O variador solar
Grundfos RSI
O RSI transforma a potência contínua de um campo fotovoltaico em corrente alternada trifásica para acionar uma bomba submersível, sem baterias. Integra um seguimento do ponto de potência máxima (MPPT), beneficia de um índice de proteção IP66, cobre uma gama de potência de 1,5 a 250 kW e pode, consoante a configuração, ser apoiado pela rede elétrica ou por um gerador. Estas características constituem os elementos essenciais a ter em conta para o seu dimensionamento.
Um variador de frequência talhado para o sol
O variador RSI assegura a interface entre o gerador fotovoltaico e o motor submersível. Os painéis fotovoltaicos fornecem uma tensão contínua, variável com a irradiação e a temperatura, enquanto o motor necessita de uma alimentação trifásica cuja tensão e frequência devem ser comandadas com precisão. O RSI realiza esta conversão integrando ao mesmo tempo um algoritmo de seguimento do ponto de potência máxima (MPPT). Adapta permanentemente a frequência de saída, e portanto a velocidade de rotação da bomba, à potência instantaneamente disponível. A bomba funciona assim em toda a gama de insolação, com um caudal que evolui naturalmente em função da energia fornecida pelo campo fotovoltaico.
Baixa tensão ou alta tensão, uma escolha estruturante
O variador RSI está disponível em duas gamas de tensão de entrada, cuja escolha condiciona o dimensionamento do gerador fotovoltaico. A versão de alta tensão destina-se às instalações de média e forte potência, permitindo a utilização de cadeias de painéis de tensão elevada. A versão de baixa tensão, limitada a uma potência máxima de 15 kW, foi concebida para funcionar com tensões contínuas mais baixas e configurações de campo fotovoltaico adaptadas.
| 3 × 208-240 V | 3 × 380-440 V | |
|---|---|---|
| Gama de potência | 1,5 a 15 kW | 2,2 a 250 kW |
| Tensão mínima no ponto de potência máxima | 230 V | 450 V |
| Tensão recomendada | 290 a 336 V | 530 a 615 V |
| Tensão de entrada máxima | 400 V | 800 V |
| Frequência de saída | 5 a 160 Hz | 5 a 160 Hz |
| Índice de proteção | IP66 | IP54 ou IP66 |
As tensões mínima MPPT, recomendada e máxima de entrada definem as condicionantes de dimensionamento do gerador fotovoltaico. A cadeia de painéis deve manter uma tensão superior ao limiar mínimo de funcionamento quando a temperatura das células é elevada, condição para manter o seguimento do ponto de potência máxima. Inversamente, a sua tensão em vazio nunca deve ultrapassar a tensão de entrada máxima do variador nas condições mais desfavoráveis, nomeadamente em caso de grande frio, quando a tensão dos painéis é máxima. O dimensionamento deve, portanto, garantir o cumprimento simultâneo destes limites, de modo a assegurar um funcionamento fiável e contínuo da instalação ao longo de todo o ano.
O RSI escolhe-se pela intensidade do motor
O dimensionamento do variador é determinado pela corrente nominal do motor. Para uma potência igual, um motor concebido para uma tensão nominal mais baixa apresenta uma corrente nominal mais elevada. É por isso frequente que o variador necessário pertença a uma classe de potência superior à do motor, de modo a cobrir a intensidade exigida em todas as condições de funcionamento.
| Tamanho do RSI, gama 3 × 380-440 V | Corrente de saída nominal | Tamanho |
|---|---|---|
| 2,2 kW | 5,6 A | A |
| 4 kW | 9,6 A | A |
| 7,5 kW | 16 A | B |
| 15 kW | 31 A | B |
| 22 kW | 46 A | C |
| 37 kW | 72 A | C |
| 55 kW | 105 A | MR7 |
| 110 kW | 205 A | MR8 |
| 250 kW | 460 A | ED |
O mesmo princípio aplica-se na substituição ou na modernização de uma instalação existente: a escolha do variador efetua-se a partir das características nominais indicadas na placa de características do motor, e não apenas da sua potência aparente. O assistente de colocação em funcionamento do RSI baseia-se aliás nestes parâmetros, a saber a tensão nominal, a frequência, a velocidade de rotação, a corrente nominal, o fator de potência e a potência, para configurar o variador. Para simplificar esta etapa, integra uma biblioteca dos principais motores Grundfos, permitindo selecionar diretamente o modelo instalado.
O que o RSI sabe acionar
O livreto técnico lista as famílias Grundfos compatíveis: as bombas submersíveis SP, as multicelulares verticais CR, as NB e NK de aspiração axial, as MTR, as CM e as TP em linha. Apenas duas condições: uma frequência nominal de 50 ou 60 Hz, e um motor capaz de funcionar em 3 × 380 V ou 3 × 220 V.
O que uma instalação RSI comporta na realidade
Uma instalação completa compreende, além do variador, vários equipamentos cuja lista consta do manual. Dois deles são da responsabilidade da conceção e devem ser previstos desde o estudo do projeto.
| Elemento | Função | Estatuto |
|---|---|---|
| Seccionador contínuo | cortar o campo fotovoltaico em segurança | indispensável |
| Proteção contra sobretensões contínuas | proteger a entrada do variador | indispensável |
| Sensor de marcha a seco | entrada dedicada no variador | indispensável |
| Filtro sinusoidal | proteger o isolamento do motor dos picos de tensão | consoante a tensão e o comprimento de cabo |
| Quadro de agrupamento | reunir as cadeias de painéis | consoante o tamanho do campo |
| Sensor de nível | paragem com reservatório cheio | opcional, entrada prevista |
| Seccionador alternado | corte entre a saída e o motor | opcional |
Esta condicionante é determinante para a escolha da gama de variadores. Os modelos 3 × 380 a 440 V necessitam de uma tensão mínima de 450 V no ponto de potência máxima, o que implica necessariamente uma tensão em vazio superior a 400 V. A instalação de um filtro sinusoidal é, portanto, sistematicamente exigida com esta gama. Inversamente, os variadores 3 × 208 a 240 V foram concebidos para funcionar com um gerador fotovoltaico cuja tensão de entrada permanece inferior a 400 V, o que permite, nas condições previstas pelo fabricante, prescindir deste filtro.
As proteções incorporadas, e a sonda que as completa
O variador RSI integra um conjunto completo de funções de proteção destinadas a proteger o motor, o variador e o gerador fotovoltaico. Assegura nomeadamente a vigilância das sobreintensidades, das sobretensões e subtensões, dos defeitos de ligação à terra, das perdas de fase do motor, das sobrecargas de curta e de longa duração, do bloqueio do rotor, do funcionamento em subcarga, bem como da temperatura interna do variador. Integra igualmente uma proteção específica das aplicações fotovoltaicas: quando a potência fornecida pelo gerador se torna insuficiente para garantir um funcionamento estável, o variador interrompe automaticamente o acionamento da bomba, a fim de evitar os ciclos de funcionamento degradados.
A colocação em funcionamento comporta uma segunda regulação determinante, a da frequência mínima de compressão. O procedimento consiste em iniciar a instalação com tempo soalheiro, aumentar progressivamente a frequência até ao aparecimento efetivo do caudal, e depois memorizar este valor no variador. Esta regulação materializa o limiar de arranque da bomba, abaixo do qual nenhum caudal é debitado à saída.
Calor e altitude
Dois fatores de desclassificação devem ser tidos em conta no dimensionamento do variador, em particular nas regiões quentes e de grande altitude onde os sistemas de bombagem solar são frequentemente implementados. Até uma temperatura ambiente de 40 °C, o variador pode fornecer a sua corrente nominal. Além deste valor, e até 60 °C, a corrente de saída admissível deve ser reduzida em conformidade com as especificações do fabricante. Do mesmo modo, o funcionamento a plena carga está garantido até uma altitude de 1.000 m. Além deste valor, aplica-se uma desclassificação de 1 % da corrente nominal por cada escalão de 100 m, até à altitude máxima de 3.000 m.
Cinco decisões, um único dimensionamento
Escolher um RSI é escolher simultaneamente uma bomba, um motor, um tamanho de variador, um comprimento de cadeia de painéis e um número de cadeias em paralelo. Estas cinco decisões estão ligadas: a janela de tensão impõe o comprimento da cadeia, o comprimento da cadeia impõe o escalão de potência do campo, e a bomba fixa o limiar de arranque abaixo do qual nenhum caudal é debitado à saída.
De onde vêm estas informações
- Manual de instalação e funcionamento RSI 1,5 a 250 kW, Grundfos: características técnicas, gamas de tensão, tamanhos e intensidades de saída, rendimentos do módulo de acionamento, assistente de arranque, códigos de falha, regulação da frequência mínima de compressão.
- Manual RSI AC Drives, Grundfos: tipos de motores comandados, gamas de temperatura ambiente e desclassificações, desclassificação em altitude, frequência de comutação.
- Livreto técnico RSI, variador de energia solar renovável para o comando de bombas 1,5 a 37 kW, Grundfos: descrição geral, componentes da instalação, famílias de bombas compatíveis, acessórios.
- Manual de instalação e funcionamento SP e SPE, Grundfos: limites de tensão e de comprimento de cabo com e sem filtro sinusoidal, sensores de temperatura sobre variador.