectados. 

Isso ocorre pois a concessionária deve manter seu fornecimento de energia dentro de padrões de qualidade de energia definidos pelas regulamentações. Com o aumento da participação de inversores FV e outras fontes de GD na matriz energética nacional é possível que essas restrições sejam mais comuns. Olhando para mercados FV mais avançados, isso já é realidade em países como a Austrália.

A solução Grid Zero vem como uma alternativa para controlar e amenizar o impacto da conexão de novos geradores nas redes de distribuição. Por exemplo, a concessionária pode restringir o acessante a uma potência máxima de injeção de 1MW. Porém, o Grid Zero pode ser utilizado para conexão de uma quantidade maior de geradores, sendo essa energia adicional utilizada apenas para consumo interno. 

De forma similar, instalações com limites nos transformadores de potência podem se beneficiar do Grid Zero. Digamos que o cliente tenha um sistema composto de 150 kW de inversores junto com um transformador de 150 kVA. Na adição de um novo inversor esse mesmo transformador ficará sobrecarregado. No entanto, podemos utilizar a solução Grid Zero junto com os novos inversores para não passar energia pelo transformador. O sistema de controle do Grid Zero atuaria nos novos inversores de forma a redirecionar a geração para a demanda interna e limitar o excedente, evitando a sobrecarga do transformador existente e o custo adicional com a expansão do sistema. 

No Brasil, outra aplicação comum é para clientes pertencentes ao Mercado Livre de Energia e que buscam por meios de aumentar o autoconsumo da instalação. Isso ocorre, no caso dos Autoprodutores com geração junto à carga, modelo em que a geração e o consumo são realizados no mesmo local. A depender do tipo de contrato é possível que seja demando meios de se bloquear a injeção de energia excedente na rede de distribuição, abrindo espaço para aplicação do Grid Zero. 

FABRICANTES E MODELOS DO GRID ZERO 

No mercado brasileiro essa tecnologia é relativamente nova. Muitos clientes ainda confundem o conceito de Grid Zero com o de Off-grid, essa última sendo um sistema desconectado da rede e que integra o FV com armazenamento de energia. Além disso, as concessionárias de energia também estão conhecendo a tecnologia e não possuem regulamentação específica para sua aplicação. 

Fabricantes bem conhecidos no mercado de inversores FV já trabalham com essa tecnologia no Brasil. As duas mais conhecidas e as pioneiras no mercado nacional foram os fabricantes Growatt [1] e Solis [2]. Ambos possuem equipamentos para Grid Zero que podem ser aplicados em inversores monofásicos e trifásicos. 

O controle do Grid Zero pode ser realizado através de equipamentos específicos para a aplicação e também internamente pelo próprio inversor FV dependendo do modelo. A diferença principal nos dois casos é a quantidade de inversores controláveis. Geralmente, quando é utilizado um equipamento específico para a solução é possível controlar múltiplos inversores simultaneamente, i.e., alguns fabricantes permitem o controle de até 80 inversores com o mesmo controlador. 

Também existem empresas especializadas em controladores que trabalham com a tecnologia Grid Zero. A DEIF [3] , por exemplo, possui controladores que podem ser utilizados junto com inversores de diferentes marcas e até mesmo integrando inversores FV, rede de distribuição e geradores à diesel. 

RESUMO 

O conceito por trás do Grid Zero é basicamente aumentar o autoconsumo para obter independência energética e minimizar o consumo da rede de distribuição. Essa solução é ainda algo novo para o mercado brasileiro, porém com amplas aplicações. 

As indústrias e o agronegócio podem se beneficiar dessa tecnologia com o aumento de geração e o mínimo de mudança no projeto e contrato com as concessionárias. Da mesma forma, usinas de médio a grande porte podem utilizar a tecnologia para conexão de maior potência fotovoltaica em pontos fracos e instáveis da rede e ter melhor aproveitamento do transformador local. 

Fontes: 

[1]https://www.portalsolar.com.br/noticias/negocios/empresas/win-anuncia-parceria-com-chinesa-ginlong-solis

[2]https://www.deif.com