Dados do inversor por Modbus: como integrar na plataforma

Quase todo inversor fotovoltaico fala Modbus. É um protocolo dos anos 1970, simples, aberto, e por isso ainda é a forma mais confiável de tirar dado de um equipamento sem depender da nuvem do fabricante. Um gateway lê o inversor pelo Modbus, monta a mensagem e envia à plataforma pela rede celular.

Este artigo explica o caminho inteiro: o que é Modbus, o que o inversor expõe, como o gateway lê e o que fazer com o dado quando a comunicação falha. É para quem vai contratar ou especificar a integração.

Modbus RTU e Modbus TCP

Há duas formas de transportar o mesmo protocolo:

• Modbus RTU roda sobre um par de fios RS-485. Vários equipamentos no mesmo barramento, cada um com um endereço de 1 a 247, velocidade típica de 9.600 ou 19.200 bps. É o comum em inversores de string e em string boxes. Exige cabo blindado, resistor de terminação nas pontas e atenção à polaridade.
• Modbus TCP roda sobre Ethernet, na porta 502. Cada equipamento tem um IP. É o comum em inversores centrais, medidores de energia e em instalações que já têm rede.

O gateway que fabricamos tem as duas interfaces. Ele é o mestre (cliente): pergunta, o inversor responde. O inversor nunca envia sozinho.

O que se lê: registradores

O Modbus enxerga o equipamento como uma tabela de registradores de 16 bits. Os que interessam são os holding registers e os input registers, lidos com as funções 03 e 04. Valores maiores que 16 bits, como energia acumulada, ocupam dois registradores; valores com casas decimais vêm inteiros com um fator de escala separado.

O que praticamente todo inversor expõe:

• Potência CA instantânea (W) e potência CC por entrada
• Tensão e corrente CA por fase, e frequência da rede
• Tensão e corrente CC por rastreador ou string
• Energia acumulada total (Wh, 32 bits) e do dia
• Temperatura interna e do dissipador
• Estado de operação (desligado, aguardando, gerando, falha) e vetor de eventos com os códigos de alarme

Cada fabricante tem o próprio mapa, publicado no manual de comunicação. Endereço, tamanho e escala de cada campo vêm de lá, e é o primeiro documento que pedimos ao cliente.

SunSpec: o mapa padronizado

A SunSpec Alliance definiu um mapa comum, adotado por boa parte dos fabricantes. O equipamento apresenta a palavra "SunS" no endereço base (40001 na notação tradicional), seguida de blocos numerados: o modelo 1 traz fabricante, modelo e número de série; os modelos 101, 102 e 103 trazem os dados de inversor monofásico, bifásico e trifásico, com potência, tensões, correntes, frequência, energia, temperatura, estado e eventos, cada grandeza com o seu fator de escala.

Quando o inversor é SunSpec, a integração é quase imediata: o gateway descobre os blocos e sabe onde está cada valor. Quando não é, configura-se o mapa proprietário, o que leva um pouco mais de tempo mas funciona igual.

Intervalo de leitura

Ler a cada segundo enche o barramento e a plataforma sem ganho. O que costuma servir:

• Potência, tensões e correntes: leitura a cada 10 a 60 segundos, com média de 1 a 5 minutos enviada à plataforma. O detalhe de segundos fica no gateway.
• Energia acumulada: a cada envio; é o valor que fecha o dia e o mês.
• Estado e eventos: a cada leitura, com envio imediato quando muda. Alarme não espera a média.
• Comparação entre strings e performance ratio: calculados na plataforma a partir das médias e da irradiância.

Em usinas com muitos inversores num barramento RS-485, o tempo de varredura cresce com o número de equipamentos; é por isso que se separa em vários barramentos ou se usa TCP.

Do gateway à plataforma

O gateway junta as leituras, carimba cada uma com data e hora do seu relógio (acertado pela rede) e envia à plataforma pela rede celular 4G. O envio usa a API da plataforma ou o protocolo próprio, DF-1 sobre UDP, que é leve e tolerante a rede ruim. Em local sem cobertura celular, a mesma lógica vale por satélite, com a diferença de que a entrega pode levar até um dia; para alarme de inversor parado isso não serve, para energia diária serve.

A plataforma associa cada inversor à usina, à string e ao cliente, guarda a série, calcula os indicadores e dispara os alertas.

Quando a internet cai

Vai cair. Chip sem sinal, antena mal posicionada, torre em manutenção. O que separa uma integração boa de uma ruim é o que o gateway faz nesse momento:

1. Continua lendo o inversor no mesmo intervalo. A falha é de saída, não de entrada.
2. Grava em memória não volátil cada leitura com o carimbo de hora original. A capacidade se dimensiona para dias, não horas.
3. Reenvia em ordem quando a rede volta, mais antigo primeiro, sem inventar hora nova. A plataforma reconhece a hora original e preenche o buraco no gráfico.
4. Marca o período como recuperado, para que ninguém confunda leitura atrasada com leitura recém-chegada.

Sem buffer, cada queda de rede vira um buraco na energia do dia, e a energia do dia é o número que paga a usina.

O que fazer agora

1. Reúna o manual de comunicação de cada inversor e medidor da usina, com o mapa Modbus.
2. Verifique a interface disponível (RS-485 ou Ethernet) e a distância até o ponto do gateway.
3. Defina quais alarmes precisam de envio imediato e qual o intervalo de média para o resto.

Se quiser discutir um projeto, fale com um engenheiro nosso.

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Fontes: Modbus Application Protocol Specification V1.1b3 e Modbus over Serial Line Specification (Modbus Organization); SunSpec Inverter Models (SunSpec Alliance, documento 12020); IEC 61724-1, Photovoltaic system performance, Part 1: Monitoring.