Um sistema de energia fotovoltaico ligado à rede, ou sistema de energia PV ligado à rede, é um sistema de energia solar fotovoltaica geradora de eletricidade que está ligado à rede pública. Um sistema fotovoltaico ligado à rede é constituído por painéis solares, um ou vários inversores, uma unidade de condicionamento de energia e equipamento de ligação à rede. Eles variam de pequenos sistemas residenciais e comerciais de telhados a grandes usinas solares em escala de serviços públicos. Ao contrário dos sistemas de energia independentes, um sistema conectado à rede raramente inclui uma solução de bateria integrada, pois eles ainda são muito caros. Quando as condições estão certas, o sistema fotovoltaico conectado à rede fornece a energia em excesso, além do consumo pela carga conectada, à rede da concessionária.

Componentes de um sistema de energia solar
Um sistema de energia solar consiste em painéis solares, um sistema de montagem, cabeamento, um inversor e uma conexão à rede elétrica através de um medidor de quilowatts-hora.

Painéis solares
A parte mais visível de um sistema de energia solar conectado à rede é o painel solar. Estes pegam a luz e a convertem em corrente contínua.

Montagem
Os sistemas de energia solar podem ser montados de diferentes maneiras. Em telhados inclinados, em telhados planos, no chão, no telhado ou com um sistema de rastreamento solar (e o chamado rastreador). Você sempre tem que olhar para o vento e a carga de neve. Se estes não forem devidamente calculados, um sistema de energia solar pode falhar ou mesmo desmoronar em ventos fortes ou neve pesada. A maioria dos sistemas de montagem é feita de alumínio.

Quando montado em um telhado plano, é colocada uma estrutura de suporte separada na qual os painéis são montados, de frente para o sol. A forma de montagem mais comumente utilizada na Holanda e na Bélgica é a montagem em um telhado inclinado. A instalação de energia solar é instalada diretamente no telhado ou no teto. Com a chamada ‘instalação de telhado’, as telhas já não são instaladas, mas os próprios painéis solares fazem parte do telhado. Tal construção tem um valor estético maior, mas as desvantagens são que a montagem em um telhado existente é mais trabalhosa, que há menos fluxo de ar de resfriamento ao redor dos painéis, de modo que a eficiência diminui e que a substituição às vezes é um problema se mais recente itens têm dimensões diferentes ..

Os painéis solares também podem ser montados diretamente no solo em uma construção independente. Devido ao regime fiscal desfavorável e ao preço relativamente alto da terra, esta forma não é usada com frequência nos Países Baixos.

Em um sistema de rastreamento solar, os painéis solares seguem o caminho do sol. Para isso, os painéis solares são montados em um dispositivo que os mantém otimamente direcionados ao sol.Esse sistema tem um rendimento maior, mas é mais caro para comprar e mais suscetível a falhas.

Inversor
O inversor converte a tensão CC dos painéis solares em corrente alternada de, por exemplo, 230 ou 110 volts que podem ser alimentados na rede elétrica.

Operação
Os sistemas de telhado residenciais conectados à rede, que têm uma capacidade superior a 10 quilowatts, podem atender à carga da maioria dos consumidores. Eles podem alimentar o excesso de energia para a rede, onde é consumido por outros usuários. O feedback é feito através de um medidor para monitorar a energia transferida. Potência fotovoltaica pode ser inferior ao consumo médio, caso em que o consumidor continuará a comprar energia da rede, mas em menor quantidade do que anteriormente. Se a potência fotovoltaica exceder substancialmente o consumo médio, a energia produzida pelos painéis será muito superior à demanda. Nesse caso, o excesso de energia pode gerar receita com a venda para a rede. Dependendo do acordo com a empresa local de energia da rede, o consumidor só precisa pagar o custo da eletricidade consumida menos o valor da eletricidade gerada. Este será um número negativo se mais eletricidade for gerada do que consumida. Além disso, em alguns casos, os incentivos em dinheiro são pagos do operador da rede ao consumidor.

A conexão do sistema de energia fotovoltaica só pode ser feita por meio de um contrato de interconexão entre o consumidor e a concessionária. O contrato detalha os vários padrões de segurança a serem seguidos durante a conexão.

Características
A energia solar captada por painéis solares fotovoltaicos, destinados a uma rede elétrica, deve ser condicionada ou processada para uso por um inversor conectado à rede. Fundamentalmente, um inversor altera a tensão de entrada CC da tensão PV para a tensão CA da rede. Este inversor fica entre o painel solar e a rede, consome energia de cada um deles, e pode ser uma grande unidade autônoma ou pode ser uma coleção de pequenos inversores, cada um fisicamente conectado a painéis solares individuais. Veja o Módulo AC. O inversor deve monitorar a tensão da rede, a forma de onda e a freqüência. Uma razão para o monitoramento é se a rede está morta ou se está muito fora de suas especificações nominais, o inversor não deve repassar nenhuma energia solar. Um inversor conectado a uma linha de alimentação com defeito desconectará automaticamente de acordo com as regras de segurança, por exemplo, UL1741, que variam de acordo com a jurisdição.Outra razão para o inversor monitorar a rede é porque, para operação normal, o inversor deve sincronizar com a forma de onda da rede e produzir uma tensão um pouco mais alta que a própria grade, para que a energia flua suavemente para fora do painel solar.

Opções de conexão
A produção pode ser usada de diferentes maneiras:

Auto-consumo total
A produção elétrica é consumida no local pelos aparelhos em operação (autoconsumo). Se a produção instantânea exceder o consumo instantâneo, o excedente é injetado na rede sem ser contado;

Contagem reversível
A produção elétrica é consumida no local pelos aparelhos em operação (autoconsumo). Se a produção instantânea exceder o consumo instantâneo, o excedente é injetado na rede e faz com que o medidor elétrico gire para trás (virando de cabeça para baixo, para os medidores eletromecânicos). Esta solução não é mais usada porque é incompatível com os novos medidores eletrônicos;

Injeção do excedente
A produção elétrica consumida no local pelos aparelhos em operação (autoconsumo) não é contada pelo medidor de produção, mas reduz a contagem de consumo. Somente o excedente da produção comparado ao consumo instantâneo é vendido;

Injeção da totalidade
Toda a produção é injetada na rede e vendida. Um ponto de ramificação específico da produção é criado pelo gerenciador de rede. Todo o consumo também é contabilizado pelo medidor de consumo existente, como em todos os edifícios conectados à rede.

Procedimentos administrativos
Eles são obrigatórios e devem formalizar a conexão com a rede de uma instalação de produção fotovoltaica. O peso e a mudança incessante dessas abordagens são um grande obstáculo ao desenvolvimento dos mercados nacionais de certos países (Itália, França).

Anti-ilhamento
Islanding é a condição na qual um gerador distribuído continua a alimentar uma localização, mesmo que a energia da rede elétrica não esteja mais presente. A ilhota pode ser perigosa para os trabalhadores de serviços públicos, que podem não perceber que um circuito ainda está energizado, mesmo que não haja energia da rede elétrica. Por essa razão, os geradores distribuídos devem detectar o ilhamento e parar imediatamente de produzir energia; isso é chamado de anti-ilhamento.

No caso de um blecaute de utilidade em um sistema fotovoltaico conectado à rede, os painéis solares continuarão a fornecer energia enquanto o sol estiver brilhando. Nesse caso, a linha de suprimento se torna uma “ilha” com energia cercada por um “mar” de linhas não energizadas. Por esta razão, os inversores solares que são projetados para fornecer energia à rede geralmente são obrigados a ter circuitos anti-ilhamento automáticos neles. No ilhamento intencional, o gerador se desconecta da rede e força o gerador distribuído a alimentar o circuito local. Isso costuma ser usado como um sistema de backup de energia para edifícios que normalmente vendem energia para a rede.

Existem dois tipos de técnicas de controle anti-ilhamento:

Passivo: A tensão e / ou a mudança de frequência durante a falha da rede é medida e um feedback positivo é empregado para empurrar a tensão e / ou a freqüência mais longe de seu valor nominal.Freqüência ou tensão podem não mudar se a carga combina muito bem com a saída do inversor ou a carga tem um fator de qualidade muito alto (reativo à relação de potência real). Portanto, existe alguma zona de não detecção (NDZ).

Ativo: Este método emprega a injeção de algum erro na frequência ou tensão. Quando a grade falha, o erro se acumula e empurra a tensão e / ou a frequência além da faixa aceitável.

Aspectos tecnicos
O proprietário do sistema, primeiro o beneficiário da eletricidade produzida
A eletricidade sempre empresta preferencialmente o caminho da menor resistência elétrica. O proprietário do sistema, se os aparelhos elétricos estão em operação em casa, ou seus vizinhos mais próximos, recebem a priori uma parcela significativa (mas não exclusiva) da energia produzida, sem influência significativa da presença ou ausência de um medidor elétrico no sistema. caminho.Apenas a resistência (modesta) do contador intervém. Por outro lado, a escolha da opção de injeção na rede não interfere.

Padrões de Instalação e Conexão Diversos
Existem padrões mais ou menos rigorosos dependendo do país. A maioria dos inversores vendidos na Europa é projetada para atender aos padrões alemães e requisitos de conexão, devido ao desenvolvimento de fotovoltaicos conectados na Alemanha. Esses padrões e requisitos têm sido freqüentemente adotados pelos operadores de rede de outros países europeus. Para sistemas fotovoltaicos ligados à rede, os inversores devem cumprir a norma DIN VDE 0126 1.1 (Alemanha, França …) ou ser certificados por um laboratório aprovado (Reino Unido, G77). Quanto aos módulos fotovoltaicos, os padrões a serem respeitados na França são os seguintes: IEC 61215 (tipo cristalino) e IEC 61646 (tipo filme fino). Para o dimensionamento dos componentes, é necessário distinguir a parte contínua CC (a montante do inversor) e a alternativa CA (a jusante do inversor). Os textos em vigor são o guia da UTE C15-712-1 para a peça CC e a norma francesa NF C 15-100 para a peça CA 2.

Manutenção de um sistema conectado à rede
O sistema fotovoltaico conectado à rede é o sistema de energia renovável mais fácil de operar porque não é necessária nenhuma manutenção preventiva. A injeção da eletricidade produzida na rede assim como o fornecimento do consumo do site é feito automaticamente. Com a exceção de um local industrial cheio de fumaça ou poeira, a limpeza dos sensores é feita naturalmente pelo vento e pela chuva. O monitoramento simples pode detectar possíveis falhas no sistema. No entanto, é necessário prever a substituição do inversor que tem, em média, uma vida útil de 8 a 12 anos.

Vantagens
Sistemas como Medição de Rede e Tarifa de Alimentação, oferecidos por alguns operadores do sistema, podem compensar os custos de uso de eletricidade dos clientes. Em alguns locais, no entanto, as tecnologias de rede não conseguem lidar com a geração de energia distribuída na rede, portanto, a exportação de eletricidade excedente não é possível e esse excedente é aterrado.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede são comparativamente mais fáceis de instalar, já que não exigem um sistema de bateria.

A interconexão de rede de sistemas de geração de energia fotovoltaica (PV) tem a vantagem de utilização efetiva da energia gerada, pois não há perdas de armazenamento envolvidas.

Um sistema de energia fotovoltaica é carbono negativo ao longo de sua vida útil, como qualquer energia produzida acima e além do que para construir o painel inicialmente compensa a necessidade de queima de combustíveis fósseis. Mesmo que o sol nem sempre brilhe, qualquer instalação dá uma redução média razoavelmente previsível no consumo de carbono.

Desvantagens
PV conectada à rede pode causar problemas com a regulação de tensão. A grade tradicional opera sob a suposição de fluxo unidirecional ou radial. Mas a eletricidade injetada na rede aumenta a voltagem e pode levar a níveis fora da largura de banda aceitável de ± 5%.

O PV conectado à rede pode comprometer a qualidade da energia. A natureza intermitente da PV significa mudanças rápidas na voltagem. Isso não só desgasta os reguladores de tensão devido ao ajuste freqüente, mas também pode resultar em oscilação de tensão.

Conectar-se à rede apresenta muitos desafios relacionados à proteção. Além do ilhamento, como mencionado acima, níveis muito altos de PV conectada à rede resultam em problemas como dessensibilização de relés, desarme por interferência, interferência com religadores automáticos e ferroressonância.

Aspectos econômicos

Custo dos sistemas
O preço global de um sistema fotovoltaico depende:

de um possível estudo preliminar (montagem legal atípica, sistemas médios ou grandes)
o tipo de equipamento e condições de instalação;
conexão de rede;
juros de empréstimos, quando aplicável.
O preço do equipamento depende principalmente do tamanho do sistema e de como ele é integrado ao prédio.

Preço do material e instalação incluídos:

Poder	Instalação no chão ou no telhado	Integração de telhado, simples	integração de vidro, telhas PV …
1 a 3 kWp	5 a 7 € / Wc	5 a 7 € / Wc	> 7 € / Wc
3 a 10 kWp	3,5 a 5 € / Wc	3,5 a 5 € / Wc	> 5 € / Wc
de 10 kWp a 36 kWp	3 a 5 € / Wc	3,5 a 5 € / Wc	<10 € / Wc
de 36 kWp a vários MW	2 a 4 € / Wc	3 a 4,5 € / Wc	<7 € / Wc

hora da vingança
Os custos totais dos painéis solares consistem na compra, depreciação, juros sobre empréstimos, colocação, manutenção, seguro e possivelmente a licença e o subsídio. O tempo de retorno depende da localização dos painéis solares, do método de montagem e do desenvolvimento do preço da eletricidade. O período de retorno para os painéis solares fotovoltaicos está diminuindo gradualmente. Quando montado diretamente ao sul em um telhado de telha, este ano 2015 será ao redor 7 anos ao mesmo preço de eletricidade.

Permitir
Às vezes é necessário solicitar uma autorização para a instalação de painéis solares. Este é o caso, por exemplo, de vistas protegidas da aldeia ou da cidade e / ou monumentos.

Preço da energia
Em média, um pico de watt (Wp) de um painel solar cristalino custa cerca de 1 euro (excluindo montagem). 100 Wp produz aproximadamente 70 a 90 kWh por ano de energia nos Países Baixos, dependendo da localização, do ângulo do telhado, da quantidade de sombra e do tipo de painel solar. O cálculo baseia-se no fato de que os painéis solares fornecem energia que não precisam comprar da empresa de eletricidade. A empresa de eletricidade custa cerca de 0,20 a 0,23 euros por kWh (em 2013). Se, no balanço, você gerar mais eletricidade do que precisa, ela poderá ser vendida à empresa de eletricidade pela taxa de alimentação de cerca de 0,05 a 0,09 euros por kWh, o que é muito menos lucrativo.

Incentivos fiscais
Muitos governos europeus optaram por incentivar a energia solar para fins fiscais.

IVA nos painéis solares
Devido ao acórdão Fuchs, desde 20 de junho de 2013, é possível solicitar o pagamento do IVA aos painéis solares junto das autoridades fiscais.

Equilíbrio energético
A produção de painéis solares também requer energia. A medida é expressa no tempo em que essa energia é gerada. Isso é chamado de balanço energético e na Bélgica e na Holanda é entre 1 e 2 anos.

Remuneração pela produção de eletricidade injetada nas redes
Diferentes tipos de remuneração existem de acordo com as escolhas políticas dos diferentes países.

Cotas
“Certificados verdes” e “garantias de origem”. Os quilowatts-hora produzidos são pagos com a venda de “certificados verdes” ou “garantias de origem” para organizações que precisam deles.

Preço de compra
(em Inglês Feed em Tarifa, ou FIT) quilowatts-hora são pagos por uma tarifa de compra, cujo nível é definido pelo Estado ou pelo comprador, de acordo com a legislação do país ou do Estado. Na França, o decreto de março de 2011 prevê uma revisão trimestral dos preços de compra de energia fotovoltaica. Essas tarifas são tornadas públicas pela Comissão Reguladora de Energia (CRE), que é cobrada pelo governo com a deliberação dos coeficientes S e V que determinam a tarifa de alimentação. Desde março de 2011, o preço de compra pode mudar a cada trimestre, dependendo, em particular, do número de solicitações de conexão à rede. Uma vez que estas taxas são superiores aos preços de mercado, os operadores sujeitos à obrigação de compra são compensados ​​pelo custo adicional por uma sobretaxa aplicada a todos os kWh faturados: o CSPE.

Rentabilidade dos sistemas
Estes sistemas não são em si “rentáveis” ao nível da comunidade como um todo se apenas os custos financeiros forem tidos em conta, uma vez que a electricidade produzida é mais cara que a produzida por outros sistemas de geração de electricidade (incluindo energia renovável: vento, termodinâmica solar, etc.), devido aos altos custos de investimento devido ao preço ainda alto dos módulos fotovoltaicos, mas a atual política de suporte permite reduzir custos para que essa energia limpa se torne lucrativa (o que será facilitado pelo inevitável aumento de o custo dos combustíveis fósseis).

No entanto, em 2010, graças a subsídios diretos ou indiretos, uma instalação pode ser muito lucrativa para seu proprietário. Uma instalação instalada em 2008 e 2009 no sul da França gerou retornos de mais de 12%; por exemplo, uma fábrica no sul da França custando € 7 por watt-pico na colocação produzida no ano 1,4 kWh, pagou € 0,601 76 / kWh (€ 0,58 / kWh em 2010), quase o dobro do preço de compra alemão , sem riscos (a luz do sol varia pouco, o material é muito confiável e o preço da compra é garantido).

Perpignan é, em 2011, a cidade que hospeda a maior instalação fotovoltaica do mundo integrada aos edifícios (excluindo usinas solares fotovoltaicas); o site da Saint-Charles International inclui 97.000 telhas fotovoltaicas em 68.000 m2 de telhados. Produz mais de 9800 MWh por ano (o suficiente para abastecer uma cidade com mais de 8000 habitantes em eletricidade).