Quais são as considerações-chave para a seleção de transformadores fotovoltaicos?
Princípios de Dimensionamento e Parâmetros Técnicos de Transformadores Fotovoltaicos
O dimensionamento de transformadores fotovoltaicos requer uma consideração abrangente de múltiplos fatores, incluindo o acoplamento de capacidade, seleção da relação de tensão, definição da impedância de curto-circuito, determinação da classe de isolamento e otimização do projeto térmico. Os princípios fundamentais de dimensionamento são os seguintes:
(I) Acoplamento de Capacidade: Fundamental para Suportar a Carga
O acoplamento de capacidade é o pré-requisito central no dimensionamento de transformadores fotovoltaicos. Exige que a capacidade do transformador seja ajustada com precisão à capacidade instalada do sistema fotovoltaico e ao poder máximo de saída esperado, garantindo operação estável sob a carga pretendida. A fórmula de cálculo da capacidade é:
onde U2 representa a tensão do lado secundário do transformador (geralmente 400V). Considerando a variabilidade inerente dos sistemas fotovoltaicos (por exemplo, flutuações na luz solar e mudanças de carga), o cálculo deve incorporar uma margem de segurança (1,1-1,2 vezes), coeficiente de flutuação da taxa de carga (por exemplo, KT = 1,05) e fator de potência (geralmente 0,95).
Exemplo: Para um sistema fotovoltaico com potência de pico de 500kW, pode-se selecionar um transformador de 630kVA, 800V/400V para se adaptar a diferentes condições de luz solar e carga. Além disso, de acordo com as Diretrizes Técnicas para Conexão de Energia Fotovoltaica Distribuída à Rede, a capacidade de uma única usina fotovoltaica distribuída não deve exceder 25% da carga máxima na área de fornecimento de energia do transformador superior, para evitar impactos na rede.
(II) Seleção da Relação de Tensão: Adaptando-se a Flutuações e Regulação de Tensão
A relação de tensão deve estar alinhada com as características de saída do sistema fotovoltaico (a tensão do inversor geralmente flutua em ±5%) e os requisitos de conexão à rede, apresentando capacidades de ajuste dinâmico. Existem dois principais métodos de ajuste:
Na operação real, devem ser selecionadas as derivações apropriadas com base nas características da carga: derivação de 5% para cargas leves, e derivações de 2,5% ou 0% para cargas pesadas, equilibrando a elevação de tensão durante a geração fotovoltaica alta e a queda de tensão durante picos de carga noturnos.
(III) Definição da Impedância de Curto-Circuito: Equilibrando Proteção e Estabilidade
A impedância de curto-circuito deve ser projetada de acordo com o nível de corrente de curto-circuito do sistema e o tipo de transformador (imerso em óleo/seco), com a fórmula de cálculo:
Imerso em óleo: 4%-8%; seco: 6%-12%. Para grandes transformadores (por exemplo, 9150kVA), aumente a impedância ( Zk ≥ 20% ). Faça a correção de temperatura (75°C para imerso em óleo, 120°C para seco).
(IV) Classe de Isolamento
Adapte-se aos ambientes externos. Prefira Classe F (155°C) ou H (180°C). Use Classe H para desertos, materiais resistentes à salinização para costas, resistentes à umidade para alta umidade. Considere o envelhecimento térmico: +6°C duplica o envelhecimento; -6°C reduz pela metade.
(V) Projeto Térmico
Otimize de acordo com o ambiente. Métodos de resfriamento: ar natural/forçado, auto-resfriamento imerso em óleo. Para áreas de alta temperatura: ar forçado ou híbrido; alta umidade: seco + dutos axiais; alta poeira: IP54 + filtros. Uma estação no deserto usa resfriamento líquido de microcanais (7:3 água desionizada + etileno glicol) para 3x eficiência.
V. Dimensionamento e Inspeção para Diferentes Cenários
Soluções para cenários típicos:
(I) Conectado à Rede
Dimensionamento: Cubra a potência do inversor/auxiliar + 1,15× margem (por exemplo, 1092,5kVA). Ajuste ±5% de tensão, 4%-8% de impedância, ≥Classe F, resfriamento natural/ar-óleo. Inspeção: Verifique o isolamento, THD ≤ 5%, regulação de tensão (±2,5%), impedância (±2% do valor de fábrica).
(II) Off-Grid
Dimensionamento: 1,2-1,5× potência da carga. Ajuste ao inversor (por exemplo, 800V/400V), 6%-12% de impedância, ≤200ms de regulação de tensão, enrolamentos 400V + 220V.
Inspeção: Teste sobrecarga (≥120%), resposta de regulação de tensão, equilíbrio de tensão e flutuações do sistema.
(III) Alta Temperatura
Dimensionamento: Seco + ar forçado ou imerso em óleo + óleo naftenico. Use isolamento de alta temperatura, IP55, ventiladores de início 80°C/parada 60°C. Inspeção: Termografia trimestral, testes de óleo semestrais, verifique o resfriamento, monitore a temperatura dos enrolamentos.
(IV) Alta Umidade/Costal
Dimensionamento: Seco epóxi IP65, 316L + revestimento fluorocarbono, isolamento resistente à salinização, espaçamento aumentado. Inspeção: Verifique o revestimento, umidade/gases no óleo, teste de neblina salina (≤5% de queda de potência), monitore o hidrogênio.
(V) Alta Poeira
Dimensionamento: Totalmente selado, IP54, filtros de três estágios, área de resfriamento ampliada, enrolamentos resistentes ao desgaste. Inspeção: Substitua os filtros trimestralmente, termografia, verifique a proteção contra poeira, limpe regularmente.
(VI) Interferência Eletromagnética
Dimensionamento: Enrolamentos em sanduíche (≤500pF), filtros LC ( THD ≤ 4% ), cumpra EMC (GB/T 21419-2013), comunicações dual-redundantes. Inspeção: Testes anuais de EMC, monitore harmônicos/desequilíbrios, verifique aterramento (≤0,5Ω), teste de erro de bit 10-8.
(VII) Integração de Armazenamento de Energia PV
Dimensionamento: Integre PCS (Modbus RTU), enrolamentos 400V + 220V, ≤200ms de compensação reativa, considere cargas combinadas. Inspeção: Verifique a compatibilidade do PCS, equilíbrio de tensão (≤1%), teste de regulação de tensão (≤±2%), verifique as conexões de armazenamento.
Resumo: O acoplamento preciso de capacidade, tensão, impedância, isolamento e projeto térmico, além de uma inspeção minuciosa, garante operação segura, eficiente e de longa duração, alinhada com o desenvolvimento de PV distribuído sob metas de carbono.
