Enormes quantidades de matérias-primas são necessárias para a conversão de energia, por exemplo na forma de cabos de cobre e alumínio para ligar geradores renováveis ​​à rede, e uma abordagem promissora para poupar matérias-primas é elevar o nível de tensão de baixa para média. O Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar - ISE vê um enorme potencial de economia com tensões mais altas, especialmente em grandes usinas fotovoltaicas. Para iniciar seu novo tópico de pesquisa "Média Tensão – Uma maneira de interconexão eficiente em recursos", o Fraunhofer ISE apresentou o primeiro inversor de string de média tensão do mundo e um inversor de bateria de MT na feira The Smarter E em Munique (19 a 21 de junho). O instituto está planejando as primeiras usinas piloto com a tecnologia e almeja um amplo lançamento no mercado junto com a indústria.

Cerca de 73 TW de nova capacidade fotovoltaica deverão ser instalados no mundo até 2050, o que levará a uma procura cada vez maior por matérias-primas ― de acordo com o relatório "Global Critical Minerals Outlook 2024" da Agência Internacional de Energia, a demanda de cobre excederá a oferta a partir de 2025. “Aumentar a tensão elétrica do sistema pode ajudar a diminuir essa demanda, pois a correspondente diminuição da corrente levaria a economias consideráveis de matérias-primas”, explica Andreas Hensel, gerente de grupo de Eletrônica de Alta Potência e Tecnologia de Sistemas do Fraunhofer ISE.

Por exemplo, aumentar a tensão de saída de 800 Vca para 1.500 Vca resulta em uma economia de 75% na seção transversal de cabos para a mesma potência. Além disso, é geralmente mais fácil instalar e conectar cabos com seções transversais menores, reduzindo assim os custos de instalação. “Agora que os custos dos módulos fotovoltaicos caíram 90% desde 2010 devido ao progresso tecnológico e às economias de escala, a instalação e os componentes de balance-of-system tornaram-se as maiores alavancas para a economia”, diz Andreas Hensel.

A migração de baixa para média tensão também pode aumentar a potência dos subsistemas: com tensão de saída de 1.500 V, já são possíveis 10 a 12 MVA por transformador, em vez dos 3 a 5 MVA que são comuns hoje. Assim, com interligações de média tensão, serão necessários menos transformadores e quadros de distribuição para centrais elétricas, o que reduz os custos de construção e instalação.

A transição para a média tensão foi possível pela primeira vez pelo desenvolvimento de componentes de carboneto de silício (SiC) de alta tensão com altas velocidades de comutação. Componentes SiC de até 3,3 kV já estão disponíveis no mercado. Em 2023, o Fraunhofer ISE desenvolveu o primeiro inversor de string fotovoltaico de média tensão (MS-PV) do mundo no projeto "MS-LeiKra" (foto) e o colocou em operação na rede com sucesso. O inversor de dois estágios possui tensão de saída de 1.500 Vca com potência de 250 kVA. "Demonstramos que o rumo tecnológico está traçado para a transição para a média tensão. Devido ao enorme aumento da procura por matérias-primas, estamos convencidos de que a questão já não é se a tecnologia de média tensão será introduzida, mas sim quem serão os primeiros players deste mercado promissor", explica Christian Schoener, gerente de projetos de Média Tensão do Fraunhofer ISE. Um primeiro sistema fotovoltaico piloto baseado no inversor string MS-PV está atualmente sendo planejado.

Durante um workshop sobre o MS-PV em Abril, foi formado um consórcio europeu composto por representantes de todas as áreas envolvidas em centrais fotovoltaicas de grande escala. O consórcio trabalhará no estabelecimento dos requisitos tecnológicos e normativos necessários para o salto à tecnologia de média tensão.

As usinas fotovoltaicas de geração centralizada são apenas o começo: infraestruturas de carregamento, redes industriais, grandes bombas de calor, sistemas de armazenamento de baterias, eletrolisadores e turbinas eólicas também são áreas interessantes de aplicação para o nível de média tensão mais baixo. Tensões de sistema mais altas permitem economias consideráveis ​​de material, custos e espaço e abrem arquiteturas de sistema completamente novas para usinas de energia híbridas renováveis, cujos componentes individuais são interconectados através da média tensão.