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Manual de operação do Sistema Tigo-‐Energy instalado na usina fotovoltaica da Light (Produto do P&D PV Light/Aneel 080/2011)

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Manual de operação do Sistema Tigo-‐Energy instalado na usina fotovoltaica da Light

[Produto do projeto de P&D Light/Aneel Fotovoltaica, Ref.: 080/2011] _________________________________________________________________________________

Sistema de Conversão fotovoltaica do Museu de Energia da Light

Este Manual de operação contem instruções sobre a operação do sistema de conversão fotovoltaica que faz uso de conversores DC-‐DC e do sistema de coleta, processamento e armazenamento de dados em nuvem da Tigo Energy.

Códigos de acesso: User Name: LightFV Password: nvzp0rxd (Fornecidos pelo instalador)

Comissionamento da Usina Light-‐PV 6 de Abril de 2015


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Sumário

1. Antecedentes ...................................................................................................... 3

2. O uso de conversores DC-‐DC para maximizar a conversão fotovoltaica ............... 4

3. Dispositivo de segurança PV-‐Safe ........................................................................ 6

4. Software Tigo MaxiManager ............................................................................... 8

4.1 Acesso LOG-‐In ..................................................................................................... 8

4.2 A Página “Minha Instalação” .............................................................................. 8

4.3 A Página Resumo ................................................................................................. 9

4.4 A Página de Gráficos ......................................................................................... 11

5. Bibliografia ....................................................................................................... 13

Lista de Figuras

Figura 1 – Usina piloto (laboratorial) instalada no Museu de Energia da Light ................ 4

Figura 2 – Sistema integrado denominado Tigo Energy Maximizer system ..................... 6

Figura 3 – Dispositivo Tigo de gerenciamento da unidade MMU .................................... 7

Figura 4 – Dispositivo PV-‐Safe .......................................................................................... 7

Figura 5 – Procedimento para acesso on-‐line no sistema ................................................ 8

Figura 6 – Medição remota on-‐line painel-‐a-‐painel PV .................................................... 9

Figura 7 – Interpretação da tela de representação da operação do sistema ................. 10

Figura 8 – Barra slider de controle do tempo ................................................................. 10

Figura 9 – Painéis lúdicos indicativos ............................................................................. 11

Figura 10 – Alternância da função selecionada .............................................................. 11

Figura 11 – Exemplo de tela possível de ser visualizada (produção de energia) ............ 13


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1. Antecedentes Este Manual não substitui o System Owner’s Manual do fabricante Tigo Energy Inc. [1] e tem por objetivo orientar os operadores e equipe de manutenção da Light SESA sobre os fundamentos do sistema de conversores DC-‐DC (também denominados maximizadores), sistema esse que atua como sistema supervisório complementar da usina fotovoltaica instalada no telhado do Museu da Energia, nas dependências da sede da Light-‐SESA, concessionária de energia elétrica do Rio de Janeiro.1

O sistema de controle da usina fotovoltaica objeto deste Manual constitui produto do projeto de P&D Light/Aneel 80/2011, intitulado Desenvolvimento tecnológico e inovação na utilização de tecnologia fotovoltaica: uma ação voltada a Grandes Clientes da Light, que tem por objetivo a microgeração de energia por meio de três tecnologias distintas de painéis fotovoltaicos (amorfo, mono e policristalinos). A originalidade da usina fotovoltaica proposta pelo projeto de P&D comprova-‐se pelo uso de tecnologia (pioneira no Brasil) assistida por smart grid, que faz uso de conversores DC-‐DC atuando como otimizadores e gestores de cada painel fotovoltaico, individualmente, assim disponibilizando um sistema supervisório (SISU, software) para otimizar o controle energético e o uso da conversão fotovoltaica mesmo em condições adversas de operação que comumente se fazem presentes no dia-‐a-‐dia das aplicações da energia solar.

A usina-‐laboratório para conversão fotovoltaica (integrada a uma estação meteorológica que permite medição em tempo real da velocidade de vento, radiação solar incidente, temperatura ambiente, algoritmo para cálculo de créditos de carbono pelo uso de energia limpa) visa atender interesses de pesquisa e presta-‐se aos propósitos lúdicos do Museu Light da Energia, que pretende utilizar a usina como parte de sua estratégia de sensibilização pelo uso energias alternativas.

Totalizando 102 painéis fotovoltaicos, a potência real instalada na concessionária é de 18 kWp. A usina integra: STRING #1, composto de 48 módulos de células de silício amorfo (filme fino, potência máxima de 142 W) do fabricante DuPont Apollo (filmes finos a-‐Si/μc-‐Si, Modelo DA142-‐C1), dispostos nas duas primeiras fileiras (ilustrado no topo da Figura 1); STRING #2, composto de 27 módulos policristalinos do fabricante Yingli Energia (Modelo YL245P-‐29b, potência máxima de 245 W), dispostos na terceira fileira no telhado) e STRING #3, composto de 27 painéis do tipo monocristalino do fabricante Tecnometal DYA Energia Solar (Modelo SV250D20M, potência máxima de 245 W), dispostos na quarta (última) fileira mais baixa do telhado. Os painéis

1 Centro Cultural da Light, na Rua Marechal Floriano, 168, na cidade do Rio de Janeiro, Centro, CEP: 20080-‐002 (Gerente do P&D Fotovoltaica 080/2011: Fernanda Particelli: E-‐mail: [email protected]).


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fotovoltaicos selecionados são, todos, certificados (etiquetados) pelo Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), que atua como certificador de equipamentos fotovoltaicos no Brasil.

A Figura 1 ilustra o conjunto dos 102 painéis da usina fotovoltaica montados no telhado do Museu de Energia da Light: de cima para baixo, nas duas primeiras filas encontram-‐se os painéis do tipo células de silício amorfo; na terceira fila os módulos

policristalinos e na fila mais inferior os do tipo monocristalino.

Figura 1 – Usina piloto (laboratorial) instalada no Museu de Energia da Light

No topo, à direita da Figura 2, podem ser observados os instrumentos da estação mini-‐meteorológica para medições, em tempo real, da radiação solar incidente (no ângulo dos painéis instalados), velocidade de vento e temperatura ambiental e temperatura dos painéis.

2. O uso de conversores DC-‐DC para maximizar a conversão fotovoltaica A usina de conversão fotovoltaica instalada no Museu Light de Energia, que faz uso de conversores DC-‐DC (maximizadores), denota um sistema pioneiro, pela primeira vez utilizado no Brasil. O uso desses conversores permite reduzir perdas devido a indesejáveis condições adversas de operação (sombreamento parcial, posicionamento inadequado dos painéis, depósito de resíduos) e descasamento de parâmetros elétricos devido à características elétricas, diferenças construtivas dos módulos individuais. Considerando que o sombreamento parcial é inevitável (presença de edificações na vizinhança, árvores) na vizinhança do local designado pela Light para instalação da usina, o uso de conversores DC-‐DC mostra-‐se altamente atrativo já que força a conversão fotovoltaica a ocorrer nas condições de potência máxima [2]. Do


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ponto de vista da fabricação, é importante destacar que nem todos os módulos apresentam as mesmas características elétricas (mesmo sendo do mesmo lote de fabricação), razão essa que gera possíveis descasamento de propriedades elétricas (mismatch) mesmo quando associados em um mesmo arranjo fotovoltaico. Outras causas que provocam o aparecimento desses descasamentos são: diodos de bypass avariados, queda de tensão nos condutores elétricos, degradação não uniforme das células do módulo fotovoltaico e fadiga residual induzida pelo uso e desgaste repetitivo. Tipicamente, estudos [2] mostram que este descasamento ou incompatibilidade pode induzir perdas de energia em um arranjo comercial novo da ordem de 4 a 7% na ausência de sombreamento, perdas essas que crescem ao longo do tempo. O indesejável sombreamento parcial em um arranjo convencional representa perdas superiores, podendo afetar o arranjo fotovoltaico como um todo. O uso de conversores DC-‐DC reduzem estas perdas tendo em vista que otimizam o funcionamento individual de cada modulo fotovoltaico, forçando-‐o a operar na vizinhança da condição de potência máxima. Esta tecnologia permite, também, uma característica excepcional de segurança denominado PV Safe, que permite desligar completamente a usina em caso de anomalias de operação, operação essa factível de ser operado na própria usina pelo acionamento direto do comando PV Safe ou remotamente via acesso web (internet) de qualquer dispositivo conectado (celular; tablet, notebook, computador).

O sistema Tigo Energy Maximizer incorpora um módulo maximizador (conversor DC-‐DC) na parte traseira de cada módulo fotovoltaico de Filme Fino e um módulo duplo no verso dos módulos monocristalino e policristalino. O sistema também está integrado por um módulo de gestão (Maximizer Management Unit, MMU), instalado na sala de inversores da usina fotovoltaica na sala de controle, nas instalações da Light SESA. O MMU possui um display LCD que mostra o status do sistema e, também, um botão para ativar a função de segurança PV-‐Safe. O sistema opera em conexão com o software MaxiManager, que permite exibir o desempenho da usina, remotamente, via Internet.

Este Manual foi elaborado em conexão com o Tigo Energy® System Owner’s Manual [1], igualmente disponibilizado para os operadores da usina na Light, com o propósito de rapidamente introduzir o usuário ao sistema Tigo Energy Maximizer, facilitando o ao usuário tirar o máximo proveito do sistema de conversão de energia fotovoltaica instalado na Light, explicando as principais características do software, orientando-‐o para ativar e testar os recursos de segurança que o sistema oferece.

A Figura 2 ilustra o sistema integrado denominado Tigo Energy Maximizer system.


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Figura 2 – Sistema integrado denominado Tigo Energy Maximizer system

Fonte: System Owner’s Manual. Tigo Energy® [1]

3. Dispositivo de segurança PV-‐Safe

O dispositivo de segurança Tigo Energy® PV-‐SafeTM protege a instalação e elimina tensões elevadas que eventualmente podem ocorrer em situações emergenciais por razões inesperadas durante a operação ou atividades de manutenção do sistema. Esta característica de segurança desconecta os módulos reduzindo a tensão e a potência elétrica dos módulos fotovoltaicos a valores próximos de zero. Embora normalmente os módulos fotovoltaicos estejam associados em arranjos em série resultando em altas tensões, o recurso PV-‐Safe assegura tensão (e portanto potência) próxima de zero como dispositivo de proteção e segurança da equipe de manutenção, instaladores, e mesmo bombeiros, que poderão estar próximos à instalação. A Figura 3 ilustra esse dispositivo (instalado na Sala dos inversores).


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Figura 3 – Dispositivo Tigo de gerenciamento da unidade MMU


Este recurso é ativado manualmente ou acionado automaticamente devido a um eventual risco de segurança. Para ativar manualmente o modo PV-‐Safe é preciso localizar na sala de inversores o MMU e pressionar o botão PV-‐Safe. A figura 4, abaixo, mostra a localização do MMU, o botão PV-‐Safe destacado na cor vermelha.

Figura 4 – Dispositivo PV-‐Safe


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4. Software Tigo MaxiManager

O software Tigo Energy MaxiManager administra a usina fornecendo ao seu usuário informações detalhadas de cada módulo fotovoltaico.

4.1 Acesso LOG-‐In Para gerenciar e visualizar o sistema, abra seu navegador Web e siga no enlace: WWW.tigoenergy.com . No canto superior direito da página Web faça clique no enlace Login. Ingresse o login e senha fornecido pelo instalador (veja na capa deste manual).

4.2 A Página “Minha Instalação” Nesse site que será acessado, a página Minha Instalação (mostrada na Figura 5) fornece um conjunto de ferramentas de síntese para monitorar o desempenho da usina. Os campos incluem o Dashboard, Mapa do Sistema, e vista para o Kiosk. No mapa geográfico o usuário poderá encontrar o sistema fotovoltaico da usina Light-‐PV, clique (no ícone folha verde) para acessar a página resumo do sistema. Há também uma lista System, na parte inferior da página que pode ser utilizada, alternativamente, para acessar esta página.

Figura 5 – Procedimento para acesso on-‐line no sistema



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4.3 A Página Resumo A Figura 6 ilustra uma página típica do sistema (ou tela), que mostra a produção de energia elétrica que resulta da conversão fotovoltaica de cada módulo fotovoltaico, em tempo real, com dispositivo de recuperar dados a qualquer momento via histórico.

Figura 6 – Medição remota on-‐line painel-‐a-‐painel PV

Fonte: Fotografia da tela on-‐line e foto postada da usina Light-‐PV

A cor de cada módulo fotovoltaico representa uma medição comparativa da potência gerada dentre os módulos do arranjo (uma cor mais viva bright indica maior potência). Particularmente esta informação é valiosa para encontrar anomalias como: sombreamento, falha de diodos de by-‐pass, arranjos desligados entre outros. Se o módulo aparace na cor cinza, significa que ele não está sendo percebido no string pelo gateway Tigo que faz o gerenciamento de cada módulo e transmite os dados da medição remota para a base de dados em nuvem da Tigo Energy, instalada nos EUA. A cor preta é indicativa de que o painel está exposto à luz mas a usina encontra-‐se desligada. A cor verde do painel é indicativa de que a usina está ligada, enquanto o tom de verde indica a intensidade da potência gerada. Assim, um módulo exposto a sombreamento aparece no tom de verde escuro enquanto um módulo exposto à radiação solar incidente aparece em tom de verde claro mais intenso. A Figura 7 ilustra algumas dessas características que permitem a interpretação da eficácia da conversão fotovoltaica, painel-‐a-‐painel.


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Figura 7 – Interpretação da tela de representação da operação do sistema

Para a configuração selecionada (potência), o número que aparece no centro de cada módulo indica a potência remotamente medida no instante de tempo selecionado na parte inferior da página de resumo (data navigator). Posicionando o cursor acima de um módulo, serão destacados todos os módulos (highlights all modules) que correspondem ao arranjo e ao inversor associado a este módulo selecionado. Se o cursor é posicionado acima de um inversor será destacado o arranjo ou arranjos aos quais o módulo está conectado.

A barra de tempo (data navigator) ilustrada na Figura 8 —que é uma barra de ferramentas—, pode ser utilizada para mostrar dados de qualquer dia específico. Esta barra apresenta um calendário do tipo slider, controles de avanço e retrocesso e um botão de reprodução (play). Movimentando o slider de um lado para o outro é possível observar os dados apresentados ao longo do dia. Alternativamente, a representação do sol pode ser movimentada para obter os mesmos resultados. Clicando no ícone do calendário é possível fazer a seleção de um dia particular que se deseja observar o comportamento da usina já que a massa de dados fica armazenada no sistema. O botão ‘refresh’ atualiza os dados mais recentes.

Figura 8 – Barra slider de controle do tempo

Na margem direita da tela (Figura 9) são apresentadas outras informações relevantes (e.g.: potência instantânea gerada; energia injetada na rede, o equivalente a chaleiras


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fervidas (kettles boiled) e emissão de CO2 evitado), informações essas que se referem ao dia específico em observação e, também, durante o tempo de vida da usina (lifetime production).

Figura 9 – Painéis lúdicos indicativos

Conforme ilustrado na Figura 10, adicionalmente à função potência elétrica é possível também visualizar outras informações acessível pelos botões no ‘Display Mode’ () como: Intensidade do sinal de comunicação (received signal strength indicator RSSI) do sistema, tensão e corrente elétrica dos módulos fotovoltaicos.

Figura 10 – Alternância da função selecionada

4.4 A Página de Gráficos Acionando (clicando) no botão Gráficos (Charts) é possível gerar gráficos que podem, alternativamente, ser formatado em diferentes formatos. Por default, o sistema gera, em código de barras, a energia injetada na rede elétrica no horário, no dia em curso, ou na hora da visita, permitindo alternar a visualização para gráficos de linhas. Os dados de cada inversor, arranjo, ou até mesmo de um determinado módulo podem ser facilmente acessados por um simples click nos ícones da representação do sistema no lado esquerdo da tela. Para tal basta pressionar a tecla Shift e clicar em vários ícones para comparar diferentes objetos.


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A escala de tempo pode ser alterada selecionando o intervalo de tempo desejado no ícone do calendário localizado no canto superior da tela. Os dados podem ser selecionados para visualizar os dados de geração de energia: horário, diária, mensal ou anual.

Adicionalmente é possível também realizar a descarga (download) das informações em formato <.csv> (comma separated values). A Figura 11 ilustra, a título de exemplo, uma das inúmeras telas que podem ser produzidas para visualizar a medição remota. Outros gráficos de interesse (temperatura de cada painel ou de um string), tensão, corrente), bem como combinação desses, podem facilmente ser gerados para análise ou estudo do comportamento da usina num determinado período de tempo pré-‐selecionado.

Outra função relevante deste sistema de gerenciamento é a sua capacidade de análise como fonte de dados para tomada de decisão. Este sistema mostrou-‐se extremamente poderoso e útil para analisar a causa de um incidente ocorrido [3] durante a fase inicial de instalação da usina quando uma inversão de polaridade ocasionada por uma conexão indevida derrubou a usina, mas protegeu a instalação pelo acionamento automático do sistema de segurança PV-‐Safe. Pesquisa na base-‐de-‐dados armazenado na nuvem [cloud-‐based monitoring], que registra medições remotas de temperatura e grandezas elétricas via acesso à internet mesmo na condição de usina desligada contribuiu de forma decisiva para indicar a causa do. Nesse sentido, o sistema de gestão/monitoramento-‐TIGO —que caracteriza o caráter inovador do projeto de P&D— desempenho com eficácia o papel de “caixa preta do sistema”, revelando dados-‐críticos não apenas para gerenciamento e monitoramento em tempo real mas, também, para análise-‐diagnóstico em qualquer momento da operação da usina.


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Figura 11 – Exemplo de tela possível de ser visualizada (neste caso produção de energia)


5. Bibliografia [1] Tigo Energy®, System Owner’s Manual. Maximizer™ System. © 2012 Tigo Energy, Inc.

System Owner’s Manual 4.9.2012 ENG. (The System Owner’s Manual contains important instructions for the use and maintenance of the Tigo Energy product models MM-‐ES, MMU, and related Tigo Energy software applications).

[2] Surichaqui Colonia R.C., Influência do uso de conversores DC-‐DC na eficiência da conversão fotovoltaica na presença de sombreamento parcial. Dissertação de mestrado em Metrologia para Qualidade e Inovação desenvolvida no âmbito do Projeto de P&D Fotovoltaica Light/Aneel 080/2011. Data da Defesa: 16 de abril de 2015. Programa de Pós-‐Graduação em Metrologia. Pontifícia Universidade católica do Rio de Janeiro.

[3] Frota M.N.; Ticona E.M. e Duarte B. Relatório técnico interno elaborado em cooperação pela PUC-‐Rio e Light para a Light: Identificação das causas do incidente ocorrido na usina fotovoltaica instalada no Centro Cultural da Light SESA. 5 de fevereiro, 2015.

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