Monitoramento de usina solar: o que medir e por quê
Geração por inversor e por string, irradiância no plano dos módulos, temperatura de módulo, performance ratio com a fórmula da IEC 61724 e os alarmes do inversor. E o que a distribuidora de fato exige do gerador distribuído, sem inventar obrigação que a REN 1.000 e a Lei 14.300 não criam.
Uma usina solar produz o que o sol dá, menos as perdas. O monitoramento existe para separar uma coisa da outra: quanto da geração abaixo do esperado é nuvem e quanto é string desligada, inversor em falha, sujeira ou cabo solto. Sem medir a irradiância, todo dia ruim parece nuvem.
Este artigo lista o que medir numa usina de geração distribuída, de telhado industrial a minigeração em solo, e explica o que cada medida responde. Trabalhamos como integradores: o inversor, o piranômetro e os sensores são de mercado; o que projetamos é o gateway que os lê e a plataforma que junta tudo.
Geração: por inversor e por string
O inversor já mede e expõe, por Modbus, a potência instantânea, a energia acumulada, tensão e corrente CC e CA, frequência e temperatura interna. É o primeiro dado a coletar, e em usinas pequenas pode ser o único.
Em usinas maiores, o que interessa está um nível abaixo: a corrente de cada string (conjunto de módulos em série ligado a uma entrada do inversor). Inversores com rastreadores múltiplos expõem a corrente por entrada; string boxes com medição expõem cada string. É a comparação entre strings que revela módulo quebrado, conector queimado ou sombra, porque a irradiância é a mesma para todas.
Irradiância
O piranômetro mede a radiação solar em W/m². Deve ficar no plano dos módulos, com a mesma inclinação e orientação, porque é isso que o módulo recebe. Uma célula de referência faz o mesmo papel com custo menor e resposta espectral parecida com a do módulo.
Sem irradiância não há como saber quanto a usina deveria ter gerado. Com ela, cada dia tem um esperado e um realizado.
Temperatura de módulo
Módulo de silício perde potência quando esquenta: o coeficiente típico fica em torno de −0,3 a −0,4% por °C acima de 25 °C, e o valor exato está na folha de dados do módulo. Um sensor colado atrás de um módulo representativo, mais a temperatura ambiente e o vento da estação meteorológica, permitem corrigir o esperado e explicar por que a tarde de 40 °C gera menos que a manhã de 28 °C com o mesmo sol.
Performance ratio
O indicador que resume a saúde da usina é o performance ratio (PR), definido na norma IEC 61724-1. É a razão entre o rendimento final e o rendimento de referência:
PR = Yf / Yr
Onde Yf é a energia CA entregue no período (kWh) dividida pela potência nominal CC da usina (kWp), e Yr é a irradiação no plano dos módulos no período (kWh/m²) dividida pela irradiância de referência de 1 kW/m². Na forma expandida:
PR = E_CA / (P_nominal × H_plano / 1.000)
Exemplo: usina de 1.000 kWp, dia com 5,8 kWh/m² de irradiação no plano, 4.640 kWh gerados. PR = 4.640 / (1.000 × 5,8) = 0,80.
O PR desconta a nuvem, porque a irradiância está no denominador. O que sobra nele é perda: temperatura, sujeira, sombra, cabo, eficiência do inversor, indisponibilidade. Por isso o PR cai no verão (calor) mesmo com a usina sadia, e a comparação certa é com o mesmo mês do ano anterior ou com o PR corrigido por temperatura, que a mesma norma define.
Alarmes do inversor
O inversor registra eventos com código: tensão ou frequência de rede fora da faixa, falha de isolamento CC, falha de arco, sobretemperatura, ventilador, entrada CC com tensão baixa, desligamento por anti-ilhamento. A plataforma lê o registro de estado e o vetor de eventos e transforma cada código em um alerta com nome e hora. O manual do inversor traz a tabela de códigos, que muda de fabricante para fabricante.
Dois alarmes valem regra própria: inversor sem comunicação e inversor em zero com irradiância acima de um limiar. O primeiro é falha de rede de dados; o segundo é usina parada em dia de sol.
O que a distribuidora exige, e o que não
Aqui é preciso separar norma de prática comercial. A geração distribuída é regida pela Lei nº 14.300/2022 e pela REN ANEEL nº 1.000/2021, com as alterações da REN nº 1.059/2023. Nelas:
- Microgeração vai até 75 kW; minigeração vai de 75 kW a 3 MW para fontes não despacháveis, como a solar (até 5 MW para despacháveis).
- O gerador pede o acesso à distribuidora com formulários padronizados; a distribuidora emite o parecer de acesso, faz a vistoria e libera a conexão.
- A medição de faturamento é feita por medidor bidirecional da distribuidora. Na microgeração a distribuidora responde pelo sistema de medição; na minigeração o custo de adequação da medição é do interessado.
- A compensação de créditos segue o Sistema de Compensação de Energia Elétrica, com a regra de transição de custos da lei.
O que a norma não exige do gerador distribuído é o envio contínuo de dados de geração à distribuidora. O medidor dela já registra o que entra e o que sai. O monitoramento descrito aqui é para o dono da usina, para o contrato de operação e manutenção, para o investidor e, na geração compartilhada, para os cotistas. Os requisitos técnicos de conexão e proteção (anti-ilhamento, faixas de tensão e frequência) estão no PRODIST, Módulo 3, e nas normas técnicas da distribuidora.
O que fazer agora
- Confira se o seu inversor tem porta Modbus (RS-485 ou Ethernet) e se o fabricante publica o mapa de registradores.
- Instale um piranômetro ou célula de referência no plano dos módulos. Sem ele o PR não existe.
- Defina os alertas que interessam: inversor parado com sol, string abaixo das irmãs, PR abaixo da meta do mês.
Se quiser discutir um projeto, fale com um engenheiro nosso.
Fontes: IEC 61724-1, Photovoltaic system performance, Part 1: Monitoring; Lei nº 14.300, de 6 de janeiro de 2022; Resolução Normativa ANEEL nº 1.000, de 7 de dezembro de 2021, com a redação da REN nº 1.059/2023; PRODIST, Módulo 3 (ANEEL); página de micro e minigeração distribuída da ANEEL.
Conte o que a sua usina precisa reportar. A gente integra o resto.
Leitura do inversor, irradiância, alarmes e relatório, do gateway à plataforma. Um engenheiro nosso responde com o caminho e uma estimativa.