Além dos mitos: confiabilidade da energia solar e seu papel estabilizador nas redes elétricas modernas

Durante décadas, a sabedoria convencional no setor de energia sustentou que as fontes renováveis-particularmente a energia solar-eram muito intermitentes e pouco confiáveis ​​para servir como espinha dorsal dos sistemas elétricos modernos. Um equívoco persistente é que os painéis solares degradam-se rapidamente, falham sob tensão e, pior, introduzem o caos na dança equilibrada da oferta e da procura na rede eléctrica. Os críticos têm argumentado frequentemente que a energia solar não é apenas inconstante, mas também uma ameaça à estabilidade da rede, capaz de causar oscilações de tensão e apagões.

No entanto, esta visão está cada vez mais ultrapassada. Com base em décadas de dados operacionais, avanços na eletrônica de potência e experiência-real de integração de rede no mundo real, surge uma imagem muito diferente: a tecnologia solar provou ser excepcionalmente confiável e, quando implantada cuidadosamente, aumenta ativamente a resiliência e a estabilidade da rede. Este artigo visa desmistificar as realidades técnicas por trás da confiabilidade solar e sua influência positiva nos sistemas de energia.

O primeiro pensamento de algumas pessoas sobre os painéis solares é que eles não são confiáveis. Mas, na verdade, isso não é mais o caso! A maioria dos painéis fotovoltaicos hoje são muito mais confiáveis, mais fortes do que nunca e precisam de muito menos ações de manutenção da sua parte do que as formas anteriores de geração de energia. Ao contrário dos motores de turbina a gás e dos motores a diesel (que possuem máquinas rotativas), os painéis solares não possuem peças rotativas, o que significa que não têm espaço para desgaste, desgaste e/ou lubrificação. O principal componente de um painel solar, a 'junção semicondutora', foi fabricado usando tecnologia de silício comprovada, usada com sucesso na eletrônica há mais de 50 anos e que provou ser absolutamente confiável!

Em estudos-de avaliação ambiental de longo prazo, como os conduzidos pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) dos Estados Unidos, estudos indicam que módulos fotovoltaicos de alta qualidade sofrem uma degradação anual na produção nominal inferior a 0,5% ao ano; muitos sistemas instalados durante as décadas de 1980 e 1990 estão atualmente produzindo 80% ou mais de sua produção nominal inicial, após mais de 30 anos de serviço. A maioria dos fabricantes de módulos fotovoltaicos oferece garantias para módulos fotovoltaicos por um período mínimo de 25 anos; no entanto, é provável que os módulos permaneçam operacionais muito depois desta data. Embora as falhas ocorram aproximadamente como resultado de fatores externos (ou seja, instalação inadequada, condições climáticas extremas), a taxa de falhas inerente dos módulos fotovoltaicos é inferior a 0,05% ao ano-a taxa de falhas da maioria das outras tecnologias de geração de energia, incluindo muitos dos componentes de uma usina de energia movida a combustíveis fósseis-é igual ou inferior à taxa de falhas dos módulos fotovoltaicos, tornando a energia solar uma opção de hardware bastante confiável.

 

O segundo mito, mais técnico, é que a energia solar “destrói” a estabilidade da rede. Essa preocupação surgiu historicamente dos primeiros inversores{1}}ligados à rede, que foram projetados para simplesmente enviar o máximo de energia possível para a rede e desconectar imediatamente se ocorresse qualquer perturbação. Embora este comportamento passivo pudesse, em teoria, reduzir a inércia do sistema, já não é a norma.

Os atuais-inversores que suportam a rede-geralmente chamados de "inversores inteligentes" ou "inversores{2}}formadores de rede"-são uma virada de jogo-. Eles incorporam funções de controle avançadas que contribuem ativamente para a saúde da rede. Os principais recursos incluem:

Controle de tensão e frequência:O inversor inteligente pode corrigir desvios de tensão e frequência como um AVR de geradores síncronos normais, ajustando sua potência de saída real e reativa em milissegundos.

Capacidade-de passeio:Os novos inversores têm um recurso-de passeio que permite que eles continuem apoiando a rede durante falhas de curta duração (por exemplo, se ocorrer um raio ou um galho de árvore cair em uma linha de energia) e reinjetar-energia de volta na rede assim que a falha for eliminada.

Inércia Sintética:A Solar não possui a massa física rotativa de uma turbina a vapor, mas os inversores avançados têm a capacidade de extrair e injetar energia em alta velocidade para simular a inércia quando a frequência muda. Essa inércia sintética dá aos geradores convencionais preciosos milissegundos para atingir a produção máxima.

Longe de desestabilizar a rede, esses recursos permitem que zonas solares de alta{0}}penetração operem com maior resiliência. Por exemplo, no Sul da Austrália,-uma região com mais de 60% de energias renováveis ​​instantâneas,-os inversores-formadores de rede conseguiram bloquear-redes locais com sucesso após uma grande separação do sistema, algo que anteriormente só era possível com usinas hidrelétricas ou de gás.

A geração distribuída de energia solar reduz o estresse nas linhas de transmissão existentes, graças ao fato de ela ser produzida mais perto do ponto de uso do que a eletricidade tradicional-baseada na rede. A geração tradicional de energia eléctrica depende de grandes estações geradoras que produzem electricidade, que é depois transportada por centenas de quilómetros através de linhas de transmissão de alta tensão, para ser finalmente utilizada onde for necessária. Este modelo (hub-e-spoke) permite a perda de entre 8 - 10% da produção original de energia e cria um ponto único de falha. Por exemplo, quando um poste ou torre de transmissão cai, um grande apagão pode ser criado como resultado do projeto típico de uma grade-e{8}}de raios.

Ao criar eletricidade armazenada ou gerada, através da utilização de energia solar distribuída perto do ponto de consumo, diminui a quantidade de eletricidade que está sendo transportada da subestação até um ponto consumidor. Isso significa que a demanda do consumidor por energia elétrica diminuiu em relação ao que é mostrado atualmente utilizando uma rede tradicional. Esta redução na procura atrasará ou talvez até eliminará a necessidade de atualizações dispendiosas nos sistemas de transmissão e distribuição. Além disso, durante incêndios florestais, furacões e/ou ataques cibernéticos, haverá uma série de instalações de armazenamento solar+ dispersas, que serão capazes de criar microrredes para, pelo menos em parte, continuar a alimentar as principais instalações (como tratamento de água e hospitais) enquanto a rede eléctrica central global se esforça para se restaurar. Isto é o que chamamos de resiliência da rede.

Há muito tempo, as pessoas pensavam que a tecnologia solar não era fiável e que poderia destruir a rede. Há décadas de histórico de operação mostrando que os Módulos Fotovoltaicos (PV) são um componente confiável e durável, portanto, exigem muito pouca manutenção e muitos anos de confiabilidade. A tecnologia do inversor evoluiu rapidamente e converteu a energia solar de uma fonte de energia passiva, às vezes problemática, para ser um participante ativo na estabilidade da rede, fornecendo suporte de tensão, regulação de frequência e inércia sintética. Ao utilizar a energia solar numa aplicação distribuída, ajuda a aliviar o congestionamento da transmissão e a aumentar a resiliência da rede elétrica contra grandes perturbações.

À medida que aceleramos a nossa transição energética, é importante que todos os engenheiros, decisores políticos e o público utilizem a tecnologia mais atual à sua disposição, em vez de utilizarem os receios do passado sobre a própria tecnologia. Portanto, a energia solar está deixando de ser um dos elos mais fracos para se tornar um dos componentes mais significativos e estabilizadores da rede elétrica no século XXI.